AT405324B - Heizeinrichtung mit einem katalytischen brenner - Google Patents

Description

AT 405 324 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches.

Bei einer solchen aus der DE 4 434 249 A1 bekannten Anordnung ergibt sich durch die Einfügung der porösen Schicht zwischen dem katalytischen Reaktor und dem Strahlungsbrenner einerseits eine effektive Wärmeleitung vom Strahlungsbrenner zu den katalytisch beschichteten Körpern und andererseits eine gleichmäßige Gemischverteilung stromauf des Strahlungsbrenners. Der Vorhalt lehrt allerdings auch eine Heizeinrichtung der gattungsbildenden Art, bei der die Flamme direkt auf dem Katalysatorkörper entsteht, wobei die Gemischverteilung oberhalb des Katalysatorblocks von der Anordnung und dem Durchmesser der Gasdurchtrittsbohrung abhängig ist und somit für eine Strahlungsverbrennung wenig geeignet ausgebildet ist.

Aus der DE 195 08 692 A1 ist ein Brenner mit Festkörperschüttung bekanntgeworden, der als reiner Katalysatorbrenner mit einer elektrischen Gemischvorwärmung ausgestaltet ist, so daß ein Strahlungsbrenner nicht vorgesehen ist. Das gleiche gilt auch für die aus der DE 94 03 759 U1 und aus der WO 93 01 446 A1 bekannten katalytischen Brenner. Das Gemischverteilungsproblem stellt sich insofern bei diesem Brenner nicht.

Ziel der Erfindung ist es, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und eine Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der eine gleichmäßige Aufheizung des katalytischen Brenners beim Start und eine effektive Wärmeabfuhr aus der Reaktionszone sichergestellt ist.

Bei bekannten derartigen Heizeinrichtungen ist der Brenner rohrartig ausgebildet und mit einer katalytischen Beschichtung versehen. Dabei ergeben sich Probleme mit einer effektiven Ableitung der bei der Umsetzung des Brenngas-Luftgemisches entstehenden Wärme, insbesondere, wenn die Umsetzung in einem Festbett stattfindet. Außerdem muß ein solcher Brenner zur Erreichung seiner Betriebstemperatur entsprechend mit einem Strahlungsbrenner aufgeheizt werden, der meist im wesentlichen gegen den katalytischen Brenner gerichtet ist, wodurch aber örtliche Überhitzungen der Beschichtung auftreten können.

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der eine gleichmäßige Aufheizung des katalytischen Brenners beim Start und eine effektive Wärmeabfuhr aus der Reaktionszone sichergestellt ist.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, daß beim Start des Brenners das zuströmende Brenngas-Luftgemisch im Bereich des Strahlungsbrenners verbrannt wird, wodurch sich der Abgasraum und damit auch der Block aufheizt, der mittig im gekühlten Abgasraum plaziert ist. Erreicht dieser den Bereich seiner Betriebstemperatur, so wird mehr und mehr Brenngas-Luftgemisch im Bereich der katalytisch beschichteten Körner umgesetzt, und dem Strahlungsbrenner steht immer weniger brennbares Brenngas-Luftgemisch zur Verfügung, so daß dieser anschließend verlöscht. Dabei ist eine Schädigung der Beschichtung durch den Strahlungsbrenner praktisch ausgeschlossen, da diese nur indirekt erwärmt wird. Weiterhin kann mehr Wärme von den mit den katalytisch beschichteten Kömerngefüllten Hohlräumen durch Konvektion ausgekoppelt werden. Dadurch kann die Überhitzung des Katalysators vermieden werden.

Grundsätzlich können die Hohlräume aber auch geschlossen sein. Dadurch ergibt sich eine kürzere Anfahrzeit des Brenners.

Durch die Merkmale des ersten abhängigen Anspruchs 2 ergibt sich eine sehr gute Abfuhr der Wärme vom Block zum Doppelmantel und damit zum Wärmetauschmedium, wobei die Wärmeabfuhr temperaturabhängig ist.

Die Merkmale des zweiten abhängigen Anspruchs 3 ermöglichen eine sehr gute Wärmeübertragung vom Block zum Doppelmantel. Außerdem können die Brücken sehr einfach, zum Beispiel durch Kaltumformung hergestellt und an dem Block angebracht werden. Dabei können die Brücken so bemessen sein, daß die Wärmebrücken im kalten Zustand der Heizeinrichtung nicht an der Innenwand des Doppelmantels anliegen und daher der Wärmeabfluß aus dem Block entsprechend gering ist. Erst bei Erreichung einer für die katalytische Umsetzung des Brenngas-Lufgemisches ausreichenden Temperatur des Blockes kommen die Wärmebrücken mit der Innenwand des Doppelmantels in Kontakt und erhöhen den Wärmeabfluß aus dem Block. Die Wärmeauskopplung durch Strahlung wird zusätzlich durch Wärmeleitung unterstützt.

Durch den geringen Wärmeabfluß aus dem Block während der Startphase der katalytischen Umsetzung ist auch eine rasche Aufheizung des Blockes sichergestellt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung zeigt.

Bei der dargestellten erfindungsgemäßen Heizeinrichtung ist ein von einem Doppelmantel 1 umschlossener Abgasraum 2 vorgesehen, in dem ein Block 3 aus einem gut wärmeleitenden Material, wie zum 2

Claims (1)

1. AT 405 324 B Beispiel Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium oder dergleichen, angeordnet ist. An der Unterseite 12 des Blockes 3 ist ein Brenngas-Luftgemisch-Sammelraum 4 angeordnet, in den eine Gemischleitung 5 mündet, die den Boden 6 des Doppelmantels 1 dicht durchsetzt. Weiters wird der Boden 6 des Doppelmantels 1, der eine Vertiefung 8 aufweist, von einem Kondensatabfluß 7, der von der Vertiefung 8 ausgeht, und einem Abgasrohr 9 durchsetzt. Der Block 3 ist von an den oberen und unteren Stirnseiten 12, 13 desselben offenen Hohlräumen 10 durchsetzt, die vorzugsweise durch Bohrungen gebildet sind. Diese Hohlräume 10 sind mit katalytisch beschichteten Körnern 11 gefüllt. An der Oberseite 13 des Blocks 3 ist eine poröse Schicht 14 angeordnet, die zum Beispiel aus Keramikschaum oder dergleichen hergestellt ist. Diese ist zwischen der Oberseite 13 des Blocks 3 und einem Strahlungsbrenner 15 angeordnet. Auf den Block 3 sind aus Kupfer hergestellte Wärmebrücken 16 aufgepreßt. Diese weisen im dem Block 3 zugekehrten Bereich eine Verbreiterung 17 auf. Weiters weisen die Wärmebrücken 16 noch Verbreiterungen 18 in den vom Block 3 abgekehrten Bereichen auf. Der Doppelmantel 1 ist mit einem Rücklaufanschluß 19 und einem Vorlaufanschluß 20 versehen, die an im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Stellen des Doppelmantels 1 angeordnet sind. Der Abgasraum 2 ist vom Doppelmantel 1 umschlossen und oben durch eine Isolierschicht 21 oder wassergekühlte Schicht abgedeckt. Beim Betrieb der Heizeinrichtung strömt ein Brenngas-Luftgemisch über die Gemischleitung 5 in den Brenngas-Luftgemisch-Sammelraum 4 ein und verteilt sich dort. Das Gemisch strömt über die Hohlräume 10, 10 A, die mit katalytisch beschichteten Körner 11 gefüllt sind. In der Startphase strömt das Gemisch zum Strahlungsbrenner. Dort wird das Gemisch mit der Elektrode 23 elektrisch gezündet. Nach der Zündung wandert die Flamme an der Oberfläche des Strahlungsbrenners 15. Dadurch wird die Brenneroberfläche erhitzt. Die Wärme wird durch Wärmeleitung über eine poröse Schicht 14 zu den beschichteten Körnern transportiert. Weist der Block eine für eine katalytische Umsetzung des Gemisches ausreichende Temperatur auf, so wird das Gemisch an den Körnern katalytisch umgesetzt. Die dabei entstehenden Abgase strömen nach oben, durchsetzen die poröse Schicht 14 und treten über den Strahlungsbrenner 15 in den Abgasraum 2 ein. Anschließend strömen sie über das Abgasrohr 9 ab. Die bei der Umsetzung des Gemisches entstehende Wärme wird einerseits über den Block 3, der vorzugsweise aus Kupfer hergestellt ist, in den Abgasraum 2 abgestrahlt und dadurch die Innenwand 22 des Doppelmantels 1 erwärmt, der die Wärme an das den Doppelmantel 1 durchströmende Wärmetauschmedium, zum Beispiel Wasser, abgibt. Weiters wird Wärme vom Block 3 durch Wärmeleitung über die Wärmebrücken 16, die bei Betriebstemperatur des Blockes 3 an der Innenwand 22 des Doppelmantels 1 anliegen, zur Innenwand 22 übertragen. Bei einer Brennwertnutzung kann ein zweiter Wärmetauscher eingebaut sein. Beim Start der Heizeinrichtung weist der Block 3 eine für die Umsetzung des Gemisches zu geringe Temperatur auf, so daß keine katalytische Umsetzung des Gemisches erfolgen kann. Das Gemisch tritt daher an den oberen Enden 24 der Hohlräume 10 aus, durchsetzt die poröse Schicht 14 und wird dadurch gleichmäßig verteilt und tritt in den Strahlungsbrenner 15 ein und wird an dessen Oberseite 25 mittels einer nur schematisch dargestellten Zündeinrichtung 23 gezündet und verbrannt. Die dabei entstehende Wärme wird von oben in den Block 3 eingeleitet und durch das Abgas an die Seitenwände abgegeben, so daß sich diese erwärmen. Mit steigender Temperatur des Blockes 3 beginnt dort die katalytische Umsetzung des Gemisches, so daß immer weniger brennbares Gemisch in den Strahlungsbrenner 15 eintritt. Bei vollständiger katalytischer Umsetzung des Gemisches steht dem Strahlungsbrenner 15 kein brennbares Gemisch mehr zur Verfügung, so daß dieser erlischt. Damit ist der Betriebszustand erreicht. Der beschriebene Brenner kann auch für eine katalytisch unterstützte Verbrennung verwendet werden. In diesem Falle ist die Anzahl der Bohrungen geringer und der Durchmesser der Körner größer, so daß nur eine geringe katalytische Oberfläche zur Verfügung steht. Die Hohlräume 10 können geschlossen oder offen ausgebildet sein. Bei geschlossenen Hohlräumen 10 ergibt sich eine kürzere Anfahrzeit des Brenners. Bei offenen Hohlräumen 10 kann mehr Wärme von den mit den katalytisch beschichteten Körnern gefüllten Räumen 11 durch Konvektion ausgekoppelt werden. Dadurch kann die Überhitzung des Katalysators vermieden werden. Patentansprüche 1. Heizeinrichtung mit einem katalytischen Brenner und einem Strahlungsbrenner (15), die zwischen einem mit einer Gemischzuführung verbundenen Brenngas-Luftgemisch-Sammelraum (4) und einer 3 AT 405 324 B Abgasableitung angeordnet sind, wobei der katalytische Brenner als aus gut wärmeleitendem Material, zum Beispiel Kupfer oder Kupferlegierungen, hergestellter Block (3) ausgebildet ist, der den Brenngas-Luftgemisch-Sammelraum (4) mit dem Strahlungsbrenner (15) verbindende mit katalytisch beschichteten Körnern (11) gefüllte Hohlräume (10) aufweist und der in einem von einem Wärmetauschmedium durchströmbaren Doppelmantel (1) an mehreren Seiten begrenzten Abgasraum (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Block (3) und dem Strahlungsbrenner (15) eine Schicht (14) aus einem porösen Material, vorzugsweise aus Keramikschaum, angeordnet ist. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (3) über Wärmebrücken (16) aus gut wärmeleitendem Material, vorzugsweise Kupfer, Kupferlegierung und dergleichen, mit der Innenwand (22) des Doppelmantels (1) wärmeleitend verbunden sind, wobei die Wärmebrücken (16) im kalten Zustand einen Abstand im Ausmaß der Wärmedehnung der Wärmebrücken (16) vom kalten Zustand bis zur Anspringtemperatur der katalytischen Umsetzung von der Innenwand (22) aufweisen. Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken (16) durch auf den Block (3) aufgepreßte Ringe gebildet sind, die in den dem Block (3) und der Innenwand (22) des Doppelmantels (1) zugekehrten Bereichen Verbreitungen (17,18) aufweisen. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4