Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizgerät gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei solchen Heizgeräten besteht stets das Problem, den Brenner so auszubilden, dass sich ein optimaler Wärmeübergang vom Brenner zum Wärmetauschmedium ergibt.
Ziel der Erfindung ist es, ein Heizgerät der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem das Wärmetauschmedium optimal erwärmt wird.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Heizgerät der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen wird erreicht, dass die Kühlrohre allseitig der Strahlungswärme der Brennrohre ausgesetzt sind, sodass das Wärmetauschmedium entsprechend rasch erwärmt werden kann.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich eine sehr einfache Auskopplung der Wärme der Brennrohre und damit ein schadstoffarmer Betrieb des Brenners.
Dabei ergibt sich durch die Merkmale des Anspruches 3 der Vorteil eines einfachen Aufbaus des Heizgerätes.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 wird eine Wärmeabstrahlung in die Umgebung weitgehend vermieden.
Durch die Merkmale des Anspruches 5 können die Brennrohre vom Abgaskanal her gezündet werden, wobei Gegenstromflammen in den Brennrohren nach oben aufsteigen können und dadurch die Brennrohre erwärmen. Die Zündung im Abgasraum erfolgt an einem Ort, an dem das Gemisch zuerst aus den Reaktionsrohren austritt und der ausreichend weit vom Abgasaustritt entfernt ist. Dabei braucht lediglich die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches in der Zündphase niedriger als die Flammengeschwindigkeit zu sein. Durch das Fehlen der katalytischen Beschichtung in dem dem Abgasraum näheren Drittel der Brennrohre wird erreicht, dass es durch die während der Zündung auftretenden Flammen zu keiner Beschädigung der Beschichtung kommt. Dabei kann jedoch der Brenner auch noch nach einer allfälligen Zerstörung der katalytischen Beschichtung als normaler Brenner mit Flammen betrieben werden.
Durch die Gegenstromführung von Flamme und Gas ist gewährleistet, dass sich nicht zu hohe Verbrennungstemperaturen ergeben, die zu einer Schädigung des Materials führen können, da ein Brenngas-Abgas-Gemisch durch die Flammenfront hindurchtreten muss. Damit ist eine Verdünnung des Gemisches verbunden, wodurch sich ein Gleichgewicht zwischen Abgas und Gemisch beziehungsweise Brenngas ergibt, wodurch sich die während des Zündvorganges ausbildende Flamme stabilisiert. Dabei kann der Brenner im Abgasraum gezündet werden.
Für den Fall, dass der Brenner über einen separaten Zündraum erwärmt wird, ergibt sich durch den Anspruch 6 der Vorteil, dass während der Zündung des Brenners die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches durch Drosselung der Bypassstrecke reduziert werden kann.
Durch die Merkmale des Anspruches 7 ergibt sich eine Gegenstromführung von Gemisch und Wärmetauschmedium, wodurch sich ein besonders guter Wärmeübergang ergibt. Ausserdem ermöglichen die Lamellen einen sehr weitgehenden Entzug der Wärme der Abgase. Dabei kann das Heizgerät auch als Brennwertgerät betrieben werden, bei dem es zur Kondensierung der Abgase kommt.
Durch die Merkmale des Anspruches 8 ist es möglich, das Heizgerät modulierend zu betreiben, wobei je nach dem momentanen Wärmebedarf mehr oder weniger Brennrohre mit dem Gemisch beaufschlagt werden können. Die Regelung erfolgt dabei einfach durch entsprechende Erhöhungen oder Verminderungen des Druckes des Gemisches im Gemischrohr und, falls notwendig, auch in der Rücklaufleitung des Wärmetauschmediums, bei dem es sich um Wasser, aber auch zum Beispiel um ein Thermoöl handeln kann, das in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird und zum Beispiel Wärme über einen weiteren Wärmetauscher an ein anderes Medium abgibt.
Durch die Merkmale des Anspruches 9 wird nicht nur ein entsprechend hohes Mass an Betriebssicherheit sichergestellt, sondern die Rückschlagnetze bewirken auch eine Homogenisierung des Gemisches, das sich aus einem Brenngas und Luft zusammensetzt. Damit ist auch sichergestellt, dass das Gemisch gleichmässig an der Katalysatoroberfläche vorbeiströmt.
Weiter wird durch die Merkmale des Anspruches 10 sichergestellt, dass sowohl für die Vormischung als auch zur Überwindung des Strömungswiderstandes des Gesamtbrenners ein ausreichend hohes Druckpotential zur Verfügung steht.
Durch die Merkmale des Anspruches 11 wird erreicht, dass das Wärmetauschmedium, das die die Brennrohre umgebenden Kammern umschliesst, durch die erwärmten Kammern rasch erwärmt wird. Dabei sind die Wände der Kammern aus einem gut wärmeleitenden Material hergestellt.
Durch die Merkmale des Anspruches 12 ergibt sich der Vorteil, dass ein hoher Anteil der freigesetzten Energie in Strahlungswärme umgesetzt wird, wodurch sich ein sehr günstiger Wärmeübergang über die Wände der Kammern, die durch die Strahlungswärme aufgeheizt werden, in das Wärmetauschmedium ergibt.
Durch die Merkmale des Anspruches 13 erfolgt eine sehr weitgehende Ausnutzung der Wärme der Abgase, wobei das Heizgerät auch als Brennwertgerät betrieben werden kann- Damit ist kein zusätzlicher konvektiver Wärmetauscher mehr notwendig.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der Abgasraum mit einem Kondensatablauf versehen ist.
Durch die Merkmale des Anspruches 14 ergibt sich eine sehr gleichmässige Beaufschlagung der einzelnen Brennrohre.
Durch die Merkmale des Anspruches 15 ist es möglich, den Brenner beziehungsweise das Gemisch in der Zündphase in einem separaten Zündraum zu zünden. Dies ermöglicht es, die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches in der Zündphase herabzusetzen.
Dies ist durch Schliessen des Ventiles in der Bypassstrecke auf einfache Weise möglich. Die Brennrohre können auch vom Abgasraum her gezündet werden, wobei Gegenstromflammen die Brennrohre nach oben aufsteigen können und dadurch die Brennrohre erwärmt werden, wodurch die katalytische Umsetzung des Gemisches einsetzt. Dabei ist es jedoch wesentlich, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches in der Zündphase niedriger als die Flammengeschwindigkeit ist. Zusätzlich werden die Brennrohre durch Wärmelei-tung von der Abgasseite her erhitzt.
Durch die Merkmale des Anspruches 17 ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau des Heizgerätes. Dabei ist durch die vorgeschlagene Anordnung der Abgasleitung eine Ausnutzung der Wärme der Abgase möglich.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 und 2 Längsschnittdarstellungen von Varianten der Erfindung,
Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie III-III in der Fig. 1,
Fig. 4 schematisch den Aufbau eines separaten Zündraumes,
Fig. 5 bis 7 weitere Ausführungsformen erfindungsgemässer Heizgeräte.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Fig. gleiche Einzelheiten.
Bei dem erfindungsgemässen Heizgerät ist eine Rücklaufleitung 1 und eine Vorlaufleitung 2 für ein Wärmetauschmedium, zum Beispiel Wasser, vorgesehen, die registerartig über Kühlrohre 3 miteinander verbunden sind, die aus einem gut wärmeleitenden und wärmeabsorbierenden Material, wie zum Beispiel schwarz mattierten Kupferrohren oder ähnliche Materialien mit einem hohen Emissionsfaktor der Oberfläche hergestellt sind.
Dabei durchsetzen die Kühlrohre 3 Brennrohre 4, die an ihrem der Vorlaufleitung 2 näheren Ende 18 mit einem Gemischrohr 5 verbunden sind, das von einem Brenngas-Luft-Gemisch durchströmt ist.
Die Mischung des Gases mit der über einen Ventilator 25 und ein Luftzuführrohr 27 angesaugten Luft erfolgt in einem Gemischrohr 5.
Die Brennrohre 4, bestehend aus Metall oder Keramik, sind an ihrer Innenseite 20 mit einer katalytischen Beschichtung 6 versehen, die sich vom gemischrohrseitigen, dem Ende 18 entsprechenden Ende der Brennrohre 4 bis zu ca. 2/3 d er Länge der Brennrohre 4 erstreckt. An der Aussenseite der Brennrohre 4 und der des gesamten Brenners sind diese beziehungsweise dieser mit einer Isolierung 7 aus einem wärmedämmenden Material versehen, um die Abstrahlungsverluste zu minimieren.
Die Brennrohre 4 münden in einen Abgasraum 10, an dem eine Abgasleitung 11 angeschlossen ist. Dabei ragt die Rücklaufleitung 1 in den Abgasraum 10 hinein, wobei die Rücklaufleitung mit in den Abgasraum 10 ragenden Lamellen 12 bestückt ist. Der Abgasraum 10 selbst ist mit einem unten angeordneten Kondensatablauf 13 versehen. Durch die Anordnung der Rücklaufleitung 1 im Abgasraum 10 ergibt sich eine Gegenstromführung des noch nicht verbrannten Gemisches beziehungsweise des Abgases und des Wärmetauschmediums, das die Kühlrohre 3 durchströmt.
Da eine modulierende Betriebsweise eines katalytischen Brenners nur mit grossem Aufwand realisiert werden kann, besteht die Möglichkeit, je nach Wärmeanforderung Brennrohre separat zuzuschalten, indem man in der Gemischzufuhrleitung zwischen den einzelnen Brennrohren eine druckgesteuerte Membrane 8 anbringt. Liegt eine hohe Wärmeanforderung an, so wird über das Gasventil 22 ein grösser Durchsatz an Gas und Luft freigegeben, der in die zur Verfügung stehenden Brennrohre einströmt. Steigt der Druck im Zuleitungsrohr über einen kritischen Wert an, so öffnet die Membrane 8, und ein weiteres Brennrohr wird mit zur katalytischen Verbrennung des Gases genutzt.,
Im Gemischrohr 5 sind durch Druck steuerbare Membranen 8, steuerbare Ventile eingebaut, die, in Strömungsrichtung des Gemisches gesehen, vor dem zweiten und den folgenden Brennrohren 4 angeordnet sind.
Dadurch ist es möglich, durch entsprechende Änderung des Druckes im Gemischrohr 5 mehr oder weniger Brennrohre 4 mit Gemisch zu beaufschlagen, wobei die Ventile gegen das abgeschlossene Ende des Gemischrohres 5 zu bei einem immer höheren Druck öffnen.
In der Rücklaufleitung 1 können zusätzlich ebenfalls vor dem, in Strömungsrichtung gesehen, zweiten und den weiteren Kühlrohren 3 druckgesteuerte Membranen 9 angeordnet sein. Diese werden gleichzeitig mit den Membranen im Gemischraum geschaltet und geöffnet. Dabei öffnen die Membranen bei einer Überschreitung eines bestimmten Druckes, wobei der \ffnungsdruck der Membranen gegen das geschlossene Ende der Rücklaufleitung 1 zu ansteigt.
In Verbindung mit den Membranen 8 im Gemischrohr 5 kann das Heizgerät stetig modulierend betrieben werden.
Dabei werden die jeweils geöffneten Reaktionsrohre konventionell, wie bereits oben beschrieben, vom Abgassammelraum her gezündet.
Wird das Gerät nicht vom Abgasraum 10 über dort erforderliche Zündelektroden 21 aus gezündet, ist im Gemischrohr 5, in Strömungsrichtung des Gemisches gesehen, vor dem ersten Brennrohr 4 ein Zündraum 14 angeordnet, in dem eine Umlenkung des Gemischstromes erzwingende Einbauten 15 angeordnet sind.
In der parallel zum Zündraum 14 verlaufenden Bypassstrecke 16 der Gemischleitung 5 ist ein temperaturgesteuertes Ventil 17 angeordnet.
Während der Zündphase schaltet das Ventil 17 nur die Gaszufuhr zum Zündraum frei. Das Gemisch strömt in den Brenner 24 und wird durch die Zündelektroden 21 gezündet.
Das Abgas wird durch die Einbauten 15 umgelenkt und durchströmt über die Zuführungsleitung 16 stromab des Ventiles 17 den katalytischen Brenner. Erreicht der Brenner mit der katalytischen Beschichtung die Arbeitstemperatur, so wird das Ventil 17, ein Umschaltventil, umgeschaltet, sodass nun das Gas-Luft-Gemisch direkt über die Zuführungsleitung 16 in den katalytischen Brenner einströmt, ohne zuvor im separaten Zündraum verbrannt zu werden.
Vor der Gaszuführung in die Brennrohre 4 sind nicht dargestellte Rückschlagnetze 19 angebracht, deren Maschenweite klei ner als der Löschabstand sind. Diese Netze dienen auch zur Homogenisierung des Gemisches und der Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches über den gesamten Querschnitt des Brennrohres.
Bei der Ausführungsform eines erfindungsgemässen Heizgerätes nach der Fig. 5 ist ein, in Draufsicht gesehen, länglicher Kessel 31 vorgesehen, in dessen unterem Bereich ein Abgasraum 32 vorgesehen ist. Dabei ragen vom Abgasraum 32 Kammern 33 nach oben, die an ihren oberen Enden 54 abgeschlossen sind.
Weiter verläuft eine Rückleitung 34 für ein aufzuheizendes Medium, die mit Lamellen 35 versehen ist, im Abgasraum 32, wobei die Rückleitung 34 mit zwischen den Kammern 33 und den Wänden des Kessels 31 vorgesehenen Räumen 36 verbunden ist, die von dem Medium erfüllt sind.
Die oberen Enden 54 der Kammern 33 sind von einem Gemischrohr 37 durchsetzt, an dem die Brennrohre 38 angeschlossen sind, die in den Kammern 33 zentral angeordnet und von Wärmetauscherflächen umgeben sind. Dabei sind die Brennrohre 38 mit einer katalytisch wirkenden Beschichtung 39 versehen, die sich vom Anschluss 55 an dem Gemischrohr 37, das ein Gemisch aus Brenngas und Luft führt, aus erstrecken. Das Gemisch wird an der Aussenseite des katalytisch beschichteten Brennrohres gezündet.
Weiter sind die vom Wärmetauschmittel erfüllten Räume 36 mit einer Vorlaufleitung 40 verbunden.
Der Abgasraum 32 ist mit einer Abgasleitung 41 verbunden und weist einen Kondensatablauf 42 auf.
An den Brennrohren 38 wird das Gemisch katalytisch umgesetzt, wodurch Wärme erzeugt wird, die durch Strahlung die Wände 56 der Kammern 33 erwärmt, die aus einem gut wärmeleitenden Material, wie zum Beispiel Kupfer, hergestellt sind. Die Wände 56 der Kammern sind vom Wärmetauschmedium, zum Beispiel Wasser, umgeben und geben die Wärme an das Wärmetauschmedium ab. Dabei ergibt sich eine gegenläufige Strömung des Gemisches und des Wärmetauschmediums, das vom Rücklauf 34 zum Vorlauf 40 unter der Wirkung einer Pumpe strömt.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 6 sind die Kammern 33 entlang einer Kreislinie angeordnet, in deren Zentrum das Abgasrohr 41 angeordnet ist, das mit Lamellen 43 versehen ist.
Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Wärmetauscher zur Nutzung der Restabgaswärme mehr notwendig ist.
Die Brennrohre 38, die aus einem Drahtnetz, Streckmetall oder einem porösen keramischen Körper mit regel- oder unregelmässiger Struktur bestehen, sind ebenfalls mit einer katalytisch wirkenden Beschichtung 39 und von je einem Wärmetauscherrohr umgeben. In dem Brennrohr 38 ist eine Gasverteilungsvorrichtung vorgesehen, die aus einem Drahtnetz, Streckmetall oder einem porösen keramischen Körper mit regel- oder unregelmässiger Struktur gebildet ist. Die bei katalytischer Umsetzung freigesetzte Wärme wird hauptsächlich durch Strahlung an die umgebenden Wärmetauscher abgegeben.
Die Restwärme des Abgases wird konvektiv einerseits über die Strömungswege bis zum Abgassammelraum und andererseits über die am Abgasrohr befindlichen Lamellen abgeführt.
Der Kessel 31 ist bei der Ausführungsform nach der Fig. 6 mit einem Deckel 45 versehen, durch den die Gemischrohre 37 und das Abgasrohr 41 dicht hindurchgeführt sind.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 7 sind die Brennrohre über einen Verteiler 46 mit Gemisch beaufschlagt, an den die Brennrohre 38 stirnseitig angeschlossen sind.
Die Brennrohre 38 bestehen aus einem keramischen oder metallischen Körper, deren innere Oberfläche mit einem Katalysator beschichtet ist. Die äussere Oberfläche des keramischen oder metallischen Rohres dient zur Abstrahlung der bei der katalytischen Umsetzung freigesetzen Wärme.
Die Brennrohre 38 sind jeweils von einem Wärmetauscherrohr umgeben. Die Wärmetauscherrohre können im Bereich des Abgaskanals mit Lamellen bestückt sein, um die Restabgaswärme zu nutzen. Der Wärmetauscher mit integrierten katalytisch beschichteten Brennrohren 38 ist oberhalb der Gasführung gasdicht abgeschlossen.
Das Gas-Luft-Gemisch strömt über den Verteiler 46 und die Brennrohre 38 in die Kammer 33 ein.
Dieser Verteiler 46 ist über einen Zündraum 47 mit einem Mischer 48 verbunden, wobei der Zündraum 47 mit Einbauten 49 versehen ist, die eine Umlenkung des Gemischstromes bewirken. Weiter ist der Mischer 48, in den ein Gebläse 50 Luft einbläst und an den eine Gasleitung 51 angeschlosssen ist, über eine Bypassstrecke 52 mit dem Verteiler 46 verbunden, wobei in der Bypassstrecke 52 ein temperaturgesteuertes Ventil 53 angeordnet ist.
Eine weitere Möglichkeit, den Brenner zu zünden, besteht darin, dass die Zündung im Abgaskanal 32 erfolgt. Dabei muss die Strömungsgeschwindigkeit des Gases kleiner als die Flammengeschwindigkeit sein, damit das Abgas in den Brennrohren 38 aufsteigen kann.
Dabei wird das keramische Brennrohr von aussen nach innen durchströmt. Sobald der Katalysator die Anspringtemperatur erreicht hat, setzt die katalytische Umsetzung im Inneren des Brennrohres 38 ein, und die Flamme verlischt selbstständig im Gasraum 32, 33. Das Gas-Luft-Gemisch muss dabei den Strömungskanal im Inneren des Brennrohres 38 durchströmen.
Eine Bypassstrecke 23 ist während der Zündphase des Gemisches so lange geschlossen, bis die Brennrohre 38 auf Arbeitstemperatur aufgeheizt sind und anschliessend das Gemisch katalytisch weiter umgesetzt werden kann. Dadurch werden die Brennrohre entsprechend erwärmt, wodurch eine katalytische Umsetzung des Gemisches ermöglicht wird.
The invention relates to a heater according to the preamble of claim 1.
With such heaters there is always the problem of designing the burner in such a way that there is an optimal heat transfer from the burner to the heat exchange medium.
The aim of the invention is to propose a heater of the type mentioned in the introduction in which the heat exchange medium is optimally heated.
According to the invention this is achieved in a heater of the type mentioned by the characterizing features of claim 1.
The proposed measures ensure that the cooling tubes are exposed to the radiant heat of the combustion tubes on all sides, so that the heat exchange medium can be heated correspondingly quickly.
The features of claim 2 result in a very simple decoupling of the heat of the combustion tubes and thus a low-pollution operation of the burner.
The features of claim 3 result in the advantage of a simple construction of the heater.
Due to the features of claim 4, heat radiation into the environment is largely avoided.
Due to the features of claim 5, the combustion tubes can be ignited from the exhaust gas duct, countercurrent flames can rise upwards in the combustion tubes and thereby heat the combustion tubes. The ignition in the exhaust gas space takes place at a location where the mixture exits the reaction tubes first and is sufficiently far from the exhaust gas outlet. Only the flow rate of the mixture in the ignition phase needs to be lower than the flame speed. The absence of the catalytic coating in the third of the combustion tubes closer to the exhaust gas chamber means that the flames occurring during ignition do not damage the coating. However, the burner can still be operated as a normal burner with flames even after the catalytic coating has been destroyed.
The countercurrent flow of flame and gas ensures that combustion temperatures are not too high, which can damage the material, since a mixture of fuel gas and exhaust gas must pass through the flame front. This is associated with a dilution of the mixture, which results in an equilibrium between the exhaust gas and the mixture or fuel gas, as a result of which the flame which forms during the ignition process is stabilized. The burner can be ignited in the exhaust chamber.
In the event that the burner is heated via a separate ignition chamber, claim 6 has the advantage that the flow velocity of the mixture can be reduced by throttling the bypass path during the ignition of the burner.
The features of claim 7 result in a countercurrent flow of mixture and heat exchange medium, which results in a particularly good heat transfer. In addition, the fins allow the heat of the exhaust gases to be extracted to a very large extent. The heater can also be operated as a condensing boiler that condenses the exhaust gases.
Due to the features of claim 8, it is possible to operate the heater in a modulating manner, with more or fewer combustion tubes being able to be charged with the mixture depending on the current heat requirement. The regulation is carried out simply by corresponding increases or decreases in the pressure of the mixture in the mixture pipe and, if necessary, also in the return line of the heat exchange medium, which can be water, but also, for example, a thermal oil that is in a closed circuit is conducted and, for example, emits heat to another medium via a further heat exchanger.
The features of claim 9 not only ensure a correspondingly high level of operational reliability, but the non-return networks also bring about a homogenization of the mixture, which is composed of a fuel gas and air. This also ensures that the mixture flows evenly past the catalyst surface.
Furthermore, it is ensured by the features of claim 10 that a sufficiently high pressure potential is available both for the premixing and for overcoming the flow resistance of the overall burner.
It is achieved by the features of claim 11 that the heat exchange medium, which surrounds the chambers surrounding the combustion tubes, is rapidly heated by the heated chambers. The walls of the chambers are made of a good heat-conducting material.
The features of claim 12 result in the advantage that a high proportion of the released energy is converted into radiant heat, which results in a very favorable heat transfer through the walls of the chambers, which are heated up by the radiant heat, into the heat exchange medium.
Due to the features of claim 13, a very extensive utilization of the heat of the exhaust gases takes place, whereby the heater can also be operated as a condensing device. This means that an additional convective heat exchanger is no longer necessary.
In this context, it is advantageous if the exhaust gas space is provided with a condensate drain.
The features of claim 14 result in a very uniform loading of the individual combustion tubes.
The features of claim 15 make it possible to ignite the burner or the mixture in the ignition phase in a separate ignition chamber. This makes it possible to reduce the flow rate of the mixture in the ignition phase.
This is easily possible by closing the valve in the bypass section. The combustion tubes can also be ignited from the exhaust gas chamber, countercurrent flames allowing the combustion tubes to rise upwards and the combustion tubes thereby being heated, as a result of which the catalytic conversion of the mixture begins. However, it is essential that the flow rate of the mixture in the ignition phase is lower than the flame rate. In addition, the combustion pipes are heated by heat conduction from the exhaust side.
The features of claim 17 result in a very compact structure of the heater. The proposed arrangement of the exhaust pipe makes it possible to utilize the heat of the exhaust gases.
The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.
Show:
1 and 2 are longitudinal sectional views of variants of the invention,
3 shows a cross-sectional view along the line III-III in FIG. 1,
4 schematically shows the construction of a separate ignition chamber,
5 to 7 further embodiments of heating devices according to the invention.
The same reference numerals mean the same details in all the figures.
In the heating device according to the invention, a return line 1 and a flow line 2 for a heat exchange medium, for example water, are provided, which are connected to one another in register fashion via cooling tubes 3, which are made of a good heat-conducting and heat-absorbing material, such as black matt copper tubes or similar materials a high surface emission factor.
In this case, the cooling tubes 3 pass through combustion tubes 4, which are connected at their end 18 closer to the feed line 2 to a mixture tube 5 through which a fuel gas / air mixture flows.
The gas is mixed with the air sucked in via a fan 25 and an air supply pipe 27 in a mixture pipe 5.
The combustion tubes 4, consisting of metal or ceramic, are provided on their inside 20 with a catalytic coating 6, which extends from the end of the combustion tubes 4 on the mixing tube side, corresponding to the end 18, to approximately 2/3 of the length of the combustion tubes 4. On the outside of the combustion tubes 4 and that of the entire burner, these or these are provided with insulation 7 made of a heat-insulating material in order to minimize the radiation losses.
The combustion tubes 4 open into an exhaust gas chamber 10, to which an exhaust gas line 11 is connected. The return line 1 projects into the exhaust gas space 10, the return line being equipped with fins 12 projecting into the exhaust gas space 10. The exhaust gas space 10 itself is provided with a condensate drain 13 arranged at the bottom. The arrangement of the return line 1 in the exhaust gas space 10 results in a countercurrent flow of the not yet combusted mixture or the exhaust gas and the heat exchange medium which flows through the cooling tubes 3.
Since a modulating mode of operation of a catalytic burner can only be implemented with great effort, it is possible, depending on the heat requirement, to switch on the combustion tubes separately by attaching a pressure-controlled membrane 8 in the mixture supply line between the individual combustion tubes. If there is a high demand for heat, a greater throughput of gas and air is released via the gas valve 22 and flows into the available combustion pipes. If the pressure in the supply pipe rises above a critical value, the membrane 8 opens and a further combustion pipe is also used for the catalytic combustion of the gas.
Pressure-controllable membranes 8, controllable valves are installed in the mixture pipe 5, which, as seen in the flow direction of the mixture, are arranged in front of the second and the following combustion pipes 4.
This makes it possible to apply more or fewer combustion tubes 4 with mixture by correspondingly changing the pressure in the mixture pipe 5, the valves opening towards the closed end of the mixture pipe 5 at an ever higher pressure.
In the return line 1, pressure-controlled membranes 9 can also be arranged in front of the second and further cooling tubes 3, as seen in the direction of flow. These are switched and opened simultaneously with the membranes in the mixture room. The membranes open when a certain pressure is exceeded, the opening pressure of the membranes increasing towards the closed end of the return line 1.
In connection with the membranes 8 in the mixture pipe 5, the heater can be operated in a continuously modulating manner.
The opened reaction tubes are ignited conventionally, as already described above, from the exhaust gas collecting space.
If the device is not ignited from the exhaust gas chamber 10 via the ignition electrodes 21 required there, an ignition chamber 14 is arranged in the mixture pipe 5, seen in the flow direction of the mixture, in front of the first combustion pipe 4, in which internals 15 which force a deflection of the mixture flow are arranged.
A temperature-controlled valve 17 is arranged in the bypass section 16 of the mixture line 5, which runs parallel to the ignition chamber 14.
During the ignition phase, valve 17 only releases the gas supply to the ignition chamber. The mixture flows into the burner 24 and is ignited by the ignition electrodes 21.
The exhaust gas is deflected by the internals 15 and flows through the feed line 16 downstream of the valve 17 through the catalytic burner. When the burner with the catalytic coating reaches the working temperature, the valve 17, a changeover valve, is switched so that the gas-air mixture now flows directly into the catalytic burner via the feed line 16 without being burned beforehand in the separate ignition chamber.
Before the gas supply into the combustion tubes 4, non-return nets 19 are attached, the mesh size of which is smaller than the extinguishing distance. These networks also serve to homogenize the mixture and the flow rate of the mixture over the entire cross-section of the combustion tube.
In the embodiment of a heating device according to the invention according to FIG. 5, an elongated boiler 31 is provided, seen in plan view, in the lower region of which an exhaust gas space 32 is provided. 32 protrude from the exhaust chamber 32, which are closed at their upper ends 54.
A return line 34 for a medium to be heated, which is provided with fins 35, extends in the exhaust gas space 32, the return line 34 being connected to spaces 36 provided between the chambers 33 and the walls of the boiler 31, which are filled with the medium.
The upper ends 54 of the chambers 33 are penetrated by a mixture tube 37 to which the combustion tubes 38 are connected, which are arranged centrally in the chambers 33 and are surrounded by heat exchanger surfaces. The combustion tubes 38 are provided with a catalytically active coating 39, which extends from the connection 55 to the mixture tube 37, which carries a mixture of fuel gas and air. The mixture is ignited on the outside of the catalytically coated fuel tube.
Furthermore, the spaces 36 filled with the heat exchange medium are connected to a flow line 40.
The exhaust gas space 32 is connected to an exhaust gas line 41 and has a condensate drain 42.
The mixture is catalytically converted on the combustion tubes 38, whereby heat is generated which heats the walls 56 of the chambers 33 by radiation, which are made of a highly thermally conductive material such as copper. The walls 56 of the chambers are surrounded by the heat exchange medium, for example water, and give off the heat to the heat exchange medium. This results in an opposite flow of the mixture and the heat exchange medium, which flows from the return 34 to the flow 40 under the action of a pump.
In the embodiment according to FIG. 6, the chambers 33 are arranged along a circular line, in the center of which the exhaust pipe 41 is arranged, which is provided with fins 43.
This has the advantage that no additional heat exchanger is required to use the residual exhaust gas heat.
The combustion tubes 38, which consist of a wire mesh, expanded metal or a porous ceramic body with a regular or irregular structure, are also surrounded by a catalytically active coating 39 and each surrounded by a heat exchanger tube. A gas distribution device is provided in the combustion tube 38, which is formed from a wire mesh, expanded metal or a porous ceramic body with a regular or irregular structure. The heat released during catalytic conversion is mainly released to the surrounding heat exchangers by radiation.
The residual heat of the exhaust gas is dissipated convectively on the one hand via the flow paths to the exhaust gas collection space and on the other hand via the fins located on the exhaust pipe.
In the embodiment according to FIG. 6, the boiler 31 is provided with a cover 45 through which the mixture pipes 37 and the exhaust pipe 41 are passed tightly.
In the embodiment according to FIG. 7, the combustion tubes are supplied with mixture via a distributor 46, to which the combustion tubes 38 are connected at the end.
The combustion tubes 38 consist of a ceramic or metallic body, the inner surface of which is coated with a catalyst. The outer surface of the ceramic or metallic tube serves to radiate the heat released during the catalytic conversion.
The combustion tubes 38 are each surrounded by a heat exchanger tube. The heat exchanger tubes can be equipped with fins in the area of the exhaust gas duct in order to utilize the residual exhaust gas heat. The heat exchanger with integrated catalytically coated combustion tubes 38 is sealed gas-tight above the gas duct.
The gas-air mixture flows into the chamber 33 via the distributor 46 and the combustion tubes 38.
This distributor 46 is connected via an ignition chamber 47 to a mixer 48, the ignition chamber 47 being provided with internals 49 which deflect the mixture flow. Furthermore, the mixer 48, into which a blower 50 blows air and to which a gas line 51 is connected, is connected to the distributor 46 via a bypass section 52, a temperature-controlled valve 53 being arranged in the bypass section 52.
Another possibility of igniting the burner is that the ignition takes place in the exhaust duct 32. The gas flow rate must be lower than the flame speed so that the exhaust gas can rise in the combustion tubes 38.
The ceramic fuel tube is flowed through from the outside to the inside. As soon as the catalytic converter has reached the light-off temperature, the catalytic conversion begins in the interior of the combustion tube 38 and the flame extinguishes automatically in the gas space 32, 33. The gas-air mixture must flow through the flow channel in the interior of the combustion tube 38.
A bypass section 23 is closed during the ignition phase of the mixture until the combustion tubes 38 are heated to the working temperature and the mixture can then be further converted catalytically. As a result, the combustion tubes are heated accordingly, which enables a catalytic conversion of the mixture.