CH690283A5 - Heizeinrichtung und Verfahren zu ihrem Betrieb. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung und ein Verfahren zu ihrem Betrieb gemäss den Ansprüchen 1 und 8. 



  Bei bekannten Heizeinrichtungen ist meist nur ein mit katalytisch beschichteten Durchströmkanälen versehener Keramik- oder Metallwabenkörper vorgesehen. Dabei ist aber eine vollständige Umsetzung des zugeführten Brenngasgemisches nicht immer zu erreichen, insbesondere dann nicht, wenn die Heizeinrichtung in einem grösseren Bereich modulierend betrieben wird. 



  Weiter sind auch Heizeinrichtungen bekannt, bei denen mehrere Wabenkörper nacheinander vom Brenngasgemisch durchströmt werden. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil einer sehr breiten Bauweise der Heizeinrichtung, wobei sich dabei auch erhebliche Probleme bei der Abfuhr der Wärme aus dem innersten Bereich des Heizschachtes ergeben. 



  Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem ein kompakter Aufbau möglich und die Abfuhr von Wärme auch aus dem innersten Bereich leicht möglich ist. 



  Erfindungsgemäss wird dies bei einer Heizeinrichtung durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht. 



  Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ergibt sich die Möglichkeit, die Heizeinrichtung sehr kompakt zu bauen, da die beiden Keramikkörper koaxial ausgerichtet sind. Ausserdem ist durch die Anordnung zweier hintereinander durchströmter katalytisch beschichteter Keramikkörper die Möglichkeit gegeben, eine praktisch 100%ige Umsetzung des Brenngasgemisches ohne eine Überhitzung des Wabenkörpers sicherzustellen, auch wenn die Heizeinrichtung in einem weiten Bereich modulierend betrieben wird. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, dass die Wärme sehr gut und rasch abgeführt werden kann. Ausserdem ergibt sich dadurch auch der Vorteil, dass das zum zuströmseitigen Keramik- oder Metallwabenkörper strömende Brenngasgemisch vor der Wärmestrahlung weitgehend geschützt wird und es daher zu keiner Rückzündung des Gemisches kommt. 



  Dabei ergibt sich durch die Merkmale des Anspruches 3 der Vorteil, dass die beiden Wabenkörper relativ klein ausgebildet sein können und trotzdem eine vollständige Umsetzung des Brenngasgemisches sichergestellt ist. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil, dass die Umsetzung des Brenngasgemisches im Wesentlichen nur an der Ausströmseite des zuströmseitigen Wabenkörpers erfolgt und daher die Wärme auch im Wesentlichen in diesem Bereich erzeugt wird. Dadurch wird nur relativ wenig Wärme in Richtung des zuströmenden Brenngasgemisches abgestrahlt, sodass dieses nicht übermässig erwärmt wird und es daher auch zu keiner Überhitzung des Katalysators kommt. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 5 ergibt sich der Vorteil, dass Abstrahlungsverluste weitgehend vermieden werden, sodass die Aussenseite des Heizschachtes entsprechend gekühlt wird. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 6 ist sichergestellt, dass beide Keramik- oder Metallwabenkörper auf einer katalytisch aktiven Temperatur gehalten werden. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 7 ergibt sich der Vorteil eines sehr einfachen Aufbaus, wobei eine gute und rasche Wärmeabfuhr vom zuströmseitigen Wabenkörper sichergestellt ist. Der weitere Wärmetauscher, der vom zuströmenden Gemisch durchströmt wird und dieses vorwärmt, lässt sich problemlos entsprechend den jeweiligen Anforderungen dimensionieren. Ausserdem bildet dieser Wärmetauscher eine Art Barriere zwischen der Verteileinrichtung, zum Beispiel einem Verteilblech, und der Zündelektrode beziehungsweise dem Katalysator, wodurch eine Rückzündung des Gemisches verhindert wird. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 8 ergibt sich der Vorteil der hohen Flexibilität der Anordnung, da sie kondensierend oder nicht kondensierend betrieben werden kann. 



  Bei der Brennwertnutzung ist sinnvoll, die Strömungsrichtung des zuströmenden Gemisches von oben nach unten anzuordnen, da es einen Vorteil bietet, dass das Kondensat nicht auf den Brenner beziehungsweise Katalysator abtropfen kann. 



  Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen Fig. 1 und 2 schematisch zwei verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemässer Heizeinrichtungen. 



  Gleiche Bezugszeichen bedeuten in beiden Figuren gleiche Einzelheiten. 



  Die Heizeinrichtungen weisen einen Heizschacht 1 auf, in dem zwei mit Durchströmkanälen 2 versehene Keramik- oder Metallwabenkörper 3, 4 angeordnet sind. 



  Dabei sind die beiden Keramik- oder Metallwabenkörper 3, 4 koaxial ausgerichtet und voneinander distanziert. In dem Zwischenraum zwischen den beiden Keramik- oder Metallwa benkörpern 3, 4 von denen der Keramikkörper 4 über dessen gesamte Höhe mit einer katalytisch wirkenden Beschichtung versehen ist, die sich an den Wänden der Durchströmkanäle 2 befindet, ist eine Zündelektrode 11 angeordnet, die zur Zündung des Gemisches während der Startphase dient. Während der Startphase wird das Gemisch in Form von Flammen verbrannt. Die dabei entstehende Wärme bewirkt, dass die katalytische Beschichtung rasch ihre Betriebstemperatur erreicht und das Gemisch katalytisch umgesetzt wird. 



  Der Keramik- oder Metallwabenkörper 3 kann teil- oder vollkatalytisch wirkend beschichtet sein. 



  Die Zufuhr eines Brenngasgemisches erfolgt über ein Mischrohr 5, das in einen Gemischraum 6 mündet, der mit dem Heizschacht 1 verbunden ist. Zur gleichmässigeren Verteilung des Gemisches sind im Gemischraum ein mit Durchbrechungen versehenes Verteilblech 7 und stromab dieses Verteilbleches 7 ein Verteilgitter 8 oder ein fein gelochtes Verteilblech angeordnet. 



  Abströmseitig des zweiten Keramik- oder Metallwabenkörpers 4 ist ein Wärmetauscher 8 im oder unter dem Heizschacht 1 angeordnet, der mit einer Abgasleitung 10 verbunden ist, vgl. Fig. 1 und 2. 



  Zwischen den beiden Keramik- oder Metallwabenkörpern 3, 4 ist eine Zündelektrode 11 angeordnet, die mit einer nicht dargestellten Zündeinrichtung verbunden ist. 



  An der Aussenseite des Heizschachtes 1 ist eine Kühlschlange 12 angeordnet, die von einem Wärme aufnehmenden Medium durchströmt ist. 



  Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist zwischen dem Gemischraum und dem zuströmseitigen Keramik- oder Metallwabenkörper 3, der ebenfalls über seine gesamte Höhe mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist, ein weiterer Wärmetauscher 13 angeordnet, der mit dem Wärmetauscher 9 über eine Verbindungsleitung 14 verbunden ist. 



  Dabei wird der Wärmetauscher 13 vom frischen Brenngasgemisch durchströmt und absorbiert die Wärmestrahlung des zuströmseitigen Keramik- oder Metallwabenkörpers 3. 



  Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 nur dadurch, dass der zusätzliche Wärmetauscher 13 fehlt und der zuströmseitige Keramikkörper 3 min  nur in dessen abströmseitigen Endbereich 15 mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist. 



  Beim Betrieb der Heizeinrichtung strömt ein Brenngas-Luft-Gemisch über das Gemischrohr 5 in den Gemischraum 6 und strömt aus diesem gleichmässig verteilt in den Heizschacht 1 ein. Dabei durchströmt das Brenngasgemisch den Keramik- oder Metallwabenkörper 3, 3 min  und wird beim Start der Heizeinrichtung im Ausströmbereich des Keramik- oder Metallwabenkörpers 3, 3 min  gezündet und verbrennt in kleinen Flammen. 



  Dadurch wird der Keramik- oder Metallwabenkörper 3, 3 min durch die Wärmeentwicklung der Flammen erwärmt. Dadurch erreicht die katalytisch wirkende Beschichtung des Keramik- oder Metallwabenkörpers 3, 3 min  ihre Reaktionstemperatur und das Brenngasgemisch wird mehr und mehr katalytisch umgesetzt. Dadurch wird ebenfalls Wärme entwickelt, und die Flammen verlöschen nach und nach, da das aus dem Keramikkörper 3, 3 min  austretende Gas keinen für die Verbrennung in Flammen ausreichenden Anteil an Brenngas enthält. 



  Die durch die Flammen erzeugten Abgase erwärmen den Keramik- oder Metallwabenkörper 4, sodass auch dessen katalytisch wirkende Beschichtung ihre Reaktionstemperatur erreicht, und das in dem den Keramikkörper 4 durchströmenden Gasgemisch noch enthaltene Brenngas wird katalytisch umgesetzt. 



  Die dabei entstehenden heissen Abgase geben ihre Wärme an den Wärmetauscher 9 und strömen über die Abgasleitung 10 ab. 



  Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 wird das zuströmende Brenngasgemisch über die gesamte Höhe des Keramik- oder Metallwabenkörpers 3 umgesetzt, wodurch sich der Keramikkörper 3 entsprechend erwärmt. Die in Richtung des Gemischraumes abgestrahlte Wärme wird vom Wärmetauscher 13 absorbiert, wodurch eine nennenswerte Erwärmung des Gemischraumes 6 vermieden wird. 



  Bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 erfolgt die Umsetzung des Brenngasgemisches lediglich im Endbereich 15 des zuströmseitigen Keramik- oder Metallwabenkörpers 3 min . Dadurch erwärmt sich dieser im Wesentlichen nur in diesem Bereich, sodass sich keine nennenswerte Wärmestrahlung in Richtung zum Gemischraum 6 ergibt. 



  Die weitere Umsetzung des Brenngasgemisches erfolgt dabei im Keramikkörper 4. 



  Die an den Heizkörperschacht 1 abgestrahlte Wärme wird über die Kühlschlange 12 abgeführt, sodass sich nur geringe Abstrahlungsverluste ergeben. 

Claims (8)

1. Heizeinrichtung mit einem katalytischen Brenner, der in einem Heizschacht (1) angeordnet ist, dem ein Wärmetauscher (9) zugordnet ist, wobei ein Durchströmkanäle (2) aufweisender, als Brenner dienender Keramik- oder Metallwabenkörper (3, 3 min ) angeordnet ist, der mit einer katalytisch wirkenden Beschichtung versehen ist, an dessen Ausströmseite eine Zündelektrode (11) zwischen dem genannten und einem weiteren axial zueinander ausgerichteten Keramik- oder Metallwabenkörper (4) angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher (9) stromab des abströmseitigen, weiteren Keramik- oder Metallwabenkörpers (4) angeordnet ist.

2.

Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, in Strömungsrichtung des Brenngasgemisches gesehen, stromauf des zuströmseitigen katalytisch wirkenden beschichteten Keramik- oder Metallwabenkörpers (3) ein weiterer Wärmetauscher (13) angeordnet ist, der im Betrieb vom Brenngasgemisch durchströmt ist und die Strahlungswärme absorbiert.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Keramikwabenkörper (3, 4) über ihre gesamte Höhe mit einer katalytisch wirkenden Beschichtung versehen sind.

4.

Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zuströmseitige Keramik- oder Metallwabenkörper (3 min ) ausschliesslich in dessen ausströmseitigen Endbereich (15) mit einer katalytisch wirkenden Besschichtung versehen ist, wogegen der abströmseitig angeordnete weitere Keramik- oder Metallwabenkörper (4) über seine gesamte Höhe mit einer katalytisch wirkenden Beschichtung versehen ist.

5. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurchgekennzeichnet, dass der Heizschacht (1) zumindest abschnittweise als wasserdurchflossener Doppelmantel ausgebildet oder aussen mit einer wasserdurchflossenen Kühlschlange (12) versehen ist.

6. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizschacht (1) im Bereich zwischen den beiden Keramik- oder Metallwabenkörpern (3, 4) isoliert ist.

7.

Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Wärmetauscher (13) zwischen einer unmittelbar stromab einer Einmündung eines Mischrohres (5) das einströmende Gemisch verteilenden Verteileinrichtung (7, 8) und dem zuströmseitigen Wabenkörper (3) angeordnet ist.

8. Verfahren zum Betrieb der Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie von oben nach unten oder umgekehrt durchströmt wird.