DE10000652A1 - Brenner mit einem katalytisch aktiven porösen Körper - Google Patents
Brenner mit einem katalytisch aktiven porösen KörperInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einem katalytisch aktiven, porösen Körper, bei dem der Brennstoff über eine Rückschlagsicherung dem porösen Körper zugeführt wird und bei dem im Bereich des porösen Körpers durch Zündung der zugeführte Brennstoff zur Verbrennung gebracht wird. Ist dabei vorgesehen, dass der poröse Körper im Anschluss an die Rückschlagsicherung mindestens einen Bereich mit einem katalytisch aktiven Bereich aufweist, der der Rückschlagsicherung abgekehrt in einen unbeschichteten Bereich des porösen Körpers übergeht, und dass die katalytisch aktiven Bereiche an die Arbeitstemperaturen ihrer Bereiche angepasst sind, dann arbeiten die katalytisch beschichteten Bereiche optimal und eine Deaktivierung der katalytisch aktiven Bereiche ist verhindert.
Description
Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einem katalytisch aktiven porösen
Körper, bei dem der Brennstoff über eine Rückschlagsicherung dem porösen Kör
per zugeführt wird und bei dem im Bereich des porösen Körpers durch Zündung
der zugeführte Brennstoff zur Verbrennung gebracht wird.
Bei den bekannten Brennern dieser Art weisen die porösen Körper insgesamt
eine katalytische Beschichtung auf. Dabei kommt es in verschiedenen Bereichen
des porösen Körpers zu Arbeitstemperaturen, bei denen der Katalysator über
haupt nicht oder nicht optimal arbeiten kann. In Bereichen mit zu hohen Ar
beitstemperaturen kann der Katalysator irreversibel deaktiviert werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Brenner mit einem katalytisch aktiven,
porösen Körper zu schaffen, bei dem die Katalysatoren im porösen Körper stets
mit optimaler Arbeitstemperatur arbeiten, so dass aufgrund zu hoher oder zu
niedriger Arbeitstemperatur eine Unwirksamkeit oder Zerstörung des Katalysa
tors vermieden wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der poröse Körper
im Anschluss an die Rückschlagsicherung mindestens einen Bereich mit einer
katalytisch aktiven Beschichtung aufweist, der der Rückschlagsicherung abge
kehrt in einen unbeschichteten Bereich des porösen Körpers übergeht, und dass
die katalytisch beschichteten Bereiche an die Arbeitstemperaturen ihrer Bereiche
angepasst sind.
Durch diese Auslegung des porösen Körpers kann zudem der Schadstoffausstoß
gesenkt und der bei vollständig katalytisch beschichtetem, porösen Körper
auftretende Brennstoffschlupf und die damit verbundene Emission an
unverbrannten Kohlenwasserstoffen vermieden werden. Ein Brennstoffschlupf
kann z. B. bei einer teilweisen Deaktivierung des Katalysators auftreten.
Der katalytisch beschichtete Bereich liegt im Anschluss an die Einströmseite des
Brennstoffes, des Gas-Luftgemisches, und damit im Anschluss an die Rück
schlagsicherung. Wenn diese Rückschlagsicherung gekühlt ist, verhindert diese
eine Überhitzung des Katalysators in dem anschließenden katalytisch beschich
teten Bereich des porösen Körpers. Dies kann auch schon durch die Kühlung der
Rückschlagsicherung über den ausströmenden Brennstoff erfolgen.
Die Porosität des oder der katalytischen Bereiche kann so ausgelegt sein, dass
sich entweder auf jeden Fall eine Verbrennungszone ausbilden kann (hohe
Porosität) oder dass sich eine Verbrennungszone nur aufgrund der katalytischen
Beschichtung ausbilden kann (niedrige Porosität).
Gezündet wird der Brennstoff im unbeschichteten Bereich des porösen Körpers.
Die aus diesem Bereich abgestrahlte Wärme erhitzt den angrenzenden, kataly
tisch beschichteten Bereich, so dass dieser seine Arbeitstemperatur erhält.
Bei einer ausreichend hohen Porosität kann das Gas-Luftgemisch auch außerhalb
des Porenkörpers gezündet werden.
In den katalytisch beschichteten Bereichen des porösen Körpers wird ein Teil des
Gas-Luftgemisches katalytisch umgesetzt. Der nicht reagierte Teil des Gas-Luft
gemisches wird im nicht katalytisch beschichteten, d. h. unbeschichteten Be
reich, konventionell verbrannt.
Der Aufbau des porösen Körpers mit den unterschiedlichen Bereichen kann va
riieren. So kann nach einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die katalytisch
beschichteten Bereiche und der unbeschichtete Bereich Bestandteile eines ein
stückigen porösen Körpers sind oder dass die katalytisch beschichteten Bereiche
und der unbeschichtete Bereich als getrennte Schichten eines zusammengesetz
ten, porösen Körpers ausgebildet sind.
Eine Vereinfachung ergibt sich nach einer Weiterbildung dadurch, dass die Rück
schlagsicherung Bestandteil des einstückigen porösen Körpers oder als getrennte
poröse Schicht des porösen Körpers ausgebildet ist.
Umfasst der katalytisch beschichtete Teil des porösen Körpers mehrere Berei
che, dann ist vorgesehen, dass die katalytisch beschichteten Bereiche des
porösen Körpers von der Rückschlagsicherung zu dem unbeschichteten Bereich
hin in der Arbeitstemperatur an den zunehmenden Temperaturverlauf angepasst
sind. Für Brenner mit porösen Körpern, bei denen sich aufgrund ihrer speziellen
Auslegung eine von der beschriebenen Temperaturverteilung abweichende Ver
teilung einstellt, werden die unterschiedlichen Katalysatorbereiche so ange
ordnet, dass der Katalysator mit der höchsten Temperaturbelastbarkeit in der
heißesten Zone angeordnet ist. Alle weiteren Zonen sind so anzuordnen, dass
sie in einem für sie optimalen Temperaturbereich angeordnet sind. Dabei können
entsprechend den Arbeitstemperaturen dieser Bereiche unterschiedliche Kataly
satoren, wie keramische oder metallische Katalysatoren, verwendet werden. Zu
dem kann vorgesehen sein, dass die katalytisch beschichteten Bereiche, der
unbeschichtete Bereich und die Rückschlagsicherung unterschiedliche, an ihre
Betriebsbedingungen angepasste Porengröße aufweisen.
Für die Beschichtung der Bereiche sieht eine Ausgestaltung vor, dass die Kata
lysatoren im Tauchverfahren oder durch Aufsprühen, insbesondere im Flamm
spritzverfahren in den porösen Körper oder die getrennten Schichten desselben
eingebracht oder aufgebracht sind.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei
spielen poröser Körper mit Rückschlagsicherung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen einstückigen Porenbrenner mit getrennter Rückschlagsiche
rung,
Fig. 2 einen aus zwei unterschiedlichen Schichten und eine getrennte
Rückschlagsicherungs-Schicht zusammengesetzten Porenbrenner,
Fig. 3 einen aus drei unterschiedlichen Schichten und eine getrennte
Rückschlagsicherungs-Schicht zusammengesetzten Porenbrenner
und
Fig. 4 einen aus einer unbeschichteten, einer katalytisch beschichteten
Schicht und einer Rückschlagsicherungs-Schicht zusammengesetz
ten Porenbrenner.
Der Porenbrenner nach Fig. 1 ist aus einem einstückigen porösen Körper 10 und
einer getrennten, als Schicht ausgebildeten Rückschlagsicherung 20 zusammen
gesetzt, über die das Gas-Luftgemisch als Brennstoff zugeführt wird. Der poröse
Körper 10 ist einstückig und weist zwei Bereiche 11 und 15 auf, von denen nur
der an die Rückschlagsicherung 20 anschließende Bereich 11 katalytisch be
schichtet ist, während der der Rückschlagsicherung 20 abgekehrte Bereich 15
unbeschichtet ist. Die Zündung des Gas-Luftgemisches geschieht in diesem Be
reich 15. Dabei kann der Katalysator durch Tauchen des Fußbereiches des porö
sen Körpers 10 in den Bereich 11 eingebracht werden. Auch ein Einsprühen des
Katalysators in den Bereich 11 ist möglich. Als Katalysatoren kommen edelmetallhaltige
und keramische Katalysatoren, wie Perovskite, in Betracht, wobei sich
ihre Eigenschaften nach der Arbeitstemperatur im Bereich 11 richtet. Die kera
mischen Katalysatoren sind in einem Temperaturbereich von ca. 600°C bis
1000°C geeignet, während die metallischen Katalysatoren schon bei Arbeits
temperaturen ab 300°C gut arbeiten, bei etwa 500°C aufgrund von Struktur
änderungen schon zerstört werden können.
Wie die Fig. 2 an einem zusammengesetzten Porenbrenner zeigt, können die Be
reiche 11 und 15 als getrennte Schichten ausgebildet sein, wie die Rückschlag
sicherung 20. Dabei bleibt die Zündung im unbeschichteten Bereich 15 beibe
halten und die katalytische Beschichtung des Bereiches 11 wird an den Tempe
raturverlauf zwischen Rückschlagsicherung 20 und unbeschichtetem Bereich 20
angepasst. Dabei kann auch die Porosität des als Schicht ausgebildeten Berei
ches 11 sich von der Porosität des unbeschichteten Bereiches 15 unterscheiden,
insbesondere kleiner sein.
Bei dem Porenbrenner nach Fig. 3 mit zwei unterschiedlich katalytisch beschich
teten Bereichen 11 und 12 werden mit unterschiedlichen Katalysatoren die Ar
beitstemperaturbereiche an den Temperaturverlauf im zusammengesetzten porö
sen Körper 10 angepasst. So kann der als Schicht ausgebildete Bereich 11 z. B.
mit einem metallischen Katalysator beschichtet sein, der in einem Temperatur
bereich von 300°C bis 500°C gut arbeitet, während der Bereich 12 mit einem
keramischen Katalysator und einem Temperaturbereich von 600°C bis 1000°C
ausgelegt ist. Das Gas-Luftgemisch wird über die Rückschlagsicherung 20 zuge
führt, die zusätzlich gekühlt sein kann. Der unbeschichtete Bereich 15 des
Porenbrenners liegt im Bereich der Zündeinrichtung und der Rückschlagsicherung
20 abgekehrt. Die Bereiche 11 und 12 können als Schichten ausgebildet und mit
den Katalysatoren beschichtet mit dem unbeschichteten Bereich 15 verbunden
sein. Die Rückschlagsicherung 20 kann als getrenntes Teil ausgebildet und mit
dem aus den Schichten der Bereiche 11, 12 und 15 gebildeten porösen Körper
10 als Porenbrenner zusammengesetzt sein.
Wie der Porenbrenner nach Fig. 4 zeigt, kann die Rückschlagsicherung 20 auch
als katalytisch beschichteter Bereich des porösen Körpers 10 ausgebildet sein,
wobei dieser Bereich so gestaltet ist, dass mit niedriger Porosität und einer
Arbeitstemperatur von ca. 300°C bis 500°C eine Flammenbildung verhindert
ist. Der in Strömungsrichtung erste Bereich des Porenbrenners wirkt daher
gleichzeitig als Rückschlagsicherung 20. Dabei kann dieser Bereich als getrennte
Schicht ausgebildet oder in den einstückigen, porösen Körper 10 integriert sein.
An den als Rückschlagsicherung 20 wirkenden katalytisch beschichteten Bereich
schließen sich ein oder mehrere katalytisch beschichtete Bereiche, z. B. 11, an.
Der dem unbeschichteten Bereich 15 benachbarte, in Strömungsrichtung des
Gas-Luftgemisches letzte katalytisch beschichtete Bereich ist dabei auf eine Ar
beitstemperatur von ca. 600°C bis 1000°C angepasst.
Es bleibt noch zu erwähnen, dass alle Bereiche 11, 12 und 15 der gezeigten Po
renbrenner einschließlich der Rückschlagsicherung 20 als einstückiger poröser
Körper 10 und/oder aus Schichten unterschiedlicher Porosität und/oder unter
schiedlicher, an den Temperaturverlauf in Strömungsrichtung angepasster Be
schichtungen bestehen kann.
Claims (9)
1. Brenner mit einem katalytisch aktiven, porösen Körper, bei dem der
Brennstoff über eine Rückschlagsicherung dem porösen Körper zugeführt
wird und bei dem im Bereich des porösen Körpers durch Zündung der zu
geführte Brennstoff zur Verbrennung gebracht wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der poröse Körper (10) im Anschluss an die Rückschlagsicherung
(20) mindestens einen Bereich mit einer katalytisch aktiven Beschichtung
(11) aufweist, der der Rückschlagsicherung (20) abgekehrt in einen
unbeschichteten Bereich (15) des porösen Körpers (10) übergeht und
dass die katalytisch aktiven Bereiche (11, 12) an die Arbeitstemperaturen
ihrer Bereiche (11, 12) angepasst sind.
2. Brenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die katalytisch aktiven Bereiche (11, 12) und der katalytisch inaktive
Bereich (15) Bestandteile eines einstückigen porösen Körpers (10) sind.
3. Brenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die katalytisch aktiven Bereiche (11, 12) und der unbeschichtete
Bereich (15) als getrennte Schichten eines zusammengesetzten, porösen
Körpers (10) ausgebildet sind.
4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rückschlagsicherung (20) Bestandteil des einstückigen porösen
Körpers (10) oder als getrennte poröse Schicht des porösen Körpers (10)
ausgebildet ist.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die katalytisch aktiven Bereiche (11, 12) des porösen Körpers (10)
von der Rückschlagsicherung (20) zu dem unbeschichteten Bereich (15)
hin in der Arbeitstemperatur an den Temperaturverlauf angepasst sind.
6. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die getrennten Schichten der katalytisch aktiven Bereiche (11, 12)
mit unterschiedlichen Katalysatoren (keramische oder metallische Ka
talysatoren) versehen sind.
7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die katalytisch beschichteten Bereiche (11, 12), der unbeschichtete
Bereich (15) und die Rückschlagsicherung (20) unterschiedliche, an ihre
Betriebsbedingungen angepasste Porengröße aufweisen.
8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zündung des zugeführten Brennstoffes, ein Gas-Luftgemisch, im
unbeschichteten Bereich (15) des porösen Körpers (10) erfolgt.
9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Katalysatoren im Tauchverfahren oder durch Aufsprühen, insbe
sondere im Flammspritzverfahren in den porösen Körper (10) oder die ge
trennten Schichten desselben eingebracht oder aufgebracht sind.
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