DE10160837B4

DE10160837B4 - Method of mixing hot combustion gases with secondary air to limit the temperature

Info

Publication number: DE10160837B4
Application number: DE10160837A
Authority: DE
Inventors: Marc Dipl.-Ing. Sommer; Michael Dipl.-Chem. Himmen; Bernhard Dipl.-Ing. Vogel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: DE10160837A1

Abstract

Brenner, insbesondere für Fahrzeuganwendungen, mit einem Gehäuse (1), das einen Einlass (2), einen Brennraum (3) eine Zündeinrichtung (4) und einen Abgasauslass (5) aufweist, bei dem ein Teil des Brennraums (3) mit einem porösen Material gefüllt ist, dessen Porosität sich längs der Flußrichtung eines gasförmigen Brennstoffes derart verändert, dass sich an der Grenzfläche oder in einer bestimmten Zone des porösen Materials eine kritische Peclet-Zahl durch Einstellen der Porengröße ergibt, bei dem unterhalb dieser Porengröße keine Flamme entstehen kann, darüber jedoch eine freie Entflammung stattfindet, wobei in dem Abgasauslass (5) eine Zuführung (6) für Luft und eine Mischzone (7) für die Mischung der zugeführten Luft und dem heißen Abgas vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet dass der Einlass (2a) für die Luft mit der Zuführung (6) für Luft über mehrere im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Kanäle (9) verbunden ist, welche zwischen dem Brennraum (3) und einer Außenwand (1a) des Gehäuses (1) angeordnet sind.Burner, especially for Vehicle applications, comprising a housing (1) having an inlet (2), a combustion chamber (3) an ignition device (4) and an exhaust gas outlet (5), in which a part of the combustion chamber (3) with a porous Material filled is whose porosity along the flow direction a gaseous fuel changed so that is at the interface or in a certain zone of the porous material a critical one Peclet number by adjusting the pore size results in the below this pore size no Flame may arise over it However, a free ignition takes place, wherein in the exhaust outlet (5) a feeder (6) for air and a mixing zone (7) for the mixture of the supplied Air and the hot Exhaust gas is provided, characterized in that the inlet (2a) for the Air with the feeder (6) for Air over a plurality of substantially parallel channels (9) connected which is between the combustion chamber (3) and an outer wall (1a) of the housing (1) are arranged.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a burner according to the preamble of Patent claim 1.

Derartige Brenner, insbesondere für Heizungsanlagen sind aus der DE 43 22 109 C2 und DE 195 27 583 C2 bekannt. Sie zeigen ein Gehäuse, das einen Einlass für ein Gas-Luft-Gemisch als Brennstoff, einen Brennraum, eine Zündeinrichtung im Brennraum und einen Abgasauslass aufweist. Dabei ist der Teil des Brennraums, in dem sich die Flamme ausbreitet, vollständig mit einem porösen Material gefüllt, dessen Porosität sich längs der Flußrichtung des Gas-Luft-Gemisches derart verändert, dass sich an der Grenzfläche oder in einer bestimmten Zone des porösen Materials eine kritische Peclet-Zahl durch Einstellen der Porengröße ergibt. Unterhalb dieser Porengröße kann keine Flamme entstehen, wogegen oberhalb eine freie Entflammung stattfindet. Diese Art der Brenner wird auch als Porenbrenner bezeichnet. Sie erweisen sich bei vorgegebener Heizleistung als sehr kompakt und robust.Such burners, especially for heating systems are from the DE 43 22 109 C2 and DE 195 27 583 C2 known. They show a housing having an inlet for a gas-air mixture as fuel, a combustion chamber, an ignition device in the combustion chamber and an exhaust gas outlet. In this case, the part of the combustion chamber in which the flame propagates is completely filled with a porous material whose porosity changes along the direction of flow of the gas-air mixture in such a way that at the interface or in a certain zone of the porous material critical Peclet number by adjusting the pore size. Below this pore size no flame can occur, whereas above a free ignition takes place. This type of burner is also referred to as a pore burner. They prove to be very compact and robust at a given heat output.

In der DE 199 39 951 A1 ist ein Porenbrenner beschrieben, bei dem zur Reduktion der maximalen Temperatur bei der Verbrennung ein zusätzliches Gas mit niedrigerem Brennwert oder ein inertes Gas in den Brennraum zugeführt wird. Dadurch werden die Verbrennungsverhältnisse bewußt verschlechtert und die Verbrennungstemperatur reduziert. Damit ist sichergestellt, dass die im Brennraum verwendeten Materialien aufgrund der Erniedrigung der Verbrennungstemperatur nicht geschädigt werden. Dieser Brenner zeigt aufgrund der nicht optimalen Verbrennungsverhältnisse verschlechterte Emissionsverhältnisse.In the DE 199 39 951 A1 a pore burner is described in which an additional gas with a lower calorific value or an inert gas is fed into the combustion chamber to reduce the maximum temperature during combustion. As a result, the combustion conditions are deliberately deteriorated and the combustion temperature is reduced. This ensures that the materials used in the combustion chamber are not damaged due to the lowering of the combustion temperature. This burner shows due to the non-optimal combustion conditions deteriorated emission conditions.

Einen Brenner mit Zumischung von Luft in den Abgasauslass einer ersten oder zweiten Verbrennungsstufe eines Porenbrenners mit sich in Flussrichtung ändernder Porosität ist aus dem amerikanischen Patent US 5,141,432 bekannt. Der Brenner weist eine thermisch isolierende Aluminiumoxidhülse auf und hat niedrige Schadstoffemissionen.A burner with addition of air into the exhaust gas outlet of a first or second combustion stage of a pore burner with flow-changing porosity is known from the American patent US 5,141,432 known. The burner has a thermally insulating aluminum oxide sleeve and low pollutant emissions.

Aus der deutschen Patentanmeldung DE 195 21 308 A1 geht eine Gasturbine mit niedrigen Schadstoffemissionen hervor, bei der die Flammtemperatur durch Einspritzen von Wasser in den Brennraum abgesenkt wird.From the German patent application DE 195 21 308 A1 is a gas turbine with low pollutant emissions out, in which the flame temperature is lowered by injecting water into the combustion chamber.

Aus der deutschen Patentanmeldung DE 198 16 714 A1 geht ein Gebläsebrenner mit niedrigen Schadstoffemissionen hervor. From the German patent application DE 198 16 714 A1 is a fan burner with low pollutant emissions.

Der Gebläsebrenner weist ein einziges Brennergebläse für zumindest zwei Brennerstufen auf. Von dem Brennergebläse aus ist von der geregelten Verbrennungsluftzufuhr zur ersten Brennerstufe eine regelbare Verbrennungsluftleitung zur zweiten Brennerstufe abgezweigt.Of the blowpipe has a single burner fan for at least two burner stages on. From the burner fan is from the regulated combustion air supply to the first burner stage an adjustable combustion air duct for branched off second burner stage.

Aus der deutschen Patentanmeldung DE 195 44 417 A1 ist ein weiterer Brenner bekannt, bei dem in dem Abgasauslass eine Zuführung für ein Verbrennungsgas, d.h. Luft, und eine Mischzone für die Mischung der zugeführten Luft und dem heißen Abgas vorgesehen ist. Die Abgase können vorgeheizt sein.From the German patent application DE 195 44 417 A1 Another burner is known in which a supply for a combustion gas, ie air, and a mixing zone for the mixture of the supplied air and the hot exhaust gas is provided in the exhaust gas outlet. The exhaust gases can be preheated.

Das deutsche Patent DE 195 27 583 C2 beschäftigt sich mit der Bereitstellung eines verbesserten porösen Mediums für einen Porenbrenner, um damit eine schadstoffreduzierte Verbrennung zu bewirken. Dazu wird ein Wärmetauschermantel vorgeschlagen, in dem schraubenlinienförmig verlaufende Kanäle vorgesehen sind, in denen ein Wärmetauschermedium wie z.B. Wasser fließt, das durch eine Heizungsanlage zirkuliert. Ferner wird vorgeschlagen, im Abgasraum eine Kühlwendel vorzusehen, die dem Abgas Wärme entzieht, die als Nutzwärme einsetzbar ist.The German patent DE 195 27 583 C2 is concerned with the provision of an improved porous medium for a pore burner in order to effect a reduced-emission combustion. For this purpose, a heat exchanger jacket is proposed in which helically extending channels are provided, in which a heat exchange medium such as water flows, which circulates through a heating system. It is also proposed to provide a cooling coil in the exhaust gas chamber, which extracts heat from the exhaust gas, which can be used as useful heat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner so weiterzuentwickeln, dass er ohne thermische Probleme zu verursachen in enger Nachbarschaft zu anderen, wärmeempfindlichen Komponenten angeordnet werden kann.Of the present invention is based on the object, a burner to develop so that without causing thermal problems in close proximity to other heat-sensitive components can be arranged.

Die Aufgabe wird ausgehend von den bekannten Brennern dadurch gelöst, dass der Einlass für die Luft mit der Zuführung für Luft über mehrere im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Kanäle verbunden ist, welche zwischen dem Brennraum und einer Außenwand des Gehäuses angeordnet sind.The Task is solved starting from the known burners in that the inlet for the air with the feeder for air over several connected substantially parallel to each other channels is, which is arranged between the combustion chamber and an outer wall of the housing are.

Dabei bilden ein Einlass für die Luft, eine Zuführung für den Flüssigbrennstoff und eine daran angeschlossene Verdampfungszone den Einlass des Brenners.there form an inlet for the air, a feeder for the liquid fuel and an evaporation zone connected thereto, the inlet of the burner.

Bei dieser Ausbildung des Brenners wird die über den Einlass für die Luft zugeführte Luft aufgeteilt, und zwar in einen ersten Luftstrom, der zur Verdampfung des zugeführten flüssigen Brennstoffs verwendet wird, und einen zweiten Luftstrom, der zur Zuführung in den Abgasauslass und dort durch Mischen mit den heißen Abgasen zur Abkühlung derselben verwendet wird. Dieser zweite Luftstrom wird über mehrere parallel zueinander verlaufende Kanäle, welche zwischen dem Brennraum und der Außenwand des Gehäuses verlaufen, geführt.at This training of the burner will be over the inlet for the air supplied Split air, in a first air stream, which is for evaporation of the supplied liquid Fuel is used, and a second air stream, which is used for feeding in the exhaust outlet and there by mixing with the hot exhaust gases to cool down the same is used. This second airflow is over several mutually parallel channels, which between the combustion chamber and the outer wall of the housing run, guided.

Durch diese Anordnung der Kanäle gelingt es, die Außenwand des Gehäuses vom Brennraum zu trennen und sie durch die durchströmende Luft kühl zu halten. Damit ist nicht nur eine definierte Absenkung der Temperatur der Abgase, sondern auch eine Abkühlung der Außenwand des Gehäuses sichergestellt, so dass eine thermische Beeinträchtigung der Umgebung des Brenners, insbesondere der thermischen empfindlichen Komponenten in der Nachbarschaft des Brenners, nicht gegeben ist. Dies ermöglicht eine Anordnung verschiedener Komponenten in der unmittelbaren Umgebung des Brenners, so dass sehr kompakte Systeme unter Verwendung des erfindungsgemäßen Brenners realisiert werden können. Durch die Verwendung mehrerer Kanäle wird eine besonders effiziente thermische Trennung des heißen Brennraums von der Außenwand des Gehäuses und damit von der Umgebung des Brenners erreicht. Die Temperatur der Außenwand des Gehäuses des Bren ners wird so auf einem besonders niedrigeren Niveau gehalten.By this arrangement of the channels succeed it is to separate the outer wall of the housing from the combustion chamber and to keep it cool by the air flowing through it. This not only a defined reduction in the temperature of the exhaust gases, but also a cooling of the outer wall of the housing is ensured, so that a thermal impairment of the environment of the burner, in particular the thermal sensitive components in the vicinity of the burner is not given. This allows an arrangement of various components in the immediate vicinity of the burner, so that very compact systems can be realized using the burner according to the invention. By using multiple channels, a particularly efficient thermal separation of the hot combustion chamber from the outer wall of the housing and thus of the environment of the burner is achieved. The temperature of the outer wall of the housing of the Bren ners is kept at a particularly low level.

Durch das Zusammenwirken und die kompakte Anordnung der Zuführung für den Flüssigbrennstoff, des Einlasses für die Luft und der daran angeschlossenen Verdampfungszone gelingt es, die von außen aus Reservoirs zugeführten Edukte unverändert dem Brenner zuzuführen und durch das Mischen und Verdampfen in der Verdampfungszone für das Verbrennen aufzubereiten, ohne dass aufwendige und raumgreifende zusätzliche Vorrichtungen erforderlich sind. Durch diese Ausbildung des Brenners, insbesondere des Einlasses des Brenners wird erreicht, dass die Anzahl der Zuleitungen des Brenners reduziert sind und dadurch eine kompakte Bauweise des Brenners gewährleistet ist, die ihn gerade für den Einbau in einem Fahrzeug mit seinen schwierigen und engen Raumverhältnissen sowie mit seinen empfindlichen Bestandteilen besonders geeignet machen.By the interaction and the compact arrangement of the feed for the liquid fuel, the inlet for the air and the connected evaporation zone succeed it, from the outside supplied from reservoirs Educts unchanged to supply to the burner and by mixing and evaporating in the evaporation zone for burning to prepare, without that elaborate and expansive additional Devices are required. Through this training of the burner, in particular the inlet of the burner is achieved that the Number of supply lines of the burner are reduced and thereby one The compact design of the burner ensures that it is straight for the Installation in a vehicle with its difficult and tight spaces as well as with its sensitive components particularly suitable do.

Durch diese Anordnung gelingt es außerdem, eine optimale Verbrennung in dem Brennraum zu ermöglichen, wodurch der Brenner sehr kompakt und effizient ausgebildet werden kann. Dadurch gelingt es ferner, die Abgase, die zur Heizung vorgesehen sind, in ihrer Temperatur auf ein Maß abzusenken, dass es zu keiner Gefährdung der zu heizenden Komponenten oder anderer Komponenten kommen kann. Dabei wird die Menge der zugeführten kalten Luft so gewählt, dass eine ausreichende Temperaturabsenkung gegeben ist.By this arrangement also succeeds to allow optimal combustion in the combustion chamber, which makes the burner very compact and efficient can. This also manages the exhaust gases that provided for heating are to lower in their temperature to a level that there is none endangering which can come to be heated components or other components. In this case, the amount of supplied cold air so chosen that a sufficient temperature reduction is given.

Durch diese Anordnung gelingt es zudem, eine optimale Verbrennung mit der Möglichkeit einer sehr kompakten Ausbildung des Brenners zu erreichen, ohne dabei die maximale Heizleistung unnötig einzuschränken und eine ausreichende Sicherheit anderer Komponenten, insbesondere eines Fahrzeugs, vor thermischer Zerstörung zu erreichen.By This arrangement also succeeds in optimal combustion The possibility to achieve a very compact design of the burner, without while the maximum heating power unnecessarily restrict and adequate safety of other components, in particular one Vehicle, from thermal destruction to reach.

Es hat sich besonders bewährt, in der Zuführung für die Luft ein Ventil zur Einstellung der zugeführten Luftmenge vorzusehen. Hierdurch gelingt es, durch entsprechende Einstellung der zugeführten Luftmenge die Abgastemperatur an die äußeren Umstände, das heißt an die gewünschten Temperaturen, respektive an die Maximaltemperaturen, anzupassen. In Verbindung mit einem fakultativen zusätzlichen Temperatursensor im Bereich der Mischzone ist es möglich, auf Basis der aktuell gemessenen Temperatur die zugeführte Luftmenge mittels des Ventils in der Zuführung für die Luft dahingehend einzustellen, dass die derzeit gewünschte Temperatur der Abgase erreicht wird. Durch diese Regelung wird sichergestellt, dass bei sich ändernden Verbrennungsverhältnissen, beispielsweise durch Veränderung des zugeführten Brennstoffs, durch Veränderung der Außentemperatur, der Luftfeuchtigkeit usw., stets eine gewünschte Abgastemperatur bei Erhalt der gewünschten Heizleistung und mit einer emissionsarmen Verbrennung erreicht wird.It has proven particularly effective in the feeder for the Air to provide a valve for adjusting the amount of air supplied. This makes it possible, by adjusting the amount of air supplied the exhaust gas temperature to the external circumstances, the is called to the desired Temperatures, respectively to the maximum temperatures, adapt. In conjunction with an optional additional temperature sensor in the Area of the mixing zone it is possible based on the currently measured temperature, the amount of air supplied by means of the valve in the feeder for the Adjust the air so that the currently desired temperature the exhaust gas is reached. This regulation ensures that that at changing Combustion conditions, for example through change of the supplied Fuel, by change the outside temperature, the humidity, etc., always a desired exhaust gas temperature Receipt of the desired Heating power and is achieved with a low-emission combustion.

Es hat sich besonders bewährt im Mündungsbereich der Zuführung für die Luft Umlenkelemente für den Luftstrom vorzusehen, die ein Umlenken und/oder Verwirbeln der zugeführten Luft und dadurch ein effizientes Mischen dieser mit den heißen Abgasen bewirken. Durch diese Umlenkung wird ein sehr wirkungsvolles Mischen der Gase und damit ein gleichmäßiges Abkühlen der Abgase gewährleistet.It has proven itself especially in the mouth area the feeder for the Air deflecting elements for to provide the air flow, which is a redirecting and / or swirling the supplied Air and thus an efficient mixing of these with the hot exhaust gases cause. This diversion is a very effective mixing the gases and thus a uniform cooling of the Exhaust gases ensured.

Es hat sich besonders bewährt, die Umlenkelemente so anzuordnen und auszubilden, dass die zugeführte Luft in Verbindung mit der Abgasströmung einen Wirbel ausbildet und da durch eine gute Vermischung mit der Abgasströmung erreicht wird.It has proven particularly effective to arrange and form the deflection elements so that the supplied air in connection with the exhaust gas flow a vortex forms and there by a good mixing with the exhaust gas flow is reached.

Es hat sich besonders bewährt, den erfindungsgemäßen Brenner in einem Fahrzeug insbesondere in einem Reformer für ein Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug zu verwenden. Durch die besonderen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Brenners, insbesondere seine kompakte Ausbildung und seine große Heizleistung, ohne dabei zu hohe kritische Temperaturen zu erzeugen, ist er im besonderen zur Aufheizung von Reaktoren, Membranteilen, Wärmeüberträgern und Verdampfern bzw. der darin geführten Fluide geeignet oder zur Beheizung von endothermen Reaktionen, wie der Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere für Brennstoffzellensysteme.It has proven particularly effective the burner according to the invention in a vehicle, in particular in a reformer for a fuel cell system to use in a vehicle. Due to the special properties the burner according to the invention, especially its compact design and its high heating power, without generating too high critical temperatures, he is in the special for the heating of reactors, membrane parts, heat exchangers and Evaporators or the guided therein Fluids suitable or for heating endothermic reactions, such as Steam reforming of hydrocarbons, especially for fuel cell systems.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen.Further Features, details and advantages will be apparent from the following Description of the embodiments the invention with reference to the attached Drawings.

Es zeigen:It demonstrate:

1 den prinzipiellen Verlauf des erfindungsgemäßen Verbrennungsvorganges und 1 the basic course of the combustion process according to the invention and

2 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Brenners in einer geschnittenen Darstellung. 2 a schematic structure of a burner according to the invention in a sectional view.

In 1 ist schematisch der Ablauf der Verbrennung mit der anschließenden Abkühlung der Abgase dargestellt. Dem Brennraum 3 wird über einen Einlass 2 der flüssige Brennstoff, z.B. Benzin, und Luft als Oxidationsmittel für den flüssigen Brennstoff zugeführt. Im Brennraum 3 findet in einem Porenkörper die Verbrennung statt. Die dabei entste henden Abgase werden vom Brennraum 3 über einen Abgasauslass 5 abgeführt. Die Abgase haben eine Abgastemperatur von deutlich über 1000 °C. Diesem Abgas wird im Abgasauslass 5 über eine Zuführung 6 für Luft zusätzlich Luft von niedrigerer Temperatur zugeführt, wodurch die Abgastemperatur abgesenkt wird. Die Absenkung erfolgt durch das Mischen der heißen Abgase mit der zugeführten kälteren Luft. Die Mischtemperatur wird durch die Wahl der zugeführten Luftmenge über die Zuführung 6 eingestellt.In 1 is shown schematically the course of the combustion with the subsequent cooling of the exhaust gases. The combustion chamber 3 is via an inlet 2 the liquid fuel, such as gasoline, and air supplied as an oxidant for the liquid fuel. In the combustion chamber 3 The combustion takes place in a pore body. The resulting exhaust gases are emitted from the combustion chamber 3 via an exhaust outlet 5 dissipated. The exhaust gases have an exhaust gas temperature of well over 1000 ° C. This exhaust gas is in the exhaust outlet 5 via a feeder 6 additional air of lower temperature is supplied to air, whereby the exhaust gas temperature is lowered. The reduction takes place by mixing the hot exhaust gases with the supplied colder air. The mixing temperature is determined by the choice of the amount of air supplied via the feeder 6 set.

Der beschriebene erfindungsgemäße Brenner kann in seinem optimalen Betriebszustand, respektive Temperaturbereich, betrieben werden, was sich einerseits positiv auf die erforderliche Größe des Brenners auswirkt, und zum andern die Entstehung von Schadstoffen bei der Verbrennung auf ein Minimum reduziert. Durch die Variation der der heißen Abluft zugeführten Luftmenge kann die gewünschte Abgastemperatur flexibel eingestellt werden, ohne dass sich hinsichtlich der Schadstoffemissionen die Abgaszusammensetzung ändert.Of the burner according to the invention described can in its optimal operating state, respectively temperature range, be operated on the one hand, on the one hand positive to the required Size of the burner on the other hand, the formation of pollutants in the Combustion reduced to a minimum. By the variation of the hot exhaust air supplied Air quantity can be the desired exhaust gas temperature be adjusted flexibly, without affecting the pollutant emissions the exhaust gas composition changes.

Um bei einer Verbrennung von Benzin eine Abgastemperatur von unter 1000 °C zu erreichen, muss eine Luftzahl von etwa 2,6 eingestellt werden, so dass nach optimaler Verbrennung eine ausreichende Restluftmenge zur Zuführung in den Abgasauslass 5 vorhanden ist, damit die sehr heißen Abgase auf Temperaturen von unter 1000 °C abgesenkt werden können. Mit diesen Abgastemperaturen kann sichergestellt werden, dass Reaktoren, Membranen, Trenneinheiten, Wärmeübertrager von Reformern für Brennstoffzellensysteme, insbesondere aus Edelstahl, thermisch nicht zerstört werden können. Mithin ist die notwendige Heizwirkung durch den erfindungsgemäßen Brenner gegeben, ohne dass dabei eine thermische Zerstörung der Komponenten zu befürchten ist.In order to achieve an exhaust gas temperature of less than 1000 ° C in the combustion of gasoline, an air ratio of about 2.6 must be set, so that after optimal combustion, a sufficient amount of residual air for supply to the exhaust outlet 5 is available so that the very hot exhaust gases can be lowered to temperatures below 1000 ° C. With these exhaust gas temperatures can be ensured that reactors, membranes, separation units, heat exchangers of reformers for fuel cell systems, especially stainless steel, can not be destroyed thermally. Consequently, the necessary heating effect is given by the burner according to the invention, without causing a thermal destruction of the components is to be feared.

In 2 ist in einem Längsschnitt eine beispielhafte Ausführung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Porenbrenners dargestellt.In 2 is shown in a longitudinal section an exemplary embodiment of an exemplary pore burner according to the invention.

Der Porenbrenner zeigt ein Gehäuse 1 mit einem Einlass 2a für die Luft und einer Zuführung 2b für den flüssigen Brennstoff, die eine Zerstäubungsdüse 12 aufweist. Die zugeführte Luft wird in zwei Luftströme aufgeteilt. Ein Luftstrom wird in die Verdampfungszone 8 geleitet, in die der flüssige Brennstoff mittels der Düse 12 in Form von kleinen Tröpfchen eingesprüht wird. Der eingesprühte Tröpfchennebel zeigt im Wesentlichen eine kegelförmige Ausbildung. Mittels der in den Verdampfungsraum 8 einströmenden Luft werden die feinen Tröpfchen des Brennstoffs verdampft und gelangen in den Brennraum 3. Der Brennraum 3 ist mit einem porösen Material gefüllt, dessen Porösität sich längs der Flußrichtung des gasförmigen Brennstoffs derart verändert, dass sich in einem Bereich eine kritische Peclet-Zahl durch Einstellen der Porengröße ergibt. Im Bereich mit einer kleineren Porengröße kann keine Flamme entstehen; im Bereich mit einer größeren Porengröße kann jedoch eine freie Entflammung stattfindet. Diese Entflammung wird durch eine Zündeinrichtung 4 induziert. Der Brennraum 3 und die Zuführung 2a der Luft bzw. 2b des Brennstoffes sind so ausgebildet, dass eine sehr effiziente und schadstoffarme Verbrennung erfolgt. Dabei entstehen sehr heiße Abgase, die Temperaturen von deutlich über 1000 °C aufweisen. Die Abgase treten aus dem Brennraum 3 in den Abgasauslass 5 aus.The pore burner shows a housing 1 with an inlet 2a for the air and a feeder 2 B for the liquid fuel, which is a spray nozzle 12 having. The supplied air is divided into two air streams. An air flow is in the evaporation zone 8th passed in which liquid fuel by means of a jet 12 is sprayed in the form of small droplets. The sprayed droplet mist shows essentially a conical shape. By means of in the evaporation room 8th Incoming air evaporates the fine droplets of fuel and get into the combustion chamber 3 , The combustion chamber 3 is filled with a porous material whose porosity varies along the flow direction of the gaseous fuel to give a critical Peclet number in one region by adjusting the pore size. In the area with a smaller pore size no flame can occur; However, in the area with a larger pore size, a free ignition can take place. This ignition is by an ignition device 4 induced. The combustion chamber 3 and the feeder 2a the air or 2 B of the fuel are designed so that a very efficient and low-emission combustion takes place. This results in very hot exhaust gases, which have temperatures of well over 1000 ° C. The exhaust gases exit the combustion chamber 3 in the exhaust outlet 5 out.

Der zweite Luftstrom, welcher aus der über den Einlass 2a zugeführten Luft neben dem ersten Luftstrom gebildet wird, wird über mehrere Kanäle 9 im Gehäuse 1 über eine Zuführung 6 für Luft in den Abgasauslass 5 geführt. Hierbei wird der Luftstrom an Umlenkelementen 11 abgelenkt und in Richtung der Abgasströmung zum Abgasauslass gelenkt. Die Umlenkelemente 11 sind als Teil des Gehäuses 1 im Umlenkbereich 10 der Zuführung 6 angeordnet. Im Abgasauslass 5 findet eine Mischung der über die Zuführung 6 zugeführten kalten Luft mit den heißen Abgasen aus dem Brennraum 3 statt. Der Bereich, in dem diese Mischung stattfindet, wird als Mischzone 7 bezeichnet. Durch die Mischung der heißen Abgase von deutlich über 1000 °C mit der Luft von Umgebungstemperatur, typischer Weise unter 100 °C, findet eine Abkühlung der Abgase statt. Durch die Wahl des Mengenverhältnisses und des Temperaturverhältnisses zwischen der über die Zuführung 6 zugeführten Luft und den Abgasen läßt sich die endgültige Abgastemperatur einstellen und dadurch eine thermische Zerstörung nachfolgender, insbesondere in der Umgebung des Brenners befindlicher, Komponenten des Systems verhindern.The second airflow coming out of the via the inlet 2a supplied air is formed in addition to the first air flow is through multiple channels 9 in the case 1 via a feeder 6 for air in the exhaust outlet 5 guided. Here, the air flow at deflecting elements 11 deflected and directed in the direction of the exhaust flow to the exhaust outlet. The deflecting elements 11 are as part of the housing 1 in the deflection area 10 the feeder 6 arranged. In the exhaust outlet 5 Find a mix of over the feeder 6 supplied cold air with the hot exhaust gases from the combustion chamber 3 instead of. The area in which this mixture takes place is called the mixing zone 7 designated. By mixing the hot exhaust gases of well over 1000 ° C with the air of ambient temperature, typically below 100 ° C, a cooling of the exhaust gases takes place. By choosing the quantity ratio and the temperature ratio between the via the feed 6 supplied air and the exhaust gases can adjust the final exhaust gas temperature and thereby prevent thermal destruction of subsequent, in particular in the vicinity of the burner befindlicher, components of the system.

Neben der Abkühlung der Abgase auf beispielsweise 1000 °C gelingt es darüber hinaus, die Temperatur der Außenwand 1a des Gehäuses 1 des Brenners niedrig zu halten, da die Außenwand 1a mittels der in den Kanälen 9 zugeführten kalten Luft abgekühlt wird und damit nicht die hohe Temperatur einer Wand des Brennraums 3 zeigt. Damit ist es möglich, den Brenner in unmittelbare Nähe zu anderen thermisch empfindlichen Komponenten beispielsweise in einem Fahrzeug anzuordnen, ohne dass eine Gefährdung dieser Komponenten stattfindet.In addition to the cooling of the exhaust gases to, for example, 1000 ° C, it is possible, moreover, the temperature of the outer wall 1a of the housing 1 Keep the burner low as the outside wall 1a by means of in the channels 9 supplied cold air is cooled and thus not the high temperature of a wall of the combustion chamber 3 shows. This makes it possible to have the burner in close proximity to others ren thermally sensitive components, for example, in a vehicle to arrange without a risk of these components takes place.

Der beschriebene Brenner erweist sich zudem als sehr kompakt, da die Verbrennung in einem optimalen Zustand gehalten wird und nicht durch störende Maßnahmen suboptimal ausgebildet wird.Of the described burner also proves to be very compact, since the Burning is kept in optimal condition and not through disturbing activities is formed suboptimal.

Claims

Burner, in particular for vehicle applications, with a housing ( 1 ), which has an inlet ( 2 ), a combustion chamber ( 3 ) an ignition device ( 4 ) and an exhaust outlet ( 5 ), in which a part of the combustion chamber ( 3 ) is filled with a porous material whose porosity varies along the flow direction of a gaseous fuel such that at the interface or in a certain zone of the porous material a critical Peclet number results by adjusting the pore size at which below this pore size none Flame can arise, but about a free ignition takes place, wherein in the exhaust outlet ( 5 ) a feeder ( 6 ) for air and a mixing zone ( 7 ) is provided for the mixture of the supplied air and the hot exhaust gas, characterized in that the inlet ( 2a ) for the air with the feeder ( 6 ) for air over a plurality of substantially parallel channels ( 9 ) connected between the combustion chamber ( 3 ) and an outer wall ( 1a ) of the housing ( 1 ) are arranged.

Burner according to claim 1, characterized in that an inlet ( 2a ) for the air and a feeder ( 2 B ) for the liquid fuel and an evaporation zone ( 8th ) is provided for generating the gaseous fuel.

Burner according to claim 1 or 2, characterized in that in the feeder ( 2a ) or the channels ( 9 ) A valve for adjusting the amount of air supplied is provided.

Burner according to claim 3, characterized in that in the exhaust gas outlet ( 5 ) in the flow direction of the exhaust gas after the mixing zone ( 7 ) A temperature sensor is arranged, which is connected to a control unit for adjusting the amount of air supplied and thus to the valve.

Burner according to one of the preceding claims, characterized in that in the mouth region ( 10 ) of the feeder ( 6 ) for the air deflection elements ( 11 ) are provided, which cause a deflection and / or swirling of the supplied air and a mixture with the hot exhaust gas.

Use of a burner according to one of the preceding claims in a vehicle, in particular in a fuel cell system reformer in a vehicle.