DE102009047751A1 - Burner arrangement for production of electricity, has volume burner, whose combustion chamber is formed from porous body - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a burner assembly according to the preamble of Claim 1.
Eine
solche Brenneranordnung ist beispielsweise aus der
Die bekannte Brenneranordnung kann mit einem Brennstoff betrieben werden, welcher beispielsweise aus einem Gemisch aus Luft und brennbarem Gas oder brennbarem Flüssigbrennstoff besteht. Sie können insbesondere für Heizzwecke, insbesondere auch als Wärmestrahler, eingesetzt werden.The known burner arrangement can be operated with a fuel which, for example, from a mixture of air and combustible gas or flammable liquid fuel. You can in particular for heating purposes, in particular also as a heat radiator, be used.
Bei Anwendungen unter Verwendung der herkömmlichen Brenneranordnung bleibt ein Teil der erzeugten Wärme üblicherweise ungenutzt und geht als Abwärme verloren. Es besteht das Bedürfnis, die Effizienz der herkömmlichen Brenneranordnung weiter zu verbessern.at Applications using the conventional burner assembly a part of the heat generated usually remains unused and is lost as waste heat. It is that Need, the efficiency of the conventional burner assembly continue to improve.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine Brenneranordnung angegeben werden, mit der mit verbesserter Effizienz die damit erzeugte Wärme ausgenutzt werden kann.task The invention is to the disadvantages of the prior art remove. In particular, a burner arrangement is to be specified, with the with improved efficiency the heat generated with it can be exploited.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 12.These The object is solved by the features of claim 1. Expedient embodiments of the invention result from the features of claims 2 to 12.
Nach Maßgabe der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zumindest ein mit dem Volumenbrenner in thermischer Wirkverbindung angeordnetes thermoelektrisches Element vorgesehen ist. – Damit kann mit überraschend hoher Effizienz elektrischer Strom hergestellt werden. Messungen am erfindungsgemäß vorgeschlagenen Volumenbrenner haben überraschenderweise ergeben, dass dessen Temperatur über einen weiten Leistungsbereich hinweg lediglich in einem relativ engen Bereich sich ändert. Infolgedessen kann ein thermoelektrisches Element durch die Wirkung eines solchen Volumenbrenners dauerhaft im Bereich einer Temperatur gehalten werden, welche mit hoher Effizienz die Herstellung elektrischer Energie ermöglicht. Dabei kann die Menge der gewonnenen elektrischen Energie – unabhängig von der jeweiligen Leistung des Volumenbrenners – in einem relativ engen Bereich konstant gehalten werden. Die vorgeschlagene Brenneranordnung eignet sich beispielsweise für Gasthermen, bei denen der Volumenbrenner im ”Stand-by”-Betrieb mit einer geringen Leistung betrieben und lediglich bedarfsweise eine hohe Leistung liefert.To According to the invention, it is proposed that at least a thermoelectric arrayed in thermal communication with the volume burner Element is provided. - This can be surprising high efficiency electric power can be produced. measurements on the volume burner proposed according to the invention have surprisingly revealed that its temperature over a wide power range only in a relative narrow range changes. As a result, a thermoelectric Element by the action of such a volume burner permanently be kept in the range of a temperature, which with high efficiency enables the production of electrical energy. there can the amount of electrical energy gained - independently from the respective performance of the volume burner - in one relatively narrow range to be kept constant. The proposed Burner arrangement is suitable for example for gas heating, where the volume burner in the "standby" mode operated with a low power and only as needed delivers a high performance.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem ”thermoelektrischen Element” insbesondere ein ”Peltier-Element” verstanden. Bei einem Peltier-Effekt werden zwei metallische Leiter mit unterschiedlichen elektronischen Wärmekapazitäten in Kontakt gebracht. Wenn die beiden Leiter durch Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr auf einer unterschiedlichen Temperatur gehalten werden, führt dies zu einem Stromfluss in den Leitern. Man bezeichnet diesen Effekt auch als ”Seebeck-Effekt”.in the For the purposes of the present invention, a "thermoelectric Element "in particular a" Peltier element "understood. In a Peltier effect, two metallic conductors with different electronic heat capacities brought into contact. If the two conductors by heat supply and heat dissipation be kept at a different temperature leads this leads to a flow of current in the conductors. This effect is called also as "Seebeck effect".
Unter dem Begriff ”thermische Wirkverbindung” wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass das thermoelekt rische Element relativ zum Volumenbrenner so angeordnet ist, dass die im thermoelektrischen Element vorgesehenen unterschiedlichen metallischen Leiter auf einer unterschiedlichen Temperatur gehalten werden können und damit die Erzeugung elektrischer Energie möglich ist.Under the term "thermal active compound" is used in Meaning of the present invention understood that the thermoelectrically Element is arranged relative to the volume burner so that in the thermoelectric Element provided different metallic conductors on one different temperature can be maintained and so that the generation of electrical energy is possible.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das thermoelektrische Element an einer dem Brennraum abgewandten Außenwand des Brennergehäuses vorgesehen. Das Brennergehäuse kann rohrartig, insbesondere rund, oval oder auch rechteckig ausgestaltet sein. Zweckmäßigerweise ist das Brennergehäuse aus einem Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gebildet. Damit kann relativ viel Wärme über das Brennergehäuse auf das daran vorgesehene thermoelektrische Element ausgekoppelt werden.To an advantageous embodiment is the thermoelectric element on a side facing away from the combustion chamber outer wall of the burner housing intended. The burner housing can be tubular, in particular be round, oval or rectangular designed. Conveniently, is the burner housing made of a metal with a high Thermal conductivity formed. This can be relative a lot of heat on the burner housing the thermoelectric element provided thereon are decoupled.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen der Außenwand und dem thermoelektrischen Element eine wärmedämmende Schicht vorgesehen. Die wärmedämmende Schicht kann aus einem herkömmlichen wärmedämmenden Material, beispielsweise einer wärmedämmenden Fasermatte, Faserplatte oder dgl., gebildet sein. Mit der vorgeschlagenen wärmedämmenden Schicht, welche eine Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise 5 bis 15 W/mK, vorzugsweise 10 W/mK, aufweisen kann, kann bei Wahl einer geeigneten Dicke die auf das thermoelektrische Element abfließende Wärme eingestellt werden. Dabei wird der Wärmeabfluss vorteilhafterweise so eingestellt, dass unter üblichen Betriebsbedingungen des Volumenbrenners der Wirkungsgrad des thermoelektrischen Elements maximal ist. Das thermoelektrische Element kann z. B. in einem Temperaturbereich von 210° bis 250°C betrieben werden. Eine Dicke der wärmedämmenden Schicht kann beispielsweise 5 bis 20 mm, vorzugsweise 8 bis 12 mm, betragen.According to a further embodiment, a heat-insulating layer is provided between the outer wall and the thermoelectric element. The heat-insulating layer may be formed of a conventional heat-insulating material such as a heat-insulating fiber mat, fiberboard or the like. With the proposed heat-insulating layer, which may have a thermal conductivity of, for example, 5 to 15 W / mK, preferably 10 W / mK, the heat draining to the thermoelectric element can be adjusted if a suitable thickness is selected. In this case, the heat flow is advantageously adjusted so that under normal operating conditions of the volume burner, the efficiency of the thermoelectric element is maximum. The thermoelectric element may, for. B. in a temperature range of 210 ° to 250 ° C are operated. A thickness of the heat-insulating layer can at For example, 5 to 20 mm, preferably 8 to 12 mm.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das thermoelektrische Element an einer der Außenwand ab gewandten Seite mit einer Kühleinrichtung in thermischer Wirkverbindung. Mit der Kühleinrichtung wird eine zur Erzeugung eines thermoelektrischen Stroms erforderliche Temperaturdifferenz zwischen den beiden das Thermoelement bildenden Leitern kontinuierlich aufrechterhalten. Es kann damit eine kontinuierliche Erzeugung eines thermoelektrischen Stroms gewährleistet werden. Die Temperaturdifferenz beträgt zweckmäßigerweise 180° bis 220°C.To a further advantageous embodiment of the invention is thermoelectric element facing away from one of the outer wall Side with a cooling device in thermal operative connection. With the cooling device is one for generating a thermoelectric Current required temperature difference between the two the Continuously maintaining thermocouple forming conductors. It can thus be a continuous generation of a thermoelectric Electricity can be guaranteed. The temperature difference is suitably 180 ° to 220 ° C.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kühleinrichtung ein mit eine Fluid durchströmbarer Wärmetauscher. Bei dem Fluid kann es sich um Umgebungsluft oder aber auch um eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, Öl oder dgl., handeln. Sofern der Wärmetauscher beispielsweise mit Wasser durchströmt wird, kann das damit erwärmte Wasser zu Heizzwecken verwendet werden. Gleichzeitig dient das den Wärmetauscher durchströmende Wasser zur Kühlung des thermoelektrischen Elements.To a particularly advantageous embodiment is the cooling device a through-flow of a fluid heat exchanger. The fluid may be ambient air or else one Liquid, such as water, oil or the like., Act. If the heat exchanger, for example, flows through with water the heated water can be used for heating purposes become. At the same time serves the heat exchanger flowing through Water for cooling the thermoelectric element.
Nach einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung ist das thermoelektrische Element in Form eines mit einem Fluid durchströmbaren Wärmetauschers ausgebildet. D. h. in diesem Fall ist der Wärmetauscher aus zwei unterschiedlichen metallischen Leitern ausgebildet, so dass damit thermoelektrischer Strom erzeugt werden kann. – Nach einer weiteren konstruktiven Vereinfachung kann es auch sein, dass der Wärmetauscher zumindest abschnittsweise das Brennergehäuse bildet. Z. B. kann in einem rohrförmig ausgestalteten Wärmetauscher, welcher gleichzeitig ein thermoelektrisches Element bildet, ein poröser Körper aufgenommen sein, welcher einen Brennraum zur Verbrennung eines Brennstoffs bildet.To a structurally particularly simple embodiment is the thermoelectric Element in the form of a heat exchanger through which a fluid can flow educated. Ie. in this case, the heat exchanger formed of two different metallic conductors, so that thus thermoelectric power can be generated. - To Another constructive simplification may be that the heat exchanger at least partially the burner housing forms. For example, in a tubular heat exchanger, which simultaneously forms a thermoelectric element, a be absorbed porous body, which is a Combustion chamber for combustion of a fuel forms.
Vorteilhafterweise ist der Porenkörper mittels einer thermisch isolierenden Fasermatte klemmend im Brennergehäuse gehalten. Das ermöglicht eine besonders einfache Montage des Porenkörpers. Gleichzeitig wird durch die thermische Isolationswirkung der Fasermatte ein unerwünscht hoher Wärmeabfluss auf das Brennergehäuse vermieden.advantageously, is the pore body by means of a thermally insulating Fiber mat held clamped in the burner housing. This allows a particularly simple assembly of the porous body. simultaneously is undesirable due to the thermal insulation effect of the fiber mat high heat flow to the burner housing avoided.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es auch sein, dass das thermoelektrische Element im Brennraum vorgesehen ist. Beispielsweise kann der Porenkörper aus einer unteren und einer oberen Lage gebildet sein. Die beiden Lagen können aus unterschiedlichen metallischen Leitern hergestellt sein. Die metallischen Leiter können dabei in Form einer metallischen Wolle, eines Geflechts, eines Gewirks oder dgl. vorliegen. Über eine geeignete Einstellung der Porosität der beiden Lagen kann erreicht werden, dass eine Verbrennung, beispielsweise nur in der oberen Lage erfolgt. Durch die sich dann einstellende Temperaturdifferenz zwischen den beiden Lagen kann wiederum ein thermoelektrischer Strom erzeugt werden.To A further embodiment of the invention may also be that the thermoelectric element is provided in the combustion chamber. For example the pore body can consist of a lower and an upper one Able to be formed. The two layers can be different be made of metallic conductors. The metallic conductors can in the form of a metallic wool, a braid, a knitted fabric or the like. About a suitable setting of Porosity of the two layers can be achieved that one Combustion, for example, takes place only in the upper position. By the then adjusting temperature difference between the two In turn, a thermoelectric current can be generated.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann es auch sein, dass das thermoelektrische Element an einer dem Brennraum zugewandten Innenwand des Brennergehäuses vorgesehen ist. In diesem Fall kann eine mittlere Porengröße des Porenkörpers in Richtung der Innenwand des Brennergehäuses zunehmen. Damit kann im Bereich der Innenwand eine erhöhte konvektive Wärmeübertragung und ein höherer Wärmestrahlungseintrag auf das thermoelektrische Element erreicht werden.To In a further embodiment, it may also be that the thermoelectric Element on a combustion chamber facing the inner wall of the burner housing is provided. In this case, a mean pore size of the porous body in the direction of the inner wall of the burner housing increase. This can be an increased in the area of the inner wall convective heat transfer and a higher one Heat radiation entry on the thermoelectric element be achieved.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es auch sein, dass das thermoelektrische Element stromabwärts der Auslassöffnung in einem Abgasweg des Volumenbrenners angeordnet ist. Dabei wird der eine Leiter des thermoelektrischen Elements durch die vorbeiströmenden Abgase aufgeheizt. Der andere Leiter ist zweckmäßigerweise so angeordnet, dass er auf einer niedrigen Temperatur als der eine Leiter gehalten werden kann.To A further embodiment of the invention may also be that the thermoelectric element downstream of the outlet opening is arranged in an exhaust path of the volume burner. It will the one conductor of the thermoelectric element by the flowing past Heated exhaust gases. The other conductor is expediently arranged so that it is at a low temperature than the one Head can be held.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following Embodiments of the invention with reference to the drawings explained in more detail. Show it:
Bei
der in
Die
Funktion der ersten Brenneranordnung ist wie folgt: Ein aus brennbarem
Gas und Luft hergestelltes Gemisch G gelangt über einen
Einlass E1, E2 des Brennergehäuses
Mit
dem Bezugszeichen
Die
in den
Bei
der in
Bei
der in
- 1, 1a, 1b1, 1a, 1b
- Brennergehäuseburner housing
- 2, 2a, 2b2, 2a, 2b
- Porenkörperporous body
- 3a, 3b3a, 3b
- elastische Fasermatteelastic fiber mat
- 4, 4a, 4b4, 4a, 4b
- wärmedämmende Schichtthermal insulation layer
- 5a, 5b5a, 5b
- thermoelektrisches Elementthermoelectric element
- 66
- Kühlelementcooling element
- 7a, 7b7a, 7b
- Ausgleichsschichtleveling layer
- 8a, 8b8a, 8b
- ÜberstandGot over
- 99
- Wärmetauscherheat exchangers
- 1010
- weitere AusgleichsschichtFurther leveling layer
- 1111
- Rohrpipe
- AA
- Abgasexhaust
- AL1, AL2AL1, AL2
- Auslassoutlet
- E1, E2E1, E2
- Einlassinlet
- GG
- Brenngas/Luft-GemischFuel gas / air mixture
- V1, V2V1, V2
- Volumenbrennervolume burner
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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