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Die Erfindung betrifft ein Gargerät mit einem Heizraum und einem Gargefäß, insbesondere einem Tiegel.
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Gargeräte weisen üblicherweise einen vom Gargefäß getrennten Heizraum auf, in denen eine Heizvorrichtung angeordnet ist.
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Bei gasbetriebenen Gargeräten ist im Heizraum ein Gasbrenner vorgesehen, der Brennstoff verbrennt und dadurch das Gargefäß erhitzt. Die bei der Verbrennung entstandene Wärme wird mittels Konvektion oder Wärmestrahlung an das Gargefäß übertragen und heizt dieses auf.
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Dabei entstehen jedoch Verluste, die den Wirkungsgrad des Gargerätes verringern. Wird der Brenner näher am Gargerät angeordnet, um die Verluste zu reduzieren, führt dies jedoch zu einer sehr ungleichmäßigen Beheizung des Gargefäßes, und es bilden sich Hotspots.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Gargerät bereitzustellen, das einen hohen Wirkungsgrad aufweist und bei dem das Gargefäß gleichmäßig erhitzt wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gargerät mit einem Heizraum, einem Gargefäß, insbesondere einem Tiegel, und einer Reaktionsfläche, die den Heizraum begrenzt, wobei die Reaktionsfläche mit einem Katalysatormaterial zur Oxidation des Nutzbrennstoffes versehen ist. Dabei kann das Katalysatormaterial Edelmetalle wie Platin, Palladium und/oder Rhodium aufweisen. Durch die Reaktionsfläche direkt am Tiegelboden wird die bei der Oxidation des Nutzbrennstoffes erzeugte Wärme direkt an das Gargefäß abgegeben, sodass keine Wärmeübertragung durch Konvektion erfolgen muss. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Gargerätes verbessert. Außerdem ist es durch das Katalysatormaterial möglich, die minimale Leistungsdichte der Reaktionsfläche der Oxidation zu verringern, wodurch die Oxidation über die gesamte Reaktionsfläche stattfinden kann. Dadurch wird das Gargefäß gleichmäßig erhitzt.
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Dabei können dem Heizraum entweder der Nutzbrennstoff und die Luft getrennt zugeführt werden, die dann im Heizraum zu einem Luft-Gas-Gemisch vermischt werden, oder dem Heizraum wird direkt das vorgemischte Luft-Gas-Gemisch zugeführt.
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Außerdem kann als Nutzbrennstoff Wasserstoff oder Kohlenstoffmonoxid verwendet werden, die durch den Einsatz des Katalysators bereits bei sehr niedrigen Temperaturen oxidieren. Beispielsweise findet die Oxidation von Wasserstoff bereits bei 20°C statt. Dadurch ist die gewünschte Reaktion auch dann gewährleistet, wenn das Gargerät bei bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen verwendet wird oder wenn der Garbehälter vor Beginn des Garprozesses mit tiefgefrorenem Gargut gefüllt wird.
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Vorzugsweise ist die Reaktionsfläche an der dem Heizraum zugewandten Seite des Gargefäßes und insbesondere am Boden des Gargefäßes vorgesehen, wodurch die wärmeerzeugende Oxidation direkt und unmittelbar am Gargefäß selbst erfolgt.
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Am Gargefäß, insbesondere am Boden des Gargefäßes kann ein Wärmeleiter befestigt sein, an dem die Reaktionsfläche vorgesehen ist. Der Wärmeleiter kann dabei eine wärmeleitende, dünne Kupferplatte sein. Auf diese Weise ist es möglich, die Reaktionsfläche getrennt vom Gargefäß austauschen zu können.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Gargerät eine Katalysatoreinheit zur Nachverbrennung der Abgase der Oxidation auf, wodurch sichergestellt wird, dass das Gargerät schadstofffrei arbeitet. Insbesondere wird dadurch die Emission von Wasserstoff oder Kohlenstoffmonoxid verhindert.
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In einer Ausführungsvariante der Erfindung weist das Gargerät eine Brennstoffzufuhr und/oder eine Luftzufuhr auf, die in den Heizraum mündet, sodass der Heizraum und damit die Reaktionsfläche zuverlässig mit Nutzbrennstoff versorgt werden können.
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Beispielsweise weist das Gargerät eine Verteilerplatte auf, die im Heizraum zwischen der Brennstoffzufuhr und/oder der Luftzufuhr und dem Gargefäß angeordnet ist. Durch die Verteilerplatte wird der Nutzbrennstoff bzw. die Luft oder bereits das Luft-Gas-Gemisch gleichmäßig über die gesamte Reaktionsfläche verteilt, wodurch die Homogenität der Wärmeabgabe an das Gargefäß verbessert wird.
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Vorzugsweise umfassen die Brennstoffzufuhr und/oder die Luftzufuhr ein Gebläse, ein Ventil und/oder einen Volumenstromregler. Dadurch kann die an das Gargefäß abgegebene Wärmemenge durch die Kontrolle der Menge an Nutzbrennstoff, der Menge an Luft oder der Menge des zugeführten Luft-GasGemisches reguliert werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Gargerät eine Abgasleitung, die sich aus dem Heizraum heraus erstreckt, und einen Wärmetauscher zwischen der Luftzufuhr und/oder der Brennstoffzufuhr einerseits und der Abgasleitung andererseits auf. Durch den Wärmetauscher werden der Nutzbrennstoff, die Luft und/oder das zugeführte Luft-Gas-Gemisch vorgewärmt, wodurch ein besonders stabiler Betrieb des Gargerätes bei niedrigen Umgebungstemperaturen gewährleistet ist.
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In einer Ausführungsvariante der Erfindung weist das Gargerät einen Brennstoffreformer, beispielsweise eine Einheit zur partiellen Oxidation des Rohbrennstoffes auf, wobei der Auslass des Brennstoffreformers mit der Brennstoffzufuhr des Heizraumes verbunden ist. Dabei kann die Einheit zur partiellen Oxidation insbesondere eine Einheit für katalytische partielle Oxidation (CPOX) sein. Aufgrund des Brennstoffreformers kann das Gargerät mit sehr vielen verschiedenen Rohbrennstoffen betrieben werden wie Erdgas, Flüssiggas, Benzin, Heizöl oder Kerosin, da durch den Brennstoffreformer der eigentliche an der Reaktionsfläche verwendete Nutzbrennstoff, insbesondere Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid, aus dem Rohbrennstoff erzeugt wird.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Heizraum durch wenigstens eine Trennwand in mehrere voneinander getrennte Heizbereiche unterteilt, wodurch es möglich wird, verschiedene Temperaturen am Gargefäß zu erreichen. Dadurch können verschiedene Speisen im gleichen Gargefäß gleichzeitig mit unterschiedlichen Temperaturen zubereitet werden.
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Vorzugsweise weist das Gargerät mehrere Brennstoffzufuhren und/oder mehrere Luftzufuhren auf, wobei jeder Heizbereich eine separate Brennstoffzufuhr und/oder eine separate Luftzufuhr hat, wodurch eine sehr präzise Steuerung der Temperatur in jedem einzelnen Heizbereich möglich ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 einen Teil eines erfindungsgemäßen Gargerätes schematisch im Schnitt,
- - 2 den Teil des erfindungsgemäßen Gargerätes nach 1 mit einem schematischen Leitungsplan,
- - 3 einen Teil einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gargerätes, und
- - 4 den Teil des erfindungsgemäßen Gargerätes nach 3 mit einem schematischen Leitungsplan.
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In 1 ist ein Ausschnitt aus einem Gargerät 10 mit einem Gargefäß gezeigt.
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Das Gargefäß kann ein Tiegel sein, und das Gargerät 10 kann ein Gargerät für den professionellen Einsatz in Restaurants, Kantinen oder der Großgastronomie sein. Der Tiegel kann zum Erwärmen einer großen Menge an flüssigem Gargut, zum Zubereiten, insbesondere Anbraten, von Stückware oder zum Kochen oder Frittieren von Gargütern in flüssigen Garhilfsmedien verwendet werden. In 1 ist vom Gargefäß lediglich der Boden 12 teilweise dargestellt.
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Das Gargerät 10 weist einen Heizraum 14 auf, der vom Boden 12 des Gargefäßes einseitig begrenzt wird. Der Boden 12 kann den Heizraum 14 dicht abschließen.
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Beim gezeigten Gargerät 10 mit einem Tiegel befindet sich der Heizraum 14 unterhalb des Bodens 12 bzw. des Tiegels, wenn das Gargerät 10 ordnungsgemäß aufgestellt ist.
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An der dem Heizraum 14 zugewandten Seite des Bodens 12 ist eine Reaktionsfläche 16 ausgebildet, die ein Katalysatormaterial zur Oxidation des verwendeten Nutzbrennstoffes aufweist. Das Katalysatormaterial kann Edelmetalle wie Platin, Palladium und/oder Rhodium aufweisen.
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Zur Herstellung der Reaktionsfläche 16 kann der Boden 12 mit dem Katalysatormaterial beschichtet sein.
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In der gezeigten Ausführungsform ist im Heizraum 14 eine Trennwand 18 vorgesehen, die den Heizraum 14 in zwei voneinander getrennte Heizbereiche 20.1, 20.2 unterteilt, wobei die beiden Heizbereiche 20.1 und 20.2 fluidisch voneinander getrennt sein können. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass mehr als zwei Heizbereiche 20.1, 20.2 vorgesehen sind.
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In jeden der Heizbereiche 20.1, 20.2 mündet eine Brennstoffzufuhr 22 und eine Luftzufuhr 24, sodass jeder der Heizbereiche 20.1, 20.2 somit eine separate Brennstoffzufuhr 22 und eine separate Luftzufuhr 24 hat.
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Aus dem Heizraum 14, also aus jedem der Heizbereiche 20.1, 20.2, erstreckt sich eine Abgasleitung 26.
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Zwischen der Abgasleitung 26 einerseits und der Brennstoffzufuhr 22 oder der Luftzufuhr 24 andererseits ist im Heizraum 14, das heißt in jedem der Heizbereiche 20.1, 20.2 eine Verteilerplatte 28 vorgesehen.
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Die Verteilerplatte 28 ist also zwischen der Brennstoffzufuhr 22 und der Luftzufuhr 24 einerseits und dem Boden 12 des Gargefäßes andererseits angeordnet.
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In 2 ist ein Schaltplan der Fluidik des gesamten Gargerätes 10 dargestellt, in die der in 1 dargestellte Heizraum 14 integriert ist.
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Wie in 2 zu sehen, weist das Gargerät 10 einen Brennstoffreformer 30 auf, in den eine erste Frischluftleitung 32 und eine Rohbrennstoffleitung 34 laufen.
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Der Brennstoffreformer 30 ist in der gezeigten Ausführungsform eine Einheit zur partiellen Oxidation eines Rohbrennstoffes, insbesondere eine Einheit für katalytische partielle Oxidation (CPOX).
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Der Brennstoffreformer 30 hat einen Auslass 36 für den Nutzbrennstoff des Gargerätes 10. Ebenso führt aus dem Brennstoffreformer 30 eine Abgasleitung hinaus, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
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Mit dem Auslass 36 des Brennstoffreformers 30 sind die Brennstoffzufuhren 22 des Heizraumes 14 verbunden.
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Die Brennstoffzufuhren 22 weisen jeweils ein Gebläse 38 auf. Die Gebläse 38 können die in die Heizbereiche 20.1, 20.2 eingebrachte Brennstoffmenge regulieren. Denkbar ist auch, dass die Gebläse 38 auch als Volumenstromregler oder als Ventile ausgeführt sind.
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Die Luftzufuhren 24 der Heizbereiche 20.1, 20.2 weisen eine gemeinsame zweite Frischluftleitung 40 auf, die zunächst einen Wärmetauscher 42 durchläuft.
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Nachdem die zweite Frischluftleitung 40 den Wärmetauscher 42 passiert hat, spaltet sich die zweite Frischluftleitung 40 in die separaten Luftzufuhren 24 auf.
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In den Luftzufuhren 24 kann jeweils ein Gebläse 44 vorgesehen sein. Die Gebläse 44 können die in die Heizbereiche 20.1, 20.2 eingebrachte Luftmenge regulieren. Die Gebläse 44 können auch Volumenstromregler oder Ventile sein.
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Auf der stromabwärtigen Seite des Heizraumes 14 laufen die Abgasleitungen 26 der Heizbereiche 20.1, 20.2 zusammen und werden einer Katalysatoreinheit 46 des Gargerätes 10 zur Nachverbrennung zugeführt.
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Hierzu kann der Katalysatoreinheit 46 Frischluft durch eine weitere Frischluftzufuhr zugeführt werden, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
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Nachdem die Abgasleitung 26 die Katalysatoreinheit 46 passiert hat, läuft sie in den Wärmetauscher 42.
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Der Wärmetauscher 42 ist somit zwischen der Abgasleitung 26 einerseits und der zweiten Frischluftleitung 40, also den Luftzufuhren 24, andererseits tätig, d.h. durch ihn wird Wärme von der Abgasleitung 26 in die Luftzufuhren 24 übertragen.
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Stromabwärts des Wärmetauschers 42 werden die Abgase des Gargerätes 10 der Umgebung zugeführt.
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Denkbar ist jedoch auch, dass die Brennstoffzufuhren 22 durch den Wärmetauscher 42 verlaufen, sodass durch den Wärmetauscher 42 Wärme von der Abgasleitung 26 in die Brennstoffzufuhren 22 übertragen wird. Selbstverständlich können die Brennstoffzufuhren 22 und die zweite Frischluftleitung 40 auch allesamt durch den Wärmetauscher 42 laufen oder jeweils einen getrennten Wärmetauscher 42 mit der Abgasleitung 26 aufweisen.
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Zum Betrieb des Gargerätes 10 wird dem Gargerät 10 durch die Rohbrennstoffleitung 34 Rohbrennstoff zugeführt. Der Rohbrennstoff kann Gas, wie Erdgas oder Flüssiggas oder Biogas, aber auch ein flüssiger Brennstoff wie Benzin, Heizöl oder Kerosin sein.
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Im Brennstoffreformer 30 wird der Rohbrennstoff zu Nutzbrennstoff umgesetzt, wobei der Nutzbrennstoff beispielsweise reich an Wasserstoff (H2) und/oder Kohlenstoffmonoxid (CO) sein kann. Insbesondere besteht der Nutzbrennstoff überwiegend aus einer Mischung aus H2 und CO bis hin zu nahezu reinem H2. Denkbar ist auch, dass das Mischungsverhältnis von H2 und CO variabel ist und der Brennstoffreformer 30 das Mischungsverhältnis an den Leistungsbedarf des Gargerätes anpasst.
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Der Nutzbrennstoff wird dann durch den Auslass 36 und den Brennstoffzufuhren 22 den Heizbereichen 20.1, 20.2 also dem Heizraum 14 zugeführt. Die zugeführte Brennstoffmenge wird dabei durch die Gebläse 38 gesteuert. Die Brennstoffmengen, die den Heizbereichen 20.1, 20.2 zugeführt werden, können unabhängig voneinander durch die Gebläse 38 reguliert werden.
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Neben dem Nutzbrennstoff wird dem Heizraum 14 auch Frischluft zugeführt. Die Frischluft aus der zweiten Frischluftleitung 40 durchläuft den Wärmetauscher 42 und wird dort durch die heißen Abgase aus dem Heizraum 14 erwärmt. Die erwärmte Frischluft strömt dann durch die Luftzufuhren 24 in die Heizbereiche 20.1, 20.2. Die Luftmengen, die den Heizbereichen 20.1, 20.2 zugeführt werden, können unabhängig voneinander durch die Gebläse 44 reguliert werden.
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Im Heizraum 14 bzw. in den Heizbereichen 20.1, 20.2 vermischt sich der Nutzbrennstoff mit der Luft, sodass ein Luft-Gas-Gemisch entsteht.
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Das Luft-Gas-Gemisch wird von der Verteilerplatte 28 gleichmäßig in Richtung des Bodens 12 und damit zur Reaktionsfläche 16 hin geleitet. An der Reaktionsfläche 16 oxidiert das Luft-Gas-Gemisch, insbesondere flammenlos, und erzeugt Wärme, die den Boden 12 des Gargefäßes direkt erwärmt.
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Das bei der Oxidation entstehende Abgas wird durch die Abgasleitung 26 aus dem Heizraum 14 geführt und in der Katalysatoreinheit 46 nachverbrannt.
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Durch die Nachverbrennung werden Schadstoffe und unverbrannte Bestandteile des Nutzbrennstoffes wie Wasserstoff oder Kohlenstoffmonoxid zu Kohlendioxid bzw. Wasser umgesetzt, die unschädlich sind.
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Nach der Nachverbrennung passiert das Abgas den Wärmetauscher 42 und gibt dabei einen Großteil seiner Wärme an die Luft in der Frischluftleitung 40 ab, bevor das Abgas der Umgebung zugeführt wird.
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Durch den Wärmetauscher wird die Luft, die dem Heizraum 14 zugeführt wird, erwärmt, wodurch auch das Luft-Gas-Gemisch vorgewärmt auf die Reaktionsfläche 16 trifft. Auf diese Weise erreicht das Luft-Gas-Gemisch die benötigte Reaktionstemperatur schneller, sodass eine stabilere Oxidation erfolgt.
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In den 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht. Im Folgenden wird deswegen lediglich auf die Unterschiede eingegangen, wobei gleiche und funktionsgleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
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Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist in der zweiten Ausführungsform die Reaktionsfläche 16 nicht direkt am Boden 12 des Gargefäßes vorgesehen, sondern an einem Wärmeleiter 48, der am Boden 12 des Gargefäßes befestigt ist. Somit schließt der Wärmeleiter 48 den Heizraum 14 nach oben hin ab.
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Der Wärmeleiter 48 kann dabei eine dünne Kupferplatte sein, die sehr gut Wärme leitet.
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Weiterhin weisen die beiden Heizbereiche 20.1, 20.2 keine Luftzufuhren 24, sondern lediglich jeweils eine Brennstoffzufuhr 22 auf. Durch die Brennstoffzufuhr 22 wird bereits das Luft-Gas-Gemisch dem Heizraum 14 zugeführt. Die Brennstoffzufuhren 22 bilden somit Teile der Luftzufuhren 24.
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Wie in 4 zu erkennen, ist in der zweiten Ausführungsform auch kein Brennstoffreformer 30 vorgesehen, sondern der Nutzbrennstoff, beispielsweise Wasserstoff oder Kohlenstoffmonoxid wird aus einem Brennstoffreservoir 50, hier als Gasflasche dargestellt, entnommen. Selbstverständlich kann das Brennstoffreservoir 50 auch ein Anschluss an eine Brennstoffversorgung eines Gebäudes oder an eine andere Infrastruktur sein.
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In der zweiten Ausführungsform sind anstelle der Gebläse 38 Ventile 52 vorgesehen, die die Zufuhr des Nutzbrennstoffes regeln.
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Außerdem sind in der zweiten Ausführungsform stromaufwärts des Heizraumes 14 zwei Mischkammern 54 vorgesehen, denen der Nutzbrennstoff und die Luft der zweiten Frischluftleitung 40 zugeführt wird. In den Mischkammern 54 bildet sich bereits das Luft-Gas-Gemisch, das dann dem Heizraum 14 bzw. dem der jeweiligen Mischkammer 54 zugeordneten Heizbereich 20.1, 20.2 zugeführt wird.
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Auch ist es denkbar, dass nur eine Mischkammer 54 vorgesehen ist, aus der die beiden Heizbereiche 20.1, 20.2 gespeist werden.
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Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist in der zweiten Ausführungsform außerdem die Katalysatoreinheit 46 stromabwärts des Wärmetauschers 42 vorgesehen. Das Abgas durchläuft somit zuerst den Wärmetauscher 42 und danach die Katalysatoreinheit 46.
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Selbstverständlich lassen sich die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen beliebig miteinander kombinieren. Zum Bespiel kann in der ersten Ausführungsform der Brennstoffreformer 30 durch das Brennstoffreservoir 50 ersetzt werden.
