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Stand der
Technik
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Die Erfindung geht aus von einer
Nachbrenneinrichtung nach der Gattung des Anspruchs 7 bzw. von einem
Verfahren zum Betreiben einer Nachbrenneinrichtung nach der Gattung
des Anspruchs 1.
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Bei brennstoffzellengestützten Transportsystemen
kommen zur Gewinnung des benötigten
Wasserstoffs aus kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen sog. chemische
Reformer zum Einsatz.
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Die optimale Betriebstemperatur eines
chemischen Reformers liegt meist weit oberhalb seiner Umgebungstemperatur.
Insbesondere bei Fahrzeugen für
den Individualverkehr führt
dies zu Problemen. Die zahlreichen Stillstandsphasen des Fahrzeugs
führen
zu einer großen
Anzahl von Kaltstartphasen, in welcher insbesondere der chemische
Reformer nicht optimal arbeitet. Bei sehr geringer Last erreicht
der Reformer ebenfalls u.U. die optimale Betriebstemperatur durch
die in ihm anfallende Wärme nicht
oder verliert sie während
des Betriebs.
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Insbesondere bei brennstoffzellengestützten Antriebsystemen
mit chemischem Reformer ist es daher vorteilhaft, Nachbrenneinrichtungen
einzusetzen, welche insbesondere die Aufgabe haben, mit der durch
sie erzeugten Wärme
den chemischen Reformer schnell auf Betriebstemperatur zu bringen und/oder
anfallende Restgase thermisch zu verwerten.
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Die Nachbrenneinrichtung verbrennt
die brennbaren Restgase, beispielsweise Restwasserstoff, unter Flammenbildung
und/oder zumindest teilweise katalytisch und ist mit dem chemischen
Reformer thermisch gekoppelt: Meist jedoch reicht die Wärmeenergie
der brennbaren Restgase alleine nicht aus, eine ausreichend große Wärmeleistung zur
Verfügung
zu stellen. Deshalb wird meist zusätzlich oder alleinig Brennstoff
in die Nachbrenneinrichtung eingemessen. Dabei wird der Brennstoff,
welcher vorzugsweise in flüssiger
Form vorliegt, durch aufwendige und fehleranfällige Einrichtungen fein verteilt
als Tröpfchenwolke
mit möglichst
kleinem Tröpfchendurchmesser
in einen Brennraum eingespritzt. Der geringe Tröpfchendurchmesser ist notwendig,
um den Brennstoff möglichst
großflächig mit Sauerstoff
und Wärme
in Kontakt zu bringen und um so den Verbrennungsvorgang möglichst
vollständig zu
vollziehen.
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Nachteilig ist dabei, daß Zumeßeinrichtungen
zur Erzeugung einer Tröpfchenwolke
mit kleinem Tröpfchendurchmesser
sehr aufwendig, kostenintensiv und fehleranfällig sind. Der notwendige geringe Tröpfchendurchmesser
kann oft nur durch die Anwendung hohen Brennstoffdrucks erzielt
werden, wobei die Erzeugung hohen Drucks verhältnismäßig viel Leistung beansprucht
und insbesondere die Anlage zur Erzeugung des Drucks viel Raum beansprucht. Solche
Zumeßeinrichtungen
haben darüber
hinaus üblicherweise
sehr kleine Zumeßöffnungen,
welche durch Verbrennungsrückstände bzw.
Ablagerungen das Zumeßverhalten
der Zumeßeinrichtung
unzulässig
und schlecht kontrollierbar verändern.
Alternativ oder unterstützend
zu der Anwendung hohen Brennstoffdrucks sind zur feinen Zerstäubung des
Brennstoffs Lösungen
mit Luftunterstützung
bekannt, wobei der Brennstoff bzw. das Restgas vor der Verbrennung
ausreichend lange mit Luft verwirbelt wird. Nachteilig ist hierbei
der relativ große
Raumbedarf, die aufwendige und störanfällig Regelung der Luftzumessung
und der zusätzliche
Energiebedarf.
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Schließlich ergibt sich insbesondere
bei geringer Leistung die Gefahr einer unvorhergesehenen Flammlöschung der
offenen kontinuierlich brennenden Flamme im Brennraum. Die Wärmeleistung
der Nachbrenneinrichtung ist deshalb nach unten hin stark eingeschränkt. Weiterhin
ist stets ein gewisser Zeitbedarf zur Abschaltung der Brennstoffzufuhr
oder der Neuzündung
der Flamme notwendig. In dieser Zeit kann sich Brennstoff bzw. Restgas
im Brennraum ansammeln. Dies beeinflußt die Neuzündung negativ, ein ggf. vorhandener
Katalysator kann beschädigt
werden und unverbrannter Brennstoff bzw. Restgas kann in die Atmosphäre entweichen.
Trotz all der genannten Maßnahmen
bleiben im Abgas der Nachbrenneinrichtung unverbrannte bzw. unvollständig verbrannte
Anteile zurück,
welche teilweise giftig oder chemisch aggressiv sind. Dies führt zu einer
erhöhten
Umweltbelastung und Materialbelastung, außerdem wird der Brennwert des
Brennstoffs bzw. des Restgases nur unvollständig ausgenutzt.
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Vorteile der
Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Nachbrenneinrichtung
mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben
demgegenüber
den Vorteil, daß durch
die Zumessung von Brennstoff auf bzw. in die offenporige hitzebeständige Schaumkeramik
ohne den Einsatz aufwendiger Zerstäubungseinrichtungen zur Erzeugung
feinster Brennstofftropfen eine sehr gute Brennstoffverteilung im
Brennraum bzw. in der Schaumkeramik erfolgt. Die damit einhergehende verhältnismäßig große Berührungsfläche mit Luftsauerstoff
führt zu
einer nahezu vollständigen Verbrennung
des zugeführten
Brennstoffes und Restgases und damit zu einem hervorragenden Wirkungsgrad
und sehr geringen Schadstoffemissionen. Die Anforderungen an die Zumeßeinrichtung
bzw. die Brennstoffdüse,
welche den Brennstoff in den Brennraum bzw. auf oder in die Schaumkeramik
einmißt, sind
sehr gering, da die Verteilung des Brennstoffes innerhalb der Schaumkeramik
erfolgt.
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Durch die geringe Wärmekapazität der Schaumkeramik
und den in der Schaumkeramik gleichmäßig und großräumig verteilten Verbrennungsvorgang,
heizt sich die Schaumkeramik sehr schnell auf, womit schon nach
kurzer Betriebsdauer und eventuell auftretender kurzzeitiger Unterbrechung
der Brennstoffzufuhr eine Fremdzündung durch
beispielsweise Zündkerzen
bei Wiederaufnahme der Brennstoffzufuhr nicht notwendig ist. Die
Nutzung der Abgaswärme
durch die Rückführung der aus
der Verbrennung entstehenden Abgase über eine Rückführungsleitung und einen Wärmetauschkanal,
welcher die zugeführte
Luft und/oder den Brennraum bzw. die Schaumkeramik, insbesondere im
Kaltstartbetrieb, mit Abgaswärme
wärmt,
führt zu einer
verkürzten
Kaltstartphase und damit zu einer weiteren Verringerung der Schadstoffemissionen
sowie zu einer weiteren Verbesserung der Kraftstoffumsetzung. Durch
die Erfassung der Verbrennungsgeschwindigkeit ist es möglich, die
rückgeführte Wärmemenge
zu regeln. Damit ist es möglich,
in der Kaltstartphase ein Höchstmaß an Wärmemenge
zurückzuführen ohne
bei steigender Verbrennungsgeschwindigkeit für die Nachbrenneinrichtung
oder deren Betrieb ungünstige
Temperaturen zu erzeugen.
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Vorteilhaft ist weiterhin, daß die Schaumkeramik
einen Teil des zugemessenen Brennstoffs zunächst aufnimmt, ohne daß dieser
sofort gezündet wird.
Vielmehr verteilt sich ein Teil des Brennstoff zuerst in der Schaumkeramik,
bevor er an seiner Oberfläche
gezündet
wird. Die Schaumkeramik ist also in der Lage, eine gewisse Menge
Brennstoff zunächst zu
speichern. Diese Eigenschaft ist beispielsweise bei einem Anfahren
der Nachbrenneinrichtung aus dem kalten Zustand bei nur ungenügender Fremdzündung durch
beispielsweise eine Glühwendel
von Vorteil, da der Brennstoff nicht sofort unverbrannt durch den
Brennraum hindurch entweichen kann.
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Vielmehr wird er in der Schaumkeramik
gespeichert und steht der Verbrennung weiterhin zur Verfügung. Verpuffungsvorgänge im Brennraum
bzw. eine Anreicherung des Brennstoff-Luft-Gemisches über die Zündfähigkeit hinaus werden somit
weitgehend verhindert.
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Weiterhin sehr vorteilhaft ist außerdem,
daß weitgehend
unabhängig
von der geometrischen Formgebung der Schaumkeramik die Verteilung
des Brennstoffs vorrangig selbsttätig stattfindet. Dies läßt eine
sehr anpassungsfähige
Platzierung der Schaumkeramik im Brennraum bzw. in der Nachbrenneinrichtung
zu, um beispielsweise die thermische Kopplung zwischen Schaumkeramik
und Brennraum, bzw. mit anderen Elementen der Nachbrenneinrichtung,
zu verbessern.
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Darüber hinaus hat die erfindungsgemäße Nachbrenneinrichtung
einen sehr großen
Wärmeleistungsbereich,
der insbesondere durch die Möglichkeit
zustande kommt, sehr kleine Wärmeleistungen einzustellen.
Durch diese einstellbaren sehr kleinen Wärmeleistungen bzw. Brennleistungen
ist es möglich,
schadstoffintensive, materialbelastende und wirkungsgradmindernde
Aus- und Einschaltvorgänge der
Nachbrenneinrichtung zu vermeiden, insbesondere bei Lastwechselvorgängen typisch
für den
automobilen Individualverkehr.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Nachbrenneinrichtung
sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben einer Nachbrenneinrichung gehen aus den jeweiligen
Unteransprüchen
hervor.
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In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
wird die Verbrennungsgeschwindigkeit anhand einer Temperaturmessung
festgestellt. Besonders vorteilhaft kann diese durch eine berührungslose
und damit weitgehend verschleißfreie
Infrarotlichtmessung erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird
die Menge der rückgeführten Verbrennungsgase auf
Basis der festgestellten Verbrennungsgeschwindigkeit geregelt.
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Vorteilhaft weitergebildet wird das
erfindungsgemäße Verfahren
außerdem
durch einen weiteren Verfahrensschritt, der, abhängig von der erfaßten Verbrennungsgeschwindigkeit,
die Zufuhr von Luft, Brennstoff und/oder Restgas regelt. Wobei in
einer weiteren Weiterbildung die Zufuhr von Luft in den Brennraum
bzw. der Luftanteil am Brennstoff/Gas-Luftgeschmisch erhöht wird, um die Temperatur
im Brennraum bzw. in der Schaumkeramik zu senken.
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Umfaßt das Verfahren außerdem einen
Verfahrensschritt, in welchem der Brennraum bzw. die Schaumkeramik
elektrisch beheizt wird, wird das Verfahren ebenfalls vorteilhaft
weitergebildet. Dadurch kann der Brennraum bzw. die Schaumkeramik
beispielsweise noch vor dem Beginn der Kaltstartphase beheizt werden,
womit die Kaltstartphase der Nachbrenneinrichtung weiterhin verkürzt wird.
Ebenso kann in dieser Weise die jeweils notwendige Zündenergie
bereitgestellte werden oder eine notwendige Zündtemperatur erzeugt werden.
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Vorteilhaft weitergebildet werden
kann die Nachbrenneinrichtung dadurch, daß die Schaumkeramik zumindest
teilweise aus Siliziumkarbid besteht. Siliziumkarbid ist hervorragend
hitzebeständig,
ein exzellenter Wärmeleiter
und verleiht der Schaumkeramik überdies
eine gute mechanische Steifigkeit bei relativ geringer Dichte. Außerdem leitet
Siliziumkarbid den elektrischen Strom relativ gut. Die gute elektrische
Leitfähigkeit
kann zu meßtechnischen
Zwecken ausgenutzt werden, um beispielsweise die Temperatur über den
durch Strom und Spannung hergeleiteten elektrischen Widerstand zu
bestimmen, oder der Verbrennungsvorgang kann insbesondere durch die
Wärmewirkung
des elektrischen Stromes beeinflußt, gesteuert oder, z.B. bei
katalytischer Verbrennung, gänzlich
erzielt werden, beispielsweise im Teillastbetrieb.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn
die Schaumkeramik durch sog. Retikulieren, was beispielsweise thermisch
oder chemisch durchgeführt werden
kann, offenporig gemacht wird. Dadurch läßt sich ein sehr hohes Maß an Offenporigkeit
erzielen und zudem läßt sich
die Porengröße sehr
leicht, bevorzugt im Bereich von 0,05 mm bis 5 mm, bei der Herstellung
der Schaumkeramik einstellen.
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Vorteilhafterweise steht die Schaumkeramik mit
zumindest einem Teil der Wandung des Brennraums oder des ersten
Gehäuses
in gutem wärmeleitendem
Kontakt, da dadurch die Wärme
schnell und effizient an beispielsweise den Reformer oder eine Brennstoffzelle
abgegeben werden kann. Ebenso kann der Brennraum bzw. die Schaumkeramik
durch diese Wandung des Brennraums bzw. des ersten Gehäuses von
außen
beheizt werden, beispielsweise durch einen rückgeführten Abgasstrom, ohne daß Abgas
in den Brennraum oder die Schaumkeramik gelangt.
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Durch die Anordnung von Wärmeleitelementen
innerhalb des ersten Gehäuses,
insbesondere auch innerhalb der Schaumkeramik, ist es vorteilhaft möglich, Wärme aus
einem relativ warmen Bereich in einen dazu relativ kühlen Bereich
zu leiten, insbesondere in den Bereich der Luftzufuhr oder in den
Bereich in dem der Brennstoff oder die Restgase eingemessen werden.
Dadurch wird die kühlende
Wirkung der zugeführten
Reaktanden kompensiert und die Reaktionsgeschwindigkeit, insbesondere
in Kaltstartphasen, in den genannten Bereichen angehoben. Die Reaktionsgeschwindigkeiten
verlaufen dadurch in allen Bereichen des Brennraums bzw. der Schaumkeramik
gleichmäßig. Besonders
ist vorteilhaft, wenn die Wärmeleitelemente
aus Metall oder einer metallhaltigen Legierung bestehen, da Metalle besonders
gute Wärmeleiter
sind und außerdem gute
mechanische sowie chemische Eigenschaften aufweisen.
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Vorteilhaft ist weiterhin, die Wärmeenergie der
heißen
Abgase durch eine Rückführungsleitung und
einen Wärmetauschkanal
der Schaumkeramik bzw. dem Brennraum und/oder der zugeführten Luft, und
damit der Verbrennungsreaktion selbst, zuzuführen. Dadurch wird die qualitativ
niederwertige Abgaswärme
genutzt, um insbesondere in Kaltstartphasen die Verbrennungsgeschwindigkeit
schnell zu steigern und um die Reaktanden bzw. den Brennraum vorzuwärmen.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn
ein Regler die Rückführung der
Abgase regelt oder steuert. Es ist dadurch vorteilhaft möglich, heiße Abgase
dosiert rückzuführen und
die rückgeführte Wärmemenge
so dem Wärmebedarf
anzupassen. Insbesondere wird dadurch eine Überhitzung der Nachbrenneinrichtung verhindert
und der Abgasgegendruck so gering wie möglich gehalten.
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Vorteilhaft ist weiterhin, die Wärmetauschkanäle aus zylindrischen
Rohren zu fertigen, da diese kostengünstig und einfach zu verarbeiten
sind.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigten:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Nachbrenneinrichtung
als Prinzipskizze,
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2 eine
auszugsweise schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
im Bereich des Brennraums,
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3 einen
auszugsweisen Schnitt durch die offenporige Schaumkeramik als Prinzipskizze,
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4 eine
schematische Darstellung eines dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
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5 eine
schematische Schnittdarstellung des dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
in einer Draufsicht,
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6 eine
schematische Darstellung eines vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels und
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7 eine
schematische Darstellung eines fünften
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung beispielhaft beschrieben. An diesen Ausführungsbeispielen
läßt sich
das erfindungsgemäße Verfahren
besonders vorteilhaft anwenden. In den Figuren sind gleiche Bauteile
jeweils mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen. Pfeile symbolisieren jeweils die Kraftstoff-
und Gasströme.
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Ein in 1 dargestelltes
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Nachbrenneinrichtung 1 weist
ein an den Enden geschlossenes rohrzylindrisches zweites Gehäuse 14,
eine Düse 2,
einen Regler 17 und eine Rückführungsleitung 16 auf.
Die Düse 2 greift
in die oben liegende Stirnseite des zweiten Gehäuses 14 ein und ist
axialmittig zu einer Achse 22 angeordnet, welche in diesem
Ausführungsbeispiel
mit der Symmetrieachse des zweiten Gehäuses 14 identisch
ist. Die oben liegende Stirnseite des zweiten Gehäuses 14 weist
außerdem
noch eine Luftzufuhr 3 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel
als bloße Öffnung realisiert
ist. Seitlich nahe des unteren Endes des zweiten Gehäuses 14 befindet sich
eine Austrittsöffnung 7,
welche in ein Austrittsrohr 15 mündet. Das Austrittsrohr 15,
eine erste Abgasleitung 20 und die Rückführungsleitung 16 münden in
den Regler 17. Die Rückführungsleitung 16 führt von
dem Regler 17 zu der oberen Stirnseite des zweiten Gehäuses 14 und
mündet
dort in das zweite Gehäuse 14 ein.
Im Inneren des zweiten Gehäuses 14 befindet
sich unter anderem ein Brennraum 8, welcher in 1 nicht dargestellt ist.
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Die Funktionsweise ist wie folgt:
Durch die Düse 2 wird
entweder nur Brennstoff in vorzugsweiser flüssiger Form, nur Restgas aus
z.B. einem Reformierungsprozeß oder
Brennstoffzellenprozeß oder
ein Gemisch dieser beiden brennbaren Stoffe in den im zweiten Gehäuse 14 liegenden
in 1 nicht dargestellten
Brennraum 8 eingemessen. Durch die Luftzufuhr 3 wird
die zur Verbrennung benötigte
Luft angesaugt. Eine Zwangszuführung
von Luft oder anderen sauerstoffhaltigen Substanzen ist jedoch denkbar.
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Die an der Austrittsöffnung 7 austretenden Abgase
strömen
durch das Austrittsrohr 15 in den Regler 17 ein
und werden zumindest teilweise über die
Rückführungsleitung 16 in
das zweite Gehäuse 14 zurückgeführt. Die
zurückgeführten Abgase
geben im Inneren des zweiten Gehäuses 14 Wärmeenergie
ab, ohne daß die
rückgeführten Abgase
sich mit dem Brennstoff, den Restgasen oder der Luft vermischen,
und werden über
eine in 1 nicht dargestellte
erste Abgasleitung 19 in die Umwelt oder in einen anderen
Prozeß überführt. Die
durch den Regler 17 nicht zurückgeführten Abgase werden vom Regler 17 durch
eine zweite Abgasleitung 20 in die Umwelt oder einen anderen
Prozeß geleitet.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird durch nicht
dargestellte Infrarotsensoren die momentane Temperatur oder die
momentane Temperaturverteilung im Inneren des zweiten Gehäuses 14 bzw.
dem nicht dargestellten Brennraum 8 gemessen. Dadurch kann
insbesondere die momentane Verbrennungsgeschwindigkeit im Brennraum 8 festgestellt
werden. In Abhängigkeit
der Verbrennungsgeschwindigkeit wird in diesem Ausführungsbeispiel
die Menge der in das zweite Gehäuse 14 zurückgeführten Abgase
geregelt. Auch die jeweiligen Anteile und Mengen von Luft, Brennstoff
und Restgasen, die durch die Düse 2 bzw.
durch die Luftzufuhr 3 in das zweite Gehäuse 14 gelangen,
werden abhängig
von der Verbrennungsgeschwindigkeit erfindungsgemäß reguliert.
Denkbar ist auch, die jeweiligen Anteile und Mengen von Luft, Brennstoff
und Restgasen zeitgesteuert zu verändern. So werden beispielsweise
bei Kaltstartbeginn insgesamt weniger Reaktanden zugeführt und
der Brennstoffanteil erhöht,
wobei zu einem späteren Zeitpunkt
beispielsweise der Luftanteil angehoben wird und die Menge der Reaktanden
insgesamt erhöht
wird. Bei zu hoher Temperatur wird erfindungsgemäß die Luftzufuhr bzw. der Luftanteil
im Brennraum 8 erhöht.
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Zusätzlich kann auch noch ein Lambda-Sensor
vorhanden sein.
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2 zeigt
eine auszugsweise schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
im Bereich des Brennraums 8, welcher in dem in dieser Figur
nicht dargestellten zweiten Gehäuse 14 angeordnet
ist. Der Brennraum 8 ist seitlich durch ein rohrzylindrisches
erstes Gehäuse 5,
oben durch einen oberen Ring 9 und unten durch einen unteren
Ring 10 im Gehäuse 5 abgegrenzt.
Der obere Ring 9 grenzt den Brennraum 8 gegen
eine Düse 2 ab
und der untere Ring 11 gegen einen Austrittsraum 11.
Der Brennraum 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel gänzlich mit
einer Schaumkeramik 4 gefüllt. Die Poren der Schaumkeramik
sind in Quer- und Längsrichtung
miteinander verbunden und lassen insbesondere so eine hervorragende
Durchströmung
und nahezu vollständige
Verbrennung zu. Die Oberfläche
der Schaumkeramik 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel vollständig mit
einer aus CuO bestehenden katalytischen Schicht überzogen.
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Ein auszugsweiser Schnitt ist als
Prinzipskizze in 3 dargestellt.
Erkennbar sind die in den Trägerschaum 12 eingebetteten
Poren 13.
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Die Schaumkeramik ist z. B. durch
Retikulieren des Trägerschaums 12,
wie z.B. Polyurethanschaum, und anschließender Behandlung mit einer Siliziumkarbidsuspension,
beispielsweise in Wasser suspendiertes Keramikpulver aus Siliziumkarbid, herstellbar.
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Die Düse 2 nimmt an ihrem
der Schaumkeramik 4 abgewandten axialen Ende Brennstoff,
Restgas, Luft oder eine Mischung dieser Bestandteile auf und mißt sie an
ihrem unteren axialen Ende, welcher der Schaumkeramik 4 zugewandt
ist, durch eine nicht dargestellte Öffnung in die Schaumkeramik 4 ein. Luft
wird zudem über
eine Luftzufuhr 3 dem Brennraum 8 bzw. der Verbrennung
zugeführt.
Auch die Einbringung eines Restgas-Luft- oder Restgas-Sauerstoff-Gemisches
ist über
die Luftzufuhr 3 möglich. Brennstoff,
Restgas oder eine Mischung dieser Bestandteile entzündet sich
mit Luft und/oder Sauerstoff bzw. reagiert chemisch im laufenden
Betrieb an der heißen
Oberfläche
der Schaumkeramik 4.
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Der Verbrennungsvorgang kann aber
auch durch nicht dargestellte Zündeinrichtungen
in Gang gebracht, bzw. aufrecht erhalten werden. Solche Zündeinrichtungen
sind beispielsweise als nicht dargestellte elektrische Glühkerze oder
Glühwendel
zwischen Düse 2 und
Schaumkeramik 4 angebracht. Es ist auch möglich, die
Zündeinrichtung
in der Schaumkeramik 4 anzubringen. Es ist ebenso denkbar,
die Zündeinrichtung
so zu gestalten, daß die
gesamte Schaumkeramik 4, oder zumindest ein Teil davon,
so elektrisch beheizt wird, daß dadurch
eine Zündeinrichtung
gebildet wird. Schließlich
kann die Schaumkeramik 4 auch von außen oder durch die Implementierung
von Drähten
beheizt werden. Dadurch wird der erfindungsgemäße Betrieb der Nachbrenneinrichtung 1 möglich.
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Nach erfolgter Oxidation des Brennstoffes und/oder
der Restgase, entweichen die Verbrennungsgase nach unten durch den
unteren Ring 10 in den Austrittsraum 11, um dann hier durch
Austrittsöffnungen 7 zu
entweichen.
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Das erste Gehäuse 5 steht großflächig mit
in dieser Figur nicht dargestellten Wärmetauschkanälen 18 in
gutem wärmeleitendem
Kontakt.
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Im Inneren der Schaumkeramik 4 verlaufen streifenförmige Wärmeleitelemente 23.
Sie können beispielsweise
auch rohrförmig
oder zylinderrohrförmig
sein. In diesem Ausführungsbeispiel
verlaufen die Wärmeleitelemente 23 von
oben nach unten, parallel zur Achse 22. Sie dienen zum
Transport von Wärme
in Bereiche innerhalb des ersten Gehäuses 5, welche sich
beispielsweise in einer Kaltstartphase, relativ zu anderen Bereichen
innerhalb des ersten Gehäuses 5,
nur langsam erwärmen.
Beispielsweise kann so Wärme
von einem Bereich nahe des unteren Rings 10 in einen Bereich
nahe des oberen Rings 9 geleitet werden. Zumindest ein
Teil der Wärmeleitelemente 23 können auch
durch den oberen Ring 9 hindurchgreifen und so beispielsweise
die durch die Luftzufuhr 3 zugeführte Luft anwärmen, ebenso
können
sie durch den unteren Ring 10 greifen, um Wärmeenergie
aus den Verbrennungsgasen abzuleiten. Die Wärmeleitelemente 23 sind
so anzuordnen, daß sie
möglichst
nicht direkt mit den durch die Düse 2 zugemessenen
Kraftstoffen beaufschlagt werden.
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4 zeigt
ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ähnlich dem
Ausführungsbeispiel
aus 2. Jedoch weist
dieses Ausführungsbeispiel
zusätzlich
die Rückführungsleitung 16 auf, welche
die Verbrennungsgase über
die Austrittsöffnung 7,
das Austrittsrohr 15 und den Regler 17 in das untere
Ende der Wärmetauschkanäle 18 leiten.
Wie in 5 ersichtlich,
verlaufen die Wärmetauschkanäle 18, im
Ausführungsbeispiel,
der 4 und 5 in einer Hälfte eines
an einem Ende geschlossenen hohlzylindrisch geformten Rohres 21.
Die Rohre 21 verlaufen von unter nach oben entlang der
seitlichen Wandung des ersten Gehäuses 5 und sind thermisch mit
dem Brennraum 8 bzw. dem ersten Gehäuse 5 gekoppelt. Das
Rohr 21 wird durch eine den Rohrquerschnitt teilende Rohrwandung 24 in
zwei Hälften geteilt,
wobei die dem ersten Gehäuse 5 zuwandte Hälfte den
Wärmetauschkanal 18 darstellt
und die abgewandte Hälfte
eine erste Abgasleitung 19. Die Rohrwandung 24 verläuft bis
kurz vor das geschlossene Ende des Rohres 24 um eine Verbindung
zwischen dem Wärmetauschkanal 18 und
der ersten Abgasleitung 19 zu schaffen. Ansonsten trennt
er die beiden Hälften
des Rohres 21 hermetisch ab. Die Rohre 21 sind
in gleichmäßigen Abständen radial
um das erste Gehäuse 5 verteilt.
Die Rohre 21 und das erste Gehäuse 5 sind von dem
zweiten Gehäuse 14 umgeben,
wobei die seitlichen Wandungen des zweite Gehäuses 14 insbesondere
wärmeisolierend
wirken.
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Der Regler 17 bestimmt die
Menge des rückgeführten Verbrennungsgase
und leitet sie über
die Rückführungsleitung 16 in
das untere Ende des Rohres 21 in die Wärmetauschkanäle 18.
Beispielsweise in einer Kaltstartphase wird die in den Verbrennungsgasen
enthaltene Wärme
dem ersten Gehäuse 5 und damit
dem Brennraum 8 und dem oberhalb des oberen Ringes liegenden
Raum zugeführt.
Die Verbrennungsgeschwindigkeit läßt sich dadurch in einer Kaltstartphase
beschleunigen und dadurch die Kaltstartphase verkürzen. Insbesondere
kann durch die zugeführte
Wärme der
zugemessene Kraftstoff leichter und schneller verdampfen. Über die
erste Abgasleitung 19 verlassen die Verbrennungsgase dann
die Nachbrenneinrichtung 1. Die nicht rückgeführten Verbrennungsgase werden über eine
zweite Abgasleitung 20 ebenfalls aus der Nachbrenneinrichtung 1 befördert.
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6 zeigt
ein viertes Ausführungsbeispiel ähnlich dem
in den 4 und 5 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel.
Die Rückführungsleitung 16 teilt
die rückgeführten Verbrennungsgase
jedoch in Wärmetauschkanäle 18 auf,
welche durch den Brennraum 8 bzw. die Schaumkeramik 4 verlaufen. Die
Wärmetauschkanäle 18 sind
rohrzylindrisch geformt und verlaufen durch die seitlichen Wandungen des
ersten Gehäuses 5.
Ein zweites Gehäuse 14 ist nicht
vorhanden.
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7 zeigt
ein fünftes
erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
mit dem in dem zweiten Gehäuse 14 angeordneten
ersten Gehäuse 5.
Die rückgeführten Verbrennungsgase
werden über
die Rückführungsleitung 16 durch
eine im zweiten Gehäuse 14 angeordnete
erste Öffnung 25 in
das Innere des zweiten Gehäuses 14 geführt und
werden durch den zwischen den beiden Gehäusen gebildeten Wärmetauschkanal 18 zu
einer zweiten Öffnung 26 des zweiten
Gehäuses 14 geleitet.
Dort verlassen die Verbrennungsgase über die erste Abgasleitung 19 die
Nachbrenneinrichtung 1. Das erste Gehäuse 5 ist hermetisch
gegen die rückgeführten Verbrennungsgase
abgedichtet und nimmt beispielsweise in einer Kaltstartphase Wärme aus
den rückgeführten Verbrennungsgasen
auf. Dadurch werden der Brennraum 8 bzw. die Schaumkeramik 4,
welche im Inneren des ersten Gehäuses
angeordnete sind, aufgeheizt.