DE19601957A1 - Gas-fired heat generator with honeycomb catalyst elements in series - Google Patents
Gas-fired heat generator with honeycomb catalyst elements in seriesInfo
- Publication number
- DE19601957A1 DE19601957A1 DE19601957A DE19601957A DE19601957A1 DE 19601957 A1 DE19601957 A1 DE 19601957A1 DE 19601957 A DE19601957 A DE 19601957A DE 19601957 A DE19601957 A DE 19601957A DE 19601957 A1 DE19601957 A1 DE 19601957A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat
- honeycomb
- heat exchanger
- generator according
- heat generator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8643—Removing mixtures of carbon monoxide or hydrocarbons and nitrogen oxides
- B01D53/8646—Simultaneous elimination of the components
- B01D53/8653—Simultaneous elimination of the components characterised by a specific device
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/0027—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using fluid fuel
- F24H1/0045—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using fluid fuel with catalytic combustion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
- F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
- F24H1/26—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
- F24H1/40—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes
- F24H1/43—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes helically or spirally coiled
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
- F24H1/44—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with combinations of two or more of the types covered by groups F24H1/24 - F24H1/40 , e.g. boilers having a combination of features covered by F24H1/24 - F24H1/40
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H8/00—Fluid heaters characterised by means for extracting latent heat from flue gases by means of condensation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Abstract
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein katalytischer Wärmeerzeuger sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Wärmeerzeu gers gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.The invention relates to a catalytic heat generator and a method for operating such a heat generator gers according to the preambles of claims 1 and 2.
Eine Kombination eines konventionellen Flammenbrenners mit ei nem Oxidations-Wabenkatalysator ist aus der DE-PS 39 05 775 be kanntgeworden. Die Schadstoffreduktion wird dabei durch kataly tische Nachverbrennung der Abgase eines Brenners herkömmlicher Bauart erreicht. Beispielsweise wird bei einer Gastherme zwi schen Brenner und Wärmetauscher der Wabenkatalysator zusätzlich eingebaut. Nachteilig ist, daß in jedem Fall eine Grundverbren nung mit einem herkömmlichen Brenner für fossile Brennstoffe - verbunden mit starker Schadstoffemission - stattfinden muß. Da der Katalysator nur bis zu einer maximalen Temperatur von 900 °C, belastbar ist, muß der Brenner den Hauptanteil des Brenn gas-Luft-Gemisches in der Flamme umsetzen, so daß eine relativ hohe Flammentemperatur resultiert und folglich eine erhebliche NOx-Emission in Kauf genommen werden muß. Diese NOx-Emission läßt sich durch katalytische Nachverbrennung nur in Kombination mit einer Luftzahlbegrenzung um 1,05 und ausreichend hohen CO- Emissionen reduzieren.A combination of a conventional flame burner with egg nem oxidation honeycomb catalyst has become known from DE-PS 39 05 775. The pollutant reduction is achieved by catalytic afterburning of the exhaust gases of a conventional type of burner. For example, the honeycomb catalyst is additionally installed in a gas heater between the burner and the heat exchanger. The disadvantage is that in any case a Grundverbren voltage with a conventional burner for fossil fuels - combined with high pollutant emissions - must take place. Since the catalytic converter can only be loaded up to a maximum temperature of 900 ° C, the burner must convert the main part of the combustion gas-air mixture in the flame, so that a relatively high flame temperature results and consequently a considerable NO x emission in Purchase must be made. This NO x emission can only be reduced by catalytic afterburning in combination with an air ratio limitation of 1.05 and sufficiently high CO emissions.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen katalytischen Wärmeerzeuger und ein zugeordnetes Verbrennungsverfahren anzu geben, wobei die Vorteile der katalytischen Verbrennung, insbe sondere die Schadstoffarmut der Abgase, weitergehend auszunut zen sind.The invention has for its object a catalytic Heat generator and an associated combustion process give, taking advantage of catalytic combustion, esp in particular, the low levels of pollutants in the exhaust gases can be exploited further zen are.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unab hängigen Patentansprüche gelöst. Der beanspruchte Wärmeerzeuger zeichnet sich vor allem durch den geschichteten Aufbau des Wa benkörperreaktors mit Wärmeabführung zwischen den Schichten und durch die wahlweise oder gemischte Brenngasbeaufschlagung des Flammenbrenners und des Wabenkörperreaktors aus. Die Zwischen schaltung von Wärmetauschern oder Wärmetauschersträngen ermög licht eine effektive Kühlung des Wabenkörperreaktors, welcher durch das Drei-Wege-Mischventil auch als alleiniger Wärmeerzeu ger fungieren kann. Der Flammenbrenner dient nur zur Vorheizung des Wabenkörperreaktors auf die Arbeitstemperatur von ca. 500 °C. Wenn alle Wabenschichten diese kritische Temperatur ange nommen haben, erfolgt die Umsetzung des Gas-Luft-Gemisches durch katalytische Reaktion ohne weitere Wärmezufuhr. Das Drei- Wege-Mischventil wird dann derart umgeschaltet, daß nur die zweite ausgangsseitige Anschlußleitung mit der Gas-/Luft-Ge mischführung verbunden ist. Die flammenbrennerverbundene erste ausgangsseitige Anschlußleitung wird zugesperrt, wodurch der Flammenbrenner erlischt. The task is characterized by the distinctive features of the independent pending claims solved. The claimed heat generator is characterized above all by the layered structure of the Wa Body reactor with heat dissipation between the layers and through the optional or mixed application of fuel gas to the Flame burner and the honeycomb reactor. The intermediate switching of heat exchangers or heat exchanger strings possible effective cooling of the honeycomb reactor, which thanks to the three-way mixing valve also as the sole heat generator ger can act. The flame burner is only used for preheating of the honeycomb reactor to the working temperature of approx. 500 ° C. If all honeycomb layers are at this critical temperature have taken, the conversion of the gas-air mixture takes place through catalytic reaction without additional heat input. The three Directional mixing valve is then switched over so that only the second outlet-side connecting line with the gas / air Ge mixing guide is connected. The flame burner connected first output-side connecting line is blocked, whereby the Flame burner goes out.
Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird eine einfache Anpassung der katalytisch umzusetzenden Brennstoffmenge an die im Abgas strom noch vorhandene Restbrennstoffmenge erreicht. Da in jeder Stufe, das heißt, stromab aufeinanderfolgender Wabenschichten, weniger unverbranntes Brennstoffgemisch zur Verfügung steht, müssen die Waben immer enger oder länger beziehungsweise enger und länger werden, damit bei allen Stufen eine annähernd glei che Umsatzrate zustande kommt. Letzteres ist vorteilhaft, weil dadurch die Aufrechterhaltung der oben erwähnten minimalen Ar beitstemperatur nicht gefährdet wird und weil zum anderen die Dimensionierung der Wärmetauscher beziehungsweise der Wärmetau scherstränge nicht von der Stufung der Wabenschichten abhängt.The features of claim 2 make it easy to adapt the amount of fuel to be converted catalytically to that in the exhaust gas current residual amount of fuel reached. Because in everyone Stage, that is, successive honeycomb layers, less unburned fuel mixture is available, the honeycomb must always be narrower or longer or narrower and become longer so that it is almost the same at all levels che turnover rate comes about. The latter is advantageous because thereby maintaining the minimum Ar mentioned above working temperature is not endangered and because Dimensioning of the heat exchanger or heat exchanger shear strands does not depend on the gradation of the honeycomb layers.
Im allgemeinen genügt es, wie im Anspruch 3 vorgeschlagen, vier Wabenschichten vorzusehen, um eine vollständige Brennstoffum setzung im Wabenkörperreaktor sicherzustellen.In general, as proposed in claim 3, four is sufficient Honeycomb layers to provide a full fuel ensure settlement in the honeycomb body reactor.
Das Rückschlaggitter gemäß Anspruch 4 verhindert in der Ein schaltphase des Wärmeerzeugers, in der der Flammenbrenner in Betrieb ist, ein Anhaften der Flammen an der den Flammen gegen überliegenden Fläche der brennernächsten Wabenschicht. Gleich zeitig kann das Rückschlaggitter auch nach Art der bekannten Kühlstäbe wirken, wodurch eine Wärmeabfuhr aus dem Flammenbe reich eine zusätzliche Gewähr dafür bietet, daß der Wabenkör perreaktor nicht bis in dessen Zerstörungsbereich aufgeheizt wird.The check grid according to claim 4 prevents in the one Switching phase of the heat generator in which the flame burner Operation is an adherence of the flames to the flames against overlying surface of the honeycomb layer closest to the burner. Soon the non-return grill can also be used in the known manner Cooling rods act, causing heat to be removed from the flame rich offers an additional guarantee that the honeycomb body perreactor not heated up to its destruction area becomes.
Bevorzugt sind die zwischengeschalteten Wärmetauscher bezie hungsweise Wärmetauscherstränge gemäß Anspruch 5 ausgebildet. The intermediate heat exchangers are preferred approximately formed heat exchanger strands according to claim 5.
Die Wabenschichten erzeugen einen großen Anteil Strahlungs wärme, die von den Wärmetauschern beziehungsweise Wärmetau schersträngen aufnehmbar sein sollte. Zur Wärmeübertragung von Strahlungswärme sind vor allem Kupfer- oder Aluminiumrohre ge mäß Anspruch 6 geeignet. Ein Lamellenbesatz ist möglich.The honeycomb layers generate a large proportion of radiation heat from the heat exchangers or heat exchanger shear strands should be recordable. For heat transfer from Radiant heat is primarily copper or aluminum pipes suitable according to claim 6. A slat trim is possible.
Bei Ausbildung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7 wird eine einfache und wirkungsvolle hydraulische Anbindung der Wärmetau scher beziehungsweise Wärmetauscherstränge erreicht. Der durch flossene Doppelmantel kann alternativ oder gleichzeitig zu den zwischengeschalteten Wärmetauschern beziehungsweise Wärmetau schersträngen mit einem stromab der brennerfernsten Waben schicht angeordneten lamellenbesetzten Wärmetauscher für vor rangig konvektiven Wärmeübergang verbunden sein. Dieser letzte Wärmetauscher dient im wesentlichen der Nutzbarmachung der Wär mekapazität des fast schadstofffreien Abgases. Besonders ergie big ist die Wärmeausbeute, wenn dieser Lamellenwärmetauscher als Kondensationswärmetauscher wirkt und somit der Wärmeerzeu ger gemäß Anspruch 8 nach dem Brennwertprinzip aufgebaut ist. Bei aufrecht brennenden Flammen kann die Brennkammer zylinder förmig mit Abgasumlenkung über den oberen Rand ausgebildet sein. Das Abgas strömt dann an der Außenfläche der Brennkammer vorbei und gelangt schließlich in einen vom unteren Gerätebe reich abgetrennten Kamin. In diesem Bereich ist dann auch der Kondensatablauf vorgesehen. Als wärmetauschermediumdurchflosse ner Doppelmantel ist bei dieser Ausführungsform nicht die Brennkammer, sondern die konzentrisch die Brennkammer umgebende Abgasführung ausgebildet. Die von dem Doppelmantel abgezweigten Wärmetauscher oder Wärmetauscherstränge durchsetzen mit ihren Anschlußstutzen diese Abgasführung und ebenso die Brennkammer wandung.When training with the features of claim 7 is a simple and effective hydraulic connection of the heat rope shear or heat exchanger strands reached. The through fin double jacket can alternatively or simultaneously to the intermediate heat exchangers or heat exchanger shear strands with a honeycomb downstream of the burner Layered finned heat exchanger for front rank convective heat transfer. This last one Heat exchanger essentially serves to harness the heat mecapacity of the almost pollutant-free exhaust gas. Especially ergie big is the heat yield when this finned heat exchanger acts as a condensation heat exchanger and thus the heat generator ger is constructed according to claim 8 according to the condensing principle. When the flames are burning upright, the combustion chamber can be cylinder shaped with exhaust deflection over the upper edge his. The exhaust gas then flows on the outer surface of the combustion chamber over and finally gets into one of the lower devices richly separated fireplace. In this area there is also Condensate drain provided. As a heat exchanger medium flow ner double jacket is not the in this embodiment Combustion chamber, but the concentrically surrounding the combustion chamber Exhaust gas routing trained. The branched off from the double jacket Enforce heat exchangers or heat exchanger strands with their Connection piece this exhaust duct and also the combustion chamber wall.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform nach Anspruch 9, da durch die Wärmebrückenanbindung des Rückschlaggitters an den Doppelmantel eine weitere Verbesserung der oben geschilderten Kühlstabfunktion des Rückschlaggitters erreicht wird. Außerdem kommt die Gitterwärme auch dem Wirkungsgrad des Wärmeerzeugers zugute.The embodiment according to claim 9 is particularly advantageous, because of the thermal bridge connection of the check grid to the Double jacket a further improvement of the above Cooling rod function of the check grid is achieved. also the grid heat also comes to the efficiency of the heat generator benefit.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist durch die Merkmale des Anspruchs 10 gekennzeichnet, die sich durch besondere Einfach heit und Zuverlässigkeit der Umschalt- beziehungsweise Misch funktion des Drei-Wege-Mischventils auszeichnet. Die Waben schichttemperatur als Führungsgröße für die Verstellung des Ventils kann dabei an allen Schichten des Wabenkörperreaktors gemessen werden, wobei die Umschaltung auf die zweite ausgangs seitige Anschlußleitung des Mischventils durch die Steuer- oder Regeleinrichtung vorzugsweise dann initiiert wird, wenn alle Wabenschichten eine Temperatur oberhalb der minimalen Arbeits temperatur angenommen haben. Bei optimaler Dimensionierung und Auslegung der zwischengeschalteten Wärmetauscher beziehungs weise Wärmetauscherstränge und der Wabenschichten kann jedoch eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb der Brennkammer erreicht werden, so daß dann nur wenige Temperatur sensoren für die Steuerung oder Regelung erforderlich sind. Zur weiteren Vereinfachung kann das Drei-Wege-Mischventil dabei ge mäß Anspruch 11 auch als Drei-Wege-Umschaltventil ausgebildet sein. In der Grundstellung, die für die Inbetriebnahmephase des Wärmeerzeugers vorgesehen ist, kann hierbei eine Verbindung der Gas-Luft-Gemisch-Zuführung sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Anschlußleitung bestehen. Die auf diese Weise vor gegebenen Gemischanteile speisen dann sowohl den Flammenbrenner als auch den katalytisch beschichteten monolithischen Wabenkör perreaktor, so daß auch in der Startphase eine Teilumsetzung des Brennstoffgemisches durch katalytische Umsetzung erfolgen kann.An advantageous embodiment is characterized by the features of Claim 10 characterized, which is special simple unit and reliability of the switching or mixing function of the three-way mixing valve. The honeycomb layer temperature as a reference variable for the adjustment of the The valve can be on all layers of the honeycomb reactor be measured, switching to the second output side connecting line of the mixing valve through the control or Control device is preferably initiated when all Honeycomb layers a temperature above the minimum work have assumed temperature. With optimal dimensioning and Design of the intermediate heat exchanger relation wise heat exchanger strands and the honeycomb layers can, however a very even temperature distribution within the Combustion chamber can be reached, so that only a few temperatures sensors for control or regulation are required. For The three-way mixing valve can be further simplified according to claim 11 also designed as a three-way switch valve his. In the basic position, which is necessary for the commissioning phase of the Heat generator is provided, a connection of the Gas-air mixture supply with both the first and with the second connecting line exist. That way before given mixture proportions then feed both the flame burner as well as the catalytically coated monolithic honeycomb body perreactor, so that a partial conversion even in the start phase the fuel mixture by catalytic conversion can.
Ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Wärmeerzeugers wird in Anspruch 12 beschrieben. Danach wird das Drei-Wege Mischventil genau dann angesteuert, wenn durch die Vorheizung des Flammenbrenners die minimale Arbeitstemperatur des Waben körperreaktors erreicht ist. Die weitere Regelung erfolgt in Abhängigkeit von der Wabenschichttemperatur durch Dosierung der zugeführten Brennstoffmenge. Der einzuhaltende Soll-Temperatur bereich der Reaktortemperatur liegt dabei entsprechend dem che mischen Aufbau des katalytisch beschichteten monolithischen Wa benkörperreaktors, das heißt entsprechend seiner Temperaturbe ständigkeit, in der Größenordnung von 500°C bis 800°C.A method of operating such a heat generator is described in claim 12. After that, the three way The mixing valve is activated precisely when it is preheated the minimum working temperature of the honeycomb body reactor is reached. The further regulation takes place in Dependence on the honeycomb layer temperature by dosing the amount of fuel supplied. The target temperature to be observed the range of the reactor temperature is according to the che mix structure of the catalytically coated monolithic wa body reactor, that is, according to its temperature durability, on the order of 500 ° C to 800 ° C.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbei spiele näher erläutert.The invention is illustrated below with the aid of two embodiments games explained.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungs form eines katalytischen Wärmeerzeugers, Fig. 1 is a schematic representation of a first execution form of a catalytic heat source,
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Wabenschichttemperatur und des Brenngasdurchsatzes und Fig. 2 shows the time course of the honeycomb layer temperature and the fuel gas throughput and
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungs form eines katalytischen Wärmeerzeugers. Fig. 3 is a schematic representation of a second embodiment of a catalytic heat generator.
Der Wärmeerzeuger gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus ei ner zylinderförmigen Brennkammer 1, die von einem Ringraum 2 zur Abgasführung und von einem wärmetauschermediumdurchflosse nen Doppelmantel 3 konzentrisch umgeben ist. In der Brennkammer 1 sind ein konventioneller Flammenbrenner 4 und stromab dessen Abgase ein katalytisch beschichteter monolithischer Wabenkör perreaktor 5 angeordnet. Der Wabenkörperreaktor 5 besteht aus 4 separaten Wabenschichten 6, 7, 8 und 9 zwischen denen 3 Wärme tauscherstränge 10, 11 und 12 angeordnet sind. Die Wärmetau scherstränge 10, 11 und 12 sind mit dem Doppelmantel 3 in Serie oder parallel verbunden. Mit dem Doppelmantel 3 sind weiterhin ein Vorlauf 13 und ein Rücklauf 14 verbunden, zwischen denen in einem nicht dargestellten Umlauf mindestens ein Verbraucher, beispielsweise eine Umlaufheizung oder der Primärkreis eines Heizwasser-/Brauchwasser-Wärmetauschers, geschaltet ist. Die Durchlaßquerschnitte der katalytisch wirkenden Waben nimmt in Strömungsrichtung der Abgase von Stufe zu Stufe ab. Auf diese Weise wird trotz Abnahme des Anteils noch nicht stromaufseitig umgesetzten Brenngases an jeder Wabenschicht 6 bis 9 annähernd die gleiche Umsetzungsleistung erzielt. Diese Umsetzungslei stung wird in Form von Strahlung und Konvektion auf die Wärme tauscherstränge 10 bis 12 übertragen. Um die Wärmeübertragung durch Strahlung in der Zeichnung zu verdeutlichen, sind die ge zackten Pfeile 15 vorgesehen. Die Wärmetauscherstränge 10 bis 12 bestehen aus blanken Kupfer- oder Aluminiumrohren mit hohen Emissionskoeffizienten, wodurch eine Wärmeübertragung durch Strahlung erleichtert wird. Diese Wärmetauscherstränge 10 bis 12 können Lamellen besitzen. Stromab der brennerfernsten Waben schicht 9 kann zusätzlich noch ein Lamellenwärmetauscher 16, der ebenfalls mit dem Doppelmantel 3 hydraulisch verbunden ist, vorgesehen sein. Durch diesen Lamellenwärmetauscher 16 erfolgt eine Restausnutzung der Abgaswärme und damit die Abkühlung des Abgases bis unter den Kondensationspunkt. Die bis unter 50°C abgekühlten Abgase eines derart als Brennwertgerät ausgebilde ten Wärmeerzeugers werden im unteren Bereich des Gerätes in ei nen Anschlußstutzen 17 für einen nicht dargestellten Kamin ge leitet. Ebenfalls an einer tiefstgelegenen Stelle des für die Abgasführung innerhalb des Gerätes vorgesehenen Ringraumes 2 ist ein Kondensatablauf 18 angeordnet.The heat generator according to Fig. 1 consists essentially of egg ner cylindrical combustion chamber 1 which is surrounded by an annular space 2 concentrically to the exhaust duct and by a heat exchange medium through fin NEN double jacket 3. In the combustion chamber 1 , a conventional flame burner 4 and downstream of its exhaust gases, a catalytically coated monolithic honeycomb body reactor 5 is arranged. The honeycomb body reactor 5 consists of 4 separate honeycomb layers 6 , 7 , 8 and 9 between which 3 heat exchanger strands 10 , 11 and 12 are arranged. The Wärmetau shear strands 10 , 11 and 12 are connected to the double jacket 3 in series or in parallel. A flow 13 and a return 14 are also connected to the double jacket 3 , between which at least one consumer, for example a circulation heater or the primary circuit of a heating water / process water heat exchanger, is connected in a circulation (not shown). The passage cross sections of the catalytically active honeycombs decrease from stage to stage in the flow direction of the exhaust gases. In this way, despite the decrease in the proportion of fuel gas which has not yet been converted upstream, approximately the same conversion performance is achieved on each honeycomb layer 6 to 9 . This implementation is transmitted in the form of radiation and convection to the heat exchanger strands 10 to 12 . In order to clarify the heat transfer by radiation in the drawing, the ge jagged arrows 15 are provided. The heat exchanger strands 10 to 12 consist of bare copper or aluminum tubes with high emission coefficients, which facilitates heat transfer by radiation. These heat exchanger strands 10 to 12 can have fins. Downstream of the comb-distant honeycomb layer 9 , a finned heat exchanger 16 , which is also hydraulically connected to the double jacket 3, can additionally be provided. By means of this finned heat exchanger 16 , a residual utilization of the exhaust gas heat takes place and thus the exhaust gas is cooled down to below the condensation point. The cooled down to below 50 ° C exhaust gases such a trained as a condensing th heat generator are in the lower area of the device in egg NEN connecting piece 17 for a chimney not shown ge conducts. A condensate drain 18 is also arranged at a lowest point of the annular space 2 provided for the exhaust gas routing within the device.
Wenn kein Lamellenwärmetauscher 16 vorgesehen ist, kann auch der wasserdurchflossene Doppelmantel abgasseitig mit Lamellen bestückt sein.If no finned heat exchanger 16 is provided, the double jacket, through which water flows, can also be equipped with fins on the exhaust side.
Das Gerät ist weiterhin mit zwei Rückschlaggittern 19 und 20 ausgestattet, welche einerseits ein Anhaften der Flamme an der brennernächsten Wabenschicht 6 verhindern und andererseits zu der erforderlichen Kühlung dieser Wabenschicht 6 beitragen. Beide Rückschlaggitter 19 und 20 sind über Wärmekontaktbrücken durch den Ringraum 2 hindurch bis zum Doppelmantel 3 verlän gert. Die von den Flammen beziehungsweise Abgasen des Flammen brenners 4 stammende Wärme kann auf diese Weise sehr effektiv in den Doppelmantel 3 abgeführt werden. Die beiden Gitter 19 und 20 wirken folglich in der Art der bekannten Kühlstäbe.The device is further equipped with two non-return grids 19 and 20 which on the one hand prevent the flame from adhering to the honeycomb layer 6 closest to the burner and on the other hand contribute to the required cooling of this honeycomb layer 6 . Both check gratings 19 and 20 are extended via thermal contact bridges through the annular space 2 through to the double jacket 3 . The heat from the flames or exhaust gases from the flame burner 4 can be dissipated very effectively in the double jacket 3 in this way. The two grids 19 and 20 consequently act in the manner of the known cooling rods.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zur Brenngasversorgung des Flammenbrenners 4 und/oder des Wabenkörperreaktors 5 in einer Gas-Luft-Gemisch-Zuführung 21 ein Drei-Wege-Mischventil 22 vor gesehen. Das Drei-Wege-Mischventil ist mit zwei ausgangsseiti gen Anschlußleitungen 23 und 24 versehen, deren erste mit dem Flammenbrenner 4 verbunden ist und deren zweite zwischen den beiden Rückschlaggittern 19 und 20 in die Brennkammer 1 einmün det. Das Drei-Wege-Mischventil 22 wird bei normalem Funktions ablauf nur in zwei Stellungen verwendet, nämlich bei Teilfrei gabe beider Anschlußleitungen während einer Inbetriebnahmephase des Wärmeerzeugers und unter ausschließlicher Freigabe der zweiten Anschlußleitung 24 während des stationären Brennerbe triebes. Für diese Steuerfunktionen ist das Drei-Wege-Mischven til 22 über eine Ansteuerleitung 25 mit einer Steuerung 26 ver bunden. Die Steuerung 26 ihrerseits wird von Signalleitungen 27, 28, 29 und 30, die zu Temperaturfühlern 31, 32, 33 und 34 führen, beaufschlagt. Die vier Temperaturfühler 31 bis 34 ste hen jeweils mit der Oberseite der vier Wabenschichten 6 bis 9 in Berührungskontakt. In Abhängigkeit von den Temperatursigna len wird im stationären Zustand ein Gas-Magnetventil 35 durch die Steuerung 26 über eine weitere Ansteuerleitung 36 beauf schlagt.In this embodiment, a three-way mixing valve 22 is seen in front of the fuel gas supply to the flame burner 4 and / or the honeycomb reactor 5 in a gas-air mixture supply 21 . The three-way mixing valve is provided with two connection lines 23 and 24 ausgangsseiti, the first of which is connected to the flame burner 4 and the second between the two non-return grids 19 and 20 in the combustion chamber 1 . The three-way mixing valve 22 is used in normal operation only in two positions, namely with partial release of both connecting lines during a commissioning phase of the heat generator and with the exclusive release of the second connecting line 24 during the stationary burner operation. For these control functions, the three-way mixing valve 22 is connected via a control line 25 to a controller 26 . The controller 26 in turn is acted upon by signal lines 27 , 28 , 29 and 30 , which lead to temperature sensors 31 , 32 , 33 and 34 . The four temperature sensors 31 to 34 are each in contact with the top of the four honeycomb layers 6 to 9 . Depending on the Temperatursigna len a gas solenoid valve 35 is struck by the controller 26 via a further control line 36 in the stationary state.
Die Arbeitsweise des Wärmeerzeugers gemäß Fig. 1, das heißt, dessen Steuerung beziehungsweise Regelung wird nachfolgend an hand der Fig. 2 näher erläutert. The mode of operation of the heat generator according to FIG. 1, that is, its control or regulation is explained in more detail below with reference to FIG. 2.
In der Startphase wird ein Teil des Brenngases oder das gesamte Brenngas über das Drei-Wege-Mischventil 22 und die erste An schlußleitung 23 ein Teil des Brenngases zum Flammenbrenner 4 geführt und dort gezündet. Das resultierende Abgas strömt - falls gewünscht - zusammen mit dem restlichen, durch die zweite Anschlußleitung in die Brennkammer 1 einmündenden Brenngas durch den Wabenkörperreaktor 5. Dabei wird der Wabenkörper reaktor 5 erwärmt und arbeitet vermehrt im Sinne einer Nach verbrennung beziehungsweise Nachoxidation. Zum Zeitpunkt t₁ wird durch die Temperaturfühler 31 bis 34 an allen Wabenschich ten 6 bis 9 eine Temperatur von 500°C gemessen. An diesem Zeitpunkt t₁ wird die Gaszufuhr kurzzeitig unterbrochen, wie aus dem unteren Diagrammteil hervorgeht. Gleichzeitig wird das Drei-Wege-Mischventil 22 derart umgeschaltet, daß nur noch die zweite Anschlußleitung 24 mit der Gas-Luft-Gemisch-Zuführung 21 verbunden ist. Die Brenngaszufuhr wird zum Zeitpunkt t₂ wieder aufgenommen. Die für die Gaszufuhrunterbrechung notwendige Zeit hängt von der Gittertemperatur ab, die unter 700°C liegen soll. Nach erneutem Einschalten der Gaszufuhr muß sicherge stellt sein, daß die Gittertemperatur und die Wabenschichttem peratur unterhalb von 900°C liegt, um eine Entflammung des Rückschlaggitters 19 beziehungsweise 20 zu vermeiden und letzt lich um einer Überhitzung und damit Zerstörung des gitternäch sten Wabenkörpers 6 vorzubeugen. Ab dem Zeitpunkt t₂ stellt sich ein stationärer Zustand ein, bei dem das gesamte Brenngas in vier Stufen an den Wabenschichten 6 bis 9 umgesetzt wird. Da die Wabenschichten 6 bis 9 sowohl an ihrer Oberseite als auch an ihrer Unterseite Strahlung (gezackte Pfeile 15) abgeben, müssen die zwischengeschalteten Wärmetauscherstränge 10 bis 12 einen ausreichend hohen Emissionskoeffizienten ihrer Oberfläche haben. Des weiteren müssen die Wabenschichten 6 bis 9 ausrei chend dünn sein, um "hot-spots" zu vermeiden. Es muß sicherge stellt sein, daß aus der Wabe ausreichend Wärme durch Strahlung ausgekoppelt werden kann. Der Umsetzungsgrad an der jeweiligen Wabenschicht 6 bis 9 wird durch die Dicke der Schicht und den Durchströmungsquerschnitt der Wabe bestimmt. Innerhalb der re aktortypischen Betriebstemperatur, die entsprechend dem chemi schen Aufbau im wesentlichen im Bereich von 500°C bis 800°C liegt, ist durch Überlagerung auch eine konventionelle Steue rung durch Beeinflussung des Gesamtbrenngasdurchsatzes möglich. Auf diese Weise läßt sich der Wärmebedarf innerhalb der durch die Betriebstemperatur gesetzten Grenzen auch durch modulie rende Beaufschlagung des Gas-Magnetventils 35 nach Maßgabe der Steuerung 26 berücksichtigen.In the starting phase, part of the fuel gas or all of the fuel gas is fed via the three-way mixing valve 22 and the first connection line 23 to part of the fuel gas to the flame burner 4 and ignited there. The resulting exhaust gas - if desired - flows through the honeycomb reactor 5 together with the remaining fuel gas which flows into the combustion chamber 1 through the second connecting line. The honeycomb body reactor 5 is heated and works increasingly in the sense of after-combustion or post-oxidation. At the time t 1, a temperature of 500 ° C. is measured by the temperature sensors 31 to 34 on all the honeycomb layers 6 to 9 . At this time t₁ the gas supply is briefly interrupted, as can be seen from the lower part of the diagram. At the same time, the three-way mixing valve 22 is switched over in such a way that only the second connecting line 24 is connected to the gas-air mixture supply 21 . The fuel gas supply is resumed at time t₂. The time required for the gas supply interruption depends on the grid temperature, which should be below 700 ° C. After switching on the gas supply again, it must be ensured that the grid temperature and the honeycomb temperature is below 900 ° C in order to prevent the non-return grid 19 and 20 from igniting and, ultimately, to prevent overheating and thus destruction of the honeycomb body 6 most grid. From the time t₂, a steady state occurs, in which the entire fuel gas is implemented in four stages on the honeycomb layers 6 to 9 . Since the honeycomb layers 6 to 9 emit radiation (jagged arrows 15 ) both on their top and on their underside, the intermediate heat exchanger strands 10 to 12 must have a sufficiently high emission coefficient of their surface. Furthermore, the honeycomb layers 6 to 9 must be sufficiently thin to avoid "hot spots". It must be ensured that sufficient heat can be extracted from the honeycomb by radiation. The degree of conversion at the respective honeycomb layer 6 to 9 is determined by the thickness of the layer and the flow cross-section of the honeycomb. Within the operating temperature typical for the actuator, which is essentially in the range of 500 ° C to 800 ° C according to the chemical structure, a conventional control by influencing the total fuel gas throughput is also possible by superimposition. In this way, the heat requirement within the limits set by the operating temperature can also be taken into account by modulating the gas solenoid valve 35 in accordance with the control 26 .
Der in Fig. 3 dargestellte katalytische Wärmeerzeuger unter scheidet sich von der Variante gemäß Fig. 1 hinsichtlich der Hydraulik des Doppelmantel-Wärmetauschers. Im rücklaufseitigen Eingangsbereich ist die Wasserführung mittels einer Trennwand 23 in einen inneren Kanal 44 und einen äußeren Kanal 45 aufge teilt. Das in den äußeren Kanal 45 gelangende Wasser durch strömt den Doppelmantel 3, kühlt den Wabenkörperreaktor 5 und entzieht dem im Ringraum 2 vorbeiströmenden Abgas Wärme. Für eine bessere Wärmeübertragung aus dem Abgas sind Strömungsleit bleche und/oder in den Ringraum 2 hineinragende Lamellen 40 vorgesehen. Das durch den inneren Kanal 44 strömende Wasser verteilt sich auf drei Rohrwendel 36, 37 und 38, welche zwi schen den Wabenschichten 6, 7, 8 und 9 angeordnet sind. Die Rohrwendeln 36, 37 und 38 münden in den Doppelmantel 3, der auch von dem Wasser aus dem äußeren Kanal 45 in Richtung Vor lauf 13 durchflossen wird. Durch den sich ausbildenden Unter druck wird das Wasser aus den Rohrwendeln 36, 37 und 38 ange saugt und ebenfalls zum Vorlauf 13 befördert. Auf diese Art und Weise ist gewährleistet, daß die Rohrwendeln 36, 37 und 38 durchflossen werden, wobei über die Strömungsgeschwindigkeit die Wärmetauscheffektivität geregelt werden kann. Die Fließge schwindigkeit ist dabei von der Höhe der Wärmeanforderung ab hängig. Eine derartige Steuerung kann zum Beispiel durch ein in der Rücklaufleitung 14 angeordnetes Ventil 41 mit motorischer Verstellung 42 realisiert sein.The catalytic heat generator shown in FIG. 3 differs from the variant according to FIG. 1 with regard to the hydraulics of the double-jacket heat exchanger. In the return-side entrance area, the water supply is divided up by means of a partition 23 into an inner channel 44 and an outer channel 45 . The water entering the outer channel 45 flows through the double jacket 3 , cools the honeycomb reactor 5 and extracts heat from the exhaust gas flowing past in the annular space 2 . For a better heat transfer from the exhaust gas flow control plates and / or in the annular space 2 protruding fins 40 are provided. The water flowing through the inner channel 44 is distributed over three coils 36 , 37 and 38 , which are arranged between the honeycomb layers 6 , 7 , 8 and 9 . The coils 36 , 37 and 38 open into the double jacket 3 , which is also flowed through by the water from the outer channel 45 in the direction before 13 . Due to the developing under pressure, the water from the coils 36 , 37 and 38 is sucked and also transported to the flow 13 . In this way it is ensured that the coils 36 , 37 and 38 are flowed through, the heat exchange effectiveness can be regulated via the flow rate. The Fließge speed is dependent on the amount of heat demand. Such a control can be implemented, for example, by a valve 41 with motorized adjustment 42 arranged in the return line 14 .
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend angege bene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varian ten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.The invention is not limited to the above bene embodiment. Rather, it is a number of variants conceivable, even if fundamentally different Execution make use of the features of the invention.
Claims (12)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AT0004895A AT401016B (en) | 1995-01-16 | 1995-01-16 | CATALYTIC HEAT GENERATOR |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19601957A1 true DE19601957A1 (en) | 1996-07-18 |
Family
ID=3480152
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19601957A Withdrawn DE19601957A1 (en) | 1995-01-16 | 1996-01-09 | Gas-fired heat generator with honeycomb catalyst elements in series |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
AT (1) | AT401016B (en) |
DE (1) | DE19601957A1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0889287A3 (en) * | 1997-07-04 | 1999-11-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Combustion apparatus |
EP1030128A1 (en) * | 1997-10-16 | 2000-08-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalytic combustion heater |
CN101444701B (en) * | 2008-12-02 | 2011-02-09 | 杨杭生 | Equipment for removing nitrogen oxides and dioxin in waste gas at low-ash area of burning facility |
EP2930424A1 (en) * | 2014-04-11 | 2015-10-14 | E.G.O. ELEKTRO-GERÄTEBAU GmbH | Method for operating a gas burner and gas burner |
WO2016001812A1 (en) * | 2014-06-30 | 2016-01-07 | Tubitak | A hybrid homogenous-catalytic combustion system |
CN109695956A (en) * | 2017-10-24 | 2019-04-30 | 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 | Gas heater |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT403727B (en) * | 1996-08-05 | 1998-05-25 | Vaillant Gmbh | WATER HEATER WITH A HONEYCOMB COATED WITH A CATALYST |
CN103940085A (en) * | 2014-01-08 | 2014-07-23 | 王开生 | Smoke-free waste heat recovery boiler |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3814897A1 (en) * | 1988-05-03 | 1989-11-16 | Koch Christian | Heat radiator with catalytic exhaust-gas purification, exhaust-gas return and heat recovery |
DE4228990A1 (en) * | 1992-08-31 | 1994-03-03 | Hans Dr Viesmann | Central heating boiler fired by liq. or gaseous fuel - has nitrogen oxide reducing catalyst with cross=section matching hot gas line. |
DE4330130C1 (en) * | 1993-09-06 | 1994-10-20 | Fraunhofer Ges Forschung | Catalytic burner |
-
1995
- 1995-01-16 AT AT0004895A patent/AT401016B/en not_active IP Right Cessation
-
1996
- 1996-01-09 DE DE19601957A patent/DE19601957A1/en not_active Withdrawn
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0889287A3 (en) * | 1997-07-04 | 1999-11-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Combustion apparatus |
US6224370B1 (en) | 1997-07-04 | 2001-05-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Combustion apparatus |
EP1030128A1 (en) * | 1997-10-16 | 2000-08-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalytic combustion heater |
EP1030128A4 (en) * | 1997-10-16 | 2001-01-31 | Toyota Motor Co Ltd | Catalytic combustion heater |
US6397787B1 (en) | 1997-10-16 | 2002-06-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalytic combustion heater |
US6497199B2 (en) | 1997-10-16 | 2002-12-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalytic combustion heat exchanger |
CN101444701B (en) * | 2008-12-02 | 2011-02-09 | 杨杭生 | Equipment for removing nitrogen oxides and dioxin in waste gas at low-ash area of burning facility |
EP2930424A1 (en) * | 2014-04-11 | 2015-10-14 | E.G.O. ELEKTRO-GERÄTEBAU GmbH | Method for operating a gas burner and gas burner |
WO2016001812A1 (en) * | 2014-06-30 | 2016-01-07 | Tubitak | A hybrid homogenous-catalytic combustion system |
JP2017530322A (en) * | 2014-06-30 | 2017-10-12 | チュビタック (ターキー ビリムセル ヴィ テクノロジク アラスティルマ クルム)Tubitak (Turkiye Bilimsel Ve Teknolojik Arastirma Kurumu) | Hybrid homogeneous catalytic combustion system |
US10041668B2 (en) | 2014-06-30 | 2018-08-07 | Tubitak | Hybrid homogenous-catalytic combustion system |
CN109695956A (en) * | 2017-10-24 | 2019-04-30 | 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 | Gas heater |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ATA4895A (en) | 1995-10-15 |
AT401016B (en) | 1996-05-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2808213C2 (en) | Recuperative coke oven and method for operating the same | |
DE2318658C2 (en) | Combustion device for a fuel gas-air mixture | |
DE69627313T2 (en) | CATALYTIC COMBUSTION DEVICE | |
DE2519091C2 (en) | Device for heating a room | |
DE60308696T2 (en) | HEAT EXCHANGER FOR A BURNING VALVE WITH DOUBLE TUBE BUNDLE | |
DE19601957A1 (en) | Gas-fired heat generator with honeycomb catalyst elements in series | |
EP0663563B1 (en) | Method of combustion in combustion apparatuses and combustion apparatus | |
AT402847B (en) | HEAT GENERATOR WITH A PARTLY CATALYTICALLY COATED METALIC HONEYCOMB REACTOR | |
DE19739704B4 (en) | heater | |
AT402668B (en) | Cast-iron sectional boiler | |
EP3475611A1 (en) | Burner with open radiant tube | |
DE19527767B4 (en) | heater | |
DE102012000302A1 (en) | Device for heating a heat carrier for in particular laundry machines | |
DE19519897A1 (en) | Cylindrical radiant burner | |
EP3467419A1 (en) | A combi boiler which ensures the recovery of waste heat | |
EP0994321B1 (en) | Heat exchanger for fuel fired water heater | |
DE19645143A1 (en) | Catalytic heat generator with burner chamber | |
AT403092B (en) | WATER HEATER | |
AT404504B (en) | FULLY PRE-MIXING FAN-SUPPORTED CATALYTIC HEAT GENERATOR | |
AT402100B (en) | Heating appliance with a catalytically coated burner | |
AT408146B (en) | HEATING DEVICE | |
AT244541B (en) | Oil stove | |
DE2309696C3 (en) | Heating boiler with deflection chamber | |
DE3537704C2 (en) | ||
AT400625B (en) | SYSTEM FOR HEATING AND HOT WATER HEATING WITH A GAS HEATED BURNER AND A HEAT EXCHANGER |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |