DE19620303A1 - Katalytischer Wärmeerzeuger mit einer Brennkammer - Google Patents
Katalytischer Wärmeerzeuger mit einer BrennkammerInfo
- Publication number
- DE19620303A1 DE19620303A1 DE1996120303 DE19620303A DE19620303A1 DE 19620303 A1 DE19620303 A1 DE 19620303A1 DE 1996120303 DE1996120303 DE 1996120303 DE 19620303 A DE19620303 A DE 19620303A DE 19620303 A1 DE19620303 A1 DE 19620303A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- gas
- air mixture
- flame
- heat
- exhaust manifold
- 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- Withdrawn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
-
- 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
- F23C13/02—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material characterised by arrangements for starting the operation, e.g. for heating the catalytic material to operating temperature
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Gas Burners (AREA)
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein katalytischer Wärmeerzeuger gemäß den Merkmalen des
Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs.
Bei einem zweistufigen katalytischen Wärmeerzeuger, dessen erste Stufe durch ein kataly
tisch beschichtetes Anströmelement gebildet ist und dessen zweite Stufe als
konventioneller Flammenbrenner ausgebildet ist, erfolgt zunächst eine teilkatalytische
Umsetzung mit NOx-reduzierender Wirkung. Infolge der katalytischen Umsetzung entsteht
eine Art Magergemisch. Dieses wird einem konventionellen Flammenbrenner zugeführt.
Nachteilig ist, daß in jedem Betriebszustand eine Nachverbrennung - verbunden mit starker
Schadstoffemission - stattfinden muß. Der konventionelle Flammenbrenner muß den
Hauptanteil des Brenngas-Luft-Gemisches in der Flamme umsetzen, so daß eine relativ
hohe Flammentemperatur resultiert und folglich höhere NOx-Emission in Kauf genommen
werden muß. Damit wird der Vorteil der NOx-Reduktion durch stromaufseitige katalytische
Umsetzung teilweise wieder hinfällig. Um den Effekt der katalytischen Reaktion zu erhöhen,
müßte die Verweilzeit des Reaktionsgases an der katalytischen Oberfläche erhöht werden.
Dies bedingt entweder sehr niedrige Strömungsgeschwindigkeiten oder aber hohe
Katalysetemperaturen, wodurch im ersten Fall eine hohe Flammenrückschlagsgefahr
besteht und im zweiten Fall die Lebenszeit des Katalysators stark herabgesetzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen katalytischen Wärmeerzeuger anzugeben,
bei dem die Vorteile der katalytischen Verbrennung, insbesondere die Schadstoffarmut der
Abgase, weitergehend ausgenutzt sind.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentan
spruchs gelöst. Der beanspruchte Wärmeerzeuger zeichnet sich vor allem durch die
doppelseitige Beschichtung des Reaktionsrohres aus. Der wärmeleitende Kontakt zwischen
dem Gas-Luft-Gemisch-Einlaß und dem Abgassammler ermöglicht eine effektive
Vorwärmung des Reaktionsgemisches. Der Spaltbrenner dient nur zur Vorheizung des
Reaktionsrohres auf die Arbeitstemperatur von maximal 500°C. Das Reaktionsrohr erwärmt
sich nach der Zündung des Spaltbrenners durch Wärmeleitung innerhalb des Rohres und
durch Wärmestrahlung wie auch durch das hindurchströmende zunehmend stärker
vorgewärmte Gemisch allmählich. Wenn die Arbeitstemperatur erreicht ist, setzt die kata
lytische Umsetzung an der inneren und der äußeren Oberfläche des Reaktionsrohres ein,
wodurch das Brenngas-Luft-Gemisch verbraucht wird und der konventionelle Spaltbrenner
wegen Brennstoffmangels erlischt. Dieser stationäre Betriebszustand beruht auf
ausschließlich katalytischer Umsetzung. Eine weitere Vorwärmung des Gemisches durch
einen konventionellen Flammenbrenner ist nicht erforderlich, da sich ein
Gleichgewichtszustand einstellt, bei dem die Wärmeübertragung vom Abgassammler auf
den Gas-Luft-Gemisch-Einlaß ausreichend ist. Die verbleibende Schadstoffemission ist
entsprechend gering.
Anspruch 2 charakterisiert eine vorteilhafte Ausbildung des katalytischen Wärmeerzeugers,
wobei auf einfache Weise hohe Umsetzungsraten und eine Anpassung an die geforderte
Geräteleistung möglich sind.
Bei der Anordnung gemäß Anspruch 3 ist der Abgassammler im unteren Bereich des Wär
meerzeugers angeordnet, so daß bei Brennwertausnutzung ein Kondensatabfluß problem
los an der tiefsten Stelle angeordnet werden kann.
Bevorzugt sind mehrere Flammenrückschlaggitter gemäß Anspruch 4 vorgesehen. Auf
diese Weise wird nicht nur ein Rückschlagen der Flamme vermieden, sondern durch die
Wärmebrückenfunktion auch eine besonders schnelle Aufwärmung des
Wärmetauschermediums und eine schnelle Wärmeabfuhr aus den Reaktionsrohren
sichergestellt.
Um eine besonders effektive Gemischvorwärmung zu erreichen, können, wie in Anspruch 5
vorgeschlagen, Lamellen (11) vorgesehen sein.
Im Zusammenhang mit der Brennwertvariante ist die Ausführungsform nach Anspruch 6
besonders vorteilhaft. Der Abgaswärmetauscher kann dabei als konventioneller Lamellen
wärmetauscher ausgebildet sein.
Bevorzugt erfolgt die Ableitung der Reaktionswärme durch eine Wassermantel- oder Was
serkammerausbildung des Wärmetauschers gemäß Anspruch 7. Die Wasserkammern um
schließen sacklochartige Hohlräume, in denen die Reaktionsrohre angeordnet sind. Die
Wasserkammern können gegebenenfalls mit dem Abgaswärmetauscher in Reihe oder
parallel hydraulisch verbunden sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines katalytischen Wärmeerzeugers und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung in der Ebene I-I in Fig. 1.
Der Wärmeerzeuger gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Gas-Luft-Gemisch-
Einlaß 1, von dem mehrere senkrecht aufrechtstehende und parallel zueinander angeord
nete Reaktionsrohre 2 abzweigen. Die Reaktionsrohre 2 sind sowohl innen- wie auch au
ßenseitig mit einer katalytischen Beschichtung 3 versehen. Zwischen den Reaktionsrohren
2 sind parallel oder seriell durchströmte Wasserkammern 4 angeordnet. Das Gemisch ge
langt zunächst in den Innenraum 5 der Reaktionsrohre 2, umströmt deren freies Ende 6 und
gelangt in einen Ringspalt 7. Der Ringspalt 7 ist außenseitig von den Wasserkammern 4
begrenzt. Am Auslaßende des Ringspaltes 7 ist ein konventioneller Spaltbrenner 8 mit einer
nicht dargestellten Zündvorrichtung angeordnet. Die Flammen des Spaltbrenners 8 ragen in
einen Abgassammler 9 hinein, der mit einem Kamin 10 verbunden ist. Zur Vorwärmung des
Verbrennungs- beziehungsweise Reaktionsgemisches ist der Gemischeinlaß 1 innerhalb
des Abgassammlers 9 angeordnet und außenseitig mit Lamellen 11 versehen. An der Au
ßenseite der Reaktionsrohre 2 sind Flammenrückschlaggitter 12 befestigt, wobei diese den
Ringspalt 7 nicht vollständig ausfüllen, so daß ein geringer Abstand 13 zu den Wasserkam
mern 4 verbleibt. Die Flammenrückschlaggitter 12 sind bei der dargestellten Ausführungs
form schraubenlinienförmig um die Reaktionsrohre 2 gewunden. Möglich ist aber auch eine
ringlochscheibenförmige Ausbildung der Flammenrückschlaggitter. Der Wärmeerzeuger
weist außerdem einen konventionellen Abgaswärmetauscher 14 auf, der die Abgase bis
unter den Taupunkt abkühlt, wobei das entstehende Kondensat über einen mit der tiefsten
Stelle des Abgassammlers 9 verbundenen Kondensatabfluß 15 abgeführt wird.
Der katalytische Wärmeerzeuger ist von einem in Draufsicht kreisförmigen Gehäuse 16 um
geben. Diese Bauform wird durch die Mittellinie 17 charakterisiert. Innerhalb des Gehäuses
16 sind die Reaktionsrohre 2 gleichmäßig verteilt angeordnet. Denkbar ist aber auch eine
langgestreckte Bauform, bei der die Reaktionsrohre 2 nebeneinander aufgereiht sind.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein Reaktionsrohr 2 in der Ebene I-I gemäß Fig. 1. Es ist
ersichtlich, daß das Flammenrückschlaggitter 12 die Wandung der Wasserkammer 4 nicht
berührt. Das aus Metall- oder sonstigem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und großem
Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehende Flammenrückschlaggitter 12 dehnt sich bei
Erwärmung aus, so daß eine Art Wärmebrückenfunktion zwischen dem Reaktionsrohr 2
und der Wasserkammer 4 entsteht.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise des katalytischen Wärmeerzeugers gemäß Fig. 1 näher
erläutert.
In der Startphase durchströmt das Gemisch den Einlaß 1, den Innenraum 5 des Reaktions
rohres 2 und den Ringspalt 7, ohne daß eine katalytische Reaktion stattfindet. Die kataly
tisch beschichteten Reaktionsrohre 2 sind in der Startphase noch zu kalt, um wirksam zu
sein. Das Gemisch strömt folglich in seiner Zusammensetzung unverändert dem Spaltbren
ner 8 zu. Dort erfolgt die Zündung, wodurch der lamellenbestückte Gemischeinlaß 1 vor
gewärmt wird und sich, insbesondere durch Wärmeleitung, auch die Reaktionsrohre allmäh
lich erwärmen. Wenn diese ihre Arbeitstemperatur, beispielsweise 500 °C, erreicht haben,
setzt die katalytische Reaktion quasi schlagartig ein, wodurch das Brenngas verbraucht
wird, so daß der Spaltbrenner 8 selbsttätig erlischt. In dem nunmehr erreichten stationären
Zustand wird ein vollständiger Umsatz durch katalytische Reaktion an der Innenseite und an
der Außenseite des Reaktionsrohres 2 erreicht. Die Reaktion kann durch Temperatursteue
rung mittels einer definierten Wärmeauskopplung und durch hinreichend niedrige Strö
mungsgeschwindigkeiten kontrolliert werden. Die Luftzahl, das heißt die Zusammensetzung
des Gemisches hinsichtlich des Verhältnisses von Luftanteil zu Gasanteil, ist in weiten Be
reichen frei wählbar, wobei eine Begrenzung nur durch den zu optimierenden Grad der
katalytischen Umsetzung einzuhalten ist.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders ge
arteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.
Claims (4)
1. Katalytischer Wärmeerzeuger mit einer Brennkammer, in der ein
mit einer Gas-Luft-Gemisch-Zuführung verbundener Flammen
brenner angeordnet ist, dessen Abgase einem mit einem Kamin
verbundenen Abgassammler zugeführt sind, wobei in der Gas-
Luft-Gemisch-Zuführung ein katalytisch beschichtetes Reaktions
rohr vorgesehen ist, welches an einem Ende mit einem Gas-Luft-
Gemisch-Einlaß (1) verbunden ist und dessen freies Ende (6) von
dem Gas-Luft-Gemisch mäanderförmig umströmt ist, wobei ein
konzentrisch übergestülpter, innenseitig topfförmiger Wärmetau
scher vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere
parallel zueinander angeordnete Reaktionsrohre (2) vorgesehen
sind, die beidseitig katalytisch beschichtet sind und zwischen de
ren Außenseiten und dem Wärmetauscher Ringspalte (7) vorge
sehen sind, an deren Auslaßenden jeweils als Spaltbrenner (8)
ausgebildete Flammenbrenner angeordnet sind, die stromabseitig
mit dem in an sich bekannter Weise in wärmeleitendem Kontakt
mit dem Gas-Luft-Gemisch-Einlaß (1) stehenden Abgassammler
(9) verbunden sind.
2. Wärmeerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reaktionsrohre (2) jeweils mit mindestens einem in den
Ringspalt (7) hineinragenden Flammenrückschlaggitter (12) ver
sehen sind.
3. Wärmeerzeuger nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Gas-Luft-Gemisch-Einlaß (1) mit
in den Abgassammler (9) hineinragenden Lamellen (11) versehen
ist.
4. Wärmeerzeuger nach einem der vorangehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Abgassammler (9) einen Ab
gaswärmetauscher (14) aufweist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AT80995A ATA80995A (de) | 1995-05-15 | 1995-05-15 | Katalytischer wärmeerzeuger mit einer brennkammer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19620303A1 true DE19620303A1 (de) | 1996-11-21 |
Family
ID=3500218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996120303 Withdrawn DE19620303A1 (de) | 1995-05-15 | 1996-05-10 | Katalytischer Wärmeerzeuger mit einer Brennkammer |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
AT (1) | ATA80995A (de) |
DE (1) | DE19620303A1 (de) |
-
1995
- 1995-05-15 AT AT80995A patent/ATA80995A/de not_active Application Discontinuation
-
1996
- 1996-05-10 DE DE1996120303 patent/DE19620303A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ATA80995A (de) | 1999-03-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3425259C2 (de) | Wärmeerzeuger | |
AT401016B (de) | Katalytischer wärmeerzeuger | |
EP0796412B1 (de) | Gasbrenner für heizgeräte, insbesondere wassererhitzer | |
DE19620303A1 (de) | Katalytischer Wärmeerzeuger mit einer Brennkammer | |
AT402847B (de) | Wärmeerzeuger mit einem teilweise katalytisch beschichteten metallischen wabenkörperreaktor | |
EP0663563B1 (de) | Verfahren zum Betreiben der Verbrennung in Feuerungsanlagen und eine Feuerungsanlage | |
DE102010046733B4 (de) | Ölvormischbrenner | |
DE29602990U1 (de) | Wasserheizer | |
DE19739704B4 (de) | Heizeinrichtung | |
DE19645143A1 (de) | Katalytischer Wärmeerzeuger sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Wärmeerzeugers | |
DE19904921A1 (de) | Brenner, insbesondere für Heizungsanlagen | |
DE19706503A1 (de) | Katalytischer Wärmeerzeuger | |
DE3304868C2 (de) | Wassererhitzer | |
EP0266377B2 (de) | Heizungsgerät mit nachbrenner | |
DE102010050058B4 (de) | Luftwärmetauscher | |
EP0477705B1 (de) | Heizkessel | |
AT402667B (de) | Wasserheizer wasserheizer | |
DE19527767A1 (de) | Heizgerät | |
EP1016826B1 (de) | Gasbrenner und Verfahren zum Betrieb desselben | |
AT404504B (de) | Vollvormischender gebläseunterstützter katalytischer wärmeerzeuger | |
DE9105410U1 (de) | Zentralheizungskessel | |
EP1077348B1 (de) | Gasbeheizter Wärmestrahler | |
DE29614706U1 (de) | Brenner | |
DE4434249A1 (de) | Wassererhitzer mit einem katalytischen Brenner | |
AT402100B (de) | Heizgerät mit einem katalytisch beschichteten brenner |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |