DE19739704A1 - Heizeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1.

Bei bekannten derartigen Heizeinrichtungen ist meist nur ein mit katalytisch beschichteten Durchströmkanälen versehener Keramik- oder Metallwabenkörper vorgesehen. Dabei ist aber eine vollständige Umsetzung des zugeführten Brenngasgemisches nicht immer zu erreichen, insbesondere dann nicht, wenn die Heizeinrichtung in einem größeren Bereich modulierend betrieben wird.

Weiter sind auch Heizeinrichtungen der eingangs erwähnten Art bekannt, bei denen meh­ rere Wabenkörper nacheinander vom Brenngasgemisch durchströmt werden. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil einer sehr breiten Bauweise der Heizeinrichtung, wobei sich dabei auch erhebliche Probleme bei der Abfuhr der Wärme aus dem innersten Bereich des Heiz­ schachtes ergeben.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Heizeinrichtung der ein­ gangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem ein kompakter Aufbau möglich und die Abfuhr von Wärme auch aus dem innersten Bereich leicht möglich ist.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ergibt sich die Möglichkeit, die Heizeinrichtung sehr kompakt zu bauen, da die beiden Keramikkörper koaxial ausgerichtet sind. Außerdem ist durch die Anordnung zweier hintereinander durchströmter katalytisch beschichteter Kera­ mikkörper die Möglichkeit gegeben, eine praktisch 100%ige Umsetzung des Brenngasge­ misches ohne eine Überhitzung des Wabenkörpers sicherzustellen, auch wenn die Hei­ zeinrichtung in einem weiten Bereich modulierend betrieben wird.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, daß die Wärme sehr gut und rasch abgeführt werden kann. Außerdem ergibt sich dadurch auch der Vorteil, daß das zum zuströmseitigen Keramik- oder Metallwabenkörper strömende Brenngasgemisch vor der Wärmestrahlung weitgehend geschützt wird und es daher zu keiner Rückzündung des Gemisches kommt.

Dabei ergibt sich durch die Merkmale des Anspruches 3 der Vorteil, daß die beiden Wa­ benkörper relativ klein ausgebildet sein können und trotzdem eine vollständige Umsetzung des Brenngasgemisches sichergestellt ist.

Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil, daß die Umsetzung des Brenngasgemisches im wesentlichen nur an der Ausströmseite des zuströmseitigen Wa­ benkörpers erfolgt und daher die Wärme auch im wesentlichen in diesem Bereich erzeugt wird. Dadurch wird nur relativ wenig Wärme in Richtung des zuströmenden Brenngasgemi­ sches abgestrahlt, so daß dieses nicht übermäßig erwärmt wird und es daher auch zu kei­ ner Überhitzung des Katalysators kommt.

Durch die Merkmale des Anspruches 5 ergibt sich der Vorteil, daß Abstrahlungsverluste weitgehend vermieden werden, so daß die Außenseite des Heizschachtes entsprechend gekühlt wird.

Durch die Merkmale des Anspruches 6 ist sichergestellt, daß beide Keramik- oder Metall­ wabenkörper auf einer katalytisch aktiven Temperatur gehalten werden.

Durch die Merkmale des Anspruches 7 ergibt sich der Vorteil eines sehr einfachen Aufbaus, wobei eine gute und rasche Wärmeabfuhr vom zuströmseitigen Wabenkörper sichergestellt ist. Der weitere Wärmetauscher, der vom zuströmenden Gemisch durchströmt wird und dieses vorwärmt, läßt sich problemlos entsprechend den jeweiligen Anforderungen dimen­ sionieren. Außerdem bildet dieser Wärmetauscher eine Art Barriere zwischen der Verteil­ einrichtung, zum Beispiel einem Verteilblech, und der Zündelektrode beziehungsweise dem Wabenkatalysator, wodurch eine Rückzündung des Gemisches verhindert wird.

Durch die Merkmale des Anspruches 8 ergibt sich der Vorteil der hohen Flexibilität der An­ ordnung.

Bei der Brennwertnutzung ist sinnvoll, die Strömungsrichtung des zuströmenden Gemi­ sches von oben nach unten anzuordnen, da es einen Vorteil bietet, daß das Kondensat nicht auf den Brenner beziehungsweise Katalysator abtropfen kann.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 1 und 2 schematisch zwei verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Heizeinrichtun­ gen.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten in beiden Figuren gleiche Einzelheiten.

Die Heizeinrichtungen weisen einen Heizschacht 1 auf, in dem zwei mit Durchströmkanälen 2 versehene Keramik- oder Metallwabenkörper 3, 4 angeordnet sind.

Dabei sind die beiden Keramik- oder Metallwabenkörper 3, 4 koaxial ausgerichtet und von­ einander distanziert. In dem Zwischenraum zwischen den beiden Keramik- oder Metallwa­ benkörpern 3, 4, von denen der Keramikkörper 4 über dessen gesamte Höhe mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist, die sich an den Wänden der Durchströmkanäle 2 befindet, ist eine Zündelektrode 11 angeordnet, die zur Zündung des Gemisches während der Startphase dient. Während der Startphase wird das Gemisch in Form von Flammen ver­ brannt. Die dabei entstehende Wärme bewirkt, daß die katalytische Beschichtung rasch ihre Betriebstemperatur erreicht und das Gemisch katalytisch umgesetzt wird.

Der Keramik- oder Metallwabenkörper 3 kann teil- oder vollkatalytisch beschichtet sein.

Die Zufuhr eines Brenngasgemisches erfolgt über ein Mischrohr 5, das in einen Gemisch­ raum 6 mündet, der mit dem Heizschacht 1 verbunden ist. Zur gleichmäßigeren Verteilung des Gemisches sind im Gemischraum ein mit Durchbrechungen versehenes Verteilblech 7 und stromab dieses Verteilbleches 7 ein Verteilgitter 8 oder ein fein gelochtes Verteilblech angeordnet.

Abströmseitig des zweiten Keramik- oder Metallwabenkörpers 4 ist ein Wärmetauscher 8 im Heizschacht 1 angeordnet, der mit einer Abgasleitung 10 verbunden ist.

Zwischen den beiden Keramik- oder Metallwabenkörpern 3, 4 ist eine Zündelektrode 11 angeordnet, die mit einer nicht dargestellten Zündeinrichtung verbunden ist.

An der Außenseite des Heizschachtes 1 ist eine Kühlschlange 12 angeordnet, die von ei­ nem Wärme aufnehmenden Medium durchströmt ist.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist zwischen dem Gemischraum und dem zu­ strömseitigen Keramik- oder Metallwabenkörper 3, der ebenfalls über seine gesamte Höhe mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist, ein weiterer Wärmetauscher 13 ange­ ordnet, der mit dem Wärmetauscher 9 über eine Verbindungsleitung 14 verbunden ist.

Dabei wird der Wärmetauscher 13 vom frischen Brenngasgemisch durchströmt und absor­ biert die Wärmestrahlung des zuströmseitigen Keramik- oder Metallwabenkörpers 3.

Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 nur da­ durch, daß der zusätzliche Wärmetauscher 13 fehlt und der zuströmseitige Keramikkörper 3′ nur in dessen abströmseitigen Endbereich 15 mit einer katalytischen Beschichtung ver­ sehen ist.

Beim Betrieb der Heizeinrichtung strömt ein Brenngas-Luft-Gemisch über das Gemischrohr 5 in den Gemischraum 6 und strömt aus diesem gleichmäßig verteilt in den Heizschacht 1 ein. Dabei durchströmt das Brenngasgemisch den Keramik- oder Metallwabenkörper 3, 3′ und wird beim Start der Heizeinrichtung im Ausströmbereich des Keramik- oder Metallwa­ benkörpers 3, 3′ gezündet und verbrennt in kleinen Flammen.

Dadurch wird der Keramik- oder Metallwabenkörper 3, 3′ durch die Wärmeentwicklung der Flammen erwärmt. Dadurch erreicht die katalytische Beschichtung des Keramik- oder Me­ tallwabenkörpers 3, 3′ ihre Reaktionstemperatur und das Brenngasgemisch wird mehr und mehr katalytisch umgesetzt. Dadurch wird ebenfalls Wärme entwickelt, und die Flammen verlöschen nach und nach, da das aus dem Keramikkörper 3, 3′ austretende Gas keinen für die Verbrennung in Flammen ausreichenden Anteil an Brenngas enthält.

Die durch die Flammen erzeugten Abgase erwärmen den Keramik- oder Metallwabenkörper 4, so daß auch dessen katalytische Beschichtung ihre Reaktionstemperatur erreicht, und das in dem den Keramikkörper 4 durchströmenden Gasgemisch noch enthaltene Brenngas wird katalytisch umgesetzt.

Die dabei entstehenden heißen Abgase geben ihre Wärme an den Wärmetauscher 9 und strömen über die Abgasleitung 10 ab.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 wird das zuströmende Brenngasgemisch über die gesamte Höhe des Keramik- oder Metallwabenkörpers 3 umgesetzt, wodurch sich der Ke­ ramikkörper 3 entsprechend erwärmt. Die in Richtung des Gemischraumes abgestrahlte Wärme wird vom Wärmetauscher 13 absorbiert, wodurch eine nennenswerte Erwärmung des Gemischraumes 6 vermieden wird.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 erfolgt die Umsetzung des Brenngasgemisches lediglich im Endbereich 15 des zuströmseitigen Keramik- oder Metallwabenkörpers 3′. Da­ durch erwärmt sich dieser im wesentlichen nur in diesem Bereich, so daß sich keine nen­ nenswerte Wärmestrahlung in Richtung zum Gemischraum 6 ergibt.

Die weitere Umsetzung des Brenngasgemisches erfolgt dabei im Keramikkörper 4.

Die an den Heizkörperschacht 1 abgestrahlte Wärme wird über die Kühlschlange 12 abge­ führt, so daß sich nur geringe Abstrahlungsverluste ergeben.

Claims (8)

1. Heizeinrichtung mit einem katalytisch beschichteten Brenner, der in einem Heizschacht (1) angeordnet ist, in dem ein Wär­ metauscher (9) angeordnet ist, wobei eine Zündelektrode (11) an der Ausströmseite eines Durchströmkanäle (2) aufweisen­ den Keramik- oder Metallwabenkörpers (3, 3′) angeordnet ist, der mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (11) zwischen zwei axial zueinander ausgerichteten Keramik- oder Metallwa­ benkörpern (3, 3′; 4) angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher (9) stromab des abströmseitigen Keramik- oder Metallwaben­ körpers (4) angeordnet ist.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Brenngasgemisches gesehen, stromauf des zuströmseitige n katalytisch beschichteten Kera­ mik- oder Metallwabenkörpers (3) ein weiterer Wärmetauscher (13) angeordnet ist, der vom Brenngasgemisch durchströmt ist und die Strahlungswärme absorbiert.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Keramikkörper (3, 4) über ihre ge­ samte Höhe mit einer katalytischen Beschichtung versehen sind.

4. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zuströmseitige Keramik- oder Metallwarenkörper (3′) ausschließlich in dessen ausströmseitigen Endbereich (15) mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist, wogegen der abströmseitig angeordnete Keramik- oder Metallwabenkörper (4) über seine gesamte Höhe mit einer katalytischen Beschich­ tung versehen ist.

5. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizschacht (1) zumindest ab­ schnittweise als wasserdurchflossener Doppelmantel ausgebil­ det oder außen mit einer wasserdurchflossenen Kühlschlange (12) versehen ist.

6. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizschacht (1) im Bereich zwischen den beiden Keramik- oder Metallwabenkörper (2, 3) isoliert ist.

7. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Wärmetauscher (13) zwischen unmittelbar stromab einer Einmündung des Mischrohres (5) das einströ­ mende Gemisch verteilende Verteileinrichtung (7, 8) und dem zuströmseitigen Wabenkörper (3) angeordnet ist.

8. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung des zuströmen­ den Gemisches von oben nach unten oder umgekehrt orien­ tiert ist.