DE19739704A1 - Heater with catalytic burner giving compact gas heater - Google Patents
Heater with catalytic burner giving compact gas heaterInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspru ches 1.The invention relates to a heating device according to the preamble of claim 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.In known heating devices of this type, usually only one is catalytically coated Flow channels provided ceramic or metal honeycomb body. It is but a complete implementation of the supplied fuel gas mixture is not always possible reach, especially not if the heating device is in a larger area is operated modulating.
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.Furthermore, heating devices of the type mentioned at the outset are known, in which meh rere honeycomb bodies are successively flowed through by the fuel gas mixture. Here results However, there is the disadvantage of a very wide design of the heating device, whereby also significant problems in removing heat from the innermost area of the heater well result.
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.The aim of the invention is to avoid these disadvantages and a heating device Propose the type mentioned, in which a compact structure is possible and the removal of heat even from the innermost area is easily possible.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht. According to the invention, this is achieved in the case of a heating device of the type mentioned at the beginning characteristic features of claim 1 achieved.
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.The proposed measures result in the possibility of the heating device very compact to build because the two ceramic bodies are coaxially aligned. Furthermore is due to the arrangement of two catalytically coated Kera through which there is a flow mikkörper given the possibility of a practically 100% implementation of the fuel gas mix without ensuring overheating of the honeycomb body, even if the hot z device is operated modulating in a wide range.
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.The features of claim 2 have the advantage that the heat is very good and can be dissipated quickly. In addition, this also has the advantage that the inflow-side ceramic or metal honeycomb body flowing fuel gas mixture in front of the Thermal radiation is largely protected and there is therefore no reignition of the Mix comes.
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.The advantage of claim 3 is that the two Wa body can be made relatively small and still a complete implementation of the fuel gas mixture is ensured.
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.The features of claim 4 have the advantage that the implementation of Fuel gas mixture essentially only on the outflow side of the inflow side Wa takes place and therefore generates the heat essentially in this area becomes. As a result, there is only relatively little heat in the direction of the inflowing fuel gas mixture radiated so that it is not heated excessively and therefore it too kei ner overheating of the catalyst comes.
Durch die Merkmale des Anspruches 5 ergibt sich der Vorteil, daß Abstrahlungsverluste weitgehend vermieden werden, so daß die Außenseite des Heizschachtes entsprechend gekühlt wird. The features of claim 5 have the advantage that radiation losses largely avoided, so that the outside of the heating shaft accordingly is cooled.
Durch die Merkmale des Anspruches 6 ist sichergestellt, daß beide Keramik- oder Metall wabenkörper auf einer katalytisch aktiven Temperatur gehalten werden.The features of claim 6 ensure that both ceramic or metal honeycomb bodies are kept at a catalytically active temperature.
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.The features of claim 7 result in the advantage of a very simple construction, where a good and rapid heat dissipation from the inflow-side honeycomb body is ensured is. The further heat exchanger through which the mixture flowing flows and this preheats, can be easily dimensioned according to the respective requirements sion. In addition, this heat exchanger forms a kind of barrier between the distribution device, for example a distributor plate, and the ignition electrode or the Honeycomb catalyst, which prevents the mixture from reigniting.
Durch die Merkmale des Anspruches 8 ergibt sich der Vorteil der hohen Flexibilität der An ordnung.The features of claim 8 result in the advantage of the high flexibility of the order.
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.The flow direction of the inflowing Gemi makes sense when using condensing technology arrange from top to bottom as it offers an advantage that the condensate cannot drip onto the burner or catalyst.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 1 und 2 schematisch zwei verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Heizeinrichtun gen.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. The Figs. 1 and 2 schematically show two different embodiments of the invention Heizeinrichtun gene.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in beiden Figuren gleiche Einzelheiten.The same reference numerals mean the same details in both figures.
Die Heizeinrichtungen weisen einen Heizschacht 1 auf, in dem zwei mit Durchströmkanälen 2 versehene Keramik- oder Metallwabenkörper 3, 4 angeordnet sind.The heating devices have a heating shaft 1 , in which two ceramic or metal honeycomb bodies 3 , 4 provided with flow channels 2 are arranged.
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.The two ceramic or metal honeycomb bodies 3 , 4 are aligned coaxially and spaced from one another. In the space between the two ceramic or Metallwa benkörpern 3 , 4 , of which the ceramic body 4 is provided over its entire height with a catalytic coating, which is located on the walls of the flow channels 2 , an ignition electrode 11 is arranged for ignition of the mixture during the starting phase. During the start phase, the mixture is burned in the form of flames. The resulting heat causes the catalytic coating to quickly reach its operating temperature and the mixture is converted catalytically.
Der Keramik- oder Metallwabenkörper 3 kann teil- oder vollkatalytisch beschichtet sein.The ceramic or metal honeycomb body 3 can be coated partially or fully catalytically.
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.The supply of a fuel gas mixture takes place via a mixing tube 5 , which opens into a mixture chamber 6 , which is connected to the heating shaft 1 . For more uniform distribution of the mixture in the mixture are a space provided with through holes 7 and downstream of this distribution plate 7, a separation grid Verteilbleches 8 or a finely perforated diffuser plate arranged.
Abströmseitig des zweiten Keramik- oder Metallwabenkörpers 4 ist ein Wärmetauscher 8 im Heizschacht 1 angeordnet, der mit einer Abgasleitung 10 verbunden ist.On the outflow side of the second ceramic or metal honeycomb body 4 , a heat exchanger 8 is arranged in the heating shaft 1 and is connected to an exhaust gas line 10 .
Zwischen den beiden Keramik- oder Metallwabenkörpern 3, 4 ist eine Zündelektrode 11 angeordnet, die mit einer nicht dargestellten Zündeinrichtung verbunden ist.An ignition electrode 11 is arranged between the two ceramic or metal honeycomb bodies 3 , 4 and is connected to an ignition device, not shown.
An der Außenseite des Heizschachtes 1 ist eine Kühlschlange 12 angeordnet, die von ei nem Wärme aufnehmenden Medium durchströmt ist.On the outside of the heating shaft 1 , a cooling coil 12 is arranged, through which egg nem heat-absorbing medium flows.
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. In the embodiment according to FIG. 1, a further heat exchanger 13 is arranged between the mixture space and the ceramic or metal honeycomb body 3 to the flow side, which is also provided with a catalytic coating over its entire height, which is connected to the heat exchanger 9 via a connecting line 14 is connected.
Dabei wird der Wärmetauscher 13 vom frischen Brenngasgemisch durchströmt und absor biert die Wärmestrahlung des zuströmseitigen Keramik- oder Metallwabenkörpers 3.The fresh fuel gas mixture flows through the heat exchanger 13 and absorbs the thermal radiation from the inflow-side ceramic or metal honeycomb body 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.The embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 only in that the additional heat exchanger 13 is missing and the inflow-side ceramic body 3 'is seen only in its downstream end region 15 with a catalytic coating.
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.When the heating device is operating, a fuel gas / air mixture flows via the mixture pipe 5 into the mixture chamber 6 and flows from the latter into the heating shaft 1 in an evenly distributed manner. In this case, the combustible gas mixture 3 flows through the ceramic or metal honeycomb body 3 'and the heating device in the outflow region of the ceramic or Metallwa benkörpers 3 at the start, 3' ignited and burns in small flames.
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.As a result, the ceramic or metal honeycomb body 3 , 3 'is heated by the heat of the flames. As a result, the catalytic coating of the ceramic or metal tall honeycomb body 3 , 3 'reaches its reaction temperature and the fuel gas mixture is implemented more and more catalytically. This also generates heat, and the flames gradually extinguish, since the gas emerging from the ceramic body 3 , 3 'does not contain a sufficient amount of fuel gas for combustion in flames.
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.The exhaust gases generated by the flames heat the ceramic or metal honeycomb body 4 , so that its catalytic coating also reaches its reaction temperature, and the fuel gas still contained in the gas mixture flowing through the ceramic body 4 is converted catalytically.
Die dabei entstehenden heißen Abgase geben ihre Wärme an den Wärmetauscher 9 und strömen über die Abgasleitung 10 ab. The resulting hot exhaust gases give their heat to the heat exchanger 9 and flow off via the exhaust line 10 .
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.In the embodiment of FIG. 1, the incoming fuel gas mixture is reacted over the entire height of the ceramic or metal honeycomb body 3, the Ke ramikkörper 3 thereby heating it. The heat radiated in the direction of the mixture space is absorbed by the heat exchanger 13 , as a result of which significant heating of the mixture space 6 is avoided.
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.In the embodiment according to FIG. 2, the implementation of the fuel gas mixture takes place only in the end region 15 of the inflow-side ceramic or metal honeycomb body 3 '. Since this heats up essentially only in this area, so that there is no significant heat radiation in the direction of the mixture chamber 6 .
Die weitere Umsetzung des Brenngasgemisches erfolgt dabei im Keramikkörper 4.The further conversion of the fuel gas mixture takes place in the ceramic body 4 .
Die an den Heizkörperschacht 1 abgestrahlte Wärme wird über die Kühlschlange 12 abge führt, so daß sich nur geringe Abstrahlungsverluste ergeben.The radiated to the radiator shaft 1 is abge leads via the cooling coil 12 , so that there are only small radiation losses.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: VAILLANT GMBH, 42859 REMSCHEID, DE |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |