DE19739704B4

DE19739704B4 - Heizeinrichtung

Info

Publication number: DE19739704B4
Application number: DE19739704A
Authority: DE
Inventors: Seonhi Ro
Original assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1997-09-04
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2017-09-05
Also published as: DE19739704A1; CH690283A5

Abstract

Heizeinrichtung mit einem katalytisch beschichteten Brenner, der in einem Heizschacht (1) angeordnet ist, in dem ein Wärmetauscher (9) angeordnet ist, wobei eine Zündelektrode (11) an der Ausströmseite eines Durchströmkanäle (2) aufweisenden 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 Metallwabenkörpern (3, 3'; 4) angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher (9) stromab des abströmseitigen Keramik- oder Metallwabenkörpers (4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 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 mehrere 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 Heizschachtes ergeben (vgl. beispielsw. DE 43 30 130 C2 , DE 43 17 554 A1 und DE 42 04 320 C1 ).

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Heizeinrichtung der eingangs 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 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 Keramikkörper die Möglichkeit gegeben, eine praktisch 100 %ige Umsetzung des Brenngasgemisches ohne eine Überhitzung des Wabenkörpers sicherzustellen, auch wenn die Heizeinrichtung 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 Wabenkörper 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 Wabenkörpers erfolgt und daher die Wärme auch im wesentlichen in diesem Bereich erzeugt wird. Dadurch wird nur relativ wenig Wärme in Richtung des zuströmenden Brenngasgemisches abgestrahlt, so daß dieses nicht übermäßig erwärmt wird und es daher auch zu keiner 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 Metallwabenkörper 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 dimensionieren. Außerdem bildet dieser Wärmetauscher eine Art Barriere zwischen der Verteileinrichtung, 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 Anordnung.

Bei der Brennwertnutzung ist sinnvoll, die Strömungsrichtung des zuströmenden Gemisches 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 1 und 2 schematisch zwei verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Heizeinrichtungen.
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 voneinander 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 verbrannt. 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 Gemischraum 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 einem Wärme aufnehmenden Medium durchströmt ist.
Bei der Ausführungsform nach der 1 ist zwischen dem Gemischraum und dem zuströmseitigen Keramik- oder Metallwabenkörper 3, der ebenfalls über seine gesamte Höhe mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist, ein weiterer Wärmetauscher 13 angeordnet, der mit dem Wärmetauscher 9 über eine Verbindungsleitung 14 verbunden ist.
Dabei wird der Wärmetauscher 13 vom frischen Brenngasgemisch durchströmt und absorbiert die Wärmestrahlung des zuströmseitigen Keramik- oder Metallwabenkörpers 3.
Die Ausführungsform nach der 2 unterscheidet sich von jener nach der 1 nur dadurch, daß der zusätzliche Wärmetauscher 13 fehlt und der zuströmseitige Keramikkörper 3' nur in dessen abströmseitigen Endbereich 15 mit einer katalytischen Beschichtung versehen 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 Metallwabenkörpers 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 Metallwabenkörpers 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 1 wird das zuströmende Brenngasgemisch über die gesamte Höhe des Keramik- oder Metallwabenkörpers 3 umgesetzt, wodurch sich der Keramikkörper 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 2 erfolgt die Umsetzung des Brenngasgemisches lediglich im Endbereich 15 des zuströmseitigen Keramik- oder Metallwabenkörpers 3'. Dadurch erwärmt sich dieser im wesentlichen nur in diesem Bereich, so daß sich keine nennenswerte 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 abgeführt, so daß sich nur geringe Abstrahlungsverluste ergeben.

Claims

Heizeinrichtung mit einem katalytisch beschichteten Brenner, der in einem Heizschacht (1) angeordnet ist, in dem ein Wärmetauscher (9) angeordnet ist, wobei eine Zündelektrode (11) an der Ausströmseite eines Durchströmkanäle (2) aufweisenden 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 Metallwabenkörpern (3, 3'; 4) angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher (9) stromab des abströmseitigen Keramik- oder Metallwabenkörpers (4) angeordnet ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Brenngasgemisches gesehen, stromauf des zuströmseitigen katalytisch beschichteten Keramik- oder Metallwabenkörpers (3) ein weiterer Wärmetauscher (13) angeordnet ist, der vom Brenngasgemisch durchströmt ist und die Strahlungswärme absorbiert.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Keramikkörper (3, 4) über ihre gesamte Höhe mit einer katalytischen Beschichtung versehen sind.
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 Beschichtung versehen ist.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizschacht (1) zumindest abschnittweise als wasserdurchflossener Doppelmantel ausgebildet oder außen mit einer wasserdurchflossenen Kühlschlange (12) versehen ist.
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.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Wärmetauscher (13) zwischen unmittelbar stromab einer Einmündung des Mischrohres (5) das einströmende Gemisch verteilende Verteileinrichtung (7, 8) und dem zuströmseitigen Wabenkörper (3) angeordnet ist.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung des zuströmenden Gemisches von oben nach unten oder umgekehrt orientiert ist.