DE19947565A1

DE19947565A1 - Vorrichtung zum Mischen von fluidförmigem Brennstoff mit zwei Gasströmen

Info

Publication number: DE19947565A1
Application number: DE19947565A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Korsmeier; Dieter Wolf
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EOn Ruhrgas AG
Priority date: 1999-10-02
Filing date: 1999-10-02
Publication date: 2001-04-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von fluidförmigem Brennstoff mit zwei Gasströmen mit einer Mischkammer (16, 20), an die sich ein Brenner (4, 19) anschließt, wobei die Mischkammer (16, 20) derart ausgebildet ist, daß sich Brennstoff und Gas mischen. Erfindungsgemäß werden die beiden Gasströme einer Vormischkammer zugeführt, die derart ausgebildet ist, daß sich die Gasströme mischen. Das Gasgemisch aus der Vormischkammer wird der Mischkammer zugeführt. DOLLAR A Die Mischung von fluidförmigem Brennstoff mit zwei Gasströmen wird optimiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von fluidförmigem Brennstoff mit zwei Gasströmen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein fluidförmiger Brennstoff kann ein gasförmiger oder ein flüssiger Brennstoff sein. Es ist bei Verbrennungseinrichtungen bekannt, Brennstoff und zwei Gasströme, z. B. Verbrennungsluft und Abgas vor der Verbrennung zu mischen. Üblicherweise wird der Brennstoff mit der Verbrennungsluft in der Mischkammer gemischt und das Abgas zusammen mit dem Brennstoff-/Luftgemisch dem Bren ner zugeführt.

Wenn die Gasströme unterschiedliche Temperaturen haben, kann es insbeson dere bei großflächigen Brennern zu Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen kommen, mit der Folge, daß die Verbrennung stellenweise nicht optimal ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, eine Möglichkeit zu schaf fen, die Mischung von fluidförmigem Brennstoff mit zwei Gasströmen zu optimie ren.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Durch die Vormischung der nicht brennbaren Bestandteile in einer Vormischkam mer wird die Temperatur der Gase vergleichmäßigt, so daß unterschiedliche Temperaturen in der Verbrennungszone, insbesondere bei großflächigen Bren nern oder Reaktionsflächen vermieden werden.

Eine wesentliche Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß die Vormischkammer durch eine Wand, die eine Vielzahl von Austrittsöffnun gen für Prallstrahlen aufweist, in einen ersten und einen zweiten Raum unterteilt ist, daß an den ersten Raum eine Zufuhrleitung für einen ersten Gasstrom und an den zweiten Raum eine Zufuhrleitung für einen zweiten Gasstrom angeschlossen ist und daß der zweite Raum eine an die Mischkammer angeschlossene Auslaß öffnung für das Gasgemisch aufweist.

Die Auslaßöffnungen sind über die gesamte Fläche der Vormischkammer verteilt, so daß eine homogene großflächige Mischung der beiden Gasströme erreicht wird.

Vorzugsweise sind die Austrittsöffnungen als rohrförmigen Verlängerungen aus gebildet, die an ihrem Ende eine Prallplatte aufweisen.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist die Vorrichtung da durch gekennzeichnet, daß die Vormischkammer und die Mischkammer eine Baueinheit bilden und daß sich die Vormischkammer und deren Auslaßöffnung über die Länge der Mischkammer erstrecken.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen im Zu sammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Brennstoffzellen-Anlage;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vormischkammer 7 aus Fig. 1 in ver größerter Darstellung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Heizeinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Brennstoffzellen-Anlage, mit der ein wasserstoffreiches Brenngas in elektrischen Strom und Wärme umgewandelt wird.

Ein Zellenstapel 1 weist eine Vielzahl von nicht dargestellten Zellen auf. Jede Zelle besteht aus einer Kathode und einer Anode, die eine mit Elektrolyt gefüllte Matrix umschließen. Den Kathoden wird über einen Kathodeneingang 2 über eine Leitung 3 ein Zirkulationsgas zugeführt, das aus Frischluft und dem Abgas eines katalytischen Brenners 4 besteht. In der Leitung 3 befindet sich ein Gebläse 5 zum Transport des Zirkulationsgases.

Über einen Anodeneingang 6 des Zellenstapels 1 wird den Anoden ein wasser stoffreiches Gas, beispielsweise aus einer nicht dargestellten Reformerzelle, zu geführt.

Eine Vormischkammer 7 ist mittels einer Wand 13 in einen ersten Raum 10 und einen zweiten Raum 14 unterteilt. Dem ersten Raum 10 wird Luft über eine Luft- Zufuhrleitung 11 zugeführt. Der zweite Raum 14 ist über eine Zirkulationsgas-Zu fuhrleitung 8 mit dem Kathodenausgang 9 des Zellenstapels 1 verbunden. Die Luft strömt durch Austrittsöffnungen 12 in der Wand 13 in Form von Prallstrahlen in den zweiten Raum 14, in dem sich das Zirkulationsgas befindet. In diesem Raum der Vormischkammer 7 werden die beiden nicht brennbaren Gase homo gen und großflächig miteinander gemischt. Die relativ kalte Frischluft wird durch das Zirkulationsgas, das eine Temperatur von etwa 650°C aufweist, aufgewärmt. Die Lufttemperatur wird etwa auf die Betriebstemperatur des katalytischen Bren ners 4 angehoben.

Die Vormischkammer weist eine Austrittsöffnung 15 auf, die an eine Mischkam mer 16 angeschlossen ist. Die Mischkammer 16 ist weiterhin mit einem Anoden ausgang 17 des Zellenstapels 1 verbunden. Das Gemisch aus der Vormischkam mer 7 wird in der Mischkammer 16 mit dem wasserstoffreichen Gas aus dem An odenausgang 17 gemischt. In der Mischkammer 16 befinden sich nicht darge stellte Einbauten, die bewirken, daß das Gasgemisch aus der Vormischkammer 7 mit dem Brennstoff homogen gemischt wird.

Anschließend wird das Brennstoff/Gasgemisch aus der Mischkammer 16 dem katalytischen Brenner 4 zugeführt. Die Verbrennung erfolgt, da die Gasströme intensiv vorgemischt worden sind, so daß keine Temperaturdifferenzen im Gasgemisch vorhanden sind.

In Fig. 2 ist die Vormischkammer 7 aus Fig. 1 vergrößert dargestellt. Der erste Raum 10 ist von dem zweiten Raum 14 durch eine Wand 13 getrennt. Die Wand weist eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 12 in Form von rohrartigen Verlänge rungen auf, die in Reihen neben- und hintereinander im wesentlichen über die gesamte Fläche der Vormischkammer angeordnet sind. Die rohrartigen Verlänge rungen 12 weisen an ihrem offenen Ende je eine Prallplatte 17 auf, so daß die Luft intensiv in das Zirkulationsgas eingemischt wird. Die Vormischkammer 7 und die Mischkammer 15 bilden eine Baueinheit. Die Vormischkammer 7 und deren Auslaßöffnung 15 erstrecken sich im wesentlichen über die Länge der Misch kammer 16. Damit wird das Gasgemisch großflächig der Mischkammer 16 zuge führt.

In Fig. 3 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer Heizeinrichtung mit Abgasrückführung eingesetzt.

Die Heizeinrichtung 18, beispielsweise ein Umlaufwasserheizer, weist einen kata lytischen Brenner 19 und eine Mischkammer 20 auf, die an eine Erdgas-Lei tung 21 angeschlossen ist. Die Vormischkammer 7 entspricht der in Fig. 2 darge stellten Vormischkammer. Dem zweiten Raum 14 wird Luft über eine Luft-Zufuhr leitung 22 Luft zugeführt. Das rückzuführende Abgas aus der Heizeinrichtung 18 gelangt über eine Abgasleitung 23 in den ersten Raum 10 der Vormischkammer 7. Das Abgas-/Luftgemisch aus der Vormischkammer 7 wird der Mischkammer 20 über eine an die Auslaßöffnung 15 angeschlossene Auslaßleitung 24 zugeführt. In der Mischkammer wird das Gemisch aus der Vormischkammer mit dem Erdgas gemischt und anschließend dem katalytischen Brenner 19 zugeführt.

Im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres Abwandlungsmöglichkeiten gege ben. So können die rohrartigen Verlängerungen auch als Düsen ausgebildet sein.

Claims

1. Vorrichtung zum Mischen von fluidförmigem Brennstoff mit zwei Gasströ men, mit einer Mischkammer (16, 20), an die sich ein Brenner (4, 19) anschließt, wobei die Mischkammer (16, 20) derart ausgebildet ist, daß sich Brennstoff und Gas mischen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gasströme einer Vormischkammer (7) zugeführt werden, die derart ausgebildet ist, daß sich die Gasströme mischen und daß das Gasgemisch der Mischkammer (16, 20) zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormischkammer (7) mittels einer Wand (13), die eine Vielzahl von Austrittsöffnungen (12) für Prallstrahlen aufweist, in einen ersten und einen zweiten Raum (10, 14) unterteilt ist, daß an den ersten Raum (10) eine Zufuhrleitung (11, 23) für einen ersten Gasstrom und an den zweiten Raum (14) eine Zufuhrleitung (8, 22) für einen zweiten Gasstrom angeschlossen ist und daß der zweite Raum (14) eine, an die Mischkammer (16, 20) angeschlossene Auslaßöffnung (15) für das Gasgemisch aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (12) als rohrförmige Verlängerungen ausgebildet sind, die an ihrem Ende eine Prallplatte (17) aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormischkammer (7) und die Mischkammer (16) eine Baueinheit bilden und daß sich die Vormischkammer und deren Auslaßöffnung (15) im wesentlichen über die Länge der Mischkammer (16) erstrecken.