DE2253561A1

DE2253561A1 - Katalytischer nachverbrenner

Info

Publication number: DE2253561A1
Application number: DE2253561A
Authority: DE
Inventors: Karl Fischer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-11-02
Filing date: 1972-11-02
Publication date: 1974-05-16

Description

Katalytischer Nachverbrenner Die Erfindung betrifft einen katalytischen Nachverbrenner, insbesondere für Backöfen, Kochherde o.dgl., mit einem elektrischen Heizkörper und einem porösen, den Katalysator enthaltenden wärmebeständigen Trägerelement. Katalytische Nachverbrenner werden eingesetzt, um beispielsweise bei sogenannten selbstreinigenden Backöfen nach dem pyrolytischen Prinzip den entstehenden Rauch zu weitgehend geruch und schadstoff-freien Abgasen zu oxydieren. Sie können jedoch auch eingesetzt werden, um Wrasen von Koch-, Back- oder Bratvorgängen durch Oxydation seine schädlichen oder störenden wirkungen zu nehmen.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 903 108 ist ein katalytischer Nachverbrenner der eingangs erwähnten Art bekanntgeworden, bei der das Heizeleent ein auf einem Isolierstoffträger frei angeordneter Heizdraht ist. Durch den im Strömungsweg angeordneten Isolierstoffträger kann der nachzuverbrennende rasen durch Kanäle hindurchdringen. In räumliches Abstand davon ist ein Trägerelerent angeordnet, das aus einem spiralig gewickelten, den Katalysator an seiner Oberfläche in fein verteilter Form. aufnehmenden Asbestband besteht, dessen einzelne Windungen durch geriffelte Stahlbleche zur Abstandhaltung voneinander getrennt sind.
Ein solches Katalysatorelement benötigt nicht nur relativ viel Platz, sondern ist auch sehr teuer in der Herstellung und macht die Montage relativ aufwendig.
Aufgabe der Erfi.rdung ist es, einen katalytischen Nachverbrenner der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der unkompliziert aufgebaut und leicht herzustellen und zu montieren ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der r£indun dadurch gelöst, daß das Heizelement ein Rohrheizkörper ist und daß das Trägerelenent auf dem Rohrheizkörper angeordnet ist.
Nach einem vorteilhaften Mer@@al der Erfindung kann das Trägerelement als Schient unmittelbar auf dem Metallmantel des Rohrheizkörpers aufgebracht sein. Diese Ausführung ist tesonders einfach and für vie. Zwecke völlig ausreichend.
Eine bessere A@@@@ zung des R@@heizkörpers ergibt sich jedoch, wenn die mit dem Trägerelement versehene Fläche des Rohrheizkörpers vergräßert wird. Zu diesem Zweck kahn nach einem weitere@ Merkmal der Erfindung der Rohrheizkorper @ippen hesitzen, die mit dem Trägerelement beschichtet sind. Es ist ferner verteilhaft möglich, daß das Trägerelement eine Ring- bzw. Rohrform hat und den Rohrheizkörper zumindest teilweise umgibt. Das Trägerelement kann also beispielsweise die Form von Perlen aus dem Werkstoff des Trägerelementes haben, die auf dem Rohrheizkörper aufgereiht sind.
Es ist ferner vorteilhaft möglich, daß auf den Rohrheizkörper ring- bzw. rohrförmige Körper aufgebracht sind, die mit dem Trägerelement beschichtet sind. In diesem Falle könnten also beispielsweise die Perlen aus einem normalen Isolierstoff sein und mit dem Werkstoff des Trägerelementes beschichtet sein. Diese Möglichkeit ist besonders vorteilhaft, wenn das den Katalysator bildende Edelmetall dem porösen Trägerelement unmittelbar beigemischt ist, da dann weniger Katalysatormaterial zur gleichen Wirksamkeit benötigt wird. In den vorgenannten Fällen kann der Rohrheizkörper selbst beschichtet oder unbeschichtet sein.
Das Trägerelement kann vorteilhaft aus einer Tonerdesilikat-Faser mit keramischemBinder bestehen. Ein derartiges Material ist unter der Bezeichnung "Fiberfrax-Coating-Cement" im Handel und wird im folgenden noch näher beschrieben.
Das Trägerelement kann vorteilhaft durch SprItzen aufgetragen sein. Eine besonders gleichmäßige Beschichtung wird erreicht, wenn das Spritzen im elektrostatischen Feld erfolgt. Das Trägerelement kann jedoch auch durch Tauchen aufgebracht sein.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Katalysatorelementes, Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform, Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch einen Nachverbrenner, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3 und Fig. 5 bis 7 schematische Längsschnitte durch verschiedene Aus führungs formen von katalytischen Nachverbrennern.
In Fig. 1 ist ein Katalysatorelement 11 dargestellt, das aus einem elektrischen Rohrheizkörper 12 Ublicher Bauart und einem in Form einer Schicht auf den Metallmantel 14 des Rohrheizkörpers 12 aufgebrachten Trägerelement 13 besteht. Der Rohrheizkörper 12 besitzt in üblicher Weise elektrische Anschlußenden 15, zwischen denen eine Heizwendel 16 elektrisch angeschlossen ist. Die Heizwendel 16 ist in eine in das Rohr eingestampfte bzw. eingerüttelte Isoliermasse 17 eingebettet.
Das in Form einer Schicht angeordnete Trägerelement 13 besteht beim dargestellten Beispiel aus einer Tonerdesilikat-Faser mit keramischem Binder, die unter der Bezeichnung "Fiberfrax-Coating-Cement" im Handel ist. Die Faser hat etwa folgende Zusammensetzung: 51 % Al203; 47 % SiO2 ; 1 3 B203; Rest anorganische Spuren.
Das Tonerdesilikat wird bei ca. 2000 OC gegossen und anschließend mit Dampf verdüst, so daß eine Faser von durchschnittlich 2 entsteht, die dem Coating-Cement gekürzt als Pigment beigegeben ist. Ein Trägerelement aus derartigem wärmebeständigen Material ist sehr porös und läßt sich gut mit dem Katalysator vermischen. Bei diesen handelt es sich um Edelmetall-, z. Bo Palladium-oder Platin-Aufschwemmungen. Es ist ein besonderer Vorteil, daß das Trägerelement so relativ dünn aufgebracht werden kann, daß eine Vermischung mit dem eigentlichen, relativ teuren Katalysator noch wirtschaftlich möglich ist. Es ist jedoch auch eine andere Art der Anbringung des Katalysators möglich.
Außerdem ist es auch möglich, anstatt des beschriebenen Materials für das Trägerelement auch andere tränkfähige poröse Schichten zu verwenden die die nötige Wärmebeständigkeit haben. Eine Porösität ist jedoch erwünscht, damit die Katalysatoren sehr fein verteilt sein können und eine große aktive Oberfläche haben. Die Auftragung kann auf den fertig geformten Heizkörper erfolgen, wenn dieser beispielsweise in später noch zu erläuternder Weise noch gebogen wird. Die Aufbringung des Trägerelementes kann auf verschiedene Arten erfolgen, beispielsweise durch Spritzen. Insbesondere wenn das fertiggeformte Katalysator element eine recht komplizierte Gestalt hat kann es vor teilhaft sein, das Spritzen im elektrostatischen Feld vor zunehmen, so daß auch an relativ unzugänglichen, Stellen eine ausreichende Schicht aufgetragen wird. Mittels geeigneter Aufschwemmungsmittel kann das Trägerelement jedoch auch durch Tauchen aufgebracht sein. Die Einbringung des Katalysators kann beispielsweise in Form einer Verbindung erfolgen. Durch nachträgliche Reduktion wird dann die fein verteilte Metallform wieder zurückgewonnen In Fig. 2 ist ein Katalysatorelement lii dargestellt, dessen Metallmantel 114 mit Rippen 18 versehen ist.
Auf die gesamte, durch die Rippen 18 vergrößerte Außenoberfläche ist das den Katalysator enthaltende Trägerelement 13 in Form einer Schicht aufgebracht.
Die Rippen können nachträglich auf den Heizkörper aufgelötet, aufgeschweißt oder aufgepreßt sein, jedoch auch als wellenförmige Ausstülpungen hergestellt sein.
Auch eine Wellenform des Reizrohrmantels vergrößert die Oberfläche beträchtlich. Es ist zu erkennen, daß das Katalysatorelement 11' nach Fig. 2 eine mehrfach so große wirksame Oberfläche hat, wie das nach Fig. 1.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Ausführungsform eines katalytischen Nachverbrenners dargestellt, der in den Strömungsweg der Abgase beispielsweise eines elektrischen Backofens eingeschaltet ist, der mit einer pyrolytischen Selbstreinigung ausgestattet ist. Dabei wird der Backofen auf sehr hohe Temperaturen aufgeheizt, so daß Rückstände, wie beispielsweise äbergelaufenes Fett c.dgl.,verdampfen bzw. verkohlen Eine vollständige Verbrennung sämtlicher Rückstände erfolgt jedoch im Öfen nicht. Dazu ist der katalytische Nachverbrenner @dacht. @@ F 3 dargestellte katalytische Nach-@rbrenn @@steht aus einem rohrföfmigen Mutallmentel 21 @t ein@ @@@ @ibe 22 und einer Öffnung 23 darin. In @m sind @@@ @@tereinander zwei. Katalysatorelemente 11 @ Form von aporalig gewickelten, im übrigen entsprechend ig. 1 ausgehld@ten beschichteten Katanlysatorelementen negordnet, a. über ihre Anschlßenden 15 elektrisch teheizt sich L."it"l nicht dargestellter Leitkörper kann in cer Mitte angeordnet werden.
@@ Fig. ein Nachverbrenner 20' dargestellt, dessen Intel 2' @@@m ist. In i@@@ st zentrisch ein Leitkörper 24 angeordnet, der einen ringförmigen Nachverbrennerraum 25 freiläßt. Der Mantel 21 besitzt an seinen beiden offenen Enden Flanschen, über die der Anschluß erfolgt. An dem in Fig. 5 unteren Flansch ist eine Rückschlagsicherung 26 mit Verpuffungsschlitzen vorgesehen, die beispielsweise in Form eines Drahtnetzes ausgebildet sind.
In dem ringförmigen Nachverbrennungsraum 25 ist ein Katalysatorelement 11 angeordnet, das entsprechend Fig. 1 aufgebaut ist und die Form einer Wendel hat. Durch diese Anordnung strömt das zu reinigende Gas an mehreren hintereinanderliegenden Windungen vorbei. Es ist auch möglich, durch entsprechende seitliche Versetzungen in der Wendel oder durch Anordnung ineinandergeschachtelter Wendeln die Durchmischung und den katalytischen Effekt noch zu erhöhen.
In Fig. 6 ist ein Nachverbrenner 20Z' dargestellt, dessen Mantel 21 dem nach Fig. 5 entspricht. In diesem Falle ist kein Leitkörper angeordnet, so daß der Nachverbrennerraum 25' zylindrisch ist. In diesem Raum ist in Form einer Wendel ein Katalysatorelement 1111 angeordnet, das zahl reiche auf den Rohrheizkörper hintereinander aufgebrachte ringförmige Körper 27 besitzt. Diese nach Art von Isoliert perlen auf den Rohrheizkörper aufgezogenen Körper können aus wärmebeständigem Material, beispielsweise Steatit, oder einem Metall bestehen und mit einer katalysatorhaltigen Trägerelementbeschichtung versehen sein. Sie können jedoch auch direkt aus Trägerelement-Material bestehen. Sie können durch Absetzungen, Verrippungen o.dgl. derart ausgebildet sein, daß sie eine möglichst große Oberfläche schaffen.
Der in Fig. 7 dargestellte Nachverbrenner 20''' besitzt einen Mantel 28 mit einer unteren großen Öffnung 29, an der die Rückschlagsicherung 26 vorgesehen sein kann und einer kleineren oberen öffnung 30. Zwischen den öffnungen 29 und 30 verläuft der Mantel konisch, so daß er im wesentlichen die Form eines umgekehrten Trichters hat. Im Inneren des Mantels 28 ist ein Leitkörper 31 angeordnet, der ebenfalls zumindest teilweise konisch ist. Es bildet sich also ein konisch zulaufender Ringspalt, der in einer rohrförmigen öffnung 30 endet. In dem konischen Ringspalt 32 ist ein Katalysatorelement 11 entsprechend Fig. 1 (oder ein anders gestaltetes Katalysatorelement) angeordnet, das in Form einer konisch zulaufenden Wendel gewickelt ist.
Es ist zu erkennen, daß das Katalysatorelement nach der Erfindung eine große Variationsbreite in der Gestaltung der Nachverbrenner schafft. Bei allen Ausführungen sind die Vorteile vorhanden, daß ein kompaktes, leicht anschließbares und hochwirksames Katalysatorelement zur Verfugung steht. Es hat noch den wesentlichen Vorteil, daß es keine freiliegenden elektrischen Teile hat, da der Metallmantel 14 schutzgeerdet werden kann. Der Einbau kann daher ohne Rücksicht auf elektrische Isolation erfolgen. Die Zusammenfassung des Heizelementes mit dem Katalysator in einem Bauteil hat nicht nur Einbauvorteile, sondern sorgt auch fttr eine ausgezeichnete Wirksamkeit des Katalysators selbst.

Claims

A N S P R Ü C H E

Katalytischer Nachverbrenner, insbesondere für Backöfen, Kochherde o.dgl., mit einem elektrischen Heizkörper und einem porösen, den Katalysator enthaltenden wärmebeständigen Trägerelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement ein Rohrheizkörper (12) ist und daß das Trägerelement (13) auf dem Rohrheizkörper (12) angeordnet ist.

?. Nachverbrenner nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (13) als Schicht unmittelbar auf dem Metallmantel (14) des Rohrheizkörpers (12) aufgebracht ist.

3. Nachverbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrheizkörper (12) Rippen (18) besitzt, die mit dem Trägerelement (13) beschichtet sind.

4. Nachverbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement eine Ring-' bzw. Rohrform hat und den Rohrheizkörper (12) zumindest teilweise umgibt.

5. Nachverbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Rohrheizkörper ring- bzw. rohrförmige Körper (27) aufgebracht sind, die mit dem Trägerelement (13) beschichtet sind 6. Nachverbrenner nach einem der AnsprUche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (13) eine Tonerdesilikat-Faser mit keramischem Binder enthält.

7. Nachverbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (13) durch Spritzen aufgetragen ist.

8. Nachverbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag durch Spritzen im elektrostatischen Feld erfolgt.

9. Nachverbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6s dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (13) durch Tauchen aufgebracht ist.

10. Nachverbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Rohrheizkörper (12) mit aufgebrachtem Trägerelement (13) bestehende Katalysatorelement (11) die Form einer Spirale hat.

11. Nachverbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeIchnet, daß das aus Rohrheizkörper (12) mit aufgebrachtem Trägerelement (13) bestehende Katalysatorelement ( 11'') die Form einer Wendel hat.

12. Nachverbrenner nach Anspruch 10 oder al, dadurch gekennzeichnetv daß das Katalysatorelement (11> ") in einem Ringkanal (25, 32) angeordnet ist.

13. Nachverbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelementnach der Formung des Rohrheizkörpers in seine Endform aufgebracht ist.