DE29722328U1 - Heating device - Google Patents
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Description
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O 9. XL O 9.XL
Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1625Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1625
Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a heating device according to the preamble of claim 1.
Bei bekannten derartigen Heizeinrichtungen ist der Wabenkörper in einer Richtung durchströmt, wobei der Wabenkörper mit seiner einen Stirnfläche meist einen Gemischraum begrenzt und mit seiner zweiten Stirnfläche einen Abgasraum begrenzt. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil daß es schwierig ist die bei der Umsetzung eines Brenngas-Luftgemisches entstehende Wärme ausreichend auszukoppeln.In known heating devices of this type, the flow through the honeycomb body is in one direction, with the honeycomb body usually defining a mixture space with one end face and an exhaust gas space with its second end face. However, this results in the disadvantage that it is difficult to adequately extract the heat generated during the conversion of a fuel gas-air mixture.
Ein Weiterer Nachteil der bekannten Lösungen liegt auch darin, daß die Wabenkörper eine erhebliche thermische Ausdehnung in Querrichtung aufweisen und aus diesem Grunde nur mit einem sehr erheblichen Aufwand diese thermische Ausdehnung abfangen können.A further disadvantage of the known solutions is that the honeycomb bodies exhibit a significant thermal expansion in the transverse direction and for this reason can only absorb this thermal expansion with considerable effort.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei sich diese thermische Ausdehnung ausgleichen läßt.The aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a heating device of the type mentioned at the outset, in which this thermal expansion can be compensated.
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 a heating device of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß der Wabenkörper nur eine relativ geringe Wärmeausdehnung in Querrichtung der Kanäle aufweisen muß, da dieThe proposed measures have the advantage that the honeycomb body only has to have a relatively low thermal expansion in the transverse direction of the channels, since the
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Oberfläche des Wabenkörpers nicht gleichmäßig hohe Temperatur aufweist gleicht sich die Wärmeausdehnung viel besser als bei dem nur in einer Richtung durchströmten Wabenkörper. If the surface of the honeycomb body does not have a uniformly high temperature, the thermal expansion is much better balanced than in the case of a honeycomb body through which air flows in only one direction.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau, wobei sich auch eine über den Querschnitt des Wabenkörpers im wesentliche gleichmäßige Belastung ergibt.The features of claim 2 result in a very simple structure, whereby a substantially uniform load is also achieved across the cross-section of the honeycomb body.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil, daß eine zu starke Erwärmung des Wabenkörpers in seinen seitlichen Randzonen vermieden wird. Dadurch läßt sich eine sehr gleichmäßige thermische Belastung des Wabenkörpers erreichen, wodurch auch die Lebensdauer des Wabenkörpers erhöht wird.The features of claim 3 result in the advantage that excessive heating of the honeycomb body in its lateral edge zones is avoided. This makes it possible to achieve a very uniform thermal load on the honeycomb body, which also increases the service life of the honeycomb body.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich eine häufige Umlenkung des Brenngas-Luftgemisches, sodaß der Wabenkörper nur eine geringe Wärmeausdehnung in Querrichtung des Wabenkörpers und geringe Temperaturunterschiede in Längsrichtung der Kanäle aufweisen muß.The features of claim 4 result in a frequent deflection of the fuel gas-air mixture, so that the honeycomb body only has to have a small thermal expansion in the transverse direction of the honeycomb body and small temperature differences in the longitudinal direction of the channels.
Die Merkmale des Anspruches 5 ermöglichen eine bessere Auskopplung der durch die katalytische Umsetzung des Brenngas-Luftgemisches entstehende Wärme, da durch die vorgeschlagenen Maßnahmen eine Vergrößerung der Wärme abstrahlenden Flächen des Wabenkörpers erreicht wird.The features of claim 5 enable a better extraction of the heat generated by the catalytic conversion of the fuel gas-air mixture, since the proposed measures achieve an increase in the heat-radiating surfaces of the honeycomb body.
Durch die Merkmale des Anspruches 6 ergibt sich eine gute Auskopplung der durch die Umsetzung im Wabenkörper entstehenden Wärme. Dabei ist es weiters vorteilhaft die Merkmale des Anspruches 7 vorzusehen.The features of claim 6 result in a good extraction of the heat generated by the conversion in the honeycomb body. It is also advantageous to provide the features of claim 7.
Die Merkmale des Anspruches 8 ermöglichen es den durchströmbaren Querschnitt des Wabenkörpers zu variieren, wodurch eine zusätzliche Modulation, neben der Variation desThe features of claim 8 make it possible to vary the flow-through cross-section of the honeycomb body, whereby an additional modulation, in addition to the variation of the
Gasdurchsatzes, möglich wird. Dabei ist es lediglich erforderlich, die beiden Abdeckungen gegeneinander zu verschieben, sodaß eine mehr oder weniger große Querschnittsfläche des Wabenkörpers abgedeckt wird.gas throughput. All that is required is to move the two covers against each other so that a more or less large cross-sectional area of the honeycomb body is covered.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.
Fig. 1 bis 4 schematisch verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Heizeinrichtungen. Fig. 1 to 4 show schematically various embodiments of heating devices according to the invention.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.The same reference symbols indicate the same details in all figures.
Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung weist einen in einem Brennraum 1 angeordneten Wabenkörper 2 auf. Der Brennraum 1 ist von Doppelwänden 3 begrenzt, die von einem Wärme aufnehmenden Medium durchströmt sind. Dabei ist der Wabenkörper 2 in einem Abstand von einer den Brennraum 1 nach unten zu begrenzenden Wand 4 gehalten.The heating device according to the invention has a honeycomb body 2 arranged in a combustion chamber 1. The combustion chamber 1 is delimited by double walls 3 through which a heat-absorbing medium flows. The honeycomb body 2 is kept at a distance from a wall 4 that is to delimit the combustion chamber 1 at the bottom.
Von der oberen Stirnseite 5 des Wabenkörpers 2 erstrecken sich Wände 6 nach oben zu weg, die Einströmbereiche 7 begrenzen und mit Einlaßöffnungen 8 für ein vorgemischtes Brenngas-Luftgemisch versehen sind. Dabei sind die Einströmbereiche 7 nach oben zu durch horizontale Wände 9 begrenzt, sodaß sich mit Ausnahme der Einlaßöffnungen 8 geschlossene Einströmbereiche 7 ergeben.Walls 6 extend upwards from the upper end face 5 of the honeycomb body 2, which delimit inflow areas 7 and are provided with inlet openings 8 for a premixed fuel gas-air mixture. The inflow areas 7 are delimited upwards by horizontal walls 9, so that closed inflow areas 7 are created with the exception of the inlet openings 8.
Oberhalb der Wände 9 ist ein Wärmetauscher 10 angeordnet.A heat exchanger 10 is arranged above the walls 9.
Die Kanäle 11 des Wabenkörpers 2 sind lediglich im Bereich zwischen den vertikalen Wänden 6 durchgehend mit einem Katalysator beschichtet, wogegen die Kanäle im Bereich unterhalb der Einströmbereiche 7 nur in seinen beiden Endbereichen 12 mit einem Katalysator beschichtet sind.The channels 11 of the honeycomb body 2 are only coated with a catalyst in the area between the vertical walls 6, whereas the channels in the area below the inflow areas 7 are only coated with a catalyst in their two end areas 12.
Zwischen der unteren Stirnseite 13 und der Wand 4 verbleibt ein durchströmbarer Raum 14, in dem das Gemisch umgelenkt wird. Dabei ist im Bereich dieses Raumes 14 eine Zündelektrode 15 angeordnet.Between the lower front side 13 and the wall 4 there remains a space 14 through which the mixture is diverted. An ignition electrode 15 is arranged in the area of this space 14.
Beim Betrieb einer solchen Heizeinrichtung strömt über die Einlaßöffnungen 8 ein Brenngas-Luftgemisch in die Einströmbereiche 7 ein und durchströmt die Kanäle 11 in den seitlichen Bereichen des Wabenkörpers 2. Dabei wird ein Teil des Brenngas-Luftgemisches katalytisch umgesetzt und erhitzt den Wabenkörper 2.When such a heating device is in operation, a fuel gas-air mixture flows into the inflow areas 7 via the inlet openings 8 and flows through the channels 11 in the side areas of the honeycomb body 2. In the process, part of the fuel gas-air mixture is catalytically converted and heats the honeycomb body 2.
Das aus der unteren Stirnseite 13 austretende verbleibende Brenngas-Luftgemisch, das mit Abgasen vermischt ist, wird im Raum 14 umgelenkt und strömt in den zentralen Bereichen des Wabenkörpers 2 nach oben, wobei das restliche Brenngas-Luftgemisch vollständig umgesetzt wird. Die dabei entstehenden Abgase treten aus der oberen Stirnseite 5 des Wabenkörpers 2 zwischen den Wänden 6 aus und durchströmen den Wärmetauscher 10 und geben an diesen ihre Wärme ab. Weiters wirkt auch die Wärmestrahlung des Wabenkörpers 2 auf den Wärmetauscher 10 ein und erwärmt diesen.The remaining fuel gas-air mixture emerging from the lower end face 13, which is mixed with exhaust gases, is diverted in the space 14 and flows upwards in the central areas of the honeycomb body 2, whereby the remaining fuel gas-air mixture is completely converted. The exhaust gases that are created in this process emerge from the upper end face 5 of the honeycomb body 2 between the walls 6 and flow through the heat exchanger 10, giving off their heat to it. Furthermore, the heat radiation from the honeycomb body 2 also acts on the heat exchanger 10 and heats it up.
Beim Starten des Heizgerätes strömt das Gemisch über die Einströmbereiche 7 in den Wabenkörper ein und durchströmt diesen, ohne daß es zu einer Umsetzung kommt. Im Bereich des durchströmbaren Raumes 14 wird das Gemisch gezündet. Dadurch wird der Wabenkörper 2 erwärmt, sodaß dieser nach und nach die Arbeitstemperatur des Katalysators erreicht und die katalytische Umsetzung einsetzt. Dadurch geht die Heizeinrichtung mehr und mehr in den oben beschriebenen Betrieb über.When the heater is started, the mixture flows into the honeycomb body via the inflow areas 7 and flows through it without any conversion taking place. The mixture is ignited in the area of the flow-through space 14. This heats the honeycomb body 2 so that it gradually reaches the working temperature of the catalyst and the catalytic conversion begins. As a result, the heating device increasingly goes into the operation described above.
Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 nur dadurch, daß in den von den Wänden 6 und den Doppelwänden 3 begrenzten Einströmbereichen 7 Umlenkwände 16 angeordnet sind , die sich abwechselnd von den Wänden 9, bzw. der unteren Stirnseite 13 des Wabenkörpers 2 nach unten und von der Wand 4, bzw. der oberen Stirnseite 5 des Wabenkörpers 2 nach oben weg erstrecken. Dabei verbleiben zwi-The embodiment according to Fig. 2 differs from that according to Fig. 1 only in that in the inflow areas 7 delimited by the walls 6 and the double walls 3, deflection walls 16 are arranged, which alternately extend downwards from the walls 9 or the lower end face 13 of the honeycomb body 2 and upwards from the wall 4 or the upper end face 5 of the honeycomb body 2. Between
sehen den freien Enden der Umlenkwände 16 und den gegenüberliegenden Wänden 9, bzw. 4 Überströmspalte 17.see the free ends of the deflection walls 16 and the opposite walls 9, or 4 overflow gaps 17.
Das Brenngas-Luftgemisch wird daher im Einströmbereich 7 mehrmals umgelenkt und durchströmt dabei die Kanäle 11 des Wabenkörpers 2 mehrmals, wobei es in den Endbereichen 12 des Wabenkörpers 2 aufgrund der katalytischen Beschichtung zur Umsetzung und damit zur Wärmeerzeugung kommt. Letztlich durchströmt das bereits teilweise umgesetzte Brenngas-Luftgemisch samt den bereits entstandenen Abgasen den mittleren Bereich des Wabenkörpers 2 von unten nach oben, wobei in diesem mittleren, zwischen den Wänden 6 liegenden Bereich die Kanäle 11 durchgehend mit einem Katalysator beschichtet sind. Dabei wird das restliche Brenngas-Luftgemisch vollständig umgesetzt. Die Abgase durchströmen danach den Wärmetauscher 10 und geben dabei ihre Wärme ab.The fuel gas-air mixture is therefore diverted several times in the inflow area 7 and flows through the channels 11 of the honeycomb body 2 several times, whereby in the end areas 12 of the honeycomb body 2 it is converted and thus heat is generated due to the catalytic coating. Finally, the already partially converted fuel gas-air mixture, together with the exhaust gases that have already been generated, flows through the middle area of the honeycomb body 2 from bottom to top, whereby in this middle area between the walls 6 the channels 11 are continuously coated with a catalyst. The remaining fuel gas-air mixture is completely converted. The exhaust gases then flow through the heat exchanger 10 and give off their heat.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 3 mündet eine Gemsichleitung 18 in einen Gemischraum 19, wobei die Einmündung des Gemischrohres 18 von einem spährisch geformten Lochblech 20 abgedeckt ist, um eine bessere Verteilung des Gemisches zu erreichen. Dabei ist der Gemischraum 19 noch oben zu von einer vom zu erwärmenden Wasser durchströmten Doppelwand 21 begrenzt. Seitlich ist der Gemischraum 19 von vom Wasser durchströmten Doppelwänden 22 begrenzt, die gleichzeitig auch vom Gemischraum 19 wegführende Überströmkanäle 23 begrenzen, die weiter von vom Wasser durchströmten Doppelwänden 24 begrenzt sind.In the embodiment according to Fig. 3, a mixture line 18 opens into a mixture chamber 19, whereby the opening of the mixture pipe 18 is covered by a spherically shaped perforated plate 20 in order to achieve a better distribution of the mixture. The mixture chamber 19 is also delimited at the top by a double wall 21 through which the water to be heated flows. The mixture chamber 19 is delimited at the sides by double walls 22 through which the water flows, which at the same time also delimit overflow channels 23 leading away from the mixture chamber 19, which are further delimited by double walls 24 through which the water flows.
Diese Doppelwände 24 weisen Ausnehmungen 25 auf, in denen ein Wabenkörper 2' gehalten ist. Dabei enden die Doppelwände 24 oberhalb von Einströmbereiche 7 begrenzenden horizontal verlaufenden Doppelwänden 9', die vom zu erwärmenden Wasser durchströmt sind. Die Einströmbereiche 7 sind weiter von vertikal verlaufenden Wänden 6 begrenzt, die an die Zwischenwände 10 des Wabenkörpers (2') anschließen und bis zur unteren Stirnseite 13 des Wabenkörpers 2' reichen.These double walls 24 have recesses 25 in which a honeycomb body 2' is held. The double walls 24 end above horizontally extending double walls 9' which delimit inflow areas 7 and through which the water to be heated flows. The inflow areas 7 are further delimited by vertically extending walls 6 which connect to the intermediate walls 10 of the honeycomb body (2') and extend to the lower end face 13 of the honeycomb body 2'.
Weiters sind an der unteren Stirnseite 13 des Wabenkörpers 2' Umlenkwände 26 angeordnet, die mit ihren freien Enden Überströmspalte 27 bestimmen, die weiter von der horizontalen Doppelwand 21 begrenzt sind.Furthermore, deflection walls 26 are arranged on the lower end face 13 of the honeycomb body 2', which with their free ends define overflow gaps 27, which are further delimited by the horizontal double wall 21.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 3 sind die Kanäle 11 des Wabenkörpers 2' durchgehend mit einem Katalysator beschichtet.In the embodiment according to Fig. 3, the channels 11 of the honeycomb body 2' are continuously coated with a catalyst.
Im Betrieb strömt ein Brenngas-Luftgemisch über die Gemischleitung 18 in den Gemischraum 19 ein und strömt weiter über die Überströmkanäle 23 in die Einströmkanäle 7 ein. Von dort durchströmt das Gemisch den Wabenkörper 21 nach unten und wird dabei zum Teil umgesetzt. Die dabei entstehende Wärme wird in die Doppelwände 24 und 25 ausgekoppelt.During operation, a fuel gas-air mixture flows into the mixture chamber 19 via the mixture line 18 and then flows into the inflow channels 7 via the overflow channels 23. From there, the mixture flows downwards through the honeycomb body 21 and is partially converted in the process. The heat generated is coupled out into the double walls 24 and 25.
Das verbleibende Gemisch samt den durch die Umsetzung entstandenen Abgase werden um die Umlenkwände 26 umgelenkt und durchströmen den zentralen Bereich des Wabenkörpers 2' nach oben, wobei der Rest des Gemisches umgesetzt wird. Die Abgase beaufschlagen einen Wärmetauscher. Dabei wird ein Teil der durch die Umsetzung entstehenden Wärme durch Strahlung in die horizontale Doppelwand 21 und 9' und die Doppelwände 24, 25 und 22 ausgekoppelt.The remaining mixture, including the exhaust gases produced by the conversion, are redirected around the deflection walls 26 and flow upwards through the central area of the honeycomb body 2', whereby the rest of the mixture is converted. The exhaust gases act on a heat exchanger. Part of the heat produced by the conversion is coupled out by radiation into the horizontal double walls 21 and 9' and the double walls 24, 25 and 22.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 4 ist der Wabenkörper 2" unterteilt, wobei die im Bereich der Einströmbereiche 7 liegenden Bereiche des Wabenkörpers 2" höher liegen, als der zentrale Bereich des Wabenkörpers 2".In the embodiment according to Fig. 4, the honeycomb body 2" is divided, with the areas of the honeycomb body 2" located in the area of the inflow areas 7 being higher than the central area of the honeycomb body 2".
Dadurch ist eine Wärmeauskopplung durch Strahlung wesentlich verbessert, wobei die Strahlungswärme von den Doppelwänden 24 und 21 aufgenommen wird.This significantly improves heat extraction by radiation, with the radiant heat being absorbed by the double walls 24 and 21.
Weiter ist die Zündelektrode 15 an der Oberseite des zentralen Bereiches des Wabenkörpers 2" angeordnet.Furthermore, the ignition electrode 15 is arranged on the upper side of the central region of the honeycomb body 2".
Weiter ist an der oberen Stirnseite 5 des mittleren Bereiches des Wabenkörpers 2" eine Abdeckung 28 im Zentrum angeordnet. An der unteren Stirnseite 13 des Wabenkörpers 2" sind zwei weitere Abdeckungen 29 angeordnet, die in einer Stellung im wesentlichen die gleichen Kanäle 11 des Wabenkörpers 2" abdecken, wie die fest angeordnete Abdeckung 28. Die Abdeckungen 29 können mittels einer Spindel 30 voneinander entfernt werden, wodurch dann eine größere Anzahl von Kanälen 11 abdeckbar ist. Dies ermöglicht eine Modulation der Leistung der Heizeinrichtung in einem größeren Leistungsbereich, als dies durch Modulation der Brenngasmenge allein möglich ist.Furthermore, a cover 28 is arranged in the center of the upper end face 5 of the middle area of the honeycomb body 2". Two further covers 29 are arranged on the lower end face 13 of the honeycomb body 2", which in one position cover essentially the same channels 11 of the honeycomb body 2" as the fixed cover 28. The covers 29 can be removed from one another by means of a spindle 30, whereby a larger number of channels 11 can then be covered. This enables modulation of the power of the heating device in a larger power range than is possible by modulating the amount of fuel gas alone.
Der Betrieb des Heizgerätes nach der Fig. 4 gleicht im wesentlichen jenem nach der Fig. 3. Bei der Ausführungsform nach der Fig. 4 ergibt sich jedoch eine bessere Auskopplung der Wärme durch Strahlung,The operation of the heater according to Fig. 4 is essentially the same as that according to Fig. 3. The embodiment according to Fig. 4, however, results in a better extraction of the heat by radiation,
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Effective date: 20011002 |