DE4309020C1

DE4309020C1 - Catalytic burner with pre-heating device

Info

Publication number: DE4309020C1
Application number: DE4309020A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl Ing Faust
Original assignee: Buderus Heiztechnik GmbH
Current assignee: Bosch Thermotechnik GmbH
Priority date: 1993-03-20
Filing date: 1993-03-20
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2013-03-21

Abstract

The heat accumulator (5) possesses an accumulator mass for accumulating and transmission of latent and/or sensitive heat. The air (L) necessary for combustion or the fully or partly pre-mixed combustion gas-air-mixt. can be brought into heat exchange with the heat accumulator for the purpose of pre-heating.The catalyser of the burner is in direct connection with the heat accumulator integrated in the burner for permanent maintenance of the reaction temp.. The catalyser for the purpose of pre-heating can be brought into heat exchange with the heat accumulator. The exhaust gases (A) of the burner (2,4) are only fed to the heat accumulator unit until an operating temp. is reached in the accumulator which is adequate for pre-heating.

Description

Die Erfindung betrifft einen katalytischen Brenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a catalytic burner according to the preamble of Claim 1.

Die nicht vorveröffentlichte DE 42 02 107 A1 beschreibt einen Wärmeaustauscher in Form eines Warmwasserbereiters, bei welchem die Wärme aus der katalytischen Verbrennung eines Gases an ein wärmeabführendes Medium übertragen wird. Zu diesem Zweck ist auf der Wärmetauscherfläche eine Katalysatorschicht aufgetragen, welche eine flammenlose Verbrennung ermöglicht. Die Verbrennung spielt sich im Temperaturbereich zwischen 800 und 1000°C ab, in dem eine NO_x-Bildung fast ganz unterbleibt. Zum Erzielen einer großen Effektivität empfiehlt sich der Einsatz eines Spaltbrenners aus ineinandergefügten Rohren oder Kanälen mit einem relativ schmalen Verbrennungsspalt. Das Brenngas-Luft-Gemisch kommt in diesem schmalen Spalt in einen sehr innigen Kontakt mit der Katalysatorschicht, so daß eine intensive Verbrennung erfolgt.The unpublished DE 42 02 107 A1 describes a heat exchanger in the form of a water heater in which the heat from the catalytic combustion of a gas is transferred to a heat-dissipating medium. For this purpose, a catalyst layer is applied to the heat exchanger surface, which enables flameless combustion. The combustion takes place in the temperature range between 800 and 1000 ° C, in which there is almost no NO _x formation. To achieve a high degree of effectiveness, it is recommended to use a slit burner made of pipes or ducts with a relatively narrow combustion gap. The fuel gas-air mixture comes into very close contact with the catalyst layer in this narrow gap, so that intensive combustion takes place.

Zum Starten der Verbrennung sind Temperaturen zwischen 300 und 350°C erforderlich. In der genannten Schrift wird eine Vorwärmung des Brenngas-Luft- Gemisches mit heißen Abgasen vorgeschlagen. In der Regel ist jedoch der Einsatz einer Zusatzenergie erforderlich, um die Reaktionstemperaturen zu erreichen. Man hat zu diesem Zweck das Zufuhrrohr des Brenngas-Luft-Gemisches mit einer elektrischen Heizspirale umgeben. Bis zum Erzielen der Reaktionstemperatur bleibt die Heizspirale eingeschaltet. Oberhalb dieser Temperatur wird sie abgeschaltet. Auch das Vorheizen des katalytischen Brenners mit der offenen Flamme eines Brenners ist vorbekannt (DE-PS 2 51 567). In diesem Fall wird das Brenngas-Luft-Gemisch gezündet und solange verbrannt, bis die ausreichende Temperatur erzielt ist. Erst danach erfolgt die katalytische Verbrennung. In diesem Fall wird in der Vorheizphase der angestrebte Effekt der emissionsfreien Verbrennung nicht erzielt. Das ist speziell bei katalytischen Brennern, die etwa in Hausheizsystemen häufig gestartet werden, nachteilig.Temperatures between 300 and 350 ° C are used to start the combustion required. In the cited document, a preheating of the fuel gas-air Mixture with hot exhaust gases proposed. Usually, however, is the stake an additional energy required to reach the reaction temperatures. One has for this purpose the supply pipe of the fuel gas-air mixture with an electric Surround heating coil. The heating coil remains until the reaction temperature is reached switched on. Above this temperature it is switched off. Preheating the catalytic burner with the open flame of a burner is previously known (DE-PS 2 51 567). In this case the fuel gas-air mixture ignited and burned until the sufficient Temperature is reached. Only then does the catalytic combustion take place. In this The desired effect of emission-free combustion will fall in the preheating phase not achieved. This is especially the case with catalytic burners that are used in Home heating systems are started frequently, disadvantageously.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorheizvorrichtung an katalytischen Brennern zu schaffen, die ohne teure elektrische Energie auskommt, bei der aber auch eine Verbrennung mit offener Flamme vermieden wird.The invention has for its object a preheater to catalytic To create burners that do without expensive electrical energy, but with combustion with an open flame is also avoided.

Der erfindungsgemäße katalytische Brenner besitzt eine Vorheizvorrichtung mit dem im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmal.The catalytic burner according to the invention has a preheating device with the in the characterizing part of claim 1 mentioned feature.

Das von katalytischen Brenner erzeugte Abgas hat noch ausreichend hohe Temperaturen, um eine Vorwärmung zu ermöglichen. Es war wohl schon vorgeschlagen worden, mit diesem die Verbrennungsluft vorzuwärmen. Das konnte aber nur während des laufenden Betriebes erfolgen. Gerade in Stillstandszeiten bestand bei diesem direkten Wärmeaustausch keine Möglichkeit zu einem Vorheizen. Statt dessen sind nach der Erfindung ein Wärmespeicher von den Abgasen des Brenners beaufschlagt. Dieser speichert so viel Wärme, daß diese bis zum nächsten Brennerstart fast vollständig zur Verfügung steht.The exhaust gas generated by catalytic burners is still sufficiently high Temperatures to allow preheating. It was probably already has been proposed to preheat the combustion air with this. That could but only take place during ongoing operation. Especially during downtimes with this direct heat exchange there was no possibility of preheating. Instead, according to the invention, a heat accumulator from the exhaust gases of the Brenners charged. This stores so much heat that it lasts until the next Burner start is almost completely available.

Es lassen sich Speichertemperaturen einstellen, mit denen die benötigten Reaktionstemperaturen zwischen 300 und 350°C auch nach längeren Stillstandszeiten noch zu erreichen sind.Storage temperatures can be set with which the required Reaction temperatures between 300 and 350 ° C even after long periods Downtimes can still be achieved.

Als Speichermasse ist sowohl eine Masse zum Speichern von latenter als auch eine Masse zum Speichern von sensibler Wärme geeignet. Ein Hochtemperatur- Latentwärmespeicher hat den Vorteil, daß ein recht kompaktes Speichervolumen große Wärmemengen speichern und über lange Zeiträume zur Verfügung stellen kann. The storage mass is both a mass for storing latent and one Mass suitable for storing sensitive heat. A high temperature Latent heat storage has the advantage that a very compact storage volume store large amounts of heat and make them available over long periods of time can.

Es ist möglich, den Wärmespeicher als Rekuperativ-Wärmeaustauscher auszubilden, der auf der einen Seite vom Abgas und auf der anderen Seite von der zur Verbrennung benötigten Luft oder von dem ganz oder teilweise vorgemischten Brenngas-Luft-Gemisch beaufschlagt wird. Dabei muß dann die Reaktionstemperatur erzielt werden. Andererseits darf die Zündtemperatur des Brenngases nicht überschritten werden, damit ein Verbrennen mit offener Flamme unterbleibt.It is possible to design the heat accumulator as a recuperative heat exchanger, the one side from the exhaust gas and on the other side from the Combustion required air or from the whole or partially premixed Fuel gas-air mixture is applied. Then the reaction temperature be achieved. On the other hand, the ignition temperature of the fuel gas must not exceeded so that burning with an open flame does not occur.

Man kann auch dem Wärmespeicher eine Katalysatorfläche geben, die durch die gespeicherte Wärme dauerhaft auf Reaktionstemperatur steht. Diese Fläche ist dann im Brenner integriert und sorgt nach jedem Brennerstillstand automatisch für das Starten der Reaktion, sobald das Brenngas-Luft-Gemisch vorbeigeleitet wird.You can also give the heat accumulator a catalyst surface, which by the stored heat is permanently at the reaction temperature. This area is then integrated in the burner and automatically takes care of that after every burner shutdown Start the reaction as soon as the fuel gas-air mixture is passed.

Schließlich ist es auch möglich, den Katalysator des Brenner beweglich zu gestalten. Er wird dann zum Zwecke des Vorheizens mit dem Wärmespeicher in Wärmeaustausch gebracht.Finally, it is also possible to make the burner catalyst movable. It is then used for preheating in the heat accumulator Heat exchange brought.

In allen Fällen wird das Abgas des Brenners zunächst durch den Wärmespeicher geleitet, jedoch nur so lange, bis dort die Betriebstemperatur erreicht bzw. gehalten ist. Dann kann das Abgas seine weitere Wärme an einen Nutzwärmespeicher abgeben.In all cases, the exhaust gas from the burner is first of all through the heat accumulator conducted, but only until the operating temperature is reached or maintained there is. Then the exhaust gas can transfer its further heat to a useful heat store submit.

Eine spezielle Vorheizung mit einem anderen Energieträger ist nur beim ersten Starten oder nach sehr langen Stillstandsphasen erforderlich. Während des laufenden Betriebes erfolgt hingegen das Vorheizen ausschließlich über den Wärmespeicher.A special preheating with a different energy source is only possible when starting for the first time or after very long idle periods. During the running In contrast, during operation, the preheating takes place exclusively via the heat accumulator.

Die Wärmeübertragung vom Wärmespeicher an den Brenner ist dabei nur so lange erforderlich, bis die Reaktionstemperatur am Katalysator des Brenners erreicht ist. Jetzt läuft die katalytische Verbrennung selbsttätig ab.The heat transfer from the heat store to the burner is only as long required until the reaction temperature at the burner catalyst is reached. Now the catalytic combustion takes place automatically.

Der Wärmespeicher selbst kann ganz oder teilweise im Brenner integriert sein bzw. mit diesem eine bauliche Einheit bilden.The heat store itself can be wholly or partly integrated in the burner or form a structural unit with it.

Die Zeichnung stellt in einer einzigen Figur einen vertikalen Schnitt durch eine Heizvorrichtung als Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.The drawing shows a vertical section through a single figure Heating device as an embodiment of the invention.

In einem Wasserraum 1 sitzt ein katalytischer Brenner 2 in Form eines Spaltbrenners. Eine Wärmedämmung 3 auf der Wärmetauscherwand verhindert eine zu starke Kühlung des Spaltbrenners durch das Kühlmittel im Wasserraum. Eine negative Beeinflussung der Reaktion wird dadurch verhindert. Dem Spaltbrenner folgt eine zweite katalytische Brennerstufe in Form eines monolithischen Brenners 4. Die Abgase A strömen dann durch einen als Wärmespeicher 5 ausgebildeten Wärmeaustauscher. Dieser Wärmespeicher 5 kann als Latentwärmespeicher ausgebildet sein und er kann auch sensible Wärme speichern.A catalytic burner 2 in the form of a split burner is located in a water chamber 1 . Thermal insulation 3 on the heat exchanger wall prevents excessive cooling of the slit burner by the coolant in the water space. This prevents a negative influence on the reaction. The slit burner is followed by a second catalytic burner stage in the form of a monolithic burner 4 . The exhaust gases A then flow through a heat exchanger designed as a heat accumulator 5 . This heat accumulator 5 can be designed as a latent heat accumulator and it can also store sensitive heat.

Bei jedem Brennerlauf wird der Wärmespeicher 5 auf ein vorgegebenes Maß aufgeladen. Bei einem erneuten Brennerstart strömt die Verbrennungsluft L durch den Wärmespeicher 5. Dieser ist als Kreuzstromwärmetauscher ausgebildet und stellt die erfindungsgemäße Vorheizvorrichtung dar. Die auf Reaktionstemperaturen um 300- 350°C aufgeheizte Verbrennungsluft L strömt dann gemeinsam mit dem Brenngas B in eine Misch- und Verteilkammer 6. Das Gemisch gelangt in den katalytisch beschichteten Spaltbrenner und verbrennt hier flammenlos. Nur bei einem Start nach längerer Pause, wenn der Wärmespeicher 5 nicht aufgeladen ist und deshalb nicht als Vorheizvorrichtung dienen kann, ist eine bisher übliche Vorheizung erforderlich.With each burner run, the heat accumulator 5 is charged to a predetermined level. When the burner is restarted, the combustion air L flows through the heat accumulator 5 . This is designed as a cross-flow heat exchanger and represents the preheating device according to the invention. The combustion air L heated to reaction temperatures around 300-350 ° C. then flows together with the fuel gas B into a mixing and distribution chamber 6 . The mixture enters the catalytically coated slit burner and burns there flamelessly. Only when starting after a long pause, when the heat accumulator 5 is not charged and therefore cannot serve as a preheating device, is preheating customary to date.

Claims

1. Catalytic burner for burning a fuel gas-air mixture with a preheater to achieve a temperature required for the reaction, characterized in that the preheater from one of the exhaust gases A of the burner ( 2 , 4 ) acted upon, with this in heat exchange or bringable heat storage ( 5 ).

2. Catalytic burner according to claim 1, characterized in that the heat accumulator ( 5 ) has a storage mass for storing and transferring latent and / or sensitive heat.

3. Catalytic burner according to claim 1 or 2, characterized in that the air L required for combustion or the completely or partially premixed fuel gas-air mixture for the purpose of preheating with the heat accumulator ( 5 ) can be brought into heat exchange.

4. Catalytic burner according to claim 1 or 2, characterized in that the catalyst of the burner with that in the burner integrated heat storage for the permanent maintenance of the Reaction temperature is directly related.

5. Catalytic burner according to claim 1 or 2, characterized in that the catalyst of the burner with the heat accumulator can be brought into heat exchange for the purpose of preheating.

6. Catalytic burner according to claim 1, characterized in that the exhaust gases A of the burner ( 2 , 4 ) act on the heat accumulator ( 5 ) only until an operating temperature sufficient for the preheating in the heat accumulator ( 5 ) is reached.

7. Catalytic burner according to claim 1, characterized in that the heat transfer from the heat accumulator ( 5 ) to the burner ( 2 ) takes place only until the burner ( 2 ) has reached the temperature required to achieve the reaction.

8. Catalytic burner according to one of the preceding claims, characterized in that the heat accumulator in whole or in part in the burner is integrated or forms a unit with it.