DE4322109A1

DE4322109A1 - Brenner

Info

Publication number: DE4322109A1
Application number: DE4322109A
Authority: DE
Inventors: Franz Prof Dr Dr Durst; Dimosthenis Trimis; Gerold Dipl Ing Dimaczek
Original assignee: ATZ EVUS
Current assignee: Durst Franz Prof Dr 91094 Langensendelbach D
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1993-07-02
Publication date: 1995-01-12
Anticipated expiration: 2013-07-03
Also published as: DE4322109C2; GR3029984T3; DK0657011T3; JPH08507363A; US5522723A; DE59407692D1; RU95112038A; CN1111914A; EP0657011B1; RU2125204C1; CN1046802C; ES2129659T3; ATE176039T1; EP0657011A1; JP3219411B2; WO1995001532A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner mit einem Gehäuse, das einen Brennraum mit einem Einlaß für ein Gas-/Luftgemisch als Brennstoff und einen Auslaß für das Abgas aufweist.

Brenner dieser Art arbeiten üblicherweise mit einer in dem Brennraum frei brennenden Flamme, die das Gas-/Luftgemisch verbrennt, wobei das heiße Abgas als Wärmequelle verwendet wird. Insbesondere wird das heiße Abgas zum Wärmetauschen an wasserfüh renden Rohren vorbeigeführt, um in diesen heißes Wasser oder Dampf zu erzeugen.

In solchen Brennern werden Schadstoffe wie NO_x oder CO gebildet. Diese giftigen und gesundheitsschädlichen Gase entstehen entweder bei hoher Flammtemperatur bzw. bei unvollständiger Verbrennung in unstabilen Flammen bzw. bei niedriger Flammentempe ratur, die zwar reduziert werden könnte, dann aber entsteht eine unstabile Flamme.

Ferner ist auch eine unvollständige Verbrennung des Gas-/Luftgemisches zu erwarten, die den Wirkungsgrad herabsetzt.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wurden verschiedene Brennertypen entwickelt. Ein Überblick ist in "Lean-Burn Premixed Combustion in Gas Turbine Combusters", A. Saul und D. Altemark, Vulkan-Verlag, Essen, Band 40 (1991) Heft 7-8, S. 336-342 dargestellt. Wesentliches Merkmal bei den dort beschriebenen Entwicklungen zur Reduzierung von Schadstoffen ist vor allem eine niedrige Flammtemperatur, wobei verschiedene Maßnah men getroffen sind, die Brennstoffe möglichst vollständig zu verbrennen. Die wichtigsten Maßnahmen zur Erzielung einer effizienteren Verbrennung sind die Überstöchiometrie und die Katalyse. Beispielsweise ist in der genannten Druckschrift eine im Forschungs stadium befindliche Fett-Quensch-Mager-Verbrennungskammer von General Electric "LM 2500" angegeben, bei der in einer ersten Stufe ein brennstoffreiches Gemisch verbrannt wird. In einem Zwischenbereich wird dem in der ersten Stufe teilweise verbrannten Gas Luft zugeführt und in einer zweiten Stufe das dadurch entstehende Magergemisch ver brannt. Für diesen Brenner wird von den Autoren ein NO_x Gehalt von <190 mg/m³ Gas angegeben.

Die obengenannte Druckschrift beschreibt auch die Verbrennung mit Hilfe von Katalysa toren, mit denen eine vollständige Verbrennung bei geringer Temperatur erreicht werden kann. Die Druckschrift gibt für die katalytische Verbrennung einen NO_x Gehalt von <20 mg/m³ an. Die katalytische Verbrennung ist bei mehreren Forschungsstätten in Ent wicklung, die aber bisher noch nicht über das Forschungsstadium hinaus fortgeschritten ist. Nach Meinung der Autoren kann nicht erwartet werden, daß diese Art von Brennern innerhalb der nächsten 5 Jahre kommerziell einsetzbar ist.

In der genannten Druckschrift werden Stabilitätsprobleme nicht detailliert diskutiert. Sie werden aber um so wichtiger, je geringer die Flammtemperatur gewählt wird.

Eine Möglichkeit für die stabile Verbrennung bei niedrigen Temperaturen ist in "Neue Gasbrenner- und -gerätetechnik", ein Beitrag der Gaswirtschaft zum Umweltschutz, Otto Menzel, gwf Gas/Erdgas 130, 1989, Heft 7, S. 355-364 und in "Entwicklung eines schadstoffarmen Vormischbrenners für den Einsatz in Haushalts-Gasheizkesseln mit zy lindrischer Brennkammer", H. Berg und Th. Jannemann, Gas Wärme International, Band 38 (1989), Heft 1, S. 28-34, Vulkan-Verlag, Essen angegeben. Der dort beschriebene "Thermomax"-Brenner hat nur einen geringen NO_x Ausstoß. Die Flammstabilität wird bei diesem Brenner durch eine wärmeabführende Brennerplatte erreicht, die im wesentlichen aus einem Lochblech mit kreisrunden Bohrungen besteht, durch welche das zu ver brennende Gas strömt. Die Flamme wird aufgrund der Wärmeabführung über das Loch blech praktisch an der Brennerplatte festgehalten, wodurch eine stabile Flamme entsteht.

Die Brennerplatte ist aber auch nicht ausreichend, um die Flammenstabilität bei allen Be triebsparametern zu gewährleisten. So wird angegeben, daß bei hohen Luftzahlen eine Gemischvorwärmung von rund 300°C vorgesehen sein sollte, da sich hierdurch die Ver brennungsgeschwindigkeit erhöht und damit die Abhebeneigung für die Flammen verrin gert wird.

Aus dem zitierten Stand der Technik wird deutlich, daß es möglich ist, eine Reduzierung von Schadstoffen durch niedrige Flammtemperatur zu erreichen, wobei aber die Stabilität der Flamme weiterhin ein wesentliches, ungelöstes Problem darstellt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Brenner zu schaffen, bei dem die Flamme bei niedriger Temperatur und Schadstoffemission stabil brennt.

Ausgehend vom Stand der Technik wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gehäuse ein poröses Material mit zusammenhängenden Hohlräumen enthält, dessen Porosität sich längs des Brennraumes so ändert, daß die Porengröße in Flußrichtung des Gas-/Luftgemisches vom Einlaß zum Auslaß zunimmt, wobei sich in einer Zone oder an einer Grenzfläche des porösen Materials im Brennraum für die Porengröße eine kritische P´clet-Zahl für die Flammentwicklung ergibt, oberhalb der eine Flamme entstehen kann und unterhalb der die Flammentwicklung unterdrückt ist.

Nach diesem erfindungsgemäßen Vorschlag ist im Gegensatz zum Stand der Technik das Gehäuse mit einem porösen Material gefüllt, das die Eigenschaft besitzt, der Strö mung des Gas-/Luftgemisches einen Widerstand entgegenzusetzen, so daß die zur Ver brennung anstehende Gasmenge gedrosselt wird. Außerdem wird auch durch die Wärmekapazität des porösen Materials im Brennraum die Verbrennungswärme besser aufgenommen und kann deshalb günstiger als beim Stand der Technik zur Weiterver wendung übertragen werden. Es entsteht durch das poröse Material zusätzlich eine Kühlung, die die Flammtemperatur verringert.

Bei einer bestimmten Porengröße sind die chemische Reaktion der Flamme und die ter mische Relaxation gleich groß, so daß unterhalb dieser Porengröße keine Flamme ent stehen kann, darüber jedoch eine freie Entflammung stattfindet. Diese Bedingung wird geeigneterweise mit Hilfe der P´clet-Zahl beschrieben, die das Verhältnis von Wärme strom infolge Transport zu Wärmestrom infolge Leitung angibt. Entsprechend der Po rosität, bei der eine Entflammung einsetzen kann, gibt es eine überkritische P´clet-Zahl für die Flammentwicklung. Da die Flamme nur in dem Bereich mit der kritischen P´clet- Zahl entstehen kann, wird eine selbststabilisierende Flammenfront im porösen Material erzeugt.

Die Verwendung eines porösen Materials im Brennraum bedingt auch eine hohe Wärme kapazität, wodurch eine im porösen Material lokal gespeicherte hohe Wärmeenergie und hohe Effizienzwerte in vorteilhafter Weise erreicht werden können. Weiter hat diese hohe Wärmekapazität auch den Vorteil, daß ein Wärmetauscher beispielsweise zur Erwärmung von Wasser, zur Erzeugung von Heißwasser oder Dampf im Brennraum integriert werden kann, wodurch eine wesentlich bessere Wärmeübertragung für den Wärmetausch erreicht wird als beim Stand der Technik. Die hohe Leistungsdichte ist auf eine höhere Verbren nungsgeschwindigkeit im porösen Medium und eine viel größere Flammenfrontoberflä che, die aufgrund der Porosität entsteht, zurückzuführen.

Das poröse Material hat auch den Vorteil, daß in der Strömung des Gas-/Luftgemisches eine hohe Turbulenz entsteht, wodurch bis zu 50 mal höhere als normale Verbrennungs geschwindigkeiten erreicht werden können. Damit sind vor allem bessere Verbrennungs grade verbunden und es werden höhere Leistungsdichten erreicht. An einem weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden Messungen durchgeführt, die zeigen, daß für die Wärmeausnutzung Effizienzen größer als 95% erreicht werden können.

Da das poröse Material selbst die Flamme kühlt, werden entsprechend niedrige Flamm temperaturen in Verbindung mit niedrigen Emissionswerten erreicht. Es ist daher keine Abkühlung nötig, wie sie im Stand der Technik entweder durch Überstöchiometrie oder Abgasrückführung vorgesehen ist.

Da das poröse Material dem Gasfluß selbst einen Widerstand entgegensetzt, arbeitet der erfindungsgemäße Brenner im wesentlichen unter einem weiten Druckbereich. Dadurch ist der Betrieb unter verschiedensten Drücken und sogar unter Hochdruck möglich. Für den erfindungsgemäßen Brenner ist also ein großer Anwendungsbereich gegeben.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die kritische P´clet-Zahl 65 +/- 25 und ins besondere für Erdgas/Luftgemische 65.

Diese Zahl wurde aufgrund von Versuchen für verschiedene Gas/Luftgemische ermittelt. Es ergibt sich jedoch eine große Streuung je nach Art des Gases, wobei aber festgestellt wurde, daß bei Erdgas-/Luft-Gemischen unabhängig vom Mischungsverhältnis und von der Zusammensetzung des Erdgases die kritische P´clet-Zahl 65 beträgt. Diese Erkennt nis zeigt, daß die P´clet-Zahl der geeignete Parameter ist, um die Porosität des auszu wählenden Materials bei einem erfindungsgemäßen Brenner zu bestimmen. Die gege bene Lehre erlaubt dem Fachmann, ohne große Vorversuche, einen erfindungsgemäßen Brenner durch die Auslegung der Porosität des porösen Materials auf eine kritische P´clet-Zahl von 65 hinsichtlich der Betriebsart festzulegen.

Ein Brenner gemäß der erfindungsgemäßen Lehre kann einen kontinuierlichen Übergang von einer geringen Porosität zu einer hohen Porosität im Brennraum aufweisen, wobei dann die Flammentwicklung bei einer Porosität mit der kritischen P´clet-Zahl beginnt. Wie vorstehend schon diskutiert, kann die kritische P´clet-Zahl aber bei verschiedenen Gas/Luftgemischen auch variieren. Das hätte bei kontinuierlichem Verlauf der Porosität des porösen Materials im Mantel den Nachteil, daß sich die Flamme bei unterschiedlichen Bedingungen verschieben könnte. Um eine definierte Position für die Flammentwicklung zu schaffen, sind bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung im Mantel zwei in Flußrichtung des Gas-/Luftgemisches hintereinander liegende Zonen unterschiedlicher Porengröße vorgesehen, wobei die dem Einlaß nachgeordnete erste Zone eine P´clet- Zahl für die Flammentwicklung hat, die kleiner als die kritische P´clet-Zahl ist, und die vom Einlaß weiter entfernte zweite Zone eine P´clet-Zahl hat, die größer als die kritische P´clet-Zahl ist.

Aufgrund dieser Maßnahmen ist die Flammentstehung auf die Fläche bzw. den Bereich zwischen den beiden Zonen festgelegt, und zwar im wesentlichen unabhängig von Be triebsparametern, die zu einer Variation der kritischen P´clet-Zahl führen könnten. Die genannte Maßnahme zur Festlegungen des Ortes der Flammentstehung erhöht also weiter die Stabilität und erlaubt es, einen Brenner zu bauen, der über einen weiten Ein satzbereich verwendbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, daß die erste Zone eine Poren größe aufweist, die eine P´clet-Zahl 40 ergibt, und die zweite Zone eine Porengröße aufweist, die eine P´clet-Zahl 90 ergibt.

Aufgrund dieses Merkmals ist also der gesamte bekannte Variationsbereich von kriti schen P´clet-Zahlen, die wie vorstehend schon erwähnt 65 +/-25 betragen können, ab gedeckt. Die angegebenen Werte für die Auslegung der Zonen für P´clet-Zahlen <40 bzw. <90 sind, wie später an dem Ausführungsbeispiel deutlich wird, einfach zu verwirkli chen und erlauben es, einen Brenner für einen großen Einsatzbereich verschiedenster Gas/Luftgemische auszulegen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das poröse Material ein hitzebeständiger Schaumkunststoff, eine Keramik oder Metall bzw. eine Metallegierung. Wie derartige po röse Materialien gefertigt werden können, ist aus dem Stand der Technik bekannt.

Die Hitzebeständigkeit muß aber für normale Haushaltsbrenner nicht besonders hoch sein, da die Flamme durch das poröse Material selbst gekühlt wird. Versuche haben ge zeigt, daß bei erfindungsgemäßen Brennern mit einer Leistungsfähigkeit von 9 kW die Temperaturen unterhalb von 1400° bleiben. Deshalb sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, daß das poröse Material bis 1500°C hitzebeständig ist.

Aufgrund dieses Merkmals stehen für einen erfindungsgemäßen Brenner eine Vielzahl von möglichen Materialien zur Verfügung, so daß die Materialauswahl nicht nur nach technischen Gesichtspunkten getroffen werden kann, sondern ein Brenner auch bezüg lich eines kostengünstigen Aufbaus und eines geringen fertigungstechnischen Aufwands optimiert werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht das poröse Material aus Füllkörpern, z. B. in Form von Schüttgut, welches ggfs., beispielsweise durch Sinterung, verfestigt sein kann.

Mit der angegebenen Art von Materialien läßt sich eine Porosität in einfacher Weise er zeugen. Das poröse Material kann aus locker geschichteten Körnern bestehen, es kann aber auch zu einer zusammenhängenden porösen Masse verfestigt sein.

Schüttgut hat vor allem den Vorteil, daß es leicht in das Gehäuse einfüllbar ist und ferti gungstechnisch sehr einfach gehandhabt werden kann. Es ist aber auch bei der Bren nerwartung, beispielsweise für eine Reinigung, einfach möglich, Schüttgut wieder aus dem Gehäuse zu entfernen.

Gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung enthält das Schüttgut Metall, eine Metalllegierung oder Keramik, insbesondere Steatit, Stemalox oder Al₂O₃.

Diese Materialien entsprechen in jeder Hinsicht den technischen Anforderungen für einen erfindungsgemäßen Brenner. Das genannte Schüttgut ist leicht erhältlich und liegt auch preislich in einem vertretbaren Bereich. Durch die Weiterbildung wird so ein kostengün stiger und fertigungstechnisch einfacher Aufbau eines erfindungsgemäßen Brenners er möglicht.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht das Schüttgut in der Nähe des Auslasses aus Körnern kugelähnlicher Form mit mittleren Durchmessern von 5 mm und im nachfolgenden Bereich mit mittleren Durchmessern <11 mm, wenn der Durchmes ser zur Erreichung der kritischen P´clet-Zahl zwischen 5 und 11 mm liegt und insbeson dere 9 mm beträgt.

Wenn die Körner des Schüttgutes kugelförmig sind, läßt sich bei der Fertigung die Gleichmäßigkeit des Schüttgutes leicht kontrollieren. Insbesondere gilt das auch für die erreichbare Porosität, die dann nur durch den Durchmesser der kugelförmigen Körner und deren Anordnung in der Schüttung bestimmt ist. Es hat sich bei Stahl, Steatit, Ste malox oder Al₂O₃ und bei Verwendung von Erdgas/Luftgemischen gezeigt, daß die P´clet-Zahl von 65 bei Kugeln mit einem Durchmesser von 9 mm und P´clet-Zahlen von 40 bzw. 90 bei Durchmessern von ungefähr 11 bzw. 5 mm erreicht werden. Bei der Wei terbildung wird also die erforderliche Porosität mit einfachen Mitteln erzielt, vor allem da Schüttgut der genannten Art und der entsprechenden Größe leicht verfügbar ist. Ohne großen Aufwand zu treiben, lassen sich so die erforderlichen Porositäten für einen erfin dungsgemäßen Brenner verwirklichen.

Wie beim Stand der Technik schon erwähnt wurde, läßt sich vor allem die NO_x und CO- Emission durch Einsatz von Katalysatormaterialien verringern. Deswegen ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, daß die Innenflächen der Hohlräume des po rösen Materials bzw. die Oberflächen der Körner des Schüttguts mit einem Katalysator material beschichtet sind.

Bei einem erfindungsgemäßen Brenner ist aufgrund der Porosität eine große Oberfläche zur Wechselwirkung mit dem Gas vorhanden. Dadurch ist zu erwarten, daß ein Kataly sator wesentlich effektiver wirkt, als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Konfigurationen. Außerdem läßt sich ein erfindungsgemäßer Brenner gemäß der Weiter bildung mit Katalysatoren wesentlich einfacher ausstatten, wodurch sehr schnell ein ferti gungsreifer, serienmäßig verfügbarer Katalysatorbrenner möglich gemacht wird.

Gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse zumindest teilweise eine Kühlungsvorrichtung auf.

Im Prinzip könnte man die Wärme, die in das Gehäuse abfließt, auch mit Isoliermaterial gegenüber der Außenwelt abschirmen, jedoch hat eine Kühlung den Vorteil, daß die Wärme von dem Kühlmittel aufgenommen und dann weiterverwendet werden kann. Auf grund dessen kann die Effizienz eines erfindungsgemäßen Brenners weiter erhöht wer den.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Kühlvorrichtung als eine das Gehäuse umgebende bzw. dieses bildende Kühlschlange ausgebildet, durch die ein Kühlmittel, insbesondere Wasser, fließt. Weiter kann eine Überwachungseinrichtung vorgesehen sein, die bei Ausfall des Kühlmittels die Zufuhr von Brennstoff in den Brennraum verhin dert.

Aufgrund dieser Merkmale ist die in der Kühlung aufgenommene Wärme weiterverwend bar, da das fließende Kühlmittel Wärme transportiert, die an einem anderen Ort ent nommen werden kann. Bei Kühlmittelströmen kann aber nicht ausgeschlossen werden, daß der Strom des Kühlmittels durch Leitungsbruch oder Verstopfung der Kühlschlange unterbrochen wird, wodurch sich die Außenwand des Brenners aufheizen könnte, was zu Brand oder Verbrennungen führen kann. Deswegen ist es zweckmäßig, eine Überwa chungseinrichtung vorzusehen, die bei Ausfall des Kühlmittels die Zufuhr von Brennstoff in den Brennraum verhindert.

Aufgrund der Maßnahmen läßt sich also eine hohe Effizienz des Brenners bei gleichzeiti ger Kühlung der Außenwand erzeugen, wobei eine große Sicherheit gewährleistet ist.

Gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist in einem Bereich größerer Porenöffnungen des Materials eine Kühlvorrichtung zum Wärmetauschen vorgesehen.

Mit Hilfe dieser Kühlvorrichtung, die als Kühlschlange ausgebildet sein kann, wird die Wärme im Brenner z. B. als Heißwasser oder Dampf abgeführt und kann in weiteren Pro zessen zur Heizung oder zum Betrieb von Turbinen weiterverwendet werden. Im Gegen satz zum Stand der Technik erfolgt die Wärmeübertragung hier nicht nur durch direkte Wechselwirkung des heißen Gases mit der Kühlvorrichtung, sondern zum größten Teil über das poröse Material, wodurch eine bessere Wärmeübertragung als beim Stand der Technik gewährleistet ist. Auch dieses Merkmal dient zur Erhöhung der Effizienz.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Kühlung des Gehäuses vorgesehen, die mit der Kühlvorrichtung zum Wärmetauschen in Reihe geschaltet ist.

Aufgrund dieser Maßnahme wird die Energie, die durch die Kühlung des Gehäuses im Kühlmittel aufgenommen wird, in denselben Kreis geführt, in dem die Wärme in dem Kühlmittel zum Wärmetauschen verwendet wird. Vorzugsweise wird das Kühlmittel dabei erst zur Kühlung des Gehäuses verwendet und anschließend in den Innenraum des Brenners geleitet, wo es mit dem porösen Material hoher Temperatur wechselwirkt. Bei der Weiterbildung wird so die gesamte vom Brenner erzeugte Wärme im Kühlmittel auf genommen, wodurch die Effizienz weiter erhöht wird.

Je effektiver der Übergang der im Brenner erzeugten Wärme auf die Kühlvorrichtung innerhalb des Brenners ist, desto wirkungsvoller erfolgt die Wärmeübertragung. Außer dem bildet die Kühlvorrichtung im Brenner einen weiteren Strömungswiderstand, der bei der Auslegung des porösen Materials im Bereich der Kühlvorrichtung berücksichtigt wer den kann. Die Kühlvorrichtung wirkt dann also ähnlich wie das poröse Material. Die Menge porösen Materials kann dann verringert werden, wobei auch eine wirkungsvollere Wärmeübertragung erreicht wird, wenn die Kühlvorrichtung gemäß einer Weiterbildung selbst so ausgebildet ist, daß diese zumindest teilweise als poröses Material wirkt und/oder poröses Material ersetzt.

Bei der Optimierung eines Brenners sollte auch der Abstand der Kühlvorrichtung von der Flamme möglichst günstig gewählt werden. Die höchste Temperatur erreicht man zwar in der Nähe der Flamme, es können jedoch auch für geringere Temperaturen geeignete Materialien zur Ausbildung der Kühlvorrichtung ausgewählt werden, wenn diese sich au ßerhalb des Flammbereichs befindet. Außerdem wird die Flamme durch die Kühlvorrich tung nicht zusätzlich gekühlt, wenn diese außerhalb des Flammbereichs liegt, was die Stabilität der Flamme zusätzlich erhöht. Deswegen sieht eine vorzugsweise Weiterbildung der Erfindung vor, daß der Abstand der Kühlvorrichtung von dem Bereich mit der kriti schen P´clet-Zahl mindestens so groß ist, daß die Kühlvorrichtung mit der Flamme nicht in Berührung steht. Auf die Wärmeübertragung von Flamme zur Kühlvorrichtung hat das aufgrund der guten Wärmeleitung im porösen Material nur wenig Einfluß.

Um die Flamme durch die Kühlung des äußeren Gehäuses nicht zu beeinflussen, sieht eine vorzugsweise Weiterbildung der Erfindung vor, daß durch eine zusätzliche Vorrich tung, z. B. einen Einsatz im Brennerraum ein Spalt mit einer Abmessung größer als 1 mm zwischen der Innenwand des Gehäuses und dem Einsatz, in dem sich das poröse Material befindet, entsteht. Dadurch werden die CO-Emissionen, die durch unvollständige oder instabile Verbrennungen entstehen, weiter unterdrückt.

Versuche an Ausführungsbeispielen haben gezeigt, daß die höchste Effektivität dann er reicht wird, wenn die Porosität mit Schüttgut erzeugt wird und die Kühlvorrichtung in ei nem Abstand von 2 bis 4 Korngrößen der Schüttung von dem Grenzbereich mit der kriti schen P´clet-Zahl 65 angeordnet ist. Allgemein ist gemäß einer Weiterbildung zu erwar ten, daß sich die günstigen Bedingungen dann ergeben, wenn die Kühlvorrichtung von der Zone mit der für die kritische P´clet-Zahl erforderlichen Porosität so weit entfernt ist, daß sie nicht in den Flammenbereich eintaucht.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist am Brenner eine Zündvorrichtung so angeordnet, daß die Entflammung des Gas-/Luftgemisches in einem Bereich mit einer Porosität erfolgt, die die kritische P´clet-Zahl aufweist.

Im Prinzip könnte das Gas-/Luftgemisch an allen Stellen des Brenners entzündet werden, an denen ein brennfähiges Gas-/Luftgemisch vorhanden ist, beispielsweise vom Auslaß her. Gemäß der Weiterbildung erfolgt die Zündung aber in einem Bereich, in dem die Po rosität die kritische P´clet-Zahl aufweist. Dadurch wird die Flamme genau in dem Bereich gezündet, in dem sie auch im stabilen Zustand brennt. Aufgrund dessen wird eine hohe Stabilität schon im Zeitpunkt der Entflammung bewirkt, da an anderen Stellen erst ein Rückschlagen der Flamme erfolgen müßte, das jedoch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Brennstoffes gar nicht möglich ist. In diesem Fall könnte eine Zündung nur bei zwischenzeitlicher Reduzierung des Brennstoffflusses erfol gen. Das Merkmal der Weiterbildung reduziert also den apparativen Aufwand für einen erfindungsgemäßen Brenner in hohem Maß, da eine Regelung des Zündvorganges un terbleiben kann.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen Einlaß und porösem Material eine Flammenfalle angeordnet.

Aufgrund des porösen Materials ist zwar kein Rückschlagen der Flamme zu erwarten, da die P´clet-Zahl im Einlaßbereich keine Ausbildung einer Flamme erlaubt. Dennoch ist vor allem aus Sicherheitsgründen eine Flammenfalle vorgesehen, die beispielsweise dann wichtig sein kann, wenn nach Reinigungsarbeiten das die hohe Porosität aufweisende Schüttgut versehentlich in den Einlaßbereich eingefüllt worden ist.

Die Flammenfalle sollte, da sie im Normalfall nicht benötigt wird, möglichst einfach aus gebildet sein. Gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung ist die Flammenfalle eine Platte, die eine Vielzahl von Löchern mit einem Durchmesser kleiner als der für die jeweiligen Brennstoffe kritische "quenching" Durchmesser aufweist. Es hat sich gezeigt, daß diese Flammenfalle bei Erdgas/Luftgemischen wirksam ist. Ihr großer Vorteil liegt vor allem in der Einfachheit der Herstellung und in der sehr kostengünstigen Ausführung. Der Auf wand für die Flammenfalle wird daher gering gehalten und bleibt vertretbar, so daß eine zusätzliche Flammenfalle wirtschaftlich vertretbar eingesetzt werden kann, obwohl sie im Normalfall für den erfindungsgemäßen Brenner nicht notwendig ist.

Aufgrund der hohen Leistungsdichte und der großen Menge Materials zur Aufnahme von Wärme ist es auch einfach, den erfindungsgemäßen Brenner nach Art eines Brennwertkessels zu betreiben, da die Abgastemperatur bei diesen stark reduziert ist. Das dabei jedoch entstehende Kondensat muß abgeführt werden. Dies ist bei dem erfin dungsgemäßen Brenner einfach zu bewerkstelligen, denn es wurden bei Versuchsmo dellen festgestellt, daß diese in jeder Lage, sogar mit Flammentwicklung entgegen der Schwerkraft, betrieben werden können. Bei einem mit dem Auslaß nach unten angeord neten Brenner würde das Kondensat in einfacher Weise durch diesen abfließen können, so daß keine zusätzlichen Maßnahmen getroffen werden müssen. Deshalb sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, daß Einlaß, Auslaß und poröses Material so angeordnet sind, daß entstehendes Kondensat durch den Auslaß abfließen kann.

Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus den nachfolgend anhand der Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Brenners mit drei Zonen;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des Brenners mit zwei Zonen;

Fig. 3 ein Diagramm für P´clet-Zahlen in Abhängigkeit des Ku geldurchmessers bei einer Kugelschüttung,

Fig. 4 ein Diagramm für den Temperaturverlauf innerhalb des porösen Materials bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt durch einen als Wassererhitzer oder Dampferzeuger aus gelegten Brenner entsprechend der in Fig. 2 gezeigten, jedoch mit dem Auslaß nach unten angeordneten Ausführungsform und

Fig. 6 einen Schnitt durch einen mit einem Einsatz versehenen Brenner.

Die Flammentwicklung in porösem Material ist bereits durch mehrere Wissenschaftler untersucht und beschrieben worden, insbesondere durch V.S. Babkin, A.A. Korzhavin und V.A. Bunev in "Propagation of Premixed Gaseous Explosion Flames in Porous Me dia, Combustion and Flame", Volume 87, 1991, S. 182 bis 190. Von diesen Autoren wurde der folgende Ausbreitungsmechanismus für Flammen beschrieben.

Im porösen Material werden Turbulenzen im Brennstofffluß erzeugt. Eine positive Rück kopplung zwischen Flammenbeschleunigung und der Erzeugung von Turbulenzen wird durch lokale Unterdrückung von den chemischen Reaktionen aufgrund intensiven Wär meaustauschens in der turbulenten Flammenzone gedämpft. Wenn die charakteristische Zeit des thermischen Ausgleichs kleiner wird als die chemische Konversion, wird die Flammbildung verhindert. Da außerdem bei turbulenter Strömung die verschiedensten Geschwindigkeiten auftreten, werden die Anteile der Flamme mit maximalen Geschwin digkeiten unterdrückt, wodurch eine stabile Flammenausbreitung erzeugt wird.

Die Experimente der Autoren führten zu einer kritischen P´clet-Zahl von 65 +/- 25 für die Flammenfortpflanzung in porösem Material, wobei die Varianz im wesentlichen durch ex trem unterschiedliche Gaszusammensetzungen gegeben ist. Bei Erdgas/Luftgemischen ist aber im wesentlichen eine P´cet-Zahl von 65 zu erwarten.

Die P´clet-Zahl läßt sich durch die folgende Gleichung errechnen:

Pe = (S_Ld_mc_pρ)/λ,

wobei S_L die laminare Flammengeschwindigkeit, d_m der äquivalente Durchmesser für den mittleren Hohlraum des porösen Materials, c_p die spezifische Wärme des Gasgemi sches, ρ die Dichte des Gasgemisches und λ die Wärmeleitzahl des Gasgemisches ist. Die Gleichung zeigt, daß die Bedingungen für die Flammentwicklung im wesentlichen von Gasparametern abhängen, und die Eigenschaften des porösen Materials nur über d_m in die Gleichung eingehen. Die P´clet-Zahl ist also im wesentlichen unabhängig von den Materialeigenschaften und nur abhängig von der Porosität. Es können also bei erfin dungsgemäßen Brennern die verschiedensten Materialien bzw. geometrische Formen als poröses Material verwendet werden.

Im übrigen sind alle in die Gleichung eingehenden Werte meßbar, so daß mit Hilfe der angegebenen Gleichung eine technische Lehre gegeben ist, die sich auf die verschie densten Gasgemische anwenden läßt.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Brenner mit einem Gehäuse 1, welches einen Einlaß 2 für das Gas-/Luftgemisch und einen Auslaß 3 für die Abgase aufweist. In einem Abstand vom Einlaß 2 ist eine Flammenfalle 4 vorgesehen, welche den Innenraum des Gehäuses 1 unterteilt. Der zwischen dieser Flammenfalle 4 und dem Auslaß 3 gele gene Teil des Innenraumes des Gehäuses 1 ist mit einem porösen Material 5 ausgefüllt. Weiter ist eine Zündvorrichtung 6 zur Zündung des Gasgemisches vorgesehen.

Das Gas-/Luftgemisch tritt durch den Einlaß 2 ein und die Abgase verlassen den Brenner durch den Auslaß 6. Das poröse Material 5 weist örtlich unterschiedliche Porositäten auf, und zwar entsprechend den unterschiedlich schraffierten Zonen A, B und C. In Zone A sind die Poren so klein, daß die sich daraus ergebende P´clet-Zahl kleiner als die kriti sche P´clet-Zahl (65 für Erdgas/Luftgemische) ist. Die kritische P´clet-Zahl ist der Grenzwert, oberhalb dem eine Flamme entstehen kann bzw. unterhalb dem eine Flamme unterdrückt wird. In Zone C ist die P´clet-Zahl wesentlich größer als die kritische P´clet- Zahl, so daß sich dort eine Flamme entwickeln kann. Zone B stellt einen Übergangsbe reich dar, innerhalb dem die Porosität die kritische P´clet-Zahl erreicht.

Nach den dargestellten Erkenntnissen über die Flammentwicklung im porösen Material kann die Flamme nur in Zone B entstehen, und zwar nur an den Stellen, an denen die Porosität die kritische P´clet-Zahl erreicht. Das poröse Material kühlt dabei die Flamme, so daß nur wenig NO_x erzeugt wird. Die Innenflächen der Hohlräume des porösen Mate rials, insbesondere des der Zone B, können auch mit einem Katalysator beschichtet wer den, wodurch eine weitere Verringerung des NO_x und CO-Anteils im Abgas erreicht wird.

Aufgrund der oben dargestellten physikalischen Gesetzmäßigkeiten für die Flamment wicklung in porösem Material wird sich die Flamme in der Zone B stabilisieren, und zwar an Orten, an denen das Gas-/Luftgemisch gerade die kritische P´clet-ZahI erreicht. Dies bedeutet aber auch, daß sich die Flammenansätze bei starken Änderungen der physikali schen Parameter innerhalb der Region B verschieben können, so daß eine örtliche Flammenstabilität prinzipiell nicht gegeben ist. Andererseits hat die durch die Zone B ge gebene Übergangsschicht den Vorteil, daß sich die Flammenfront bei den kleinstmögli chen Hohlräumen stabilisiert, wodurch der bestmögliche Wärmeübergang von der Flamme zum porösen Material gewährleistet ist.

Wird jedoch auf eine örtlich stabile Flamme Wert gelegt, kann ein Brenner nach dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet werden. Bei diesem ist gegenüber dem in Fig. 1 beschriebenen die Zone B weggelassen worden, so daß nur die zwei Zonen A und C vorhanden sind. Hier stabilisiert sich die Flamme aufgrund der oben dargestellten Gesetzmäßigkeiten an der Grenzschicht zwischen Zone A und Zone C. Die Flamme ist also durch die Grenzfläche festgelegt und daher ortsstabil. Aufgrund der Varianz von +/- 25 der angegebenen P´clet-Zahl von 65 ist es vorteilhaft, in Zone A eine Porosität vorzu sehen, deren P´clet-Zahl kleiner als 40 ist und in Zone C eine Porosität, die einer P´clet- Zahl von größer 90 entspricht. Dann bestimmt die Grenzschicht für einen großen Bereich von Gas-/Luftgemischen den Ort der Flammentwicklung, wodurch die Stabilität für einen großen Bereich von Gasparametern gewährleistet wird.

Für das poröse Material können unterschiedliche Materialien, z. B. Keramikwerkstoffe, verwendet werden. Es sind aber auch hitzebeständige Schaumkunststoffe möglich. Bei den folgenden Betrachtungen wird als poröses Material Schüttgut verwendet. Bei Schütt gut mit runden Körnern läßt sich der in die Gleichung für die P´clet-Zahl eingehende Pa rameter d_m für die Porosität aufgrund von geometrischen Überlegungen berechnen als d_m = δ/2,77, wobei δ der Durchmesser der kugelförmigen Körner des Schüttguts ist.

Entsprechend der oben angegebenen Gleichung wurden für Erdgas/Luftgemisch P´clet- Zahlen in Abhängigkeit vom Durchmesser δ berechnet, die in Fig. 3 dargestellt sind. Für die Berechnung wurde eine stöchiometrische laminare Flammengeschwindigkeit S_L von 0,4 mm pro sec angenommen. Die P´clet-Zahl von 65 wird bei einem Kugelradius von 9 mm erreicht, während die genannten P´clet-Zahlen von 40 bzw. 90 bei 6 mm bzw. bei 12,5 mm gegeben sind.

In einem Versuchsaufbau gemäß Fig. 2 wurden Körner mit Durchmessern von 5 mm in Zone A und 11 mm in Zone C verwendet. Dabei wurden unterschiedlichste Testmateria lien verwendet, z. B. Kugeln aus poliertem Stahl sowie Keramikkörner unterschiedlichster Zusammensetzungen und Größen, wie Steatit, Stemalox oder Al₂O₃. Es zeigte sich, daß die erfindungsgemäßen Vorteile bei allen Materialien erreicht wurden.

Der Temperaturverlauf in Flußrichtung des Gas-/Luftgemisches in einem derartigen Ver suchsbrenner ist in Fig. 4 für verschiedene Leistungen dargestellt, wobei der Mantel von außen gekühlt wurde. Es zeigte sich, daß selbst bei hohen Leistungen von 9 kW die höchste Temperatur unter 1500°C lag. Deshalb können alle Materialien verwendet wer den, die bis 1500°C temperaturstabil sind.

In Fig. 4 ist eine erste senkrechte Linie eingezeichnet, die die Grenzfläche zwischen der Zone A und der Zone C darstellt. Es ist deutlich erkennbar, daß die höchste Temperatur an der Grenzfläche bzw. bezüglich kurz hinter der Grenzfläche in der Zone C entsteht.

Weiter ist aus Fig. 4 erkennbar, daß die Temperaturen zum Auslaß 3 (zweite senkrechte Linie) hin stark abfallen. Es kann also mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Brenners eine Abgastemperatur unterhalb des Taupunkts erreicht werden, wodurch sich die Vorteile ei nes Brennwertkessels ergeben. Allerdings muß aber das dabei entstehende Kondensat abgeführt werden. Es hat sich gezeigt, daß der Brenner unabhängig von seiner Lage zum Schwerefeld der Erde stabil arbeitet, so daß er auch waagerecht oder mit dem Auslaß 3 nach unten betrieben werden kann. Bei dieser letzten Anordnung kann das Kondensat aus dem Brenner herausfließen.

Die niedrige Gastemperatur am Auslaß zeigt auch, daß die Wärme des verbrannten Gas-/Luftgemisches fast vollständig von dem porösen Material aufgenommen wird, wodurch der Bau eines Wärmetauschers mit großer Effizienz ermöglicht wird. Mit einem Brenner nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist es möglich, einen Wassererhitzer mit einer Lei stung von 5 kW, einer Abgastemperatur von 60°C und einem Wirkungsgrad von 95% zu bauen. Die baulichen Abmessungen des Brenners konnten dabei sehr klein gehalten werden, so betrug die Länge des Brenners nur 15 cm und der Durchmesser 8 cm. Die ge ringen Abmessungen sind vor allem auf die hohe Leistungsdichte zurückzuführen, die mit Hilfe von porösem Material erreicht werden kann.

Fig. 4 zeigt auch, daß die höchsten Temperaturen kurz hinter der Grenzfläche zwischen Zone A und Zone C entstehen. Hieraus folgt, daß für die Erzeugung heißen Dampfes die Wärmeübertragung von der Flamme auf das zu erhitzende Wasser in der Nähe dieser Grenzfläche stattfinden sollte. Eine das zur Dampferzeugung vorgesehene Wasser füh rende Kühlvorrichtung sollte daher in dem Bereich des porösen Materials verlaufen, der ungefähr 3 cm von der Grenzfläche entfernt ist.

Unabhängig hiervon ist es im allgemeinen zweckmäßig, die Kühlvorrichtung nicht zu nah an der Flamme anzuordnen, da die Flamme zur Erhaltung ihrer Stabilität nicht selbst ab gekühlt werden soll. Deswegen ist es vorteilhaft, die Kühlvorrichtung in die Nähe der Grenzschicht zu verlegen, aber nicht in den Flammbereich. Sollten Materialprobleme auf grund der hohen Temperaturen bei der Ausführung der Kühlvorrichtung entstehen, sind größere Abstände vorzuziehen.

Fig. 5 zeigt den schematischen Aufbau eines zum Erhitzen von Wasser bzw. zum Erzeu gen von Dampf geeigneten Brenners. Dieser umfaßt im wesentlichen wieder das Ge häuse 1, den Einlaß 2, den Auslaß 3, die Flammenfalle 4, die Zündeinrichtung 6 und das poröse Material 5. Der Brenner ist mit seinem Auslaß 3 nach unten angeordnet, so daß Kondensat leicht abfließen kann. Das poröse Material 5 ist nur schematisch durch gleich große Kugeln angedeutet. Dies entspricht nicht den realen Gegebenheiten, denn die Po rosität des porösen Materials ändert sich ja entlang der Flußrichtung des Gas-/Luftgemisches, wobei die Kugeln im Einlaßbereich einen geringeren Durchmesser als im Auslaßbereich aufweisen.

Die Grenzfläche zwischen den oben beschriebenen Zonen A und C ist durch eine unter brochene Linie 7 angedeutet. Wie vorstehend schon erläutert, entsteht die Flamme an dieser Grenzfläche 7 und überträgt ihre Wärme im wesentlichen in einem Bereich von wenigen cm in der Region C auf das poröse Material.

Zusätzlich ist eine das Gehäuse 1 umgehende bzw. dieses sogar bildende äußere Kühl vorrichtung 8 vorgesehen, die als um das Gehäuse 1 angeordnete Kühlschlange ausge bildet sein kann und die Wärmeabfuhr nach außen verhindert. Die Kühlschlange wird von Wasser durchflossen und ist mit einem Wasserwächter versehen, der bei Ausfall von Kühlmittel den Zustrom des Gas-/Luftgemisches in den Einlaß 2 unterbricht, so daß das Gehäuse 1 stets gekühlt wird, wenn der Brenner in Betrieb ist. So wird sichergestellt, daß sich die Außenwand nicht zu stark erwärmen kann, wodurch wiederum verhindert wird, daß man sich am Gehäuse verbrennen kann oder von diesem ein Brand ausgelöst wird. Die von der Gehäusewand durch die Kühlschlange abgeführte Wärme kann weiterver wendet werden, dadurch erhöht sich die Effizienz bei der Heißwasser- oder Dampfer zeugung.

Weiter zeigt Fig. 5 die Anordnung einer inneren Kühlvorrichtung 9, die sich vom Auslaß 3 her bis kurz vor die Grenzfläche 7 in das poröse Material der Zone C erstreckt.

Die innere Kühlvorrichtung 9 ist nur schematisch angedeutet, in der Praxis kann sie z. B. die Form einer Spirale aufweisen, damit ein möglichst guter Wärmeübergang vom po rösen Material 5 gewährleistet ist. Es sind aber auch kompliziertere Ausführungsformen für die Kühlvorrichtung 9 denkbar. So kann diese beispielsweise selbst das poröse Mate rial bilden bzw. zur Porosität beitragen, wodurch ein noch besserer Wärmeübergang möglich wird.

Die äußere Kühlvorrichtung 8 ist mit der inneren Kühlvorrichtung 9 in Reihe verbunden, wodurch das schon durch das Gehäuse 1 vorgewärmte Wasser in die innere Kühlvor richtung 9 geführt wird und zur Erhitzung des Wassers bzw. für die Erzeugung von Dampf mitverwendet wird.

Um zu vermeiden, daß die Flamme im Brennraum nicht durch zu starke Abkühlung durch die äußere Kühlvorrichtung 8 beeinflußt wird, ist, wie aus Fig. 6 ersichtlich, im Flammbe reich des Brennraumes ein Einsatz 10, der aus einem geeigneten Material besteht, vorgesehen, der das poröse Material 5 aufnimmt und die Innenwand des Gehäuses 1 ge gen direkte Wärmebestrahlung abschirmt. Der Einsatz 10 kann auch so ausgebildet sein, daß er in einem Abstand von der Innenwand des Gehäuses 1 angeordnet ist, so daß sich zwischen der Innenwand und dem Einsatz 10 ein Spalt 11 bildet, der frei von dem brennbaren Gas-/Luftgemisch ist.

Durch diese Ausbildung des Brennraumes im Flammbereich werden die CO-Emissionen, die durch unvollständige oder instabile Verbrennung entstehen, weiter unterdrückt.

Die Flammenfalle 4 soll ein Rückschlagen der Flamme verhindern. Grundsätzlich ist sie bei dem erfindungsgemäßen Brenner nicht notwendig, da die Flamme wegen der gerin gen P´clet-Zahl in der Zone A nicht zum Einlaß 2 durchschlagen kann, sie ist also ledig lich zur Erhöhung der Sicherheit vorgesehen. Die Flammenfalle besteht im Ausführungs beispiel gemäß Fig. 5 aus einem 4 mm dicken Stahlblech, in das eine Vielzahl von Lö chern mit einem Durchmesser von 1 mm gebohrt wurde, wobei die Dichte der Löcher klei ner als 20/cm² ist.

Die Zündeinrichtung 6 befindet sich in der Nähe der Grenzfläche 7, um eine besonders wirkungsvolle Zündung zu ermöglichen. Im Ausführungsbeispiel brennt die Flamme selbststabilisierend an der Grenzfläche 7.

Es wurden auch Versuche mit einer Zündung vom Auslaß 3 her durchgeführt. Diese Art der Zündung war jedoch nachteilig, da die Geschwindigkeit der Flammenfront der freien Flamme vergleichsweise gering zu der Flammengeschwindigkeit im porösen Material ist. Ein Rückschlagen der Flamme vom Auslaß 3 zur Grenzfläche 7 war nur möglich, wenn die mittlere Geschwindigkeit des Gas-/Luftgemisches am Auslaß 3 gering gehalten wurde. Eine Zündung vom Auslaß 3 her würde also eine zusätzliche Regelung erfordern, bei der die Strömungsgeschwindigkeit des Gas-/Luftgemisches erst gedrosselt und dann nach Entflammung an der Grenzfläche 7 wieder erhöht wird. Hieraus ergibt sich der Vor teil einer Zündung in Nähe der Grenzfläche 7, die komplizierte Regelungs-Lösungen für das Gas-/Luftgemisch nicht erfordert.

Die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen den einfachen Aufbau des erfin dungsgemäßen Brenners bei geringer Temperatur, guter Wärmeübertragung sowie einer stabilen Flamme. Bei unvollständiger Verbrennung ist es bei den erfindungsgemäßen Brennern auch möglich, diese überstöchiometrisch zu betreiben oder durch das Vorsehen von Katalysatormaterial in dem porösen Material eine bessere Verbrennung durchzufüh ren, wobei der Schadstoffanteil im Abgas noch weiter reduziert wird.

Claims

1. Brenner mit einem Gehäuse (1), das einen Brennraum mit einem Einlaß (2) für ein Gas-/Luftgemisch als Brennstoff und einen Auslaß (3) für das Abgas aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) ein poröses Material (5) mit zusammenhängen den Hohlräumen enthält, dessen Porosität sich längs des Brennraumes so ändert, daß die Porengröße in Flußrichtung des Gas-/Luftgemisches vom Einlaß (2) zum Auslaß (3) zunimmt, wobei sich in einer Zone (B) oder an einer Grenzfläche (7) des porösen Materi als (5) im Brennraum für die Porengröße eine kritische P´clet-Zahl für die Flamment wicklung ergibt, oberhalb der eine Flamme entstehen kann und unterhalb der die Flammentwicklung unterdrückt ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kritische P´clet-Zahl 65±25 und insbesondere für Erdgas/Luftgemische 65 beträgt.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) zwei in Flußrichtung des Gas-/Luftgemisches hintereinander liegende Zonen (A, C) unter schiedlicher Porengröße vorgesehen sind, wobei die dem Einlaß (2) nachgeordnete erste Zone (A) eine P´clet-Zahl aufweist, die kleiner als die kritische P´clet-Zahl ist, und die vom Einlaß (2) weiter entfernte zweite Zone (C) eine P´clet-Zahl aufweist, die größer als die kritische P´clet-Zahl ist.

4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (A) eine Po rengröße aufweist, die eine P´clet-Zahl 40 ergibt, und die zweite Zone (C) eine Poren größe aufweist, die eine P´clet-Zahl 90 ergibt.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material hitzebeständiger Schwammkunststoff, Keramik oder Metall bzw. eine Metalle gierung ist.

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material bis zu ei ner Temperatur von 1500°C hitzebeständig ist.

7. Brenner nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material Füllkörper sind, z. B. in Form von Schüttgut, welche gegebenenfalls, beispielsweise durch Sinterung, verfestigt sein kann.

8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut Metall oder Ke ramik, insbesondere Steatit, Stemalox oder Al₂O₃ enthält.

9. Brenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut in der Nähe des Einlasses (2) aus Körnern kugelähnlicher Form mit mittleren Durchmessern von 5 mm und im nachfolgenden Bereich mit mittleren Durchmessern 11 mm besteht, wenn bei atmosphärischem Druck der Durchmesser zur Erreichung der kritischen P´clet-Zahl zwischen 5 und 11 mm liegt und insbesondere 9 mm beträgt.

10. Brenner nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen der Hohlräume des porösen Materials bzw. die Oberflächen der Körner des Schüttguts mit ei nem Katalysatormaterial beschichtet sind.

11. Brenner nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) zu mindest teilweise eine Kühlvorrichtung (8) aufweist.

12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (8) als eine das Gehäuse (1) umgebende bzw. dieses bildende Kühlschlange ausgebildet ist, durch welche ein Kühlmittel, insbesondere Wasser, fließt.

13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungsein richtung vorgesehen ist, die bei Ausfall des Kühlmittels die Zufuhr von Brennstoff in den Brennraum blockiert.

14. Brenner nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bereich grö ßerer Porenöffnungen des Materials eine Kühlvorrichtung (9) zum Wärmetauschen an geordnet ist.

15. Brenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (8) des Gehäuses (1) mit der Kühlvorrichtung (9) zum Wärmetauschen in Reihe geschaltet ist.

16. Brenner nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrich tung (9) selbst so ausgebildet ist, daß diese zumindest teilweise als poröses Material wirkt und/oder poröses Material ersetzt.

17. Brenner nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab stand der Kühlvorrichtung (9) von der Zone (B) oder der Grenzfläche (7) mit der kritischen P´clet-Zahl mindestens so groß ist, daß die Kühlvorrichtung (9) mit der Flamme nicht in Berührung kommt.

18. Brenner nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Gehäuses (1) mindestens im Flammbereich durch eine zusätzliche Vorrichtung (10), bei spielsweise durch einen Einsatz aus geeignetem Material, gegen direkte Wärmebestrah lung abgeschirmt ist.

19. Brenner nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) in ei nem einen Spalt (11) freilassenden Abstand von der Innenwand des Gehäuses (1) ange ordnet ist, der frei von dem Gas-/Luftgemisch ist.

20. Brenner nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (9) von der Zone mit der für die kritische P´clet-Zahl erforderli chen Porosität so weit entfernt ist, daß sie nicht in den Flammbereich eintaucht.

21. Brenner nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zündvorrichtung (6) so angeordnet ist, daß die Entflammung des Gas-/Luftgemisches in einem Bereich mit einer Porosität erfolgt, die die kritische P´clet-Zahl aufweist.

22. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Einlaß (2) und porösem Material (5) eine Flammenfalle (4) angeordnet ist.

23. Brenner nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenfalle (4) eine Platte ist, die eine Vielzahl von Löchern mit einem Durchmesser kleiner als der für die je weiligen Brennstoffgemische kritischen "quenching" Durchmesser aufweist.

24. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß Einlaß (2), Auslaß (3) und poröses Material (5) so angeordnet sind, daß Kondensat durch den Auslaß (3) abfließen kann.