DE4408714C1 - Katalytischer Gasbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen katalytischen Gasbrenner nach dein Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Brenner dieser Art ist der DE 42 04 320 C1 zu entnehmen. Dieser besitzt eine erste und eine zweite Katalysatorstufe, und zwar gemäß dem Ausführungsbeispiel in Form eines katalytisch beschichteten Spaltbrenners und eines nachgeschalteten, ebenfalls katalytisch beschichteten monolithischen Brenners. Nach dem Starten der katalytischen Verbrennung bei etwa 300-350°C erfolgt eine flammenlose Ver­ brennung unterhalb von 1000°C ohne eine umweltschädliche NO_x-Bildung. Die Katalysatorstufen sind dabei in Reihe geschaltet, wobei in jeder Stufe eine Ver­ brennung unter den dort gerade vorliegenden Bedingungen erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die katalytische Verbrennung in den beiden Katalysatorstufen so aufeinander abzustimmen, daß in jeder der beiden Stu­ fen genau die ihr angemessene Brenngasmenge umgesetzt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1.

Die beiden Katalysatorstufen beeinflussen sich hinsichtlich der in ihnen umgesetz­ ten Brenngasmengen gegenseitig. Zu diesem Zweck kann von der zweiten Kataly­ satorstufe je nach der in ihr umgesetzten Brenngasmenge eine mehr oder weniger große Wärmeübertragung an die ihr vorgeschaltete erste Katalysatorstufe erfolgen. Durch diese Wärmerückführung erfolgt eine Verbesserung der Prozeßstabilität in der ersten Stufe.

Wird nämlich in der ersten Stufe im Verhältnis zu wenig Brenngas umgesetzt, weil die katalytisch beschichtete Fläche beispielsweise noch nicht genügend aufgeheizt ist, dann erfolgt zwangsweise eine stärkere Umsetzung in der zweiten Stufe. Durch die Rückführung der Wärme wird die erste Stufe zu einer verstärkten Umsetzung angeregt, so daß sich beide Stufen im Sinne einer Prozeßoptimierung ergänzen. Auf der Gegenseite kann es auch sein, daß die Umsetzung in der zweiten Stufe zu gering ist. In diesem Fall erfolgt eine Wärmezuführung von der ersten Stufe. Die Temperatur in der zweiten Stufe wird angehoben. Dadurch wird die Umsetzung der Brenngasmenge verbessert.

Bei einem katalytischen Gasbrenner mit einem einen Zylinderkörper umgegebenden Spaltbrenner und einem im Zylinderkörper angeordneten, Nachbrenner läßt sich die Erfindung einfach verwirklichen. Nach dem Starten der katalytischen Verbrennung im Spaltbrenner durchströmt das teilweise verbrannte Gemisch den Nachbrenner. Infolge eines Wärmeaustausches durch die Wand des Zylinderkörpers beeinflussen sich der Spaltbrenner und der Nachbrenner gegenseitig. Die Umsetzung der Brenngasmenge wird optimiert. Durch die Anordnung des Nachbrenners im Zylinderkörper erfolgt auch eine Wärmeübertragung an das einströmende Gemisch. Dieses wird vorgewärmt, was ebenfalls zur besseren katalytischen Verbrennung beiträgt.

Die Zeichnung stellt in einer einzigen Figur einen vertikalen Schnitt durch einen Wassererhitzer mit integriertem katalytischen Brenner als Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.

Im Wasserraum 1 eines Wassererhitzers sitzt ein katalytischer Gasbrenner mit ei­ ner ersten Katalysatorstufe. Dieser besteht aus einem einen Zylinderkörper 3 umgebenden in Form eines Spaltbrenners 2 mit einer katalytischen Beschichtung 8 auf dem Zylinderkörper 3 und aus einer zweiten Katalysatorstufe in Form eines Nachbrenners 4 innerhalb des Zylinderkörpers 3. Das Brenngas-Luft-Gemisch strömt durch den Gemischeintritt 5 ein und ist durch einen Isolierkörper 6 gegen eine Selbstentzündung geschützt. Zunächst durchströmt es dann einen Ringspalt 7, in dem es vorgeheizt wird, und der gleichzeitig als Isolierung gegenüber dem Wasserraum 1 dient.

Nach einer Umlenkung gelangt das Gemisch in den eigentlichen Spaltbrenner 2. Nach einer weiteren Umlenkung tritt es dann in das Innere des Zylinderkörpers 3 ein, an dessen Eintrift ein schematisch angedeuteter Startbrenner 9 zur Verbrennung mit offener Flamme angeordnet ist. Hier beginnt die eigentliche Verbrennung. Sobald im Spaltbrenner 2 Starttemperaturen von etwa 300-350°C erreicht sind, startet die katalytische Verbrennung. Bei ausreichendem Umsatz erlischt der Startbrenner 9. Es erfolgt dann nur noch eine katalytische Verbrennung.

Im Interesse einer Prozeßstabilisierung erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Spaltbrenner 2 und dem Nachbrenner 4 in Abhängigkeit von der in ihnen umgesetzten Brenngasmenge, z. B. anhand der Reaktionstemperatur. Wenn mehr Brenngas im Nachbrenner 4 umgesetzt wird, erfolgt eine stärkere Wärmeübertragung an den Spaltbrenner 2 und damit eine erhöhte Brenngasumsetzung in dieser Stufe. Wird gerade die angemessene Brenngasmenge im Nachbrenner 4 umgesetzt, dann wird nur das Brenngas-Luft-Gemisch vorgewärmt. Wenn hingegen im Nachbrenner 4 zu wenig Brenngas umgesetzt wird, dann erfolgt ein Wärmeaustausch von höher aufgeheizten Spaltbrenner 2 her. Die Temperatur im Nachbrenner 4 wird angehoben. Die Verbrennung wird angeregt.

Die Wärmeübertragung vom Nachbrenner 4 zum Spaltbrenner 2 und umgekehrt erfolgt nur zum Teil direkt. Der Nachbrenner 4 bekommt fast seinen ganzen Wärmeanteil durch das noch nicht vollständig ausgebrannte Brenngas-Luft- Gemisch. Nur ein ganz geringer Anteil kommt durch einen direkten Wärmeaustausch durch die Wand des Zylinderkörpers 3, sofern im Spaltbrenner 2 eine höhere Temperatur vorliegt. Auf der Gegenseite erhält auch der Spaltbrenner 2 nur einen geringen Wärmeanteil durch direkten Wärmeaustausch. Der größere Anteil kommt durch die aus dem Nachbrenner 4 austretenden Verbrennungsgase. Damit diese den Zylinderkörper 3 voll beaufschlagen, kann dem Nachbrenner 4 ein Verdrängerkörper 10 nachgeschaltet werden.

Claims (4)

1. Katalytischer Gasbrenner zur flammenlosen Verbrennung eines Brenngas- Luft-Gemisches mit einer ersten und einer zweiten Katalysatorstufe, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Katalysatorstufen im Wärmeaustausch zueinander stehen und daß sie sich je nach den in ihnen jeweils umgesetzten Brenngasmengen hinsichtlich ihres Brennverhaltens gegenseitig beeinflussen und dadurch die Prozeßstabilität verbessern.

2. Katalytischer Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Katalysatorstufe bei zu viel in ihr umgesetzter Brenngasmenge infolge eines Temperaturanstieges vermehrt Wärme an die erste Katalysatorstufe überträgt und die Umsetzung der Brenngasmenge in dieser steigert.

3. Katalytischer Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Katalysatorstufe bei zu wenig in ihr umgesetzter Brenngasmenge infolge eines Temperaturanstieges in der ersten Katalysatorstufe vermehrt Wärme von dieser erhält und zu einer verstärkten Umsetzung der Brenngasmenge angeregt wird.

4. Katalytischer Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Katalysatorstufe als ein einen Zylinderkörper (3) umgebender Spaltbrenner (2) und die zweite Katalysatorstufe als ein im Zylinderkörper (3) angeordneter Nachbrenner (4) ausgebildet sind, wobei der Spaltbrenner (2) und der Nachbrenner (4) durch die Wand des Zylinderkörpers (3) im Wärmeaustausch miteinander stehen.