EP0686808A1 - Zylindrischer Strahlungsbrenner - Google Patents

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EP0686808A1
EP0686808A1 EP95108284A EP95108284A EP0686808A1 EP 0686808 A1 EP0686808 A1 EP 0686808A1 EP 95108284 A EP95108284 A EP 95108284A EP 95108284 A EP95108284 A EP 95108284A EP 0686808 A1 EP0686808 A1 EP 0686808A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
cylinder
hood
gas
combustion chamber
Prior art date
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Ceased
Application number
EP95108284A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Elfriede Dr. Herzog
Hans-Willi Müller
Konrad Weber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Joh Vaillant GmbH and Co
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Filing date
Publication date
Priority claimed from AT113594A external-priority patent/AT401562B/de
Priority claimed from AT113694A external-priority patent/AT401809B/de
Application filed by Joh Vaillant GmbH and Co filed Critical Joh Vaillant GmbH and Co
Publication of EP0686808A1 publication Critical patent/EP0686808A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
    • F23C13/02—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material characterised by arrangements for starting the operation, e.g. for heating the catalytic material to operating temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12—Radiant burners
    • F23D14/18—Radiant burners using catalysis for flameless combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12—Radiant burners
    • F23D14/14—Radiant burners using screens or perforated plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00003—Fuel or fuel-air mixtures flow distribution devices upstream of the outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/0027—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using fluid fuel
    • F24H1/0045—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using fluid fuel with catalytic combustion

Definitions

  • the invention relates to a radiant burner according to the preamble of claim 1.
  • the aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a radiant burner of the type mentioned at the outset, in which the speed of the outflowing gas-air mixture remains essentially constant.
  • the proposed measures ensure that the throughflow through the nozzle increases as the load increases as the load increases, since the distribution hood is lifted from the face of the nozzle with increasing throughput and can move away from the face of the nozzle with increasing throughput.
  • the outflow cross-section for the gas-air mixture increases taking into account the distribution hood, as a result of which the outflow speed into the space outside the distribution hood remains constant.
  • the features of claim 2 have the advantage that a certain minimum outflow cross section is ensured.
  • the features of claim 3 ensure reliable guidance of the distribution hood and a structurally simple solution for realizing a constant surface loading of the burner with increasing load.
  • the features of claim 4 ensure that there is a very intimate and uniform mixing of the air with the fuel gas.
  • Another object of the invention is to propose a radiant burner for a heating device according to the preamble of claim 5, which is characterized by a high constancy of the outflow speed of the fuel gas-air mixture with changing loads.
  • a radiation burner according to the preamble of claim 5 was known for example from DE-PS 42 04 320.
  • the fuel gas-air mixture flows out of a tube into a distribution space and from there in the lowest Area of a combustion chamber arranged openings in a wall of the distribution chamber in the combustion chamber.
  • the outflow speed of the fuel gas-air mixture is largely constant with changing loads in a heating device according to the preamble of claim 5 by the characterizing features of claim 5.
  • the proposed measures ensure that the throughflow through the nozzle increases as the load increases, since the distribution hood lifts off the front of the nozzle with increasing throughput and can move away from the front of the nozzle with increasing throughput .
  • the outflow cross section for the gas-air mixture of the distribution hood increases, as a result of which the outflow speed into the space outside the distribution hood remains almost constant.
  • the distribution hood is guided into a perforated cylinder, on the outer surface of which the mixture is converted.
  • the measures proposed also ensure that the burner volume is variable and different changes with the burner load. This ensures that the surface load of the radiant burner remains constant.
  • the cylinder for delimiting the combustion chamber can be made of a solid or fiber ceramic. Furthermore, it is also possible to use a wire mesh, expanded metal or metal fleece to manufacture the cylinder.
  • This radiant burner is arranged in a combustion chamber, in which a lamella-equipped double jacket, through which a heating medium can flow, is arranged, which removes heat from the combustion chamber.
  • the burner is ignited conventionally on the outer surface of the wire mesh.
  • the mesh size of the wire mesh should be smaller than the extinguishing distance at operating temperature.
  • the further description relates to a catalytic burner.
  • the nozzle with the gas distribution hood fitted over it is located in a cylindrical burner that bears against a double-jacket heat exchanger.
  • the inner cylinder consists of a solid or fiber ceramic, it being essential that the surface of the cylinder is coated with a catalyst.
  • the first stage of the heating device which is formed by the cylinder delimiting the combustion chamber
  • Some of the heat is given off by conduction to a cooling jacket through which a heat exchange medium flows. Care must be taken, however, that if the gas-air mixture is not preheated, the catalyst bed temperature does not drop below 500-700 ° C or, if the gas-air mixture is preheated to approx. 200 ° C, not below 300 - 500 ° C drops.
  • the proposed measures also have the advantage of good guidance of the distribution hood, which stands out more and more from the free end face of the nozzle with increasing burner load and thus increasing throughput of the gas-air mixture. Despite the increasing load, the desired constant catalytic conversion rate can be kept constant due to the almost constant flow velocity of the mixture and the increase in volume of the combustion chamber.
  • the characterizing features of claim 6 result in the advantage that the combustion chamber is subdivided and the unused part of the combustion chamber volume is also heated. Due to the low flow velocities, the still incompletely converted gas-air mixture can react further on the catalyst above.
  • the features of claim 7 provide the possibility of being able to determine a minimum outflow cross section in a simple manner.
  • a radiation burner according to the invention according to FIGS. 1 and 2 has a mixing chamber 1 which is connected to a nozzle 3 via a pipe 2.
  • Spacers 5 protrude from the free end face 4 of the nozzle 3 in the axial direction of the nozzle 3, on which a distribution hood 6 rests.
  • This distribution hood 6 has an essentially impermeable central disk 7, covering the outlet cross section 19 of the nozzle, to which a conical jacket 8 adjoins, which widens towards the bottom.
  • the lower edge 13 of the jacket 8 is bent upwards.
  • the jacket 8 is further provided with openings 9.
  • the gas line 10, which projects into the mixing chamber 1 and is provided with a proportional solenoid valve 25, and the air line 11, which also projects into the mixing chamber 1, are directed at an angle against the rear wall 12 of the mixing chamber 1, which serves as an impact wall. This results in a very intimate and uniform mixing of the fuel gas and the air that flows from the mixing chamber 1 into the narrowing pipe 2.
  • the ends 70 of the hood 8 are guided on the inside 71 of the cylinder 14.
  • the distribution hood 6 stands out more and more from the spacers 5 of the end face 4 of the nozzle 3 as the load on the radiation burner increases. This increases the outflow cross section, which is also limited, inter alia, by the edge of the end face 4 of the nozzle 3 and the jacket 8 of the distribution hood 6.
  • the lifting off of the distributor hood 6 is caused by the gas jet emerging from the actual nozzle 3, which varies in strength as the burner is modulated.
  • FIG. 4 shows a radiation burner according to the invention, in which the closed distribution hood 6 is guided in a cylinder 14 made of a wire mesh, which is held on the tube 2.
  • the lifting of the distribution hood 6 with increasing load is indicated schematically in FIG. 4, the cylinder 14 provided with openings being closed at the top and limiting the movement path of the distribution hood 6.
  • the mixture is reacted in the immediate vicinity of the surface so that a sufficiently large proportion of heat can be extracted as radiant heat.
  • This radiant burner is arranged in a combustion chamber 15, in which a double jacket 16, through which a heating medium can flow, is arranged, which removes heat from the combustion chamber 15.
  • a condensate drain 17 is arranged in the region of the bottom of the cylindrical combustion chamber 15.
  • the exhaust pipe 18 is also connected in the lower region of the combustion chamber 15.
  • the burner is ignited conventionally on the outer surface of the wire mesh.
  • the mesh size of the wire mesh should be smaller than the extinguishing distance at operating temperature.
  • the heat exchanger elements integrated in the combustion chamber are provided with fins, or a finned heat exchanger must be integrated into the exhaust gas space.
  • the distribution hood is provided with openings.
  • the cylinder of the radiant burner is sealed off at the upper end with a plate 40 '.
  • the main part of the gas flows into the lower part of the burner and a smaller part into the upper part of the gas space of the radiant burner.
  • the mixture is ignited and reacted on the outer side of the perforated cylinder.
  • a nozzle 32 is provided which is connected to a mixing chamber 31 and projects into a combustion chamber 33.
  • This combustion chamber is from a cylinder 34 limited, which is coated on the inside 52 with a catalyst and is made of a solid or fiber ceramic.
  • This distribution hood 36 has a sealed disc 37, which is connected in one piece to a jacket 38 which widens downwards to a cone and which can be provided with openings 39.
  • a disc 40 is held in the combustion chamber 33, which serves as a volume divider. This is connected to the disk 37 via a tube 53, this tube 53 having a conical shape at the lower end and being inserted into the disk 37.
  • An annular gap 41 remains between the jacket of the disk 40 and the inner wall of the combustion chamber 33.
  • a gas collection chamber 42 is arranged above the combustion chamber 33 and is delimited at the top by a honeycomb catalytic converter 43.
  • a heat exchanger 44 is arranged above the honeycomb catalytic converter 43.
  • the gas collecting space 42, the honeycomb catalytic converter 43 and the heat exchanger 44 are bounded by a housing 45 provided above the cylinder 34 and having an exhaust pipe 46 for the fuel gases arranged above the heat exchanger 44.
  • the cylinder 34 which is made from a heat-resistant material with a rough surface, delimits from the inside an annular space 47 through which a heat exchange medium flows, and from the outside from is surrounded by a wall 54, the heat exchange medium cooling the cylinder 34.
  • An inlet 55 and an outlet 56 are connected to one another via the annular space 47.
  • This gas-air mixture flows via the nozzle 32 into the combustion chamber 33, the distributor hood 36 lifting off more or less from the free end face 57 of the nozzle 32, depending on the load on the heating device and thus the throughput of the gas-air mixture , whereby the outflow cross section of the nozzle changes accordingly.
  • the combustion chamber 33 is implemented on the catalytically coated surface within the region 58 delimited by the plate 40 at the bottom.
  • the prerequisite for this is that the catalytic converter has been heated to the light-off temperature by external preheating, for example by means of electrical resistors.
  • external preheating for example by means of electrical resistors.
  • a separate ignition chamber with a pilot burner is necessary so that the hot exhaust gases heat the catalytic converter, or the gas-air mixture must be preheated take place, for example by electrical means.
  • the devices for preheating are not shown.
  • Another way to preheat the burner is to start the system with methanol when heat is required. Preheating is not necessary.
  • the methanol already evaporates at room temperature and also reacts on the catalyst at this temperature. As a result, the catalyst heats up automatically. If this reaches a defined light-off temperature, both gas and the corresponding amount of air are released via a temperature control. In most cases there is no complete implementation.
  • the gases flow through the annular gap 41, with relatively low flow velocities in the area of the combustion chamber 33 above the disk 40. As a result, the remaining, unconverted gas-air mixture in the region above the pane 40 can be converted further on the catalytic coating.
  • a part of the heat generated in this way is essentially dissipated by the heat exchange medium flowing through the annular space 47, the annular space 47 being delimited on the inside by the cylinder 34.
  • the heat generated in this second stage is dissipated via the heat exchanger 44, through which a medium to be heated flows through its passages 59 and 60, the former being able to be connected to the outlet 56.
  • the embodiment according to FIG. 7 differs from that according to FIG. 5 in that the movable disc 40 is missing and an end wall 51 is placed on the upper edge 61 of the cylinder 34 'and the distribution hood 36 with relatively little play in the cylinder 34 ', which delimits the combustion chamber 33 and is made of wire or expanded metal and is coated on the outside with a catalyst.
  • the combustion chamber 63 is closed off at the top by an end wall 51, so that the gas-air mixture flows through the jacket wall of the cylinder 34 'and is converted on the outside thereof with the participation of the catalyst.
  • the remaining structure corresponds to that according to FIG. 6.

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Abstract

Strahlungsbrenner oder katalytisch beschichteter Strahlungsbrenner mit einer mit einem Mischraum (1), in den Gas und Luft einbringbar ist, verbundenen Düse (3). Um bei einem solchen Brenner trotz Modulation die Ausströmgeschwindigkeit des Brenngas-Luft-Gemisches im wesentlichen konstant zu halten, ist vorgesehen, daß die freie Stirnseite (4) der Düse (3) eine Verteilhaube (6) hält, die einen sich nach unten zu kegelartig erweiternden Mantel (8) aufweist, der je nach Brenneraufbau mit Durchbrechungen (9) versehen ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlungsbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Bei solchen Strahlungsbrennern ergibt sich stets das Problem, daß das Gasgemisch in Abhängigkeit von der Belastung des Brenners mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ausströmt. Dadurch ergeben sich jedoch Probleme bei der Verbrennung, insbesondere im Hinblick auf die Stabilität der Flammen.
  • Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Strahlungsbrenner der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem die Geschwindigkeit des ausströmenden Gas-Luft-Gemisches im wesentlichen konstant bleibt.
  • Erfindungsgemäß wird dies bei einem Strahlungsbrenner der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
  • Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, daß sich durch den bei steigender Belastung steigenden Durchsatz durch die Düse der Ausströmquerschnitt erhöht, da die Verteilhaube mit steigendem Durchsatz von der Stirnseite der Düse abgehoben werden und sich mit steigendem Durchsatz mehr und mehr von der Stirnseite der Düse entfernen kann. Dabei erhöht sich aber der Ausströmquerschnitt für das Gas-Luft-Gemisch unter Berücksichtigung der Verteilhaube, wodurch die Ausströmgeschwindigkeit in den Raum außerhalb der Verteilhaube konstant bleibt.
  • Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, daß ein gewisser Mindestausströmquerschnitt sichergestellt ist.
  • Durch die Merkmale des Anspruches 3 ist eine sichere Führung der Verteilhaube und eine in konstruktiver Hinsicht einfache Lösung zur Realisierung einer konstanten Flächenbelastung des Brenners mit steigender Belastung sichergestellt.
  • Durch die Merkmale des Anspruches 4 ist sichergestellt, daß es zu einer sehr innigen und gleichmäßigen Vermischung der Luft mit dem Brenngas kommt.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Strahlungsbrenner für eine Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5 vorzuschlagen, die sich durch eine hohe Konstanz der Ausströmgeschwindigkeit des Brenngas-Luft-Gemisches bei sich ändernder Belastung auszeichnet.
  • Ein Strahlungsbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5 wurde zum Beispiel durch die DE-PS 42 04 320 bekannt. Bei dieser bekannten Lösung strömt das Brenngas-Luft-Gemisch aus einem Rohr in einen Verteilraum aus und von dort über im untersten Bereich eines Brennraumes angeordnete Durchbrüche in einer Wand des Verteilraumes in den Brennraum.
  • Bei dieser Lösung ergibt sich jedoch der Nachteil, daß sich die Ausströmgeschwindigkeit und die Flächenbelastung mit der Belastung ändert. Dadurch kommt es zu unterschiedlichen Brennbedingungen für das Brenngas-Luft-Gemisch.
  • Erfindungsgemäß wird eine weitgehende Konstanz der Ausströmgeschwindigkeit des Brenngas-Luft-Gemisches bei sich ändernder Belastung bei einer Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 5 erreicht.
  • Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, daß sich durch den bei steigender Belastung steigenden Durchsatz durch die Düse der Ausströmquerschnitt erhöht, da die Verteilhaube mit steigendem Durchsatz von der Stirnseite der Düse abhebt und sich mit steigendem Durchsatz mehr und mehr von der Stirnseite der Düse entfernen kann. Dabei erhöht sich aber der Ausströmquerschnitt für das Gas-Luft-Gemisch der Verteilhaube, wodurch die Ausströmgeschwindigkeit in den Raum außerhalb der Verteilhaube nahezu konstant bleibt. Die Verteilhaube wird in einen mit Durchbrechungen versehenen Zylinder geführt, an deren äußeren Oberfläche das Gemisch umgesetzt wird.
  • Außerdem wird durch die vorgeschlagenen Maßnahmen auch erreicht, daß das Brennervolumen variabel gestaltet ist und sich mit der Belastung des Brenners ändert. Dadurch wird eine Konstanz der Flächenbelastung des Strahlungsbrenners erreicht.
  • Der Zylinder zur Begrenzung des Brennraumes kann dabei aus einer Fest- oder Faserkeramik hergestellt sein. Weiter ist es auch möglich, zur Herstellung des Zylinders ein Drahtnetz, ein Streckmetall oder Metallflies zu verwenden.
  • Dieser Strahlungsbrenner ist in einem Brennraum angeordnet, in dem ein von einem Heizmedium durchströmbarer lamellenbestückter Doppelmantel angeordnet ist, der Wärme aus dem Brennraum abführt.
  • Die Zündung des Brenners erfolgt konventionell an der äußeren Oberfläche des Drahtnetzes. Dabei ist die Maschenweite des Drahtnetzes kleiner als der Löschabstand bei Betriebstemperatur zu wählen.
  • Die weitere Beschreibung bezieht sich auf einen katalytischen Brenner.
  • Die Düse mit der übergestülpten Gasverteilhaube befindet sich in einem zylindrischen Brenner, der an einem Doppelmantel-Wärmetauscher anliegt. Der innere Zylinder besteht aus einer Fest- oder Faserkeramik, wobei wesentlich ist, daß die Oberfläche des Zylinders mit einem Katalysator beschichtet ist.
  • Die in der ersten Stufe der Heizeinrichtung, welche durch den den Brennraum begrenzenden Zylinder gebildet ist, entstehende Wärme wird zum Teil durch Leitung an einen von einem Wärmetauschmedium durchströmten Kühlmantel abgegeben. Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß, wenn keine Vorheizung des Gas-Luft-Gemisches erfolgt, die Katalysatorenbettemperatur nicht unter 500 - 700 °C sinkt beziehungsweise, wenn das Gas-Luft-Gemisch auf ca. 200 °C vorgewärmt wird, nicht unter 300 - 500 °C sinkt. Außerdem ergibt sich durch die vorgeschlagenen Maßnahmen auch der Vorteil einer guten Führung der Verteilhaube, die sich mit steigender Belastung des Brenners und damit steigendem Durchsatz des Gas-Luft-Gemisches mehr und mehr von der freien Stirnfläche der Düse abhebt. Trotz steigender Belastung kann durch die nahezu konstante Ausströmgeschwindigkeit des Gemisches und die Volumenvergrößerung des Brennraumes der gewünschte katalytische Umsetzungsgrad konstant gehalten werden.
  • Dadurch können stabile Verhältnisse bei der katalytischen Nachverbrennung sichergestellt werden.
  • Bei einem Strahlungsbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 6 ergibt sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 6 der Vorteil, daß der Brennraum unterteilt ist und der nicht benutzte Teil des Brennraumvolumens mit aufgeheizt wird. Dabei kann aufgrund der niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten das noch vorhandene unvollständig umgesetzte Gas-Luft-Gemisch am darüberliegenden Katalysator weiter reagieren.
  • Durch die Merkmale des Anspruches 7 ergibt sich die Möglichkeit, einen minimalen Ausströmquerschnitt auf einfache Weise festlegen zu können.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • Fig. 1 schematisch eine Düse mit einer lose übergestülpten Verteilhaube eines erfindungsgemäßen Strahlungsbrenners,
    • Fig. 2 eine Draufsicht auf die Düse bei abgehobener Verteilhaube,
    • Fig. 3a bis 3c schematisch die Stellung der Verteilhaube bei verschiedenen Belastungen,
    • Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Strahlungsbrenner mit einer Düse und einer geschlossenen Verteilhaube,
    • Fig. 5 eine andere Ausführungsform eines Brenners,
    • Fig. 6 einen katalytischen Strahlungsbrenner mit einer mit einem Strahlungsblech mit Durchbrechungen aufweisender Verteilhaube, in der das Brenngas-Luft-Gemisch an der katalytisch beschichteten Innenseite des Zylinders vorbeiströmt und
    • Fig. 7 eine weitere Ausführungsform eines katalytisch beschichteten Strahlungsbrenners mit einer mit Durchbrechungen versehenen Gasverteilhaube.
  • Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Fig. gleiche Einzelheiten.
  • Ein erfindungsgemäßer Strahlungsbrenner gemäß der Fig. 1 und 2 weist einen Mischraum 1 auf, der über ein Rohr 2 mit einer Düse 3 verbunden ist.
  • Von der freien Stirnseite 4 der Düse 3 ragen Abstandhalter 5 in axialer Richtung der Düse 3 auf, auf denen eine Verteilhaube 6 ruht. Diese Verteilhaube 6 weist eine im wesentlichen undurchlässige, den Austrittsquerschnitt 19 der Düse abdeckende zentrale Scheibe 7 auf, an die sich ein kegeliger Mantel 8 anschließt, der sich nach unten zu erweitert. Dabei ist der untere Rand 13 des Mantels 8 nach oben aufgebogen. Weiter ist der Mantel 8 mit Durchbrechungen 9 versehen.
  • Die in den Mischraum 1 hineinragende mit einem Proportionalmagnetventil 25 versehene Gasleitung 10 und die ebenfalls in den Mischraum 1 hineinragende Luftleitung 11 sind in einem Winkel gegen die rückwärtige, als Prallwand dienende Wand 12 des Mischraumes 1 gerichtet. Dadurch kommt es zu einer sehr innigen und gleichmäßigen Vermischung des Brenngases und der Luft, das vom Mischraum 1 in das sich verengende Rohr 2 strömt. Die Enden 70 der Haube 8 sind an der Innenseite 71 des Zylinders 14 geführt.
  • Wie aus der Fig. 3a bis 3c sehr deutlich zu ersehen ist, hebt sich die Verteilhaube 6 mit steigender Belastung des Strahlungsbrenners mehr und mehr von den Abstandhaltern 5 der Stirnfläche 4 der Düse 3 ab. Dadurch vergrößert sich der Ausströmquerschnitt, der unter anderem auch vom Rand der Stirnfläche 4 der Düse 3 und dem Mantel 8 der Verteilhaube 6 begrenzt ist.
  • Das Abheben der Verteilhaube 6 ist dabei durch den aus der eigentlichen Düse 3 austretenden Gasstrahl bedingt, der im Zuge der Modulation des Brenners in seiner Stärke schwankt.
  • Da sich dabei mit steigender Belastung des Brenners und damit steigender aus der Düse 3 austretendem Gasdurchsatz die Verteilhaube 6 mehr hebt, so vergrößert sich der Austrittsquerschnitt, wodurch die Ausströmgeschwindigkeit im wesentlichen gleichbleibt.
  • Die Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Strahlungsbrenner, bei dem die geschlossene Verteilhaube 6 in einem aus einem Drahtnetz hergestellten Zylinder 14 geführt ist, der an dem Rohr 2 gehalten ist.
  • Dabei ist in der Fig. 4 schematisch das Abheben der Verteilhaube 6 bei steigender Belastung angedeutet, wobei der mit Durchbrechungen versehene Zylinder 14 oben abgeschlossen ist und den Bewegungsweg der Verteilhaube 6 begrenzt.
  • Das Gemisch wird in unmittelbarer Nähe der Oberfläche umgesetzt, damit ein hinreichend großer Anteil an Wärme als Strahlungswärme auskoppelbar ist.
  • Dieser Strahlungsbrenner ist in einem Brennraum 15 angeordnet, in dem ein von einem Heizmedium durchströmbarer Doppelmantel 16 angeordnet ist, der Wärme aus dem Brennraum 15 abführt.
  • Dabei ist im Bereich des Bodens des zylindrischen Brennraumes 15 ein Kondensatabfluß 17 angeordnet. Dabei ist auch die Abgasleitung 18 im unteren Bereich des Brennraumes 15 angeschlossen.
  • Die Zündung des Brenners erfolgt konventionell an der äußeren Oberfläche des Drahtnetzes. Dabei ist die Maschenweite des Drahtnetzes kleiner als der Löschabstand bei Betriebstemperatur zu wählen.
  • Um die im Abgas noch enthaltene Restwärme zu nutzen, sind die im Brennraum integrierten Wärmetauscherelemente mit Lamellen versehen, oder aber es ist ein Lamellenwärmetauscher in den Abgasraum zu integrieren.
  • Bei der Ausführungsform nach der Fig. 5 ist die Verteilhaube mit Durchbrechungen versehen. Der Zylinder des Strahlungsbrenners ist am oberen Ende dicht mit einer Platte 40' abgeschlossen.
  • Der Hauptteil des Gases strömt in den unteren Brennerbereich und ein kleinerer Teil in den oberen Teil des Gasraumes des Strahlungsbrenners.
  • Das Gemisch wird an der äußeren Seite des mit Durchbrechungen versehenen Zylinders gezündet und umgesetzt.
  • Bei der Ausführungsform nach der Fig. 6 ist eine mit einem Mischraum 31 verbundene Düse 32 vorgesehen, die in einen Brennraum 33 hineinragt. Dieser Brennraum ist von einem Zylinder 34 begrenzt, der an seiner Innenseite 52 mit einem Katalysator beschichtet ist und aus einer Fest- oder Faserkeramik hergestellt ist.
  • Von der Stirnseite der Düse 32 ragen abströmseitig Abstandhalter 35 auf, auf denen eine Verteilhaube 36 aufliegt. Diese Verteilhaube 36 weist eine dichte Scheibe 37 auf, die mit einem sich nach unten zu kegelig erweiternden Mantel 38 einstückig verbunden ist, der mit Durchbrechungen 39 versehen sein kann.
  • Weiter ist im Brennraum 33 eine Scheibe 40 gehalten, die als Volumenteiler dient. Diese ist über ein Rohr 53 mit der Scheibe 37 verbunden, wobei dieses Rohr 53 am unteren Ende konisch geformt ist und in die Scheibe 37 gesteckt ist. Dabei verbleibt zwischen dem Mantel der Scheibe 40 und der Innenwand des Brennraumes 33 ein Ringspalt 41.
  • Oberhalb des Brennraumes 33 ist ein Gassammelraum 42 angeordnet, der nach oben von einem Wabenkatalysator 43 begrenzt ist. Oberhalb des Wabenkatalysators 43 ist ein Wärmetauscher 44 angeordnet. Dabei ist der Gassammelraum 42, der Wabenkatalysator 43 und der Wärmetauscher 44 von einem oberhalb des Zylinders 34 auf diesem vorgesehenen Gehäuse 45 begrenzt, das eine oberhalb des Wärmetauschers 44 angeordnete Abgasleitung 46 für die Brenngase aufweist.
  • Der aus einem hitzebeständigen Material mit rauher Oberfläche hergestellte Zylinder 34 begrenzt von innen einen von einem Wärmetauschmedium durchströmten Ringraum 47, der von außen von einer Wand 54 umgeben ist, wobei das Wärmetauschmedium den Zylinder 34 kühlt. Ein Einlaß 55 und ein Auslaß 56 sind über den Ringraum 47 miteinander verbunden.
  • In den Mischraum 31 münden eine Gasleitung 48 und eine Luftleitung 49, wobei diese Leitungen schräg gegen eine als Prallwand dienende Rückwand 50 des Mischraumes 31 geneigt in den Mischraum 31 einmünden, wodurch es aufgrund der Richtungsumkehr des Gases und der Luft zu einem sehr gleichmäßigen Vermischen des Gases und der Luft kommt.
  • Dieses Gas-Luft-Gemisch strömt über die Düse 32 in den Brennraum 33, wobei die Verteilhaube 36, je nach der Belastung der Heizeinrichtung und damit des Durchsatzes des Gas-Luft-Gemisches mehr oder weniger weit von der freien Stirnseite 57 der Düse 32 abhebt, wodurch sich der Ausströmquerschnitt der Düse entsprechend verändert.
  • Nach dem Austritt des Gas-Luft-Gemisches aus dem von der Verteilhaube 36 nach oben begrenzten Bereich des Brennraumes 33 wird dieses innerhalb des von der Scheibe 40 nach unten begrenzten Bereiches 58 an der katalytisch beschichteten Fläche umgesetzt. Voraussetzung hierzu ist, daß der Katalysator auf die Anspringtemperatur durch eine externe Vorheizung, zum Beispiel mittels elektrischer Widerstände, aufgeheizt wurde. Zur Vorheizung des Katalysators ist entweder ein separater Zündraum mit einem Zündbrenner notwendig, so daß die heißen Abgase den Katalysator aufheizen, oder es muß eine Vorheizung des Gas-Luft-Gemisches erfolgen, zum Beispiel auf elektrischem Wege. Die Apparaturen zum Vorheizen sind nicht dargestellt.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Vorheizung des Brenners besteht darin, bei Wärmeanforderungen das System mit Methanol zu starten. Dabei ist eine Vorheizung nicht notwendig. Das Methanol verdampft bereits bei Raumtemperatur und setzt sich auch bei dieser Temperatur am Katalysator um. Dadurch heizt sich der Katalysator selbsttätig auf. Erreicht dieser eine festgelegte Anspringtemperatur, so wird über eine Temperatursteuerung sowohl Gas als auch die entsprechende Luftmenge freigegeben. Dabei erfolgt meist keine vollständige Umsetzung. Die Gase durchströmen den Ringspalt 41, wobei sich relativ geringe Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich des Brennraumes 33 oberhalb der Scheibe 40 ergeben. Dadurch kann das verbleibende, nicht umgesetzte Gas-Luft-Gemisch im Bereich oberhalb der Scheibe 40 weiter an der katalytischen Beschichtung umgesetzt werden. Ein Teil der dabei erzeugten Wärme wird im wesentlichen durch das den Ringraum 47 durchströmende Wärmetauschermedium abgeführt, wobei der Ringraum 47 vom Zylinder 34 innen begrenzt ist.
  • Nach dem Passieren des Gassammelraumes 42 erfolgt eine weitere Umsetzung eines noch verbliebenen Brenngas-Luft-Gemisches im Bereich des Wabenkatalysators 43.
  • Die in dieser zweiten Stufe erzeugte Wärme wird über den Wärmetauscher 44 abgeführt, der über seine Durchlässe 59 und 60 von einem aufzuheizenden Medium durchströmt ist, wobei ersterer mit dem Auslaß 56 verbunden sein kann.
  • Die Ausführungsform nach der Fig. 7 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 5 dadurch, daß die bewegliche Scheibe 40 fehlt und eine Stirnwand 51 auf den oberen Rand 61 des Zylinders 34' aufgesetzt ist und die Verteilhaube 36 mit relativ geringem Spiel in dem Zylinder 34', der den Brennraum 33 begrenzt und aus Draht oder Streckmetall hergestellt und an seiner Außenseite mit einem Katalysator beschichtet ist, angeordnet ist.
  • Der Brennraum 63 ist durch eine Stirnwand 51 oben abgeschlossen, so daß das Gas-Luft-Gemisch durch die Mantelwand des Zylinders 34' hindurchströmt und an dessen Außenseite unter Mitwirkung des Katalysators umgesetzt wird.
  • Der übrige Aufbau entspricht jenem nach der Fig. 6.

Claims (7)

  1. Zylindrischer Strahlungsbrenner mit stehender Achse, der seine Brennfläche am Zylindermantel aufweist und mit einer mit einem Mischraum, in den Gas und Luft einbringbar sind, verbundenen Düse, dadurch gekennzeichnet, daß über die freie Stirnseite (4) der Düse (3) eine Verteilhaube (6) lose übergestülpt ist, die einen sich gegen die Durchströmrichtung der Düse zu kegelartig erweiternden Mantel (8) aufweist, der vorzugsweise mit Durchbrechungen (9) versehen ist, wobei die Verteilhaube (6) bei zunehmendem Gasdurchsatz weiter von der Düse abhebt.
  2. Strahlungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilhaube (6) auf von der Stirnseite (4) der Düse (3) aufragenden Abstandhaltern (5) aufliegt.
  3. Strahlungsbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilhaube (6) aus hitzebeständigem Material besteht und in einem an seinem oberen Ende geschlossenen, die Strahlungsfläche aufweisenden Zylinder (14) geführt ist.
  4. Strahlungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (14) an einem den Mischraum (1) mit der Düse (3) verbindenden Rohr (2) gehalten ist.
  5. Strahlungsbrenner in einer Heizeinrichtung mit einer als Zylinder ausgebildeten, an ihrer Außenseite gekühlten Brennkammer, in die über einen Mischraum mittels einer Düse ein Brenngas-Luft-Gemisch einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (34) an der Innenwand katalytisch beschichtet ist und daß auf der freien Stirnseite der in den Zylinder (34) hineinragenden Düse (32) eine deren Öffnung überdeckende Verteilhaube (36) lose aufgelegt ist, die einen sich nach unten zu kegelartig erweiternden, mit Durchbrechungen (39) versehenen Mantel (38) aufweist, der an der Innenwand des Zylinders (34) vom Gasdruck geführt ist und der oberseitig mit einer horizontal verlaufenden Scheibe (40) oder dergleichen verbunden ist, wobei zwischen dem Rand der Scheibe (40) und der Innenwand der Brennkammer (33) ein Ringspalt (41) zur Abgasleitung verbleibt.
  6. Strahlungsbrenner in einer Heizeinrichtung mit einer an ihrer Außenseite gekühlten Brennkammer, die einen konzentrisch angeordneten Hohlzylinder aufweist, in den über einen Mischraum mittels einer Düse ein Brenngas-Luft-Gemisch einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchbrechungen aufweisende Hohlzylinder (34') katalytisch beschichtet ist und daß auf der freien Stirnseite der in den Hohlzylinder (34') hineinragenden Düse (32) eine deren Öffnung überdeckende Verteilhaube (36) lose aufgelegt ist, die einen sich nach unten zu kegelartig erweiternden, mit Durchbrechungen (39) versehenen Mantel (38) aufweist, die an der Innenwand des Hohlzylinders (34') vom Gasdruck geführt ist, wobei der Hohlzylinder (34') oberseitig mit einer Scheibe (51) verschlossen ist und zwischen dem Hohlzylinder (34') und der Brennkammerwand ein Ringraum (63) als Brennkammer verbleibt.
  7. Heizeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilhaube (36) auf von der freien Stirnfläche der Düse (32) aufragenden Abstandhaltern (35) anliegt.
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