EP0917633A1 - Gasbrenner - Google Patents

Gasbrenner

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Publication number
EP0917633A1
EP0917633A1 EP98933432A EP98933432A EP0917633A1 EP 0917633 A1 EP0917633 A1 EP 0917633A1 EP 98933432 A EP98933432 A EP 98933432A EP 98933432 A EP98933432 A EP 98933432A EP 0917633 A1 EP0917633 A1 EP 0917633A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
fuel
gas burner
burner according
air mixture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98933432A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Daniel
Marcus Bienzle
Walter Lehr
Walter Sarholz
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0917633A1 publication Critical patent/EP0917633A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F23D14/16—Radiant burners using permeable blocks
    • 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
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/78—Cooling burner parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M9/00—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
    • F23M9/10—Baffles or deflectors formed as tubes, e.g. in water-tube boilers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/106—Assemblies of different layers

Definitions

  • the invention relates to a gas burner with a housing which has a combustion chamber with an inlet for a gas or a gas-air mixture and an outlet for the exhaust gas, wherein at least one fuel element made of porous material is arranged in the combustion chamber, within which the gas Air mixture is combustible, the fuel element being subdivided into at least two partial fuel elements, and the cooling element being associated with a cooling device.
  • Such a gas burner is described in WO 95/01 532.
  • a barrel-shaped housing is provided, which is filled with a fuel body.
  • the fuel element is made of a porous material.
  • the pore size increases in the direction of flow of the gas-air mixture from the inlet to the outlet of the exhaust gas.
  • a cooling circuit with two heat sinks is provided to dissipate the heat generated during combustion.
  • One heat sink dissipates the heat from the outside of the housing.
  • the second heat sink is set in the porous material.
  • a narrow flame front stabilizes itself transversely to the direction of flow of the gas-air mixture within the porous material.
  • a large amount of heat is generated in this flame front with a correspondingly high proportion of nitrogen oxides. Where the flame front meets the approximated by the heat sink tempered zones, carbon monoxide will be formed. Due to the high temperature peaks in the flame front, the performance of the gas burner is limited depending on the material used for the burner.
  • DE 195 27 583 C2 shows a gas burner which has a housing. o
  • the housing has a cylindrical main part, in which a flame holder consisting of a wire mesh is housed.
  • the actual burner body connects to the flame holder. This is also made from a wire mesh.
  • the fuel gas consisting of a gas-air mixture flows through the flame holder and is ignited in the fuel element.
  • the waste heat generated during combustion can be dissipated in heat exchangers.
  • the main part of the housing is surrounded by a jacket in which a pipeline is embedded. A coolant circulates in the pipeline.
  • Such gas burners are used to generate high outputs. Surface loads of up to 3000 kW / m 2 can arise in the fuel element.
  • This object of the invention is achieved in that the broad body, at least in the area of heat generation, on the side facing the cooling device forms a partial fuel body which has a lower flow resistance than the partial fuel body facing away from the cooling device.
  • the object of the invention is also achieved with a gas burner, in which 5 it is provided that the heat exchangers are thermally decoupled from the fuel body at least in the region of the combustion zone only via an insulating air gap.
  • the heat exchanger spacing according to the invention also achieves effective heat extraction from the combustion body by means of radiation processes. A high output can thus be generated in the fuel body.
  • a heat exchanger is arranged in the area facing the inlet of the housing in the flow direction in front of the fuel element and is thermally decoupled from the fuel element via an insulating air gap.
  • a possible variant of the invention is characterized in that the fuel body has a plurality of fuel elements which are arranged next to one another transversely to the flow direction, an insulating gap being left between the fuel elements. It has been shown that with such a segmentation of the burner, there is less pollutant emission than with continuous burner bodies.
  • the fuel element is placed on a plate which is formed from a multiplicity of parallel lamellae and which is arranged facing the inlet of the housing, then disruptive acoustic resonances can be prevented which arise, for example, in the case of gas burners which Use flat burner plates with perforated structures. It is preferably provided that the plate has lamellae which have a different extension in the flow direction.
  • a possible variant of the invention is characterized in that the cooling device is formed by a heat exchanger which exchanges the heat generated in the exhaust gas flow in the region above the fuel body, and in that the fuel element facing the heat exchanger has a channel structure and the fuel element facing away from the heat exchanger is a channel structure has stoichometric pore distribution.
  • a very low flow resistance can be generated in the channel structure.
  • the stoichometric pore distribution can then be generated if a bed of temperature-resistant bodies or, for example, a temperature-resistant foam-like material or braid is used for the partial fuel body.
  • the fuel body is bordered laterally by heat sinks of the cooling device at right angles to the flow direction of the gas or the gas-air mixture. This simple measure effectively allows a large heat output to be dissipated from the fuel element. If it is provided here that the heat sinks protrude beyond the combustion elements in the direction of the flow of the gas-air mixture, the temperature of the burnout path can be kept at a desired temperature level. 5
  • the fuel elements are placed on a distributor in which the gas-air mixture is supplied to the fuel element via channels.
  • the distributor ensures an even distribution of the fuel gas-air mixture in front of the burner.
  • the defender can also have a cooled plate on which the fuel elements stand.
  • the plate has through openings through which the gas-air mixture flows to the fuel element.
  • the distributor must have a thickness greater than 2 mm.
  • the free cross section of the channels in the distributor should not be less than 6 mm 2 . Effective cooling of the plate also prevents the flames from kicking back.
  • a heat exchanger is inserted into the fluid flow in the direction of the flow in front of the fuel element.
  • a possible gas burner according to the invention is characterized in that the partial fuel body facing the cooling device is formed by a lamellar block on which the partial fuel body with the higher flow resistance is placed.
  • the lamellar block can be constructed like a finned heat exchanger, which is water-cooled, for example.
  • the lamellae seen in the direction of flow, carry the or the partial fuel element at their outlet edges.
  • the trailing edges as well as the trailing edges can be smooth or structured.
  • the lamella block it is also conceivable for the lamella block to have chambers between its lamellae, which are at least partially filled with a porous fill.
  • the porous bed can be used to evenly distribute the gas
  • Air mixture can be used.
  • Fills made of metallic or ceramic bodies, foam-like materials, braids or knitted fabrics made of wire or honeycomb bodies made of ceramic, metal or metal-ceramic composite materials can be used for the fuel body. These materials have a sufficiently high temperature resistance for the required application. If it is provided that the cooling device is thermally decoupled from the combustion body in the region of the combustion zone via an insulating air gap, then there is no direct cooling contact with the combustion body. Accordingly, no areas with a large temperature gradient can arise. This reliably prevents a low temperature range in which carbon monoxide would arise.
  • the insulating gap advantageously has a width of 1 to 10 cm.
  • an ignition device can be provided in the interior of the combustion body.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a gas burner with a combustion body and heat exchangers in side view and in section
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a gas burner with a plurality of burners and heat sinks arranged in between, in a side view and in section,
  • FIG. 5 in side view and in section a schematic
  • FIG. 6 and FIG. 7 segmented fuel elements for the gas burner according to FIG. 4.
  • Figure 1 shows a housing 22 of a gas burner.
  • a combustion body 14 is accommodated in the interior of the housing 22 in a combustion chamber.
  • the fuel element 14 consists of two partial fuel elements 14.1, 14.2.
  • the partial fuel body 14.1 has a stoichiometric pore distribution in its interior. In this sense, for example, a ceramic foam or a bed of ceramic or metallic bodies can be used for the partial fuel body 14.1.
  • Partial burner 14.1 mounted on top partial burner 14.2 is traversed by a channel structure 17.
  • the channel structure 17 there is a lower flow resistance in the partial fuel element 14.2 than in the partial fuel element 14.1.
  • the entire fuel element 14 is placed on an upper side 12.1 of a plate 12.
  • the plate 12 is kept at a predeterminable temperature level with cooling, not shown in the drawing.
  • Through openings 1 3 are provided in the contact zone of the plate 1 2 with the fuel body 14.
  • the channels 1 1, the passage openings 1 3, the pores in the porous material 1 5 and the channel structure 17 of the partial fuel body 14.2 are spatially connected to one another.
  • a gas-air mixture can thus penetrate into the distributor 10 and reach the partial fuel element 1 4.2.
  • a heat exchanger 20 is installed in the housing 22 5 above the partial fuel body 14.2. The heat exchanger 20 is traversed by a pipeline system 21 in which water or another liquid with a high heat storage capacity is guided.
  • the gas-air mixture flows through the distributor 10 o and the passage openings 13 of the plate 12 into the fuel body 14. Here it ignites. Since there is now a high flow resistance in the partial fuel body 14.1, a relatively small proportion of the gas-air mixture is burned. The remaining gas-air mixture flows to the partial fuel body 1 .2. In this it is implemented with great heat development. Since the partial i5 burner 14.2 now faces the heat exchanger 20, the developed high
  • a heat exchanger 20 with a piping system 21 is also arranged below the distributor 10. This heat exchanger 20 also absorbs the heat given off downwards.
  • cooling elements 23 of a cooling device are attached to the top 12.2 of the plate 12 on both sides of the fuel element 14.
  • the heat sinks 23 are arranged at a distance from the fuel bodies 14 30, so that an air gap 25> 10 mm is formed.
  • the heat sinks 23 protrude beyond the fuel elements 14 in the direction of the flow of the gas-air mixture.
  • a cooling line 24 is present in the projecting part.
  • the fuel elements 14 are subdivided into individual fuel elements 14.1, 14.2 transversely to the direction of flow of the gas-air mixture.
  • the flow resistance decreases from the interior of the fuel body 14 to the sides that face the cooling devices 23.
  • a three-part stratification is conceivable, the two outer partial fuel elements having a small and the inner partial fuel element having a large flow resistance.
  • additional partial fuel elements can also form intermediate stages.
  • Gas-air mixture conversion in the fuel body 14 also creates zones of different heat development.
  • the maximum heat development will arise in the areas facing the heat sinks 23. Here it can be removed effectively, so that a uniform temperature distribution in the fuel body 14 is produced.
  • the thermal energy is drawn off from the cooling devices 23 via the insulating air gap 25.
  • the heat exchange takes place solely through radiation.
  • an upper and a lower heat exchanger 20 are also present here, which exchange the residual heat generated.
  • a water-carrying cooling line is used as the cooling body 23.
  • a fin block is slid onto this cooling line.
  • the lamella block consists of individual lamellae 27.1 arranged parallel to one another, between which chambers 27.2 are formed.
  • the lamella block forms, as a further 5 partial fuel elements 14.2, together with the partial fuel elements 14.1, the fuel element 14.
  • the chambers 27.2 formed between the blades 27.1 can be filled with a porous material.
  • the porous material fulfills the function of evenly distributing the gas-air mixture. At the same time, it must create a zone of high heat development o above the heat sink 23 as a partial fuel body 14.2.
  • FIG. 4 shows a gas burner which has a segmented burner 14 and is composed of individual partial burner 14.n.
  • the partial fuel elements 14n are arranged adjacent to one another transversely to the direction of flow of the fuel gas. To improve the heat transfer device, the partial fuel elements 14n are separated from one another via a gap S.
  • the partial fuel elements 14.n are placed on the top 12.1 of a plate 12. The fuel gas is fed to the fuel body 14 through passage openings 1 3 of the plate 1 2. 6 and 7 result in different geometries which can be used as partial fuel elements 14.n.
  • Fig. 6 shows rectangular, Fig. 7 hexagonal partial fuel elements 14.n.
  • a large number of other partial fuel elements are also conceivable, for example square or polygonal ones. 5
  • FIG. 5 shows a gas burner in which a fuel element 14 is placed on a plate 12.
  • the plate 1 2 prevents a flashback. It is formed from a multiplicity of lamellae which are parallel to one another transversely to the direction of flow.
  • the passage openings 1 3 0 are formed between the slats.
  • the lamellae are of different lengths, so that one part of the lamellae carries the fuel element 14, another part but is at a distance from this.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit einem Gehäuse (22), das einen Brennraum mit einem Einlaß für ein Gas oder ein Gas-Luft-Gemisch und einen Auslaß für das Abgas aufweist, wobei in dem Brennraum mindestens ein Brennkörper (14) aus porösem Material angeordnet ist, innerhalb dem das Gas-Luft-Gemisch verbrennbar ist, wobei der Brennkörper in mindestens zwei Teil-Brennkörper (14.1, 14.2) untergliedert ist, und wobei der Brennkörper eine Kühlvorrichtung zugeordnet ist. Eine hohe Leistungsausbeute bei gleichzeitig niedriger Schadstoffemission läßt sich dann erreichen, wenn vorgesehen ist, daß der Brennkörper zumindest im Bereich der Wärmeentstehung auf der der Kühlvorrichtung zugewandten Seite einen Teil-Brennkörper (14.2) bildet, der einen geringeren Strömungswiderstand aufweist, als der der Kühlvorrichtung abgewandte Teil-Brennkörper (14.1).

Description

Gasbrenner
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit einem Gehäuse das einen Brennraum mit einem Einlaß für ein Gas oder ein Gas-Luft-Gemisch und einen Auslaß für das Abgas aufweist, wobei in dem Brennraum wenigstens ein Brennkörper aus porösem Material angeordnet ist, innerhalb dem das Gas-Luft-Gemisch verbrennbar ist, wobei der Brennkörper in mindestens zwei Teil-Brennkörper untergliedert ist, und wobei dem Brennkörper eine Kühlvorrichtung zugeordnet ist.
Ein solcher Gasbrenner ist in der WO 95/01 532 beschrieben. Hierbei ist ein tonnenförmiges Gehäuse vorgesehen, das mit einem Brenπkörper gefüllt ist. Der Brennkörper ist aus einem porösen Material gebildet. Die Porengröße nimmt in Flußrichtung des Gas-Luft-Gemisches vom Einlaß zum Auslaß des Abgases zu. Zur Abführung der, bei der Verbrennung entstandenen Wärme ist ein Kühlkreislauf mit zwei Kühlkörpern vorgesehen. Der eine Kühlkörper führt die Wärme von der Außenseite des Gehäuses her ab. Der zweite Kühlkörper ist in das poröse Material eingestellt. Bei solchen Gasbrennern stabilisiert sich, quer zur Strömungsrichtung des Gas-Luft-Gemisches, innerhalb des porösen Materials eine schmale Flammfront. In dieser Flammfront entsteht eine große Wärmeentwicklung mit einem entsprechend hohen Anteil an Stickoxiden. Dort wo sich die Flammfront an die durch die Kühlkörper temperierten Zonen annähert, wird Kohlenmonoxid ent- 5 stehen. Infolge der hohen Temperaturspitzen in der Flammfront ist die Leistung des Gasbrenners abhängig von dem eingesetzten Material für den Brennkörper begrenzt.
In der DE 195 27 583 C2 ist ein Gasbrenner gezeigt, der ein Gehäuse aufweist. o Das Gehäuse hat einen zylindrischen Hauptteil, in dem ein aus einem Drahtgestrick bestehenden Flammenhalter untergebracht ist. An den Flammenhalter schließt sich der eigentliche Brennerkörper an. Dieser ist ebenfalls aus einem Drahtgestrick gebildet. Das aus einem Gas-Luft-Gemisch bestehende Brenngas durchströmt den Flammenhalter und wird im Brennkörper entzündet. Die bei der Verbrennung ent- 5 stehende Abwärme kann in Wärmetauscher abgeleitet werden. Zu diesem Zweck ist der Hauptteil des Gehäuses von einem Mantel umgeben, in dem eine Rohrleitung eingebettet ist. In der Rohrleitung zirkuliert eine Kühlflüssigkeit. Solche Gasbrenner dienen zur Erzeugung hoher Leistungen. In dem Brennkörper können Flächenbelastungen in Höhe von bis zu 3000 kW/m2 entstehen. Es muß daher o dafür Sorge getragen werden, daß die Wärme effektiver von dem Brennkörper abgeführt wird. Bei dem Gasbrenner gemäß der DE 195 27 583 C2 wird die Wärme zunächst in den Hauptteil und dann erst in den Wärmetauscher abgeführt, so daß der Hauptteil isolierend wirkt und einer effektiven Wärmeabfuhr entgegensteht. Darüberhinaus bildet sich in dem Bereich, in dem der Brennkörper an dem Hauptteil 5 anliegt, eine erhöhte Konzentration an Kohlenmonoxid.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Gasbrenner der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem eine hohe Leistungsausbeute bei gleichzeitg niedrigen Schadstoffemissionen ermöglicht ist. 0
Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der Breπnkörper zumindest im Bereich der Wärmeentstehuπg auf der der Kühlvorrichtung zugewandten Seite einen Teil-Brennkörper bildet, der einen geringeren Strömungswiderstand aufweist 5 als der der Kühlvorrichtung abgewandte Teil-Brennkörper.
Durch die erfindungsgemäße Unterteilung des Brennkörpers in Teil-Brennkörper werden verschiedene Zonen geschaffen, in denen unterschiedliche Massen an Gas- Luft-Gemisch verbrannt werden. In solchen Bereichen, wo ein geringerer o Strömungswiderstand vorliegt, werden naturgemäß größere Massen umgesetzt. Hier entstehen auch relativ größere Wärmemengen. Diese können durch die angrenzenden Kühlkörper abtransportiert werden. Da in den dem Kühlkörper abgewandten Bereich ein größerer Strömungswiderstand herrscht, verbrennt ein geringerer Anteil des Gas-Luft-Gemisches. Damit wird in diesem Teil-Brennkörper 5 auch weniger Wärme erzeugt. Durch diese Ausgestaltung wird verhindert, daß lokal im Inneren des Brennkörpers Temperaturspitzen entstehen. Vielmehr wird eine gleichmäßigere Temperaturverteilung erreicht. Diese Temperaturgefüge ermöglicht geringe NOx- und CO-Emissionen.
o Darüberhinaus kann ein hohes Leistungsniveau mit dem Gasbrenner gefahren werden. Die materialbedingte Limitierung aufgrund von Temperaturspitzen tritt erst viel später als bei konventionellen Gasbrennern auf.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einem Gasbrenner gelöst, bei dem 5 vorgesehen ist, daß die Wärmetauscher nur über einen isolierenden Luftspalt thermisch von dem Brennkörper zumindest im Bereich der Verbrennungszone entkoppelt sind.
Infolge der Beabstandung der Wärmetauscher von dem Brennkörper wird ver- 0 hindert, daß die Temperatur im Randbereich des Brennkörpers auf das Temperaturniveau des Wärmetauschers abfällt. Durch diesen Effekt läßt sich eine deutliche Reduzierung des Kohlenmonoxid-Gehaltes im Abgas erreichen. Darüberhinaus hat sich gezeigt, daß über die erfindungsgemäße Beabstandung des Wärmetauschers auch eine effektive Wärmeauskopplung aus dem Brennkörper durch Strahlungsvorgänge erzielt ist. Damit kann in dem Brennkörper eine hohe Leistung erzeugt werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, daß ein Wärmetauscher in dem dem Einlaß des Gehäuses zugewandten Bereich in Strömungsrichtung vor dem Brennkörper angeordnet ist und über einen iso-lierenden Luftspalt thermisch von dem Brennkörper entkoppelt ist.
Es hat sich gezeigt, daß sich eine signifikante Absenkung des Kohlenmonoxid- Gehaltes im Abgas besonders dann erreichen läßt, wenn vorgesehen ist, daß der durch den Luftspalt festgelegte Abstand zwischen dem Brennkörper und dem Wärmetauscher größer als 10 mm ist.
Eine mögliche Erfindungsvariante ist dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkörper mehrere Teil-Brennkörper aufweist, die quer zur Strömungsrichtung nebeneinanderliegend angeordnet sind, wobei zwischen den Teil-Brennkörpern ein isolierender Spalt belassen ist. Es hat sich gezeigt, daß bei einer solchen Segmentierung des Brennkörpers eine geringere Schadstoffemission als bei durchgehenden Brennerkörpern entsteht.
Wenn es vorgesehen ist, daß der Brennkörper auf eine Platte aufgesetzt ist, die aus einer Vielzahl von parallelen Lamellen gebildet ist, und die dem Einlaß des Gehäuses zugewandt angeordnet ist, dann können störende akustische Resonanzen verhindert werden, die beispielsweise bei solchen Gasbrennern entstehen, die ebene Brennerplatten mit Lochstrukturen verwenden. Bevorzugt ist es dabei vorgesehen, daß die Platte Lamellen aufweist, die eine 5 unterschiedliche Erstreckung in Strömungsrichtung aufweisen.
Eine mögliche Erfindungsvariante ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung von einem Wärmetauscher gebildet ist, der im Bereich über dem Brennkörper im Abgasstrom die erzeugte Wärme abtauscht, und daß der dem o Wärmetauscher zugekehrte Teil-Brennkörper eine Kanalstruktur und der dem Wärmetauscher abgewandte Teil-Brennkörper eine stöchometrische Porenverteilung aufweist. In der Kanalstruktur kann ein sehr geringer Strömungswiderstand erzeugt werden. Die stöchometrische Porenverteilung läßt sich dann erzeugen, wenn für den Teil-Brennkörper eine Schüttung aus temperaturbe- 5 ständigen Körpern oder beispielsweise ein temperaturbeständiges schaumartiges Material oder Geflecht verwendet wird.
Denkbar ist es auch, daß der Brennkörper quer zur Strömungsrichtung des Gases oder des Gas-Luft-Gemisches seitlich von Kühlkörpern der Kühlvorrichtung ein- o gefaßt ist. Durch diese einfache Maßnahme läßt sich effektiv eine große Wärmeleistung von dem Brennkörper abführen. Ist es hierbei vorgesehen, daß die Kühlkörper die Brennkörper in Richtung der Strömung des Gas-Luft-Gemisches überragen, dann kann die Temperatur der Ausbrandstrecke auf einem gewünschten Temperaturniveau gehalten werden. 5
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Brennkörper auf einen Verteiler aufgesetzt sind, in dem über Kanäle dem Brennkörper das Gas-Luft-Gemisch zugeführt ist. Der Verteiler sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des Brenngas-Luft-Gemisches vor dem Brennkörper. Der Ver- 0 teuer kann auch eine gekühlte Platte aufweisen, auf der die Brennkörper aufstehen. Die Platte hat Durchtrittsöffnungen, über die das Gas-Luft-Gemisch dem Brennkörper zuströmt. Bei der Auslegung des Verteilers muß darauf geachtet werden, daß ein Rückschlagen der Flammen von dem Brennkörper in den Gasraum nicht erfolgen kann. Insbesondere muß der Verteiler eine Dicke größer als 2 mm aufweisen. Der freie Querschnitt der Kanäle in dem Verteiler sollte 6 mm2 nicht unterschreiten. Durch eine effektive Kühlung der Platte wird ebenfalls ein Rückschlagen der Flammen verhindert.
Zur optimierten Energieausbeute kann es auch vorgesehen sein, daß in Richtung der Strömung vor dem Brennkörper ein Wärmetauscher in den Fluidstrom eingesetzt ist.
Ein möglicher erfindungsgemäßer Gasbrenner ist dadurch gekennzeichnet, daß der der Kühlvorrichtung zugewandte Teil-Brennkörper von einem Lamelienblock gebildet ist, auf dem der Teil-Brennkörper mit dem höheren Strömungswiderstand aufgesetzt ist. Der Lamelienblock kann wie ein Lamellenwärmetauscher aufgebaut sein, der beispielsweise wassergekühlt ist. Die Lamellen tragen, in Strömungsrichtung gesehen, an ihren Austrittkanten den, bzw. die Teil-Brennkörper. Zur Strömungsleitung können die Austrittskanten als auch die Eintrittskanten glatt oder strukturiert sein.
Hierbei ist es auch denkbar, daß der Lamellenblock zwischen seinen Lamellen Kammern aufweist, die zumindest teilweise mit einer porösen Schüttung verfüllt sind. Die poröse Schüttung kann hierbei zur gleichmäßigen Verteilung des Gas-
Luft-Gemisches eingesetzt werden.
Für den Brennkörper lassen sich Schüttungen aus metallischen oder keramischen Körpern, schaumartige Materialien, Geflechte bzw. Gestricke aus Draht oder Wabenkörper aus Keramik, Metall oder Metall-Keramik Verbundwerkstoffen einsetzen. Diese Materialien haben eine ausreichend hohe Temperaturbestädigkeit für den geforderten Einsatzzweck. Wenn es vorgesehen ist, daß die Kühlvorrichtung über einen isolierenden Luftspalt thermisch von dem Brennkörper im Bereich der Verbrennungszone entkoppelt ist, dann besteht kein direkter Kühlkontakt zu dem Brennkörper. Dementsprechend können auch keine Bereiche mit einem starken Temperaturgefälle entstehen. Somit ist ein Nieder-Temperaturbereich, in dem Kohlenmonoxid entstehen würde, sicher verhindert. Der isolierende Spalt hat vorteilhafter Weise eine Breite von 1 bis 10 cm.
Zur Inbetriebnahme des Gasbrenners kann im Inneren des Brennkörpers eine Zündvorrichtung vorgesehen sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieien näher erläutert.
Es zeigen:
Fig.1 in Seitenansicht und im Schnitt eine schematische Darstellung eines Gasbrenners mit einem Brennkörper und Wärmetauschern,
Fig.2 in Seitendarstellung und im Schnitt eine schematische Darstellung eines Gasbrenners mit mehreren Brennkörpern und dazwischen angeordneten Kühlkörpern,
Fig.3 in schematischer Darstellung und in Seitenansicht einen
Gasbrenner mit einer Kühlvorrichtung und einem Brenn- körper, Fig. 4 in Seitenansicht und im Schnitt eine schematische
5 Darstellung eines Gasbrenners mit einem segmentierten
Brennkörper,
Fig. 5 in Seitenansicht und im Schnitt eine schematische
Darstellung eines Gasbrenners mit einem auf eine o Lamellen-Platte aufgestellten Brennkörper und
Fig. 6 und Fig. 7 segmentierte Brennkörper für den Gasbrenner gemäß Fig. 4.
5 Die Fig.1 zeigt ein Gehäuse 22 eines Gasbrenners. Im Inneren des Gehäuses 22 ist in einer Brennkammer ein Brennkörper 14 untergebracht. Der Brennkörper 14 besteht aus zwei Teil-Brennkörpern 14.1 , 14.2. Der Teilbrennkörper 14.1 weist in seinem Inneren eine stöchometrische Porenverteiiung auf. In diesem Sinne kann beispielsweise ein keramischer Schaum oder eine Schüttung aus keramischen oder o metallischen Körpern für den Teil-Brennkörper 14.1 verwendet sein. Der auf den
Teil-Brennkörper 14.1 aufgesetzte obere Teil-Brennkörper 14.2 ist von einer Kanalstruktur 1 7 durchzogen. In Folge der Kanalstruktur 1 7 herrscht in dem Teil- Brennkörper 14.2 ein niedrigerer Strömungswiderstand als in dem Teil-Brennkörper 14.1 . Der gesamte Brennkörper 14 ist auf eine Oberseite 12.1 einer Platte 12 auf- 5 gesetzt. Die Platte 12 ist mit einer, in der Zeichnung nicht dargestellten Kühlung auf einem vorgebbareπ Temperaturniveau gehalten. In der Kontaktzone der Platte 1 2 zu dem Brennkörper 14 sind Durchtrittsöffnungen 1 3 vorgesehen. In diese Durchtrittsöffnungen 1 3 münden Kanäle 1 1 eines Verteilers 10, der die Platte 1 2 unterfängt. Die Kanäle 1 1 , die Durchtrittsöffnungen 1 3, die Poren in dem porösen 0 Material 1 5 und die Kanalstruktur 17 des Teil-Brenπkörpers 14.2 stehen miteinander in räumlicher Verbindung. Damit kann ein Gas-Luft-Gemisch in den Verteiler 10 eindringen und bis zu dem Teil-Brennkörper 1 4.2 gelangen. Über dem Teil-Brennkörper 14.2 ist ein Wärmetauscher 20 in dem Gehäuse 22 5 eingebaut. Der Wärmetauscher 20 ist von einem Rohrleitungssystem 21 durchzogen, in dem Wasser oder eine andere Flüssigkeit mit einer hohen Wärmespeicherkapazität geführt ist.
Beim Betrieb des Gasbrenner strömt das Gas-Luft-Gemisch durch den Verteiler 10 o und die Durchtrittsöffnungen 13 der Platte 12 in den Brennkörper 14 ein. Hier entzündet es sich. Da nun in dem Teil-Brennkörper 14.1 ein hoher Strömungswiderstand vorherrscht, wird ein relativ geringer Anteil des Gas-Luft-Gemisches verbrannt. Das verbleibende Gas-Luft-Gemisch strömt dem Teil-Brennkörper 1 .2 zu. In diesem wird es unter großer Wärmeentwicklung umgesetzt. Da nun der Teil- i5 Brennkörper 14.2 dem Wärmetauscher 20 zugekehrt ist, wird die entwickelte hohe
Wämreenergie direkt abgeführt. Damit ensteht keine Zone lokaler Überhitzung in dem Teil-Brennkörper 14.2. Auch in dem Teil-Brennkörper 14.1 entsteht infolge des geringeren Massenumsatzes keine Temperaturspitze, die das poröse Material 15 schädigen würde. Vielmehr erhält man bei dieser Anordnung eine gleichmäßige 20 Temperaturverteiiung in dem Brennkörper 14.
Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Gasbrenners ist auch unterhalb des Verteilers 10 ein Wärmetauscher 20 mit einem Rohrleitungssystem 21 angeordnet. Dieser Wärmetauscher 20 nimmt auch die nach unten abgegebene Wärme auf.
25
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Gasbrenner sind drei Brennkörper 14 verwendet, die nebeneinander auf der Platte 12 aufgesetzt sind. Beidseitig der Brennkörper 14 sind Kühlkörper 23 einer Kühlvorrichtung auf der Oberseite 12.2 der Platte 12 festgemacht. Die Kühlkörper 23 sind hierbei im Abstand zu den Brennkörpern 14 30 angeordnet, so daß ein Luftspalt 25 > 10 mm entsteht. Die Kühlkörper 23 überragen die Brennkörper 14 in Richtung der Strömung des Gas-Luft-Gemisches. In dem überragenden Teil ist eine Kühlleitung 24 vorhanden. Die Brennkörper 14 sind quer zur Strömungsrichtung des Gas-Luft-Gemisches in einzelne Teil-Brennkörper 14.1 , 14.2 unterteilt. Dabei nimmt der Strömungswiderstand vom Inneren des Brennkörpers 14 zu den Seiten, die den Kühlvorrichtungen 23 zugekehrt sind, ab. Denkbar ist eine dreiteilige Schichtung, wobei die beiden äußeren Teil-Brennkörper einen kleinen und der innere Teil-Brennkörper einen großen Strömungswiderstand aufweist. Vorteilhafterweise können aber auch beliebig weitere Teil-Brennkörper Zwischenstufen bilden. Infolge des inhomogenen
Gas-Luft-Gemischumsatzes im Brennkörper 14 entstehen auch Zonen unterschiedlicher Wärmeentwicklung. Die maximale Wärmeentwicklung wird in den den Kühlkörpern 23 zugekehrten Bereichen entstehen. Hier kann sie effektiv abgeführt werden, so daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Brennkörper 14 entsteht.
Die Wärmeenergie wird hierbei von den Kühlvorrichtungen 23 über den isolierenden Luftspalt 25 abgezogen. Der Wärmeaustausch erfolgt dabei alleine durch Strahlung. Dadurch, daß ein direkter Kontakt des Kühlkörpers 23 zum Brennkörper 14 verhindert ist, sind Zonen starken Temperaturabfalles verhindert. Diese würden einen Anstieg der Kohlenmonoxidemession bewirken. Infolge der gleichmäßigen Temperaturdurchmischung im Brennkörper 14 entsteht auch ein geringer NOx- Ausstoß.
Ebenso wie bei dem Gasbrenner gemäß Fig. 1 ist auch hier ein oberer und ein unterer Wärmetauscher 20 vorhanden, die die anfallende Restwärme abtauschen.
Bei dem in Fig.3 symbolisierten Gasbrenner ist als Kühlkörper 23 eine wasserführende Kühlleitung verwendet. Auf diese Kühlleitung ist ein Lamellenblock auf- geschoben. Der Lamellenblock besteht aus einzelnen, parallel zueinander angeordneten Lamellen 27.1 zwischen denen Kammern 27.2 gebildet sind . Auf der in Austrittsrichtung des Luft-Gas-Gemisches gesehenen Auslassbereiche der Lamellen 27.1 sind Teil-Brennkörper 14.1 aufgesetzt. Der Lamellenblock bildet als weiterer 5 Teil-Brennkörper 14.2 zusammen mit den Teil-Brennkörpern 14.1 den Brennkörper 14. Die zwischen den Lamellen 27.1 gebildeten Kammern 27.2 können mit einem porösen Material verfüllt sein. Das poröse Material erfüllt hierbei die Funktion der gleichmäßigen Verteilung des Gas-Luft-Gemisches. Gleichzeitig muß es überhalb des Kühlkörpers 23 als Teil-Brennkörper 14.2 eine Zone hoher Wärmentwicklung o schaffen.
In der Fig. 4 ist ein Gasbrenner gezeigt, der einen segmentierten Brennkörper 14 aufweist, und sich aus einzelnen Teil-Brennkörpern 14.n zusammensetzt. Die Teil- Brennkörper 14.n sind dabei quer zur Strömungsrichtung des Brenngases neben- 5 einanderiiegend angeordnet. Zur Verbesserung der Wärmeübertragungsvorrichtugn sind die Teil-Brennkörper 14.n über einen Spalt S voneinander getrennt. Die Teil- Brennkörper 14.n sind auf die Oberseite 12.1 einer Platte 1 2 aufgesetzt. Dem Brennkörper 14 wird das Brenngas durch Durchtrittsöffnungen 1 3 der Platte 1 2 hindurch zugeleitet. Aus den Fig. 6 und 7 ergeben sich unterschiedliche 0 Geometrien, die als Teil-Brennkörper 14.n Verwendung finden können.
Fig. 6 zeigt rechteckförmige, Fig. 7 sechseckige Teil-Brennkörper 14.n. Denkbar sind jedoch auch eine Vielzahl anderer Teil-Brennkörper, beispielsweise quadratische oder vieleckige. 5
Aus der Fig. 5 geht ein Gasbrenner hervor, bei dem ein Brennkörper 14 auf eine Platte 1 2 aufgesetzt ist. Die Platte 1 2 verhindert einen Flammenrückschlag. Sie ist aus einer Vielzahl von Lamellen gebildet, die quer zur Strömungsrichtung parallel nebeneinanderliegen. Zwischen den Lamellen sind die Durchtrittsöffnungen 1 3 0 gebildet. Wie Fig. 5 veranschaulicht, sind die Lamellen unterschiedlich lang ausgebildet, so daß ein Teil der Lamellen den Brennkörper 14 trägt, ein anderer Teil jedoch im Abstand hierzu steht. Durch die Kombination des Brennkörpers 14 mit Matrixstruktur mit der Lamellen-Platte 12 können akustische Resonanzen, die beim Verbrennungsprozeß auftreten können, zuverlässig vermieden werden.

Claims

o A n s p r ü c h e
1 . Gasbrenner mit einem Gehäuse das einen Brennraum mit einem Einlaß für ein Gas oder ein Gas-Luft-Gemisch und einen Auslaß für das Abgas aufweist, wobei in dem Brennraum wenigstens ein Brennkörper aus po- 5 rösem Material angeordnet ist, innerhalb dem das Gas-Luft-Gemisch verbrennbar ist, wobei der Brennkörper in mindestens zwei Teil-Brennkörper untergliedert ist, und wobei dem Brennkörper eine Kühlvorrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, o daß der Brennkörper (14) zumindest im Bereich der Wärmeentstehung auf der der Kühlvorrichtung zugewandten Seite einen Teil-Brennkörper (14.2) bildet, der einen geringeren Strömungswiderstand aufweist als der der Kühlvorrichtung abgewandte Teil-Brennkörper (14.1 ).
5 2. Gasbrenner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung von einem Wärmetauscher (21 ) gebildet ist, der im Bereich über dem Brennkörper (14) im Abgasstrom die erzeugte Wärme abtauscht, und 0 daß der dem Wärmetauscher (20) zugekehrte Teil-Brennkörper (14.2) eine
Kanalstruktur und der dem Wärmetauscher (20) abgewandte Teil-Brennkörper (14.1 ) eine stöchometrische Porenverteilung aufweist.
3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkörper (14) quer zur Strömungsrichtung des Gases oder des Gas-Luft-Gemisches seitlich von Kühlkörpern (23) der Kühlvorrichtung eingefaßt ist.
4. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkörper (14) auf einem Verteiler (10) aufgesetzt sind, in dem über Kanäle (1 1 ) den Brennkörpern (14) das Gas-Luft-Gemisch zugeführt ist.
5. Gasbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (10) eine gekühlte Platte (12) aufweist, auf der die Brennkörper ( 14) aufstehen, und daß die Platte (12) Durchtrittsöffnungen ( 1 3) aufweist, über die das Gas-
Luft-Gemisch dem Brennkörper (14) zuströmt.
6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper (23) die Brennkörper ( 14) in Richtung der Strömung des
Gas-Luft-Gemisches überragen.
7. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der Strömung vor den Brennkörpern ( 14) ein Wärmetauscher (20) in dem Fluidstrom angeordnet ist.
8. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
5 daß der der Kühlvorrichtung zugewandte Teil-Brennkörper (14.2) von einem
Lamellenblock gebildet ist, auf dem der Teil-Brennkörper (14.1 ) mit dem höheren Strömungswiderstand aufgesetzt ist.
9. Gasbrenner nach Anspruch 8, o dadurch gekennzeichnet, daß der Lamellenblock zwischen seinen Lamellen (27.1 ) Kammern (27.2) aufweist, die zumindest teilweise mit einer porösen Schüttung verfüllt sind.
10. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkörper (14) mit seinen Teil-Brennkörpern (14.1 , 14.2) aus Schüttungen metallischer oder keramischer Körper, aus schaumartigen Materialien, Geflechten oder Wabenkörper aus Keramik, Metall oder Metall- Keramik- Verbund Werkstoffen besteht. 0
1 1 . Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Brennkörpers (14) eine Zündvorrichtung angeordnet ist.
5 1 2. Gasbrenner mit einem Gehäuse, das einen Brennraum mit einem Einlaß für ein Gas oder ein Gas-Luft-Gemisch und einen Auslaß für das Abgas aufweist, wobei in dem Brennraum wenigstens ein Brennkörper aus porösem Material angeordnet ist, innerhalb dem das Gas-Luft-Gemisch verbrennbar ist, wobei dem Brennkörper eine Kühlvorrichtung mit Wärmetauschern zuge- 0 ordnet ist, wobei ein Wärmetauscher in dem dem Abgas-Auslaß zugewandten Bereich in Strömungsrichtung seitlich von dem Breπnkörper angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (20, Kühlkörper (23)) nur über einen isolierenden Luftspalt (25) thermisch von dem Brennkörper (14) zumindest im Bereich der Verbrennungszone entkoppelt sind.
13. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher (20) in dem dem Einlaß des Gehäuses zugewandten Bereich in Strömungsrichtung vor dem Brennkörper (14) angeordnet ist und über einen isolierenden Luftspalt (25) thermisch von dem Brennkörper (14) entkoppelt ist.
14. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Luftspalt (25) festgelegte Abstand zwischen dem Brennkörper (14) und dem Wärmetauscher (20, Kühlelement (23)) größer als 10 mm ist.
15. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkörper (14) mehrere Teil-Brennkörper (14,n) aufweist, die quer zur Strömungsrichtung nebeneinanderiiegend angeordnet sind, wobei zwischen den Teil- Brennkörpern ein isolierender Spalt (S) belassen ist.
1 6. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkörper (14) auf eine Platte (12) aufgesetzt ist, die aus einer
Vielzahl von parallelen Lamellen gebildet ist, und die dem Einlaß des Gehäuses (22) zugewandt angeordnet ist.
17. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (12) Lamellen aufweist, die eine unterschiedliche Erstreckung in Strömungsrichtung aufweisen.
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