EP1552219A1 - Nachbrenneinrichtung - Google Patents

Nachbrenneinrichtung

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Publication number
EP1552219A1
EP1552219A1 EP03750311A EP03750311A EP1552219A1 EP 1552219 A1 EP1552219 A1 EP 1552219A1 EP 03750311 A EP03750311 A EP 03750311A EP 03750311 A EP03750311 A EP 03750311A EP 1552219 A1 EP1552219 A1 EP 1552219A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
foam ceramic
afterburner
fuel
combustion chamber
foam
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Withdrawn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
EP03750311A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guenter Hoenig
Frank Miller
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 EP1552219A1 publication Critical patent/EP1552219A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/07—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases in which combustion takes place in the presence of catalytic material
    • 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 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F23C99/006—Flameless combustion stabilised within a bed of porous heat-resistant material

Definitions

  • the invention relates to an afterburner according to the preamble of the main claim.
  • the optimal operating temperature of a chemical reformer is usually far above its ambient temperature. This leads to problems in particular for vehicles for private transport. The numerous standstill phases of the vehicle lead to a large number of cold start phases, in which the chemical reformer in particular does not work optimally. Under very low loads, the reformer may also reach does not lose the optimum operating temperature due to the heat it contains or loses it during operation.
  • afterburning devices which, in particular, have the task of, for example, combustible residual gases / exhaust gases a fuel cell process to convert into heat and, by avoiding an uncontrolled release of these gases to the environment, to reduce emissions.
  • the heat generated is fed, for example, to a reformer or a fuel cell in order to quickly bring it up to operating temperature and thus shorten the cold start phase.
  • the heat generated is used to maintain the required operating temperature of the reformer and fuel cells. This ensures that the optimum operating temperature is maintained even in part-load operation.
  • the afterburner burns the combustible residual gases, for example residual hydrogen from a fuel cell or residual gases from a cat burner, with the formation of flames and possibly partially catalytically and is thermally coupled to the chemical reformer.
  • the heat effect of the combustible residual gases alone is not sufficient to provide a sufficiently large heat output.
  • fuel is usually measured additionally or solely in the afterburner.
  • the fuel which is preferably in liquid form, is injected into a combustion chamber in finely divided form as droplet olke with the smallest possible droplet diameter by complex and error-prone devices.
  • metering devices for generating a droplet cloud with a small droplet diameter are very complex, cost-intensive and prone to errors.
  • the necessary small droplet diameter can often only be achieved by using high fuel pressure, the generation of high pressure taking up a relatively large amount of power and in particular the installation for generating the pressure taking up a lot of space.
  • metering devices usually have very small ones Metering openings, which are caused by combustion residues or
  • Residual gas is swirled with air for a sufficient time before combustion.
  • the relatively large one is disadvantageous here
  • Air metering and the additional energy requirement Air metering and the additional energy requirement.
  • the afterburner according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that a very good fuel distribution in the combustion chamber or in the foam ceramic takes place through the metering of fuel onto or into the open-pore heat-resistant foam ceramic without the use of complex atomizing devices to produce the finest fuel drops ,
  • the associated relatively large contact area with atmospheric oxygen leads to an almost complete combustion of the supplied fuel and residual gas and thus to excellent efficiency and very low pollutant emissions.
  • the requirements for the metering device or the fuel nozzle, which measures the fuel in the combustion chamber or on or in the foam ceramic are very low, since the fuel is distributed within the foam ceramic.
  • the foam ceramic heats up very quickly, which means that after a short period of operation and a possible brief interruption in the fuel supply, spark ignition by spark plugs or the like usually does not occur when the fuel supply is restarted necessary is.
  • the foam ceramic can initially take up a portion of the metered fuel without it being ignited immediately. Rather, some of the fuel is distributed in the foam ceramic before it is ignited on its surface.
  • the foam ceramic is therefore able to initially store a certain amount of fuel. This property is advantageous, for example, when starting the afterburner from the cold state with insufficient spark ignition by, for example, an incandescent filament, since the fuel is not immediate can escape unburned through the combustion chamber. Rather, it is stored in the foam ceramic and is still available for combustion. Deflagration processes in the combustion chamber or an enrichment of the fuel-air mixture beyond the ignitability are largely prevented.
  • the afterburning device has a very large heat output range, which is particularly due to the possibility of setting very small heat outputs.
  • adjustable, very small heat outputs or combustion outputs it is possible to avoid pollutant-intensive, material-stressing and efficiency-reducing switch-off and switch-on processes of the afterburner, in particular in the case of load change processes typical of private automobile traffic.
  • the afterburner can advantageously be further developed in that the foam ceramic consists at least partially of silicon carbide.
  • Silicon carbide is extremely heat-resistant, an excellent heat conductor and also gives the foam ceramic good mechanical rigidity with a relatively low density. Silicon carbide also conducts electrical current relatively well.
  • the good electrical Conductivity can be used for measurement purposes, for example to determine the temperature via the electrical resistance derived from current and voltage, or the combustion process can be influenced, controlled or, for example in catalytic combustion, completely achieved, for example in the case of catalytic combustion partial load operation.
  • the foam ceramic is made open-pored by so-called reticulation, which can be carried out, for example, thermally or chemically.
  • reticulation which can be carried out, for example, thermally or chemically.
  • the pore size can be set very easily, for example in the range from 0.05 mm to 5 mm, in the production of the foam ceramic.
  • the foam ceramic is in good heat-conducting contact with at least part of the wall of the combustion chamber, since this enables the heat to be transferred quickly and efficiently, for example to the reformer, a process engineering component such as e.g. a cat burner or a fuel cell can be dispensed.
  • a process engineering component such as e.g. a cat burner or a fuel cell can be dispensed.
  • the combustion process can also take place, for example, at least partially catalytically, without flame formation.
  • the afterburner device according to the invention also has an ignition device, the combustion process in the afterburner device can be started at any time without any significant start-up times, in particular after a brief interruption in the fuel metering.
  • the outside temperatures or the temperature of the afterburner are of little importance.
  • the ignition device can be designed in a particularly simple and compact manner as a filament or glow plug is advantageously attached between the ceramic foam and the nozzle or in the ceramic foam.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of an inventive
  • Fig. 2 shows an excerpt section through the open-pore foam ceramic as a schematic diagram.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of an afterburner 1 according to the invention shown in FIG. 1 has a tubular cylindrical housing 5 and a combustion chamber 8 located therein.
  • the combustion chamber 8 is delimited laterally by the housing 5, at the top by an upper ring 9 and at the bottom by a lower ring 10 in the housing 5.
  • the upper ring 9 delimits the combustion chamber 8 from a nozzle 2 and the lower ring 11 from an outlet chamber 11.
  • the combustion chamber 8 is completely filled with a foam ceramic 4 in this exemplary embodiment.
  • the pores of the foam ceramic are connected to each other in the transverse and longitudinal directions and in particular allow an excellent flow and almost complete combustion.
  • An excerpted section as a schematic diagram is shown in Fig. 2.
  • the pores 13 embedded in the carrier foam 12 can be seen.
  • the foam ceramic is e.g. By reticulating the carrier foam 12, e.g. Polyurethane foam, and subsequent treatment with a carrier foam 12, e.g. Polyurethane foam, and subsequent treatment with a carrier foam 12, e.g. Polyurethane foam, and subsequent treatment with a carrier foam 12, e.g. Polyurethane foam, and subsequent treatment with a carrier foam 12, e.g. Polyurethane foam, and subsequent treatment with a
  • Silicon carbide suspension for example ceramic powder made of silicon carbide suspended in water, can be produced.
  • the flame area 6 is here
  • the nozzle 2 receives fuel, residual gas, air or a mixture of these components at its axial end facing away from the foam ceramic 4 and measures it at its lower axial end, which faces the foam ceramic 4, through an opening (not shown) into the foam ceramic 4.
  • Air is also fed to the combustion chamber 8 or the combustion via an air supply 3.
  • the introduction of a residual gas-air or residual gas-oxygen mixture is also possible via the air supply 3.
  • Fuel, residual gas or a mixture of these components ignites with air and / or oxygen or reacts chemically during operation on the hot surface of the foam ceramic 4.
  • the combustion process can also be started or maintained by ignition devices (not shown in more detail).
  • ignition devices are, for example, as an electrical glow plug or filament 14 attached between nozzle 2 and foam ceramic 4. It is also possible to mount the ignition device in the foam ceramic 4. It is also conceivable to design the ignition device in such a way that the entire foam ceramic 4, or at least part of it, is electrically heated such that an ignition device is formed.
  • the ceramic foam 4 can also be heated from the outside or by the implementation of wires. After the oxidation of the fuel and / or the residual gases has taken place, the combustion gases escape downward through the lower ring 10 into the outlet space 11, in order to then escape through outlet openings 7 here.
  • the afterburner 1 or the housing 5 is in large area with a chemical reformer, not shown, and / or a fuel cell in good heat-conducting contact, which contact can also be designed to be interruptible.

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Abstract

Eine Nachbrenneinrichtung (1), insbesondere für chemische Reformer zur Gewinnung von Wasserstoff, zur Nachverbrennung von Restgasen aus einem Reformierungs- und/oder aus einem Brennstoffzellenprozess weist zumindest eine Düse (2) zur Zumessung von Brennstoff und der brennbaren Restgase in einen Brennraum (8) und zumindest eine Luftzufuhr (3) auf. Der Brennraum (8) ist zumindest teilweise mit einer hitzebeständigen offenporigen Schaumkeramik (4) gefüllt.

Description

Nachbrenneinrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Nachbrenneinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Bei brennstoffzellengestützten Transportsystemen kommen zur Gewinnung des benötigten Wasserstoffs aus kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen sog. chemische Reformer zum Einsatz.
Die optimale Betriebstemperatur eines chemischen Reformers liegt meist weit oberhalb seiner Umgebungstemperatur. Insbesondere bei Fahrzeugen für den Individualverkehr führt dies zu Problemen. Die zahlreichen Stillstandsphasen des Fahrzeugs führen zu einer großen Anzahl von Kaltstartphasen, in welcher insbesondere der chemische Reformer nicht optimal arbeitet . Bei sehr geringer Last erreicht der Reformer ebenfalls u.U. die optimale Betriebstemperatur durch die in ihm anfallende Wärme nicht oder verliert sie während des Betriebs .
Insbesondere bei brennstoffzellengestützten Antriebsystemen mit chemischem Reformer ist es daher vorteilhaft Nachbrenneinrichtungen einzusetzen, welche insbesondere die Aufgabe haben, brennbare Restgase/Abgase, aus beispielsweise einem Brennstoffzellenprozeß, in Wärme umzusetzen und, durc die Vermeidung einer unkontrollierten Abgabe dieser Gase an die Umwelt, die Emissionen zu reduzieren. Die erzeugte Wärme wird beispielsweise einem Reformer oder einer Brennstoffzelle zugeführt um diese schnell auf Betriebstemperatur zu bringen und um so die Kaltstartphase zu verkürzen. Außerdem wird die erzeugte Wärme zur Aufrechterhaltung der jeweils notwendigen Betriebstemperatur von Reformer und Brennstoffzellen verwendet. So wird die Einhaltung der optimalen Betriebstemperatur auch im Teillastbetrieb sichergestellt.
Die Nachbrenneinrichtung verbrennt die brennbaren Restgase, beispielsweise Restwasserstoff aus einer Brennstoffzelle oder Restgase eines Katbrenners, unter Flammenbildung und ggf. teilweise katalytisch und ist mit dem chemischen Reformer thermisch gekoppelt. Meist edoch reicht die Wärmewirkung der brennbaren Restgase alleine nicht aus, eine ausreichend große Wärmeleistung zur Verfügung zu stellen. Deshalb wird meist zusätzlich oder alleinig Brennstoff in die Nachbrenneinrichtung eingemessen. Dabei wird der Brennstoff, welcher vorzugsweise in flüssiger Form vorliegt, durch aufwendige und fehleranf llige Einrichtungen fein verteilt als Tropfchen olke mit möglicht kleinem Tropfchendurchmesser in einen Brennraum eingespritzt. Der
■ geringe Tropfchendurchmesser (Sauterdurchmesser) ist notwendig, um den Brennstoff möglichst großflächig mit
Sauerstoff und Wärme in Kontakt zu bringen und um so den
Verbrennungsvorgang möglichst vollständig zu vollziehen.
Nachteilig ist dabei, daß Zumeßeinrichtungen zur Erzeugung einer Tropfchenwolke mit kleinem Tropfchendurchmesser sehr aufwendig, kostenintensiv und fehleranfällig sind. Der notwendige geringe Tropfchendurchmesser kann oft nur durch die Anwendung hohen Brennstoffdrucks erzielt werden, wobei die Erzeugung hohen Drucks verhältnismäßig viel Leistung beansprucht und insbesondere die Anlage zur Erzeugung des Drucks viel Raum beansprucht . Solche Zumeßeinrichtungen haben darüber hinaus üblicherweise sehr kleine Zumeßöffnungen, welche durch Verbrennungsrückstände bzw.
Ablagerungen das Zumeßverhalten der Zumeßeinrichtung unzulässig und schlecht kontrollierbar verändern. Wegen der im Brennraum auftretenden hohen Temperaturen, muß die Zumeßeinrichtung räumlich vom Brennraum getrennt werden und kann so den Kraftstoff nicht direkt in den Brennraum zumessen. In der deswegen notwendigen Zumeßleitung, welche den Kraftstoff von der Zumeßeinrichtung zum Brennraum transportiert, kann der darin befindliche Kraftstoff, beispielsweise in einer Stillstandsphase, verdampfen und so unkontrolliert entweichen. Dies führt unter anderem zu hohen unkontrollierten Schadsto femissionen. Alternativ oder unterstützend zu der Anwendung hohen Brennstoffdrucks sind zur feinen Zerstäubung des Brennstoffs Lösungen mit Luftunterstützung bekannt, wobei der Brennstoff bzw. das
Restgas vor der Verbrennung ausreichend lange mit Luft verwirbelt wird. Nachteilig ist hierbei der relativ große
Raumbedarf, die aufwendige und störanfällig Regelung der
Luftzumessung und der zusätzliche Energiebedarf.
Schließlich ergibt sich insbesondere bei geringer Leistung die Gefahr einer unvorhergesehenen Flammlöschung der offenen kontinuierlich brennenden Flamme im Brennraum. Die Wärmeleistung der Nachbrenneinrichtung ist deshalb nach unten hin stark eingeschränkt. Weiterhin ist stets ein gewisser Zeitbedarf zur Abschaltung der Brennstoffzufuhr oder der Neuzündung der Flamme notwendig. In dieser Zeit kann sich Brennstoff bzw. Restgas im Brennraum ansammeln. Dies beeinflußt die Neuzündung negativ, ein ggf. vorhandener Katalysator kann beschädigt werden und unverbrannter Brennstoff bzw. Restgas kann in die Atmosphäre entweichen. Trotz all der genannten Maßnahmen bleiben im Abgas der Nachbrenneinrichtung unverbrannte bzw. unvollständig verbrannte Anteile zurück, welche teilweise giftig oder chemisch aggressiv sind. Dies führt zu einer erhöhten Umweltbelastung und Materialbelastung, außerdem wird der Brennwert des Brennstoffs bzw. des Restgases nur unvollständig ausgenutzt. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Nachbrenneinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Zumessung von Brennstoff auf bzw. in die offenporige hitzebeständige Schaumkeramik, ohne den Einsatz aufwendiger Zerstäubungseinrichtungen zur Erzeugung feinster Brennstofftropfen eine sehr gute Brennstoffverteilung im Brennraum bzw. in der Schaumkeramik erfolgt. Die damit einhergehende verhältnismäßig große Berührungsfläche mit Luftsauerstoff führt zu einer nahezu vollständigen Verbrennung des zugeführten Brennstoffes und Restgases und damit zur einem hervorragenden Wirkungsgrad und sehr geringen Schadstoffemissionen. Die Anforderungen an die Zumeßeinrichtung bzw. die Brennstoffdüse, welche den Brennstoff in den Brennraum bzw. auf oder in die Schaumkeramik einmißt, sind sehr gering, da die Verteilung des Brennstoffes innerhalb der Schaumkeramik erfolgt.
Durch die geringe Wärmekapazität der Schaumkeramik und den in der Schaumkeramik gleichmäßig und großräumig verteilten Verbrennungsvorgang, heizt sich die Schaumkeramik sehr schnell auf, womit schon nach kurzer Betriebsdauer und eventuell auftretender kurzzeitiger Unterbrechung der Brennstoffzufuhr eine Fremdzündung durch beispielsweise Zündkerzen oder Ähnlichem bei Wiederaufnahme der Brennstoffzufuhr meist nicht notwendig ist.
Vorteilhaft ist weiterhin, daß die Schaumkeramik einen Teil des zugemessenen Brennstoffs zunächst aufnehmen kann, ohne daß dieser sofort gezündet wird. Vielmehr verteilt sich ein Teil des Brennstoff zuerst in der Schaumkeramik, bevor er an seiner Oberfläche gezündet wird. Die Schaumkeramik ist also in der Lage, eine gewisse Menge Brennstoff zunächst zu speichern. Diese Eigenschaft ist beispielsweise bei einem Anfahren der Nachbrenneinrichtung aus dem kalten Zustand bei nur ungenügender Fremdzündung durch beispielsweise eine Glühwendel von Vorteil, da der Brennstoff nicht sofort unverbrannt durch den Brennraum hindurch entweichen kann. Vielmehr wird er in der Schaumkeramik gespeichert und steht der Verbrennung weiterhin zur Verfügung. VerpuffungsVorgänge im Brennraum bzw. eine Anreicherung des Brennstoff -Luft- Gemisches über die Zündfähigkeit hinaus, werden somit weitgehend verhindert.
Als weiterhin sehr vorteilhaft zu betrachten ist außerdem, daß weitgehend unabhängig von der geometrischen Formgebung der Schaumkeramik die Verteilung des Brennstoffs vorrangig selbsttätig stattfindet. Dies läßt eine sehr anpassungsfähige Platzierung der Schaumkeramik im Brennraum bzw. in der Nachbrenneinrichtung zu, um beispielsweise die thermische Kopplung zwischen Schaumkeramik und Brennraum, bzw. mit anderen Elementen der Nachbrenneinrichtung, zu verbessern.
Darüber hinaus hat die erfindungsgemäße Nachbrenneinrichtung einen sehr großen Wärmeleistungsbereich, der insbesondere durch die Möglichkeit zustande kommt, sehr kleine Wärmeleistungen einzustellen. Durch diese einstellbaren sehr kleinen Wärmeleistungen bzw. Brennleistungen, ist es möglich Schadstof intensive, materialbelastende und wirkungsgradmindernde Aus- und Einschaltvorgänge der Nachbrenneinrichtung zu vermeiden, insbesondere bei Lastwechselvorgängen typisch für den automobilen Individualverkehr .
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Nachbrenneinrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Vorteilhaft weitergebildet werden kann die Nachbrenneinrichtung dadurch, daß die Schaumkeramik zumindest teilweise aus Siliziumkarbid besteht. Siliziumkarbid ist hervorragend hitzebeständig, ein exzellenter Wärmeleiter und verleiht der Schaumkeramik überdies eine gute mechanische Steifigkeit bei relativ geringer Dichte. Außerdem leitet Siliziumkarbid den elektrischen Strom relativ gut. Die gute elektrische Leitfähigkeit kann zu meßtechnischen Zwecken ausgenutzt werden, um beispielsweise die Temperatur über den durch Strom und Spannung hergeleiteten elektrischen Widerstand zu bestimmen oder der Verbrennungsvorgang kann insbesondere durch die Wärmewirkung des elektrischen Stromes beeinflußt, gesteuert oder, z.B. bei katalytischer Verbrennung, gänzlich erzielt werden, beispielweise im Teillastbetrieb.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Schaumkeramik durch sog. Retikulieren, was beispielsweise thermisch oder chemisch durchgeführt werden kann, offenporig gemacht wird. Dadurch läßt sich ein sehr hohes Maß an Offenporigkeit erzielen und zudem läßt sich die Porengröße sehr leicht, beispielsweise im Bereich von 0,05 mm bis 5 mm, bei der Herstellung der Schaumkeramik einstellen.
Vorteilhafterweise steht die Schaumkeramik mit zumindest einem Teil der Wandung des Brennraums in gutem wärmeleitendem Kontakt, da dadurch die Wärme schnell und effizient an beispielsweise den Reformer, eine verfahrenstechnische Komponente wie z.B. einen Katbrenner oder eine Brennsto fzelle abgegeben werden kann.
Wird die Schaumkeramik vorteilhafterweise mit einer katalytischen Schicht, beispielsweise aus Platin oder einer platinhaltigen Legierung beschichtet, so kann der Verbrennungsvorgang beispielsweise auch wenigstens teilweise katalytisch, ohne Flammenbildung ablaufen.
Weist die erfindungsgemäße Nachbrenneinrichtung weiterhin eine Zündeinrichtung auf, so kann der Verbrennungsvorgang in der Nachbrenneinrichtung jederzeit ohne nennenswerte Anlaufzeiten, insbesondere nach einer kurzzeitigen Unterbrechung der Kraftstoffzumessung, in Gang gesetzt werden. Dabei sind die Außentemperaturen bzw. die Temperatur der Nachbrenneinrichtung nur von geringer Bedeutung. Die Zündvorrichtung kann besonders einfach und kompakt als Glühwendel oder Glühkerze ausgebildet sein, wobei diese vorteilhafterweise zwischen Schaumkeramik und Düse oder in der Schaumkeramik angebracht ist .
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich durch die Ausbildung der Düse als Dralldüse, welche eine noch bessere Brennstoffverteilung ermöglicht.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Nachbrenneinrichtung und
Fig. 2 einen auszugsweisen Schnitt durch die offenporige Schaumkeramik als Prinzipskizze.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft beschrieben.
Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Nachbrenneinrichtung 1 weist ein rohrzylindrisches Gehäuse 5 und einen darin befindlichen Brennraum 8 auf. Der Brennraum 8 ist seitlich durch das Gehäuse 5, oben durch einen oberen Ring 9 und unten durch einen unteren Ring 10 im Gehäuse 5 abgegrenzt. Der obere Ring 9 grenzt den Brennraum 8 gegen eine Düse 2 ab und der untere Ring 11 gegen einen Austrittsraum 11. Der Brennraum 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel gänzlich mit einer Schaumkeramik 4 gefüllt . Die Poren der Schaumkeramik sind in Quer- und Längsrichtung miteinander verbunden und lassen insbesondere so eine hervorragende Durchströmung und nahezu vollständige Verbrennung zu. Ein auszugsweiser Schnitt als Prinzipskizze ist in Fig. 2 dargestellt. Erkennbar sind die in den Trägerschaum 12 eingebetteten Poren 13.
Die Schaumkeramik ist z. B. durch Retikulieren des Trägerschaums 12, wie z.B. Polyurethanschaum, und anschließender Behandlung mit einer
Siliziumkarbidsuspension, beispielsweise in Wasser suspendiertes Keramikpulver aus Siliziumkarbid, herstellbar.
Ein Flammbereich 6 zieht sich, ausgehend von der Düse 2, ovalförmig durch die im Brennraum 8 liegende Schaumkeramik 4 und endet im Austrittraum 11. Der Flammbereich 6 ist hier
•nur beispielhaft wiedergegeben und ist beispielsweise abhängig von der Lage der Düse 2 zur Schaumkeramik 4 , dem Brennstoffdruck, der Porengröße der Schaumkeramik 4, und * den Eigenschaften des Brennstoffs. Insbesondere ist es möglich, die Flammbildung in der gesamten Schaumkeramik 4 auszubilden oder bei katalytischer Verbrennung die Flammbildung gänzlich zu unterbinden oder nur in Teilen der Schaumkeramik 4 zuzulassen .
Die Düse 2 nimmt an ihrem der Schaumkeramik 4 abgewandten axialen Ende Brennstoff, Restgas, Luft oder eine Mischung dieser Bestandteile auf und mißt sie an ihrem unteren axialen Ende, welcher der Schaumkeramik 4 zugewandt ist, durch eine nicht dargestellte Öffnung in die Schaumkeramik 4 ein. Luft wird zudem über eine Luftzufuhr 3 dem Brennraum 8 bzw. der Verbrennung zugeführt. Auch die Einbringung eines Restgas-Luft- oder Restgas-Sauerstoff-Gemisches ist über die Luftzufuhr 3 möglich. Brennstoff, Restgas oder eine Mischung dieser Bestandteile entzündet sich mit Luft und/oder Sauerstoff bzw. reagiert chemisch im laufenden Betrieb an der heißen Oberfläche der Schaumkeramik 4.
Der Verbrennungsvorgang kann aber auch durch nicht genauer dargestellte Zündeinrichtungen in Gang gebracht, bzw. aufrecht erhalten werden. Solche Zündeinrichtungen sind beispielsweise als elektrische Glühkerze oder Glühwendel 14 zwischen Düse 2 und Ξchaumkeramik 4 angebracht. Es ist auch möglich, die Zündeinrichtung in der Schaumkeramik 4 anzubringen. Es ist ebenso denkbar, die Zündeinrichtung so zu gestalten, daß die gesamte Schaumkeramik 4, oder zumindest ein Teil davon, so elektrisch beheizt wird, daß dadurch eine Zündeinrichtung gebildet wird. Schließlich kann die Schaumkeramik 4 auch von außen oder durch die Implementierung von Drähten beheizt werden. Nach erfolgter Oxidation des Brennstoffes und/oder der Restgase entweichen die Verbrennungsgase nach unten durch den unteren Ring 10 in den Austrittsraum 11, um dann hier durch Austrittsöffnungen 7 zu entweichen.
Die Nachbrenneinrichtung 1 bzw. das Gehäuse 5 steht großflächig mit einem nicht dargestellten chemischen Reformer und/oder einer Brennstof zelle in gutem wärmeleitendem Kontakt, wobei dieser Kontakt auch unterbrechbar gestaltet sein kann.

Claims

Ansprüche
1. Nachbrenneinrichtung (1), insbesondere für chemische Reformer zur Gewinnung von Wasserstoff, zur Nachverbrennung von Restgasen aus einem Reformierungs- und/oder aus einem Brennstoffzellenprozeß mit zumindest einer Düse (2) zur Zumessung von Brennstoff und der brennbaren Restgase in einen Brennraum (8) und zumindest einer Luftzufuhr (3) , dadurc gekennzeichnet, daß der Brennraum (8) zumindest teilweise mit einer hitzebeständigen offenporigen Schaumkeramik (4) gefüllt ist.
2. Nachbrenneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumkeramik (4) zumindest teilweise aus Siliziumkarbid besteht.
3. Nachbrenneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumkeramik (4) durch Retikulieren offenporig gemacht ist.
4. Nachbrenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumkeramik (4) elektrisch beheizbar ist.
5. Nachbrenneinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumkeramik (4) mit zumindest einem Teil der Wandung des Brennraums (8) in gutem wärmeleitenden Kontakt steht .
6. Nachbrenneinrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumkeramik (4) teilweise mit einer katalytischen Schicht, insbesondere aus Platin, überzogen ist.
7. Nachbrenneinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrenneinrichtung (1) eine Zündeinrichtung aufweist .
8. Nachbrenneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung als elektrische Glühwendel (14) oder Glühkerze ausgebildet ist .
9. Nachbrenneinrichtung nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung zwischen Schaumkeramik (4) und Düse
(2) oder in der Schaumkeramik (4) angebracht oder gebildet ist .
10 . Nachbrenneinrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (2) als Drall- oder Mehrlochdüse ausgebildet ist.
EP03750311A 2002-10-04 2003-09-03 Nachbrenneinrichtung Withdrawn EP1552219A1 (de)

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DE10246231A DE10246231A1 (de) 2002-10-04 2002-10-04 Nachbrenneinrichtung
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WO (1) WO2004033963A1 (de)

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