EP1741978A2 - Wandstruktur für einen Brenner - Google Patents

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Publication number
EP1741978A2
EP1741978A2 EP06114087A EP06114087A EP1741978A2 EP 1741978 A2 EP1741978 A2 EP 1741978A2 EP 06114087 A EP06114087 A EP 06114087A EP 06114087 A EP06114087 A EP 06114087A EP 1741978 A2 EP1741978 A2 EP 1741978A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
lower plate
enclosure
combustion chamber
wall structure
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Withdrawn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
EP06114087A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1741978A3 (de
Inventor
Andreas Kaupert
Markus Münzer
Karl-Heinz Sachs
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.)
Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
J Eberspaecher GmbH and Co KG
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 J Eberspaecher GmbH and Co KG filed Critical J Eberspaecher GmbH and Co KG
Publication of EP1741978A2 publication Critical patent/EP1741978A2/de
Publication of EP1741978A3 publication Critical patent/EP1741978A3/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • 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 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel

Definitions

  • the present invention relates to a wall structure for limiting a combustion chamber of a burner.
  • the present invention also relates to a burner equipped with such a wall structure.
  • a gaseous oxidizer is burned with a gaseous fuel in a combustion reaction taking place in the combustion chamber.
  • a gaseous fuel in a combustion reaction taking place in the combustion chamber.
  • Such a burner may be used, for example, in a fuel cell to burn an anode-side hydrogen-product gas mixture and a cathode-side oxygen-product gas mixture in order to reduce unwanted hydrogen emissions of the fuel cell.
  • a burner is for example from the DE 10 2004 033 545.1 from 09.07.2004 the contents of which are hereby incorporated by express reference to the disclosure of the present invention.
  • a wall structure of the burner which delimits the combustion chamber at least on one side, has first openings for the supply of the one gas and separate second openings for the supply of the second gas.
  • the present invention is concerned with the problem of providing an improved embodiment for a wall structure or for a burner of the type mentioned, which is characterized in particular by a simplified manufacturability.
  • the invention is based on the general idea of forming a top plate and a bottom plate so as to form the wall structure and to attach them to one another such that a channel system is formed between the plates.
  • the top plate facing the combustion chamber then contains first openings which communicate with the channel system.
  • the top plate in contact zones, in which the two plates abut each other, second openings, which also penetrate the lower plate and communicate with a separate from the channel system feed space. In this way, two separate gas paths are realized with simple and inexpensive means in the wall structure, which open at the top plate through separate openings in the combustion chamber.
  • the wall structure may have a lateral enclosure which laterally encloses the feed space and the channel system and in particular the plates. This enclosure can be used to seal the duct system and feed chamber. With the enclosure, the wall structure forms a completely pre-assembled assembly, which simplifies the assembly of a torch equipped with the wall structure.
  • the enclosure may be equipped with a first feed tube communicating with the channel system. Likewise, a second feed tube may be provided which communicates with the feed space.
  • the wall structure can be produced particularly favorably if first the top plate is provided with the first openings, and then connected to the bottom plate to form the channel system.
  • a solder joint is suitable.
  • the second holes are formed.
  • the feed tubes can be attached to the enclosure, for example, again by a solder joint.
  • a solder joint with a reduced soldering temperature is used in order not to endanger the solder joint between the upper and lower plate during soldering of the pipes.
  • Fig. 1 shows a wall structure 1 of a burner, not otherwise shown, in which the wall structure 1 serves to limit a combustion chamber 2 of the burner.
  • the wall structure 1 comprises a top plate 3 and a bottom plate 4.
  • the wall structure 1 also has a bottom plate 5, a skirt 6 and e.g. two supply pipes, namely a first feed pipe 7 and a second feed pipe 8, on.
  • the top plate 3 is exposed to the combustion chamber 2.
  • the lower plate 4 is arranged on a side facing away from the combustion chamber 2 side of the top plate 3 within the wall structure 1, in such a way that the lower plate 4 rests in contact zones 9 on the top plate 3.
  • the shape of upper plate 3 and lower plate 4 is specifically chosen so that between the upper plate 3 and lower plate 4, a channel system 10 is formed.
  • the lower plate 4 separates the channel system 10 from a feed space 11, which is formed on a side facing away from the combustion chamber 2 side of the lower plate 4 in the wall structure 1. Compared to the lower plate 4 said feed space 11 is limited by the bottom plate 5.
  • the enclosure 6 circumferentially encloses the upper plate 3, the channel system 10, the lower plate 4, the feed space 11 and the bottom plate 5.
  • the enclosure 6 is provided with an upper step 28 into which the top plate 3 can be inserted.
  • the enclosure 6 expediently also has a lower step 29 into which the base plate 5 can be inserted.
  • the top plate 3 includes first openings 12 which penetrate the top plate 3 and communicate with the channel system 10.
  • the upper plate 3 and the lower plate 4 have common second openings 13, which penetrate the upper plate 3 and the lower plate 4 and communicate with the feed space 11.
  • the two feed tubes 7, 8 are each attached to the enclosure 6 and penetrate them.
  • the first feed tube 7 communicates with the channel system 10 while the second feed tube 8 communicates with the feed space 11.
  • a first gas path is formed, which leads from the first feed tube 7 through the channel system 10 via the first openings 12 into the combustion chamber 2.
  • a second gas path which also leads from the second feed tube 8 through the feed space 11 via the second openings 13 into the combustion chamber 2.
  • At least one support foot 14 can be arranged in the feed space 11, via which the lower plate 4 is supported on the base plate 5.
  • This at least one support leg 14 may preferably with the lower plate 4 be made in one piece.
  • the respective support leg 14 can be soldered to the bottom plate 5.
  • Upper plate 3 and lower plate 4 are fastened to one another in the region of the contact zones 9, for example by means of a first solder connection.
  • the feed pipes 7, 8 are fixed to the enclosure 6, preferably by means of a second solder joint.
  • the production of the wall structure 1 is preferably carried out as follows:
  • the top plate 3 is first provided with the first openings 12, for example by punching or drilling. Subsequently, the upper plate 3 is firmly connected to the lower plate 4, for example, with the first solder joint. Subsequently, the second openings 13 are produced, for example by punching or drilling. Only then are the bottom plate 5 and the feed tubes 7, 8 attached, for example with the second solder joint.
  • the second solder joint has a lower soldering temperature than the first solder joint. In this way, it is ensured that the previously prepared first solder joint, in particular between the top plate 3 and bottom plate 4 is not impaired during the production of the second solder joint.
  • the channel system 10 is generated by the shape of the top plate 3 and bottom plate 4. To do this, have the top plate 3 and / or the lower plate 4 a wave-shaped or rectangular structure.
  • the lower plate 4 has a wavy or rectangular structure, while the upper plate 3 has a substantially planar structure.
  • the lower plate 4 thus has mountain structures 15 and valley structures 16 for defining the channel system 10. Via the mountain structures 15, the contacting with the upper plate 3 takes place.
  • the channel system 10 comprises a plurality of mutually parallel longitudinal channels 17 and at least one, preferably two transverse channels 18, wherein the respective transverse channel 18 extends transversely to the longitudinal channels 17.
  • the longitudinal channels 17 communicate with each other.
  • two transverse channels 18 are provided, which are arranged at the longitudinal ends of the longitudinal channels 17.
  • at least one further transverse channel 18 may be provided, which is arranged between the longitudinal ends of the longitudinal channels 17.
  • the one longitudinal channel 17, into which the first feed pipe 7 opens is expediently designed as a pre-distribution space and has a larger volume than the other channels 17, 18.
  • the lower plate 4 and the enclosure 6 are made in one piece.
  • lower plate 4 and skirt 6 form one-piece casting.
  • the lower plate 4 and the skirt 6 are separately produced components, wherein in particular the skirt 6 is a casting, while the lower plate 4 can basically also be a deep-drawn part.
  • the lower plate 4 is attached to the enclosure 6, for example by means of a solder joint.
  • the enclosure 6 may be equipped with a middle step 32, on which the separate lower plate 4 rests and over which the lower plate 4 is soldered to the enclosure 6.
  • the lower plate 4 is assembled from several individual parts.
  • the lower plate 4 here comprises a middle part 19, which has the wave-shaped or rectangular structure, and two side parts 20, which are attached to the middle part 19.
  • the wave-shaped or rectangular-structured middle part 19 again has the valley structures 16 which are open towards the top plate 3 and the mountain structures 15 which are open toward the feed space 11.
  • the middle part 19 is made for example by folding or deep drawing.
  • the mountain structures 15 are open due to the production of the central part 19 at their end faces.
  • the side parts 20 have a plurality of closures 21, each of which closes a mountain structure 15 laterally.
  • the closures 21 are angled away from a channel bottom 31, which is also part of the side part 20. This channel bottom 31 delimits one of the channels of the channel system 10, namely one of the transverse channels 18 to the feed space 11.
  • 4 shows the wall structure 1 with the built lower plate 4 according to FIG. 3.
  • the skirt 6 is assembled from a top 22 and a bottom 23.
  • the upper part 22 faces the combustion chamber 2, while the lower part 23 faces away from the combustion chamber 2.
  • the two parts 22, 23 of the enclosure 6 are connected by a flange 24 with each other.
  • a soldering or a weld seam in the region of the flange 24 may be provided.
  • To form the flange 24 is a collar of one part, here the lower part 23, around an outwardly projecting collar of the other part, here the upper part 22, flanged. To fix the lower plate 4 in the wall structure 1, this protrudes into the flange 24 and is flanged.
  • the top plate 3 and the top 22 are made in one piece, for example by deep drawing.
  • the lower part 23 and the bottom plate 5 may be made of one piece, preferably by deep drawing.
  • both the lower plate 4 and the upper plate 3 may be provided with a wave-shaped structure.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which the mountain structures 15 and the valley structures 16 of the lower plate 4 run parallel to the mountain structures 25 and valley structures 26 of the top plate 3.
  • upper plate 3 and lower plate 4 are placed on top of each other so that the contact zones 9 are arranged on the mountain structures 15 of the lower plate 4 and on the valley structures 26 of the upper plate 3.
  • Fig. 7 shows a variant in which the top plate 3 and bottom plate 4 are placed on each other, that the contact zones 9 on the one hand back to the mountain structures 15 of the lower plate 4, but on the other hand to the mountain structures 25 of the top plate 3.
  • the mountain structures 25 and valley structures 26 of the top plate 3 are much weaker than those of the bottom plate 4.
  • the contact surface, in the top plate 3 and bottom plate 4 in the contact zones 9 are adjacent, be increased, which improves the sealing of the contact zones 9.
  • upper plate 3 and lower plate 4 are arranged relative to one another such that the mountain structures 25 and valley structures 26 of the upper plate 3 are inclined relative to the mountain structures 15 and valley structures 16 of the lower plate 4.
  • the mountain and valley structures of the two plates 3, 4 extend perpendicular to each other.
  • the combustion chamber 2 can be enclosed laterally by a combustion chamber wall 27.
  • this combustion chamber wall 27 is attached to the wall structure 1.
  • this combustion chamber wall 27 is attached to the enclosure 6, for example soldered therewith.
  • the combustion chamber wall 27 can be inserted into the enclosure 6 for this purpose.
  • the upper step 28 of the enclosure 6 is extended accordingly.
  • the combustion chamber wall 27 can also be attached to the enclosure 6.
  • the combustion chamber wall 27 is provided with a corresponding flared collar 30.
  • upper plate 3 and lower plate 4 shown in FIGS. 3 to 8 can be at least partially also combined with the integral construction of enclosure 6 and lower plate 4 according to FIG. 1 and with the development according to FIGS. 9 and 10.
  • the wall structure 1 on the side facing away from the combustion chamber 2 side be attached directly to a fuel cell, and preferably so that an end plate or end plate of the fuel cell forms the bottom plate 5.
  • an end plate includes a cathode-side gas outlet of the fuel cell.
  • the cathode-side oxygen-product gas mixture of the fuel cell can get directly into the supply space 11.
  • the second supply pipe 8 is then dispensable or can be used to supply the oxygen-containing gas cold air to lower the combustion temperature in the combustion chamber 2.
  • the two feed tubes 7, 8 are connected laterally to the enclosure 6.
  • the fuel-containing gas is supplied via the duct system 10, while the oxygen-containing gas is supplied via the supply space 11.
  • this is particularly useful because the cathode-side oxygen-product gas mixture with a larger Volume flow is present, as the anode-side hydrogen-product gas mixture.
  • cooling air is used as the cooling gas, which is then admixed with the oxygen-containing gas.
  • This can be done for example by an additional, not shown here cold air pipe, which is preferably also connected to the feed chamber 11, z. B. on the enclosure 6 or on the bottom plate. 5
  • the fuel-containing gas preferably the fuel-containing gas, as uniformly as possible to the first openings 12, it may be expedient to dimension the individual channels 17, 18 of the channel system 10 differently.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wandstruktur (1) zur Begrenzung eines Brennraums (2) eines Brenners. Zur Erzielung eines preiswerten Aufbaus umfasst die Wandstruktur (1) eine dem Brennraum (2) ausgesetzte Oberplatte (3) und eine Unterplatte (4), die an einer vom Brennraum (2) abgewandten Seite in Kontaktzonen (9) an der Oberplatte (3) anliegt. Oberplatte (3) und/oder Unterplatte (4) sind so geformt, dass zwischen Oberplatte (3) und Unterplatte (4) ein Kanalsystem (10) ausgebildet ist, wobei die Oberplatte (3) erste Öffnungen (12) enthält, die mit dem Kanalsystem (10) kommunizieren. Außerdem weisen die Oberplatte (3) und die Unterplatte (4) in den Kontaktzonen gemeinsame zweite Öffnungen (13) auf, die mit einem Zuführraum (11) kommunizieren, der an einer vom Brennraum (2) abgewandten Seite der Unterplatte (4) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wandstruktur zur Begrenzung eines Brennraums eines Brenners. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem einen mit einer derartigen Wandstruktur ausgestatteten Brenner.
  • Mit Hilfe eines derartigen Brenners wird in einer im Brennraum ablaufenden Verbrennungsreaktion ein gasförmiger Oxidator mit einem gasförmigen Brennstoff verbrannt. Ein derartiger Brenner kann beispielsweise bei einer Brennstoffzelle dazu dienen, ein anodenseitiges Wasserstoff-Produktgas-Gemisch und ein kathodenseitiges Sauerstoff-Produktgas-Gemisch zu verbrennen, um unerwünschte Wasserstoffemissionen der Brennstoffzelle zu reduzieren. Ein derartiger Brenner ist beispielsweise aus der DE 10 2004 033 545.1 vom 09.07.2004 bekannt, deren Inhalt hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme zur Offenbarung der vorliegenden Erfindung hinzugefügt wird.
  • Wesentlich für einen derartigen Brenner ist, dass das Oxidatorgas und das Brennstoffgas dem Brennraum separat zugeführt werden, damit die hochreaktiven Gase erst im Brennraum miteinander reagieren. Hierzu besitzt eine Wandstruktur des Brenners, die den Brennraum zumindest an einer Seite begrenzt, erste Öffnungen zur Zuführung des einen Gases und davon getrennte zweite Öffnungen zur Zuführung des zweiten Gases.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Wandstruktur bzw. für einen Brenner der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte Herstellbarkeit auszeichnet.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zur Ausbildung der Wandstruktur eine Oberplatte und eine Unterplatte so zu formen und so aneinander anzubringen, dass sich zwischen den Platten ein Kanalsystem ausbildet. Die dem Brennraum zugewandte Oberplatte enthält dann erste Öffnungen, die mit dem Kanalsystem kommunizieren. Des Weiteren enthält die Oberplatte in Kontaktzonen, in denen die beiden Platten aneinanderliegen, zweite Öffnungen, die auch die Unterplatte durchdringen und die mit einem vom Kanalsystem getrennten Zuführraum kommunizieren. Auf diese Weise werden mit einfachen und preiswerten Mitteln in der Wandstruktur zwei getrennte Gaspfade realisiert, die an der Oberplatte durch getrennte Öffnungen in den Brennraum einmünden.
  • Bei einer Weiterbildung kann die Wandstruktur eine seitliche Einfassung aufweisen, die den Zuführraum und das Kanalsystem und insbesondere die Platten seitlich einfasst. Durch diese Einfassung lassen sich Kanalsystem und Zuführraum abdichten. Mit der Einfassung bildet die Wandstruktur eine komplett vormontierbare Baugruppe, was die Montage eines mit der Wandstruktur ausgestatteten Brenners vereinfacht. Die Einfassung kann mit einem ersten Zuführrohr ausgestattet sein, das mit dem Kanalsystem kommuniziert. Ebenso kann ein zweites Zuführrohr vorgesehen sein, das mit dem Zuführraum kommuniziert.
  • Die Wandstruktur lässt sich besonders günstig herstellen, wenn zunächst die Oberplatte mit den ersten Öffnungen versehen wird, und anschließend mit der Unterplatte zur Ausbildung des Kanalsystems verbunden wird. Hierzu eignet sich beispielsweise eine Lötverbindung. Anschließend werden die zweiten Löcher ausgebildet. Danach können die Zuführrohre an der Einfassung befestigt werden, beispielsweise wieder durch eine Lötverbindung. Vorzugsweise wird dabei eine Lötverbindung mit reduzierter Löttemperatur verwendet, um beim Löten der Rohre die Lötverbindung zwischen Ober- und Unterplatte nicht zu gefährden.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch,
    • Fig. 1 und 2
    teilweise geschnittene, perspektivische Ansichten auf eine Wandstruktur bei verschiedenen Ausführungsformen,
    Fig. 3
    eine perspektivische Ansicht auf eine Unterplatte bei einer speziellen Ausführungsform,
    Fig. 4 bis 6
    teilweise geschnittene perspektivische Ansichten auf eine Wandstruktur bei verschiedenen anderen Ausführungsformen,
    Fig. 7
    eine teilweise geschnittene Seitenansicht auf eine Wandstruktur bei einer anderen Ausführungsform,
    Fig. 8 bis 10
    teilweise geschnittene perspektivische Ansichten auf eine Wandstruktur bei weiteren Ausführungsformen.
  • Fig. 1 zeigt eine Wandstruktur 1 eines im übrigen nicht gezeigten Brenners, bei dem die Wandstruktur 1 zur Begrenzung eines Brennraums 2 des Brenners dient. Die Wandstruktur 1 umfasst eine Oberplatte 3 und eine Unterplatte 4. Darüber hinaus weist die Wandstruktur 1 noch eine Bodenplatte 5, eine Einfassung 6 und z.B. zwei Zuführrohre, nämlich ein erstes Zuführrohr 7 und ein zweites Zuführrohr 8, auf.
  • Die Oberplatte 3 ist dem Brennraum 2 ausgesetzt. Die Unterplatte 4 ist an einer vom Brennraum 2 abgewandten Seite der Oberplatte 3 innerhalb der Wandstruktur 1 angeordnet, und zwar so, dass die Unterplatte 4 in Kontaktzonen 9 an der Oberplatte 3 anliegt. Die Formgebung von Oberplatte 3 und Unterplatte 4 ist gezielt so gewählt, dass zwischen Oberplatte 3 und Unterplatte 4 ein Kanalsystem 10 ausgebildet ist. Des Weiteren trennt die Unterplatte 4 das Kanalsystem 10 von einem Zuführraum 11, der an einer vom Brennraum 2 abgewandten Seite der Unterplatte 4 in der Wandstruktur 1 ausgebildet ist. Gegenüber der Unterplatte 4 ist besagter Zuführraum 11 durch die Bodenplatte 5 begrenzt. Die Einfassung 6 umschließt umfangsmäßig geschlossen die Oberplatte 3, das Kanalsystem 10, die Unterplatte 4, den Zuführraum 11 und die Bodenplatte 5.
  • Zum vereinfachten gasdichten Einbau der Oberplatte 3 in die Einfassung 6 ist die Einfassung 6 mit einer oberen Stufe 28 versehen, in welche die Oberplatte 3 einsetzbar ist. In entsprechender Weise besitzt die Einfassung 6 zweckmäßig auch eine untere Stufe 29, in welche die Bodenplatte 5 einsetzbar ist.
  • Die Oberplatte 3 enthält erste Öffnungen 12, welche die Oberplatte 3 durchdringen und mit dem Kanalsystem 10 kommunizieren. Im Bereich der Kontaktzonen 9 weisen die Oberplatte 3 und die Unterplatte 4 gemeinsame zweite Öffnungen 13 auf, welche die Oberplatte 3 und die Unterplatte 4 durchdringen und mit dem Zuführraum 11 kommunizieren.
  • Die beiden Zuführrohre 7, 8 sind jeweils an der Einfassung 6 befestigt und durchdringen diese. Das erste Zuführrohr 7 kommuniziert mit dem Kanalsystem 10, während das zweite Zuführrohr 8 mit dem Zuführraum 11 kommuniziert. Auf diese Weise ist in der Wandstruktur 1 ein erster Gaspfad ausgebildet, der vom ersten Zuführrohr 7 durch das Kanalsystem 10 über die ersten Öffnungen 12 in den Brennraum 2 führt. Davon getrennt ist ein zweiter Gaspfad, der vom zweiten Zuführrohr 8 durch den Zuführraum 11 über die zweiten Öffnungen 13 ebenfalls in den Brennraum 2 führt.
  • Zur Aussteifung der Wandstruktur 1 kann im Zuführraum 11 wenigstens ein Stützfuß 14 angeordnet sein, über den die Unterplatte 4 an der Bodenplatte 5 abgestützt ist. Dieser wenigstens eine Stützfuß 14 kann vorzugsweise mit der Unterplatte 4 einstückig hergestellt sein. Zusätzlich kann der jeweilige Stützfuß 14 mit der Bodenplatte 5 verlötet sein.
  • Oberplatte 3 und Unterplatte 4 sind im Bereich der Kontaktzonen 9 aneinander befestigt, beispielsweise mittels einer ersten Lötverbindung. Zweckmäßig sind auch die Zuführrohre 7, 8 an der Einfassung 6 befestigt, und zwar vorzugsweise mittels einer zweiten Lötverbindung.
  • Die Herstellung der Wandstruktur 1 erfolgt vorzugsweise wie folgt:
  • Die Oberplatte 3 wird zunächst mit den ersten Öffnungen 12 versehen, beispielsweise durch Ausstanzen oder Bohren. Anschließend wird die Oberplatte 3 mit der Unterplatte 4 fest verbunden, beispielsweise mit der ersten Lötverbindung. Anschließend werden die zweiten Öffnungen 13 hergestellt, beispielsweise durch Stanzen oder Bohren. Erst danach werden die Bodenplatte 5 und die Zuführrohre 7, 8 angebracht, beispielsweise mit der zweiten Lötverbindung. Die zweite Lötverbindung besitzt dabei eine niedrigere Löttemperatur als die erste Lötverbindung. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die zuvor hergestellte erste Lötverbindung, insbesondere zwischen Oberplatte 3 und Unterplatte 4 beim Herstellen der zweiten Lötverbindung nicht beeinträchtigt wird.
  • Das Kanalsystem 10 wird durch die Formgebung von Oberplatte 3 und Unterplatte 4 erzeugt. Hierzu besitzen die Oberplatte 3 und/oder die Unterplatte 4 eine wellenförmige oder rechteckförmige Struktur.
  • Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform besitzt nur die Unterplatte 4 eine wellenförmige oder rechteckförmige Struktur, während die Oberplatte 3 im wesentlichen eine ebene Struktur aufweist. Die Unterplatte 4 besitzt somit Bergstrukturen 15 und Talstrukturen 16 zur Definition des Kanalsystems 10. Über die Bergstrukturen 15 erfolgt die Kontaktierung mit der Oberplatte 3.
  • Das Kanalsystem 10 umfasst mehrere zueinander parallele Längskanäle 17 sowie wenigstens einen, vorzugsweise zwei Querkanäle 18, wobei der jeweilige Querkanal 18 quer zu den Längskanälen 17 verläuft. Über den jeweiligen Querkanal 18 kommunizieren die Längskanäle 17 miteinander. Vorzugsweise sind zwei Querkanäle 18 vorgesehen, die an den Längsenden der Längskanäle 17 angeordnet sind. Zusätzlich kann zumindest ein weiterer Querkanal 18 vorgesehen sein, der zwischen den Längsenden der Längskanäle 17 angeordnet ist.
  • Derjenige Längskanal 17, in den das erste Zuführrohr 7 einmündet, ist zweckmäßig als Vorverteilungsraum ausgestaltet und weist ein größeres Volumen auf als die anderen Kanäle 17, 18.
  • Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind die Unterplatte 4 und die Einfassung 6 aus einem Stück hergestellt. Vorzugsweise bilden Unterplatte 4 und Einfassung 6 ein einstückiges Gussteil. Beim Befestigen der Oberplatte 3 an der Unterplatte 4 erfolgt gleichzeitig eine Befestigung der Oberplatte 3 an der Einfassung 6.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind Unterplatte 4 und Einfassung 6 separat hergestellte Bauteile, wobei insbesondere die Einfassung 6 ein Gussteil ist, während die Unterplatte 4 grundsätzlich auch ein Tiefziehteil sein kann. Zweckmäßig ist die Unterplatte 4 an der Einfassung 6 befestigt, beispielsweise mittels einer Lötverbindung. Hierzu kann die Einfassung 6 mit einer mittleren Stufe 32 ausgestattet sein, auf der die separate Unterplatte 4 aufliegt und über die die Unterplatte 4 mit der Einfassung 6 verlötet ist.
  • Bei den Fig. 3 und 4 ist die Unterplatte 4 aus mehreren Einzelteilen zusammengebaut. Die Unterplatte 4 umfasst hier ein Mittelteil 19, das die wellenförmige oder rechteckförmige Struktur besitzt, und zwei Seitenteile 20, die an das Mittelteil 19 angebaut sind. Das wellenförmig oder rechteckförmig strukturierte Mittelteil 19 weist wieder die zur Oberplatte 3 hin offenen Talstrukturen 16 und die zum Zuführraum 11 hin offenen Bergstrukturen 15 auf. Das Mittelteil 19 ist beispielsweise durch Falten oder Tiefziehen hergestellt. Beim Mittelteil 19 sind die Bergstrukturen 15 aufgrund der Herstellung des Mittelteils 19 an ihren Stirnseiten offen. Die Seitenteile 20 weisen mehrere Verschlüsse 21 auf, die jeweils eine Bergstruktur 15 seitlich verschließen. Die Verschlüsse 21 sind dabei von einem Kanalboden 31 abgewinkelt, der ebenfalls Bestandteil des Seitenteils 20 ist. Dieser Kanalboden 31 begrenzt einen der Kanäle des Kanalsystems 10, nämlich einen der Querkanäle 18 zum Zuführraum 11 hin. Fig. 4 zeigt die Wandstruktur 1 mit der gebauten Unterplatte 4 gemäß Fig. 3.
  • Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist die Einfassung 6 aus einem Oberteil 22 und einem Unterteil 23 zusammengebaut. Das Oberteil 22 ist dem Brennraum 2 zugewandt, während das Unterteil 23 vom Brennraum 2 abgewandt ist. Die beiden Teile 22, 23 der Einfassung 6 sind durch eine Bördelung 24 miteinander verbunden. Zusätzlich kann eine Verlötung oder eine Schweißnaht im Bereich der Bördelung 24 vorgesehen sein. Zur Ausbildung der Bördelung 24 ist ein Kragen des einen Teils, hier des Unterteils 23, um einen nach außen abstehenden Kragen des anderen Teils, hier des Oberteils 22, umgebördelt. Zur Fixierung der Unterplatte 4 in der Wandstruktur 1 ragt diese in die Bördelung 24 hinein und ist mit umgebördelt.
  • Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform sind die Oberplatte 3 und das Oberteil 22 aus einem Stück hergestellt, beispielsweise durch Tiefziehen. Vorzugsweise können auch das Unterteil 23 und die Bodenplatte 5 aus einem Stück hergestellt sein, vorzugsweise durch Tiefziehen.
  • Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 5 ist jeweils nur die Unterplatte 4 mit der wellenförmigen oder rechteckförmigen Struktur versehen, während die Oberplatte 3 eine ebene Struktur aufweist. Grundsätzlich ist auch eine Ausführungsform möglich, bei der nur die Oberplatte 3 mit der wellenförmigen oder rechteckförmigen Struktur versehen ist, während die Unterplatte 4 eine ebene Struktur aufweist.
  • Entsprechend den Fig. 6 bis 8 können sowohl die Unterplatte 4 als auch die Oberplatte 3 mit einer wellenförmigen Struktur versehen sein. Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Bergstrukturen 15 und die Talstrukturen 16 der Unterplatte 4 parallel zu Bergstrukturen 25 und Talstrukturen 26 der Oberplatte 3 verlaufen. Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform sind Oberplatte 3 und Unterplatte 4 dabei so aufeinander gelegt, dass die Kontaktzonen 9 an den Bergstrukturen 15 der Unterplatte 4 und an den Talstrukturen 26 der Oberplatte 3 angeordnet sind.
  • Im Unterschied dazu zeigt Fig. 7 eine Variante, bei der Oberplatte 3 und Unterplatte 4 so aufeinander gelegt sind, dass sich die Kontaktzonen 9 einerseits wieder an den Bergstrukturen 15 der Unterplatte 4, jedoch andererseits an den Bergstrukturen 25 der Oberplatte 3 befinden. Um dies zu realisieren, sind die Bergstrukturen 25 und Talstrukturen 26 der Oberplatte 3 deutlich schwächer ausgestaltet als diejenigen der Unterplatte 4. Bei dieser Ausführungsform kann im Unterschied zu einer Oberplatte 3 mit ebener Struktur die Kontaktfläche, in der Oberplatte 3 und Unterplatte 4 in den Kontaktzonen 9 aneinander liegen, vergrößert werden, was die Abdichtung der Kontaktzonen 9 verbessert.
  • Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform sind Oberplatte 3 und Unterplatte 4 relativ zueinander so angeordnet, dass die Bergstrukturen 25 und Talstrukturen 26 der Oberplatte 3 gegenüber den Bergstrukturen 15 und Talstrukturen 16 der Unterplatte 4 geneigt verlaufen. Im gezeigten Beispiels erstrecken sich die Berg- und Talstrukturen der beiden Platten 3, 4 senkrecht zueinander.
  • Entsprechend den Fig. 9 und 10 kann der Brennraum 2 seitlich von einer Brennraumwand 27 eingefasst sein. Zweckmäßig ist diese Brennraumwand 27 an der Wandstruktur 1 befestigt. Vorzugsweise ist diese Brennraumwand 27 dabei an der Einfassung 6 befestigt, beispielsweise damit verlötet. Entsprechend Fig. 9 kann hierzu die Brennraumwand 27 in die Einfassung 6 eingesteckt sein. Hierzu ist beispielsweise die obere Stufe 28 der Einfassung 6 entsprechend verlängert.
  • Alternativ kann entsprechend Fig. 10 die Brennraumwand 27 auch auf die Einfassung 6 aufgesteckt sein. Hierzu ist die Brennraumwand 27 mit einem entsprechenden aufgeweiteten Kragen 30 versehen.
  • Die in den Fig. 3 bis 8 gezeigten Ausgestaltungen von Oberplatte 3 und Unterplatte 4 lassen sich zumindest teilweise auch mit der integralen Bauweise von Einfassung 6 und Unterplatte 4 gemäß Fig. 1 und mit der Weiterbildung gemäß den Fig. 9 und 10 kombinieren.
  • Bei einer besonderen Ausführungsform kann die Wandstruktur 1 an der vom Brennraum 2 abgewandten Seite unmittelbar an eine Brennstoffzelle angebaut sein, und zwar vorzugsweise so, dass eine Endplatte oder Abschlussplatte der Brennstoffzelle die Bodenplatte 5 bildet. Eine derartige End- oder Abschlussplatte enthält einen kathodenseitigen Gasauslass der Brennstoffzelle. Dementsprechend kann bei dieser Bauweise das kathodenseitige Sauerstoff-Produktgas-Gemisch der Brennstoffzelle direkt in den Zuführraum 11 gelangen. Das zweite Zuführrohr 8 ist dann entbehrlich oder kann dazu verwendet werden, dem sauerstoffhaltigen Gas Kaltluft zuzuführen, um die Verbrennungstemperatur im Brennraum 2 abzusenken.
  • Bei den in den Fig. 1 bis 10 gezeigten Ausführungsformen sind die beiden Zuführrohre 7, 8 seitlich an die Einfassung 6 angeschlossen. Grundsätzlich ist es ebenso möglich, zumindest das zweite Zuführrohr 8 von unten an die Bodenplatte 5 und somit an den Zuführraum 11 anzuschließen. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, das erste Zuführrohr 7 von unten durch die Bodenplatte 5 hindurch an die Unterplatte 4 und somit an das Kanalsystem 10 anzuschließen.
  • Vorzugsweise wird im Betrieb des mit der Wandstruktur 1 ausgestatteten Brenners über das Kanalsystem 10 das brennstoffhaltige Gas zugeführt, während das sauerstoffhaltige Gas über den Zuführraum 11 zugeführt wird. Bei der bevorzugten Anwendung des Brenners zum Verbrennen der Abgase einer Brennstoffzelle ist dies besonders zweckmäßig, da das kathodenseitige Sauerstoff-Produktgas-Gemisch mit einem größeren Volumenstrom vorliegt, als das anodenseitige Wasserstoff-Produktgas-Gemisch.
  • Um die Temperatur im Brennraum 2 zu reduzieren, ist es grundsätzlich möglich, ein entsprechendes Kühlgas der einen oder der anderen Gasströmung beizumischen. Vorzugsweise wird als Kühlgas Kühlluft verwendet, die dann dem sauerstoffhaltigen Gas beigemischt wird. Dies kann beispielsweise durch ein zusätzliches, hier nicht gezeigtes Kaltluftrohr erfolgen, das vorzugsweise auch an den Zuführraum 11 angeschlossen ist, z. B. über die Einfassung 6 oder über die Bodenplatte 5.
  • Um das dem Kanalsystem 10 zugeführte Gas, vorzugsweise das brennstoffhaltige Gas, möglichst gleichmäßig auf die ersten Öffnungen 12 zu verteilen, kann es zweckmäßig sein, die einzelnen Kanäle 17, 18 des Kanalsystems 10 unterschiedlich zu dimensionieren.

Claims (10)

  1. Wandstruktur zur Begrenzung eines Brennraums (2) eines Brenners,
    - mit einer dem Brennraum (2) ausgesetzten Oberplatte (3),
    - mit einer Unterplatte (4), die an einer vom Brennraum (2) abgewandten Seite in Kontaktzonen (9) an der Oberplatte (3) anliegt,
    - wobei Oberplatte (3) und/oder Unterplatte (4) so geformt sind, dass zwischen Oberplatte (3) und Unterplatte (4) ein Kanalsystem (10) ausgebildet ist,
    - wobei die Oberplatte (3) erste Öffnungen (12) enthält, die mit dem Kanalsystem (10) kommunizieren,
    - wobei die Oberplatte (3) und die Unterplatte (4) in den Kontaktzonen (9) gemeinsame zweite Öffnungen (13) aufweisen, die mit einem Zuführraum (11) kommunizieren, der an einer vom Brennraum (2) abgewandten Seite der Unterplatte (4) angeordnet ist.
  2. Wandstruktur nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:
    - das Kanalsystem (10) ist durch die Unterplatte (4) vom Zuführraum (11) getrennt;
    - die Wandstruktur (1) weist eine seitliche Einfassung (6) auf, welche den Zuführraum (11) und das Kanalsystem (10) seitlich einfasst;
    - die Oberplatte (3) ist von der Einfassung (6) seitlich eingefasst;
    - eine Bodenplatte (5) begrenzt den Zuführraum (11) an einer vom Brennraum (2) entfernten Seite;
    - die Bodenplatte (5) ist von der Einfassung (6) seitlich eingefasst;
    - die Unterplatte (4) ist von der Einfassung (6) seitlich eingefasst;
    - die Unterplatte (4) ist über wenigstens einen Stützfuß (14) an der Bodenplatte (5) abgestützt und/oder befestigt;
    - der wenigstens eine Stützfuß (14) ist einstückig an der Unterplatte (4) ausgebildet;
    - an der Einfassung (6) ist ein erstes Zuführrohr (7) befestigt, das mit dem Kanalsystem (10) kommuniziert;
    - an der Einfassung (6) ist ein zweites Zuführrohr (8) befestigt, das mit dem Zuführraum (11) kommuniziert;
    - die Unterplatte (4) ist in den Kontaktzonen (9) an der Oberplatte (3) befestigt.
  3. Wandstruktur nach Anspruch 1 oder 2,
    gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:
    - mit einer ersten Lötverbindung werden die Oberplatte (3) an der Unterplatte (4) und/oder die Oberplatte (3) an der Einfassung (6) befestigt;
    - mit einer zweiten Lötverbindung werden die Zuführrohre (7, 8) an der Einfassung (6) und/oder die Bodenplatte (5) an der Einfassung (6) befestigt;
    - die zweite Lötverbindung weist eine niedrigere Löttemperatur auf als die erste Lötverbindung.
  4. Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:
    - das Kanalsystem (10) ist durch eine wellenförmige oder rechteckförmige Struktur der Unterplatte (4) und/oder der Oberplatte (3) ausgebildet;
    - das Kanalsystem (10) weist mehrere Längskanäle (17) auf, die zueinander parallel verlaufen, sowie wenigstens einen Querkanal (18), der quer zu den Längskanälen (17) verläuft und über den die Längskanäle (17) miteinander kommunizieren.
  5. Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:
    - nur eine der Platten (3, 4) weist die wellenförmige oder rechteckförmige Struktur auf, während die andere Platte (3, 4) eine ebene Struktur aufweist;
    - die Oberplatte (3) weist eine ebene Struktur auf;
    - die Unterplatte (4) ist als Gussteil ausgestaltet;
    - die Einfassung (6) ist als Gussteil ausgestaltet;
    - die Unterplatte (4) und die Einfassung (6) sind als einteiliges Gussteil ausgestaltet.
  6. Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:
    - die Unterplatte (4) ist als Tiefziehteil oder als Faltteil ausgestaltet;
    - die Unterplatte (4) ist aus mehreren Einzelteilen (19, 20) zusammengebaut;
    - die Unterplatte (4) weist die wellenförmige oder rechteckförmige Struktur auf und besitzt zur Oberplatte (3) hin offene Talstrukturen (16), die Kanäle (17) des Kanalsystems (10) bilden, sowie zum Zuführraum (11) hin offene Bergstrukturen (15), welche die Kontaktzonen (9) aufweisen;
    - die Bergstrukturen (15) sind an wenigstens einem Stirnende durch Verschlüsse (21) verschlossen, die von einem Seitenteil (20) abgewinkelt sind;
    - das Seitenteil (20) begrenzt einen Kanal (18) des Kanalsystems (10) zum Zuführraum (11) hin.
  7. Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:
    - die Einfassung (6) ist aus einem dem Brennraum (2) zugewandten Oberteil (22) und einem vom Brennraum (2) abgewandten Unterteil (23) zusammengebaut;
    - Oberteil (22) und Unterteil (23) sind durch Bördelung (24) und/oder Verlötung und/oder Verschweißung miteinander verbunden;
    - die Unterplatte (4) ragt in die Bördelung (24) hinein;
    - das Oberteil (22) ist mit der Oberplatte (3) aus einem Stück hergestellt;
    - das Unterteil (23) ist mit der Bodenplatte (5) aus einem Stück hergestellt.
  8. Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:
    - die Oberplatte (3) und die Unterplatte (4) weisen jeweils eine wellenförmige oder rechteckförmige Struktur auf;
    - Oberplatte (3) und Unterplatte (4) sind zueinander so angeordnet, dass Bergstrukturen (15, 25) und Talstrukturen (16, 26) beider Platten (3, 4) parallel zueinander verlaufen;
    - Oberplatte (3) und Unterplatte (4) sind zueinander so angeordnet, dass Bergstrukturen (25) und Talstrukturen (26) der Oberplatte (3) geneigt oder senkrecht zu Bergstrukturen (15) und Talstrukturen (16) der Unterplatte (4) verlaufen;
    - die Kontaktzonen (9) sind an den Bergstrukturen (15) der Unterplatte (4) und an den Talstrukturen (26) der Oberplatte (3) angeordnet;
    - die Bergstrukturen (15) und die Talstrukturen (16) der Unterplatte (4) sind stärker ausgeprägt als die Bergstrukturen (25) und die Talstrukturen (26) der Oberplatte (3);
    - die Kontaktzonen (9) sind an den Bergstrukturen (15) der Unterplatte (4) und an den Bergstrukturen (25) der Oberplatte (3) angeordnet.
  9. Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:
    - der Brennraum (2) ist seitlich von einer Brennraumwand (27) eingefasst, die an der Wandstruktur (1) befestigt ist;
    - die Brennraumwand (27) ist an der Einfassung (6) befestigt;
    - die Brennraumwand (27) ist in die Einfassung (6) eingesteckt;
    - die Brennraumwand (27) ist auf die Einfassung (6) aufgesteckt.
  10. Brenner zum Verbrennen eines gasförmigen wasserstoffhaltigen Brennstoffs mit einem gasförmigen sauerstoffhaltigen Oxidator, mit einem Brennraum (2), in dem im Betrieb des Brenners die Verbrennungsreaktion abläuft, und mit einer den Brennraum (2) an einer Seite begrenzenden Wandstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das eine Gas dem Kanalsystem (10) und das andere Gas dem Zuführraum (11) zugeführt wird.
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