EP4092321A1 - Hydrogen gas burner apparatus - Google Patents

Hydrogen gas burner apparatus Download PDF

Info

Publication number
EP4092321A1
EP4092321A1 EP22169926.7A EP22169926A EP4092321A1 EP 4092321 A1 EP4092321 A1 EP 4092321A1 EP 22169926 A EP22169926 A EP 22169926A EP 4092321 A1 EP4092321 A1 EP 4092321A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
exhaust gas
housing
axial direction
gas duct
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Withdrawn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
EP22169926.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Kater
Dirk Teves
Bünyamin Dogruyol
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.)
Giersch GmbH
Original Assignee
Enertech 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 Enertech GmbH filed Critical Enertech GmbH
Publication of EP4092321A1 publication Critical patent/EP4092321A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/002Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber having an elongated tubular form, e.g. for a radiant tube
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/70Baffles or like flow-disturbing devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/78Cooling burner parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2202/00Fluegas recirculation
    • F23C2202/10Premixing fluegas with fuel and combustion air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/09001Cooling flue gas before returning them to flame or combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/09002Specific devices inducing or forcing flue gas recirculation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14Special features of gas burners
    • F23D2900/14003Special features of gas burners with more than one nozzle

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen gas burner device, comprising an elongate, tubular housing, extending in an axial direction, with an outer housing shell, a combustion chamber formed inside the housing, extending in the axial direction and delimited to the outside by the housing shell, at least a burner nozzle adapted to burn a hydrogen-oxygen mixture to produce a flame burning in the combustion chamber, and an exhaust gas passage formed inside the housing, extending in the axial direction and fluidly connected to the combustion chamber, into which the exhaust gas from the Combustion chamber coming exhaust gas is introduced.
  • Gas burner devices of the type mentioned are known in principle in the prior art. They use hydrogen as fuel, which is a great advantage in that neither carbon monoxide nor carbon dioxide are released during combustion.
  • the exhaust gas generated in the combustor can then be used to heat circulating water in a cycle.
  • the exhaust gas is fed to a heat exchanger in which it flows around water-carrying pipes and gives off heat to the water.
  • the cooled exhaust gas is then released into the environment.
  • a hydrogen gas burner device is, for example, in the reference DE 10 2004 012 988 A1 disclosed.
  • the present invention creates a hydrogen gas burner device of the type mentioned at the outset, which is characterized in that one end face of the housing is completely closed by an end face housing wall, that the combustion chamber and the exhaust gas duct run in a direction transverse, in particular perpendicular, to the axial Direction are arranged adjacent to each other, and that a partition wall extending in the axial direction is provided, which partially separates the combustion chamber and the exhaust gas duct from one another.
  • the at least one burner nozzle is supplied with hydrogen and oxygen, in particular in the form of ambient air.
  • corresponding feeds are provided in the region of that free end of the housing which is opposite the completely closed end.
  • the fuel-oxygen mixture is ignited at the burner nozzle.
  • the exhaust gas produced in the combustion chamber gives off heat to the area of the housing shell that delimits the combustion chamber and is then discharged through the exhaust duct.
  • the exhaust gas duct does not adjoin the combustion chamber in the axial direction, but is arranged according to the invention in a direction transverse to the axial direction adjacent to the combustion chamber, the exhaust gas is routed via the exhaust gas duct to that free end area of the housing from which hydrogen and oxygen the housing are introduced, and there discharged from the housing.
  • the opposite front end of the housing is completely closed.
  • the housing forms a heating element, which emits heat to the environment at least via the area of the housing shell that delimits the combustion chamber on the outside.
  • An essential advantage of the hydrogen gas burner device according to the invention is that the exhaust gas, which contains a lot of water vapor, can be prevented from reaching the environment that is heated via the housing.
  • oil or natural gas burners of existing boilers can be replaced by hydrogen gas burner devices according to the invention without major and costly conversion measures. This makes the hydrogen gas burner device according to the invention very flexible to use.
  • the thermal conductivity of that material from which the region of the housing jacket that outwardly delimits the combustion chamber is made is higher than the thermal conductivity of that material from which the partition wall is made, advantageously significantly higher.
  • the heat output naturally increases with the level of thermal conductivity of the housing jacket.
  • the thermal conductivity of the partition wall should be as low as possible in most designs of the hydrogen gas burner device according to the invention in order to prevent the already cooled exhaust gas flowing through the exhaust gas duct from being reheated by the hotter exhaust gas flowing through the combustion chamber, which would reduce the heating capacity of the device would decrease.
  • a suitable material for the housing jacket is metallic material, in particular one with a thermal conductivity ⁇ 120 W/Km, better still ⁇ 150 W/Km, such as tungsten or the like.
  • a suitable material for the partition is non-metallic material, in particular one with a thermal conductivity ⁇ 2 W/Km, better still ⁇ 1 W/Km, such as enamel or the like.
  • the combustion chamber surrounds the exhaust gas channel in a ring shape and the partition wall is of tubular design. This design is advantageous in that heat is emitted over the entirety of the housing jacket, which optimizes the heating output.
  • the dividing wall advantageously ends at a predetermined distance in front of the end-side housing wall, as a result of which a transition between the combustion chamber and the exhaust gas duct is created in a simple design.
  • the tubular partition can alternatively or additionally have at least one opening, in particular on its underside, through which exhaust gas from the combustion chamber is introduced into the exhaust gas duct during operation.
  • the dividing wall is flat, the dividing wall ending in particular at a predetermined distance in front of the end-side housing wall, whereby an opening is formed through which exhaust gas from the combustion chamber is introduced into the exhaust gas duct during operation.
  • the thickness of the housing jacket delimiting the combustion chamber tapers in the direction of flow through the combustion chamber, in particular continuously.
  • This type of construction is ideal when the temperature within the combustion chamber decreases in the flow direction and the heat dissipation that is as uniform as possible via the housing jacket is desired.
  • the combustion chamber has at least one gas-permeable wall that extends transversely to the axial direction over the entire cross-section of the combustion chamber, the gas-permeable wall being designed in particular as a membrane, grid or perforated plate.
  • a gas-permeable wall represents an obstacle for the exhaust gas flowing through the combustion chamber, whereby the dwell time of the exhaust gas in the combustion chamber is extended and the heat transfer from the exhaust gas to the area of the housing shell delimiting the combustion chamber is improved.
  • the gas-permeable wall preferably has a convex curvature in relation to the direction of flow through the combustion chamber, in particular the wall positioned furthest upstream if a plurality of walls are provided.
  • the convex curvature causes parts of the exhaust gas to be recirculated, which means that the proportion of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas leaving the housing can be reduced.
  • Exhaust gas recirculation openings are preferably provided in the partition wall, through which part of the exhaust gas flowing through the exhaust gas duct is routed back into the combustion chamber, which is also beneficial for reducing nitrogen oxides.
  • the exhaust gas in particular in the rear area of the combustion chamber viewed in the direction of flow, it is advantageous for the exhaust gas to flowable, provided with the combustion chamber delimiting housing jacket connected heat transfer structures that extract heat from the exhaust gas and transfer it to the housing jacket, whereby the heating output is improved.
  • the at least one burner nozzle is arranged on that end face of the housing which is opposite the end face closed by the end face housing wall.
  • a multiplicity of burner nozzles are provided, which are arranged at a distance from one another in the axial direction within the combustion chamber and, in particular, are distributed uniformly in such a way that their flames burn into the combustion chamber.
  • the combustion chamber is preferably provided with at least one condensate outlet opening, via which condensate that forms inside the combustion chamber can be discharged.
  • the at least one condensate outlet opening is formed in the partition wall or in the housing shell at the downstream end of the exhaust gas duct.
  • condensate arising in the combustion chamber is routed through the at least one condensate outlet opening into the exhaust gas duct and discharged via the exhaust gas duct.
  • a device according to the invention as a heating element of a heat exchanger, the heat exchanger forming in particular part of a waste heat boiler.
  • FIG. 12 shows a hydrogen gas burner device 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • This comprises an elongate, tubular housing 2 extending in an axial direction A, which has an outer housing casing 3 and is completely closed at one end by an end-side housing wall 4 .
  • the hydrogen gas burner device 1 comprises a combustion chamber 5 formed in the interior of the housing 2, extending in the axial direction A and delimited to the outside by the housing jacket 3 and a plurality of burner nozzles 6, presently arranged in a ring shape, which are designed to produce a hydrogen-oxygen Mixture to burn to produce a burning in the combustion chamber 5 flame.
  • an exhaust gas channel 7 which extends in the axial direction A and is fluidly connected to the combustion chamber 5, into which the exhaust gas coming from the combustion chamber 5 is introduced.
  • the combustion chamber 5 and the exhaust gas duct 7 are arranged adjacent to one another in a direction transverse, in this case perpendicular to the axial direction A, and are separated from one another in regions by a partition wall 8 extending in the axial direction A.
  • the partition 8 is tubular in this case, positioned centrally within the housing 2 and ends at a distance a in front of the front housing wall 4.
  • the interior of the tubular partition 8 forms the exhaust gas duct 7, the combustion chamber 5 surrounds this ring.
  • the thickness d of the housing jacket 3 delimiting the combustion chamber 5 tapers steadily in the direction of flow through the combustion chamber 5 until it reaches the end-side housing wall 4, although this does not necessarily have to be the case.
  • a plurality of gas-permeable walls 9 are arranged at a distance from one another in the combustion chamber 5 along the axial direction A.
  • the housing shell 3 can on its inside and/or be provided with structures 10 at least in regions on its outside, which increase the outside and/or the inside surface of the housing shell 3 compared to a flat surface.
  • rib-like structures 10 arranged on the outer surface of the housing jacket 3 are shown.
  • the inner and/or outer surface of the housing jacket 3 can also be porous.
  • the housing 2 is provided with an outwardly projecting annular flange 12 which is circumferentially provided with a thread 11 and which projects radially outwards over the structures 10 .
  • the inner surface of the housing shell 3 is preferably at least slightly inclined at an angle ⁇ relative to the horizontal 13 in the lower region, with a condensate outlet opening 14 preferably being formed in the housing shell 3 in the region of the lowest point of the slope.
  • Exhaust gas recirculation openings 15 are advantageously provided in the partition wall 8 in the region of the downstream end, through which a part of the exhaust gas flowing through the exhaust gas duct 7 is routed back into the combustion chamber 5 .
  • the partition wall 8 can have condensate outlet openings 14 which are arranged in such a way that condensate occurring in the combustion chamber 5 is discharged into the exhaust gas duct 7 through these.
  • hydrogen and oxygen are supplied to the burner nozzles 6 and ignited in the area of the outlet opening of the burner nozzles 6 , forming a flame which burns into the combustion chamber 5 .
  • the hydrogen supply is in figure 1 indicated by arrows 16 and the oxygen supply by arrows 17.
  • the exhaust gas produced by the combustion flows through the combustion chamber 5 in the direction of the arrows 18, the flow rate being reduced by the gas-permeable walls 9 through which the exhaust gas must pass. While As it flows through the combustion chamber 5 , the exhaust gas gives off heat to the housing shell 3 . The heat dissipation is promoted by the structures 10 .
  • a uniform heat dissipation via the housing jacket 3 in the axial direction A is realized by the steadily decreasing thickness d of the housing jacket 3 .
  • the exhaust gas is introduced into the exhaust gas duct 7, as indicated by the arrow 19, and then flows through the exhaust gas duct 7 in the direction of the arrow 20.
  • Parts of the exhaust gas are fed back into the combustion chamber 5 through the exhaust gas recirculation openings 15 to reduce nitrogen oxide formation.
  • the remaining exhaust gas is discharged from the exhaust gas duct 7 in the direction of the arrow 21 .
  • Condensate arising within the combustion chamber 5 or the exhaust gas duct 7 is discharged from the housing 2 via the condensate outlet opening 14 and can then be collected.
  • the hydrogen gas burner device 1 shown forms a heating element, the housing jacket 3 of which absorbs heat from the exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 and then releases it to the environment 22 .
  • the partition wall 8 is preferably made of a material with very low thermal conductivity, for example non-metallic material, which in particular has a thermal conductivity ⁇ ⁇ 2 W/Km, better still ⁇ 1 W/Km, such as enamel or the like.
  • the hydrogen gas burner device 1 can, for example, be inserted into a through-opening provided with an internal thread that matches the thread 11 of a heat exchanger in the manner of a cartridge with the end-side housing wall 4 in front and then fastened by screws.
  • the heat exchanger can be, for example, a boiler of a domestic heating system that has previously been fired with gas burners or oil burners.
  • figure 2 12 shows a hydrogen gas burner device 1 according to a second embodiment of the present invention.
  • This includes a housing 2, which is essentially analogous to that in figure 1 housing 2 shown is formed. Deviating from this, the in figure 2 however, the housing 2 shown has no outwardly protruding structures 10.
  • the hydrogen gas burner device 1 comprises a partition wall 8 which is planar, in the present case extends horizontally and ends at a predetermined distance a in front of the end-side housing wall 4 .
  • this partition 8 which preferably extends approximately centrally through the housing 2, the interior of the housing 2 is based on figure 2 a combustion chamber 5 is formed above the partition wall 8 and an exhaust gas channel 7 is formed below the partition wall 8 , which are connected to one another just before the end-side housing wall 4 .
  • a single burner nozzle 6 is provided at the upstream end of the combustor 5.
  • a gas-permeable wall 9 is positioned inside the combustion chamber 5, which extends transversely to the axial direction A over the entire cross section of the combustion chamber 5 and, analogously to the previously described embodiment, is preferably embodied as membrane-like, grid-like or as a lock plate.
  • the gas-permeable wall 9 has a convex curvature in relation to the flow direction 18 of the combustion chamber.
  • heat transfer structures through which the exhaust gas can flow and which are connected to the housing jacket 3 are provided in the downstream area of the combustion chamber 5 .
  • hydrogen and oxygen are supplied to the burner nozzle 6 and ignited in the area of the outlet opening of the burner nozzle 6 to form a flame which burns into the combustion chamber 5 .
  • the supply of hydrogen is indicated here by the arrow 16 and the supply of oxygen by the arrow 17.
  • the exhaust gas produced by the combustion flows through the combustion chamber 5 in the direction of the arrow 18, the flow velocity through the gas-permeable wall 9, which the exhaust gas has to pass, is reduced. Due to the convex curvature of the gas-permeable wall 9, parts of the exhaust gas are guided back in the direction of the burner nozzle 6 in order to reduce the formation of nitrogen oxide.
  • the exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 passes through the heat transfer structures 23 and is then introduced into the exhaust gas duct 7 in the direction of the arrow 19 .
  • the exhaust gas flows through the combustion chamber 5 , it gives off heat to the housing shell 3 .
  • This heat dissipation is supported in the downstream area of the combustion chamber 5 by the heat transfer structures 23 .
  • the cooled exhaust gas flows through the exhaust gas duct 7 in the direction of the arrow 20 and is then discharged from the housing 2 in the direction of the arrow 21 . Condensate arising within the combustion chamber 5 or the exhaust gas duct 7 is discharged from the housing 2 via the condensate outlet opening 14 and can then be collected.
  • the hydrogen gas burner device 1 shown forms a heating element, the housing jacket 3 of which absorbs heat from the exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 and then releases it to the environment 22 .
  • the housing 2 and the heat transfer structures 23 from a material with the highest possible thermal conductivity.
  • the partition wall 8 should be made of a material with low thermal conductivity in order to reheat the already cooled exhaust gas flowing through the exhaust gas duct 7 avoid.
  • FIG figure 3 shows a hydrogen gas burner device 1 according to a third embodiment of the present invention, in which the housing 2 and the partition wall 8 and thus also the combustion chamber 5 and the exhaust gas channel 7 analogously to FIG figure 2 embodiment shown are formed.
  • a guide structure 24 is provided, which meanders the exhaust gas through the downstream part of the combustion chamber 5 .
  • a preferably water-carrying line 25 which protrudes into the latter and forms part of an external heat exchanger system which is not shown in detail.
  • the in figure 3 Device 1 shown are hydrogen and oxygen supplied in the direction of arrows 16 and 17 and ignited in the area of the outlet opening of the burner nozzle 6 to form a flame that burns in the combustion chamber 5.
  • the exhaust gas resulting from the combustion flows through the combustion chamber 5 in the direction of the arrow 18 and then passes through the meandering guide structure 24. While flowing through the combustion chamber 5, the exhaust gas gives off heat to the housing jacket 3, which then conducts the absorbed heat on to the environment 22 .
  • the meandering guide structure 24 can also have a shape other than a meandering shape.
  • the exhaust gas flows from the combustion chamber 5 in the direction of the arrow 19 into the exhaust gas duct 7 and is there in the direction of the arrow 20 to the downstream end directed. There the exhaust gas, which has already cooled down, then gives off heat to the medium of the external heat exchanger flowing through the line 25 in the direction of the arrows 26 and 27 before it leaves the exhaust gas duct 7 in the direction of the arrow 21 . Condensate arising within the combustion chamber 5 or the exhaust gas duct 7 is discharged from the housing 2 via the condensate outlet opening 14 and can then be collected.
  • the hydrogen gas burner device 1 shown forms a heating element, the housing jacket 3 of which absorbs heat from the exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 and then releases it to the environment 22 . It is expedient to manufacture both the housing 2 and the conductive structure 24 from a material with the highest possible thermal conductivity.
  • the partition wall 8 should be made of a material with low thermal conductivity in order to prevent the already cooled exhaust gas flowing through the exhaust gas channel 7 from being reheated by the hot exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 . With regard to the preferred materials, reference is made to the comments on the first embodiment.
  • the figures 4 and 5 12 show a hydrogen gas burner device 1 according to a fourth embodiment of the present invention.
  • This comprises an elongate, tubular housing 2 extending in an axial direction A, which has an outer housing casing 3 and is completely closed at one end by an end-side housing wall 4 .
  • the housing 2 is provided with a condensate outlet opening 14 analogously to the previously described embodiments.
  • the hydrogen gas combustion device 1 comprises a combustion chamber 5 formed inside the housing 2, extending in the axial direction A and delimited to the outside by the housing jacket 3, and an exhaust gas channel 7, which extends in the axial direction A and is fluidly connected to the combustion chamber 5.
  • the combustion chamber 5 and the exhaust duct 7 are in one direction arranged transversely, in this case perpendicular to the axial direction A, adjacent to one another and separated from one another in regions by a tubular partition 8 extending in the axial direction A, the partition 8 extending through the entire housing 2 up to the end-side housing wall 4.
  • the hydrogen gas combustion device 1 is provided with a plurality of burner nozzles 6 positioned along the circumference of the partition wall 8 and preferably equally spaced from one another in the axial direction A within the combustion chamber 5 , the flames of which burn substantially radially into the combustion chamber 5 .
  • the burner nozzles 6 are supplied with fuel and oxygen via supply lines 28 which extend axially through the partition wall 8 and are fluidly connected to the burner nozzles 6 .
  • the fluidic connection between the combustion chamber 5 and the exhaust gas duct 7 is implemented here by a slot-like opening 29 which is formed on the underside of the partition wall 8 .
  • the opening 29 can also be provided at a different position of the partition wall 8 .
  • a negative pressure source (not shown in detail here) can be connected to the exhaust gas duct 7 on the downstream side in order to actively suck the exhaust gas present in the combustion chamber 5 into the exhaust gas duct 7 .
  • the housing 2 is provided with an annular flange 12 which projects radially outwards and has a thread 11 on the circumference.
  • the burner nozzles 6 are supplied with hydrogen and oxygen and the mixture in the area of the outlet opening of the burner nozzles 6 is ignited with the formation of flames which burn into the combustion chamber 5.
  • the supply of hydrogen and oxygen is in figure 4 indicated by the arrow labeled 16,17. That through the Combustion resulting exhaust gas is distributed evenly in the combustion chamber 5 and gives off heat to the housing jacket 3 .
  • the exhaust gas then passes through the opening 29 provided in the partition 8 into the exhaust gas duct 7 and is conducted there out of the housing 2 in the direction of the arrow 21 .
  • the hydrogen gas burner device 1 shown forms a heating element, the housing jacket 3 of which absorbs heat from the exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 and then releases it to the environment 22 .
  • Condensate arising within the combustion chamber 5 or the exhaust gas duct 7 is discharged from the housing 2 via the condensate outlet opening 14 and can then be collected.
  • FIG 6 12 shows a hydrogen gas combustor 1 according to a fifth embodiment of the present invention.
  • This comprises an elongate, tubular housing 2 extending in an axial direction A, which has an outer housing casing 3 and is completely closed at one end by an end-side housing wall 4 .
  • the hydrogen gas burner device comprises an annular combustion chamber 5 which is formed inside the housing 2, extends in the axial direction A and is delimited to the outside by the housing jacket 3 and a plurality of burner nozzles 6 which are arranged in an annular manner in the present case and which are designed to produce a hydrogen-oxygen Mixture to burn with the generation of burning in the combustion chamber 5 flames.
  • an exhaust gas channel 7 which extends in the axial direction A and is fluidly connected to the combustion chamber 5, into which the exhaust gas coming from the combustion chamber 5 is introduced.
  • the combustion chamber 5 and the exhaust gas duct 7 are arranged adjacent to one another in a direction transverse, in this case perpendicular to the axial direction A, and are separated from one another in regions by a partition wall 8 extending in the axial direction A.
  • the partition 8 is tubular in this case, positioned centrally within the housing 2 and ends at a distance a in front of the front housing wall 4.
  • the interior of the tubular partition 8 forms the exhaust gas duct 7, the combustion chamber 5 surrounds this ring.
  • the front housing wall 4 forms an annular section 30 that is convexly curved in the flow direction of the combustion chamber 5 and serves to deflect the exhaust gas impacting this section, as indicated by the arrows 34.
  • An annular gap 31 is left between the annular section 30 and the free end of the annular partition 8 , through which the exhaust gas can flow in the direction of the arrow 19 from the combustion chamber 5 into the exhaust gas duct 7 .
  • the housing 2 is provided with connecting ducts 32 which are circumferentially spaced from one another and extend respectively through the housing jacket 3 and the end wall 4 of the housing 2 and conduct exhaust gas from the upstream end of the combustion chamber 5 to the exhaust gas duct 7 .
  • a guide vane ring 33 is preferably provided, which is designed to deflect the exhaust gas flowing obliquely in the direction of the exhaust gas duct 7, so that it flows through the exhaust gas duct 7 in the direction of arrow 20 without major turbulence.
  • exhaust gas recirculation openings 15 are advantageously provided which extend through the partition wall 8 and through which a part of the exhaust gas flowing through the exhaust gas duct 7 is routed back into the combustion chamber 5 . The remainder of the exhaust gas is routed out of the housing 2 in the direction of the arrow 21 .
  • the burner nozzles 6 are supplied with hydrogen and oxygen and the mixture in the area of the outlet opening of the burner nozzles 6 is ignited to form flames which burn into the combustion chamber 5.
  • the supply of hydrogen and oxygen is in figure 6 indicated by arrows 16 and 17.
  • the exhaust gas produced by the combustion flows through the combustion chamber 5 in the direction of the arrow 18 and gives off heat to the housing shell 3 .
  • part of the exhaust gas is deflected by the annular section 30 in the direction of arrows 34 and flows in the direction of arrows 35 back towards the burner nozzles 6, where it at least partially enters the connecting duct 32 and towards the exhaust gas duct 7 flows.
  • the remainder of the exhaust gas arriving at the downstream end of the combustion chamber 5 is routed through the annular gap 31 directly in the direction of the exhaust gas duct 7 .
  • the exhaust gas is deflected by the vanes of the vane ring 33 , then guided through the exhaust gas duct 7 in the direction of arrow 20 and discharged from the housing 2 in the direction of arrow 21 .
  • Condensate arising within the combustion chamber 5 or the exhaust gas duct 7 is drained out of the housing 2 via the condensate outlet opening 14 and can then be collected.
  • the hydrogen gas burner device 1 shown forms a heating element, the housing jacket 3 of which absorbs heat from the exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 and then releases it to the environment 22 . It is expedient to manufacture both the housing 2 and the conductive structure 24 from a material with the highest possible thermal conductivity.
  • the partition wall 8 should be made of a material with low thermal conductivity in order to prevent the already cooled exhaust gas flowing through the exhaust gas channel 7 from being reheated by the hot exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 . With regard to the preferred materials, reference is made to the comments on the first embodiment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung (1), umfassend ein längliches, rohrartig ausgebildetes, sich in einer axialen Richtung (A) erstreckendes Gehäuse (2) mit einem äußeren Gehäusemantel (3), eine im Innern des Gehäuses (2) ausgebildete, sich in axialer Richtung (A) erstreckende und durch den Gehäusemantel (3) nach außen begrenzte Brennkammer (5), zumindest eine Brennerdüse (6), die dazu ausgelegt ist, ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch unter Erzeugung einer in die Brennkammer (5) brennenden Flamme zu verbrennen, und einen im Innern des Gehäuses (2) ausgebildeten, sich in axialer Richtung (A) erstreckenden, mit der Brennkammer (5) fluidverbundenen Abgaskanal (7), in den das aus der Brennkammer (5) kommende Abgas eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite des Gehäuses (2) vollständig durch eine stirnseitige Gehäusewandung (4) verschlossen ist, dass die Brennkammer (5) und der Abgaskanal (7) in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht zur axialen Richtung (A) benachbart zueinander angeordnet sind, und dass eine sich in axialer Richtung (A) erstreckende Trennwand (8) vorgesehen ist, welche die Brennkammer (5) und den Abgaskanal (7) bereichsweise voneinander trennt. Ferner wird vorgeschlagen, eine solche Vorrichtung (1) als Heizstab eines Wärmetauschers zu verwenden, der insbesondere einen Teil eines Abhitzekessels bildet.The present invention relates to a hydrogen gas burner device (1), comprising an elongate, tubular housing (2) extending in an axial direction (A) with an outer housing shell (3), a housing (2) formed inside, Combustion chamber (5) extending in the axial direction (A) and delimited on the outside by the housing shell (3), at least one burner nozzle (6) which is designed to inject a hydrogen-oxygen mixture into the combustion chamber (5) burning flame, and an exhaust gas duct (7) formed inside the housing (2), extending in the axial direction (A), fluidly connected to the combustion chamber (5) and into which the exhaust gas coming from the combustion chamber (5) is introduced , characterized in that an end face of the housing (2) is completely closed by an end-side housing wall (4), that the combustion chamber (5) and the exhaust gas duct (7) in a direction transverse, in particular lower are arranged adjacent to one another right to the axial direction (A), and that a partition (8) extending in the axial direction (A) is provided, which separates the combustion chamber (5) and the exhaust gas duct (7) from one another in certain areas. It is also proposed to use such a device (1) as a heating element of a heat exchanger, which in particular forms part of a waste heat boiler.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung, umfassend ein längliches, rohrartig ausgebildetes, sich in einer axialen Richtung erstreckendes Gehäuse mit einem äußeren Gehäusemantel, eine im Innern des Gehäuses ausgebildete, sich in axialer Richtung erstreckende und durch den Gehäusemantel nach außen begrenzte Brennkammer, zumindest eine Brennerdüse, die dazu ausgelegt ist, ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch unter Erzeugung einer in die Brennkammer brennenden Flamme zu verbrennen, und einen im Innern des Gehäuses ausgebildeten, sich in axialer Richtung erstreckenden, mit der Brennkammer fluidverbundenen Abgaskanal, in den das aus der Brennkammer kommende Abgas eingeleitet wird.The present invention relates to a hydrogen gas burner device, comprising an elongate, tubular housing, extending in an axial direction, with an outer housing shell, a combustion chamber formed inside the housing, extending in the axial direction and delimited to the outside by the housing shell, at least a burner nozzle adapted to burn a hydrogen-oxygen mixture to produce a flame burning in the combustion chamber, and an exhaust gas passage formed inside the housing, extending in the axial direction and fluidly connected to the combustion chamber, into which the exhaust gas from the Combustion chamber coming exhaust gas is introduced.

Gasbrennervorrichtungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Sie nutzen Wasserstoff als Brennstoff, was dahingehend von großem Vorteil ist, dass bei der Verbrennung weder Kohlenmonoxid noch Kohlendioxid freigesetzt werden. Das in der Brennkammer erzeugte Abgas kann dann dazu verwendet werden, in einem Kreisprozess zirkulierendes Wasser zu erhitzen. Hierzu wird das Abgas einem Wärmetauscher zugeführt, in dem es wasserführende Leitungen umspült und Wärme an das Wasser abgibt. Anschließend wird das abgekühlte Abgas in die Umgebung ausgelassen. Eine solche Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2004 012 988 A1 offenbart.Gas burner devices of the type mentioned are known in principle in the prior art. They use hydrogen as fuel, which is a great advantage in that neither carbon monoxide nor carbon dioxide are released during combustion. The exhaust gas generated in the combustor can then be used to heat circulating water in a cycle. For this purpose, the exhaust gas is fed to a heat exchanger in which it flows around water-carrying pipes and gives off heat to the water. The cooled exhaust gas is then released into the environment. Such a hydrogen gas burner device is, for example, in the reference DE 10 2004 012 988 A1 disclosed.

Bei Neukonstruktionen haben sich solche Wasserstoff-Gasbrennervorrichtungen grundsätzlich bewährt. Ein Problem kommt allerdings dann zum Tragen, wenn beispielsweise Erdgas- oder Ölbrenner eines bestehenden Systems durch eine Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung ersetzt werden soll, da bestehende Systeme, wie beispielsweise bestehende Heizkesselsysteme von Gebäudeheizungen oder dergleichen, meist nicht für das stark wasserdampfhaltige Abgas von Wasserstoff-Gasbrennervorrichtungen und das aus diesem auskondensierende Wasser ausgelegt sind. Dies führt dazu, dass ein Brennstoffwechsel von Gas oder Öl zu Wasserstoff meist mit einem großen Umbauaufwand und entsprechend hohen Kosten einhergeht.In the case of new designs, such hydrogen gas burner devices have basically proven their worth. A problem comes, however come into play when, for example, the natural gas or oil burner of an existing system is to be replaced by a hydrogen gas burner device, since existing systems, such as existing boiler systems of building heating systems or the like, are usually not suitable for the exhaust gas with a high water vapor content from hydrogen gas burner devices and that from this condensed water are designed. This means that a fuel change from gas or oil to hydrogen is usually associated with a large conversion effort and correspondingly high costs.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung der eingangs genannten Art mit alternativem Aufbau zu schaffen.Proceeding from this state of the art, it is an object of the present invention to create a hydrogen gas burner device of the type mentioned at the beginning with an alternative structure.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Stirnseite des Gehäuses vollständig durch eine stirnseitige Gehäusewandung verschlossen ist, dass die Brennkammer und der Abgaskanal in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht zur axialen Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, und dass eine sich in axialer Richtung erstreckende Trennwand vorgesehen ist, welche die Brennkammer und den Abgaskanal bereichsweise voneinander trennt.To solve this problem, the present invention creates a hydrogen gas burner device of the type mentioned at the outset, which is characterized in that one end face of the housing is completely closed by an end face housing wall, that the combustion chamber and the exhaust gas duct run in a direction transverse, in particular perpendicular, to the axial Direction are arranged adjacent to each other, and that a partition wall extending in the axial direction is provided, which partially separates the combustion chamber and the exhaust gas duct from one another.

Während des Betriebs der erfindungsgemäßen Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung wird der zumindest einen Brennerdüse Wasserstoff sowie Sauerstoff zugeführt, insbesondere in Form von Umgebungsluft. Hierzu sind im Bereich desjenigen freien Endes des Gehäuses, das dem vollständig verschlossenen Ende gegenüberliegt, entsprechende Zuführungen vorgesehen. Das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch wird an der Brennerdüse gezündet. Das in der Brennkammer entstehende Abgas gibt Wärme an den die Brennkammer begrenzenden Bereich des Gehäusemantels ab und wird dann durch den Abgaskanal abgeführt. Da sich der Abgaskanal nicht in axialer Richtung an die Brennkammer anschließt, sondern erfindungsgemäß in einer Richtung quer zur axialen Richtung benachbart zur Brennkammer angeordnet ist, wird das Abgas dabei über den Abgaskanal zu demjenigen freien Endbereich des Gehäuses geleitet, von dem aus Wasserstoff und Sauerstoff in das Gehäuse eingeleitet werden, und dort aus dem Gehäuse ausgelassen. Das gegenüberliegende stirnseitige Ende des Gehäuses ist vollständig verschlossen. Entsprechend bildet das Gehäuse einen Heizstab, der zumindest über den die Brennkammer nach außen begrenzenden Bereich des Gehäusemantels Wärme an die Umgebung abgibt.During the operation of the hydrogen gas burner device according to the invention, the at least one burner nozzle is supplied with hydrogen and oxygen, in particular in the form of ambient air. For this purpose, corresponding feeds are provided in the region of that free end of the housing which is opposite the completely closed end. The fuel-oxygen mixture is ignited at the burner nozzle. The exhaust gas produced in the combustion chamber gives off heat to the area of the housing shell that delimits the combustion chamber and is then discharged through the exhaust duct. Since the exhaust gas duct does not adjoin the combustion chamber in the axial direction, but is arranged according to the invention in a direction transverse to the axial direction adjacent to the combustion chamber, the exhaust gas is routed via the exhaust gas duct to that free end area of the housing from which hydrogen and oxygen the housing are introduced, and there discharged from the housing. The opposite front end of the housing is completely closed. Correspondingly, the housing forms a heating element, which emits heat to the environment at least via the area of the housing shell that delimits the combustion chamber on the outside.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung besteht darin, dass verhindert werden kann, dass das stark wasserdampfhaltige Abgas in diejenige Umgebung gelangt, die über das Gehäuse erwärmt wird. So lassen sich beispielsweise Öl- oder Erdgasbrenner bestehender Heizkessel ohne große und kostspielige Umbaumaßnahmen durch erfindungsgemäße Wasserstoff-Gasbrennervorrichtungen ersetzen. Dies macht die erfindungsgemäße Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung sehr flexibel einsetzbar.An essential advantage of the hydrogen gas burner device according to the invention is that the exhaust gas, which contains a lot of water vapor, can be prevented from reaching the environment that is heated via the housing. For example, oil or natural gas burners of existing boilers can be replaced by hydrogen gas burner devices according to the invention without major and costly conversion measures. This makes the hydrogen gas burner device according to the invention very flexible to use.

Bevorzugt ist die Wärmeleitfähigkeit desjenigen Materials, aus dem der die Brennkammer nach außen begrenzende Bereich des Gehäusemantels hergestellt ist, höher als die Wärmeleitfähigkeit desjenigen Materials, aus dem die Trennwand hergestellt ist, vorteilhaft wesentlich höher. Mit der Höhe der Wärmeleitfähigkeit des Gehäusemantels steigt naturgemäß die Heizleistung. Die Wärmeleitfähigkeit der Trennwand sollte bei den meisten Bauarten der erfindungsgemäßen Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung hingegen so gering wie möglich sein, um zu verhindern, dass das den Abgaskanal durchströmende, bereits abgekühlte Abgas durch das die Brennkammer durchströmende heißere Abgas erneut erwärmt wird, was die Heizleistung der Vorrichtung verringern würde. Als Material für den Gehäusemantel bietet sich metallisches Material an, insbesondere solches mit einer Wärmeleitfähigkeit λ ≥ 120 W/Km, besser noch ≥ 150 W/Km, wie beispielsweise Wolfram oder dergleichen. Als Material für die Trennwand bietet sich nicht-metallisches Material an, insbesondere solches mit einer Wärmeleitfähigkeit λ ≤ 2 W/Km, besser noch ≤ 1 W/Km, wie beispielsweise Emaille oder dergleichen.Preferably, the thermal conductivity of that material from which the region of the housing jacket that outwardly delimits the combustion chamber is made is higher than the thermal conductivity of that material from which the partition wall is made, advantageously significantly higher. The heat output naturally increases with the level of thermal conductivity of the housing jacket. On the other hand, the thermal conductivity of the partition wall should be as low as possible in most designs of the hydrogen gas burner device according to the invention in order to prevent the already cooled exhaust gas flowing through the exhaust gas duct from being reheated by the hotter exhaust gas flowing through the combustion chamber, which would reduce the heating capacity of the device would decrease. A suitable material for the housing jacket is metallic material, in particular one with a thermal conductivity λ≧120 W/Km, better still ≧150 W/Km, such as tungsten or the like. A suitable material for the partition is non-metallic material, in particular one with a thermal conductivity λ≦2 W/Km, better still ≦1 W/Km, such as enamel or the like.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umgibt die Brennkammer den Abgaskanal ringförmig und die Trennwand ist rohrartig ausgebildet. Dieser Aufbau ist dahingehend von Vorteil, dass vollumfänglich über den Gehäusemantel Wärme abgegeben wird, wodurch die Heizleistung optimiert wird.According to one embodiment of the present invention, the combustion chamber surrounds the exhaust gas channel in a ring shape and the partition wall is of tubular design. This design is advantageous in that heat is emitted over the entirety of the housing jacket, which optimizes the heating output.

Vorteilhaft endet die Trennwand in einem vorbestimmten Abstand vor der stirnseitigen Gehäusewandung, wodurch in einfacher Bauweise ein Übergang zwischen der Brennkammer und dem Abgaskanal geschaffen wird.The dividing wall advantageously ends at a predetermined distance in front of the end-side housing wall, as a result of which a transition between the combustion chamber and the exhaust gas duct is created in a simple design.

Die rohrartig ausgebildete Trennwand kann alternativ oder zusätzlich insbesondere an ihrer Unterseite zumindest eine Öffnung aufweisen, durch die während des Betriebs Abgas aus der Brennkammer in den Abgaskanal eingeleitet wird.The tubular partition can alternatively or additionally have at least one opening, in particular on its underside, through which exhaust gas from the combustion chamber is introduced into the exhaust gas duct during operation.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Trennwand eben ausgebildet, wobei die Trennwand insbesondere in einem vorbestimmten Abstand vor der stirnseitigen Gehäusewandung endet, wodurch eine Öffnung ausgebildet wird, durch die während des Betriebs Abgas aus der Brennkammer in den Abgaskanal eingeleitet wird. Dies führt zu einem sehr einfachen Aufbau.According to a further embodiment of the present invention, the dividing wall is flat, the dividing wall ending in particular at a predetermined distance in front of the end-side housing wall, whereby an opening is formed through which exhaust gas from the combustion chamber is introduced into the exhaust gas duct during operation. This leads to a very simple construction.

Vorteilhaft verjüngt sich die Dicke des die Brennkammer begrenzenden Gehäusemantels in Durchströmungsrichtung der Brennkammer, insbesondere stetig. Diese Bauart bietet sich dann an, wenn die Temperatur innerhalb der Brennkammer in Durchströmungsrichtung abnimmt und eine möglichst einheitliche Wärmeabgabe über den Gehäusemantel gewünscht ist.Advantageously, the thickness of the housing jacket delimiting the combustion chamber tapers in the direction of flow through the combustion chamber, in particular continuously. This type of construction is ideal when the temperature within the combustion chamber decreases in the flow direction and the heat dissipation that is as uniform as possible via the housing jacket is desired.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Brennkammer zumindest eine gasdurchlässige Wand auf, die sich quer zur axialen Richtung über den gesamten Querschnitt der Brennkammer erstreckt, wobei die gasdurchlässige Wand insbesondere membranartig, gitterartig oder als Lochplatte ausgebildet ist. Eine solche gasdurchlässige Wand stellt für das die Brennkammer durchströmende Abgas ein Hindernis dar, wodurch die Verweildauer des Abgases in der Brennkammer verlängert und damit der Wärmeübertrag vom Abgas an den die Brennkammer begrenzenden Bereich des Gehäusemantels verbessert wird.According to one embodiment of the present invention, the combustion chamber has at least one gas-permeable wall that extends transversely to the axial direction over the entire cross-section of the combustion chamber, the gas-permeable wall being designed in particular as a membrane, grid or perforated plate. Such a gas-permeable wall represents an obstacle for the exhaust gas flowing through the combustion chamber, whereby the dwell time of the exhaust gas in the combustion chamber is extended and the heat transfer from the exhaust gas to the area of the housing shell delimiting the combustion chamber is improved.

Bevorzugt weist die gasdurlässige Wand bezogen auf die Durchströmungsrichtung der Brennkammer eine konvexe Wölbung, insbesondere die am weitesten stromauf positionierte Wand, wenn mehrere Wände vorgesehen sind. Die konvexe Wölbung führt dazu, dass Teile des Abgases rezirkuliert werden, wodurch der Anteil von Stickoxiden (NOx) im das Gehäuse verlassenden Abgas reduziert werden kann.The gas-permeable wall preferably has a convex curvature in relation to the direction of flow through the combustion chamber, in particular the wall positioned furthest upstream if a plurality of walls are provided. The convex curvature causes parts of the exhaust gas to be recirculated, which means that the proportion of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas leaving the housing can be reduced.

Bevorzugt sind in der Trennwand Abgasrückführöffnungen vorgesehen, durch die ein Teil des den Abgaskanal durchströmenden Abgases zurück in die Brennkammer geleitet wird, was ebenfalls der Reduzierung von Stickoxiden zuträglich ist.Exhaust gas recirculation openings are preferably provided in the partition wall, through which part of the exhaust gas flowing through the exhaust gas duct is routed back into the combustion chamber, which is also beneficial for reducing nitrogen oxides.

Vorteilhaft sind in der Brennkammer, insbesondere im in Durchströmungsrichtung betrachtet hinteren Bereich der Brennkammer, von dem Abgas durchströmbare, mit dem die Brennkammer begrenzenden Gehäusemantel verbundene Wärmeübertragungsstrukturen vorgesehen, die dem Abgas Wärme entziehen und diese an den Gehäusemantel übertragen, wodurch die Heizleistung verbessert wird.In the combustion chamber, in particular in the rear area of the combustion chamber viewed in the direction of flow, it is advantageous for the exhaust gas to flowable, provided with the combustion chamber delimiting housing jacket connected heat transfer structures that extract heat from the exhaust gas and transfer it to the housing jacket, whereby the heating output is improved.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die zumindest eine Brennerdüse an derjenigen Stirnseite des Gehäuses angeordnet, die der durch die stirnseitige Gehäusewandung verschlossenen Stirnseite gegenüberliegt.According to one embodiment of the present invention, the at least one burner nozzle is arranged on that end face of the housing which is opposite the end face closed by the end face housing wall.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von Brennerdüsen vorgesehen, die in axialer Richtung innerhalb der Brennkammer beabstandet voneinander und insbesondere gleichmäßig verteilt derart angeordnet sind, dass ihre Flammen in die Brennkammer brennen.According to an alternative embodiment of the present invention, a multiplicity of burner nozzles are provided, which are arranged at a distance from one another in the axial direction within the combustion chamber and, in particular, are distributed uniformly in such a way that their flames burn into the combustion chamber.

Bevorzugt ist die Brennkammer mit zumindest einer Kondensatauslassöffnung versehen, über die innerhalb der Brennkammer entstehendes Kondensat abgeführt werden kann.The combustion chamber is preferably provided with at least one condensate outlet opening, via which condensate that forms inside the combustion chamber can be discharged.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die zumindest eine Kondensatauslassöffnung in der Trennwand oder in dem Gehäusemantel am stromabseitigen Ende des Abgaskanals ausgebildet. Entsprechend wird in der Brennkammer entstehendes Kondensat durch die zumindest eine Kondensatauslassöffnung in den Abgaskanal geleitet und über den Abgaskanal abgeführt.According to one embodiment of the present invention, the at least one condensate outlet opening is formed in the partition wall or in the housing shell at the downstream end of the exhaust gas duct. Correspondingly, condensate arising in the combustion chamber is routed through the at least one condensate outlet opening into the exhaust gas duct and discharged via the exhaust gas duct.

Ferner wird vorgeschlagen, eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Heizstab eines Wärmetauschers zu verwenden, wobei der Wärmetauscher insbesondere einen Teil eines Abhitzekessels bildet.It is also proposed to use a device according to the invention as a heating element of a heat exchanger, the heat exchanger forming in particular part of a waste heat boiler.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

  • Figur 1 eine schematische Längsschnittansicht einer Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Figur 2 eine schematische Längsschnittansicht einer Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Figur 3 eine schematische Längsschnittansicht einer Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Figur 4 eine schematische Längsschnittansicht einer Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Figur 5 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie V-V in Figur 4 und
  • Figur 6 eine schematische Längsschnittansicht einer Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings. inside is
  • figure 1 12 is a schematic longitudinal sectional view of a hydrogen gas burner device according to a first embodiment of the present invention;
  • figure 2 12 is a schematic longitudinal sectional view of a hydrogen gas burner device according to a second embodiment of the present invention;
  • figure 3 12 is a schematic longitudinal sectional view of a hydrogen gas burner device according to a third embodiment of the present invention;
  • figure 4 12 is a schematic longitudinal sectional view of a hydrogen gas burner device according to a fourth embodiment of the present invention;
  • figure 5 a schematic sectional view along the line VV in figure 4 and
  • figure 6 12 is a schematic longitudinal sectional view of a hydrogen gas burner device according to a fifth embodiment of the present invention.

Gleiche Bezugsziffern beziehen sich nachfolgend auf gleiche oder gleichartige Bauteile bzw. Bauteilbereiche.In the following, the same reference numerals refer to the same or similar components or component areas.

Figur 1 zeigt eine Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese umfasst ein längliches, rohrartig ausgebildetes, sich in einer axialen Richtung A erstreckendes Gehäuse 2, das einen äußeren Gehäusemantel 3 aufweist und an einer Stirnseite vollständig durch eine stirnseitige Gehäusewandung 4 verschlossen ist. Ferner umfasst die Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung 1 eine im Innern des Gehäuses 2 ausgebildete, sich in axialer Richtung A erstreckende und durch den Gehäusemantel 3 nach außen begrenzte Brennkammer 5 und mehrere, vorliegend ringförmig angeordnete Brennerdüsen 6, die dazu ausgelegt sind, ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch unter Erzeugung einer in die Brennkammer 5 brennenden Flamme zu verbrennen. Darüber hinaus ist im Innern des Gehäuses 2 ein sich in axialer Richtung A erstreckender, mit der Brennkammer 5 fluidverbundener Abgaskanal 7 vorgesehen, in den das aus der Brennkammer 5 kommende Abgas eingeleitet wird. Die Brennkammer 5 und der Abgaskanal 7 sind in einer Richtung quer, vorliegend senkrecht zur axialen Richtung A benachbart zueinander angeordnet und durch eine sich in axialer Richtung A erstreckende Trennwand 8 bereichsweise voneinander getrennt. Die Trennwand 8 ist vorliegend rohrförmig ausgebildet, mittig innerhalb des Gehäuses 2 positioniert und endet in einem Abstand a vor der stirnseitigen Gehäusewandung 4. Das Innere der rohrförmigen Trennwand 8 bildet den Abgaskanal 7, die Brennkammer 5 umgibt diesen ringförmig. Die Dicke d des die Brennkammer 5 begrenzenden Gehäusemantels 3 verjüngt sich in Durchströmungsrichtung der Brennkammer 5 stetig bis zum Erreichen der stirnseitigen Gehäusewandung 4, wobei dies nicht zwingend der Fall sein muss. Entlang der axialen Richtung A sind in der Brennkammer 5 vorliegend mehrere gasdurchlässige Wände 9 im Abstand zueinander angeordnet, die sich quer zur axialen Richtung A über den gesamten Querschnitt der Brennkammer 5 erstrecken und bevorzugt membranartig, gitterartig oder als Lochplatte ausgebildet sind. Der Gehäusemantel 3 kann an seiner Innenseite und/oder an seiner Außenseite zumindest bereichsweise mit Strukturen 10 versehen sein, welche die Außen- und/oder die Innenfläche des Gehäusemantels 3 gegenüber einer ebenen Fläche vergrößern. In Figur 1 sind rippenartige, an der Außenfläche des Gehäusemantels 3 angeordnete Strukturen 10 gezeigt. Alternativ oder zusätzlich kann/können die Innen- und/oder die Außenfläche des Gehäusemantels 3 aber auch porös ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, ganz auf solche Strukturen 10 zu verzichten. Im Bereich desjenigen freien Endes, an dem auch die Brennerdüsen 6 positioniert sind, ist das Gehäuse 2 mit einem auswärts vorstehenden, umfänglich mit einem Gewinde 11 versehenen Ringflansch 12 versehen, der radial auswärts über die Strukturen 10 vorsteht. Die Innenfläche des Gehäusemantels 3 ist im Längsschnitt betrachtet bevorzugt zumindest im unteren Bereich gegenüber der Horizontalen 13 um einen Winkel α leicht geneigt, wobei bevorzugt im Bereich des tiefsten Punktes der Neigung eine Kondensatauslassöffnung 14 im Gehäusemantel 3 ausgebildet ist. In der Trennwand 8 sind vorteilhaft im Bereich des stromabseitigen Endes Abgasrückführöffnungen 15 vorgesehen, durch die ein Teil des den Abgaskanal 7 durchströmenden Abgases zurück in die Brennkammer 5 geleitet wird. Ferner kann die Trennwand 8 Kondensatauslassöffnungen 14 aufweisen, die derart angeordnet sind, dass durch diese in der Brennkammer 5 anfallendes Kondensat in den Abgaskanal 7 abgeleitet wird. figure 1 12 shows a hydrogen gas burner device 1 according to a first embodiment of the present invention. This comprises an elongate, tubular housing 2 extending in an axial direction A, which has an outer housing casing 3 and is completely closed at one end by an end-side housing wall 4 . Furthermore, the hydrogen gas burner device 1 comprises a combustion chamber 5 formed in the interior of the housing 2, extending in the axial direction A and delimited to the outside by the housing jacket 3 and a plurality of burner nozzles 6, presently arranged in a ring shape, which are designed to produce a hydrogen-oxygen Mixture to burn to produce a burning in the combustion chamber 5 flame. In addition, inside the housing 2 there is an exhaust gas channel 7 which extends in the axial direction A and is fluidly connected to the combustion chamber 5, into which the exhaust gas coming from the combustion chamber 5 is introduced. The combustion chamber 5 and the exhaust gas duct 7 are arranged adjacent to one another in a direction transverse, in this case perpendicular to the axial direction A, and are separated from one another in regions by a partition wall 8 extending in the axial direction A. The partition 8 is tubular in this case, positioned centrally within the housing 2 and ends at a distance a in front of the front housing wall 4. The interior of the tubular partition 8 forms the exhaust gas duct 7, the combustion chamber 5 surrounds this ring. The thickness d of the housing jacket 3 delimiting the combustion chamber 5 tapers steadily in the direction of flow through the combustion chamber 5 until it reaches the end-side housing wall 4, although this does not necessarily have to be the case. In the present case, a plurality of gas-permeable walls 9 are arranged at a distance from one another in the combustion chamber 5 along the axial direction A. The housing shell 3 can on its inside and/or be provided with structures 10 at least in regions on its outside, which increase the outside and/or the inside surface of the housing shell 3 compared to a flat surface. In figure 1 rib-like structures 10 arranged on the outer surface of the housing jacket 3 are shown. Alternatively or additionally, the inner and/or outer surface of the housing jacket 3 can also be porous. It is also possible to dispense with such structures 10 entirely. In the region of that free end at which the burner nozzles 6 are also positioned, the housing 2 is provided with an outwardly projecting annular flange 12 which is circumferentially provided with a thread 11 and which projects radially outwards over the structures 10 . Viewed in longitudinal section, the inner surface of the housing shell 3 is preferably at least slightly inclined at an angle α relative to the horizontal 13 in the lower region, with a condensate outlet opening 14 preferably being formed in the housing shell 3 in the region of the lowest point of the slope. Exhaust gas recirculation openings 15 are advantageously provided in the partition wall 8 in the region of the downstream end, through which a part of the exhaust gas flowing through the exhaust gas duct 7 is routed back into the combustion chamber 5 . Furthermore, the partition wall 8 can have condensate outlet openings 14 which are arranged in such a way that condensate occurring in the combustion chamber 5 is discharged into the exhaust gas duct 7 through these.

Während des Betriebs der Vorrichtung 1 werden den Brennerdüsen 6 Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt und im Bereich der Auslassöffnung der Brennerdüsen 6 unter Bildung einer Flamme gezündet, die in die Brennkammer 5 brennt. Die Wasserstoffzufuhr ist in Figur 1 durch Pfeile 16 angedeutet und die Sauerstoffzufuhr durch Pfeile 17. Das durch die Verbrennung entstehende Abgas durchströmt die Brennkammer 5 in Richtung der Pfeile 18, wobei die Strömungsgeschwindigkeit durch die gasdurchlässigen Wände 9, die von dem Abgas passiert werden müssen, herabgesetzt wird. Während des Durchströmens der Brennkammer 5 gibt das Abgas Wärme an den Gehäusemantel 3 ab. Die Wärmeabgabe wird dabei durch die Strukturen 10 gefördert. Eine gleichmäßige Wärmeabgabe über den Gehäusemantel 3 in axialer Richtung A wird durch die stetig abnehmende Dicke d des Gehäusemantels 3 realisiert. Kurz vor der stirnseitigen Gehäusewandung 4 wird das Abgas in den Abgaskanal 7 eingeleitet, wie es durch die Pfeile 19 angedeutet ist, und durchströmt dann den Abgaskanal 7 in Richtung des Pfeils 20. Teile des Abgases werden durch die Abgasrückführöffnungen 15 zurück in die Brennkammer 5 geleitet, um die Stickoxidbildung zu reduzieren. Das restliche Abgas wird in Richtung des Pfeils 21 aus dem Abgaskanal 7 ausgeleitet. Innerhalb der Brennkammer5 oder des Abgaskanals 7 entstehendes Kondensat wird über die Kondensatauslassöffnung 14 aus dem Gehäuse 2 ausgelassen und kann anschließend gesammelt werden.During operation of the device 1 , hydrogen and oxygen are supplied to the burner nozzles 6 and ignited in the area of the outlet opening of the burner nozzles 6 , forming a flame which burns into the combustion chamber 5 . The hydrogen supply is in figure 1 indicated by arrows 16 and the oxygen supply by arrows 17. The exhaust gas produced by the combustion flows through the combustion chamber 5 in the direction of the arrows 18, the flow rate being reduced by the gas-permeable walls 9 through which the exhaust gas must pass. While As it flows through the combustion chamber 5 , the exhaust gas gives off heat to the housing shell 3 . The heat dissipation is promoted by the structures 10 . A uniform heat dissipation via the housing jacket 3 in the axial direction A is realized by the steadily decreasing thickness d of the housing jacket 3 . Shortly before the front housing wall 4, the exhaust gas is introduced into the exhaust gas duct 7, as indicated by the arrow 19, and then flows through the exhaust gas duct 7 in the direction of the arrow 20. Parts of the exhaust gas are fed back into the combustion chamber 5 through the exhaust gas recirculation openings 15 to reduce nitrogen oxide formation. The remaining exhaust gas is discharged from the exhaust gas duct 7 in the direction of the arrow 21 . Condensate arising within the combustion chamber 5 or the exhaust gas duct 7 is discharged from the housing 2 via the condensate outlet opening 14 and can then be collected.

Die in Figur 1 gezeigte Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung 1 bildet einen Heizstab, dessen Gehäusemantel 3 Wärme von dem die Brennkammer 5 durchströmenden Abgas aufnimmt und dann an die Umgebung 22 abgibt. Hierfür ist es zweckmäßig, zumindest den die Brennkammer 5 begrenzenden Bereich des Gehäuses 2 aus einem Material mit einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit zu fertigen, beispielsweise aus metallischem Material, das insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit λ ≥ 120 W/Km, besser noch ≥ 150 W/Km aufweist, wie beispielsweise Wolfram oder dergleichen. Um zu verhindern, dass das den Abgaskanal 7 durchströmende, bereits abgekühlte Abgas im Gegenstrom erneut durch das die Brennkammer 5 durchströmende Abgas erwärmt wird, ist die Trennwand 8 bevorzugt aus einem Material mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit gefertigt, beispielsweise aus nicht-metallischem Material, das insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit λ ≤ 2 W/Km, besser noch ≤ 1 W/Km aufweist, wie beispielsweise Emaille oder dergleichen. Die Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung 1 kann beispielsweise in eine mit einem zum Gewinde 11 passenden Innengewinde versehene Durchgangsöffnung eines Wärmetauschers nach Art einer Patrone mit der stirnseitigen Gehäusewandung 4 voran eingeführt und dann schraubend befestigt werden. Bei dem Wärmetauscher kann es sich beispielsweise um einen Heizkessel einer häuslichen Heizanlage handeln, der zuvor mit Gasbrennern oder Ölbrennern befeuert wurde.In the figure 1 The hydrogen gas burner device 1 shown forms a heating element, the housing jacket 3 of which absorbs heat from the exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 and then releases it to the environment 22 . For this purpose, it is expedient to manufacture at least the region of the housing 2 that delimits the combustion chamber 5 from a material with the highest possible thermal conductivity, for example from a metallic material that in particular has a thermal conductivity λ ≥ 120 W/Km, better still ≥ 150 W/Km , such as tungsten or the like. In order to prevent the already cooled exhaust gas flowing through the exhaust gas duct 7 from being heated again in counterflow by the exhaust gas flowing through the combustion chamber 5, the partition wall 8 is preferably made of a material with very low thermal conductivity, for example non-metallic material, which in particular has a thermal conductivity λ ≤ 2 W/Km, better still ≤ 1 W/Km, such as enamel or the like. The hydrogen gas burner device 1 can, for example, be inserted into a through-opening provided with an internal thread that matches the thread 11 of a heat exchanger in the manner of a cartridge with the end-side housing wall 4 in front and then fastened by screws. The heat exchanger can be, for example, a boiler of a domestic heating system that has previously been fired with gas burners or oil burners.

Figur 2 zeigt eine Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese umfasst ein Gehäuse 2, das im Wesentlichen analog zu dem in Figur 1 dargestellten Gehäuse 2 ausgebildet ist. Abweichend hiervon weist das in Figur 2 dargestellte Gehäuse 2 jedoch keine auswärts vorstehenden Strukturen 10 auf. Die Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung 1 umfasst eine Trennwand 8, die eben ausgebildet ist, sich vorliegend horizontal erstreckt und in einem vorbestimmten Abstand a vor der stirnseitigen Gehäusewandung 4 endet. Durch diese Trennwand 8, die sich bevorzugt etwa mittig durch das Gehäuse 2 erstreckt, werden im Innern des Gehäuses 2 bezogen auf Figur 2 oberhalb der Trennwand 8 eine Brennkammer 5 und unterhalb der Trennwand 8 ein Abgaskanal 7 gebildet, die kurz vor der stirnseitigen Gehäusewand 4 miteinander verbunden sind. Am stromaufseitigen Ende der Brennkammer 5 ist eine einzelne Brennerdüse 6 vorgesehen. Es sollte jedoch klar sein, dass dort auch mehrere Brennerdüsen 6 positioniert sein können. Ferner ist eine gasdurchlässige Wand 9 innerhalb der Brennkammer 5 positioniert, die sich quer zur axialen Richtung A über den gesamten Querschnitt der Brennkammer 5 erstreckt und analog zur zuvor beschriebenen Ausführungsform bevorzugt membranartig, gitterartig oder als Lockplatte ausgebildet ist. Die gasdurchlässige Wand 9 weist bezogen auf die Durchströmungsrichtung 18 der Brennkammer eine konvexe Wölbung auf. Im stromabseitigen Bereich der Brennkammer 5 sind vorliegend von dem Abgas durchströmbare, mit dem Gehäusemantel 3 verbundene Wärmeübertragungsstrukturen vorgesehen. figure 2 12 shows a hydrogen gas burner device 1 according to a second embodiment of the present invention. This includes a housing 2, which is essentially analogous to that in figure 1 housing 2 shown is formed. Deviating from this, the in figure 2 however, the housing 2 shown has no outwardly protruding structures 10. The hydrogen gas burner device 1 comprises a partition wall 8 which is planar, in the present case extends horizontally and ends at a predetermined distance a in front of the end-side housing wall 4 . Through this partition 8, which preferably extends approximately centrally through the housing 2, the interior of the housing 2 is based on figure 2 a combustion chamber 5 is formed above the partition wall 8 and an exhaust gas channel 7 is formed below the partition wall 8 , which are connected to one another just before the end-side housing wall 4 . At the upstream end of the combustor 5, a single burner nozzle 6 is provided. However, it should be clear that several burner nozzles 6 can also be positioned there. Furthermore, a gas-permeable wall 9 is positioned inside the combustion chamber 5, which extends transversely to the axial direction A over the entire cross section of the combustion chamber 5 and, analogously to the previously described embodiment, is preferably embodied as membrane-like, grid-like or as a lock plate. The gas-permeable wall 9 has a convex curvature in relation to the flow direction 18 of the combustion chamber. In the present case, heat transfer structures through which the exhaust gas can flow and which are connected to the housing jacket 3 are provided in the downstream area of the combustion chamber 5 .

Während des Betriebs der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung 1 werden der Brennerdüse 6 Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt und im Bereich der Auslassöffnung der Brennerdüse 6 unter Bildung einer Flamme gezündet, die in die Brennkammer 5 brennt. Die Wasserstoffzufuhr ist hier durch den Pfeil 16 angedeutet und die Sauerstoffzufuhr durch den Pfeil 17. Das durch die Verbrennung entstehende Abgas durchströmt die Brennkammer 5 in Richtung des Pfeils 18, wobei die Strömungsgeschwindigkeit durch die gasdurchlässige Wand 9, die von dem Abgas passiert werden muss, herabgesetzt wird. Aufgrund der konvexen Wölbung der gasdurchlässigen Wand 9 werden Teile des Abgases zurückgeleitet in Richtung der Brennerdüse 6, um die Entstehung von Stickoxyd zu reduzieren. Ferner passiert das die Brennkammer 5 durchströmende Abgas die Wärmeübertragungsstrukturen 23 und wird dann in Richtung des Pfeils 19 in den Abgaskanal 7 eingeleitet. Während das Abgas die Brennkammer 5 durchströmt, gibt dieses Wärme an den Gehäusemantel 3 ab. Diese Wärmeabgabe wird im stromabseitigen Bereich der Brennkammer 5 unterstützt durch die Wärmeübertragungsstrukturen 23. Den Abgaskanal 7 durchströmt das abgekühlte Abgas in Richtung des Pfeils 20 und wird dann in Richtung des Pfeils 21 aus dem Gehäuse 2 ausgelassen. Innerhalb der Brennkammer 5 oder des Abgaskanals 7 entstehendes Kondensat wird über die Kondensatauslassöffnung 14 aus dem Gehäuse 2 ausgelassen und kann anschließend gesammelt werden.During the operation of the in figure 2 In the device 1 shown, hydrogen and oxygen are supplied to the burner nozzle 6 and ignited in the area of the outlet opening of the burner nozzle 6 to form a flame which burns into the combustion chamber 5 . The supply of hydrogen is indicated here by the arrow 16 and the supply of oxygen by the arrow 17. The exhaust gas produced by the combustion flows through the combustion chamber 5 in the direction of the arrow 18, the flow velocity through the gas-permeable wall 9, which the exhaust gas has to pass, is reduced. Due to the convex curvature of the gas-permeable wall 9, parts of the exhaust gas are guided back in the direction of the burner nozzle 6 in order to reduce the formation of nitrogen oxide. Furthermore, the exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 passes through the heat transfer structures 23 and is then introduced into the exhaust gas duct 7 in the direction of the arrow 19 . As the exhaust gas flows through the combustion chamber 5 , it gives off heat to the housing shell 3 . This heat dissipation is supported in the downstream area of the combustion chamber 5 by the heat transfer structures 23 . The cooled exhaust gas flows through the exhaust gas duct 7 in the direction of the arrow 20 and is then discharged from the housing 2 in the direction of the arrow 21 . Condensate arising within the combustion chamber 5 or the exhaust gas duct 7 is discharged from the housing 2 via the condensate outlet opening 14 and can then be collected.

Auch die in Figur 2 gezeigte Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung 1 bildet einen Heizstab, dessen Gehäusemantel 3 Wärme von dem die Brennkammer 5 durchströmenden Abgas aufnimmt und dann an die Umgebung 22 abgibt. Auch hier ist es zweckmäßig, sowohl das Gehäuse 2 als auch die Wärmeübertragungsstrukturen 23 aus einem Material mit einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit zu fertigen. Die Trennwand 8 sollte aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein, um eine erneute Erwärmung des den Abgaskanal 7 durchströmenden, bereits abgekühlten Abgases zu vermeiden. Hinsichtlich der bevorzugten Materialien wird auf Ausführungen zur ersten Ausführungsform verwiesen.Also the in figure 2 The hydrogen gas burner device 1 shown forms a heating element, the housing jacket 3 of which absorbs heat from the exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 and then releases it to the environment 22 . Here, too, it is expedient to manufacture both the housing 2 and the heat transfer structures 23 from a material with the highest possible thermal conductivity. The partition wall 8 should be made of a material with low thermal conductivity in order to reheat the already cooled exhaust gas flowing through the exhaust gas duct 7 avoid. With regard to the preferred materials, reference is made to the comments on the first embodiment.

Figur 3 zeigt eine Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Gehäuse 2 und die Trennwand 8 und damit auch die Brennkammer 5 und der Abgaskanal 7 analog zur in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ausgebildet sind. Ein Unterschied zur zuvor beschriebenen Ausführungsform besteht darin, dass anstelle der Wärmeübertragungsstrukturen 23 im stromabseitigen Bereich der Brennkammer 5 eine Leitstruktur 24 vorgesehen ist, die das Abgas mäanderförmig durch den stromabseitigen Teil der Brennkammer 5 leitet. Darüber hinaus ist im Bereich des stromabseitigen Endes des Abgaskanals 7 eine in diesen hineinragende, bevorzugt wasserführende Leitung 25 vorgesehen, die einen Teil eines nicht näher dargestellten externen Wärmetauschersystems bildet. figure 3 shows a hydrogen gas burner device 1 according to a third embodiment of the present invention, in which the housing 2 and the partition wall 8 and thus also the combustion chamber 5 and the exhaust gas channel 7 analogously to FIG figure 2 embodiment shown are formed. A difference from the embodiment described above is that instead of the heat transfer structures 23 in the downstream area of the combustion chamber 5 , a guide structure 24 is provided, which meanders the exhaust gas through the downstream part of the combustion chamber 5 . In addition, in the region of the downstream end of the exhaust gas duct 7 there is a preferably water-carrying line 25 which protrudes into the latter and forms part of an external heat exchanger system which is not shown in detail.

Während des Betriebs der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung 1 werden Wasserstoff und Sauerstoff in Richtung der Pfeile 16 und 17 zugeführt und im Bereich der Auslassöffnung der Brennerdüse 6 unter Bildung einer Flamme gezündet, die in die Brennkammer 5 brennt. Das durch die Verbrennung entstehende Abgas durchströmt die Brennkammer 5 in Richtung des Pfeils 18 und passiert dann die mäanderförmige Leitstruktur 24. Während des Durchströmens der Brennkammer 5 gibt das Abgas Wärme an den Gehäusemantel 3 ab, der die aufgenommene Wärme dann weiter an die Umgebung 22 leitet. Dank der mäanderförmigen Leitstruktur 24 wird die Verweildauer des Abgases innerhalb der Brennkammer 5 und damit auch der Wärmeübertrag an den Gehäusemantel 3 verbessert. Es sollte klar sein, dass die Leitstruktur 24 auch eine andere Form als eine mäanderförmige Form aufweisen kann. Aus der Brennkammer 5 strömt das Abgas in Richtung des Pfeils 19 in den Abgaskanal 7 und wird dort in Richtung des Pfeils 20 zum stromabseitigen Ende geleitet. Dort gibt das bereits abgekühlte Abgas dann Wärme an das die Leitung 25 in Richtung der Pfeile 26 und 27 durchströmende Medium des externen Wärmetauschers ab, bevor es den Abgaskanal 7 in Richtung des Pfeils 21 verlässt. Innerhalb der Brennkammer 5 oder des Abgaskanals 7 entstehendes Kondensat wird über die Kondensatauslassöffnung 14 aus dem Gehäuse 2 ausgelassen und kann anschließend gesammelt werden.During the operation of the in figure 3 Device 1 shown are hydrogen and oxygen supplied in the direction of arrows 16 and 17 and ignited in the area of the outlet opening of the burner nozzle 6 to form a flame that burns in the combustion chamber 5. The exhaust gas resulting from the combustion flows through the combustion chamber 5 in the direction of the arrow 18 and then passes through the meandering guide structure 24. While flowing through the combustion chamber 5, the exhaust gas gives off heat to the housing jacket 3, which then conducts the absorbed heat on to the environment 22 . Thanks to the meandering guide structure 24, the dwell time of the exhaust gas within the combustion chamber 5 and thus also the heat transfer to the housing shell 3 is improved. It should be clear that the guide structure 24 can also have a shape other than a meandering shape. The exhaust gas flows from the combustion chamber 5 in the direction of the arrow 19 into the exhaust gas duct 7 and is there in the direction of the arrow 20 to the downstream end directed. There the exhaust gas, which has already cooled down, then gives off heat to the medium of the external heat exchanger flowing through the line 25 in the direction of the arrows 26 and 27 before it leaves the exhaust gas duct 7 in the direction of the arrow 21 . Condensate arising within the combustion chamber 5 or the exhaust gas duct 7 is discharged from the housing 2 via the condensate outlet opening 14 and can then be collected.

Die in Figur 3 gezeigte Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung 1 bildet einen Heizstab, dessen Gehäusemantel 3 Wärme von dem die Brennkammer 5 durchströmenden Abgas aufnimmt und dann an die Umgebung 22 abgibt. Es zweckmäßig, sowohl das Gehäuse 2 als auch die Leitstruktur 24 aus einem Material mit einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit zu fertigen. Die Trennwand 8 sollte aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein, um eine erneute Erwärmung des den Abgaskanal 7 durchströmenden, bereits abgekühlten Abgases durch das die Brennkammer 5 durchströmende heiße Abgas zu vermeiden. Hinsichtlich der bevorzugten Materialien wird auf Ausführungen zur ersten Ausführungsform verwiesen.In the figure 3 The hydrogen gas burner device 1 shown forms a heating element, the housing jacket 3 of which absorbs heat from the exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 and then releases it to the environment 22 . It is expedient to manufacture both the housing 2 and the conductive structure 24 from a material with the highest possible thermal conductivity. The partition wall 8 should be made of a material with low thermal conductivity in order to prevent the already cooled exhaust gas flowing through the exhaust gas channel 7 from being reheated by the hot exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 . With regard to the preferred materials, reference is made to the comments on the first embodiment.

Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese umfasst ein längliches, rohrartig ausgebildetes, sich in einer axialen Richtung A erstreckendes Gehäuse 2, das einen äußeren Gehäusemantel 3 aufweist und an einer Stirnseite vollständig durch eine stirnseitige Gehäusewandung 4 verschlossen ist. Analog zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist das Gehäuse 2 mit einer Kondensatauslassöffnung 14 versehen. Ferner umfasst die Wasserstoff-Gasbrennvorrichtung 1 eine im Innern des Gehäuses 2 ausgebildete, sich in axialer Richtung A erstreckende und durch den Gehäusemantel 3 nach außen begrenzte Brennkammer 5 und einen sich in axialer Richtung A erstreckenden, mit der Brennkammer 5 fluidverbundenen Abgaskanal 7. Die Brennkammer 5 und der Abgaskanal 7 sind in einer Richtung quer, vorliegend senkrecht zur axialen Richtung A benachbart zueinander angeordnet und durch eine sich in axialer Richtung A erstreckende, rohrförmig ausgebildete Trennwand 8 bereichsweise voneinander getrennt, wobei sich die Trennwand 8 durch das gesamte Gehäuse 2 bis hin zur stirnseitigen Gehäusewandung 4 erstreckt. Die Wasserstoff-Gasbrennvorrichtung 1 ist mit einer Vielzahl von entlang des Umfang der Trennwand 8 positionierten, in axialer Richtung A innerhalb der Brennkammer 5 bevorzugt gleichmäßig beabstandet voneinander angeordneten Brennerdüsen 6 versehen, deren Flammen im Wesentlichen radial in die Brennkammer 5 brennen. Die Brennerdüsen 6 werden über Versorgungsleitungen 28 mit Brennstoff und Sauerstoff versorgt, die sich axial durch die Trennwand 8 hindurch erstrecken und fluidtechnisch mit den Brennerdüsen 6 verbunden sind. Die fluidtechnische Verbindung zwischen der Brennkammer 5 und dem Abgaskanal 7 wird vorliegend durch eine schlitzartige Öffnung 29 realisiert, die an der Unterseite der Trennwand 8 ausgebildet ist. Alternativ kann die Öffnung 29 aber auch an einer anderen Position der Trennwand 8 vorgesehen sein. Ferner ist es möglich, dass mehrere Öffnungen 29 vorgesehen sind, um die Fluidverbindung zwischen Brennkammer 5 und Abgaskanal 7 zu realisieren. An den Abgaskanal 7 kann stromabseitig eine vorliegend nicht näher dargestellte Unterdruckquelle angeschlossen sein, um das in der Brennkammer 5 vorhandene Abgas aktiv in den Abgaskanal 7 zu saugen. Im Bereich desjenigen freien Endes, das der stirnseitigen Gehäusewand 4 gegenüberliegt, ist das Gehäuse 2 mit einem radial auswärts vorstehenden, umfänglich ein Gewinde 11 aufweisenden Ringflansch 12 versehen.the figures 4 and 5 12 show a hydrogen gas burner device 1 according to a fourth embodiment of the present invention. This comprises an elongate, tubular housing 2 extending in an axial direction A, which has an outer housing casing 3 and is completely closed at one end by an end-side housing wall 4 . The housing 2 is provided with a condensate outlet opening 14 analogously to the previously described embodiments. Furthermore, the hydrogen gas combustion device 1 comprises a combustion chamber 5 formed inside the housing 2, extending in the axial direction A and delimited to the outside by the housing jacket 3, and an exhaust gas channel 7, which extends in the axial direction A and is fluidly connected to the combustion chamber 5. The combustion chamber 5 and the exhaust duct 7 are in one direction arranged transversely, in this case perpendicular to the axial direction A, adjacent to one another and separated from one another in regions by a tubular partition 8 extending in the axial direction A, the partition 8 extending through the entire housing 2 up to the end-side housing wall 4. The hydrogen gas combustion device 1 is provided with a plurality of burner nozzles 6 positioned along the circumference of the partition wall 8 and preferably equally spaced from one another in the axial direction A within the combustion chamber 5 , the flames of which burn substantially radially into the combustion chamber 5 . The burner nozzles 6 are supplied with fuel and oxygen via supply lines 28 which extend axially through the partition wall 8 and are fluidly connected to the burner nozzles 6 . The fluidic connection between the combustion chamber 5 and the exhaust gas duct 7 is implemented here by a slot-like opening 29 which is formed on the underside of the partition wall 8 . Alternatively, however, the opening 29 can also be provided at a different position of the partition wall 8 . Furthermore, it is possible that several openings 29 are provided in order to realize the fluid connection between the combustion chamber 5 and the exhaust gas duct 7 . A negative pressure source (not shown in detail here) can be connected to the exhaust gas duct 7 on the downstream side in order to actively suck the exhaust gas present in the combustion chamber 5 into the exhaust gas duct 7 . In the region of that free end which is opposite the front-side housing wall 4, the housing 2 is provided with an annular flange 12 which projects radially outwards and has a thread 11 on the circumference.

Während des Betriebs der Vorrichtung 1 werden den Brennerdüsen 6 Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt und das Gemisch im Bereich der Auslassöffnung der Brennerdüsen 6 unter Bildung von Flammen gezündet, die in die Brennkammer 5 brennen. Die Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff ist in Figur 4 durch den mit 16,17 bezeichneten Pfeil angedeutet. Das durch die Verbrennung entstehende Abgas verteilt sich in der Brennkammer 5 gleichmäßig und gibt Wärme an den Gehäusemantel 3 ab. Das Abgas gelangt dann durch die in der Trennwand 8 vorgesehene Öffnung 29 in den Abgaskanal 7 und wird dort in Richtung des Pfeils 21 aus dem Gehäuse 2 geleitet.During the operation of the device 1, the burner nozzles 6 are supplied with hydrogen and oxygen and the mixture in the area of the outlet opening of the burner nozzles 6 is ignited with the formation of flames which burn into the combustion chamber 5. The supply of hydrogen and oxygen is in figure 4 indicated by the arrow labeled 16,17. That through the Combustion resulting exhaust gas is distributed evenly in the combustion chamber 5 and gives off heat to the housing jacket 3 . The exhaust gas then passes through the opening 29 provided in the partition 8 into the exhaust gas duct 7 and is conducted there out of the housing 2 in the direction of the arrow 21 .

Die in den Figuren 4 und 5 gezeigte Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung 1 bildet einen Heizstab, dessen Gehäusemantel 3 Wärme von dem die Brennkammer 5 durchströmenden Abgas aufnimmt und dann an die Umgebung 22 abgibt. Hierfür ist es zweckmäßig, zumindest den die Brennkammer 5 begrenzenden Bereich des Gehäuses 2 aus einem Material mit einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit zu fertigen. Hinsichtlich der bevorzugten Materialien wird auf Ausführungen zur ersten Ausführungsform verwiesen. Innerhalb der Brennkammer 5 oder des Abgaskanals 7 entstehendes Kondensat wird über die Kondensatauslassöffnung 14 aus dem Gehäuse 2 ausgelassen und kann anschließend gesammelt werden.The in the figures 4 and 5 The hydrogen gas burner device 1 shown forms a heating element, the housing jacket 3 of which absorbs heat from the exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 and then releases it to the environment 22 . For this purpose, it is expedient to manufacture at least the area of the housing 2 delimiting the combustion chamber 5 from a material with the highest possible thermal conductivity. With regard to the preferred materials, reference is made to the comments on the first embodiment. Condensate arising within the combustion chamber 5 or the exhaust gas duct 7 is discharged from the housing 2 via the condensate outlet opening 14 and can then be collected.

Figur 6 zeigt eine Wasserstoff-Gasbrennvorrichtung 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese umfasst ein längliches, rohrartig ausgebildetes, sich in einer axialen Richtung A erstreckendes Gehäuse 2, das einen äußeren Gehäusemantel 3 aufweist und an einer Stirnseite vollständig durch eine stirnseitige Gehäusewandung 4 verschlossen ist. Ferner umfasst die Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung eine im Innern des Gehäuses 2 ausgebildete, sich in axialer Richtung A erstreckende und durch den Gehäusemantel 3 nach außen begrenzte ringförmige Brennkammer 5 und mehrere, vorliegend ringförmig angeordnete Brennerdüsen 6, die dazu ausgelegt sind, ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch unter Erzeugung von in die Brennkammer 5 brennenden Flammen zu verbrennen. Darüber hinaus ist im Innern des Gehäuses 2 ein sich in axialer Richtung A erstreckender, mit der Brennkammer 5 fluidverbundener Abgaskanal 7 vorgesehen, in den das aus der Brennkammer 5 kommende Abgas eingeleitet wird. Die Brennkammer 5 und der Abgaskanal 7 sind in einer Richtung quer, vorliegend senkrecht zur axialen Richtung A benachbart zueinander angeordnet und durch eine sich in axialer Richtung A erstreckende Trennwand 8 bereichsweise voneinander getrennt. Die Trennwand 8 ist vorliegend rohrförmig ausgebildet, mittig innerhalb des Gehäuses 2 positioniert und endet in einem Abstand a vor der stirnseitigen Gehäusewandung 4. Das Innere der rohrförmigen Trennwand 8 bildet den Abgaskanal 7, die Brennkammer 5 umgibt diesen ringförmig. Die stirnseitige Gehäusewand 4 bildet am stromabseitigen Ende der Brennkammer 5 einen ringförmigen, in Strömungsrichtung der Brennkammer 5 konvex gekrümmten Abschnitt 30, der zur Umlenkung des gegen diesen Abschnitt prallenden Abgases dient, wie es durch die Pfeile 34 angedeutet ist. Zwischen dem ringförmigen Abschnitt 30 und dem freien Ende der ringförmigen Trennwand 8 ist ein Ringspalt 31 belassen, durch den das Abgas in Richtung der Pfeile 19 aus der Brennkammer 5 in den Abgaskanal 7 strömen kann. Ferner ist das Gehäuse 2 mit Verbindungskanälen 32 versehen, die umfänglich voneinander beabstandet sind und sich jeweils durch den Gehäusemantel 3 und die stirnseitige Wandung 4 des Gehäuses 2 erstrecken und Abgas vom stromaufseitigen Ende der Brennkammer 5 zum Abgaskanal 7 leiten. Am stromaufseitigen Ende des Abgaskanals 7 ist bevorzugt ein Leitschaufelring 33 vorgesehen, der dazu ausgelegt ist, das schräg in Richtung des Abgaskanals 7 strömende Abgas umzulenken, so dass dieses in Richtung des Pfeils 20 ohne große Verwirbelungen durch den Abgaskanal 7 strömt. Am stromabseitigen Ende des Abgaskanals 7 sind vorteilhaft sich durch die Trennwand 8 erstreckende Abgasrückführöffnungen 15 vorgesehen, durch die ein Teil des den Abgaskanal 7 durchströmenden Abgases zurück in die Brennkammer 5 geleitet wird. Der Rest des Abgases wird in Richtung des Pfeils 21 aus dem Gehäuse 2 geleitet. figure 6 12 shows a hydrogen gas combustor 1 according to a fifth embodiment of the present invention. This comprises an elongate, tubular housing 2 extending in an axial direction A, which has an outer housing casing 3 and is completely closed at one end by an end-side housing wall 4 . Furthermore, the hydrogen gas burner device comprises an annular combustion chamber 5 which is formed inside the housing 2, extends in the axial direction A and is delimited to the outside by the housing jacket 3 and a plurality of burner nozzles 6 which are arranged in an annular manner in the present case and which are designed to produce a hydrogen-oxygen Mixture to burn with the generation of burning in the combustion chamber 5 flames. In addition, inside the housing 2 there is an exhaust gas channel 7 which extends in the axial direction A and is fluidly connected to the combustion chamber 5, into which the exhaust gas coming from the combustion chamber 5 is introduced. The combustion chamber 5 and the exhaust gas duct 7 are arranged adjacent to one another in a direction transverse, in this case perpendicular to the axial direction A, and are separated from one another in regions by a partition wall 8 extending in the axial direction A. The partition 8 is tubular in this case, positioned centrally within the housing 2 and ends at a distance a in front of the front housing wall 4. The interior of the tubular partition 8 forms the exhaust gas duct 7, the combustion chamber 5 surrounds this ring. At the downstream end of the combustion chamber 5, the front housing wall 4 forms an annular section 30 that is convexly curved in the flow direction of the combustion chamber 5 and serves to deflect the exhaust gas impacting this section, as indicated by the arrows 34. An annular gap 31 is left between the annular section 30 and the free end of the annular partition 8 , through which the exhaust gas can flow in the direction of the arrow 19 from the combustion chamber 5 into the exhaust gas duct 7 . Furthermore, the housing 2 is provided with connecting ducts 32 which are circumferentially spaced from one another and extend respectively through the housing jacket 3 and the end wall 4 of the housing 2 and conduct exhaust gas from the upstream end of the combustion chamber 5 to the exhaust gas duct 7 . At the upstream end of the exhaust gas duct 7, a guide vane ring 33 is preferably provided, which is designed to deflect the exhaust gas flowing obliquely in the direction of the exhaust gas duct 7, so that it flows through the exhaust gas duct 7 in the direction of arrow 20 without major turbulence. At the downstream end of the exhaust gas duct 7 , exhaust gas recirculation openings 15 are advantageously provided which extend through the partition wall 8 and through which a part of the exhaust gas flowing through the exhaust gas duct 7 is routed back into the combustion chamber 5 . The remainder of the exhaust gas is routed out of the housing 2 in the direction of the arrow 21 .

Während des Betriebs der Vorrichtung 1 werden den Brennerdüsen 6 Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt und das Gemisch im Bereich der Auslassöffnung der Brennerdüsen 6 unter Bildung von Flammen gezündet, die in die Brennkammer 5 brennen. Die Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff ist in Figur 6 durch die Pfeile 16 und 17 angedeutet. Das durch die Verbrennung entstehende Abgas durchströmt die Brennkammer 5 in Richtung des Pfeils 18 und gibt Wärme an den Gehäusemantel 3 ab. Am stromabseitigen Ende der Brennkammer wird ein Teil des Abgases durch den ringförmigen Abschnitt 30 in Richtung der Pfeile 34 umgelenkt und strömt in Richtung der Pfeile 35 zurück in Richtung der Brennerdüsen 6, wo es zumindest teilweise in den Verbindungskanal 32 eintritt und in Richtung des Abgaskanals 7 strömt. Der Rest des am stromabseitigen Ende der Brennkammer 5 ankommenden Abgases wird durch den Ringspalt 31 direkt in Richtung Abgaskanal 7 geleitet. Am stromaufseitigen Ende des Abgaskanals wird das Abgas durch die Schaufeln des Leitschaufelrings 33 umgelenkt, dann in Richtung des Pfeils 20 durch den Abgaskanal 7 geleitet und in Richtung des Pfeils 21 aus dem Gehäuse 2 ausgelassen. Innerhalb der Brennkammer 5 oder des Abgaskanals 7 entstehendes Kondensat wird über die Kondensatauslassöffnung 14 aus dem Gehäuse 2 abgelassen und kann anschließend gesammelt werden.During the operation of the device 1, the burner nozzles 6 are supplied with hydrogen and oxygen and the mixture in the area of the outlet opening of the burner nozzles 6 is ignited to form flames which burn into the combustion chamber 5. The supply of hydrogen and oxygen is in figure 6 indicated by arrows 16 and 17. The exhaust gas produced by the combustion flows through the combustion chamber 5 in the direction of the arrow 18 and gives off heat to the housing shell 3 . At the downstream end of the combustion chamber, part of the exhaust gas is deflected by the annular section 30 in the direction of arrows 34 and flows in the direction of arrows 35 back towards the burner nozzles 6, where it at least partially enters the connecting duct 32 and towards the exhaust gas duct 7 flows. The remainder of the exhaust gas arriving at the downstream end of the combustion chamber 5 is routed through the annular gap 31 directly in the direction of the exhaust gas duct 7 . At the upstream end of the exhaust gas duct, the exhaust gas is deflected by the vanes of the vane ring 33 , then guided through the exhaust gas duct 7 in the direction of arrow 20 and discharged from the housing 2 in the direction of arrow 21 . Condensate arising within the combustion chamber 5 or the exhaust gas duct 7 is drained out of the housing 2 via the condensate outlet opening 14 and can then be collected.

Die in Figur 6 gezeigte Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung 1 bildet einen Heizstab, dessen Gehäusemantel 3 Wärme von dem die Brennkammer 5 durchströmenden Abgas aufnimmt und dann an die Umgebung 22 abgibt. Es zweckmäßig, sowohl das Gehäuse 2 als auch die Leitstruktur 24 aus einem Material mit einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit zu fertigen. Die Trennwand 8 sollte aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein, um eine erneute Erwärmung des den Abgaskanal 7 durchströmenden, bereits abgekühlten Abgases durch das die Brennkammer 5 durchströmende heiße Abgas zu vermeiden. Hinsichtlich der bevorzugten Materialien wird auf Ausführungen zur ersten Ausführungsform verwiesen.In the figure 6 The hydrogen gas burner device 1 shown forms a heating element, the housing jacket 3 of which absorbs heat from the exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 and then releases it to the environment 22 . It is expedient to manufacture both the housing 2 and the conductive structure 24 from a material with the highest possible thermal conductivity. The partition wall 8 should be made of a material with low thermal conductivity in order to prevent the already cooled exhaust gas flowing through the exhaust gas channel 7 from being reheated by the hot exhaust gas flowing through the combustion chamber 5 . With regard to the preferred materials, reference is made to the comments on the first embodiment.

Es sollte klar sein, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsformen lediglich als Beispiel dienen und nicht als einschränkend verstanden werden sollen. Vielmehr sind Modifikationen möglich, ohne den durch die beiliegenden Ansprüche definierten Schutzbereich zu verlassen.It should be understood that the embodiments described above are exemplary only and should not be construed as limiting. On the contrary, modifications are possible without departing from the scope of protection as defined by the appended claims.

Bezugsziffernlistereference number list

11
Wasserstoff-GasbrennervorrichtungHydrogen gas burner device
22
GehäuseHousing
33
Gehäusemantelhousing jacket
44
Gehäusewandunghousing wall
55
Brennkammercombustion chamber
66
Brennerdüseburner nozzle
77
Abgaskanalexhaust duct
88th
Trennwandpartition wall
99
gasdurchlässige Wandgas permeable wall
1010
Strukturstructure
1111
Gewindethread
1212
Ringflanschring flange
1313
Horizontalehorizontal
1414
Kondensatauslassöffnungcondensate outlet opening
1515
Abgasrückführöffnungexhaust gas recirculation opening
1616
PfeilArrow
1717
PfeilArrow
1818
PfeilArrow
1919
PfeilArrow
2020
PfeilArrow
2121
PfeilArrow
2222
Umgebungvicinity
2323
Wärmeübertragungsstrukturheat transfer structure
2424
Leitstrukturlead structure
2525
LeitungManagement
2626
PfeilArrow
2727
PfeilArrow
2828
Versorgungsleitungsupply line
2929
Öffnungopening
3030
ringförmiger Abschnittannular section
3131
Ringspaltannular gap
3232
Verbindungskanalconnecting channel
3333
Leitschaufelringvane ring
3434
PfeilArrow
3535
PfeilArrow
AA
axiale Richtungaxial direction
aa
AbstandDistance
di.e
Dickethickness
αa
Winkelangle

Claims (16)

Wasserstoff-Gasbrennervorrichtung (1), umfassend ein längliches, rohrartig ausgebildetes, sich in einer axialen Richtung (A) erstreckendes Gehäuse (2) mit einem äußeren Gehäusemantel (3), eine im Innern des Gehäuses (2) ausgebildete, sich in axialer Richtung (A) erstreckende und durch den Gehäusemantel (3) nach außen begrenzte Brennkammer (5), zumindest eine Brennerdüse (6), die dazu ausgelegt ist, ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch unter Erzeugung einer in die Brennkammer (5) brennenden Flamme zu verbrennen, und einen im Innern des Gehäuses (2) ausgebildeten, sich in axialer Richtung (A) erstreckenden, mit der Brennkammer (5) fluidverbundenen Abgaskanal (7), in den das aus der Brennkammer (5) kommende Abgas eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite des Gehäuses (2) vollständig durch eine stirnseitige Gehäusewandung (4) verschlossen ist, dass die Brennkammer (5) und der Abgaskanal (7) in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht zur axialen Richtung (A) benachbart zueinander angeordnet sind, und dass eine sich in axialer Richtung (A) erstreckende Trennwand (8) vorgesehen ist, welche die Brennkammer (5) und den Abgaskanal (7) bereichsweise voneinander trennt.Hydrogen gas burner device (1), comprising an elongate, tube-like housing (2) extending in an axial direction (A) with an outer housing shell (3), a housing (2) formed inside the housing (2) extending in the axial direction ( A) at least one burner nozzle (6) extending and outwardly delimited by the housing jacket (3), which is designed to burn a hydrogen-oxygen mixture while generating a flame that burns in the combustion chamber (5), and an exhaust gas duct (7) formed inside the housing (2), extending in the axial direction (A) and fluidly connected to the combustion chamber (5), into which the exhaust gas coming from the combustion chamber (5) is introduced, characterized in that one end of the housing (2) is completely closed by an end-side housing wall (4) so that the combustion chamber (5) and the exhaust gas duct (7) are adjacent in a direction transverse, in particular perpendicular, to the axial direction (A). t are arranged relative to one another, and that a partition wall (8) extending in the axial direction (A) is provided, which separates the combustion chamber (5) and the exhaust gas duct (7) from one another in certain areas. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit desjenigen Materials, aus dem der die Brennkammer (5) nach außen begrenzende Bereich des Gehäusemantels (3) hergestellt ist, höher ist als die Wärmeleitfähigkeit desjenigen Materials, aus dem die Trennwand (8) hergestellt ist.Device (1) according to Claim 1, characterized in that the thermal conductivity of that material from which the region of the housing casing (3) which outwardly delimits the combustion chamber (5) is made is higher than the thermal conductivity of that material from which the partition wall ( 8) is made. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (5) den Abgaskanal (7) ringförmig umgibt und dass die Trennwand (8) rohrartig ausgebildet ist.Device (1) according to Claim 1 or 2, characterized in that the combustion chamber (5) surrounds the exhaust gas duct (7) in the form of a ring and that the partition wall (8) is of tubular design. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (8) in einem vorbestimmten Abstand (a) vor der stirnseitigen Gehäusewandung (4) endet.Device (1) according to Claim 3, characterized in that the partition (8) ends at a predetermined distance (a) in front of the end-side housing wall (4). Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrartig ausgebildete Trennwand (8) bevorzugt an ihrer Unterseite zumindest eine Öffnung (29) aufweist, durch die während des Betriebs Abgas aus der Brennkammer (5) in den Abgaskanal (7) eingeleitet wird.Device (1) according to Claim 3 or 4, characterized in that the tubular partition (8) preferably has at least one opening (29) on its underside, through which exhaust gas from the combustion chamber (5) flows into the exhaust gas duct (7 ) is initiated. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (8) eben ausgebildet ist, wobei die Trennwand (8) insbesondere in einem vorbestimmten Abstand (a) vor der stirnseitigen Gehäusewandung (4) endet, wodurch eine Öffnung ausgebildet wird, durch die während des Betriebs Abgas aus der Brennkammer (5) in den Abgaskanal (7) eingeleitet wird.Device (1) according to Claim 1 or 2, characterized in that the partition (8) is flat, the partition (8) ending in particular at a predetermined distance (a) in front of the end-side housing wall (4), thereby forming an opening is, through which exhaust gas from the combustion chamber (5) is introduced into the exhaust gas duct (7) during operation. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dicke (d) des die Brennkammer (5) begrenzenden Gehäusemantels (3) in Durchströmungsrichtung der Brennkammer (5) verjüngt, insbesondere stetig verjüngt.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness (d) of the housing jacket (3) delimiting the combustion chamber (5) tapers in the flow direction of the combustion chamber (5), in particular tapers continuously. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (5) zumindest eine gasdurchlässige Wand (9) aufweist, die sich quer zur axialen Richtung (A) über den gesamten Querschnitt der Brennkammer (5) erstreckt, wobei die gasdurchlässige Wand (9) insbesondere membranartig, gitterartig oder als Lochplatte ausgebildet ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber (5) has at least one gas-permeable wall (9) which extends transversely to the axial direction (A) over the entire cross section of the combustion chamber (5), the gas-permeable wall (9) is designed in particular in the manner of a membrane, grid-like or as a perforated plate. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gasdurlässige Wand (9) bezogen auf die Durchströmungsrichtung der Brennkammer (5) eine konvexe Wölbung aufweist.Device (1) according to Claim 8, characterized in that the gas-permeable wall (9) has a convex curvature in relation to the direction of flow through the combustion chamber (5). Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trennwand (8) Abgasrückführöffnungen (15) vorgesehen sind, durch die ein Teil des den Abgaskanal (7) durchströmenden Abgases zurück in die Brennkammer (5) geleitet wird.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that exhaust gas recirculation openings (15) are provided in the partition (8), through which part of the exhaust gas flowing through the exhaust gas duct (7) is routed back into the combustion chamber (5). Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennkammer (5), insbesondere im in Durchströmungsrichtung betrachtet hinteren Bereich der Brennkammer (5), von dem Abgas durchströmbare, mit dem die Brennkammer (5) begrenzenden Gehäusemantel (3) verbundenen Wärmeübertragungsstrukturen (23) vorgesehen sind.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that in the combustion chamber (5), in particular in the rear region of the combustion chamber (5, viewed in the direction of flow), through which the exhaust gas can flow and with the housing jacket (3 ) associated heat transfer structures (23) are provided. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Brennerdüse (6) an derjenigen Stirnseite des Gehäuses (2) angeordnet ist, die der durch die stirnseitige Gehäusewandung (4) verschlossenen Stirnseite gegenüberliegt.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one burner nozzle (6) is arranged on that end face of the housing (2) which is opposite the end face closed by the end face housing wall (4). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Brennerdüsen (6) vorgesehen ist, die in axialer Richtung (A) innerhalb der Brennkammer (5) beabstandet voneinander und insbesondere gleichmäßig verteilt derart angeordnet sind, dass ihre Flammen in die Brennkammer (5) brennen.Device (1) according to one of Claims 1 to 11, characterized in that a large number of burner nozzles (6) are provided, which are spaced apart from one another in the axial direction (A) within the combustion chamber (5) and in particular are uniformly distributed in such a way that burn their flames into the combustion chamber (5). Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (5) mit zumindest einer Kondensatauslassöffnung (14) versehen ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber (5) is provided with at least one condensate outlet opening (14). Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kondensatauslassöffnung (14) in der Trennwand (8) oder in dem Gehäusemantel (3) am stromabseitigen Ende des Abgaskanals (7) ausgebildet ist.Device (1) according to Claim 14, characterized in that the at least one condensate outlet opening (14) is formed in the partition (8) or in the housing jacket (3) at the downstream end of the exhaust gas duct (7). Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Heizstab eines Wärmetauschers, der insbesondere einen Teil eines Abhitzekessels bildet.Use of a device (1) according to one of the preceding claims as a heating rod of a heat exchanger which in particular forms part of a waste heat boiler.
EP22169926.7A 2021-05-14 2022-04-26 Hydrogen gas burner apparatus Withdrawn EP4092321A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021111187.0A DE102021111187A1 (en) 2021-05-14 2021-05-14 Hydrogen gas burner device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4092321A1 true EP4092321A1 (en) 2022-11-23

Family

ID=81387008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22169926.7A Withdrawn EP4092321A1 (en) 2021-05-14 2022-04-26 Hydrogen gas burner apparatus

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4092321A1 (en)
DE (1) DE102021111187A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2706981A1 (en) * 1977-02-18 1978-08-24 Rudolf Klefisch Radiating tube for gas heating system - has central flue gas tube with guide blades within heating tube
EP1046011A1 (en) * 1997-11-19 2000-10-25 Danieli Corus Europe BV Ceramic burner for gases and regenerative heat generator provided with the said burner
DE102004012988A1 (en) 2004-03-16 2005-10-13 Enginion Ag Porous burner especially for hydrocarbon gas or hydrogen has additional oxygen or air added into the porous structure to control the burn temperature
DE112017005451T5 (en) * 2016-10-28 2019-08-14 Tounetsu Co., Ltd Submersible heater and molten metal holding furnace

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040185398A1 (en) 2002-12-20 2004-09-23 Fina Technology, Inc. Method for reducing the formation of nitrogen oxides in steam generation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2706981A1 (en) * 1977-02-18 1978-08-24 Rudolf Klefisch Radiating tube for gas heating system - has central flue gas tube with guide blades within heating tube
EP1046011A1 (en) * 1997-11-19 2000-10-25 Danieli Corus Europe BV Ceramic burner for gases and regenerative heat generator provided with the said burner
DE102004012988A1 (en) 2004-03-16 2005-10-13 Enginion Ag Porous burner especially for hydrocarbon gas or hydrogen has additional oxygen or air added into the porous structure to control the burn temperature
DE112017005451T5 (en) * 2016-10-28 2019-08-14 Tounetsu Co., Ltd Submersible heater and molten metal holding furnace

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021111187A1 (en) 2022-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0324043A1 (en) Industrial burner using recuperative air preheating, especially for heating the chambers of industrial furnaces
WO2017140631A1 (en) Burner unit and device for the temperature control of objects
DE69920234T2 (en) BURNER FOR NON-SYMMETRIC COMBUSTION AND METHOD THEREFOR
AT502684A4 (en) Device for combusting organic materials comprises a countercurrent heat exchanger having a heat exchanger wall on the outer side of the heat insulation of the combustion chamber with an upper waste gas outlet opening into a housing
EP4092321A1 (en) Hydrogen gas burner apparatus
DE102010046733B4 (en) Ölvormischbrenner
AT411622B (en) HEATER WITH A COMBUSTION CHAMBER
EP2679897B1 (en) Oil pre-mix burner with swirler
DE3623103C2 (en)
DE2943590C2 (en)
EP0079980B1 (en) Gas or oil fired water-heating or steam-generating boiler
DE19654732C2 (en) Shell boiler with exhaust gas recirculation
CH657912A5 (en) GAS HEATED BOILER.
EP4008955A1 (en) Device and method for supplying combustion air and exhaust gas recirculation for a burner
DE102010046858B4 (en) Boiler and solid fuel heat supply system and a process for burning solid fuels
EP0657704A1 (en) Water heater
DE2037480B2 (en) Hot air generator for convection drier - has combustion air taken from main intake and exhaust gas mixed with heated outlet air
AT397856B (en) Heating system for heating and for warming up service water
DE102011012493A1 (en) Ölvormischbrenner
DE102009060882A1 (en) burner system
CH419521A (en) Boilers for hot water heating, in particular for greenhouses
DE2308956A1 (en) MULTIPLE FLAME TUBE BOILER
DE1804020A1 (en) Boiler for hot water heating
DE102012012541A1 (en) Ölvormischbrenner
AT515113A4 (en) firing

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20230524