NL1017071A1

NL1017071A1 - Brander met een katalytisch actief poreus lichaam.

Info

Publication number: NL1017071A1
Application number: NL1017071A
Authority: NL
Inventors: Juergen Waidner; Marcus Bienzle
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2001-07-16
Also published as: DE10000652A1; DE10000652C2

Description

BRANDER MET EEN KATALYTISCH ACTIEF POREUS LICHAAM

Stand van de techniek

De uitvinding heeft betrekking op een brander met een katalytisch actief poreus lichaam, waarbij de brandstof via een terugslagwaarborg wordt toegevoerd aan het poreuze lichaam en waarbij in het gebied van het poreuze lichaam door ontsteking de toegevoerde brandstof tot verbranding wordt gebracht.

Bij de bekende branders van dit type zijn de poreuze lichamen in hun totaliteit voorzien van een katalytische bekleding. Daarbij komt het in verschillende gebieden van het poreuze lichaam tot werktemperaturen, waarbij de katalysator in het geheel niet of niet optimaal kan werken. In gebieden met hoge werktemperaturen kan de katalysator niet omkeerbaar worden gedeactiveerd.

Doel van de uitvinding is het verschaffen van een brander met een katalytisch actief, poreus lichaam, waarbij de katalysatoren in het poreuze lichaam steeds met optimale werktemperatuur werken, zodat als gevolg van te hoge of te lage temperatuur een onwerkzaam worden of tenietgaan van de katalysator wordt vermeden. Dit probleem wordt volgens de uitvinding opgelost, doordat het poreuze lichaam aansluitend op de terugslagwaarborg voorzien is van ten minste één gebied met een katalytisch actieve bekleding, die van de terugslagwaarborg afgekeerd overgaat in een niet bekleed gebied van het poreuze lichaam, en doordat de katalytisch beklede gebieden aan de werktemperaturen van hun gebieden zijn aangepast.

Door deze uitvoering van het poreuze lichaam kan daarenboven de uitstoot van schadelijke stoffen worden en de bij volledig katalytisch beklede, poreuze lichamen optredende brandstofslib en de daarmee verbonden emissie van onverbrande koolwaterstoffen worden vermeden.

Een brandstofslib kan zich bijvoorbeeld voordoen bij een gedeeltelijke deactivering van de katalysator.

Het katalytisch beklede gebied is gesitueerd aansluitend op de instroomzijde van de brandstof, het gasluchtmengsel, en zodoende aansluitend op de terugslagwaarborg. Wanneer deze terugslagwaarborg wordt gekoeld, verhindert deze een oververhitting van de katalysator in het aansluitende katalytisch beklede gebied van het poreuze lichaam. Dit kan ook reeds door de koeling van de terugslagwaarborg via de uitstromende brandstof geschieden.

De porositeit van het of de katalytische gebieden kan zodanig zijn uitgevoerd, dat zich ofwel in elk geval een verbrandingszone kan vormen (hoge porositeit) of dat zich een verbrandingszone slechts op basis van de katalytische bekleding kan vormen (lage porositeit).

Ontstoken wordt de brandstof in het onbeklede gebied van het poreuze lichaam. De door dit gebied uitgestraalde warmte verhit het aangrenzende, katalytisch beklede gebied, zodat dit z'n werktemperatuur krijgt.

Bij een voldoend hoge porositeit kan het gasluchtmengsel buiten het poriënlichaam worden ontstoken.

In het katalytisch beklede gebied van het poreuze lichaam wordt een deel van het gas-luchtmengsel katalytisch omgezet. Het niet-reagerende deel van het gas-luchtmengsel wordt in het niet-katalytisch beklede, dat wil zeggen onbeklede gebied, op conventionele wijze verbrand.

De opbouw van het poreuze lichaam met verschillende gebieden kan variëren. Zo kan volgens een uitvoeringsvorm erin zijn voorzien, dat de katalytisch beklede gebieden en het niet-beklede gebied elementen van een eendelig poreus lichaam zijn of dat de katalytisch beklede gebieden en het niet-beklede gebied als gescheiden lagen van een samengesteld, poreus lichaam zijn uitgevoerd.

Een vereenvoudiging wordt volgens een verdere uitvoering verkregen door de terugslagzekering uit te voeren als bestanddeel van een eendelig poreus lichaam of als gescheiden poreuze laag van het poreuze lichaam.

Omvat het katalytisch beklede deel van het poreuze lichaam meerdere gebieden, dan is erin voorzien, dat de katalytisch beklede gebieden van het poreuze lichaam vanaf de terugslagwaarborg tot het onbeklede gebied wat betreft de werktemperatuur zijn aangepast aan het toenemende temperatuurverloop. Voor branders met poreuze lichamen, waarbij als gevolg van hun speciale uitvoering zich een van de bovenbeschreven temperatuurverdeling afwijkende verdeling instelt, worden de verschillende katalysatorgebieden zodanig aangebracht, dat de katalysator met de hoogste temperatuurbelastbaarheid in de warmste zone is aangebracht. Alle verdere zones zijn zodanig op te stellen, dat deze zich in een voor hen optimaal temperatuurgebied bevinden. Daarbij kunnen overeenkomstig de werktemperaturen van deze gebieden verschillende katalysatoren, zoals keramische of metallische katalysatoren, worden toegepast. Bovendien kan erin voorzien zijn, dat de katalytisch beklede gebieden, het onbeklede gebied en de terugslagwaarborg verschillende, aan hun bedrijfsomstandigheden aangepaste poriëngrootten hebben.

Voor het bekleden van de gebieden is er overeenkomstig een uitvoeringsvorm in voorzien, dat de katalysatoren middels een dompelwerkwijze of ook door sproeien, in het bijzonder tijdens een vlamsproeiwerkwijze in het poreuze lichaam of de gescheiden lagen daarvan zijn ingebracht of opgebracht.

De uitvinding wordt aan de hand van in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeelden van poreuze lichamen met terugslagwaarborg nader toegelicht. Daarbij toont:

Fig. 1 een eendelige poriënbrander met gescheiden t e rug s1agwaarborg;

Fig. 2 een uit twee verschillende lagen en een gescheiden terugslagwaarborglaag samengestelde poriënbrander;

Fig. 3 een uit drie verschillende lagen en een gescheiden terugslagwaarborglaag samengestelde poriënbrander; en

Fig. 4 een uit een onbeklede, een katalytisch beklede laag en een terugslagwaarborglaag samengestelde poriënbrander.

De poriënbrander volgens fig. 1 is samengesteld uit een eendelig poreus lichaam 10 en een gescheiden, als laag uitgevoerde terugslagwaarborg 20, via welke het gas-luchtmengsel als brandstof wordt toegevoerd. Het poreuze lichaam 10 is eendelig en voorzien van twee gebieden 11 en 15, waarvan slechts het op de terugslagwaarborg 20 aansluitende gebied 11 katalytisch is bekleed, terwijl het van de terugslagwaarborg 20 afgekeerde gebied 15 niet bekleed is. Het ontsteken van het gas-luchtmengsel geschiedt in dit gebied 15. Daarbij kan de katalysator door dompelen van het voetgebied van het poreuze lichaam 10 in het gebied 11 worden ingebracht. Ook een sproeien van de katalysator in het gebied 11 is mogelijk. Als katalysatoren komen edelmetaalhoudende en keramische katalysatoren, zoals Perovskite, in aanmerking, waarbij de eigenschappen daarvan zijn afgestemd op de werktemperatuur in het gebied 11. De keramische katalysatoren zijn voor een temperatuurgebied van circa 600°C tot 1000°C geschikt, terwijl de metallische katalysatoren reeds vanaf werktemperaturen vanaf 300°C goed werken, en bij ongeveer 500°C als gevolg van structuurveranderingen reeds teniet kunnen gaan.

Zoals fig. 2 bij een samengestelde poriënbrander toont, kunnen de gebieden 11 en 15 zijn uitgevoerd als gescheiden lagen, zoals de terugslagwaarborg 20. Daarbij blijft de ontsteking in het onbeklede gebied 15 behouden en de katalytische bekleding van het gebied 11 wordt aangepast aan het temperatuurverloop tussen terugslagwaarborg 20 en onbekleed gebied 15. Daarbij kan ook de porositeit van het als laag uitgevoerde gebied 11 wat de porositeit betreft afwijken van die van het onbeklede gebied 15, meer in het bijzonder kleiner zijn.

Bij de poriënbrander volgens fig. 3 met twee verschillend katalytisch beklede gebieden 11 en 12 worden met verschillende katalysatoren de werktemperatuurgebieden aangepast aan het temperatuurverloop in het samengestelde poreuze lichaam 10. Zo kan het als laag uitgevoerde gebied 11 bijvoorbeeld bekleed zijn met een metallische katalysator, die in een temperatuurgebied van 300°C tot 500°C goed werkt, terwijl het gebied 12 kan zijn voorzien van een keramische katalysator en een temperatuurgebied van 600°C tot 1000°C. Het gas-luchtmengsel wordt via de terugslagwaarborg toegevoerd, die additioneel kan zijn gekoeld. Het onbeklede gebied 15 van de poriënbrander ligt in het gebied van de ontsteekinrichting en afgekeerd van de terugslagwaarborg. De gebieden 11 en 12 kunnen als lagen zijn uitgevoerd en met de katalysatoren bekleed verbonden zijn met het niet-beklede gebied 15. De terugslagwaarborg 20 kan als gescheidne deel zijn uitgevoerd en met het uit de lagen van de gebieden 11, 12 en 15 gevormde poreuze lichaam 10 als poriënbrander zijn samengesteld.

Zoals de poriënbrander volgens fig. 4 toont, kan de terugslagwaarborg 20 ook zijn uitgevoerd als katalytisch bekleed gebied van het poreuze lichaam 10, waarbij dit gebied zodanig is omgegeven, dat met lage porositeit en een werktemperatuur van circa 300°C tot 500°C een vlamvorming wordt verhinderd. Het in stromingsrichting eerste gebied van de poriënbrander werkt zodoende tegelijkertijd als terugslagwaarborg 20. Daarbij kan dit gebied zijn uitgevoerd als gescheiden laag of in het eendelige, poreuze lichaam 10 zijn geïntegreerd. Op het als terugslagwaarborg 20 werkzame, katalytisch beklede gebied sluiten één of een aantal katalytisch beklede gebieden, bijvoorbeeld 11, aan. Het aan het onbeklede gebied 15 grenzende, in stromingsrichting van het gas-luchtmengsel laatste katalytisch beklede gebied is daarbij aangepast op een werktemperatuur van circa 600°C tot 1000°C.

Er dient nog te worden opgemerkt, dat alle gebieden 11, 12 en 15 van de getoonde poriënbrander inclusief de terugslagwaarborg als eendelig poreus lichaam en/of uit lagen met verschillende porositeit en/of verschillende, op het temperatuurverloop in stromingsrichting aangepaste bekledingen kunnen bestaan.

Claims

1. Brander met een katalytisch actief, poreus lichaam, waarbij de brandstof via een terugslagwaarborg aan het poreuze lichaam wordt toegevoerd en waarbij in het gebied van het poreuze lichaam door ontsteking de toegevoerde brandstof tot verbranding wordt gebracht, met het kenmerk, dat het poreuze lichaam (10) aansluitend op de terugslagwaarborg (20) voorzien is van ten minste één gebied met een katalytisch actieve bekleding (11), dat van de terugslagwaarborg (20) afgekeerd overgaat in een onbekleed gebied (15) van het poreuze lichaam (10) en dat de katalytisch actieve gebieden (11, 12) zijn aangepast aan de werktemperaturen van hun gebieden (11, 12).

2. Brander volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de katalytisch actieve gebieden (11, 12) en het katalytisch inactieve gebied (15) elementen van een eendelig poreus lichaam (10) zijn.

3. Brander volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de katalytisch actieve gebieden (11, 12) en het niet-beklede gebied (15) zijn uitgevoerd als gescheiden lagen van een samengesteld, poreus lichaam (10).

4. Brander volgens een der conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat de terugslagwaarborg (20) als element van een eendelig poreus lichaam (10) of als gescheiden poreuze laag van het poreuze lichaam (10) is uitgevoerd.

5. Brander volgens een der conclusies 1 tot 4, met het kenmerk, dat de katalytisch actieve gebieden (11, 12) van het poreuze lichaam (10) vanaf de terugslagwaarborg (20) tot het onbeklede gebied (15) wat de werktemperatuur betreft zijn aangepast aan het temperatuurverloop.

6. Brander volgens een der conclusies 3 tot 5, met het kenmerk, dat de gescheiden lagen van de katalytisch actieve gebieden (11, 12) zijn voorzien van verschillende katalysatoren (keramische of metallische katalysatoren).

7. Brander volgens een der conclusies 1 tot 6, met het kenmerk, dat de katalytisch beklede gebieden (11, 12) het onbeklede gebied (15) en de terugslagwaarborg (20) voorzien zijn van verschillende aan hun bedrijfsomstandigheden aangepaste poriëngrootten.

8. Brander volgens een der conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat het ontsteken van de toegevoerde brandstof, een gas-luchtmengsel, plaatsvindt in het niet-beklede gebied (15) van het poreuze lichaam (10).

9. Brander volgens een der conclusies 1 tot 8, met het kenmerk, dat de katalysatoren met een dompelwerkwijze of door sproeien, in het bijzonder door een vlamsproeiwerkwijze in het poreuze lichaam (10) of de gescheiden lagen daarvan zijn ingebracht of opgebracht.