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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Brennervorrichtung mit einem Brennraum,
in dem ein in einem Eingangsbereich zugeführtes, zündfähiges Gasgemisch verbrennbar
ist und in dem durch die Verbrennung entstehende Abgase in einen
an einem dem Eingangsbereich entfernten Ende des Brennraums liegenden
Ausgangsbereich abführbar
sind, wobei in dem Brennraum ein Porenkörper aus einem hitzebeständigen,
porösen
Material angeordnet ist.
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Eine
derartige Brennervorrichtung ist bekannt aus der
DE 37 13 476 A1 . In diesem
Dokument wird ein Heizgerät,
insbesondere ein Fahrzeugzusatzheizgerät mit einem als zylindrisches
Flammrohr ausgebildeten Brennraum offenbart. An einer Stirnseite
des zylindrischen Brennraums wird ein zündfähiges Gasgemisch eingeleitet
und gezündet,
so dass es im Brennraum in einer Freiflamme verbrennt. Die Wandung
des zylindrischen Flammrohrs ist innen mit einem Schalldämpfermaterial,
das ein hitzebeständiges,
poröses
Vlies sein kann, beschichtet. Dieses Vlies wirkt als Absorptionsschalldämpfer für Verbrennungs-
und Gasstromgeräusche.
Bei einer weiteren, in demselben Dokument offenbarten Brennervorrichtung
ist zusätzlich
zu einem im Eingangsbereich des Flammrohrs angeordneten Absorptionsbrenner
der oben beschriebenen Form ein Satz von Reflexionsschalldämpfern,
jeweils bestehend aus einer senkrecht zur Zylinderachse angeordneten,
porösen Scheibe
mit versetzt angeordneten Durchgangsöffnungen, im hinteren Teil
des Flammrohres, d.h. in der Nähe
des Ausgangsbereichs, angeordnet. Eine derartige Brennervorrichtung
zeigt zwar eine gute Geräuschdämmung; es
besteht jedoch, insbesondere bei Ausführungsformen mit kleinem Bauraum,
die Gefahr einer unvollständigen
Verbrennung und somit einer hohen CO- und NO
x-Konzentration
im Abgas, die ggf. durch nachgeschaltete Nachbrenner oder Katalysatoren
reduziert werden muss. Dies führt
zu einem mehrstufigen Aufbau der Brennervorrichtung und zu vergleichsweise
großem
Bauraumaufwand.
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Aus
der
DE 10 2004
049 903 A1 ist eine weitere, ebenfalls gattungsgemäße Brennervorrichtung bekannt.
Bei dieser Brennervorrichtung handelt es sich um einen so genannten
Porenbrenner. Beim Porenbrenner erfolgt die Verbrennung des Gasgemisches
nicht als Freiflamme sondern als stabilisierte Flamme innerhalb
des Porenkörpers.
Dabei bildet der Porenkörper
den eigentlichen Brennraum. Das heißt, in seinem Eingangsbereich
wird der Porenkörper
mit einem zündfähigen Gasgemisch
beschickt, welches im Porenkörper
gezündet
und verbrannt wird. Der Porenbrenner unterscheidet sich grundsätzlich vom
Freiflammbrenner und hat unterschiedliche Einsatzbereiche.
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Aus
der
DE 36 14 440 A1 ist
ein Heizungsgerät
mit Nachbrenner bekannt. Wie oben bereits erwähnt, ist es, insbesondere bei
kleinvolumigen Brennern häufig
erforderlich, mit Hilfe eines Nachbrenners die Qualität der Abgase
zu verbessern. In der genannten Druckschrift wird ein solcher Nachbrenner offenbart,
der als ein metallischer Hohlzylinder dem Ausgangsbereich des eigentlichen
Brennraums nachgeschaltet ist. Hierdurch wird der axiale Bauraum
der Gesamtvorrichtung wesentliche erhöht.
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Aus
der
DE 103 44 979
A1 ist eine Brennervorrichtung bekannt, die im Eingangsbereich
des Brennerraums einen Porenkörper
als vorgeschaltetes Zündelement
enthält.
Der Porenkörper
ist hier elektrisch vorgeheizt und wird mit dem zündfähigen Gasgemisch
beschickt, das im Porenkörper
weiter verdampft und gezündet
wird. Der sich anschließende
Brennraum wird dann mit dem aus dem Porenkörper austretenden Heißgas beschickt.
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DE 85 18 133 U1 offenbart
einen Ölbrenner, dessen
Flamme nach Art eines Glühstrumpfs
von einem porösen
Keramikkörper
ummantelt ist.
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DE 43 17 554 C2 offenbart
eine Brennervorrichtung, die im Eingangsbereich des Brennraums einen
kleinvolumigen Poren körper
aufweist. Die in diesem Dokument offenbarte Brennervorrichtung dient insbesondere
der Verbrennung flüssigen
Brennstoffs, der zusammen mit Primärluft in den Eingangsbereich
des Brennraums eingespeist und dort verdampft wird. Der Porenkörper in
diesem Bereich dient als Tropfenfang für eventuelle Brennstofftropfen,
die sich bei unvollständiger
Verdampfung bilden können.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Freiflammbrenner derart
weiterzubilden, dass bei gleich bleibender Emissionsqualität ein kleinerer
Bauraum ermöglicht und
vorzugsweise der Wirkungsgrad des Brenners erhöht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die
erfindungsgemäße Brennervorrichtung baut
auf dem gattungsgemäßen Stand
der Technik dadurch auf, dass der Porenkörper in Gasstromrichtung hinter
einem Freiflammbereich des Brennraums im Ausgangsbereich des Brennraums
angeordnet ist und den Querschnitt des Brennraums im Ausgangsbereich
vollständig
einnimmt. Dem liegt die Idee zugrunde, den häufig erforderlichen Nachbrenner
in Form eines Porenkörpers
in den Brennraum selbst zu integrieren. Hierdurch entfällt die
Notwendigkeit des Nachschaltens eines separaten Nachbrenners, wodurch
der benötigte
Bauraum verringert wird. Während
des Betriebs des Brenners heizt sich der Porenkör per nämlich auf die Temperatur des
Brennraums auf, so dass an seiner durch die Poren wesentlich vergrößerten inneren
Oberfläche
eine effiziente Nachverbrennung stattfinden kann. Dieser Effekt kann,
wie bei einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen,
noch dadurch verbessert werden, dass die innere Porenoberfläche des
Porenkörpers
mit einem katalytischen Material belegt ist. Dies schließt auch
die Möglichkeit
ein, dass der Porenkörper
selbst aus einem katalytischen Material gebildet ist. Neben der
günstigen
Nachverbrennung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung weitere Vorteile
auf. So kann der Porenkörper
in besonderen Fällen
als eine hilfsweise Zündquelle
dienen. Bricht nämlich
wegen kurzzeitigen Brennstoffmangels die Freiflamme im Brennraum
zusammen, behält
der Porenkörper
im rückwärtigen Bereich
des Brennraums aufgrund seiner hohen Wärmekapazität die hohe Brennraumtemperatur
zunächst
bei. Setzt dann der Zustrom zündfähigen Gasgemischs
wieder ein, kann das Gas an dem noch heißen Porenkörper erneut zünden, so dass
sich im vorgelagerten Bereich des Brennraums wieder eine Freiflamme
ausbilden kann. Ein weiterer Vorteil, der sich durch den Porenkörper ergeben kann,
besteht in dessen Schalldämpfender
Wirkung. Diese Wirkung kann sich unter anderem insbesondere dadurch
ergeben, dass aufgrund der vorzugsweise laminieren Flammen in dem
Porenkörper
weniger Geräuschemissionen
freigesetzt werden.
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Günstigerweise
ist vorgesehen, dass der Porenkörper
etwa ein Drittel bis die Hälfte
der Länge des
Brennraums einnimmt. Dies ist einerseits ausreichend, damit der
Porenkörper
seine zuvor geschilderten Aufgaben wahrnehmen kann, andererseits aber
auch hinreichend klein, dass im vorgelager ten Teil des Brennraums
eine effiziente Freiflammverbrennung stattfinden kann.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass der Porenkörper aus einem metallischen
oder keramischen Stoff gebildet ist. Derartige Stoffe können porös, z.B.
in Form eines Vlieskörpers,
ausgebildet sein und zeigen eine hohe Hitzebeständigkeit.
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Bei
einer günstigen
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass außerhalb
des Brennraums benachbart zu dem Porenkörper eine Wärmetauschervorrichtung angeordnet
ist. Es ist bekannt, dass bei Verbrennung in einem Porenkörper ein
hoher Anteil an Strahlungswärme
entsteht. Diese Strahlungswärme
ist besonders effizient auf eine Wärmetauschervorrichtung übertragbar,
so dass sich im Rahmen dieser Ausführungsform ein gesteigerter Wirkungsgrad
der Gesamtbrennervorrichtung ergeben kann.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft
erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennervorrichtung
in Querschnittsansicht.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennervorrichtung
im Bereich der Brennkammer 10 in Querschnittsansicht. Eingangsseitig
der Brennkammer ist eine Venturi-Düse 12 angeordnet,
durch die in nicht dargestellter Weise flüssiger Brennstoff und Verbrennungsluft
miteinander verwirbelt und als zündfähiges Gas
in die Verbrennungskammer 10 eingetragen werden. In der Verbrennungskammer 10 ist
ein Flammhalter 14 angeordnet, an dem sich die Wurzel einer
Flamme 16 bildet. Die spezielle Ausgestaltung des Flammhalters sowie
Zündvorrichtungen
etc. sind in der 1 nicht dargestellt. Um die
Flamme 16 entsteht ein Heißgasstrom 18, der
zu einem ausgangsseitigen Bereich der Brennkammer 10 führt. In
diesem Bereich ist ein Porenkörper 20 angeordnet,
der von dem Heißgas 18 aufgeheizt
wird und in dem eine Nachverbrennung zur Reduzierung der CO und
NOx-Konzentration erfolgt. Die aus dem Porenkörper 20 austretenden
Abgase verlassen die Brennkammer 10 durch deren Auslass 22.
Nicht dargestellt in 1 ist eine Wärmeaustauschervorrichtung,
die vorzugsweise die Brennkammer 10 im Bereich des Porenkörpers 20 umgibt,
um von dem erhöhten
Anteil von Strahlungswärme,
die von dem Porenkörper 20 abgestrahlt wird,
zu profitieren.
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Im
Fall eines Flammabrisses in Folge eines kurzfristigen Brennstoffmangels,
etwa durch Blasenbildung in der Brennstoffleitung, kann der Porenkörper 20,
der aufgrund seiner hohen Wärmekapazität eine Zündtemperatur
länger
hält als
andere Bereiche der Brennkammer 10, als Zündelement
dienen, wenn die Brennstoffzufuhr erneut einsetzt.
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Natürlich stellt
die in der Figur gezeigte und in der Beschreibung diskutierte Ausführungsform
nur ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar. Insbesondere im Bereich der konkreten
Formgebung, der Brenngaserzeugung und -zuführung, der Ausgestaltung des
Flammhalters 14 und der Anordnung einer Wärmetauschervorrichtung steht
dem Fachmann ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten zur Verfügung.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den
Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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- 10
- Brennerraum
- 12
- Venturi-Düse
- 14
- Flammhalter
- 16
- Flamme
- 18
- Heißgasstrom
- 20
- Porenkörper
- 22
- Brennraumausgang