DE4408186C1 - Katalytischer Brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen katalytischen Brenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Brenner dieser Art ist der EP 0 578 131 A1 zu entnehmen. Er besitzt einen ringzylindrischen Spaltbrenner an der Außenwand eines katalytisch beschichteten Zylinderkörpers und bei Bedarf einen ihm nachgeschalteten, ebenfalls katalytisch beschichteten monolitischen Brenner. Im Spaltbrenner erfolgt eine flammenlose Verbrennung des Brenngas-Luft-Gemisches bei relativ niedrigen Temperaturen zwischen 800 und 1000°C, bei denen eine NO_x-Bildung unterbleibt. Der monolitische Brenner dient der flammenlosen Nachverbrennung der noch brennbaren Bestandteile.

In der genannten Schrift wird eine Vorheizung mit einem zugeordneten Startbrenner mit offener Flamme beschrieben, der ebenfalls mit dem Brenngas- Luft-Gemisch betrieben wird. Dieser Startbrenner wird zunächst mit dem Gemisch beaufschlagt. Sobald die Betriebstemperatur des katalytischen Brenners von etwa 300-350°C erreicht ist, wird ein Dreiwegeventil umgeschaltet und nur noch der katalytische Brenner mit dem Gemisch versorgt. Es handelt sich hier um eine Parallelschaltung, die zeitlich getrennt entweder den Betrieb des Startbrenners oder den Betrieb des katalytischen Brenners ermöglicht. Dabei muß eine Umschaltung genau zum richtigen Zeitpunkt erfolgen, um die Vorteile der katalytischen Verbrennung voll nutzen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Umschalten des Brenngasstromes ganz zu vermeiden und jeweils genau zur rechten Zeit das Vorheizen mit offener Flamme bzw. die katalytische Verbrennung ohne Flamme zu erreichen. Auf Umschaltelemente soll verzichtet werden.

Die Lösung erfolgt gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Maßnahmen.

Die bisher vorgeschlagene Parallelschaltung der Gasströme wurde bewußt durch eine Serienschaltung ersetzt, und zwar wird entgegengesetzt zu der bisherigen Überlegung der katalytische Brenner zuerst vom kühlen Brenngas-Luft-Gemisch durchströmt und an dessen Ende vom Startbrenner mit offener Flamme verbrannt. Dieser gibt dann seine Wärme an den vorgeschalteten katalytischen Brenner ab und startet diesen bei einer ausreichenden Betriebstemperatur von etwa 300-350°C.

Der besondere Vorteil liegt in dieser Serienschaltung der beiden Brenner. Das führt dazu, daß zunächst wohl der Startbrenner in Aktion tritt, dann aber ohne jegliche Umschaltung die Reaktion im katalytischen Brenner beginnt. Sobald nun dort eine weitgehende katalytische Umsetzung des Brenngases erfolgt, erlischt zwangsweise die offene Flamme im Startbrenner, da für diese keine ausreichende Energie mehr vorhanden ist. Somit brennt der Startbrenner mit offener Flamme nur solange dieses zwingend erforderlich ist und der katalytische Brenner ohne Flamme, sobald hierfür die Bedingungen erreicht sind. Eine separate Umschaltung ist nicht erforderlich.

In der konkreten Ausgestaltung empfiehlt es sich, den katalytischen Brenner als einen an der katalytisch beschichteten Außenwand eines Zylinderkörpers angeordneten Spaltbrenner auszubilden, dem in Strömungsrichtung des Brenngas- Luft-Gemisches der Startbrenner folgt. Dieser kann am Eingang des Zylinderkörpers liegen oder der dem Spaltbrenner folgende Teil des Zylinderkörpers sein. Am Ende des Spaltbrenners erfolgt eine Umlenkung des Gemisches, das dann weitgehend verbrannt in entgegengesetzter Richtung zur Strömung im Spaltbrenner den Zylinderkörper durchströmt. Noch unverbrannte Bestandteile werden in einem am Ende des Zylinderkörpers angeordneten, ebenfalls katalytisch beschichteten Nachbrenner verbrannt.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigen die Fig. 1 bis 4 je einen vertikalen Schnitt durch einen Wassererwärmer mit einem eingebauten Brenner.

Der Wassererwärmer 1 besitzt einen Wasserraum, der von einer Brennereinheit durchsetzt ist. Diese besteht aus einem die katalytisch beschichtete Wand eines Zylinderkörpers 2 umgebenden, ringzylindrischen Spaltbrenner 3 und einem am Eingang des Zylinderkörpers 2 liegenden Startbrenner 4, der nur schematisch durch ein Brennerblech angedeutet ist. Am Ausgang des Zylinderkörpers 2 sitzt ein ebenfalls katalytisch beschichteter Nachbrenner 5.

Das Brennverfahren läuft folgendermaßen ab: Das Brenngas-Luft-Gemisch strömt durch einen den Spaltbrenner 3 umgebenden Ringzylinder 6 (Fig. 1), durch ein den Wasserraum durchdringendes Einströmrohr 7 (Fig. 2) oder durch einen den Nachbrenner 5 umgebenden Ringkanal 8 (Fig. 3) in den Spaltbrenner 3. Es durchströmt diesen zunächst im kalten Zustand ohne Verbrennung und wird dann in einer Wendekammer 9 umgelenkt. Im Startbrenner 4 erfolgt eine Verbrennung mit offener Flamme. Die Wärme überträgt sich durch die Wand des Zylinderkörpers 2 auf das Brenngas-Luft-Gemisch im Spaltbrenner 3 und zündet dieses bei ausreichenden Betriebstemperaturen von etwa 300-350°C. Ab einem bestimmten Umsatz des Brenngases im Spaltbrenner 3 erlischt die Flamme im Startbrenner 4. Jetzt erfolgt nur noch eine katalytische Verbrennung im Spaltbrenner 3 und im Nachbrenner 5.

Gemäß Fig. 4 ist der Startbrenner 4 der dem Spaltbrenner 3 folgende Teil des Zylinderkörpers 2. Der Strömungsverlauf gleicht im übrigen demjenigen nach den Fig. 1 bis 3.

Claims (8)

1. Katalytischer Brenner zur flammenlosen Verbrennung eines Brenngas-Luft- Gemisches mit einem das Gemisch mit offener Flamme verbrennenden Startbrenner, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenngas-Luft-Gemisch zunächst den katalytischen Brenner und dann den Startbrenner durchströmt, wobei das vom Startbrenner mit offener Flamme verbrannte Brenngas seine Wärme an den vorgeschalteten katalytischen Brenner überträgt und dieser bei einer ausreichenden Betriebstemperatur mit der Umsetzung des Brenngas-Luft-Gemisches beginnt.

2. Katalytischer Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verbrennung im Startbrenner ab der beginnenden Umsetzung im katalytischen Brenner reduziert und daß die offene Flamme des Startbrenners bei weitgehend katalytischer Verbrennung erlischt.

3. Katalytischer Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser die Form eines an der katalytisch beschichteten Außenwand eines Zylinderkörpers (2) angeordneten, ringzylindrischen Spaltbrenners (3) besitzt, dem in Strömungsrichtung des Brenngas-Luft-Gemisches der Startbrenner (4) und ein ebenfalls katalytisch beschichteter Nachbrenner (5) folgt.

4. Katalytischer Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Spaltbrenner (3) und dem Startbrenner (4) eine Wendekammer (9) liegt und daß das Brenngas-Luft-Gemisch nach einer Umlenkung in der Wendekammer (9) den am Eingang des Zylinderkörpers (2) sitzenden Startbrenner (4) sowie anschließend den am Ausgang des Zylinderkörpers (2) sitzenden Nachbrenner (5) durchströmt.

5. Katalytischer Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Startbrenner (4) ein dem Spaltbrenner (3) folgender Teil des Zylinderkörpers (2) ist und daß das Brenngas-Luft-Gemisch nach dem Durchströmen dieses Startbrenners (4) den Zylinderkörper (2) sowie den an dessen Ausgang sitzenden Nachbrenner (5) durchströmt.

6. Katalytischer Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er in dem Wasserraum eines Wassererwärmers (1) angeordnet ist und daß die Zufuhr des Brenngas-Luft-Gemisches zum ringzylindrischen Spaltbrenner (3) durch einen diesen umgebenden Ringzylinder (6) erfolgt.

7. Katalytischer Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er in dem Wasserraum eines Wassererwärmers (1) angeordnet ist und daß die Zufuhr des Brenngas-Luft-Gemisches zum ringzylindrischen Spaltbrenner (3) durch ein den Wasserraum durchdringendes Einströmrohr (7) erfolgt.

8. Katalytischer Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er in dem Wasserraum eines Wassererwärmers (1) angeordnet ist und daß die Zufuhr des Brenngas-Luft-Gemisches zum ringzylindrischen Spaltbrenner (3) durch einen den Nachbrenner (5) umgebenden Ringkanal (8) erfolgt.