CH690738A5 - Katalytischer Wärmeerzeuger. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung bezieht sich auf einen vollvormischenden gebläseunterstützten katalytischen Wärmeerzeuger gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. 



  Bei einem aus der DE 3 332 572 C2 bekannten Wärmeerzeuger sind zur NOx-Minimierung mehrere mit einem Katalysator beschichtete K²rper vorgesehen, zwischen denen relativ grosse Abstände zur Wärmeauskopplung und zur Vermeidung gegenseitiger Aufheizung verbleiben müssen. 



  Ziel der Erfindung ist es, einen Wärmeerzeuger der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem einerseits ein NOx-Ausstoss weitestgehend vermieden ist und andererseits auf einfache Weise verhindert wird, dass die Strahlungshitze eines Wabenk²rpers einen weiteren Wabenk²rper aufheizt. 



  Erfindungsgemäss wird dies bei einem Wärmeerzeuger der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht. 



  Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist es m²glich, relativ grosse katalytisch beschichtete Flächen vorzusehen und dadurch eine im Wesentlichen 100%ige katalytische Umsetzung des Gemisches zu erm²glichen. Gleichzeitig wird durch die vorgeschlagene Anordnung der Wabenk²rper sichergestellt, dass die bei der Umsetzung entstehende Wärme, ins besondere die Strahlungswärme benachbarter Wabenk²rper, die katalytisch wirkenden beschichteten Flächen nicht zusätzlich aufheizen und dadurch beschädigen kann. Durch die U-f²rmige Konfigurierung der als Brennraum dienenden Kammer ist auch eine einfache Auskopplung der Wärme m²glich, wodurch die Temperatur der Wabenk²rper in einem für den Katalysator günstigen Bereich gehalten werden kann.

   Ausserdem ergibt sich durch die Anordnung der Wabenk²rper und die Bestückung des Gemischrohres mit Lamellen eine Vorwärmung des Gemisches, wodurch die Umsetzung des Brenngas-Luftgemisches verbessert wird und insbesondere beim Start des Wärmeerzeugers das Einsetzen der katalytischen Umsetzung beschleunigt wird. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, dass die eine beträchtliche Wärmeenergie enthaltenden Abgase in einem begrenzten Raum zusammengehalten werden, bevor sie abstr²men, sodass es zu einem innigen Wärmeaustausch zwischen den Abgasen und dem Gemisch kommt. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil einer einfachen Auskopplung der bei der katalytischen Umsetzung entstehenden Wärme. Dies wird auch durch die Merkmale des Anspruches 4 unterstützt. 



  Durch die Merkmale der Ansprüche 5 bis 7 kann auf einfache Weise erreicht werden, dass nach der Durchstr²mung des ersten Wabenk²rpers ca. 50% des Brenngas-Luftgemisches umgesetzt sind und nach der Durchstr²mung des mittleren Wabenk²rpers ca. 90%. Der Rest des bereits mit den Abgasen vermischten Brenngas-Luftgemisches wird beim Durchstr²men des dritten Wabenk²rpers umgesetzt, dessen Wände vollständig mit einem Katalysator beschichtet sind. Dabei wird auch allfällig vorhandenes NOx abgebaut. 



  Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch einen erfindungsgemässen Wärmeerzeuger zeigt. 



  Ein erfindungsgemässer Wärmeerzeuger weist eine einen Brennraum 4 min  aufweisende Kammer 4 U-f²rmiger Gestalt auf, deren Wandlung doppelwandig ausgebildet ist und den Brennraum 4 min umschliesst. Dabei ist der Zwischenraum 38 der Wandung mit einem Wasserzulauf 39 versehen und mit einem Lamellen-Wärmetauscher 28 verbunden, dessen Wasserablauf 40 mit einer Vorlaufleitung verbunden ist. 



  Der Schenkel 41 der Kammer 4 ist an der dem zweiten Schenkel 43 zugekehrten Seite durch einen ersten Wabenk²rper 1 gebildet, der eine Vielzahl von durch Wände 13 unterteilte Kanäle 25 aufweist und an der Gemischzuführungsseite 14 mit einem Gemischrohr 15 verbunden ist. Im Ausstr²mbereich des Wabenk²rpers 1 sind die Wände 13 mit einer katalytisch wirkenden Beschichtung 6 versehen. 



  Im Steg 42 der U-f²rmigen Kammer 4 ist ein weiterer Wabenk²rper 2 angeordnet. Bei diesem Wabenk²rper sind die Kanäle 17 durch Wände 18 unterteilt, wobei diese Wände 18 in deren beiden Endbereichen für eine Länge 9 bis 10 eine katalytisch wirkende Beschichtung 7, 8 aufweisen. 



  Im zweiten Schenkel 43 ist ein dritter Wabenk²rper 3 angeordnet, der wie die beiden anderen Wabenk²rper 1, 2 aus Metall oder Keramik hergestellt ist. Der Wabenk²rper 3 weist eine Vielzahl von durch Wände 20 unterteilte Kanäle 11 auf, die über deren gesamte Länge katalytisch beschichtet sind. Dabei sind die Querschnitte der Kanäle der Wabenk²rper 1, 2 und 3 in Str²mungsrichtung eines Brenngas-Luftgemisches 23 kleiner werdend gewählt. 



  An der Ausstr²mseite des Wabenk²rpers 3 sind Elektroden zwischen einer Zündelektrode 26 und einer !berwachungselektrode 27 angeordnet, wobei die letztere zur !berwachung von Flammen 33 am Wabenk²rper 3 während der Startphase des Wärmeerzeugers dient. 



  Der zweite Schenkel 43 der U-f²rmigen Kammer 4 weist an der dem ersten Schenkel 41 zugekehrten Seite den dritten Wabenk²rper auf. 



  Stromab des Wabenk²rpers 3 ist der Wärmetauscher 28 angeordnet, an den sich ein Abgasraum 29 anschliesst, der mit einem Kondensatablauf 30 versehen ist und einen Kaminanschluss 44 aufweist. Dabei ist der Wärmetauscher 28 in einer die Stirnseiten der U-f²rmigen Kammer 4 abschliessenden Wand 45 angeordnet, die auch vom Gemischrohr 15 durchsetzt ist. 



  In den !bergangsbereichen der Schenkel 41, 43 zum Steg 42 der U-f²rmigen Kammer 4 ragen Kühlrohre 19 hinein, die mit dem Zwischenraum 38 der doppelwandigen Wandung der Kammer 4 verbunden sind. 



  Aufgrund der Anordnung der metallischen Wabenk²rper 1, 2, 3 ist sichergestellt, dass sich diese stets ausserhalb des Wärme-Strahlungsbereiches der benachbarten Wabenk²rper befinden. Dadurch ist sichergestellt, dass die von der Oberfläche 5 des Wabenk²rpers 1 abstrahlende Wärme lediglich auf die Innenwand der U-f²rmigen Kammer 4 und die Kühlrohre 19 strahlt und dadurch entsprechend leicht ausgekoppelt werden kann. Weiter strahlt auch die an den Oberflächen 7 und 8 des Wabenk²rpers 2 entstehende Wärme lediglich auf die Innenwand der Kammer 4 und die Kühlrohre 19. Auch die an der Oberfläche 31 und 32 des Wabenk²rpers 3 entstehende Wärme strahlt lediglich gegen die Wand der U-f²rmigen Kammer und die Kühlrohre 19 ab.

   Die durch die Umsetzung des Brenngas-Luftgemisches 23 entstehenden heissen Abgase durchstr²men den Wärmetauscher 28 und geben dabei ihre Wärme an das den Wärmetauscher 28 durchstr²mende Wasser ab, wobei der Wärmetauscher 28 hydraulisch in Reihe mit dem Zwischenraum 38 der doppelwandigen U-f²rmigen Kammer 4 geschaltet ist. Weiter geben die heissen Abgase auch Wärme über Lamellen 46 des Gemischrohres 15 an das zustr²mende Gemisch 23 ab. 



  Die Abgase sammeln sich in einer Abgaskammer 48, die durch die Innenwand 47 des Steges 42, die beiden Wabenk²rper 1 und 3 und eine die Stirnseiten der Schenkel 41, 43 begrenzenden Wand 45 begrenzt ist, die wie die U-f²rmige Kammer 4 doppelwandig ausgebildet und mit dem Zwischenraum 38 desselben hydraulisch verbunden ist. 



  Versorgt wird der Wärmeerzeuger über ein Gemischrohr 15, das mit Verteileinrichtungen 24 versehen ist, wobei das Gemischrohr 15 an einem Luftrohr 34 angeschlossen ist, in dem ein Gebläse 35 montiert ist. In dieses Luftrohr 34 mündet eine Gasleitung 36, in der ein Gasventil 37 angeordnet ist. 



  Gestartet wird der Wärmeerzeuger in der Weise, dass ein Brenngas-Luftgemisch 23 dem ersten Wabenk²rper 1 zugeführt wird. Im Bereich der katalytischen Beschichtung 6 der Wände 13 werden ca. 50% des Brenngas-Luftgemisches 23 katalytisch umgesetzt, sobald die Betriebstemperatur des Katalysators erreicht ist. Die dabei entstehende Wärme strahlt auf die gekühlte Innenwand 22 der U-f²rmigen Kammer 4 und die Kühlrohre 19 und wird so ausgekoppelt. 



  Um beim Start die Betriebstemperatur zu erreichen, wird das den Wabenk²rper 3 durchstr²mende Brenngas-Luftgemisch 23 mittels der Zündelektrode 26 gezündet und verbrennt in kleinen Flammen 33. Dadurch wird der Wabenk²rper 3 durch Strahlung erwärmt. Gleichzeitig bewirken die entstehenden heissen Abgase eine Vorwärmung des zustr²menden Brenngas-Luftgemisches 23, wodurch auch der Wabenk²rper 1 erwärmt wird, so dass dieser seine Betriebstemperatur erreicht und das Brenngas-Luftgemisch im Wesentlichen katalytisch umgesetzt wird. Bei Erreichen der Betriebstemperatur des Katalysators des Wabenk²rpers 1 wird das Brenngas-Luftgemisch 23 zu ca. 50% katalytisch umgesetzt und die entstehenden heissen Abgase bringen den Katalysator des Wabenk²rpers 2 auf Betriebstemperatur, sodass dieser einen Teil des im Abgas des Wabenk²rpers 1 verbleibenden Brenngas-Luftgemisches 23 umsetzt.

   Stromab des Wabenk²rpers 2 ist das eingesetzte Brenngas-Luftgemisch zu ca. 90% umgesetzt. Der verbleibende Rest des Brenngas-Luftgemisches 23 wird dann im Wabenk²rper 3 vollständig umgesetzt, so dass die Flammen 33 mangels eines brennbaren Gemisches 23 verl²schen. 



  Die heissen Abgase geben ihre Wärme an den Wärmetauscher 28 ab und str²men über den Kaminanschluss 44 ab. Gegebenenfalls anfallendes Kondensat fliesst dabei über den Kondensatabfluss 30 ab. 

Claims (7)

1. Vollvormischender gebläseunterstützter katalytischer Wärmeerzeuger, bei dem als Katalysator wirkende, von einem Brenngas-Luftgemisch (23) anstr²mbare K²rper (1, 2, 3) vorgesehen sind, wobei eine mit einem Wärmetauscher (28) verbundene Kammer (4), die einen Brennraum (4 min ) bildet, vorgesehen ist, an die ein Gemischrohr (15) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die K²rper als Wärmequellen durch drei voneinander distanzierte, als Katalysatoren wirkende, beschichtete Wabenk²rper (1, 2, 3) gebildet sind, von denen zwei Wabenk²rper (1, 3) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und jeweils im Schenkel (41, 43) der, in Draufsicht gesehen, im Wesentlichen U-f²rmigen Kammer (4) angeordnet sind und einen Abgasraum (48) einfassen und der dritte als mittlerer Wabenk²rper (2) im Steg (42) der Kammer (4) angeordnet ist, wobei das Gemischrohr (15)

aussen mit Lamellen (46) bestückt ist und im Ausstr²mbereich des dritten Wabenk²rpers (3) verläuft.

2. Wärmeerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemischrohr (15) eine parallel zum Steg (42) der Kammer (4) verlaufende Wand (45) durchsetzt, die mit der Innenwand (47) des Steges (42) der Kammer (4) und den die parallel zueinander angeordneten Wabenk²rper (1, 3) aufnehmenden Wände der Kammer (4), die Abgaskammer (48) begrenzt, wobei in dieser Wand (45) der Lamellen aufweisende Wärmetauscher (28) gehalten ist, an den sich ein Abgasabzug (29) anschliesst.

3. Wärmeerzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Str²mungsrichtung des Brenngas-Luftgemisches (23) gesehen, stromab des ersten und zweiten Wabenk²rpers (1, 2) in das Innere der Kammer (4) hineinragende, von Kühlmedium durchstr²mte Kühlrohre (19) vorgesehen sind.

4.

Wärmeerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (4) doppelwandig ausgebildet ist, wobei der Zwischenraum (38) zwischen den beiden Wänden der Kammer (4) von einem Kühlmedium durchstr²mt ist.

5. Wärmeerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der, in Str²mungsrichtung des Brenngas-Luftgemisches (23) gesehen, vorne liegende Wabenk²rper (1) nur im ausstr²mseitigen Endbereich seiner Wände (13) katalytisch wirkend beschichtet ist.

6. Wärmeerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Wabenk²rper (2) in beiden Endbereichen seiner Wände (18) katalytisch wirkend beschichtet ist.

7. Wärmeerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (11) des abstr²mseitig angeordneten Wabenk²rpers (3) durchgehend katalytisch wirkend beschichtet sind.