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Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung zum Verbrennen eines gasförmigen Brennstoff-Luft-Gemisches gemäss dem einleitenden Teil des unabhängigen Patentanspruches entsprechend dem Anspruch 3 des Hauptpatentes. Bei der hieraus bekannten Heizeinrichtung wird das Brennstoffluftgemisch in Rohren oder Schläuchen zu einer aus Metall oder Keramik hergestellten Brennfläche, die einen Hohlraum begrenzt und mit Austrittsöffnungen versehen ist, geführt Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass sich durch die Wärmestrahlung der Flammen an der Oberseite der Brennfläche diese entsprechend erwärmt, wodurch es zu einer Erhöhung des Schadstoffausstosses während der Verbrennung und auch zu einem Zurückschlagen der Flammen in das Innere des von der Brennfläche begrenzten Hohlraumes kommen kann.
Um diese Nachteile und eine Aufheizung des zuströmenden Brennstoff-Luft-Gemisches durch die Flammen weitgehend zu vermeiden, wurde durch das Patent 405 090 vorgeschlagen, dass das Brennstoff-Luft-Gemisch durch eine Flüssigkeit hindurchgeführt und an der Oberfläche derselben verbrannt wird
Durch diese Verfahrensschritte ist sichergestellt, dass das zuströmende Brennstoff-Luft-Ge- misch durch die zu durchströmende Flüssigkeit entsprechend gekühlt wird. Ausserdem ergibt sich eine sehr gleichmässige Verteilung der Flammen über die gesamte Oberfläche der Flüssigkeit.
Ausserdem wird auch Wärme von den Flammen in die Flüssigkeit abgeleitet, wodurch die Flammentemperatur und damit auch der NOx-Ausstoss sinkt.
Weitere bekannte Heizeinrichtungen weisen Brenner auf, die aus Blech hergestellt und mit verteilt angeordneten Ausströmöffnungen versehen sind. Dabei ist gegebenenfalls eine Kühlung für den Brenner vorgesehen, etwa in Form von an der Oberseite des Brenners verlegten Kühischlan- gen.
Trotz dieser Massnahmen ist es unvermeidlich, dass sich das im Inneren des Brenners befindliche Gas-Luft-Gemisch durch die Wärme der Flammen vorwärmt, wodurch sich die Arbeitsbedingungen für den Brenner verändern. Ausserdem führen die bei solchen Brennern auftretenden relativ hohen Flammentemperaturen zu einem entsprechend NOx-Ausstoss.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösungen liegt auch in dem relativ hohen Herstellungsaufwand.
Ziel der Erfindung ist es daher, die eben geschilderten Nachteile zu vermeiden und eine Heizeinrichtung gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches, die sich zur Durchführung des aus dem Patent 405 090 bekannten Verfahrens eignet und sich einfach herstellen lässt und bei der der NOx-Ausstoss weitgehend reduziert ist.
Erfindungsgemäss wird dies bei einer Heizeinrichtung gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale erreicht. Durch die vorgeschlagenen Massnahmen wird erreicht, dass das vorgemischte und homogenisierte Gas-Luft-Gemisch fein verteilt durch das Wasserbett aufsteigt Dabei strömt ein wasserdampfgesättigtes Gas aus dem Wasserbett an der Oberfiäche des Wassers in den Gasraum des Brenners und verbrennt, wobei die Zündung durch die Zündeinrichtung, zum Beispiel einen Zündbrenner oder einen Glühdraht, sichergestellt wird.
Dabei verbrennt das Gas-Luft-Gemisch in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Wassers, wobei sich keine zusammenhängende Flamme ausbildet, sondern eine stetig umherwandernde Flammenfront, die die aufsteigenden Gasblasen umsetzt.
Der besondere Vorteil einer erfindungsgemässen Heizeinrichtung liegt darin, dass die das Gas beim Durchströmen des Wasserbettes und Wasserdampf gesättigt wird, das während des Verbren- nungsprozesses Energie aufnimmt und so die Flammentemperatur durch das hohe Wärmeauf- nahmevermögen des Wasserdampfes deutlich herabsetzt.
Durch das Wasserbad wird gewährleistet, dass die Gasströme nicht vorgeheizt werden. Damit ist eine wichtige Voraussetzung für eine deutliche NOx-Reduzierung sichergestellt, wozu auch die Wärmeabfuhr aus dem Flammenbereich durch die Energieaufnahme durch das Verdampfen des Wassers wesentlich beiträgt. Weiter wird durch die Reaktion in unmittelbarer Nähe der Wasser- oberflache zusätzlich Wärme an das Wasser abgegeben Dies führt zu einer weiteren Verdampfung von Wasser, wobei gleichzeitig Wärme an das Wasserbett abgegeben wird.
Durch das Begasen des Wasserbettes wird das Wasser in ständiger Bewegung gehalten, so dass sich eine fast ideale Wärmeverteilung ergibt. Durch diese Bewegung des Wassers wird Wär- me aus der Reaktionszone in das Wasser geleitet und infolge seiner Eigenbewegung auch an die
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Wand der Brennkammer abgegeben.
Das heisse Abgas strömt infolge des thermischen Auftriebes dem Wärmetauscher zu und gibt dort seine Warme ab. Das mit Wasserdampf beladene Abgas strömt entlang den Wärmetauscherflächen des Wärmetauschers und kondensiert dort, wodurch die Kondensationswärme an den Wärmetauscher abgegeben wird. Dabei kondensiert sowohl der durch die Verbrennung des GasLuft-Gemisches entstehende Wasserdampf, wie das durch die Flammen verdampfte Wasser. Aus diesem Grund ist das anfallende Kondensat auch wesentlich weniger aggressiv als das bei üblichen Brennern anfallende Kondensat, bei denen lediglich das durch die Verbrennung eines GasLuft-Gemisches anfallende Wasser kondensiert.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen wird durch das Wasserbett auch eine sehr sichere Flammensperre erreicht.
Eine erfindungsgemässe Heizeinrichtung weist nur wenige Teile auf, die sich leicht und einfach herstellen lassen. Dabei ist eine erfindungsgemässe Heizeinrichtung für alle Gasarten geeignet.
Dabei ist auch eine sichere Umsetzung von Wasserstoff-Luftmischungen möglich.
Der Brenner einer solchen erfindungsgemässen Heizeinrichtung kann sowohl als vollvormischender Brenner ausgebildet sein oder auch als atmosphärischer Brenner. In letzterem Fall mOndet ein Injektor in den unter der Membrane befindlichen Raum. Die Auslegung der Düsen muss dabei so erfolgen, dass der Impuls des Treibstrahls hinreichend gross ist, um die Widerstände des Wasserbettes, des Flammenrückdruckes und des Strömungswiderstandes zur Gasverteilung zu überwinden.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, dass eine solche Brenneranordnung besonders einfach herstellbar ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, ein weiches Kupferrohr zu verwenden.
Eine besonders gleichmässige Verteilung des Gas-Luftgemisches ergibt sich durch die Merkmale des Anspruches 3 oder 4. Durch diese Merkmale können die Ausströmöffnungen im wesentlichen in gleichbleibenden Abständen angeordnet werden, da die Versorgung mit Gas von beiden Enden des Gasverteilrohres erfolgt.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen :
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemässe Heizeinrichtung
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Verteileranordnung,
Fig. 3 einen Schnitt durch die Verteileranordnung nach der Fig. 2,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Verteileranordnung
Bei einer erfindungsgemässen Heizeinrichtung nach der Fig. 1 ist eine im wesentlichen zylindrische Brennkammer 1 vorgesehen. In diese ragt von unten her ein Gemischrohr 2 hinein, wobei das Gemischrohr 2 im wesentlichen zentral angeordnet ist.
In das Gemischrohr 2, in dem ein Gebläse 3 angeordnet ist, mündet eine Gasleitung 4. Dabei zweigt vom Gemischrohr 2 eine Zündgasteitung 5 ab, die oberhalb einer Brenneranordnung 6 in die Brennkammer 1 hingeführt ist und Zündflammen 7 speist.
Die Brenneranordnung 6 weist eine Verteileinrichtung 10 auf, die mit dem Gemischrohr 2 verbunden und von einem Wasserbett 11 überdeckt ist.
Oberhalb der Brenneranordnung 6 ist ein Plattenwärmetauscher 12 angeordnet, wobei unterhalb der Unterkanten 21 der Platten 13 Kondensatrinnen 14 angeordnet sind, die zu einer Kondensatsammelrinne 15 führen, die in die Innenwand der Brennkammer 1 eingearbeitet ist und mit einem nach aussen führenden (nicht dargestellten) Auslauf versehen ist.
Oberhalb des Plattenwärmetauschers 12 ist eine Abgassammelhaube 22 angeordnet, die mit einem Abgasstutzen 16 versehen ist, an den ein Abgasrohr anschliessbar ist.
Weiter ist ein Wasservorratsbehälter 17 vorgesehen, dessen Wasserspiegel 23 geregelt ist, um diesen auf gleicher Höhe halten zu können. Dabei sind ein Wasserzulauf 18, der zum Beispiel über ein schwimmergesteuertes Ventil steuerbar ist, und ein in das Wasserbett 11 hineinragendes abgewinkeltes Rohr 19 vorgesehen, die an den Wasservorratsbehälter 17 angeschlossen sind. Dadurch ergibt sich eine Verbindung zwischen dem Wasservorratsbehälter 17 und dem Wasserbett 11 nach Art kommunizierender Gefässe, wodurch die Höhe des Wasserspiegels im Wasservorratsbehälter
17 die Höhe des Wasserspiegels des Wasserbetts 11 bestimmt.
Beim Betrieb der Brenneranordnung 6 treibt das Gebläse 3 Luft durch das Gemischrohr 2, wobei Gas in dieses einströmt und sich mit der Luft vermischt. Das Gas-Luft-Gemisch tritt über die
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Membrane 9 und die Verteileinrichtung 10 in das Wasserbett 11 ein, wobei sich das Gas-LuftGemisch sehr gleichmässig über das gesamte Wasserbett 11 verteilt und in Form von kleinen Gasblasen im Wasserbett 11 aufsteigt.
An der Oberfläche des Wasserbettes wird das Gas-Luft-Gemisch durch die Zündflammen 7, einen mit einem Zünder versehenen Zündbrenner, die über die vom Gemischrohr 2 abzweigende Zündgasleitung 5 versorgt werden, gezündet.
Durch das Verbrennen des Gas-Luft-Gemisches an der Oberfläche des Wasserbettes 11 wird Wärme in das Wasserbett eingeleitet, wodurch das an und in den Gasblasen anhaftende Wasser und auch Wasser vom Wasserbett 11 verdampft wird. Dadurch wird die Flammentemperatur relativ weit abgesenkt, wodurch auch die NOx-Emissionen entsprechend vermindert werden.
Die Brenngase durchströmen den Plattenwärmetauscher 12 und geben dabei ihre Wärme ab.
Dabei kondensiert auch der Wasserdampf, der einerseits durch das Verdampfen von Wasser aus dem Wasserbett 11 in den Brenngasen enthalten ist und andererseits auch der durch die Verbrennung des Gases entstehende Wasserdampf. Dadurch wird die Verdampfungswärme zurückge- wonnen.
An der Aussenseite der Brennkammer 1 ist eine Kühleinrichtung 20 vorgesehen, die durch eine Rohrschlange gebildet ist und zur Abfuhr der Wärme der durch Strahlung aufgeheizten Brennkammerwand 23 dient. Diese Rohrschlange ist stromauf des Plattenwärmetauschers 12 geschaltet und mit diesem über ein Rohr 24 verbunden.
Die Flg. 2 und 3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Verteileinrichtung 10. Dabei sind mehrere konzentrisch angeordnete kreisförmig gebogene Gasverteilrohre 30 vorgesehen, die, wie insbesonders aus der Fig. 2 zu ersehen ist, mit Ausströmöffnungen 34,35, 36 versehen sind.
Dabei sind die Gasverteitrohre 30 mit einem im wesentlichen diametral verlaufenden Gaszuführrohr 31 verbunden. Die Gasverteilrohre 30 sind an je zwei Stellen mit dem Gaszuführrohr 31 verbunden, wobei die Gasverteilrohre 30 auf das Gaszuführrohr 31 aufgesetzt sind.
Bei der Ausführungsform einer Verteileinrichtung 10 nach der Fig. 4 ist ein Gasverteilrohr 32 vorgesehen, das im wesentlichen schneckenförmig gebogen ist und ebenfalls mit Ausströmöffnungen 34,35, 36 versehen ist. Dabei ist das Gasverteilrohr 32 an seinen beiden Enden mit einem Gaszuführrohr 31 verbunden, das ihrerseits mit dem Gemischrohr 2 verbunden ist.
Bei beiden Ausführungsformen ist sichergestellt, dass das Gasgemisch über das Gemischrohr 2 und das Gaszuführrohr 31 dem Gasverteilrohr (en) 30,32 beziehungsweise deren Ausströmöffnungen 34,35, 36 fein verteilt in das Wasserbad 11 ausströmt, wobei die entstehenden Gemischbläschen im Wasserbad 11 hochsteigen und an dessen Oberfläche in Flammen verbrennen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Heizeinrichung zum Verbrennen eines gasförmigen Brennstoff-Luft-Gemisches, das durch eine Flüssigkeit hindurchgeführt und an der Oberfläche derselben verbrannt wird, und mit einer in einer an eine Abgasleitung (16) angeschlossenen, im wesentlichen dichten Brenn- kammer (1) angeordneten Brenneranordnung (6), wobei in der Brennkammer (1) ein Wär- metauscher (12) angeordnet ist und ein Gemischrohr (2) die Brennkammer (1) dicht durch- setzt, wobei eine Zündeinrichtung (7) oberhalb des Wasserspiegels angeordnet ist nach
Patent Nr.
405 090, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenneranordnung (6) im unter- sten Bereich der Brennkammer (1) angeordnet ist und ein mit Wasser überdecktes mit einer Vielzahl von Ausströmöffnungen (34,35, 36) versehenes Gasverteilrohr (30,32) auf- weist, das an das Gaszuführrohr (31) angeschlossen ist, wobei eine Zündeinrichtung (7) oberhalb des Wasserspiegels angeordnet ist.