DE102006031869A1 - Brennervorrichtung - Google Patents

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F23C99/006Flameless combustion stabilised within a bed of porous heat-resistant material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C13/00Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennervorrichtung mit einem Brennraum (10), 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 (10) ein Porenkörper (20) aus einem hitzebeständigen, porösen Material angeordnet ist. Um bei gleich bleibender Emissionsqualität einen kleineren Bauraum zu ermöglichen und vorzugsweise den Wirkungsgrad des Brenners zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass der Porenkörper (20) im Ausgangsbereich des Brennraums (10) angeordnet ist und den Querschnitt des Brennraums (10) im Ausgangsbereich im Wesentlichen vollständig einnimmt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erreicht, dass eine bessere Nachverbrennung zur Steigerung der Abgasqualität bzw. eine Steigerung des Wirkungsgrades realisiert wird.

Description

  • 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.
  • 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 NOx-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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • DE 85 18 133 U1 offenbart einen Ölbrenner, dessen Flamme nach Art eines Glühstrumpfs von einem porösen Keramikkörper ummantelt ist.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennervorrichtung in Querschnittsansicht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 10
    Brennerraum
    12
    Venturi-Düse
    14
    Flammhalter
    16
    Flamme
    18
    Heißgasstrom
    20
    Porenkörper
    22
    Brennraumausgang

Claims (6)

  1. Brennervorrichtung mit einem Brennraum (10), 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 (10) ein Porenkörper (20) aus einem hitzebeständigen, porösen Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Porenkörper (20) in Gasstromrichtung hinter einem Freiflammbereich des Brennraums (10) im Ausgangsbereich des Brennraums (10) angeordnet ist und den Querschnitt des Brennraums (10) im Ausgangsbereich im Wesentlichen vollständig einnimmt.
  2. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Porenkörper (20) etwa ein Drittel bis die Hälfte der Länge des Brennraums (10) einnimmt.
  3. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Porenkörper (20) aus einem metallischen oder keramischen Stoff gebildet ist.
  4. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Porenkörper (20) als Vlieskörper ausgebildet ist.
  5. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Porenoberfläche des Porenkörpers (20) zumindest teilweise mit einem katalytischen Material belegt oder aus einem katalytischen Material besteht.
  6. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Brennerraums (10) benachbart zu dem Porenkörper (20) eine Wärmetauschervorrichtung angeordnet ist.
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