DE8913184U1

DE8913184U1 - Vorrichtung zur Aufheizung eines Wärmeträgerfluides

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Publication number: DE8913184U1
Application number: DE8913184U
Authority: DE
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 1989-11-07
Filing date: 1989-11-07
Publication date: 1991-03-07
Anticipated expiration: 1999-11-08

Description

Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH D-5204 Lohmar 1

5^Vorrichtung zur Aufheizung eines Wärmeträgerfluidesy*

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufheizung eines Wärmeträgerfluides mit dar durch Verbrennung eines Brennstoffes in einem sauerstoffhaltig*»n Gasstrom entstandenen Verbrennungswärme.

Entsprechende Vorrichtungen finden vielfältige Anwendung, so z. B. zur Atifhelzuog von W^" :er oder Luft ?n Stand- oder Zusatzheizanlagen für Kraftfahrzeuge oder in Heizanlagen für gro!?e Hallen oder 7elte. Neben übergeoiüneten Gesichtspunkten wie z. B. der Forderung, nach möglichst schadstoff freien Abgasen werden üblicherweise an derartige Heizanlagen mehrerlei Anforderungen gestellt: So darf sich z. B. die Außenseite der Heizanlage nicht übermäßig erwärmen, sei es aus Gründen des Brandschutzes oder aes Schutzes vor Verletzungen; weiterhin muß die Temperatur des aus der Heizanlage ausgespeisten Abgases auf einen ungefährlichen Wert, beispielsweise auf höchstens etwa 80 "C, beschränkt bleiben, und ferner ist zu gewährleisten, daß offene Flammen nur in sicher begrenzten Bereichen der Heizanlage auftreten; überhaupt muß die Entstehung von zur Selbstentzündung neigenden Brennstoff-Luft-Gemischen außerhalb möglichst gut abgeschirmter Verbrennungszonen vermieden werden. Darüber hinaus ist im Hinblick auf möglichst universelle Einsetzbarkeit ein möglichst weiter Regelbereich für die Wärmeerzeugung erwünscht.

Entsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Aufheizung eines Wärmeträgerfluides zu schaffen, womit die Aufheizung des Wärmeträgerfluides mit hohem Wirkungsgrad über einen möglichst weiten Regelbereich möglich ist, wobei das bei der Verbrennung

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entstehende Abgas nach Möglichkeit frei von Schadstoffen wie z. B. Stickoxiden und Kohlenmonoxid ist und eine Beeinträchtigung der Umgebung der der Realisierung der Erfindung dienenden Vorrichtung durch Wärmeleckagen oder dergleichen vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dier.t e-, f in rjngsgemäG eine Vorrichtung zur Aufheizung eines Wärmeträgerfluides mit der cm. -h flammlose Verbrennung eines Brennstoffes in einem sauerstoffhaltigen Gasstrom entstandenen Verbrennungswärme, enthaltend:

a) ein Gasführungssystem zur Führung des Gasstroms, mit mindestens einer Schleife, einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß;

b) in der Schleife angeordnet eine Fördervorrichtung zur Aufrechterhaltung des Gasstroms in der Schleife, eine Zustelleinrichtung zur Zustellung des Brennstoffes in den Gasstrom, eine Heizeinrichtung sowie mindestens ein katalytisch aktives Element;

c) in dem Gasführungssystem mindestens einen Wärmetauscher zur Übertragung der Verbrennungswärme auf das Wärmeträgerfluid.

Eine Vorrichtung mit diesen Merkmalen stellt eine besonders kompakte und wirtschaftliche Anlage dar; sie ist insbesondere für den Einsatz als portables oder mobiles Heizsystem, beispielsweise als Stand- oder Zusatzheizanlage für ein Kraftfahrzeug oder als portable oder mobile Heizanlage zur Beheizung großer Hallen oder Zelte hervorragend geeignet.

Ein wesentliches Element der vorliegenden Erfindung ist es, die Volteile der Wärmeerzeugung durch flammlose, katalytisch bewirkte Verbrennung eines Brennstoffes in einem Gasstrom zu nutzen, indem der mit Brennstoff versetzte Gasstrom entlang mindestens eines katalytisch aKtiven Elementes geführt wird. Die Verbrennung des Brennstoffes erfolgt i~, einer Reak' ion, die an der Oberfläche des katalytisch aktiven Elementes bewirkt

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wird. Die Einführung der katalytischen, flammlosen Verbrennung bringt dabei insbesondere folgende Vorteile: Das Temperaturniveau kann im Vergleich zu Systemen mit Verbrennung in offener Flamme wesentlich verringert werden? übliche, beispielsweise in Kfz-Abgassystemen verwendete Katalysatoren erlauben die Verbrennung bereits bei Temperaturen zwischen etwa 250 °C und etwa 600 'C. Damit ist es möglich, die Temperatur des mit Brennstoff versetzten Gasstroms überall unter der Explosionsgrenze zu halten, was einen beträchtlichen Gewinn an inhärenter Sicherheit bringt. Außerdem ist die Entstehung von Stickoxiden praktisch ausgeschlossen, da dazu Temperaturen im Bereich über 1000 ⁰C erforderlich sind. Weiterhin sind die Anforderungen an die Zusammenset7ung des Brennstoff-Sauerstoff-Gemisches für die flammlose Verbrennung wesentlich geringer als im Fall der Verbrennung in offener Flamme, wobei die Einhaltung bestimmter Mischungsverhältnisse zur Gewährleistung einer vollständigen und schadstoffarmen Umsetzung unbedingt notwendig ist. Insbesondere gestattet ein Katalysator die Verbrennung unter sehr hohem LuftüberschuQ, was wiederum dazu führt, daß die Entstehung von Kohlenmonoxid praktisch ausgeschlossen ist. Auch wird die Regelung der Heizleistung wesentlich vereinfacht; es bedarf nämlich nicht mehr der Regelung der zugeführten Luftmenge gleichzeitig mit der zugeführten Brennstoffmenge, sondern die Regelung der Heizleistung kann im wesentlichen allein über die Regelung der zugeführten Brennstoffmenge erfolgen. Die Regelung der zugeführten Luftmenge ist nur insoweit erforderlich, als verhindert werden muß, daß sich der Katalysator bei nur geringer Verbrennungsleistung auf eine Temperatur unterhalb seiner Anspringtemperatur abkühlt. Ein besonders großer Regelbereich für die Heizleistung kann in jedem Fall realisiert werden.

Weitere Vorteile ergeben sich daraus, daß sich aufgrund der niedrigen Maximaltemperaturen preiswerte Werkstoffe zum Aufbau einer Vorrichtung zur Realisierung der Erfindung verwenden lassen, ohne Einbußen im Hinblick auf Lebensdauer und

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Belastbarkeit. Schließlich macht die Verwendung eines katalytisch aktiven Elementes spezielle Zündeinrichtungen zum Start des Heizprozesses überflüssig; der Heizprozeß kann umgeleitet werden über eine elektrische Vorwärmung des katalytisch aktiven Elementes. Da das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch in dem Gasstrom jederzeit, auch beim Starten, mager gehalten werden kann, ist auch bei einer Startverzögerung der Verbrennung keine Fehlzündung zu befürchten.

Ein weiteres wesentliches Element der vorliegenden Erfindung ist die zumindest teilweise Führung des Gusstroms in einer Schleife, die das katalytisch aktive Element und außerdem eine Fördervorrichtung zur Aufrechterhaltung des Gasstroms in der Schleife enthält. In der Schleife wird zumindest ein Teil des von dem katalytisch aktiven Element abströmenden Gasstroms wieder der Anströmseite des katalytisch aktiven Elementes zugeführt. Da die Temperatur des abströmenden Gasstroms durch die Verbrennung relativ hoch ist, ergibt sich durch den in der Schleife rückgeführten Gasstromanteil eine Erhöhung der Temperatur des das katalytische Element anströmenden Gasstroms. Damit kann verhindert werden, daß der von dem Gasstrom angeströmte Bereich des katalytisch aktiven Elementes auf eine Temperatur abgekühlt wird, die unterhalb der Anspringtemperatur des Katalysators liegt, und eine gleichmäßige Ausnutzung des katalytisch aktiven Elementes über seine gesamte Ausdehnung wird erreicht. Auch wird der Anteil der Verbrennungswärme, der zur Aufheizung des brennstoffhaltigen Gasstroms auf und über die Anspringtemperatur des Katalysators aufgewendet werden muß, stark verringert. Mithin ergibt sich sowohl eine deutliche Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades als auch eine Vergrößerung des Regelbereiches für die erzeugte Wärmeleistung. Es ist nunmehr nämlich möglich, das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch besonders mager zu halten, da die Temperatur des katalytisch aktiven Elementes durch die Rückführung des Gasstroms in der Schleife auch bei äußerst magerem Gemisch ausreichend hoch gehalten werden kann.

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Für die Anordnung der Zustelleinrichtung für den Brennstoff gibt es zwei Möglichkeiten: Die Zustelleinrichtung kann so angeordnet werden, daß sie von dem Gasstrom vor Erreichen der Schleife durchquert wird. Auf diese Weise ist jedenfalls gewährleistet, daß eine Brennstoffzustellung in die Schleife nur zusammen mit einer gewissen Menge sauerstoffhaltigem Gas, insbesondere Luft, möglich ist. Damit wird vermieden, daß in dem in der Schleife geführten Gasstrom Sauerstoffmangel auftreten kann, der konsequenterweise bei der Verbrennung zur 10 Produktion giftiger Schadstoffe wie z. B. Kohlenmonoxid führen müßte. Eine zweite Möglichkeit ist die Anordnung der := Zustelleinrichtung in der Schleife. Im Rahmen einer solchen Weiterbildung ist es jedenfalls möglich, z. B. bei geringen &egr; Wärmeleistungen den Gasstrom eine gewisse Zeitspanne lang 15 vollständig in der Schleife zu führen, was im Hinblick auf die Vermeidung von Wärmeleckagen sehr interessant ist. Selbstverständlich ist es in einem solchen Fall erforderlich, durch geeignete Überwachungsmaßnahmen das Auftreten von Sauerstoffmangel in dem in der Schleife geführten Gasstrom zu vermeiden.

Eine vorteilhafte Betriebsart der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der überwiegende Teil des Gasstroms, beispielsweise zu einem Anteil von etwa 70 % bis etwa 90 %, in der Schleife geführt wird. Es liegt damit im wesentlichen ein Gas-Kreisstrom vor, in den nach Bedarf Brennstoff und Luft bzw. anderes sauerstoffhaltiges Gas eingespeist werden können und aus dem nach Bedarf, z. B. zur Druckbegrenzung, Gas ausspeisbar ist. Damit sind die Vorteile der Wärmespeicherung in dem Gasstrom, wie sie insbesondere zur Aufrechterhaltung einer ausreichend hohen Betriebstemperatur des kat-lytioch aktiven Elementes erforderlich ist, voll ausnutzbar; zur Vermeidung übermäßiger thermischer Belastungen kann durch Wärmeauskopplung in der Schleife die Temperatur des Gasstroms reduziert, insbesondere bis auf die Anspringtemperatur des katalytisch aktiven Elementes

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herabgesetzt werden. Wenn die der Durchführung des Verfahrens dienende Anlage ihre Betriebstemperatur erreicht hat, ist die Wärmeerzeugung zur Aufrechterhaltung dieser Betriebstemperatur nur insoweit erforderlich, als Wärmeleckagen ausgeglichen werden müssen. Die Zustellung von Brennstoff in den in der Schleife geführten Gasstrom kann auf sehr geringe Werte, entsprechend extrem mageren Gemischen, herabgesetzt werden; es ergibt sich also ein besonders hoher Regelbereich. Auch kann, bedingt durch die Möglichkeit der Verbrennung bei sehr hohem Luftüberschuß, eine in besonderem Maße schadstoffarme Verbrennung erzielt werden.

Die Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt günstigerweise derart, daß vor dem Einsetzen der katalytischen Verbrennung der in der Schleife geführte Gasstrom von einer insbesondere elektrisch betriebenen Heizeinrichtung so lange aufgewärmt wird, bis seine Temperatur die Anspringtemperatur des katalytisch aktiven Elementes erreicht. Weitere Zündeinrichtungen, wie z. B. Zündbrenner oder elektrisch betriebene Zündkerzen, sind nicht erforderlich. Dabei kann unter Umständen die Einspeisung sauerstoffhaltigen Gases in den Gasstrom unterbleiben, nachdem ein sauerstoffhaltiger Gasstrom einmal in Gang gesetzt worden ist. Auch ist vor dem Einsetzen der Verbrennung keine dauernde Zugabe von Brennstoff erforderlich; es ist vollkommen ausreichend, den Gasstrom einmal mit eine.¹ geringen Menge Brennstoff anzureichern, da es bekanntlich bei der katalytischen Verbrennung nicht auf die Einhaltung spezieller Mischungsverhältnisse ankommt. Der mit Brennstoff versetzte, sauerstoffhaltige Gasstrom wird led-i^xch solange von der Heizeinrichtung aufgewärmt, bis das katalytisch aktive Element durch Wärmeübertragung und/oder direkte Vorheizung eine Temperatur oberhalb der Anspringtemperatur des Katalysators erreicht hat. Die Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auf diese Weise in jeder Phase vollkommen sicher, da die Konzentration von Brennstoff so gering bleibt, daß keine Fehlzündung auftreten kann.

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Generell ist es möglich nach der vorliegenden Erfindung, jederzeit die Zustellung von Brennstoff so gering zu halten, daß das entstehende Brennstoff-Gas-Gemisch nicht selbstzündfähig, insbesondere nicht explosiv ist. Ein vollkommen sicherer Betrieb ist so erreichbar. Sinnvoll ist es dabei, die Einspeisung von frischem, sauerstoffhaltigem Gas derart zu begrenzen, daß die Temperatur des Gasstroms beim Erreichen des katalytisch aktiven Elementes dessen Anspringtemperatur nicht unterschreitet. Auf diese Weise kann eine optimale Ausnutzung des Katalysators gesichert werden, was dessen Lebensdauer nicht unbeträchtlich erhöht.

Die Ausspeisung von Gas aus dem in der Schleife geführten Gasstrom kann vorteilhafterweise derart gesteuert werden, daß nur dann eine Ausspeisung vorgenommen wird, wenn der Gasdruck in der Schleife einen gewissen Grenzwert überschreitet. Durch eine Verbrennung bei hohem Sauerstoffüberschuß ist eine mehrfache Rezirkulation des Gasstroms durch die Schleife möglich, ohne daß die guten Eigenschaften des Verfahrens verloren gehen. Lediglich ist mit zunehmender Erwärmung des Gasstroms eine Erhöhung des Innendrucks verbunden, dem durch Ausspeisung von Gas begegnet werden muß. Die Ausspeisung kann dabei mittels geeigneter Ventile, insbesondere mittels selbsttätiger Überdruck-Sicherheitsventile, oder auch ohne Verwendung eines Ventils durch reine strömungstechnische Maßnahmen, beispielsweise durch das Vorsehen einer Stichleitung mit relativ geringem hydraulischem Querschnitt aus einem die Schleife bildenden Rohrleitungssystem, erfolgen.

Besonders vorteilhaft ist es, mindestens einen Wärmetauscher in dem die Schleife bildenden Gasführungssystem anzuordnen. Auf diese Weise kann die Aufheizung des Wärmeträgerfluides mit einem im wesentlichen in der Schleife geführten Gasstrom realisiert werden, wobei sich die bereits erwähnten Vorteile ergeben.

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Eine günstige Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß kein Ventil aufweist, sondern lediglich ein Rohr ist, dessen Querschnitt deutlich geringer ist als der mittlere Querschnitt der Rohrleitungen, die die Schleife bilden, und das vergleichsweise langgestreckt ist, da>rit durch. Turbulenzen kein Gas au«? dem Gasstrom herausgewirbelt wird. Günstig ist es, den hydraulischen Querschnitt des Rohres nicht größer als höchstens etwa 25 % &aacgr;;> durchschnittlichen hydraulischen Querschnitts der Schleife ^u bemessen, und weiterhin die Länge des Rohres als mindestens das Vierfach, seines mittleren Durchmessers anzusetzen. Ein solches Rohr stelit ein ideales Druckausgleichsmittel zwischen der Atmosphäre und dem in der Schleife zirkulierenden Gasstrom dar; bewegliche u rj somit verschleißanfällige Teile sind nicht vorhanden, und es wird ein praktisch wartungsfreies, dauerhaftes System erzielt.

Im Rahmen einer besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das in der Schleife befindliche katalytisch aktive Element ein Bestandteil des Wärmetauschers; es kann beispielsweise durch eine katalytisch aktive Beschichtung der dem Gasstrom zugewandten Fläche des Wärmetauschers gegeben sein. Zur Bewirkung der flammlosen Verbrennung, und zur zumindest teilweisen, vorzugsweise überwiegenden, insbesondere im wesentlichen vollständigen Übertragung der Verbrennungswärme auf das Wärmeträgerfluid ist somit lediglich ein einziges Bauteil erforderlich, was die Kompaktifizierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in nohem Maße fördert. Dies ist um so wünschenswerter, als durch raumsparende Bauform auch Wärmeleckagen aus Verbindungsleitungen vermieden werden können.

Eine Weiterbildung dieser Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Übertragung der Verbrennungswärme auf das Wärmeträgerfluid zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend, insbesondere zu etwa 70 % bis etwa 90 % direkt an dem

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katalytisch aktiven Element erfolgt, das als Teil eines Wärmetauschers ausgeführt ist. Als besonderer Vorteil dieser Weiterbildung ergibt sich ein optimal kurzer Übertragungsweg für die Wärme, die bei der katalytischen Verbrennung erzeugt wird und an das aufzuheizende Fluid zu übergeben ist; die Übertragung der Wärme erfolgt vom Ort ihrer Entstehung unmittelbar durch die Wand des Wärmetauschers, ohne daß ein Wärmetransport mit dem Gasstrom erforderlich ist. Damit wird einerseits die Temperatur des Gasstroms in Grenzen, insbesondere unterhalb etwa 400 °C im Normalfall bzw. unterhalb etwa 600 ^eC im ungünstigsten Fall, gehalten. Andererseits ermöglicht die versir'achte Wärmeübertragung eine signifikante Verringeruno der Abmessungen js Wärmetauschers; eine Reduktion seiner effektiven überfläche : .* s auf et*a 70 %, unter Umstänü:n bis auf ex ;ia 50 %, ist möglich.

Vorteilhaft ist es weiterhin, das in der Schleife befindliche katalytisch aktive Element als Bestandteil der Heizeinrichtung auszuführen; bei de- Inbetriebsetzung der Vorrichtung, die in bereits beschriebener Weise durch Vorheizen des Gasstroms mittels der Heizeinrichtung erfolgt, wird der auf der Heizeinrichtung befindliche Katalysator besonders stark aufgewärmt und kann daher seine Anspringtemperatur schnell erreichen; ist dies der Fall, so setzt an seiner Oberfläche die flammlose Verbrennung ein und liefert zusätzliche Energie zur Aufheizung des Gasstroms. Der durch die Heizeinrichtung selbst zu deckende Bedarf an Heizenergie kann derart beträchtlich reduziert werden.

Im Rahmen einer besonderen Weiterbildung ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung folgendermaßen gekennzeichnet: a) Die Schleife enthält einen Schleifenabschnitt mit einem Einströmende und einem Ausströmende, insbesondere einen Strömungskanal;

b) das Einströmende und das Ausströmende kommunizieren mit einer Mischkammer;

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c) in der Mischkammer sind als Teil der Zustelleinrichtung eine Düsenanordnung sowie als Teil der Fördervorrichtung ein Gebläse angeordnet;

d) der Gaseinlaß und der Gasauslaß münden in die Mischkammer. 5

Entsprechend weist die Vorrichtung als ersten Hauptbestandteil eine MischksTimer auf, in die Gaseir.aß, Gasauslaß und Zustelleinrichtung für den Brennstoff münden und die das Gebläse zur Aufrechterhaltung des Gasstroms in der Schleife enthält; als zweiten Hauptbestandteil enthält die Vorrichtung einen Schleifenabschnitt, in den die weiteren notwendigen Elemente, namentlich das katalytisch aktive Element, ein Wärmetauscher und die Heizeinrichtung einbeziehbar sind. Eine solche Vorrichtung ist besonders geeignet für ein Verfahren nach der Erfindung, bei dem der überwiegende Teil des Gasstroms in der Schleife geführt wird. Die Vorrichtung weist einen klaren und übersichtlichen Aufbau auf und ist, wie noch weiter ausgeführt werden wird, die Basis für besonders günstige Weiterentwicklungen.

Eine mögliche Weiterbildung einer solchen Vorrichtung weist folgpnde Merkmale auf:

a) Der Schleifenabschnitt ist gegeben durch ein vcn dem Wärmeträgerfluid umströmbares Faltenrohr mit vielfach gefalteter Wand, insbesondere mit etwa rosettenförmigem oder etwa sternförmigem Querschnitt, sowie einem ersten Ende und einem zweiten Ende, in dem ein Innenrohr mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende angeordnet ist unter Belassung eines Heißraumes in Form mindestens eines Spaltes zwischen Faltenrohr und Innenrohr;

b) der heißraum und das Innenrohr kommunizieren miteinander im Bereich des zweiten Endes des Faltenrohrs und des zweiten Endes des Innenrohrs;

c) das Einströmende ist das erste Ende des Innenrohrs; d) das Ausströmende ist ein durch das erste Ende des Faltenrohrs gegebenes Ende des Heißraums.

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Der Schleifenabschnitt ist also zumindest teilweise gegeben durch zwei Rohre, die unter Belassung mindestens eines Spaltes ineinandergesteckt sind, und wobei der Gasstrom zunächst durch das Tnnenrohr und anschließend durch den Spalt zwischen Innenrohr und Faltenrohr geführt wird. Das Faltenrohr dient dabei als Wärmetauscher; die Wärmetauscher fläche ist die Wandfläche des Faltenrohres, wobei der Gasstrom durch das Innere des Faltenrohres verläuft, während das aufzuheizende Wärmpträgerfluid an seiner Außenseite vorbeigeführt wird. Es ergibt sich eine besonders küffipäkte, weitgehc-nd wärfneleckfreie Bauform, da der durch das Innenrohr strömende Gasstrom durch den durch den Heißraum strömenden Gasstrom thermisch abgeschirmt ist. Die Mischkammer bildet die Stelle an der Vorrichtung, von der bis auf die Heizeinrichtung und die Zu-unc Abführung des Wärmeträgerfluides alle von außen zur Vorrichtung führenden Verbindungen ausgehen. Entsprechend ergibt sich die Möglichkeit der Realisierung besonders raumsparender Bauformen.

Als Wärmetauscher ist ein Faltenrohr, also ein Rohrstück mit einer vielfach gefalteten Wand, insbesondere mit etwa sternförmigem oder etwa rosettenförmigem Querschnitt, günstig einsetzbar. Es ist wirtschaftlich herzustellen, und es stellt &idiagr;&iacgr;&tgr;&idigr; Hinblick 3uf cjsn kcstsrr^unsti^sn Aufbsu der Vorrichtunⁿ ein? bevorzugte Lösung dar. Durch geeignete Formgebung der Falten kann die Wirksamkeit als Wärmetauscher optimiert werden; im Falle eines entlang einer Achse etwa geraden Faltenrohres stellt z. B. eine evolventenförmige Wicklung der Falten um die Achse eine besonders günstige Ausführung dar, da die zwischen den Falten entstehenden Spalte über ihre Breite weitgehend konstante Höhen aufweisen. Auf diese Weise kann der für die Falten verfügbare Querschnitt optimal mit Wärmetauscherfläche ausgefüllt werden.

In besonders günstiger Ausführung weist das Faltenrohr an der dem Gasstrom zugewandten Seite selbst eine katalytisch aktive Beschichtung auf, so daß es selbst ein katalytisch aktives

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Element trägt. Da auf diese Weise die katalytisch^ Reaktion direkt an der Oberfläche des Faltenrohres stattfindet, wird der Übertragungsweg für die Verbrennungswärme zu dem Wärmeträgerfiuid optimal kurz, und es resultiert ein besonders hoher Wirkungsgrad und eine besonders niedrige Wärme]ockrate. Zur Erzielung einer besonders großen katalytisch aktiven Oberfläche können die Falten des Faltenrohres ihrerseits Falten oder Verzweigungen aufweisen; auch ist es denkbar, auf die dem Gasstrom zugewandte Seite des Faltenrohres zusätzliche

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Eine günstige Ausführung des Schleifenabschnitts mit zwei ineinandergesteckten Rohren ergibt sich, wenn das äußere Rohr, insbesondere das Faltenrohr, an einem ersten Ende verschlössen ist, wobei der Spalt zwischen äußerem und innerem Rohr und das Innere des inneren Rohrs an dem verschlossenen Ende miteinander '. ommunizieren. Der Abschluß der Schleife kann in diesem Fall in einfacher Weise an dem offenen Ende des äußeren Rohrs, und dem diesem zugewandten Ende des Innenrohrs, erfolgen.

Das erwähnte Innenrohr kann aus Metall oder aus Keramik bestehen; es ist ein bevorzugter Träger für die Hp i 7P &idiagr; nri rht &igr;&igr;&eegr;&pgr; . riip hp i <;n i &rgr; 1 qwp i &sfgr;&rgr;. als wfiSRnt.linhp.n

Bestandteil eine auf dem Innenrohr angebrachte, elektrisch betreibbare Heizleiteranordnung umfassen kann> beispielsweise eine Heizwendel. Auf einem keramischen Innenrohr kann eine solche Heizleiteranordnung ohne elektrische Isolationsprobleme angebracht werden; die elektrischen Zuleitungen können eventuell durch bekannte isolierende Durchführungen aus der Vorrichtung herausgeführt werden.

Die beschriebene Vorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann derart weitergebildet werden, daß die Mischkammer mit dem Heißraum über eine Rückführleitung kommuniziert; dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Art des verwendeten Gebläses eine spezielle Wahl der

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Einströmöffnung für den Gasstrom in der Mischkammer erfordert.

Ein kompakter Heizkörper der beschriebenen Art kann nunmehr in einem Außenrohr angeordnet werden, wobei zwischen Außenrohr und Faltenrohr mindestens ein Spalt als Kaltraum verbleibt, der von dem aufzuheizenden Fluid durchströmbar ist. Eine solche Vorrichtung ist aufgrund ihrer Kompaktheit und aufgrund der sehr geringen Wärmeleckage als Standheizung für ein Kraftfahrzeug besonders geeignet, da ihr Platzbedarf sehr

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In Weiterbildung der beschriebenen Vorrichtung ist in dem Außenrohr mindestens eine Transportvorrichtung zur Förderung des Warmetragerfluides durch den Kaltraum angeordnet. Für den Fall, daß das Wärmeträgerfluid Luft oder ein anderes Gas ist, kann dies ein einfaches Gebläse sein, dessen Antrieb darüber hinaus zum Antrieb des Gebläses in der Schleife dienen kann. Falls das aufzuheizende Fluid eine Flüssigkeit ist, ist eine entsprechende Flüssigkeitspumpe vorzusehen. In Verbindung mit einer entsprechenden Steuervorrichtung entsteht eine zu einem kompakten Block zusammengefaßte Heizanlage.

Je nach der in einer vorbeschriebenen Vorrichtung zu erzeugenden Wärmeleistung kann unter Umständen der aus dem Heißraum des Wärmetauschers strömende Gasstrom noch eine relativ hohe Temperatur haben; es ist daher unter Umständen vorteilhaft, in die Rückführleitung mindestens einen Kühlabschnitt einzubeziehen, der durch den Kaltraum führt und z. B. ein etwa spiralig oder etwa schraubenförmig gewickeltes Leitungsstück ist. Die Rückführleitung wird somit zu einem zusätzlichen Wärmetauscher, und es wird eine Verringerung der thermischen Belastung der in der Mischkammer befindlichen Komponenten, wie z. B. Gebläse oder Zustellvorrichtung für den Brennstoff, ermöglicht.

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Vorteilhaft ist es weiterhin, in den Gasauslaß einen weiteren Wärmetauscher einzubeziehen, da insbesondere für Kraftfahizeugheizungen bestimmte, niedrigliegende Obergrenzen für die maximal zulässige Abgastemperatur vorgegeben sind. Namentlich ist eine Abgastemperatur unterhalb etwa 80 "C wünschenswert. Ein Wärmetauscher in der Abgasleitung kann günstigerweise ein im Kaltraum verlaufendes;, etwa schraubenförmig oder etwa spiralig gewickeltes Leitungsstück des Gasauslasses sein.

Eine weitere, besonders günstige Ausführung der Heizvorrichtung gemär der Erfindung mit den Hauptbestandteilen Mischkammer und Schleifenabschnitt ergibt sich, wenn der Schleifenabschnitt" als etwa U-förmige Leitungsanordnung ausgeführt ist. Eine derartige Leitungsanordnung ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar und kann ggf. relativ einfach den jeweiligen Raumerfordernisson angepaßt werden, wenn z. B. ein Einbau in eine bestehende Klimaanlage, in der bereits Einrichtungen zur Förderung des Wärmeträgerfluides vorhanden sind, gewünscht ist.

Basonders vorteilhaft ist es dabei, den Schleifenabschnitt unmittelbar als Bestandteil des Wärmetauschers auszuführen. Gleichermaßen ist der Schleifenabschnitt aus der bereits erwähnten Gründen der hevorzugte Träger für das katalytisch aktive Element, insbesondere dann, wenn er gleichzeitig Wärmetauscherfunktionen hat.

Günstig ist es, in den Schleifenabschnitt mindestens einen Kanal einzubeziehen, der von dem Wärmeträgerflui&Iacgr; "mströmbar ist. Ein solcher Kanal wird beispielsweise gebildet in einem etwa prismatischen Gefäß, das mit einer etwa ebenen Öffnung an die Mischkammer angeschlossen ist, in dem sich eine Anordnung aus mindestens einer etwa senkrecht zu der Öffnung liegenden Hohlplatte befindet. Die Hohlplatte ist von dem Wärmeträgerfluid durchströmbar und stellt daher einen Wärmetauscher dar, und außerdem weist sie auf der dem Gasstrom zugewandten Seite eine katalytische Beschichtung auf. Auch wird das Gefäß

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vorteilhafterweise als Wärmetauscher ausgebildet, indem es entweder als ganzes von dem Wärmeträgerfluid umspülbar ist oder in seiner Wand Leitungen aufweist, die von dem Wärmeträgerfluid durchströmbar sind. Solcher Art kann die erfindungsgemäße Heizvorrichtung als kompakter "Heizeinschub" zur Integration in modular aufgebaute Klimaanlagen ausgeführt werden.

Zur kontrollierten Einspeisung von frischem Gas, insbesondere Luft, in die Schleife ist der Gaseinlaß z. B. mit einer regelbaren Luftpumpe, die eine dosierte, den jeweiligen Anforderungen angepaßte Einspeisung von Gas ermöglicht, versehen.

Zur optimalen Steuerung des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung können in der Schleife Meßwertaufnehmer zur Bestimmung der Betriebsparameter, insbesondere mindestens eine Lambda-Sonde und/oder mindestens ein Thermoelement, angeordnet sein. In der beschriebenen, besonders kompakten Form der Vorrichtung werden diese Meßwertaufnehmer vorzugsweise in der Rückführleitung plaziert. Auf diese Weise sind sie leicht erreichbar, und ihre thermische Belastung bleibt begrenzt. Die Lambda-Sonde ist vor allem das ideale Instrument zur Überwachung des Sauerstoffgehaltes des in der Schleife zirkulierenden Gasstromsj mit ihrer Hilfe kann verhindert werden, daß der Sauerstoffgehalt in der Schleife zu stark absinkt und damit bei dem Verbrennungsprozeß Schadstoffe wie z. B. Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffe erzeugt werden.

Ein besonderes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Erzeugung von Wärmeenergie mit einer maximalen thermischen Leistung bis zu etwa 10 kW, insbesondere bis zu etwa 7 kW, vorzugsweise bis zu etwa 4 kW. Dieses Anwendungsgebiet umfaßt z. B. die Beheizung von Kraftfahrzeugen, insbesondere im Rahmen einer Stand- oder Zusatzheizung, sowie die Beheizung von Hallen und größeren Zelten.

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Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele; im einzelnen zeigen:

Figur 1 das Schema einer zur Realisierung der Erfindung geeigneten Anordnung;

Figur 2 den Längsschnitt eines Durchlauferhitzers nach der Erfindung;

Figur 3 die Teilansicht des Längsschnittes einer besonderen Ausgestaltung des Durchlauferhitzers; Figur 4 einen Querschnitt durch eine Anordnung aus AuQenrohr, Faltenrc r und Innenrohr bei einer Vorrichtung gemäß Cex Erfindung;

Figur 5 den Längsschnitt einer weiteren Musführung einer Heizvorrichtung nach der Erfindung.

Figur 1 zeigt das Schema einer Anordnung zur Realisierung der vorliegenden Erfindung. Ein Gasführungssystem 101 bildet eine Schleife 102, in der hintereinander eine Zustelleinrichtung zur Zustellung des Brennstoffes, ein katalytisch aktives Element 110, ein Wärmetauscher 111, eine Heizeinrichtung 109 für den in der Schleife 102 geführten Gasstrom sowie eine Fördervorrichtung 107 zur Aufrechterhaltung des Gasstroms in der Schleife 102 angeordnet sind. Zur Zustellung von sauerstoffhaltigem Gas in die Schleife 102 mündet ein Gaseinlaß 103 in das Gasführungssystem 101, wobei der Gaseinlaß 103 &zgr;. &Bgr;. eine Rohrleitung ist, in der Förder- und Regeleinrichtungen wie z. B. ein Einlaßventil 104 und eine Luftpumpe 105 angeordnet sein können. Zur Abführung von Abgas aus der Schleife 1~2 mündet in diese ein Gasauslaß 106, in dem ein weiterer Wärmetauscher 112, neben eventuell nötigen Steuer- und Regele! &pgr; richtungen, angeordnet. 5cj.n kann. Der Gesej-nlaß 103 mündet vorzugsweise vor der Zustelleinrichtung 108 in die Schleife 102, so daß dem Gasstrom frisch zugeführtes Gas sofort mit Brennstoff angereichert und anschließend zur Bewirkung der flammlosen Verbrennung dem katalytisch aktiven Element 110 zugeführt werden kann. Sofern das katalytisch aktive Element

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110 nicht selbst ein Wärmetauscher 111 ist, was im Sinne der vorliegenden Erfindung durchaus günstig ist, so folgt, in Strömungsrichtung des Gasstroms gesehen, ein separater Wärmetauscher 111, hinter dem sinnvollerweise der Gasauslaß mündet. Die Heizeinrichtung 109 kann beispielsweise elektrisch betrieben werden, und sie dient zur Auslösung der flammlosen Verbrennung der Aufwärmung des in der Schleife iü2 zirkulierenden Gasstroms. Sie kann eventuell mit einer" weiteren in der Schleife 102 angeordneten Element zusammen fallen, beispielsweise mit dem Wärmetauscher 111 oder mit dem katalytisch aktiven Element 110, Zur Auvrechterhaltung des Gasstroms in der Schleife 102 ist eine Fördervorrichtung 107 notwendig, beispielsweise ein ^'.ektrisch oder anderweitig betriebenes Gebläse. Die vorl:^qende Erfindung erfordert nicht unbedingt zwei Wärmetauscher 111, 112 *.n der Anordnung; unter Umständen kann auf einen dieser Isä> ^^auscher 111, 112 verzichtet werden, auch sind die Verhältnisse der Wärmeübertragungslristungen beider Wärmetauscher 111, 112 nicht zwingend vorgeschrieben. Wie bereits erwähnt, werden die Vorteile der vorliegenden Erfindung jedoch besonders mit einer Anordnung erschlossen, bei der die Auskopplung der Wärme aus dem Gasstrom in erster Linie in dem in der Schleife 10&Ggr;: angeordneten Wärmetauscher 111 erfolgt.

Figur 2 stellt eine besonders kompakt ausgeführte und damit als Stand- oder Zusatzheizung für ein Kraftfahrzeug besonders geeignete Ausführung einer Heizvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dar. Das den Gasstrom führende Gasführungssystem 201 ist zum Teil gegeben durch zwei ineinandergesteckte Rohre, nämlich ein äußeres Faltenrohr 213 mit einem ersten Ende 216 und einem zweiten Ende 217, das an dem zweiten Ende 217 verschlossen ist, und ein darin angeordnetes Innenrohr 214 mit einem ersten Ende 218, das aus dem Faltenrohr 213 herausragt, und einem zweiten Ende 219, das bis in die Nähe des zweiten Endes 217 des Faltenrohrs 213 in dieses hineinreicht. Zwischen Faltenrohr 213 und Innenrohr

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befindet sich ein Spalt als Heißraum 215, in dem bevorzugtermaßen die flammlose Verbrennung stattfindet. Das katalytisch aktive Element 110 ist gegeben durch das Faltenrohr 213 und/oder das Innenrohr 214, indem die Innenseite des Faltenrohrs 213 und/oder die Außenseite des Innenrohrs 214 eine katalyLische Beschichtung aufweist. Weitere Komponenten des Gasführuncjssystems 201 sind eine KIr-:-nkammer 22&udiagr;, die auf das eiote Ende 218 des Innenrohres 214 aufgesetzt ist, sowie mindestens eine Rückführleitung 223, die aus dem Heißraum 215 in die Mischkammer 220 führt und damit den Kreislauf für den Gasstrom schließt. In der Mischkammer angeordnet sind eine Düsenanordnung 221 als feil der Zustelleinrichtung 208 für den Brennstoff und ein Gebläse 222 als Teil der Fördervorrichtung 207. Weiterhin münden in die Mischkammer 220 der Gaseinlaß 203, im vorliegenden Fall eine Leitung mit einem Einlaßventil 204, sowie der Gasauslaß 206 in Form einer Rohrleitung mit vergleichsweise geringem Querschott. Um das Innenrohr 214 ist als Heizeinrichtung 209 eine Heizleiterwendel gewickelt; der Betrieb der Vorrichtung wird begonnen, indem durch das Gebläse 222 ein Gasstrom aus der Mischkammer 220 durch das Innenrohr 214, den Heißraum 215 und die Rückführleitung 223 zurück in die Mischkammer 220 bewirkt wird. Dieser Gasstrom wird von der Heizeinrichtung 209 so weit erwärmt, daß die Anspringtemperatur der katalytischen Beschichtung erreicht wird. Mit der Zustelleinrichtung 208 wird der Gasstrom mit einer gewissen Menge Brennstoff versetzt, und nach Erreichen der Anspringtemperatur setzt die flammlose Verbrennung ein. Der aus dem Gasführungssystem 201, der Mischkammer 220 usw. gebildete kompakte Heizkörper ist in einem Außenrohr 224 unter Belassung mindestens eines Spaltes als Kaltraum 225 angeordnet, durch den das Wärmeträgerfluid strömt. Als Wärmetauscher zur Aufheizung des Wärmeträgerfluides dient dabei das Faltenrohr 213, das vo . dem Wärmeträger fluid umströmt wird. Zur Erzielung einer geringen Abgastemperatur weist der Gasauslalo 206 ein spiralig um das Faltenrohr 213 gewickeltes Leitungsstück 226 auf, das als zusätzlicher Wärmetauscher die Wärme aus dem Abgas an das

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Wärmeträgerfluid weitergibt und somit eine niedrige Abgastemperatur gewährleistet.

Figur 3 zeigt die wesentlichen Teile einer weiteren Ausgestaltung des in Figur 2 vorgestellten Durchlauferhitzers nach der vorliegenden Erfindung. In dem AuQenrohr 324 ist. als Teil des Gasführungssystems 301 an dem Innenrohr 3i4 eine Mischkammer 320 angeschlossen, von der aus wiederum eine Rückführleitung 323, in die ein spiralig gewickelter Kühlc-bschni11 327 integriert ist zu de™ Sⁿelt zwischen dern (nicht dargestellten) Außenrohr und dem Innenrohr 314, zurückführt. In der Rückführleitung 323 sind Meßwertaufnehmer zur Bestimmung der Betriebsparameter der Vorrichtung, namentlich ein Thermoelement 328 und eine Lambda-Sonde 329, vorgesehen. An der Mischkammer 320 angeschlossen sind weiterhin der GaseinlaQ 303 und der Gasauslaß 306; der Gaseinlaß 303 weilt dabei ein Einlaßventil 3OA auf und endet im Inneren des Außenrohrs 324, in dem die gesamte Vorrichtung untergebracht ist. Außerdem sind in der Mischkammer 320 die Zustelleinrichtung 308 nebst Düsenanordnung 321 zur Zustellung des Brennstoffes in den Gasstrom sowie ein Gebläse 322 als Teil der Fördervorrichtung 307 zur Aufrechterhaltung des Gasstroms vorgesehen. In dem Außenrohr 324, das die Vorrichtung umgibt und das in bekannter Weise der Führung des aufzuheizenden Wärmeträgerfluides, im konkreten Fall Luft, dieit, ist eine Transportvorrichtung 330 zur Förderung des Wärmeträgerfluides vorhanden. Im konkreten Fall stellt diese Transportvorrichtung 330 ein Gebläse dar, das vorteilhafterweise von derselben Antriebsvorrichtung wie das in der Mischkammer 320 liegende Gebläse antreibbar ist.

Figur 4 zeigt zusätzlich einen Querschnitt durch eine Anordnung aus Außenrohr 424, Faltenrohr 413 und Innenrohr 414. Das Außenrohr 424 ist im dargestellten Abschnitt zylindrisch, und das Faltenrohr 413 hat einen rosettenartigen Querschnitt zur Erzielung einer besonders großen Oberfläche zur Wärmeaus-

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kopplung aus dem Heißraum 415 in den Kaltraum 425. Im dargestellten Beispiel besteht der Kaltraum 425 aus einer Vielzahl einzelner Spalte. Das Innenrohr 414, das vorteilhafterweise nicht wie das Faltenrohr 413 und das Außenrohr aus Metall, sondern aus Keramik besteht, ist nicht einfach zylindrisch, sondern es weist mehrere Rippen auf. Diese Rippen dienen im vorliegenden Fall nicht unbedingt nur zur Vergrößerung einer Wärmeauskopplung, sondern sie sollen eine möglichst große Oberfläche zur Aufnahme einer katalytischen

IG Beschichtung 432 zur Verfügung stellen. Die katalytisch wirksame Beschichtung 432 des Innenrohrs al4 ist nicht nur auf dessen Außenseite, sondern auch auf dessen Innenseite angebracht, so daß möglichst jede verfügbare Fläche zur Katalysierung der flammlosen Verbrennung eins^tzbar ist. Auch das Faltenrohr 413 weist auf seiner Innenseite eine katalytische Beschichtung 431 auf; wie bereits erwähnt, ist pine derartige katalytische Beschichtung 431 wegen der besonders kurzen Wärmeübertragungswege zum Kaltraum 425 besonders günstig. Für den Fall, daß eine besonders hohe Wärmeentwicklung erwünscht ist, kann darüber hinaus der Heißraum 415 mit weiteren Strukturen, beispielsweise den sus Kfz-Katalysatorträgern bekannten Wabenstrukturen, ausgefüllt werden; im allgemeinen wird dies jedoch für Kfz-Standheizungen und dergleichen nicht erforderlich sein. Als Weiterbildung des Innenrohrs 414 ist es denkbar, dieses mit Ausformungen zu versehen, in denen Teile der Heizeinrichtung 109 gehaltert werden können.

Figur 5 schließlich zeigt eine weitere Ausführung einer Heizvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die gleichermaßen als Kfz-neizung mit Wasser oder Luft als Wärmeträgerfluid geeignet ist. Dargestellt ist ein kompakter Heizkörper, bestehend aus der Mischkammer 520 und einem daran angeflanschten Gefäß 537. In die Mischkammer 520 münden ein Gaseinlaß 503 und ein Gasauslaß 506. In dem Gaseinlaß angeordnet ist dabei die Zustelleinrichtung 508 für den

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Brennstoff. Die Eigenschaften einer in dem Gaseinlaß 503 angeordneten Zustelleinrichtung 508 sind bereits eingehend beschrieben worden. Zur Steuerung der Ausspelsung von Gas aus dem in der Vorrichtung etablierten Gasstrom dient eine vor dem Gasauslaß 506 angeordnete Abgasklappe 542, die durch nicht dargestellte Mittel steuerbar ist. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Fördervorrichtung 507 zur Etablierung des Gasstroms auf, die im vorliegenden Fall ein Gebläse 522, namentlich ein Radialgebläse, enthält. Weiterhin ist in der Mischkammer angeordnet eine Heizeinrichtung 509. im vorliegenden Beispiel dargestellt als Heizleiterwendel. Zur Auskopplung der bei der flammlosen Verbrennung erzeugten Wärme ist das Gefäß 537 von dem Wärmeträger fluid umspülbar, bzw. seine Wand weist Kanäle oder dergleichen auf, die von dem Wärmeträgerfluid durchströmbar sind. Weiterhin sind in dem Gefäß 537 Hohlplatten 539 angeordnet, die ihrerseits von dem Wärmeträgerfluid durchstrÖTibar sind. Der Kaltraum 525 wird also im vorliegenden Fall gebildet durch den Außenraum bzw. die Gaskanäle des Gefäßes 537 sowie die Innenräume der Hohlplatten

539. Durch die Anordnung der Hohlplatten 539 in dem Gefäß ist ein Schleifenabschnitt 533 in Form eines Kanals 536 gebildet, wobei der Gasstrom durch diesen - durch die Hohlplatten 539 in mehrere Segmente geteilten - Kanal 536 bewegt werden muß. Dies geschieht durch das Gebläse 522, das im vorliegenden Fall so ausgelegt ist, daß nur ein Teil der der Mischkammer 520 zugewandten Öffnungen des Kanals 536 von dem Gasstrom angeströmt werden und somit das Einströmende 534 bilden, während der Gasstrom aus anderen Öffnungen des Kanals 536, die dementsprechend das Ausströmende 535 bilden, wieder in die Mischkammer 520 eintreten kann. Zur Bewirkung der flammlosen Verbrennung sind die Hohlplatten 539 auf ihren dem Gasstrom zugewandten Flächen mit einer katalytischen Beschichtung 540 versehen; gleichermaßen weist das Gefäß auf seiner dem Gasstrom zugewandten Wand eine katalytische Beschichtung 541 auf. Damit ergeben sich wiederum optimal kurze Wärmeübertragungswege aus dem Heißraum 515 in den Kaltraum 525,

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und es resultiert ein hoher Wirkungsgrad, der insbesondere ein relativ niedriges Betriebstemperaturniveau gestattet. MittO zum Transport des Wärmeträgerfluides durch die Vorrichcung sind nicht gezeichnet; eine Vorrichtung nach Figur 5 ist vor allem gedacht als "Heizeinschub" zur Integration in ein vorgegebenes Klimagerät.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufheizung eines Wärmoträgerfluides mit der durch flammlose Verbrennung eines Brennstoffes in einem sauerr.toffhaltiqen Gasstrom entstandenen Verbrennungswärme, die neben besonders ausgeprägter Schadstoffarmut eine hohe Betriebssicherheit aufweist, kostengünstig herstellbar ist und sich darüber hinaus durch einen hohen Wirkungsgrad und einen weiten Regelbereich für die Wärmeleistung auszeichnet. Als Brennstoffe kommen in erster Linie, aber nicht ausschließlich, Benzin und andere als Treibstoffe für Kraftfahrzeuge geeignete Stoffe in Betracht. Insbesondere ist für stationäre Anlagen Erdgas ein bevorzugter Brennstoff.

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Claims

23 Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Aufheizung eines Wärmeträgerfluides mit der durch flammlose Verbrennung eines Brennstoffes in einem sauerstoffhaltigen Gasstrom entstandenen Verbrennungswärme, enthaltend:

a) ein Gasführungssystem (101; 201; 301) zur Führung des Gasstroms, mit mindestens einer Schleife (102), einem Gaseinlaß (103; 203; 303; 503) und einem Gasauslaß (106; 206; 306; 506);

b) in der Schleife (102) angeordnet eine Fördervorrichtung (107; 207; 307; 507) zur Aufrechterhaltung des Gasstrcms in der Schleife (102), eine Zustelleinrichtung (108; 208; 308; 508) zur Zustellung des Brennstoffes in den Gasstrom, eine Heizeinrichtung (109; 209; 509) sowie mindestens ein katalytisch aktives Element (110);

c) in dem Gasführungssystem (101; 201; 301) mindestens einen Wärmetauscher (111; 112) zur Übertragung der Verbrennungswärme auf das Wärmeträgerfluid.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Wärmetauscher (111) in der Schleife (102) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gasauslaß (106; 206; 306; 506) ein Rohr ist, das aus der Schleife (102) herausführt, dessen hydraulischer Querschnitt höchstens etwa % des mittleren hydraulischen Querschnitts der Schleife (102) beträgt, und dessen mittlerer Durchmesser höchstens etwa 25 % seiner Länge beträgt.

h. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das katalytisch aktive Element (110) Bestandteil des Wärmetauschers (111) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch A, wobei das katalytisch aktive Element (110) Teil eines Wärmetauschers (111) ist, worin die Übertragung der Verbrennungswärme auf das Wärmeträgerfluid

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zumindest zum Teil, vorzugsweise zum überwiegenden Teil, insbesondere zu einem Teil von etwa 70 % bis etwa 90 %, erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das katalytisch aktive Element (110) Bestandteil der Heizeinrichtung (109| 209; 509) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei;

a) die Schleife (102) einen Schleifenabschnitt (233; 533) mit einem Ei strömende (234; 534) und einem Ausströmende -235; 535) enthält;

b) das Einströmende (234; 534^ und das Ausströmende (235; 535) mit einer Mischkammer (220; 320; 520) kommunizieren;

c) in der Mischkammer (220; 320; 520) als Teil der Zustelleinrichtung (108; 208; 308; 508) eine Düsenanordnung (221; 321; 521) sowie als Teil der Fördervorrichtung (107; 207; 307; 507) ein Gebläse (222; 322; 522) angeordnet sind; 6) der GaseinlaG (103; 203; 303; 503) und der Gasauslaß (106; 206; 306; 506) in die Mischkammer (220; 320; 520) münden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei:

a) der Schleifenabschnitt (223; 523) gegeben ist durch ein von dem Wärmeträgerfluid umströmbares Faltenrohr (213; 413) mit vielfach gefalteter Wand, insbesondere mit etwa rosettenförmigem oder etwa sternförmigem Querschnitt, sowie einem ersten Ende (216) und einem zweiten Ende (217), in dem ein Innenrohr (214; 314; 414) mit einem ersten Ende (218) und einem zweiten Ende (219) angeordnet ist unter Belassung eines Heißraumes (215; 415; 515) in Form mindestens eines Spaltes;

b) der HeiSraum (215$ 415, 515) und das Innenrohr (214; 314; 414) im Bereich des zweiten Endes (217) des Faltenrohrs (213; 413) und des zweiten Endes (219) des Innenrohrs (214; 314; 414) miteinander kommunizieren;

c) das Einströmende (234; 534) das erste Ende (218) des Innenrohrs (214; 314; 414) ist;

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d) das Ausströmende (235; 535) ein durch das erste Ende (216) des Faltenrohrs (213; 413) gegebenes Ende des Heißraums (215; 415; 515) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Faltenrohr (213, 413) Falten aufweist, die etwa evolventenförmig gebogen sind.

ID. Vorrichtung nach Anspruch 8 od-jr 9» wobei das Faltenrchr (213, 413) das katalytisch aktive Element (110) trSgt. 10

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Faltenrohr (213;

413) an dem zweiten Ende (217) verschlossen ist.

12. vorrichtung nach einem de*· Ansprüche 8 bis 11, wobei die Heizeinrichtung (109; 209) eine elektrisch betreibbare Heizleiteranordnung umfaßt, die sr dem Innenrohr (214; 314;

414) angebracht ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei

zwischen der Mischkammer (220; 320; 520) und dem Ausströmende (235; 535) eine Rückführleitung (223; 323) liegt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Faltenrohr (213; 413) in einem Außenrohr (224; 324; 424) unter Belassung mindestens eines Spaltes als Kaltraum (225; 425; 525) angeordnet ist, und der Kaltraum (225; 425; 525) von dem Wärmeträgerfluid durchströmbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei in dem Außenrohr (224; 324; 424) mindestens eine Transportvorrichtung (330) zur Förderung des Wärmeträgerfluides durch den Kaltraum (225; 425; 525) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei zwischen der Mischkammer (220; 320; 520) und dem Ausströmende (235; 535) eine Rückführleitung (223; 323) mit mindestens einem

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Kühlabschnitt (327), der durch den Kaltraum (225; 425; 525) führt und etwa schraubenförmig oder etwa spiralig gewickelt ist, liegt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Gasau.Iaß (106; 206; 306; 506) ein als Wärmetauscher (112) betreibbares Lei Lungsstück (226 j umf^f.:. r., das in dem Kaltraum {?25; 425; 525) liegt und etwa schraubenförmig oder etwa sri.alig gewickelt ist.
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18. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Schleifena^schnitt (233; 533) eine etwa U-'örmige Leitungsanordnung aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wo^ei der Schleifenabschnitt (233; 533) Bestandteil des Wärmetauschers (111) ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei der Schleifenabschnitt (233; 533) das katalytisch aktive Element (110) trägt.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei:

a) der Schleifenabschnitt (233; 533) mindestens einen Kanal (536) aufweist, der von dem Wärmeträgerfluid umströmbar ist;

b) das Einströmende (274; 534) ein erstes Ende des Kanals (536) und das Ausströmende (235; 535) ein zweites Ende des Kanals (536) ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei der Kanal (536) gebildet ist in einem etwa prismatischen GefäQ (537) mit einer etwa ebenen Öffnung (538), an der die Mischkammer (220; 320; 520) angeschlossen ist, sowie mit einer Anordnung aus mindestens einer etwa senkrecht zu der öffnung (538) liegende &igr; Hohlplatte (539), die von dem Wärmeträgerfluid durchströmbar ist und das katalytisch aktive Element (IiG) trägt.

23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

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27 der Gaseinlaß (103; 203? 303; 503) eine Luftpumpe (105) enthält.

24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Schleife (102) mindestens eine Lambda-Sonde (329) angeordnet ist.

25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Schleife (102) mindestens ein Thermoelement (328) angeordnet ist.

26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Aufheizung des Warmetragerfluides mit einer maximalen thermischen Leistung von etwa 10 kW, insbesondere etwa 7 kW, vorzugsweise etwa 4 kW.

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