DE19715410A1

DE19715410A1 - Gas-fired heating device

Info

Publication number: DE19715410A1
Application number: DE19715410A
Authority: DE
Inventors: Franz Borgmann; Elfriede Dr Herzog; Jan Der Kinderen; Seonhi Dr Ro; Anton Scholten
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1996-04-15
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 1997-10-30
Also published as: ATA67496A; AT405324B

Abstract

The heating device has a reactor with a catalytic burner and a radiation burner (15) between a fuel gas/combustion air collection space (4) and an exhaust line. The catalytic burner is provided by a block (3) of copper or copper alloy, provided with hollow spaces (10) filled with catalytic coated particles between the collection space and the radiation burner. A layer (14) of a porous material, e.g. a ceramic foam, is provided between the block and the radiation burner.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a heating device according to the preamble of the claim 1.

Bei bekannten derartigen Heizeinrichtungen ist der Brenner rohrartig ausgebildet und mit einer katalytischen Beschichtung versehen. Dabei ergeben sich Probleme mit einer effekti ven Ableitung der bei der Umsetzung des Brenngas-Luftgemisches entstehenden Wärme, insbesondere, wenn die Umsetzung in einem Festbett stattfindet. Außerdem muß ein solcher Brenner zur Erreichung seiner Betriebstemperatur entsprechend mit einem Strah lungsbrenner aufgeheizt werden, der meist im wesentlichen gegen den katalytischen Bren ner gerichtet ist, wodurch aber örtliche Überhitzungen der Beschichtung auftreten können.In known heating devices of this type, the burner is tubular and has provided with a catalytic coating. Problems arise with an effekti ven dissipation of the heat generated during the conversion of the fuel gas-air mixture, especially if the implementation takes place in a fixed bed. In addition, such Burner to achieve its operating temperature with a jet accordingly tion burner are heated, which mostly essentially against the catalytic burner ner is directed, but local overheating of the coating can occur.

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Heizeinrichtung der ein gangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der eine gleichmäßige Aufheizung des katalyti schen Brenners beim Start und eine effektive Wärmeabfuhr aus der Reaktionszone sicher gestellt ist.The aim of the invention is to avoid this disadvantage and a heating device Propose the type mentioned, in which a uniform heating of the catalytic burner at start-up and effective heat dissipation from the reaction zone is posed.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.According to the invention, this is achieved in the case of a heating device of the type mentioned at the beginning characteristic features of claim 1 achieved.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, daß beim Start des Brenners das zuströmende Brenngas-Luftgemisch im Bereich des Strahlungsbrenners verbrannt wird, wodurch sich der Abgasraum und damit auch der Block aufheizt, der mittig im gekühlten Abgasraum plaziert ist. Erreicht dieser den Bereich seiner Betriebstemperatur, so wird mehr und mehr Brenngas-Luftgemisch im Bereich der katalytisch beschichteten Körner umge setzt, und dem Strahlungsbrenner steht immer weniger brennbares Brenngas-Luftgemisch zur Verfügung, so daß dieser anschließend verlöscht. Dabei ist eine Schädigung der Be schichtung durch den Strahlungsbrenner praktisch ausgeschlossen, da diese nur indirekt erwärmt wird.The proposed measures ensure that when the burner starts incoming fuel gas-air mixture is burned in the area of the radiant burner, which heats up the exhaust gas chamber and thus the block in the middle of the cooled one Exhaust chamber is placed. If this reaches the range of its operating temperature, more will be achieved and more fuel gas-air mixture in the area of the catalytically coated grains sets, and the radiant burner is less and less combustible fuel gas-air mixture available so that it then goes out. There is damage to the Be stratification practically excluded by the radiant burner, as this is only indirect is heated.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 kann mehr Wärme von den mit den katalytisch be schichteten Körner gefüllten Hohlräumen durch Wärmeleitung ausgekoppelt werden. Dadurch kann die Überhitzung des Katalysators vermieden werden.Due to the features of claim 2, more heat from the be with the catalytic layered grains filled cavities are coupled out by heat conduction. This prevents the catalyst from overheating.

Grundsätzlich können die Hohlräume aber auch geschlossen sein. Dadurch ergibt sich eine kürzere Anfahrzeit des Brenners.In principle, however, the cavities can also be closed. This results in a shorter burner start-up time.

Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich eine sehr gute Abfuhr der Wärme vom Block zum Doppelmantel und damit zum Wärmetauschmedium.The features of claim 3 result in a very good dissipation of the heat from Block to the double jacket and thus to the heat exchange medium.

Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil eines sehr einfachen Aufbaus der Heizeinrichtung. Dabei können die Hohlräume durch einfache Bohrungen hergestellt werden.The features of claim 4 result in the advantage of a very simple structure the heater. The cavities can be created by simple drilling will.

Die Merkmale des Anspruches 5 ermöglichen eine sehr gute Wärmeübertragung vom Block zum Doppelmantel. Außerdem können die Brücken sehr einfach, zum Beispiel durch Kaltumformung hergestellt und an dem Block angebracht werden. Dabei können die Brüc ken so bemessen sein, daß die Wärmebrücken im kalten Zustand der Heizeinrichtung nicht an der Innenwand des Doppelmantels anliegen und daher der Wärmeabfluß aus dem Block entsprechend gering ist. Erst bei Erreichung einer für die katalytische Umsetzung des Brenngas-Luftgemisches ausreichenden Temperatur des Blockes kommen die Wärmebrüc ken mit der Innenwand des Doppelmantels in Kontakt und erhöhen den Wärmeabfluß aus dem Block. Die Wärmeauskopplung durch Strahlung wird zusätzlich durch Wärmeleitung unterstützt.The features of claim 5 enable very good heat transfer from the block to the double jacket. In addition, the bridges can be very easily, for example, by Cold formed and attached to the block. The Brüc ken be dimensioned so that the thermal bridges are not in the cold state of the heating device rest on the inner wall of the double jacket and therefore the heat flow from the block is correspondingly low. Only when a catalytic conversion of the Fuel gas-air mixture sufficient temperature of the block, the thermal bridges come Contact with the inner wall of the double jacket and increase the heat dissipation the block. The decoupling of heat by radiation is additionally by conduction supported.

Durch den geringen Wärmeabfluß aus dem Block während der Startphase der katalytischen Umsetzung ist auch eine rasche Aufheizung des Blockes sichergestellt.Due to the low heat flow from the block during the start phase of the catalytic Implementation also ensures rapid heating of the block.

Durch die Merkmale des Anspruches 6 wird eine einfache Montage der Heizeinrichtung ermöglicht. Dabei kann der Block samt Brenngas-Luftgemisch-Sammelraum und Strah lungsbrenner in den Abgasraum eingesetzt und dieser anschließend durch die Isolierschicht abgeschlossen werden.Due to the features of claim 6, a simple assembly of the heating device enables. The block, including the fuel gas / air mixture collecting space and jet burner in the flue gas chamber and this then through the insulating layer be completed.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine erfin dungsgemäße Heizeinrichtung zeigt.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, which schematically invent one according heating device shows.

Bei der dargestellten erfindungsgemäßen Heizeinrichtung ist ein von einem Doppelmantel 1 umschlossener Abgasraum 2 vorgesehen, in dem ein Block 3 aus einem gut wärmeleitenden Material, wie zum Beispiel Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium oder dergleichen, angeordnet ist.In the heating device according to the invention shown, an exhaust gas chamber 2 is provided, which is enclosed by a double jacket 1 and in which a block 3 made of a material which is a good heat conductor, such as copper, copper alloys, aluminum or the like, is arranged.

An der Unterseite 12 des Blockes 3 ist ein Brenngas-Luftgemisch-Sammelraum 4 angeord net, in den eine Gemischleitung 5 mündet, die den Boden 6 des Doppelmantels 1 dicht durchsetzt.On the underside 12 of the block 3 , a fuel gas / air mixture collecting space 4 is arranged, into which a mixture line 5 opens, which tightly penetrates the bottom 6 of the double jacket 1 .

Weiters wird der Boden 6 des Doppelmantels 1, der eine Vertiefung 8 aufweist, von einem Kondensatabfluß 7, der von der Vertiefung 8 ausgeht, und einem Abgasrohr 9 durchsetzt.Furthermore, the bottom 6 of the double jacket 1 , which has a depression 8 , is penetrated by a condensate drain 7 , which starts from the depression 8 , and an exhaust pipe 9 .

Der Block 3 ist von an den oberen und unteren Stirnseiten 12, 13 desselben offenen Hohl räumen 10 durchsetzt, die vorzugsweise durch Bohrungen gebildet sind. Diese Hohlräume 10 sind mit katalytisch beschichteten Körnern 11 gefüllt. The block 3 is interspersed with spaces 10 at the upper and lower end faces 12 , 13 of the same, which are preferably formed by bores. These cavities 10 are filled with catalytically coated grains 11 .

An der Oberseite 13 des Blocks 3 ist eine poröse Schicht 14 angeordnet, die zum Beispiel aus Keramikschaum oder dergleichen hergestellt ist. Diese ist zwischen der Oberseite 13 des Blocks 3 und einem Strahlungsbrenner 15 angeordnet.A porous layer 14 is arranged on the upper side 13 of the block 3 and is made of ceramic foam or the like, for example. This is arranged between the top 13 of the block 3 and a radiant burner 15 .

Auf den Block 3 sind aus Kupfer hergestellte Wärmebrücken 16 aufgepreßt. Diese weisen im dem Block 3 zugekehrten Bereich eine Verbreiterung 17 auf. Weiterhin weisen die Wär mebrücken 16 noch Verbreiterungen 18 in den vom Block 3 abgekehrten Bereichen auf.Thermal bridges 16 made of copper are pressed onto the block 3 . These have a widening 17 in the area facing block 3 . Furthermore, the thermal bridges 16 still have widenings 18 in the areas facing away from block 3 .

Der Doppelmantel 1 ist mit einem Rücklaufanschluß 19 und einem Vorlaufanschluß 20 ver sehen, die an im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Stellen des Doppelmantels 1 angeordnet sind.The double jacket 1 is seen with a return port 19 and a flow port 20 ver, which are arranged at substantially diametrically opposite locations of the double jacket 1 .

Der Abgasraum 2 ist vom Doppelmantel 1 umschlossen und oben durch eine Isolierschicht 21 oder wassergekühlte Schicht abgedeckt.The exhaust gas chamber 2 is enclosed by the double jacket 1 and covered at the top by an insulating layer 21 or a water-cooled layer.

Beim Betrieb der Heizeinrichtung strömt ein Brenngas-Luftgemisch über die Gemischleitung 5 in den Brenngas-Luftgemisch-Sammelraum 4 ein und verteilt sich dort. Das Gemisch strömt über die Hohlräume 10, die mit katalytisch beschichteten Körner 11 gefüllt sind. In der Startphase strömt das Gemisch zum Strahlungsbrenner. Dort wird das Gemisch mit der Elektrode 23 elektrisch gezündet. Nach der Zündung wandert die Flamme an der Oberfläche des Strahlungsbrenners 15. Dadurch wird die Brenneroberfläche erhitzt. Die Wärme wird durch Wärmeleitung über eine poröse Schicht 14 zu den beschichteten Körnern 11 transportiert. Weist der Block eine für eine katalytische Umsetzung des Gemisches ausreichende Temperatur auf, so wird das Gemisch an den Körnern 11 katalytisch umgesetzt. Die dabei entstehenden Abgase strömen nach oben, durchsetzen die poröse Schicht 14 und treten über den Strahlungsbrenner 15 in den Abgasraum 2 ein. Anschließend strömen sie über das Abgasrohr 9 ab. When the heating device is operating, a fuel gas / air mixture flows through the mixture line 5 into the fuel gas / air mixture collecting space 4 and is distributed there. The mixture flows over the cavities 10 , which are filled with catalytically coated grains 11 . In the start-up phase, the mixture flows to the radiant burner. There the mixture is electrically ignited with the electrode 23 . After ignition, the flame travels on the surface of the radiant burner 15 . This heats the burner surface. The heat is transported to the coated grains 11 by heat conduction via a porous layer 14 . If the block has a temperature sufficient for a catalytic conversion of the mixture, the mixture on the grains 11 is converted catalytically. The resulting exhaust gases flow upward, pass through the porous layer 14 and enter the exhaust gas chamber 2 via the radiation burner 15 . Then they flow out through the exhaust pipe 9 .

Die bei der Umsetzung des Gemisch es entstehende Wärme wird einerseits über den Block 3, der vorzugsweise aus Kupfer hergestellt ist, in den Abgasraum 2 abgestrahlt und dadurch die Innenwand 22 des Doppelmantels 1 erwärmt, der die Wärme an das den Doppelmantel 1 durchströmende Wärmetauschmedium, zum Beispiel Wasser, abgibt.The heat generated during the reaction of the mixture is emitted on the one hand via the block 3 , which is preferably made of copper, into the exhaust gas space 2 and thereby heats the inner wall 22 of the double jacket 1 , which transfers the heat to the heat exchange medium flowing through the double jacket 1 Example water, gives off.

Weiter wird Wärme vom Block 3 durch Wärmeleitung über die Wärmebrücken 16, die bei Betriebstemperatur des Blockes 3 an der Innenwand 22 des Doppelmantels 1 anliegen, zur Innenwand 22 übertragen. Bei einer Brennwertnutzung kann ein zweiter Wärmetauscher eingebaut sein.Further, heat from the block 3 by thermal conduction via the thermal bridges 16 which abut at the operating temperature of the block 3 to the inner wall 22 of the double jacket 1 is transmitted to the inner wall 22nd A second heat exchanger can be installed if the condensing boiler is used.

Beim Start der Heizeinrichtung weist der Block 3 eine für die Umsetzung des Gemisches zu geringe Temperatur auf, so daß keine katalytische Umsetzung des Gemisches erfolgen kann. Das Gemisch tritt daher an den oberen Enden der Hohlräume 10 aus, durchsetzt die poröse Schicht 14 und wird dadurch gleichmäßig verteilt und tritt in den Strahlungsbrenner 15 ein und wird an dessen Oberseite mittels einer nur schematisch dargestellten Zündeinrichtung 23 gezündet und verbrannt. Die dabei entstehende Wärme wird von oben in den Block 3 eingeleitet und durch das Abgas an die Seitenwände abgegeben, so daß sich diese erwärmen. Mit steigender Temperatur des Blockes 3 beginnt dort die katalytische Umsetzung des Gemisches, so daß immer weniger brennbares Gemisch in den Strah lungsbrenner 15 eintritt. Bei vollständiger katalytischer Umsetzung des Gemisches steht dem Strahlungsbrenner 15 kein brennbares Gemisch mehr zur Verfügung, so daß dieser erlischt. Damit ist der stationäre Betriebszustand erreicht.At the start of the heating device, block 3 has a temperature which is too low for the reaction of the mixture, so that no catalytic conversion of the mixture can take place. The mixture therefore emerges at the upper ends of the cavities 10 , passes through the porous layer 14 and is thereby evenly distributed and enters the radiant burner 15 and is ignited and burned on the upper side thereof by means of an ignition device 23 which is only shown schematically. The heat generated is introduced into the block 3 from above and released by the exhaust gas to the side walls, so that they heat up. With increasing temperature of block 3 , the catalytic conversion of the mixture begins there, so that less and less combustible mixture occurs in the radiation burner 15 . When the mixture is completely catalytically converted, the radiant burner 15 no longer has a combustible mixture available, so that it goes out. The steady-state operating state is now reached.

Der beschriebene Brenner kann auch für eine katalytisch unterstützte Verbrennung ver wendet werden. In diesem Falle ist die Anzahl der Bohrungen geringer und der Durchmesser der Körner größer, so daß nur eine geringe katalytische Oberfläche zur Verfügung steht.The burner described can also be used for catalytically assisted combustion be applied. In this case, the number of bores is smaller and the diameter the grains are larger, so that only a small catalytic surface is available.

Die Hohlräume 10 können geschlossen oder offen ausgebildet sein. The cavities 10 can be closed or open.

Bei geschlossenen Hohlräumen 10 ergibt sich eine kürzere Anfahrzeit des Brenners.With closed cavities 10 , the burner has a shorter start-up time.

Bei offenen Hohlräumen 10 kann mehr Wärme von den mit den katalytisch beschichteten Körnern gefüllten Räumen 11 durch Konvektion ausgekoppelt werden. Dadurch kann die Überhitzung des Katalysators vermieden werden.With open cavities 10 , more heat can be extracted from the spaces 11 filled with the catalytically coated grains by convection. This prevents the catalyst from overheating.

Claims

1. Heating device with a catalytic burner and a radiant burner ( 15 ) which are arranged between a fuel gas-air mixture collecting space ( 4 ) connected to a mixture supply and an exhaust gas discharge line, the catalytic burner being made of a good heat-conducting material, for example copper or Copper alloy, manufactured block ( 3 ) is formed, which has the fuel gas-air mixture collecting space ( 4 ) with the radiant burner ( 15 ) connecting cavities ( 10 ) filled with catalytically coated grains ( 11 ) and in a double jacket through which a heat exchange medium can flow ( 1 ) exhaust gas space ( 2 ) delimited on several sides, characterized in that a layer ( 14 ) made of a porous material, for example ceramic foam, is arranged between the block ( 3 ) and the radiant burner ( 15 ).

2. Heating device according to claim 1, characterized in that the block ( 3 ) via thermal bridges ( 16 ) made of a good heat-conducting material, for example copper, copper alloy and the like, with the inner wall ( 22 ) of the double jacket ( 1 ) can be connected in a heat-conducting manner, wherein the thermal bridges ( 16 ) are dimensioned such that they are at a distance from the inner wall ( 22 ) in the cold state and only touch the inner wall ( 22 ) when a light-off temperature of the catalytic reaction is reached.

3. Heating device according to claim 2, characterized in that the bridges ( 16 ) are formed by pressed onto the block ( 3 ) rings which in the block ( 3 ) and the inner wall ( 22 ) of the double jacket ( 1 ) areas facing spreads ( 17 , 18 ).