DE19960093A1

DE19960093A1 - Gasbrenner und Verfahren zum flammenlosen Verbrennen eines Gas-Luft-Gemisches

Info

Publication number: DE19960093A1
Application number: DE1999160093
Authority: DE
Inventors: Marcus Bienzle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-07-05

Abstract

Es wird ein Gasbrenner mit einer Reaktionszone vorgeschlagen, wobei der Reaktionszone eine erste Verbrennungskomponente und eine zweite Verbrennungskomponente zugeführt wird. Der Gasbrenner weist einen Porenkörper (14) auf, dem eine Zone (10) mit eng bemessenen Durchgangsöffnungen als Rückschlagsicherung vorgeschaltet ist. Zwischen einer Ausströmfläche (16) der Zone (10) und einer Anströmfläche (18) des Porenkörpers (14) ist ein festkörperfreier Raum (20) ausgebildet, in dem sich die Reaktionszone ausbildet. Das Verfahren bezieht sich darauf, daß in die Reaktionszone über die Rückschlagsicherung die erste, nicht oder nur schwer entzündbare Verbrennungskomponente zugeleitet wird und daß unmittelbar in die Reaktionszone die zweite Verbrennungskomponente als Brenngas-Luft-Gemisch eingedüst wird.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Gasbrenner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie von einem Verfahren zum flammenlosen Verbrennen eines Gas-Luft-Gemisches nach dem Oberbegriff des weiteren unabhängigen Anspruchs.

Stand der Technik

Bei einem bekannten Gasbrenner der gattungsmäßigen Art (DE 43 22 109 A1) ist ein von einem Gas-Luft-Gemisch und dem Abgas axial durchströmtes Brennergehäuse mit porösem Material gefüllt, dessen Porösität sich in Flußrichtung des Gas-Luft-Gemisches zonenweise ändert. Im Eingangsbereich des Brennergehäuses sind die Poren so eng bemessen, daß das Gemisch nicht reagieren und die gewünschte Rückschlagsicherung gewährleistet ist. An der Grenzschicht zu einer anderen Zone mit entsprechend größer bemessenen Poren sitzt dann der Verbrennungsvorgang ein, wobei die Grenzschicht thermisch hoch belastet wird.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Gasbrenner mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches weist ein vorteilhaftes Verhältnis des Bauvolumens zum Volumen der Reaktionszone bzw. zur Größe der Reaktionsfläche am Porenkörper auf, wobei die Reaktionsfläche nicht mehr allein abhängig vom Durchmesser des Brenners ist. Der erfindungsgemäße Brenner ermöglicht eine Absenkung der Temperatur, wodurch eine geringere Materialbelastung entsteht. Die Nachverbrennung im Porenkörper gewährleistet eine Reduzierung des CO-Gehaltes im Abgas. Ferner wird eine genauere Ausdehnung der Reaktionszone im festkörperfreien Raum erzielt, wodurch sich diese besser stabilisieren läßt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich der Modulationsbereich der Verbrennung erweitern und durch das Auseinanderziehen der Reaktionszone die Verbrennungstemperatur absenken, wodurch die Materialbelastung und NO_x-Bildung verringert wird. Die getrennte Zuführung von zwei Verbrennungskomponenten ermöglicht bzw. erleichtert eine einfache Abgaszurückführung. Durch gezielte Luftsteuerung bzw. Luftzahlbeeinflussung kann außerdem die Lage und Ausdehnung der Reaktionszone im Reaktionsraum beeinflußt werden. Im Porenkörper kann das Gas-Luft-Gemisch flammenlos ausreagieren, wodurch auch der CO-Gehalt des Abgases in zulässigen Grenzen gehalten wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brenners und des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.

Die Breite der zwischen dem Verteilerrohr und dem Porenkörper liegenden Reaktionszone stellt ein Abstimmungsmerkmal auf verschiedene Porositäten des umgebenen Porenkörpers dar. Der die Reaktionszone nach außen umschließende Porenkörper verhindert ein Abdriften der Verbrennungszone und dadurch eine Einschränkung des Modulationsbereiches. Die Verwendung zweier unterschiedlicher Verbrennungskomponenten ermöglicht die Reduzierung des NOx-Gehaltes im Abgas. Außerdem ist dadurch eine einfache Abgasrückführung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Gas-Brenners.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der Gasbrenner hat als Kernstück ein Verteilerrohr 10, das aus Metall besteht und mit über seine Länge und seinen Umfang verteilten radialen Öffnungen 12 versehen ist. Bei einer alternativen Ausführung kann das Verteilerrohr 10 auch als ein feinporiger Keramikkörper ausgebildet sein. Das Verteilerrohr 10 ragt zentral in einen Porenkörper 14 hinein, der topfförmig ausgebildet ist und dessen Poren so bemessen sind, daß ein Brennstoff-Luftgemisch darin reagieren kann. Zwischen der Mantelwand 16 des Verteilerrohrs 10 und der Innenwand 18 des Porenkörpers 14 ist ein festkörperfreier Ringraum 20 gebildet, dessen radiale Breite b auf die Porösität des Porenkörpers 14 abgestimmt ist.

Durch das Verteilerrohr 10 wird eine erste Verbrennungskomponente, vorzugsweise Luft mit oder ohne einen Abgasanteil, in den Ringraum 20 gefördert. Am stirnseitigen Eingang des Ringraumes 20 sind um das Verteilerrohr 10 herum und parallel zu diesem mehrere Düsen 22 angeordnet durch die hindurch eine zweite Verbrennungskomponente, vorzugsweise ein unterstöschiometrisch vorgemischtes Brennstoff-Luftgemisch in den Ringraum 20 axial eingedüst wird. Im Ringraum 20 entsteht so ein reaktionsfähiges Gemisch, daß durch eine Vorrichtung 24 entzündet werden kann.

Die nach der Zündung entstehende Reaktionszone im Ringraum 20 wird vom Porenkörper 14 großflächig umschlossen und durch gezielte Luftsteuerung beziehungsweise Luftzahlbeeinflussung kann die Lage und Ausdehnung der Reaktionszone im Ringraum 20 beeinflußt werden. Die Öffnungen 12 im Verteilerrohr 10 sind so bemessen, daß die Reaktion im Ringraum 20 nicht in das Verteilerrohr 10 zurückschlagen kann. Durch die großflächige Berührung der Reaktionszone mit dem Verteilerrohr 10 wird die darin zugeführte Verbrennungskomponente gut vorgewärmt, was sich ebenfalls positiv auf eine möglichst schadstoffarme, stabile Verbrennung auswirkt.

Die Anordnung kann so getroffen sein, daß sich im Ringraum 20 im Bereich Y eine Hauptreaktionszone ergibt und im Porenkörper 14 das Gemisch flammenlos ausreagiert.

Claims

1. Gasbrenner mit einer Reaktionszone für ein Verbrennungsgemisch sowie mit einem Porenkörper, dem eine Zone mit eng bemessenen Durchgangsöffnungen als Rückschlagsicherung vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Ausströmfläche (16) der Zone und einer Anströmfläche (18) des Porenkörpers (14) ein festkörperfreier Raum (20) angeordnet ist, in dem sich die Reaktionszone ausbildet.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Verbrennungskomponente und eine zweite Verbrennungskomponente vorgesehen sind, wobei die erste Verbrennungskomponente über die Rückschlagsicherung in den festkörperfreien Raum (20) und die zweite Verbrennungskomponente unmittelbar in den festkörperfreien Raum (20) einleitbar ist.

3. Gasbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbrennungskomponente nicht oder nur schwer entzündbar ist und daß die zweite Verbrennungskomponente vorzugsweise ein vorgemischtes, unterstöchiometrisches Gas-Luft-Gemisch ist.

4. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeschaltete Zone als eine zuführendes Verteilerrohr (10) ausgebildet ist, das sich zentral in den Porenkörper (14) hinein erstreckt und mit über seine Mantelfläche verteilten, in den zwischen Verteilerrohr (10) und Porenkörper (14) gebildeten Ringraum (20) einmündenden radialen Öffnungen (12) versehen ist.

5. Gasbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Düsen (22) zum axial Einbringen der zweiten Verbrennungskomponente in den Raum (20) vorgesehen sind.

6. Gasbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (22) gleichmäßig um das Verteilerrohr (10) herum verteilt am Eingang des Raumes (20) angeordnet sind.

7. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem festkörperfrein Raum (20) ein Ringraum als Hauptreaktionszone ausbildet und daß im angrenzenden Porenkörper (14) sich eine flammenlose Verbrennung des Verbrennungsgemisches einstellt.

8. Verfahren zum flammenlosen Verbrennen eines Gas-Luft- Gemisches in einer Reaktionszone eines Brenners mit einem Porenkörper, dem eine Zone mit eng bemessenen Durchgangsöffnungen als Rückschlagsicherung vorgeschaltet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) über die vorgeschaltete Zone und die Rückschlagsicherung wird eine nicht oder nur schwer entzündbare erste Verbrennungskomponente der Reaktionszone zugeführt,
b) unmittelbar in die Reaktionszone (20) wird eine zweite Verbrennungskomponente in Form eines Gases oder eines Vorgemischten Brenngas-Luft-Gemisches eingedüst.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Verbrennungskomponente Luft, Abgas oder ein Gemisch aus beiden und als zweite Verbrennungskomponente ein unterstöchiometrisches Brenngas-Luft-Gemisch eingesetzt wird.