Kompakter Verbrennungsreaktor mit Porenstruktur

07.11.1996 - (idw) Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Stroemungsmechanik

Bayerische Forschungsstiftung foerdert Projekt an der Friedrich-Alexander-Univerfsität Erlangen-Nürnberg

Kompakter Verbrennungsreaktor mit Porenstruktur

Die heute in Haushaltsheizungen und technischen Anlagen verwendeten Brenner basieren alle auf derselben Technik, naemlich der Verbrennung durch freie Flammen. Solche Flammen zeichnen sich durch sehr duenne Reaktionszonen aus: fuer Gasflammen werden typische Dichten von 1 mm erreicht. Um kleine Brennraeume zu erhalten, wird Turbulenz eingesetzt, damit Flammenfaltungen entstehen, wodurch in den bereitstehenden Brennraeumen eine moeglichst grosse freie Flammenflaeche erreicht wird. Am Lehrstuhl fuer Stroemungsmechanik der FAU (Prof. Dr. Dr. h.c. Franz Durst) wurde nun eine neue Brennertechnik entwickelt, die sich nicht der freien Flamme bedient, sondern als Verbrennungsreaktor arbeitet.

Der gesamte Brennrahmen ist mit einem Porenkoerper hoher Porositaet ausgefuellt, der zur Abfuhr von Waerme bei hohen Temperaturen aus dem gesamten Reaktionsgebiet dient und diese Abfuhr bei hohen Temperaturen erreicht. Die Porenstruktur bewirkt zudem einen Waermetransport in Stroemungsrichtung und fuehrt so zu einer Stabilisierung des vordersten Teils der Flammenfront in einem praezise definierten Gebiet. Dort zuendet das ankommende Gasgemisch. Stromab liegt die Reaktionszone, d.h. der gesamte Porenkoerper ist Reaktionsgebiet.

Mit der neuen Brennertechnik lassen sich Brennerkonfigurationen erreichen, deren Vorteile wie folgt zusammengefasst werden koennen:

Die Dicke der Flammenfront wird von etwa 1 mm auf mehrere Zentimeter erweitert. Damit wird es moeglich, kleine Brenner zu bauen. Bezieht man den Waermetauscher in das poroese Medium mit ein, so lassen sich Reduktionen der Baugroesse von Brenner-Waermetauschereinheiten von etwa 1:10 bis 1:50 erreichen.

Leistungsmodulation kann fuer Gasbrenner mit 1:20 angegeben werden, d.h. maximale Leistung; minimale Leistung ist mit dem Porenbrenner auf 20 :1 einstellbar, waehrend sie bei herkoemmlichen freien Flammen etwa 2:1 liegt.

Die Abfuehrung der Waerme aus dem Reaktionsgebiet, die aufgrund der Strahlung des Porenkoerpers erfolgt, erlaubt eine Verbrennung mit geringen Emissionswerten. Dabei ist wichtig, dass die niedrigen Emmissionen ueber die gesamte Energiemodulationsbreite des Brenners aufrecht erhalten werden.

In einem Antrag an die Bayerische Forschungsstiftung wurde um eine Foerderung des Porenbrenners in den Gebieten Automobilzusatzheizung, Haushaltsheizung, Gewaechshausheizung, Absorptionswaermepumpen etc. nachgesucht. Fuer drei der insgesamt sechs Teilprojekte wurde dem Antrag entsprochen. Es wird erhofft, dass die anderen Projekte gleichfalls finanziell unterstuetzt werden, wenn Fortschritte bei den derzeit gefoerderten Anwendungsgebieten erzielt werden.

Kontakt: Prof. Dr. Dr. h.c. Franz Durst, Lehrstuhl fuer Stroemungsmechanik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Cauerstrasse 4, 91058 Erlangen, Tel.: 09131/85 -9501, -9502, Fax: 09131/85 -9503