Aus der DE 43 22 109 Al ist ein Brenner bekannt, der mit ei- nem Gas-/Luftgemisch als Brennstoff betreibbar ist. Bei die- sem Brenner kommt die sogenannte Porenbrennertechnik zur An- wendung, die sich von allen gängigen Verbrennungsverfahren dadurch unterscheidet, daß das Gas-/Luftgemisch in den Hohl- räumen eines porösen inerten Materials verbrannt wird.

Wegen der positiven Wärmetransporteigenschaften des porösen Materials zeichnet sich ein solcher Brenner durch einen ge- ringen Schadstoffausstoß und eine sehr hohe Dynamik der Lei- stung (bis zu 1 : 20) und der Luftzahl aus. Darüber hinaus kön- nen die Abgase durch einen in das poröse Material eingebette- ten Wärmetauscher sehr effektiv abgekühlt werden, so daß sehr hohe Wirkungsgrade und eine verbesserte Brennstoffausnutzung gewährleistet werden. Derartige Brenner/Wärmetauscher- Kombinationen erfordern etwa nur 1/10 der Baugröße bekannter Systeme.

Der bekannte Brenner kann allerdings nicht mit Flüssigbrenn- stoffen, wie 01 oder dgl., betrieben werden.

Die EP 0 524 736 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrich- tung zur Durchführung einer kontrollierten Reaktion in einer porösen Matrix. Dabei wird Gas oder Dampf von einem Raum in sich davon vertikal nach oben erstreckende rohrförmige poröse Mittel geleitet. Innerhalb der porösen Mittel erfolgt die Verbrennung. Die bei der Verbrennung entstehende Wärme fließt

vorwiegend stromabwärts ab und gelangt in einen weiteren Raum.-Dieses Verfahren ist nicht zur Verbrennung flüssiger Brennstoffe geeignet. Die Lage der Flammenfront im porösen Körper ist instabil. Zur Lagestabilisierung ist eine mit ei- ner Temperaturmeßeinrichtung gekoppelte Vorrichtung zur Rege- lung des Volumenstroms erforderlich. Die bei dem bekannten Verfahren entstehende Wärme wird auf das umgebende Medium durch Konvektion unvollständig übertragen. Eine den Wirkungs- grad erhöhende Vorwärmung des Verbrennungsgemischs findet nicht statt. Nach dem Abschalten im Raum verbleibende Gas bzw. Dampfreste können nachteiligerweise zu einer Selbstent- zündung beitragen.

In der US 4 133 632 ist ein Ölbrenner vom Verdampfungstyp of- fenbart. Bei diesem Ölbrenner ist am Boden eines Verdampfer- gehäuses eine poröse Platte vorgesehen, auf deren einen Seite Öl durch Kapillarkräfte angesaugt und auf der anderen Seite in das Verdampfergehäuse verdampft wird. Das verdampfte 01 wird mit Luft gemischt und das Gemisch schließlich einem Brennraum zugeführt, wo es mit offener Flamme verbrannt wird.

Der bekannte Verdampfer ist in mehrfacher Hinsicht nachtei- lig. Wegen der erst nach der Verdampfung des Öls erfolgenden Mischung mit Luft wird eine große Strecke zur Bildung eines homogenen Luft-/Ölgemisch benötigt. Wegen der auf Kapillar- kräften beruhenden Ansaugung des Öls in die poröse Platte muß diese sehr feinporig ausgebildet sein. Das führt aber dazu, daß sie durch im 01 enthaltene Verunreinigungen zusetzt und daher regelmäßig gereinigt werden muß. Um eine genügende Men- ge an Öldampf zur Verfügung zu stellen, muß die poröse Platte eine relativ große, vollflächig mit einem Olvorrat in Kontakt stehende Fläche aufweisen. Dieses Erfordernis wirkt einer kompakten Bauweise des bekannten Ölbrenners entgegen. Außer-

dem ist die Inbetriebnahme eines mit diesem Verdampfer kombi- lierten Brenners nicht sofort möglich, da die Bildung des Oldampfs eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt. Nach dem Ab- schalten des Brenners verbleibt ein Öldampf/Luftgemisch im Verdampfer, was zu einer unerwünschten Verbrennung führen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen. Insbesondere soll ein ein- faches Verfahren zur möglichst schadstoffarmen und effizien- ten Verbrennung von Flüssigbrennstoffen, insbesondere Öl, an- gegeben werden. Ferner soll eine Vorrichtung zur Verbrennung von Flüssigbrennstoffen bereitgestellt werden, die möglichst einfach und kompakt aufgebaut sowie kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 24 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 23 sowie 25 bis 46.

Nach dem verfahrensseitigen Aspekt der Erfindung ist vorgese- hen, daß der Flüssigbrennstoff mittels einer Verteilungsein- richtung verteilt und in einen stromabwärts angeordneten Re- aktor mit einem einen kommunizierenden Porenraum aufweisenden porösen Mittel überführt wird, dessen Peclet-Zahl eine Flam- mentwicklung innerhalb des porösen Mittels erlaubt.-Das er- findungsgemäße Verfahren ermöglicht eine besonders effiziente und schadstoffarme Verbrennung des eingesetzten Flüssigbrenn- stoffs.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Peclet-Zahl des po- rösen Mittels größer als 65 zu wählen. Die Peclet-Zahl läßt sich durch die folgende Gleichung errechnen :

Pe = (SLdmcpp)/k, wobei SL die laminare Flammengeschwindigkeit, dm der aquiva- lente Durchmesser für den mittleren Hohlraum des porösen Ma- terials, c ? die spezifische Wärme des Gasgemischs, p die Dichte des Gasgemischs und k die Wärmeleitzahl des Gasge- mischs ist. Die Gleichung zeigt, daß die Bedingungen für die Flammentwicklung im wesentlichen vom äquivalenten Durchmesser dm für den mittleren Hohlraum bzw. dem mittleren Porendurch- messer des porösen Materials abhängig ist. Die prozeßabhängi- gen Parameter, wie SL, CF, p und , sind dabei für ein vorgege- benes Oxidationsmittel/Flüssigbrennstoffgemisch unter den am Eintritt, d. h. im Bereich der Gemisch-Einlaßseite, des porö- sen Mittels herrschenden Bedingungen festzulegen. Sie sind insbesondere durch die Art des Flüssigbrennstoffs und des Oxidationsmittels sowie deren Mischungsverhältnis definiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den bemerkenswerten Vor- teil, daß die Wärmeleitzahl k und die Temperatur des Oxidati- onsmittel/Flüssigbrennstoffgemischs beim Eintritt in das po- röse Mittel nicht unbedingt so gewählt werden müssen, daß sie unterhalb der Explosionsgrenze liegen.

In weiterer verfahrensmäßiger Ausgestaltung wird der Vertei- lungseinrichtung und/oder dem porösen Mittel ein gasförmiges Oxidationsmittel, insbesondere Luft, zur Bildung eines aus dem Flüssigbrennstoff und dem Oxidationsmittel bestehenden Gemischs zugeführt. Dabei kann die Verteilungseinrichtung ei- ne Einrichtung zur Zerstäubung des Flüssigbrennstoffs aufwei- sen. Die Einrichtung zur Zerstäubung kann beispielsweise von einem Strom gasförmigen Oxidationsmittels umspült werden.

Vorteilhafterweise weist die Einrichtung zur Zerstäubung eine

Düse auf, der unter Druck stehender Flüssigbrennstoff zuge- führt wird. Die Einrichtung zur Zerstäubung kann auch eine 2- Stoffdüse aufweisen, der Flüssigbrennstoff und unter Druck stehendes Oxidationsmittel zugeführt werden.-Dadurch wird ein aus Oxidationsmittel und Flüssigbrennstoff bestehendes erstes Gemisch gebildet, das noch mit weiterem Oxidationsmit- tel angereichert werden kann.

Die Einrichtung zur Zerstäubung ist zweckmäßigerweise in der Nähe des porösen Mittels angeordnet. Sie kann in bezug zum porösen Mittel hin-und herfahrbar sein. Bei zylinderförmiger Ausbildung des porösen Mittels ist die Einrichtung zur Zer- stäubung vorteilhafterweise in der Zylinderachse angeordnet.

Nach einer weiteren Ausgestaltungsform kann das poröse Mittel an einer Gemisch-Einlaßseite mit einem einen kommunizierenden Porenraum aufweisenden porösen Element versehen sein. Das po- röse Element ist vorzugsweise durch eine eine Flammentwick- lung nicht ermöglichende Peclet-Zahl, die üblicherweise klei- ner als 65 ist, definiert.

Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal kann eine Einrich- tung zur Verdampfung des Gemischs vorgesehen sein, die zweck- mäßigerweise einen einen kommunizierenden Porenraum aufwei- senden porösen Körper enthält. Der mittlere Porendurchmesser des porösen Körpers kann größer als der des porösen Elements sein. Das erleichtert die Verteilung, Mischung und Verdamp- fung des Flüssigbrennstoffs. Die Einrichtung zur Verdampfung ist üblicherweise stromaufwärts des porösen Mittels und stromabwärts der Verteilungseinrichtung angeordnet.

In weiterer Ausgestaltung ist das poröse Mittel mit dem porö- sen Element in Kontakt. Das poröse Element kann, zweckmäßi-

gerweise an der stromaufwärts liegenden Seite, mit dem porö- sen Körper in Kontakt sein. Das poröse Element bildet an der Gemisch-Einlaßseite des porösen Mittels eine Flammsperre, die ein Durchbrennen des Gemischs entgegen der Richtung des Mas- sestroms, insbesondere in den als Einrichtung zur Verdampfung wirkenden porösen Körper, verhindert. Durch den direkten Kon- takt des porösen Körpers zum porösen Element sowie des porö- sen Elements zum porösen Mittel wird die im porösen Mittel durch die Verbrennung gebildete Wärme nicht nur in Form von Wärmestrahlung, sondern auch durch Wärmeleitung auf das porö- se Element und den porösen Körper übertragen. Das stellt eine vollständige Vergasung des Gemischs vor dem Eintritt in das poröse Mittel sicher.

Zweckmäßigerweise weist die Verteilungseinrichtung ein Mittel zur Erzeugung von Flüssigkeitsstrahlen auf, wobei dieses und/oder die Einrichtung zur Zerstäubung in eine im porösen Element oder im porösen Körper vorgesehene Ausnehmung ragen kann/können. Das ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise.

Um eine besonders effiziente Verfahrensführung zu ermögli- chen, kann das Oxidationsmittel und/oder der Flüssigbrenn- stoff und/oder die Einrichtung zur Verdampfung mittels einer Heizeinrichtung erwärmt werden. Die für die Heizeinrichtung benötigte Wärme wird dabei vorzugsweise von den heißen Ver- brennungsgasen übertragen. Eine Erwärmung des Oxidationsmit- tels kann aber auch durch eine Beimischung heißer Verbren- nungsgase erreicht werden.

Das Gemisch kann durch eine im porösen Mittel oder in der Einrichtung zur Verdampfung oder in der Nähe der Verteilungs- einrichtung vorgesehene Zündvorrichtung gezündet werden.- Bei einer in der Nähe der Verteilungseinrichtung vorgesehenen

Zündvorrichtung kann es zweckmäßig sein, zunächst das aus der Verteilungseinrichtung austretende Gemisch zu zünden und frei zu verbrennen, um das poröse Mittel aufzuheizen. Sodann wird die Flüssigbrennstoffzufuhr und damit die freie Verbrennung unterbunden. Bei erneuter Zufuhr von Flüssigbrennstoff zündet das sich bildende Gemisch selbständig im vorgeheizten porösen Mittel ; es findet nun keine freie Verbrennung mehr statt.

Der Reaktor weist in weiterer Ausgestaltung ein das poröse Mittel aufnehmendes Gehäuse auf, wobei das Gehäuse das poröse Element und die Einrichtung zur Verdampfung umgeben kann. Das poröse Mittel ist zweckmäßigerweise von einem Wärmetauscher umgeben.

Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal ist das poröse Mit- tel unterhalb der Verteilungseinrichtung angeordnet, so daß eine bei der Verbrennung entstehende dem Massestrom entgegen- gerichtete Gegenströmung gebildet wird. Das ermöglicht eine Vorwärmung des durch den Massestrom zugeführten Gemischs. Au- ßerdem bremst die Gegenströmung den Massestrom. Dadurch wird die Lage der Flammenfront stabil gehalten.

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verbrennung von Flüssigbrennstoff, insbesondere 01, vorgese- hen, wobei der Flüssigbrennstoff mittels einer Verteilungs- einrichtung verteilbar und in einen stromabwärts angeordneten Reaktor mit einem einen kommunizierenden Porenraum aufweisen- den porösen Mittel überführbar ist, dessen Peclet-Zahl eine Flammentwicklung innerhalb des porösen Mittels erlaubt.-Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann einfach und kostengünstig in kompakter Form hergestellt werden. Sie ermöglicht eine schadstoffarme Verbrennung von Flüssigbrennstoff. Die erfin- dungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Dynamik und Modulationsfähigkeit des Leistungsbereichs,

eine hohe Luftdynamik und eine hohe spezifische Leistungs- dichte aus.

Geeignete Materialien zur Herstellung des porösen Mittels so- wie des porösen Elements sind Metall, Metalloxide, Keramik sowie keramikbeschichtetes Metall. Auch Schüttungen bzw. Ag- gregate von Einzelelementen, wie Kugeln oder dgl., können An- wendung finden. Allgemeine Kriterien für die Materialauswahl sind Formbeständigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit, che- mische und thermische Stabilität sowie die Wärmetransportei- negenschaften, z. B. die Wärmeleitfähigkeit oder der Wär- mestrahlungskoeffizient.

Nachfolgend werden anhand der Zeichnung vorteilhafte Ausge- staltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Vor- richtung erläutert. Hierin zeigen : Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des erfindungsge- mäßen Verfahrens, Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrich- tung, Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrich- tung, Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrich- tung, Fig. 5a einen Querschnitt durch eine Flüssigbrennstoffdüse,

Fig. 5b einen Querschnitt durch eine 2-Stoffdüse, Fig. 6a einen schematischen Querschnitt durch einen Vertei- ler, und Fig. 6b eine Draufsicht auf den Verteiler nach Fig. 6a.

Fig. 1 zeigt in einer Prinzipskizze eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gegebenenfalls aufgewärmter Flüssigbrennstoff wird unter Mitwirkung eines porösen Körpers verteilt, so daß sich die Oberfläche des Flüssigbrennstoffs vergrößert. Dem porösen Körper wird gleichzeitig Luft zuge- führt, was eine innige Vermischung mit dem verteilten Flüs- sigbrennstoff bewirkt. Das aus Luft und Flüssigbrennstoff be- stehende Gemisch wird gemäß dem Massestrom durch den porösen Körper in Richtung des porösen Mittels bewegt, an dessen Ge- misch-Einlaßseite sich ein als Flammsperre wirkendes poröses Element befindet.-Durch die im porösen Mittel stattfindende Verbrennung wird Wärme auf das vorzugsweise damit im direkten Kontakt stehende poröse Element und von da auf den porösen Körper übertragen. Demzufolge heizt sich das durch den porö- sen Körper sowie das poröse Element bewegende Gemisch zuneh- mend auf und verdampft bzw. wird in die Gasphase überführt.

Dabei wird im porösen Körper das Gemisch vollständig homoge- nisiert. Zur Unterstützung der Verdampfung kann insbesondere der poröse Körper zusätzlich beheizt werden. Schließlich ge- langt das verdampfte Gemisch in das poröse Mittel und wird dort verbrannt.

Zur Durchfthrung des erfindungsgemäßen Verfahrens haben sich mehrere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung als besonders vorteilhaft erwiesen : In der Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Dabei besteht eine allge-

mein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Verteilungseinrich- tung im wesentlichen aus einem Verteiler 2. Der Verteiler 2 ragt in eine an einem porösen Körper 3 vorgesehene Ausnehmung 4. Der poröse Körper 3 ist in direktem Kontakt mit einem po- rösen Element 5, dessen Peclet-Zahl kleiner als 65 ist. Das poröse Element 5 wiederum ist in direktem Kontakt mit einem porösen Mittel 6. Das den Brenner bildende poröse Mittel 6 ist mit einer Zündvorrichtung 7 versehen.

Der poröse Körper 3 weist hier mehrere Zonen bzw. Schichten 8, 9 und 10 auf, deren Porosität und mittlerer Porendurchmes- ser unterschiedlich sind.

Nach einer zweiten aus Fig. 3 ersichtlichen Ausführungsform besteht die Verteilungseinrichtung 1 aus einer Flüssigbrenn- stoffdüse 11, die stromaufwärts und oberhalb des porösen Kör- pers 3 angeordnet ist. Stromabwarts des porösen Mittels 6 ist ein Wärmetauscher 12 angeordnet, welcher in ein grobporiges Element 13 eingebettet ist. Der poröse Körper 3, das poröse Element 5, das poröse Mittel 6 und das grobporige Element 13 sind in einem hier als Rohr ausgebildeten Gehäuse 14 aufge- nommen.

Fig. 4 zeigt eine dritte besonders einfach aufgebaute Ausfüh- rungsform. Dabei erstreckt sich das poröse Mittel 6 über ei- nen wesentlichen Abschnitt des Gehäuses 14. Eine Gemisch- Einlaßseite 15 des porösen Mittels 6 wird hier direkt mit aus der Flüssigbrennstoffdüse 11 austretendem Flüssigbrennstoff beaufschlagt.

Die Funktion der in den Fig. 2 und 3 beschriebenen Vorrich- tungen ist folgende : Das/der aus der Verteilungseinrichtung 1 austretende Luft/Flüssigbrennstoff-Gemisch bzw. Flüssigbrennstoff gelangt

in den porösen Körper 3 und wird dort radial über dessen ge- samten Querschnitt verteilt. Gleichzeitig wird das Gemisch bzw. der Flüssigbrennstoff mit in den porösen Körper 3 ein- tretender Luft L gemischt und homogenisiert. Im weiteren Ver- lauf des Transports erfolgt eine weitere Homogenisierung und Feinverteilung des Gemischs. Schließlich wird das Gemisch un- ter Einwirkung der vom porösen Mittel 6 übertragenen Wärme verdampft. Der Dampf bzw. das vergaste Gemisch passiert das als Flammsperre wirkende poröse Element 5 und gelangt schließlich in das poröse Mittel 6, wo es verbrannt wird. Die Verbrennungsgase werden an der Auslaßseite 16 des porösen Mittels 6 abgeführt und über den Wärmetauscher 12 geleitet.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung findet die Mischung, Homogenisierung und Verdampfung des Gemischs in der Nähe der Einlaßseite 15 des porösen Körpers statt.

Bei den in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Vorrichtungen ist der Massestrom jeweils vertikal abwärts gerichtet. Im porösen Mittel entsteht durch die Verbrennung eine Gegenströmung, die vertikal aufwärts gerichtet ist. Die Gegenströmung bremst den Massestrom. Dadurch wird die Lage der Flammenfront im porösen Mittel stabil gehalten.

Die Fig. 5a und b zeigen Querschnitte durch eine Flüssig- brennstoffdüse 11 sowie durch eine 2-StoffdUse 17. Die 2- Stoffdüse 17 besteht aus einer Flüssigbrennstoffdüse 11, wel- che von einer Luftdüse 18 umgeben ist. Die Luftdüse 18 ist mit Durchbrüchen 19 zum Ansaugen von Luft versehen. Das Luft/Flüssigbrennstoff-Gemisch tritt durch eine in der Luft- düse 18 vorgesehene Offnung 20 aus.

Fig. 6a zeigt einen Querschnitt durch einen Verteiler 2. Die- ser besteht im wesentlichen aus einem Zylinder 21, dessen In- nenraum über radial angeordnete Düsen 22 mit der Umgebung in Verbindung steht. Die Anordnung der Düsen 22 geht besonders deutlich aus Fig. 6b hervor.

Bezugszeichenliste 1 Verteilungseinrichtung 2 Verteiler 3 poröser Körper 4 Ausnehmung 5 poröses Element 6 poröses Mittel 7 Zündvorrichtung 8, 9, 10 Zonen 11 Flüssigbrennstoffdüse 12 Wärmetauscher 13 grobporiges Element 14 Gehause 15 Gemisch-Einlaßseite 16 Auslaßseite 17 2-Stoffdüse<BR> 18 LuStdüse 19 Durchbruch 20 Offnung 21 Zylinder 22 Düse A Richtung des Massestroms F Flüssigbrennstoff L Luft