DE10327697A1 - Burner for liquid fuels - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe, mit einem Brennergehäuse (20), in dem mindestens ein Zerstäuberventil (10) für flüssigen Brennstoff angeordnet ist, welches eine Brennstoffdüse (12) aufweist und welches eine Luftdüse (11) aufweisen kann, welche ausgangsseitig in eine an das Brennergehäuse (20) anschließende Flammkammer (30) weisen. DOLLAR A Wird als Zerstäuberventil (10) ein getaktetes Einspritzventil eingesetzt, wird erreicht, dass der Brenner auch bei kleiner Leistung betrieben werden kann. Gleichzeitig weisen diese Zerstäuberventile eine gleich bleibende Sprayqualität auf, was sich in einer niedrigen Schadstoffemission auswirkt und einen großen Modulationsbereich ermöglicht.The invention relates to a burner for liquid fuels, comprising a burner housing (20), in which at least one atomizer valve (10) for liquid fuel is arranged, which has a fuel nozzle (12) and which may have an air nozzle (11), which on the output side in have a flame chamber (30) adjoining the burner housing (20). DOLLAR A If a pulsed injection valve is used as the atomizer valve (10), it is achieved that the burner can also be operated at low power. At the same time, these atomizer valves have a consistent spray quality, which results in a low pollutant emission and allows a large modulation range.
Description
Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe, mit einem Brennergehäuse, in dem mindestens ein Zerstäuberventil für flüssigen Brennstoff angeordnet ist, welches eine Brennstoffdüse aufweist und welches eine Luftdüse aufweisen kann, welche ausgangsseitig in eine, an das Brennergehäuse anschließende Flammkammer weisen.The The invention relates to a burner for liquid fuels, with a Burner housing, in the at least one atomizer valve for liquid fuel is arranged, which has a fuel nozzle and which a air nozzle may have, which on the output side in a, subsequent to the burner housing flame chamber point.
Brenner dienen dazu, Wärme für die unterschiedlichsten Anwendungen bereitzustellen.burner serve to heat for the to provide a wide variety of applications.
Ortsfeste Brenner im Bereich der Heizungstechnik werden in der Regel mit Gas oder mit leichtem Heizöl betrieben. Dabei müssen bei diesen Kleinfeuerungsanlagen die gesetzlichen Umweltauflagen erfüllt werden. Bei Niedrigenergiehäusern werden oft nur noch kleine Brennerleistungen benötigt. Bei der Brauchwassererwärmung sind anderseits relativ große Brennerleistungen gefordert. Wünschenswert sind daher Brennersysteme, die zum einen sehr kleine Brennerleistungen ermöglichen und zugleich einen großen Modulationsbereich aufweisen.stationary Burners in the field of heating technology are usually gas or with light fuel oil operated. It must at these small combustion plants, the legal environmental requirements Fulfills become. Be at low energy homes often only small burner power needed. When the domestic water heating are on the other hand, relatively large Burner services required. Desirable are therefore burner systems, which on the one hand very small burner performance enable and at the same time a big one Have modulation range.
Die für flüssige Brennstoffe eingesetzten Zerstäubungskonzepte sehen so genannte Drall-Druck-Zerstäuber vor, die bei kleinen Brennerleistungen unterhalb 12 kW an ihre Grenzen stoßen, da die Sprayaufbereitung bei kleinen Leistungen nicht mehr mit ausreichender Qualität erfolgt, wodurch ein höherer Schadstoffausstoß resultiert.The for liquid fuels used atomization concepts provide so-called swirl-pressure atomizers, which at low burner performance below 12 kW reach their limits as the spray preparation no longer of sufficient quality for small services, which makes a higher Pollutant emissions result.
Weitere
Zerstäuber
für flüssige Brennstoffe sind
aus der
Weiterhin sind Verdampferkonzepte im Einsatz, bei denen der flüssige Brennstoff an heißen Oberflächen verdampft wird. Nachteilig ist dabei, dass beim Start und Stopp des Brenners undefinierte Betriebsbedingungen auftreten, die insbesondere für einen erhöhten Schadstoffausstoß verantwortlich sind.Farther Evaporator concepts are in use in which the liquid fuel evaporated on hot surfaces becomes. The disadvantage here is that when starting and stopping the burner Undefined operating conditions occur, in particular for a increased Pollutant emissions are responsible.
Für mobile Heizanwendungen, beispielsweise für Standheizungen zur Fahrzeugklimatisierung, für das Vorheizen von Abgaskatalysatoren auf Betriebstemperatur und/oder zur Motorerwärmung, um den Schadstoffausstoß beim Kaltstart zu reduzieren, werden insbesondere flüssige Brennstoffe, wie Benzin, Dieselkraftstoff, Ethanol oder Rapsmethylester eingesetzt, da die Speicherung von Gasen aufwendig und kostenintensiv ist. Weiterhin sind für den mobilen Einsatz platz- und gewichtssparende Brenner gefordert.For mobile Heating applications, for example for parking heaters for vehicle air conditioning, for preheating from catalytic converters to operating temperature and / or engine heating to the Pollutant emissions during In particular, liquid fuels, such as gasoline, Diesel fuel, ethanol or rapeseed methyl ester used as the Storage of gases is complicated and costly. Farther are for the mobile use space and weight-saving burner required.
In diesem Bereich kommen insbesondere die oben genannten Verdampferbrenner zum Einsatz, mit denen kleinere Brennerleistungen realisiert werden können, die aber einen – gegenüber ortsfesten Brennern – deutlich höheren Schadstoffausstoß aufweisen.In In this area, in particular, the above-mentioned evaporator burners used, with which smaller burner outputs can be realized can, but one - against stationary Burners - clearly higher Have pollutant emissions.
Zukünftig werden auch im mobilen Anwendungsbereich verstärkt schadstoffarme Brennersysteme gefordert.In the future will be Low-emission burner systems are also being increasingly used in mobile applications required.
Es ist Aufgabe der Erfindung, schadstoffarme Brennerkonzepte für kleine Brennerleistungen insbesondere im mobilen Anwendungsbereich bereit zustellen.It Object of the invention, low-emission burner concepts for small Provide burner services, especially in the mobile application area.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Zerstäuberventil aus einem getakteten Einspritzventil besteht. Dies hat den Vorteil, dass derartige Brenner auch bei kleiner Leistung betrieben werden können und dabei eine gleich bleibende Sprayqualität aufweisen, was sich in einer niedrigen Schadstoffemission auswirkt. Gleichzeitig wird ein großer Modulationsbereich ermöglicht.The Task is solved by that the atomizer valve consists of a timed injection valve. This has the advantage that such burners are operated even at low power can and have a consistent spray quality, resulting in a low pollutant emission. At the same time, a large modulation range allows.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Zerstäuberventil aus einem Benzineinspritzventil oder aus einem Dieseleinspritzventil besteht, wodurch ein hohes Druckpotenzial genutzt werden kann. Zudem können damit besonders kompakte und kostengünstige Brennersysteme realisiert werden, da diese Ventile in der Kraftfahrzeugtechnik etablierte Serienkomponenten darstellen. Bei derartigen Zerstäuberventilen ist eine Sprayaufbereitungsfunktion integriert. Zusätzlich weisen sie auch eine Dosierfunktion auf. Damit lässt sich dann auf einfache Weise eine Leistungssteuerung des Brenners verwirklichen.A preferred embodiment provides that the atomizer valve from a fuel injector or from a diesel injector exists, whereby a high pressure potential can be used. moreover can so that particularly compact and inexpensive burner systems can be realized, because these valves in automotive technology established series components represent. In such atomizer valves a spray conditioning function is integrated. Additional wise they also have a dosing function. This can then be reduced to simple Way realize a power control of the burner.
Das Zerstäuberventil kann dabei über eine Signalleitung mit einer Ventilsteuerung verbunden sein, welche die Taktung und/oder die Dosierfunktion des Zerstäuberventils bewirkt, wodurch die Brennerleistung über die Taktfrequenz und/oder die Pulslänge verändert werden kann.The atomizer can over it a signal line to be connected to a valve control, which the timing and / or dosing of the atomizer valve causes, whereby the burner power on the clock frequency and / or the pulse length changed can be.
Vorzugsweise ist die Ventilsteuerung integraler Bestandteil einer bereits vorhandenen Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors. Der Brenner kann dann mit geringem Teileaufwand in ein Fahrzeug integriert werden.Preferably the valve control is an integral part of an existing one Motor control of an internal combustion engine. The burner can then with be integrated into a vehicle.
Bei der thermischen Integration des Brenners in ein bestehendes Fahrzeug-Heizungssystems kann vorgewärmte Luft in den Brenner einströmen und zur thermodynamischen Optimierung beitragen, womit sich der Gesamtwirkungsgrad des Systems steigern lässt.In the thermal integration of the burner in an existing vehicle heating system Pre-heated air can flow into the burner and contribute to the thermodynamic optimization, which can increase the overall efficiency of the system.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Luftdüse des Zerstäuberventils konisch ausgebildet ist und/oder der Luftdüse ein Drallgitter zugeordnet ist, welches in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft vor der Luftdüse angeordnet ist. Dem Luftstrom wird dadurch neben dem axialen auch ein tangentialer Impuls aufgeprägt, was insbesondere in Verbindung mit der konisch ausgebildeten Luftdüse Vorteile bei der Mischung des Brennstoffs und der Verbrennungsluft hat.A preferred embodiment Provides that the air nozzle of the atomizer valve is conical and / or assigned to the air nozzle a swirl grid which is in the flow direction the combustion air is arranged in front of the air nozzle. The airflow is thereby impressed in addition to the axial and a tangential pulse, which especially in connection with the conical air nozzle advantages at mixing of fuel and combustion air.
Zusätzlich in der Flammkammer angebrachte Flammenhalter sorgen für eine kontrollierte und schadstoffarme Verbrennung.Additionally in the flame chamber mounted flame holder ensure a controlled and low-emission combustion.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Flammenhalter eine poröse Oberfläche auf und sind vorzugsweise aus Drahtgeflecht, Keramik-Lochplatten oder aus Keramik-Fasermatten aufgebaut, was besonders den NOx-Ausstoß minimiert.In a preferred embodiment, the flame holders have a porous surface and are preferably constructed of wire mesh, ceramic perforated plates or ceramic fiber mats, which minimizes the NO x emissions in particular.
Der Brenner kann sowohl als Diffusionsbrenner oder als Vormischbrenner betrieben werden, was im letzteren Fall durch die homogenere Mischung von Brennstoff und Verbrennungsluft eine besonders schadstoffarme Verbrennung ermöglicht. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Geometrie des Brennergehäuses und der Flammkammer des Brenners an die Betriebsart anpassbar ist, was den Teileaufwand reduzieren hilft und damit Kosten spart.Of the Burner can be used both as a diffusion burner or as a premix burner operated in the latter case by the more homogeneous mixture of Fuel and combustion air a particularly low-emission combustion allows. It may be advantageous if the geometry of the burner housing and the flame chamber of the burner is adaptable to the operating mode, what reduces the parts costs and thus saves costs.
Zeichnungdrawing
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to one shown in the figures embodiment explained in more detail. It demonstrate:
Ausführungsbeispieleembodiments
Entsprechend
der
Das
Zerstäuberventil
Der
Brenner
Heizsysteme,
die herkömmliche
Kraftstoff-Einspritzventile zur Brennstoffaufbereitung verwenden,
sind Bauart bedingt sehr kompakt und lassen sich durch ihre geringe
Größe mechanisch
und thermisch in bestehende Systeme integrieren. Dabei ist zu beachten,
dass das Heizungssystem gewissen Bauraumbeschränkungen unterliegt und eine
geometrische Anpassung der Flammkammer
Bei
der thermischen Integration kann vorgewärmte Luft aus dem bestehenden
Heizungssystem zur thermodynamischen Optimierung des Brenners
Das
Zerstäuberventil
In
einer weiteren Ausführungsform
kann das Zerstäuberventil
Zusammenfassend lassen sich auf Basis der beschriebenen Varianten schadstoffarme Brennerkonzepte mit kleinen Brennerleistungen realisieren, die insbesondere in mobilen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen. Zukünftige Anforderungen hinsichtlich der Schadstoffemission können damit bereits heute erfüllt werden.In summary can be based on the variants described low-emission To realize burner concepts with small burner outputs, in particular used in mobile application areas. Future requirements regarding the pollutant emission can already fulfilled today become.
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