DE4216523C2 - Brenner für ein mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät, insbesondere Fahrzeugzusatzheizgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für ein mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus DE 40 02 570 A1 ist ein derartiger Brenner für ein Heizgerät bekannt, das insbesondere als Fahrzeugzusatzheizgerät bestimmt ist. Dieser als Dralldüsenbrenner ausgebildete Brenner ist in der Rückwand einer Brennkammer angeordnet und wird mit von einem Ringkanalgebläse gelieferter Zerstäubungsluft mit Niederdruck betrieben, der größer als etwa 15 mbar ist. Hier besteht die Gefahr einer unruhigen Verbrennung, da durch die äußere Rückströmung der Brennkammer die Rückwand stark aufgeheizt wird und sich hierdurch Schwierigkeiten aufgrund von Dampfblasenbildung im Brennstoff ergeben. Außer­ dem ist die Regelfähigkeit relativ gering.

Aus DE 32 33 321 C2 ist ein Verdampfungsbrenner für ein Fahrzeugzusatzheizgerät bekannt, welcher einen mit flüssigem Brennstoff beaufschlagbaren saugfähigen Körper in Ausbildung als Vlies aufweist, der eine Brennstoffverdampfung bewirkt.

Weiterhin ist aus DE 28 36 534 C2 ein Brenner bekannt, dem auslaßseitig ein schnell aufheizbarer Verdampfereinsatz zugeordnet ist, dessen Porosität und Kapillarität bewirkt, daß der von einer Düse aufgesprühte Brennstoff zerfließt und kein Abprallen von dampfumhüllten Brennstoffkügelchen in den Brennraum erfolgt.

Die Erfindung zielt darauf ab, einen Brenner für ein mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeugzusatzheizgerät, der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, welcher bei niedrigem Luftdruck mit einem großen Regelbereich betreibbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Brenner stellt eine Kombination aus einem Brenner mit einer Dralldüse und einem Verdampfungsbrenner dar, da auf der Rück­ wand der Brennkammer ein saugfähiger und vom Brennstoff be­ aufschlagbarer Körper vorgesehen ist. Der Brenner ist derart ausgelegt, daß die Dralldüse hierbei lediglich die Funktion übernimmt, den Brennstoff zu verteilen, der auf den saugfähigen Körper und die Brennkammerwände, welche sich schnell aufheizen, trifft und von dort verdampft wird. Durch diese Kombination von Dralldüse und Verdampfungsbrenner läßt sich ein Heizgerät bereitstellen, das im Niederdruck­ bereich arbeitend günstige Regeleigenschaften hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Bei dem durch die Anordnung des saugfähigen Körpers auf der Rückwand der Brennkammer er­ möglichen niedrigen Zerstäu­ bungsluftdruck gemäß Anspruch 2, entsprechen die Brennwerte und die Betriebscharakteristik jenen, die man bei Verdampfungsbrennern erhält.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 3 hat der innere Brenn­ kammerraum eine geringe Masse und kann sich daher sehr schnell nach dem Start auf die Betriebstemperatur er­ wärmen, so daß der aus der Dralldüse austretende Brennstoff auf heiße Wände des inneren Brennkammerraums trifft. Die thermische Isolierung ermöglicht hierbei im gesamten Be­ triebsbereich, daß eine Rußbildung verhindert oder vermin­ dert wird. Hierdurch wird die Betriebszuverlässigkeit eines Heizgeräts mit einem solchen Brenner verbessert. Durch die Isolierung der Rückwand der Brennkammer läßt sich auch die Problematik im Zusammenhang mit der Dampfblasenbildung, insbesondere bei der Verwendung von Benzin als flüssigem Brennstoff, beherrschen, so daß sich stoßende Verbrennungen vermeiden lassen.

Durch die Einschnürung gemäß Anspruch 4, 5, 8 erhält man eine Brenn­ kammer mit einer Zweistufenverbrennung, bei der sich Sekun­ därluft in Strömungsrichtung nach der Einschnürung einleiten läßt. Bis zu der Einschnürung erhält man eine Verbrennung mit einem fetten Gemisch mit λ<1 und nach der Einschnü­ rung kann dann in der Brennkammer eine Verbrennung mit λ<1 ablaufen. Hierdurch läßt sich der regelbare Betriebsbereich des Brenners eines Heizgerätes erweitern. Ferner erhält man hierbei den Vorteil, daß die Sekundärluft bereits beim Entlangströmen an der Wand des inneren Brennkammer­ raums aufgeheizt wird, während beim Vollastbetrieb des Heiz­ geräts eine Kühlung des Brennkammerraums im Primärbereich erfolgt, wodurch sich die Standzeit des Heizge­ räts verbessern läßt.

Durch den Halter für den saugfähigen Körper nach Anspruch 6,7 wird der saugfähige Körper in zuverlässiger Weise an der Rückwand der Brennkammer fi­ xiert.

Der saugfähige Körper wird gemäß Anspruch 9 vorzugsweise von einem Keramikvlies gebildet, welches den bei der Verbrennung auftretenden hohen Temperaturen standhalten kann.

Mit der Ausbildung entsprechend Anspruch erhält man eine gedrängte Auslegung der Brennkammer aus einfach zu fertigenden Teilen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung näher erläutert.

Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Axialschnittansicht durch ein Heizgerät mit einem Brenner gemäß einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnliche Axialschnittansicht eines Heizgeräts mit einem Brenner gemäß einer weiteren Ausführungsform.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt des brennerseitigen Teils eines insgesamt mit 1 bezeichneten Heizgeräts gezeigt, welches mit flüssigem Brennstoff betrieben wird. Als Brenner ist hierbei ein Dralldüsen-Brenner 2 vor­ gesehen, welcher eine Dralldüse 4 umfaßt. Die Dralldüse 4 mündet etwa in Höhe einer Rückwand 5 in einen eine Primärbrennkam­ mer bildenden inneren Brennkammerraum 6, welcher von einem Brenn­ rohr 7 begrenzt wird. Am Austrittsende der Primärbrennkammer 6 ist ein Einschnürring 8 vorgesehen, welcher eine Quer­ schnittsverengung am Austrittsbereich und am Übergang zu einer hieran axial anschließenden Sekundärbrennkammer in Form eines äußeren Brennkammerraumes 9 bil­ det. Auch die Sekundärbrennkammer 9 wird von einem konzen­ trisch um das Brennrohr 7 angeordneten, äußeren Brennrohr 10 begrenzt. Wie mit gebrochener Linie dargestellt ist, kann der Sekundärbrennkammer 9 Sekundärluft zugeleitet werden. Zwischen der Rückwand 5 und dem inneren, die Primärbrenn­ kammer 6 begrenzenden Rohr 7 sowie zwischen diesem inneren Brennrohr 7 und dem äußeren Brennrohr 10 sind jeweils Iso­ lierteile 11 zur thermischen Isolierung vorgesehen. Die Drall­ düse 4 ist am Heizgerät 1 zwischen einer Halteplatte 12 und der Rückwand 5 gehalten und umfaßt als Drallkörper 13 Schau­ feln oder Flügel sowie eine Brennstoffübergabeeinrichtung 14, welche in den von der Dralldüse 4 begrenzten Innenraum 15 bis nahe zum Düsenaustritt 20 reicht. Diese Brennstoff­ übergabeeinrichtung 14 ist ebenfalls an der Halteplatte 12 gehalten und mit einer Brennstoffversorgungsleitung 16 verbunden. Die Dralldüse 4 umfaßt ein Naßteil 17, wel­ ches der Primärbrennkammer 6 zugewandt in einer schneiden­ förmigen Zerstäubungseinrichtung 18 ausläuft. Mittels der Dralldüse 4 wird der über die Brennstoffübergabeeinrichtung 14 zugeleitete Brennstoff mit Primärluft vermischt, welcher durch die Drallkörper 13 eine Drallbewegung erteilt wird. Der Primärbrennkammer 6 zugewandt ist auf der Rückwand 5 ein saug­ fähiger Körper 19 vorgesehen, welcher durch den flüssigen Brennstoff beaufschlagbar ist. Dieser saugfähige Körper 19 erstreckt sich auf der Rückwand 5 bis zur Nähe des Düsen­ austritts 20 der Dralldüse 4 und befindet sich am Übergang von Dralldüse 4 zu Primärbrenn­ kammer 6. Der saugfähige Körper 19 ist auf der der Primär­ brennkammer 6 zugewandten Seite mittels eines Halters 21 gehalten, welcher von einem Loch­ blech 22 gebildet wird, welches mehrere Durchgangsöffnungen 23 besitzt. Das Lochblech 22 ist an dem Brennrohr 7 für die Primärbrennkammer 6 befestigt. Das Loch­ blech 22 ist derart ausgelegt, daß ein zur Längsmitte der Primärbrennkammer 6 liegender Ringbereich 24 des saugfähigen Körpers 19 unbedeckt ist, welcher bis nahe zu der schneiden­ förmigen Zerstäubungseinrichtung 18 des Naßteils 17 reicht, aber auf einem Trockenteil 25 der Dralldüse 4 aufliegt.

Ferner ist in Fig. 1 eine Elektrode 26 einer Hochspannungs­ zündeinrichtung 27 gezeigt, welche in die Primärbrennkammer 6 ragt.

Der Brenner 2 beim Heizgerät 1 stellt eine Kombination aus der Dralldüse 4 und einem Verdampfungsbrenner mit dem saugfähigen Körper 19 dar. Eine solche Bauform eines Bren­ ners 2 läßt sich mit einem relativ niedrigen Zerstäubungs­ luftdruck von etwa 1,5 mbar betreiben, da die Dralldüse 4 im wesentlichen lediglich die Funktion einer Brennstoffver­ teilung von dem über die Brennstoffübergabeeinrichtung 14 abgegebenen Brennstoff auf den saugfähigen Körper 19 und die angrenzende vom Brennrohr 7 gebildete Brennkammerwand der Primärbrennkammer 6 hat. Insbesondere wird der auf den saugfähigen Körper 19 verteilte Brennstoff von dort verdampft, um zusammen mit der zugeführten Brennluft ein Brenngemisch zu erzeugen, welches mit Hilfe der Hochspannungs­ zündeinrichtung 27 in der Primärbrennkammer 6 gezündet und dann dort verbrannt wird. Somit kann der Brenner 2 bei dem Heizgerät 1 im Niederdruckbereich betrieben werden, so daß sich die Brennluftversorgung durch den verminderten Druck auf wirtschaftliche Weise verwirklichen läßt. Auch ergeben sich günstige Regeleigenschaften eines derartigen Brenners 2 durch die Kombination von Dralldüse 4 mit dem saug­ fähigen Körper 19, so daß ein derartiger Brenner 2 insbe­ sondere für Fahrzeugzusatzheizgeräte geeignet ist, welche energiesparend und leicht regelbar betreibbar sein sollen.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante eines insgesamt mit 2′ bezeichneten Brenners verdeutlicht. Als wesentlicher Un­ terschied dieser Ausführungsform gegenüber jener nach Fig. 1 ist die Ausbildung des Naßteils 17′ der Drall­ düse 4′ anzusehen. Dieses Naßteil 17′ ist als ein Tiefziehteil ausgelegt, welches mit­ tels Tiefziehen aus einem dünnen Blechmaterial hergestellt ist. In Fig. 1 hingegen ist das Naßteil 17 als Fräs- und/ oder Drehteil hergestellt. Hierdurch läßt sich die Herstel­ lung des Naßteils 17′ bei der Auslegungsform nach Fig. 2 vereinfachen. Die Brennstoffübergabeeinrichtung 14 kann bei beiden Ausführungsformen von einem Kunststoffteil gebildet werden, wie dies durch die entsprechende Schraffur in den Figuren der Zeichnung verdeutlicht ist.

An den Brennern 2, 2′ sind Modifikationen möglich. So kann die Brennstoff­ übergabeeinrichtung 14 einteilig mit dem Drall­ körper 13 ausgelegt sein. Auch kann ein Halter 21 für den saugfähigen Körper 19 eingesetzt werden, dessen Durchgangsöffnungen 23 hinsichtlich Größe und Anordnung variieren, was insbesondere von den Eigenschaften des zugeführten, flüssigen Brennstoffs ab­ hängig ist. Das Lochmuster des Lochblechs 22 kann beispiels­ weise bei einem Diesel-Brennstoff anders als bei der Ver­ wendung von Benzin als Brennstoff gewählt werden. Wesent­ lich bei der Auslegung des Brenners 2, 2′ ist es, daß die Dralldüse 4, 4′ mit Zerstäubungsluft unter geringem Druck betreibbar ist und im wesentlichen nur eine Brennstoff­ verteilungsfunktion hat, während der saugfähige Körper 19 die Funktion einer Brennstoffverdampfungseinrichtung für die Aufbereitung des Gemisches übernimmt, welches dann mittels der Hoch­ spannungszündeinrichtung 27 in der Primärbrennkammer 6 gezün­ det wird.

Claims (10)

1. Brenner für ein mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät, insbesondere Fahrzeugzusatzheizgerät, mit einer Dralldüse (4; 4′), durch die der Brennstoff mit verdrallter Brennluft niedrigen Druckes zerstäubbar ist, und mit einer Brennkammer, in deren Rückwand (5) die Dralldüse (4; 4′) angeordnet ist und in der ein aus dem Brennstoff und der Brennluft gebildetes brennbares Gemisch unter Flammenbildung verbrennbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückwand (5) der Brennkammer bis nahezu zum Düsenaustritt (20) der Dralldüse (4; 4′) ein saugfähiger und vom Brennstoff beaufschlagbarer Körper (19) zur Verdampfung des Brennstoffes vorgesehen ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dralldüse (4; 4′) mit einem Brennluftdruck von etwa 1,5 mbar betreibbar ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer zwei konzentrische Brennkammerräume (6, 9), d. h. einen inneren und einen äußeren Brennkammerraum, umfaßt, welche voneinander thermisch isoliert sind.

4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Austritt des inneren Brennkammerraums (6) eine Einschnürung vorhanden ist.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Einschnürung ein Einschnürring (8) eingesetzt ist.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der saugfähige Körper (19) mittels eines mit Öffnungen (23) versehenen Halters (21) an der Brennkammerrückwand (5) gehalten ist.

7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (21) für den saugfähigen Körper (19) von einem Lochblech (22) gebildet ist.

8. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Brennkammerraum (9) mit Sekundär-Brennluft versorgbar ist.

9. Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der saugfähige Körper (19) von einem Keramikvlies gebildet ist.

10. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer als Doppelrohranordnung (7, 10) ausgelegt ist.