DE4216523C2

DE4216523C2 - Burner for a heater operated with liquid fuel, in particular vehicle auxiliary heater

Info

Publication number: DE4216523C2
Application number: DE19924216523
Authority: DE
Inventors: Horst Dedio; Randolf Siemens
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Current assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2012-05-20
Also published as: DE4216523A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für ein mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a burner for a fuel operated with liquid fuel Heater according to the preamble of claim 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.Such a burner for a heater is known from DE 40 02 570 A1 is intended in particular as a vehicle auxiliary heater. This as a swirl burner trained burner is arranged in the rear wall of a combustion chamber and is from an atomizing air supplied by a ring duct blower operated with low pressure, which is greater than about 15 mbar. There is a risk of uneasy combustion because of the outside Backflow of the combustion chamber, the back wall is heated up and up this creates difficulties due to vapor bubble formation in the fuel. Except the control ability is relatively poor.

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.DE 32 33 321 C2 describes an evaporation burner for a vehicle auxiliary heater known, which is an absorbent body to which liquid fuel can be applied in training as a fleece, which causes fuel evaporation.

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.Furthermore, a burner is known from DE 28 36 534 C2, the outlet side of which can be quickly heated Evaporator insert is assigned, the porosity and capillarity of which causes sprayed fuel flows out of a nozzle and no bouncing off steam-enveloped fuel balls in the combustion chamber.

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.The invention aims to provide a burner for a liquid Fuel-operated heater, in particular a vehicle auxiliary heater, the Provide generic type, which with a low air pressure with a large control range is operable.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the features in the characterizing part of patent claim 1.

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.The invention Burner represents a combination of a burner with one Swirl nozzle and an evaporation burner since on the back wall of the combustion chamber is an absorbent and fuel impactable body is provided. The burner is designed so that the Swirl nozzle only takes on the function to distribute the fuel on the absorbent body and the combustion chamber walls, which heat up quickly, hits and is vaporized from there. With this combination of swirl nozzle and evaporation burner can be Deploy heater that is in low pressure working area has favorable control properties.

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. Advantageous embodiments of the invention are the subject of subclaims. When by the arrangement of the absorbent body on the rear wall of the combustion chamber possible low atomization exercise air pressure according to claim 2, correspond to the calorific values and the operating characteristics of those who you get with evaporative burners.

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.According to the preferred embodiment according to claim 3 has the inner burning chamber space has a low mass and can therefore very quickly after starting to the operating temperature heat so that the fuel emerging from the swirl nozzle meets hot walls of the inner combustion chamber. The thermal insulation enables the entire Be drive area that prevents or reduces soot formation is changed. This makes the operational reliability of a Heater with such a burner improved. By isolating the back wall of the Combustion chamber can also be related to the problem with the formation of vapor bubbles, especially when used of gasoline as a liquid fuel, so that bumping burns can be avoided.

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. By the constriction according to claim 4, 5, 8 you get a burning chamber with a two-stage combustion, in which Secun Introduce digestion air in the direction of flow after the constriction leaves. Up to the constriction you get a burn with a rich mixture with λ <1 and after the constriction tion can then be in the combustion chamber combustion with λ <1 expire. This allows the controllable operating range the burner of a heater. Another advantage is that the secondary air already flowing along the wall of the inner combustion chamber room is heated, while at full load operation of the heating the combustion chamber space is cooled in the primary area, which increases the service life of the heater can be improved.

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.By the holder for the absorbent body according to claim 6.7 becomes the absorbent body in reliably fi on the back wall of the combustion chamber xiert.

Der saugfähige Körper wird gemäß Anspruch 9 vorzugsweise von einem Keramikvlies gebildet, welches den bei der Verbrennung auftretenden hohen Temperaturen standhalten kann.The absorbent body is preferably made of a ceramic fleece formed, which occurs during combustion can withstand high temperatures.

Mit der Ausbildung entsprechend Anspruch erhält man eine gedrängte Auslegung der Brennkammer aus einfach zu fertigenden Teilen.With the training according to claim one a compact interpretation of the Combustion chamber made of easy-to-manufacture parts.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeich nung näher erläutert.The invention is more preferred below on hand Embodiments with reference to the drawing tion explained in more detail.

Darin zeigtIn it shows

Fig. 1 eine schematische Axialschnittansicht durch ein Heizgerät mit einem Brenner gemäß einer ersten Ausführungsform und Fig. 1 is a schematic axial sectional view through a heater with a burner according to a first embodiment and

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnliche Axialschnittansicht eines Heizgeräts mit einem Brenner gemäß einer weiteren Ausführungsform. Fig. 2 is an axial sectional view similar to Fig. 1 of a heater with a burner according to another embodiment.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing the same or similar Provide parts with the same reference numerals.

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.In Fig. 1 a detail of the burner-side portion is shown a whole by 1 designated heater which is operated with liquid fuel. As a burner, a swirl nozzle burner 2 is seen here, which comprises a swirl nozzle 4 . The swirl nozzle 4 opens approximately at the level of a rear wall 5 into a primary combustion chamber forming inner combustion chamber space 6 , which is limited by a combustion tube 7 . At the outlet end of the primary combustion chamber 6 , a constriction ring 8 is provided, which narrows a cross section at the outlet area and at the transition to an axially adjoining secondary combustion chamber in the form of an outer combustion chamber space 9 bil det. The secondary combustion chamber 9 is limited by a concentrically arranged around the combustion tube 7 , the outer combustion tube 10 . As shown with a broken line, the secondary combustion chamber 9 can be supplied with secondary air. Between the rear wall 5 and the inner, the primary combustion chamber 6 limiting tube 7 and between this inner fuel tube 7 and the outer fuel tube 10 Iso lierteile 11 are provided for thermal insulation. The swirl nozzle 4 is held on the heater 1 between a holding plate 12 and the rear wall 5 and comprises a swirl body 13 show fins or wings and a fuel transfer device 14 which extends into the interior 15 delimited by the swirl nozzle 4 and close to the nozzle outlet 20 . This fuel transfer device 14 is also held on the holding plate 12 and connected to a fuel supply line 16 . The swirl nozzle 4 comprises a wet part 17 , which faces the primary combustion chamber 6 in a cutting-shaped atomizing device 18 . By means of the swirl nozzle 4 , the fuel supplied via the fuel transfer device 14 is mixed with primary air, which is given a swirl movement by the swirl body 13 . The primary combustion chamber 6 facing an absorbent body 19 is provided on the rear wall 5 , which is acted upon by the liquid fuel. This absorbent body 19 extends on the rear wall 5 to the vicinity of the nozzle outlet 20 of the swirl nozzle 4 and is located at the transition from the swirl nozzle 4 to the primary combustion chamber 6 . The absorbent body 19 is held on the primary combustion chamber 6 side by means of a holder 21 which is formed by a perforated plate 22 which has a plurality of through openings 23 . The perforated plate 22 is attached to the combustion tube 7 for the primary combustion chamber 6 . The perforated plate 22 is designed in such a way that an annular region 24 of the absorbent body 19 lying to the longitudinal center of the primary combustion chamber 6 is uncovered, which extends up to close to the cutting-shaped atomizing device 18 of the wet part 17 , but rests on a dry part 25 of the swirl nozzle 4 .

Ferner ist in Fig. 1 eine Elektrode 26 einer Hochspannungs zündeinrichtung 27 gezeigt, welche in die Primärbrennkammer 6 ragt.Furthermore, an electrode 26 of a high-voltage ignition device 27 is shown in FIG. 1, which projects into the primary combustion chamber 6 .

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.The burner 2 in the heater 1 is a combination of the swirl nozzle 4 and an evaporation burner with the absorbent body 19. Such a design of a burner 2 can be operated with a relatively low atomizing air pressure of approximately 1.5 mbar, since the swirl nozzle 4 essentially only the function of a fuel distribution of the fuel delivered via the fuel transfer device 14 to the absorbent body 19 and the adjacent combustion chamber wall formed by the combustion tube 7 of the primary combustion chamber 6 . In particular, the fuel distributed to the absorbent body 19 is evaporated from there to produce, together with the combustion air supplied, a combustion mixture which is ignited with the aid of the high-voltage ignition device 27 in the primary combustion chamber 6 and then burned there. Thus, the burner 2 can be operated in the heater 1 in the low pressure range, so that the combustion air supply can be realized economically by the reduced pressure. There are also favorable control properties of such a burner 2 by the combination of swirl nozzle 4 with the absorbent body 19 , so that such a burner 2 is particularly suitable for auxiliary vehicle heaters, which should be energy-saving and easy to operate.

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.In Fig. 2, an embodiment variant of a burner generally designated 2 'is illustrated. As a major Un difference of this embodiment compared to that of FIG. 1, the formation of the wet part 17 'of the swirl nozzle 4 ' can be seen. This wet part 17 'is designed as a deep-drawn part, which is made by means of deep drawing from a thin sheet material. In Fig. 1, however, the wet part 17 is made as a milling and / or turned part. This can simplify the manufacture of the wet part 17 'in the design according to FIG. 2. In both embodiments, the fuel transfer device 14 can be formed from a plastic part, as is illustrated by the corresponding hatching in the figures of the drawing.

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.Modifications are possible on the burners 2 , 2 '. The fuel transfer device 14 can be designed in one piece with the swirl body 13 . A holder 21 can also be used for the absorbent body 19 , the through openings 23 of which vary in size and arrangement, which is particularly dependent on the properties of the liquid fuel supplied. The hole pattern of the perforated plate 22 can be selected, for example, with a diesel fuel other than when using gasoline as fuel. Lich essential in the design of the burner 2 , 2 ', it is that the swirl nozzle 4 , 4 ' can be operated with atomizing air under low pressure and has essentially only a fuel distribution function, while the absorbent body 19 has the function of a fuel vaporization device for the preparation of the Mixture takes over, which is then ignited by means of the high voltage ignition device 27 in the primary combustion chamber 6 .

Claims

1. Burner for a heater operated with liquid fuel, in particular vehicle auxiliary heater, with a swirl nozzle ( 4 ; 4 ') through which the fuel can be atomized with swirled combustion air of low pressure, and with a combustion chamber, in the rear wall ( 5 ) of which the swirl nozzle ( 4 ; 4 ') is arranged and in which a combustible mixture formed from the fuel and the combustion air is combustible with the formation of flames, characterized in that on the rear wall ( 5 ) of the combustion chamber up to almost the nozzle outlet ( 20 ) of the swirl nozzle ( 4 ; 4 ') An absorbent body and the fuel can be acted upon ( 19 ) is provided for evaporating the fuel.

2. Burner according to claim 1, characterized in that the swirl nozzle ( 4 ; 4 ') can be operated with a combustion air pressure of about 1.5 mbar.

3. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the combustion chamber comprises two concentric combustion chamber spaces ( 6 , 9 ), ie an inner and an outer combustion chamber space, which are thermally insulated from one another.

4. Burner according to claim 3, characterized in that a constriction is present at the outlet of the inner combustion chamber space ( 6 ).

5. Burner according to claim 4, characterized in that a constriction ring ( 8 ) is used as a constriction.

6. Burner according to one of claims 1 to 5, characterized in that the absorbent body ( 19 ) by means of an opening ( 23 ) provided holder ( 21 ) on the combustion chamber rear wall ( 5 ) is held.

7. Burner according to claim 6, characterized in that the holder ( 21 ) for the absorbent body ( 19 ) is formed by a perforated plate ( 22 ).

8. Burner according to one of claims 3 to 5, characterized in that the outer combustion chamber space ( 9 ) can be supplied with secondary combustion air.

9. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the absorbent body ( 19 ) is formed from a ceramic fleece.

10. Burner according to one of claims 3 to 5 or 8, characterized in that the combustion chamber is designed as a double tube arrangement ( 7 , 10 ).