CN107830546A - 用于燃料运行的车辆加热器的燃烧室结构组合件 - Google Patents

用于燃料运行的车辆加热器的燃烧室结构组合件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于燃料运行的车辆加热器的燃烧室结构组合件，其具有包括通过周向壁(14)和底部区域(16)限定的燃烧室(18)的燃烧室壳体(12)、沿壳体纵轴线(L)的方向紧接着周向壁(14)的并且包围沿壳体纵轴线(L)的方向敞开的废气流动空间(32)的焰管(30)和包括流经开口(60)的火焰隔板(34)，在焰管(30)和包围其的壳体(38)之间形成废气回流空间(46)，其特征在于，在废气回流空间(46)的轴向的第一端部区域(48)中，废气流动空间(32)相对于废气回流空间(46)敞开，并且在废气回流空间(46)中设置由在废气回流空间(46)流动的燃烧废气可流经的催化器布置结构(54)。

Description

用于燃料运行的车辆加热器的燃烧室结构组合件
技术领域
本发明涉及一种用于燃料运行的车辆加热器的燃烧室结构组合件，其在车辆中可以例如作为停车采暖装置或作为加热器使用。
背景技术
由DE 103 46 558 B3已知一种用于燃料运行的车辆加热器的燃烧室结构组合件，其中通过底部区域和周向壁限定的燃烧室在火焰隔板的区域中过渡到由焰管包围的废气流动空间中。在焰管的轴向的端部上，废气流动空间轴向敞开并且在该区域中从焰管中排出的燃烧废气到达在焰管和包围焰管的壳体之间形成的废气回流空间中。在此燃烧废气将热量传输到对壳体在其与焰管背离的侧上环流的载热介质、例如要引入车辆内部空间的空气或在内燃机的冷却剂回路中循环的冷却液。
发明内容
本发明的任务是，设置一种用于燃料运行的车辆加热器的燃烧室结构组合件，其能够以减少的有害物质排放运行。
按照本发明，该任务通过一种用于燃料运行的车辆加热器的燃烧室结构组合件解决，所述燃烧室结构组合件具有包括通过周向壁和底部区域限定的燃烧室的燃烧室壳体、沿壳体纵轴线的方向紧接着周向壁的并且包围沿壳体纵轴线的方向敞开的废气流动空间的焰管和包括流经开口的火焰隔板，其中，在焰管和包围该焰管的壳体之间形成废气回流空间。
在此进一步设置为，在废气回流空间的轴向的第一端部区域中，废气流动空间相对于废气回流空间敞开，并且在废气回流空间中设置可由在废气回流空间中流动的燃烧废气流经的催化器布置结构。
该催化器布置结构可以尤其是为了减少燃烧废气中的CO含量和HC含量是有效的并且由于其集成到燃烧室结构组合件的区域中导致紧凑的结构方式。
按照本发明的另一个、优选也结合在先所述构造可组合的方面提出，在火焰隔板的轴向区域中设置废气引回开口布置结构，以用于将在废气回流空间中流动的燃烧废气引回燃烧室或/和废气流动空间中。
通过将在废气回流空间中流动的燃烧废气的一部分朝燃烧室或废气流动空间的方向引回、亦即引回到进行的燃烧过程中，可以使有害物质排放、尤其是燃烧废气中的NOx含量显著降低。
为了将在废气回流空间中流动的燃烧废气有效率地引回到燃烧过程中而提出，火焰隔板与焰管或/和周向壁一起限定废气运送空间，并且废气引回开口布置结构具有至少一个将废气回流空间与废气运送空间连接的第一废气引回开口和至少一个将废气运送空间与燃烧室或/和废气流动空间连接的第二废气引回开口。
在此，在如下情况下可以将在废气回流空间中流动的燃烧废气的较大的量返回馈给，废气引回开口布置结构具有多个沿周向优选环状相继设置的第一废气引回开口或/和多个沿周向优选环状相继设置的第二废气引回开口。在此，可以进一步设置为，至少一个、优选每个第一废气引回开口相对于至少一个、优选每个第二废气引回开口轴向错开。
按照一种特别有利的设计方面可以在按照本发明构造的燃烧室结构组合件中设置为，流经开口具有沿废气流方向朝顶点区域减小的流动横截面。以这种方式可以生成喷嘴效果，所述喷嘴效果在废气运送空间中产生负压并且因此将在其中聚集的燃烧废气吸入燃烧进程中。
为了能够以简单的方式提供沿燃烧废气的流动方向的方向、亦即沿从燃烧室至废气流动空间的方向减小的该流动横截面，提出，火焰隔板在上游的连接区域中连接到周向壁或/和焰管上并且在下游的连接区域中连接到周向壁或/和焰管上并且在上游的连接区域和下游的连接区域之间具有径向限定流经开口的流体引导壁，并且从第一连接区域出发，流动横截面朝顶点区域减小。
在先所述的喷嘴效果可以在如下情况中被特别有效利用，即，按照另一个有利的方面设置为，在上游的连接区域和顶点区域之间的流动横截面的变化率沿壳体纵轴线的方向至少局部地减小。火焰隔板因此按照对于流动情况有利地起作用的文氏管喷嘴的型式构造。
为了可以尽可能有效地利用负压效果或抽吸作用，可以设置为，至少一个、优选每个第二废气引回开口设置在顶点区域的区域中。
为了进一步改善的流体引导或废气引回，火焰隔板可以在顶点区域下游提供废气流动空间的基本上阶梯式的加宽。
催化器布置结构可以设置在废气回流空间的轴向的第二端部区域中，然而也可以备选地定位在废气回流空间的长度中心区域或任何的其他的长度区域中。
例如可以设置为，包围周向壁的燃烧用空气输送空间通过多个在周向壁中设置的燃烧用空气输送开口朝燃烧室敞开，并且设置将燃烧用空气输送空间与废气回流空间分离的分离壁，其中，催化器布置结构包围分离壁地或/和轴向连接到分离壁上地设置。在催化的过程中产生的反应热量可以以这种方式传输到要引入燃烧室中的燃烧用空气上，从而所述燃烧用空气被预热地进入燃烧室中。这也有助于催化器布置结构的冷却。
在催化器布置结构中生成的热量的进一步改善的利用以及催化器布置结构的有效率的冷却可以如下实现，即，催化器布置结构设置在分离壁和壳体之间。
按照本发明构造的燃烧室结构组合件可以这样构成，即，底部区域具有蒸发介质载体和在蒸发介质载体的朝向燃烧室的一侧上具有多孔的蒸发介质，或/和壳体是基本上罐状的热交换器壳体，其包括与焰管轴向对置的底壁和包围焰管的并且径向向外限定废气回流空间的热交换器壳体周向壁。
本发明此外涉及一种车辆加热器，其具有按照本发明构造的燃烧室结构组合件。
附图说明
接着参考附图详细说明本发明。其中：
图1示出用于车辆加热器的燃料运行的燃烧室结构组合件的纵剖面视图；
图2示出一种备选的设计的对应于图1的视图。
具体实施方式
在图1中示出的燃烧室结构组合件10具有总体以12表示的燃烧室壳体。该燃烧室壳体12以周向壁14和底部区域16包围限定燃烧室18。底部区域16可以利用例如罐状构成的蒸发介质载体20和在其朝向燃烧室18的一侧上载有的多孔的蒸发介质22构造。通过燃料输送导管24，由燃料输送布置结构、例如计量泵输送的液体的燃料供给到多孔的蒸发介质22中并且由所述蒸发介质朝燃烧室18的方向蒸发。为了尤其是在燃烧运行的起动阶段中支持燃料蒸发，底部区域16可以在多孔的蒸发介质22或/和蒸发介质载体20的背离燃烧室18的侧上具有可电激励的加热设备。
为了输送燃烧用空气到燃烧室18中，周向壁14具有多个燃烧用空气输送开口26。通过这些燃烧用空气输送开口26，优选环状包围周向壁14或燃烧室18的燃烧用空气输送空间28相对于燃烧室18敞开。通过未示出的燃烧用空气输送布置结构、例如侧向通道鼓风机，可以将对于燃烧需要的空气朝燃烧用空气输送空间28方向输送。
在示出的设计示例中，与周向壁14整体构成的焰管30沿壳体纵轴线L的方向连接到周向壁14上。在焰管30的内部形成废气流动空间32，在总体以34表示的火焰隔板的区域中离开燃烧室18的燃烧废气进入所述废气流动空间中，如通过流体箭头P1表示的。要指出的是，在本发明的意义上，基本上沿壳体纵轴线L的方向从燃烧室18流动到废气流动空间32中的燃烧废气在燃烧室结构组合件10的该区域中限定流动方向和相对于该流动方向在上游或下游定位的系统区域。
废气流动空间32在焰管30的与周向壁14远离的轴向的端部区域36上敞开。焰管30或燃烧室壳体12由罐状的壳体38包围，所述壳体具有与焰管30的轴向的端部区域36对置的底壁40和将焰管30或局部地也将周向壁14径向在外面包围的热交换器壳体周向壁42。壳体38可以是彼此嵌入的罐状的热交换器壳体的内部，所述热交换器壳体在其之间限定用于液体的载热介质的流动空间。如果燃烧室结构组合件10结合空气加热器被使用，则壳体38可以在其与焰管30背离的外侧上由待加热的空气环流。为了改善从燃烧废气到壳体38上的传热，所述壳体可以在其朝向焰管30的内侧上在底壁40的区域中或/和在热交换器壳体周向壁42的区域中具有传热肋44。
在焰管30的轴向的端部区域36上离开废气流动空间32的燃烧废气、如通过流箭头P2表示的在底壁40上轴向换向并且因此在其轴向的第一端部区域48的区域中进入废气回流空间46中。如通过流箭头P3表示的，燃烧废气朝废气回流空间46的轴向的第二端部区域50的方向流动。废气回流空间46的该轴向的第二端部区域50可以与燃烧室18或周向壁14至少局部轴向重叠地定位。在轴向的第二端部区域中，流经废气回流空间46的废气可以通过例如在罐状的壳体38的分离壁52或周向壁42中的未示出的废气排出口离开废气回流空间46。
在轴向的第二端部区域50中，废气回流空间46径向向内并且沿轴向方向通过在外面连接到周向壁14或焰管30上的分离壁52限定。分离壁52因此在该轴向的第二端部区域50中将废气回流空间46与燃烧用空气输送空间28分开。
在废气回流空间46的该区域中，例如环状设计的催化器布置结构54、尤其是氧化催化器布置结构可以在轻微地压配合的情况下保持在分离壁52和热交换器壳体周向壁42之间。催化器布置结构54可以例如具有以催化器材料涂敷的优质钢编织物。流经废气回流空间46的燃烧废气或其至少一部分流经催化器布置结构54，从而在催化的材料的表面上进行的反应中，在燃烧废气中包含的CO和HC反应成CO2和H2O，从而有害物质排放降低。流经催化器布置结构54之后，燃烧废气例如轴向在分离壁52中设置的至废气引导系统的开口的区域中离开废气回流空间46。
在催化反应中产生的热量的一部分可以一方面传输到在燃烧用空气输送空间28中朝燃烧室18的方向流动的燃烧用空气上，以便将其预热。反应热量的另一部分可以传输到热交换器壳体周向壁42上并且通过其传输到要加热的载热介质上。以这种方式一方面冷却催化器布置结构54并且对其保护以防过度加热，另一方面在催化的反应中生成的热量被有效地利用。
基本上限定从燃烧室18至废气流动空间32的过渡部的区域的火焰隔板34利用两个沿壳体纵轴线L的方向彼此错开的连接区域56、58连接到周向壁14或焰管30上。从朝向燃烧室18的上游的连接区域56出发，在火焰隔板34中构成的流经开口60变细直至成为在火焰隔板34的顶点区域62的区域中提供的最小的流动横截面。在上游的连接区域56和顶点区域62之间的区域中，火焰隔板34提供流体引导壁64。所述流体引导壁凸地弯曲，从而在上游的连接区域56和顶点区域62之间，流动横截面的变化率减小。在流体引导壁64的邻接到上游的连接区域56上的区域中，流动横截面的减小关于沿壳体纵轴线L的方向的长度单位为最大。在顶点区域62的区域中，变化率为最小或为零。
邻近到顶点区域62上地，火焰隔板34在至焰管30的过渡中提供流动横截面的阶梯式的加宽。
利用在先所述几何结构按照文氏管喷嘴的型式构成的火焰隔板34与周向壁14或焰管30的包围所述火焰隔板的区域一起限定优选不中断并且环状包围壳体纵轴线L的废气运送空间68。废气引回开口布置结构70在周向壁14或焰管30中、原则上亦即在径向向外限定废气运送空间68的壁中具有多个沿周向优选以环状的结构相继设置的第一废气引回开口72。通过第一废气引回开口72，废气回流空间46相对于废气运送空间68敞开。废气引回开口布置结构70此外具有多个沿周向优选以环状的结构相继设置的在火焰隔板34中、尤其是在其顶点区域62中的第二废气引回开口74。通过相对于第一废气引回开口72沿壳体纵轴线L的方向错开设置的第二废气引回开口74，废气运送空间68相对于燃烧室18或相对于废气流动空间32敞开，尤其是在从燃烧室18至废气流动空间32的过渡区域中。废气运送空间68因此通过废气引回开口布置结构70提供废气回流空间46和燃烧室18或废气流动空间32之间的连接。
在基本上在燃烧室18中进行的燃烧中，燃烧废气流动通过流经开口60。由于减小的流动横截面和这样生成的文氏管效果，关于废气运送空间68产生负压。这表示，通过第一废气引回开口72吸入废气运送空间68中的燃烧废气、如通过流箭头P4和P5表示的那样到达燃烧室18的区域中或废气流动空间32的区域中并且因此返回馈给到燃烧过程中。通过燃烧废气的该返回馈给，有害物质排放、尤其是燃烧废气中的NOx份额可以显著减小。主要有助于此的是，在燃烧废气中输送的热量的最大的部分靠近废气回流空间46的轴向的第一端部区域48通过壳体38传输到载热介质上。在两个线L1、L2之间界定的具有废气回流空间46的轴向的延伸的大约1/3的轴向的区域B中，要传输的热量的大约80％传输到壳体38上并且因此传输到载热介质上。因此在废气引回开口布置结构70的区域中，燃烧废气已经显著冷却，从而其到燃烧过程中的返回馈给基于燃烧温度的由此引起的下降有助于燃烧废气中的减少的NOx份额。
利用按照本发明构造的燃烧室结构组合件10，可以不仅通过燃烧废气到燃烧过程中的基于火焰隔板34的特别的几何结构强制的返回馈给，而且可以通过在燃烧废气从燃烧室结构组合件10的排出之前流经催化器布置结构实现显著降低的有害物质排放。有利地，这两个措施在燃烧室结构组合件10中彼此结合地设置。然而每个所述措施可以也本身单独地、不必然也设置另一个措施地引起从燃烧室结构组合件10中喷出的废气中的减少的有害物质含量。
图2示出燃烧室结构组合件10的一种备选的设计型式，其在基本的构造方面基本上对应于在先参考图1所述的构造。可以对此参阅前述的实施方式。
在图2中可看出，催化器布置结构54设置在废气回流空间46的长度中心区域80中。催化器布置结构54因此关于废气在废气回流空间46中的流动方向处于火焰隔板34在废气流动空间32中的定位的上游。为了能够实现催化器布置结构54的这样的定位，例如在罐状的壳体38上设置的传热肋44可以比在图1中示出的构造示例中轴向较短地构成。催化器布置结构54可以例如在轻微的径向的压配合的情况下保持在罐状的壳体38的周向壁42和焰管30之间。
关于催化器布置结构54的该定位要指出的是，废气回流空间46的长度中心区域80、例如从轴向的第一端部区域48或罐状的壳体38的底壁40出发可以具有废气回流空间46的整个的轴向的延伸长度的大约30％至大约70％、优选大约40％至大约60％的长度区域。
在燃烧室结构组合件10的在图2中示出的设计型式中，例如没有在焰管30或周向壁14中设置允许废气引回燃烧过程中的开口。火焰隔板34可以因此常规地构成并且例如通过在其外周区域中轴向弯曲的并且连接到焰管30或周向壁14的内周面上的、基本上平面的板材件提供。
当然也可以在该设计型式中设置借助图1的设计形式示出的结构性的设计方面，其允许在排气回流空间46中流动的废气的一部分引回废气流动空间32或燃烧过程中。也要指出的是，催化器布置结构54也可以设置在另一个定位上、例如在轴向的第一端部区域48上或靠近轴向的第一端部区域，尤其是当所述定位出于热的原因用于实施催化的反应有利的话。在该情况下，罐状的壳体38可能两部分式地构成并且具有包括在其上设置的传热肋的周向壁和单独构成的底壁。催化器布置结构54可以然后首先嵌入到邻接到传热肋上的由周向壁包围的空间中，紧接着安装底壁，以便提供壳体38的罐状的结构。
最后要指出的是，在先所述燃烧室结构组合件在多个不同的方面可以变化，而没有偏离本发明的原理。这样例如火焰隔板可以与包围燃烧室的周向壁一体地构成或/和可以与轴向跟随所述周向壁的焰管一体地构成。周向壁和焰管也不是必然必须通过唯一的构件作为其一体的组成部分提供。这样例如焰管也可以与分离壁一体地构造。火焰隔板也可能作为分离壁的一体的组成部分提供，而周向壁和焰管作为单独的构件设置。亦即火焰隔板到例如焰管或周向壁上的连接在本发明的意义上不仅包括两个分离的构件、例如通过材料锁合的连接，而且包括两个系统区域、例如火焰隔板和周向壁作为一个构件的组成部分的一体的提供。

Claims (15)

1.用于燃料运行的车辆加热器的燃烧室结构组合件，所述燃烧室结构组合件具有包括通过周向壁(14)和底部区域(16)限定的燃烧室(18)的燃烧室壳体(12)、沿壳体纵轴线(L)的方向紧接着周向壁(14)的并且包围沿壳体纵轴线(L)的方向敞开的废气流动空间(32)的焰管(30)和包括流经开口(60)的火焰隔板(34)，其中，在焰管(30)和包围所述焰管的壳体(38)之间形成废气回流空间(46)，其特征在于，在废气回流空间(46)的轴向的第一端部区域(48)中，废气流动空间(32)朝向废气回流空间(46)敞开，并且在废气回流空间(46)中设置能由在废气回流空间(46)中流动的燃烧废气流经的催化器布置结构(54)。
2.按照权利要求1或权利要求1的前序部分所述的燃烧室结构组合件，其特征在于，在火焰隔板(34)的轴向的区域中设置废气引回开口布置结构(70)，以用于将在废气回流空间(46)中流动的燃烧废气引回燃烧室(18)或/和废气流动空间(32)中。
3.按照权利要求2所述的燃烧室结构组合件，其特征在于，火焰隔板(34)与焰管(30)或/和周向壁(14)一起限定废气运送空间(68)，并且废气引回开口布置结构(70)具有至少一个将废气回流空间(46)与废气运送空间(68)连接的第一废气引回开口(72)和至少一个将废气运送空间(68)与燃烧室(18)或/和废气流动空间(32)连接的第二废气引回开口(74)。
4.按照权利要求3所述的燃烧室结构组合件，其特征在于，废气引回开口布置结构(70)具有多个沿周向优选环状相继设置的第一废气引回开口(72)或/和多个沿周向优选环状相继设置的第二废气引回开口(74)，或/和至少一个、优选每个第一废气引回开口(72)相对于至少一个、优选每个第二废气引回开口(74)轴向错开。
5.按照上述权利要求之一所述的燃烧室结构组合件，其特征在于，流经开口(60)具有沿废气流方向朝顶点区域(62)减小的流动横截面。
6.按照权利要求5所述的燃烧室结构组合件，其特征在于，火焰隔板(34)在上游的连接区域(56)中连接到周向壁(14)或/和焰管(30)上并且在下游的连接区域(58)中连接到周向壁(14)或/和焰管(30)上，并且在上游的连接区域(56)和下游的连接区域(58)之间具有径向限定流经开口(60)的流体引导壁(64)，并且从上游的连接区域(56)出发，流动横截面(60)朝顶点区域(62)减小。
7.按照权利要求6所述的燃烧室结构组合件，其特征在于，在上游的连接区域(56)和顶点区域(62)之间的流动横截面(60)的变化率沿壳体纵轴线(L)的方向至少局部地减小。
8.按照权利要求4和权利要求5-7之一所述的燃烧室结构组合件，其特征在于，至少一个、优选每个第二废气引回开口(74)设置在顶点区域(62)的区域中。
9.按照权利要求5至8之一所述的燃烧室结构组合件，其特征在于，在顶点区域(62)下游，火焰隔板(34)提供废气流动空间(32)的基本上阶梯式的加宽。
10.按照上述权利要求之一所述的燃烧室结构组合件，其特征在于，催化器布置结构(54)设置在废气回流空间(46)的轴向的第二端部区域(50)中。
11.按照权利要求1至9之一所述的燃烧室结构组合件，其特征在于，催化器布置结构(54)设置在废气回流空间(46)的长度中心区域(80)中。
12.按照上述权利要求之一所述的燃烧室结构组合件，其特征在于，包围周向壁(14)的燃烧用空气输送空间(28)通过多个在周向壁(14)中设置的燃烧用空气输送开口(26)朝燃烧室(18)敞开，并且设置将燃烧用空气输送空间(28)与废气回流空间(46)分离的分离壁(52)，其中，催化器布置结构(54)包围分离壁(52)地或/和轴向连接到分离壁(52)上地设置。
13.按照权利要求12所述的燃烧室结构组合件，其特征在于，催化器布置结构(54)设置在分离壁(52)和壳体(38)之间。
14.按照上述权利要求之一所述的燃烧室结构组合件，其特征在于，底部区域(16)具有蒸发介质载体(20)且在蒸发介质载体(20)的朝向燃烧室(18)的一侧上具有多孔的蒸发介质(22)，或/和壳体(38)是基本上罐状的热交换器壳体，所述热交换器壳体包括与焰管(30)轴向对置的底壁(40)和包围焰管(30)的并且径向向外限定废气回流空间(46)的热交换器壳体周向壁(42)。
15.车辆加热器，其具有按照上述权利要求之一所述的燃烧室结构组合件(10)。
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