CN111288439B - 燃烧室结构组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃料运行的车辆采暖器的燃烧室结构组件，包括：燃烧室壳体，其具有燃烧室底部和沿壳体纵轴线的方向延伸的且包围壳体纵轴线设置的燃烧室周壁，燃烧室底部和燃烧室周壁界定燃烧室；燃烧室周壁的或/和燃烧室底部的面对燃烧室的内侧上的多孔蒸发介质；用于将液态燃料输入到多孔蒸发介质中的燃料供应管路；第一燃烧区，其具有配设给燃烧室底部的第一燃烧用空气供应组件，用于将初级燃烧用空气供应到燃烧室中，多孔蒸发介质设置在第一燃烧区中；沿壳体纵轴线的方向跟随第一燃烧区的第二燃烧区，其具有配设给燃烧室周壁的第二燃烧用空气供应组件，用于将次级燃烧用空气相对于第一燃烧区隔开轴向间距地供应到燃烧室中。

Description

燃烧室结构组件
技术领域
本发明涉及一种用于燃料运行的车辆采暖器的燃烧室结构组件，其包括燃烧室壳体，所述燃烧室壳体具有燃烧室底部和沿壳体纵轴线的方向延伸的且包围壳体纵轴线设置的燃烧室周壁，其中，所述燃烧室底部和所述燃烧室周壁界定燃烧室，所述燃烧室结构组件包括所述燃烧室周壁或/和所述燃烧室底部的面对所述燃烧室的内侧上的多孔蒸发介质以及用于将液态燃料输入到所述多孔蒸发介质中的燃料供应管路。
背景技术
由DE10200524C1已知一种燃烧室结构组件，在该燃烧室结构组件中，在燃烧室底部上设置有与壳体纵轴线同心地设置的燃烧用空气导入附接件，该燃烧用空气导入附接件在其周壁中具有多个燃烧用空气导入开口。在燃烧室周壁的面对燃烧室的内侧上设置有多孔蒸发介质，向其中输入液态燃料。从蒸发介质以气体形式排出到燃烧室中的燃料与从燃烧用空气导入附接件进入到燃烧室中的燃烧用空气混合，使得产生由燃烧用空气和燃料构成的混合物，在该混合物燃烧时产生运输热的燃烧废气。
发明内容
本发明的目的是：规定一种燃烧室结构组件或者一种用于运行配备有这种燃烧室结构组件的车辆采暖器的方法，在该方法中，降低在燃烧时产生的废气中的有害物质份额、特别是氮氧化物份额和一氧化碳份额。
根据第一方面，所述目的通过一种用于燃料运行的车辆采暖器的燃烧室结构组件得以实现，所述燃烧室结构组件包括：
-燃烧室壳体，所述燃烧室壳体具有燃烧室底部和沿壳体纵轴线的方向延伸的且包围壳体纵轴线设置的燃烧室周壁，其中，所述燃烧室底部和所述燃烧室周壁界定燃烧室，
-所述燃烧室周壁的和/或所述燃烧室底部的面对所述燃烧室的内侧上的多孔蒸发介质，
-用于将液态燃料输入到所述多孔蒸发介质中的燃料供应管路，
-第一燃烧区，所述第一燃烧区具有配设给所述燃烧室底部的第一燃烧用空气供应组件，所述第一燃烧用空气供应组件用于将初级燃烧用空气供应到所述燃烧室中，其中，所述多孔蒸发介质设置在所述第一燃烧区中，
-沿壳体纵轴线的方向跟随所述第一燃烧区的第二燃烧区，所述第二燃烧区具有配设给所述燃烧室周壁的第二燃烧用空气供应组件，所述第二燃烧用空气供应组件用于将次级燃烧用空气与所述第一燃烧区隔开轴向间距地供应到所述燃烧室中。
通过在燃烧室中提供两个燃烧区可以在生成和燃烧由燃烧用空气和燃料构成的混合物的第一燃烧区中降低在以较高温度燃烧时燃烧废气中的氮氧化物份额。因为在第一燃烧区中不对在其中提供的混合物进行完全燃烧，而未燃烧份额的燃料和初级空气或包含在其中的氧气到达第二燃烧区中并且在那里与次级空气混合，所以一方面由于导入到第二燃烧区中的次级空气的温度并且另一方面由于要燃烧的混合物中的较大的总空气份额在燃烧温度降低时在第二燃烧区中的燃烧这样进行，使得燃烧废气中的一氧化碳份额降低，从而离开燃烧室或跟随其后的烟道的燃烧废气不仅具有明显降低的氮氧化物含量、而且还具有明显降低的一氧化碳含量。
为了提供两个燃烧区而提出：所述第一燃烧用空气供应组件包括在所述燃烧室底部上朝所述燃烧室的方向伸出的燃烧用空气导入附接件，其中，在所述燃烧用空气导入附接件的周壁或/和沿壳体纵轴线的方向与所述燃烧室底部错开的底部中设置有多个第一燃烧用空气导入开口，并且所述第二燃烧用空气供应组件在所述燃烧室周壁的与所述燃烧用空气导入附接件的底部沿轴向隔开间距的区域中包括多个第二燃烧用空气导入开口。
为了改进地混合燃料和燃烧用空气而可以规定：所述第一燃烧用空气供应组件在所述燃烧用空气导入附接件的上游包括旋涡生成组件，所述旋涡生成组件用于将关于壳体纵轴线具有旋涡的初级燃烧用空气导入到所述燃烧用空气导入附接件中，或/和所述第二燃烧用空气供应组件包括包围所述燃烧室周壁的燃烧用空气供应室。
为了确保燃料仅在第一燃烧区的区域中输入到燃烧室中而提出：所述多孔蒸发介质在所述燃烧室周壁的内侧上从所述燃烧室底部出发沿轴向延伸直至超过所述燃烧用空气导入附接件，并且所述第二燃烧用空气导入开口与所述多孔蒸发介质隔开轴向间距地设置。
为了能够设定在两个燃烧区中限定的燃烧比例，该燃烧比例确保在两个燃烧区中可以分别利用对于降低的有害物质份额适当的燃烧用空气和燃料的混合物比例进行燃烧并且所述燃烧可以在对于低有害物质份额而言最佳的温度时进行，根据本发明可以规定：所述第一燃烧用空气供应组件和所述第二燃烧用空气供应组件这样构造，使得导入到所述燃烧室中的燃烧用空气的57％至61％、优选约59％作为初级燃烧用空气进入到所述燃烧室中，并且导入到所述燃烧室中的燃烧用空气的39％至43％、优选约41％作为次级燃烧用空气进入到所述燃烧室中。
本发明还涉及一种燃料运行的车辆采暖器，所述车辆采暖器包括具有上述构造的燃烧室结构组件、用于将燃料输送到所述燃料供应管路中的燃料泵和用于将燃烧用空气作为初级燃烧用空气和次级燃烧用空气输送到所述燃烧室中的燃烧用空气鼓风机。
根据另一方面，文首提及的目的通过一种用于运行根据本发明构造的车辆采暖器的方法得以实现，在所述方法中，将燃烧用空气和燃料以如下输送量输送到所述燃烧室结构组件，使得将初级燃烧用空气和燃料以用于具有1至1.5的范围内、优选约1的λ值的燃烧的数量比例输入到所述第一燃烧区中。
具有这种混合比例的燃烧一方面确保在第一燃烧区中实现对于燃烧废气中的低氮氧化物份额必需的燃烧温度，然而另一方面还确保在第一燃烧区中不可以出现在初级燃烧用空气中包含的氧气和输入到第一燃烧区中的燃料的完全反应，使得从第一燃烧区流到第二燃烧区中的、未燃烧的初级燃烧用空气和未燃烧的燃料可以与次级燃烧用空气混合并且然后可以在较低的燃烧温度时引起基本上完全的燃烧。
可以将燃烧用空气和燃料进一步以这样的输送量输送到所述燃烧室结构组件，使得将初级燃烧用空气和次级燃烧用空气以及燃料以用于具有1.6至1.8的范围内、优选约1.7的λ值的燃烧的数量比例输入到所述燃烧室中。这种涉及全部导入到燃烧室中的燃烧用空气和导入到燃烧室中的所有燃料的数量比例确保：在两个燃烧区中基本上也在不同温度情况下的两个燃烧阶段进行的燃烧中，燃料可以在燃烧废气中的有害物质含量降低、特别是氮氧化物份额和一氧化碳份额低的情况下基本上完全燃烧。
附图说明
下面借助附图详细描述本发明。附图中：
图1示出用于燃料运行的车辆采暖器的燃烧室结构组件的纵剖视图；
图2示出图1的燃烧室结构组件沿着图1中的线II-II剖切的横剖视图。
具体实施方式
在图1中，整体用10标记的车辆采暖器的燃烧室结构组件用12标记。燃烧室结构组件12包括燃烧室壳体14，该燃烧室壳体具有沿壳体纵轴线L的方向延伸的燃烧室周壁16和在该燃烧室周壁16的轴向端部区域上连接到该燃烧室周壁上的底壁18。燃烧室周壁16和底壁18界定燃烧室20。在示出的实例中，燃烧室周壁16与烟道22整体地构造，其中，在燃烧室周壁16与连接到该燃烧室周壁上的烟道22之间的过渡区域中设置有具有中心开口26的挡火板24。
向燃烧室周壁20或烟道22上在外部接合有外周壁28。该外周壁和燃烧室周壁16共同界定环状地包围燃烧室周壁16或燃烧室20的燃烧用空气供应室30。在燃烧室底部18上在中心区域中或相对于壳体纵轴线L设置在中心地设置有燃烧用空气导入附接件32。燃烧用空气导入附接件的周壁34连接到燃烧室底部18上。在燃烧用空气导入附接件32的周壁34的远离燃烧室底部18的轴向端部区域中，向该周壁上连接有燃烧用空气导入附接件32的底部36。经由多个沿绕壳体纵轴线的周向相继在周壁34中设置的第一燃烧室空气导入开口38和在底部36中设置的第一燃烧用空气导入开口40，燃烧用空气导入附接件32朝燃烧室20敞开。经由多个沿绕壳体纵轴线L的周向相继的、例如以环状配置设置的第二燃烧用空气导入开口42，燃烧室空气供应室30朝燃烧室20敞开。
为了将燃烧用空气输送到燃烧室20中设置有燃烧用空气鼓风机44。这个例如构造为侧通道鼓风机的燃烧用空气鼓风机44处于操控组件46的操控下并且可以运行用于输送对于燃烧必需的燃烧用空气。通过燃烧用空气鼓风机44输送的燃烧用空气的一部分作为初级燃烧用空气VP经由旋涡生成组件48朝燃烧用空气导入附接件32的方向流动并且经由第一燃烧用空气导入开口38、40流动到燃烧室20的第一燃烧区50中。通过燃烧用空气鼓风机44输送的燃烧用空气的另一个部分或剩余部分作为次级燃烧用空气Vs流动到燃烧用空气供应室30中并且经由第二燃烧用空气导入开口42流动到燃烧室20的沿轴向跟随第一燃烧区50的第二燃烧区52中。
在图2中详细示出旋涡生成组件48。该旋涡生成组件与燃烧室底部48隔开间距地包括与该燃烧室底部基本上平行地对置的底板54和多个在该底板上以螺旋状轮廓沿周向相继的燃烧用空气引导元件56。这些燃烧用空气引导元件可以贴靠在燃烧室底部18的背离燃烧室20的背侧上，使得在燃烧室底部18、底板54与燃烧用空气引导元件56之间构成相应的螺旋状延伸的燃烧用空气进入通道58。由此，由径向外部流入到燃烧用空气导入通道58中的初级燃烧用空气VP转变成涡流并且以旋涡、即基本上也涡流地进入到燃烧用空气导入套管32的内部中并且通过第一燃烧用空气导入开口38、40进入到燃烧室20的第一燃烧区50中。
为了将对于燃烧必需的燃料供应到燃烧室20中，在第一燃烧区50中在燃烧室周壁16的面对燃烧室20的内侧上设置有多孔蒸发介质60。这个由金属编织物、金属针织物、泡沫陶瓷或其他构造有孔状结构的材料提供的多孔蒸发介质经由燃烧用空气供应管路62吸收由燃料泵64输送的液态燃料、将该液态燃料通过毛细管输送作用分布在其内部容积区域中并且将燃料在第一燃烧区50中以气态的物态释放到燃烧室20中。这个输入到燃烧室20中的燃料在第一燃烧区50中与经由第一燃料导入开口38、40导入到该第一燃烧区中的初级燃烧用空气VP混合并且在第一燃烧区50中由此提供能点燃的或能燃烧的由燃料和初级燃烧用空气构成的混合物。为了点燃这个混合物并且因此开始燃烧，在示出的实例中在燃烧室底部18上支承有点火机构66、例如构造为炽热点火棒，使得其热作用区域与多孔蒸发介质隔开小间距地对置。如燃料泵64一样，点火机构66同样也处于操控组件46的操控下，以便通过对燃烧用空气鼓风机44、燃料泵64和点火机构66的适当操控一方面在燃烧室20中提供适用于燃烧的由燃料和燃烧用空气构成的混合物，另一方面在燃烧运行开始时通过激励点火机构66在第一燃烧区50中点燃这个混合物。
在前面参考图1描述的燃烧室结构组件12的构造中，为了供应初级燃烧用空气VP而提供的第一燃烧用空气供应组件68除了燃烧用空气鼓风机44之外还包括涡旋生成组件48和在燃烧室底部18上设置的燃烧用空气导入附接件32，该燃烧用空气导入附接件具有在其中构造的第一燃烧用空气导入开口38、40。设置用于将次级燃烧用空气Vs供应到第二燃烧区52的第二燃烧用空气供应组件除了燃烧用空气鼓风机44之外还包括燃料供应室30和在第二燃烧区52中提供燃料供应室30与燃烧室20之间的连接的第二燃烧用空气导入开口42。
两个燃烧用空气供应组件68、70如此构造有在这些燃烧用空气供应组件中提供的不同的且要由初级燃烧用空气VP或次级燃烧用空气Vs穿流的容积区域和开口，使得在燃烧用空气鼓风机44的运行中通过该燃烧用空气鼓风机输送的燃烧用空气这样分成初级燃烧用空气VP的流动份额和次级燃烧用空气Vs的流动份额，即，全部通过燃烧用空气鼓风机44输送的燃烧用空气的57％至61％、优选约59％作为初级燃烧用空气VP导入到第一燃烧区50中，而导入到第二燃烧区52中的次级燃烧用空气Vs为全部由燃烧用空气鼓风机44输送的燃烧用空气的39％至43％、优选约41％的份额。因为燃烧用空气鼓风机44不仅生成初级燃烧用空气VP流、也生成次级燃烧用空气Vs流，所以这种向两个流的分配基本上通过在相应的燃烧用空气供应组件68、70的区域中提供的流动阻力来限定或设定。
在燃烧运行中将燃料泵64和燃烧用空气鼓风机44进一步这样操控，使得导入到第一燃烧区50中的初级燃烧用空气VP和输入到多孔蒸发介质60中且经由该多孔蒸发介质输入到第一燃烧区50中的燃料以如下数量比例提供，该数量比例会引起具有1至1.15的范围内、优选1的λ值的燃烧。这意味着：原则上在第一燃烧区50中可以将燃料和初级燃烧用空气VP相互完全燃烧，而未燃烧的燃料不会在然后离开燃烧室20的燃烧废气中被一起带走。然而，由于连续地供应燃料和初级燃烧用空气VP，存在在第一燃烧区50中生成的混合物的从第一燃烧区50向第二燃烧区52中的对应的连续的流。这意味着：不是全部在第一燃烧区50中以基本上化学计量的混合比例提供的混合物在第一燃烧区50中燃烧。在第一燃烧区50中生成的混合物的一部分从基本上也在多孔蒸发介质50的轴向端部区域中终止的第一燃烧区50中进入到然后跟随的第二燃烧区52中并且在那里与经由第二燃烧用空气导入开口42供应的次级燃烧用空气Vs混合。由此，形成空气或氧气过剩，这在第二燃烧区52中或者也更下游地在然后跟随的烟道22中引起超化学计量学的燃烧。总体上，将燃烧用空气和燃料以如下数量比例导入到燃烧室20中，该数量比例对应于具有约1.7的范围内的λ值的燃烧或者引起这样的燃烧。
利用燃烧室结构组件12或包括该燃烧室结构组件的燃烧用空气鼓风机10的上述运行，在第一燃烧区50中利用在那里提供的、由燃料和初级燃烧用空气VP构成的基本上化学计量的混合物实现1000℃至1050℃范围内的燃烧温度。这样高的燃烧温度引起：在此形成的燃烧废气中仅含有低氮氧化物份额。在燃烧室周壁16的绕流下导入到第二燃烧区52中的次级燃烧用空气Vs在进入到该第二燃烧区52中时具有比第一燃烧区50中的燃烧温度低几百摄氏度的温度，例如具有400℃至500℃的范围内的温度。即使在考虑前面给出的初级燃烧用空气VP与次级燃烧用空气Vs的数量比例的情况下，这在第二燃烧区52中也引起在明显较低的约700℃至800℃范围内的温度时进行的燃烧。这种在较低温度时进行的燃烧引起废气中的一氧化碳份额的明显降低，使得利用在不同的燃烧温度时在两个燃烧区50、52中进行的两级式燃烧工艺一方面可以实现燃烧废气中的低氮氧化物份额，另一方面可以实现燃烧废气中的低一氧化碳份额。为此，决定性的一方面是将燃烧用空气流限定地分成初级燃烧用空气VP和次级燃烧用空气Vs，以便能够在两个燃烧区50、52中提供分别必需的燃烧用空气或氧气量，并且另一方面是在第一燃烧区中提供基本上化学计量的或略微超化学计量的由初级燃烧用空气VP和燃料构成的混合物。
通过设定流动比例或流动阻力并且由此将燃烧用空气流分成初级燃烧用空气VP和次级燃烧用空气Vs可能的是：影响特别是第二燃烧区52中的燃烧温度，或者对于车辆采暖器10的相应类型例如也与通过该车辆采暖器提供的热功率有关地适当地设定所述燃烧温度。在此，燃烧室结构组件10的特别是具有提供向其他系统区域上的接合的构件的结构设计对应于一种标准构造，使得根据本发明构造的燃烧室结构组件12可以作为替换燃烧室结构组件集成到已经存在的车辆采暖器中，以便即使在那里也能够实现在两个燃烧区中限定地进行的燃烧运行并且因此实现降低的有害物质排出。

Claims (6)

1.用于燃料运行的车辆采暖器的燃烧室结构组件，所述燃烧室结构组件包括：
-燃烧室壳体(14)，所述燃烧室壳体具有燃烧室底部(18)和沿壳体纵轴线(L)的方向延伸的且包围壳体纵轴线(L)设置的燃烧室周壁(16)，所述燃烧室底部(18)和所述燃烧室周壁(16)界定燃烧室(20)，
-所述燃烧室周壁(16)或/和燃烧室底部(18)的面对所述燃烧室(20)的内侧上的多孔蒸发介质(60)，
-用于将液态燃料输入到所述多孔蒸发介质(60)中的燃料供应管路(62)，
-第一燃烧区(50)，所述第一燃烧区具有配设给所述燃烧室底部(18)的第一燃烧用空气供应组件(68)，所述第一燃烧用空气供应组件用于将初级燃烧用空气(VP)供应到所述燃烧室(20)中，所述多孔蒸发介质(60)设置在所述第一燃烧区(50)中，
-沿壳体纵轴线(L)的方向跟随所述第一燃烧区(50)的第二燃烧区(52)，所述第二燃烧区具有配设给所述燃烧室周壁(16)的第二燃烧用空气供应组件(70)，所述第二燃烧用空气供应组件用于将次级燃烧用空气(Vs)与所述第一燃烧区(50)隔开轴向间距地供应到所述燃烧室(20)中，所述第一燃烧用空气供应组件(68)包括在所述燃烧室底部(18)上朝所述燃烧室(20)的方向伸出的燃烧用空气导入附接件(32)，在所述燃烧用空气导入附接件(32)的周壁(34)中或/和沿壳体纵轴线(L)的方向与所述燃烧室底部(18)错开的底部(36)中设置有多个第一燃烧用空气导入开口(38、40)，并且所述第二燃烧用空气供应组件(70)在所述燃烧室周壁(16)的与所述燃烧用空气导入附接件(32)的底部(36)沿轴向隔开间距的区域中包括多个第二燃烧用空气导入开口(42)，
其特征在于，所述多个第一燃烧用空气导入开口(38、40)设置在所述燃烧用空气导入附接件(32)的周壁(34)和所述底部(36)中，所述多孔蒸发介质(60)在所述燃烧室周壁(16)的内侧上从所述燃烧室底部(18)出发轴向延伸直至超过所述燃烧用空气导入附接件(32)，并且所述第二燃烧用空气导入开口(42)与所述多孔蒸发介质(60)隔开轴向间距地设置。
2.按照权利要求1所述的燃烧室结构组件，其特征在于，所述第一燃烧用空气供应组件(68)在关于所述燃烧用空气导入附接件(32)的上游包括涡旋生成组件(48)，所述涡旋生成组件用于将关于壳体纵轴线(L)具有涡旋的初级燃烧用空气(VP)导入到燃烧用空气导入附接件(32)中，或/和所述第二燃烧用空气供应组件(70)包括包围所述燃烧室周壁(16)的燃烧用空气供应室(30)。
3.按照权利要求1或2所述的燃烧室结构组件，其特征在于，所述第一燃烧用空气供应组件(68)和所述第二燃烧用空气供应组件(70)构造成，使得导入到所述燃烧室(20)中的燃烧用空气的57％至61％作为初级燃烧用空气(VP)进入到所述燃烧室(20)中，并且导入到所述燃烧室(20)中的燃烧用空气的39％至43％作为次级燃烧用空气(Vs)进入到所述燃烧室(20)中。
4.燃料运行的车辆采暖器，所述燃料运行的车辆采暖器包括按照权利要求1至3中任一项所述的燃烧室结构组件(12)、用于将燃料输送到所述燃料供应管路(62)中的燃料泵(64)和用于将燃烧用空气作为初级燃烧用空气(VP)和次级燃烧用空气(Vs)输送到所述燃烧室(20)中的燃烧用空气鼓风机(44)。
5.用于运行车辆采暖器的方法，所述车辆采暖器包括：
燃烧室结构组件(12)，所述燃烧室结构组件包括：
-燃烧室壳体(14)，所述燃烧室壳体具有燃烧室底部(18)和沿壳体纵轴线(L)的方向延伸的且包围壳体纵轴线(L)设置的燃烧室周壁(16)，所述燃烧室底部(18)和所述燃烧室周壁(16)界定燃烧室(20)，
-所述燃烧室周壁(16)或/和燃烧室底部(18)的面对所述燃烧室(20)的内侧上的多孔蒸发介质(60)，
-用于将液态燃料输入到所述多孔蒸发介质(60)中的燃料供应管路(62)，
-第一燃烧区(50)，所述第一燃烧区具有配设给所述燃烧室底部(18)的第一燃烧用空气供应组件(68)，所述第一燃烧用空气供应组件用于将初级燃烧用空气(VP)供应到所述燃烧室(20)中，所述多孔蒸发介质(60)设置在所述第一燃烧区(50)中，
-沿壳体纵轴线(L)的方向跟随所述第一燃烧区(50)的第二燃烧区(52)，所述第二燃烧区具有配设给所述燃烧室周壁(16)的第二燃烧用空气供应组件(70)，所述第二燃烧用空气供应组件用于将次级燃烧用空气(Vs)与所述第一燃烧区(50)隔开轴向间距地供应到所述燃烧室(20)中，
-用于将燃料输送到所述燃料供应管路(62)中的燃料泵(64)和
-用于将燃烧用空气作为初级燃烧用空气(VP)和次级燃烧用空气(Vs)输送到所述燃烧室(20)中的燃烧用空气鼓风机(44)，
在所述方法中，将燃烧用空气和燃料以如下输送量输送到所述燃烧室结构组件(12)，使得将初级燃烧用空气(VP)和燃料以用于具有1至1.15的范围内的λ值的燃烧的数量比例输入到所述第一燃烧区(50)中，并且将初级燃烧用空气(VP)和次级燃烧用空气(Vs)和燃料以用于具有1.6至1.8的范围内的λ值的燃烧的数量比例输入到所述燃烧室(20)中。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述燃烧室结构组件(12)按照权利要求1至3中任一项所述的燃烧室结构组件构造。
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