CZ20013703A3

CZ20013703A3 - Spalovací komora topného zařízení

Info

Publication number: CZ20013703A3
Application number: CZ20013703A
Authority: CZ
Inventors: Walter Blaschke; Günter Eberspach
Original assignee: J. Eberspächer Gmbh & Co.
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2003-01-15
Also published as: DE10081024D2; JP2002542446A; WO2000063619A1

Description

Spalovací komora topného .zařízení

Oblast techniky

Vynález se týká spalovací komory topného zařízení, zejména pro motorová vozidla, s prstencovítou směšovací a spalovací zónou mezi vnějším plamencem a vnitřní trubkou, která je v něm soustředně uspořádána a je upravena k zavádění spalovacího vzduchu do směšovací a spalovací zóny a vykazuje k tomu plášť opatřený otvory.

Dosavadní stav techniky

Topná zařízení pro vozidla, pracující s palivem, obsahují zpravidla takovéto spalovací komory, přičemž jejich plamenec je uspořádán v tepelném výměníku spojeném s výfukovým potrubím, a přičemž tepelný výměník může být vytvořen jako vodní nebo vzduchový a podle toho předává spalovací teplo topné vodě nebo topnému vzduchu.

Vnitřní trubka je obvykle vytvořena jako tzv. štěrbinová trubka, tzn. že plášť vnitřní trubky obsahuje podélné axiální štěrbiny, jimiž spalovací vzduch, zaváděný šroubovité do vnitřní trubky, přestupuje z vnitřní trubky do směšovací a spalovací zóny.

Φ ·

Vzhledem k žádoucí kompaktnosti topného zařízení jsou zapotřebí malé rozměry spalovací komory, přičemž také axiální délka spalovacích komor má být stanovena co možná krátká.

Aby bylo možno navzdory kompaktní konstrukci dosáhnout vysokého topného výkonu, musí být intenzivního spalování dosaženo na malém prostoru. Tím vzniká nebezpečí vzniku rušivého hluku, kdy zejména prostřednictvím rezonance může u kompaktní konstrukce vzniknout hluk s obzvlášť nepříjemnou frekvencí.

Podstata vynálezu

Úlohou vynálezu je zaručit při topném provozu vznik pouze nepatrného hluku. Tato úloha je vyřešena u spalovací komory podle vynálezu, jejíž podstata spočívá v tom, že otvory jsou zcela nebo částečně tvořeny porézní jemnou strukturou.

Vynález je založen na myšlence rozdělit celkový průřez otvorů v plášti vnitřní trubky na velký počet velmi malých, úzce sousedících otvorů, takže jsou v plášti vnitřní trubky vytvořeny poměrně velkoplošné porézní nebo mřížkovité zóny.

Takto může být dosaženo překvapivě vysokého snížení hluku.

Je to založeno na tom, že spalovací vzduch procházející vzduchově prostupnými zónami pláště vnitřní trubky tvoří na vnější straně těchto zón mezní vrstvu, která i při eventuelních turbulencích ve směšovací a spalovací zóně

nemůže být proražena zpětným šlehnutím plamene do vnitřního prostoru vnitřní trubky.

Mimoto jsou prostřednictvím porézní, respektive mřížkovité stěny stabilizovány také teplotní poměry na vnější straně vnitřní trubky. Jelikož materiál tvořící jemné struktury vede ke zmenšení možných teplotních výkyvů, je touto cestou také působeno proti vzniku turbulencí bezprostředně na vnější straně vnitřní trubky a tím i proti možnosti zpětného šlehnutí do vnitřní trubky.

Vzhledem ke stabilnímu teplotnímu profilu mohou být podle výhodného provedení vynálezu jemné struktury vytvořeny z materiálu s dobrou tepelnou vodivostí, zejména z kovového materiálu.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu mohou být jemné struktury katalyticky povlečeny, takže eventuelní sražené, respektive uchycené částice paliva jsou rychle rozloženy a prostřednictvím spalovacího vzduchu prostupujícího jemnou strukturou rychle dopraveny ke spalování ve směšovací a spalovací zóně.

U obzvláště účelného provedení vynálezu je navrženo opatřit otvory vnitřní trubky porézní jemnou strukturou pouze částečně. V této souvislosti se ukázalo jako účelné opatřit ve směru proudění spalovacího vzduchu přední oblast otvorů uvnitř plamence jemnou strukturou a na ve směru proudění spalovacího vzduchu zadních oblastech otvorů nanést jemnou strukturu na vnější stranu otvorů. Jemné struktury v přední části otvorů mají tedy menší odstup od středu vnitřní trubky než jemné struktury v zadní části otvorů.

Příslušnými vybráními na vnitřním a vnějším obvodu vnitřní trubky může být přitom dosaženo toho, že vnitřní povrch vnitřní jemné struktury leží ve stejné rovině jako ostatní vnitřní stěna vnitřní trubky, zatímco vnější strana vnější jemné struktury lícuje s vnějším obvodem vnitřní trubky.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je dále blíže vysvětlen pomocí příkladů provedení, znázorněných na výkresech, kde značí:

obr. 1 silně schematický řez topným zařízením se spalovací komorou vytvořenou podle vynálezu; a obr. 2 řez vnitřní trubkou.

Příklady provedení vynálezu

Teplovzdušná souprava znázorněná na obr. 1 obsahuje směšovací a spalovací zónu _1, která je vytvořena jako prstencový prostor mezi vnitřní trubkou 2 a plamencem 3, který vnitřní trubku 2_ soustředně obklopuje.

Vnitřní trubka 2 obsahuje jeden uzavřený konec, na výkrese je to pravý, a jeden protilehlý otevřený konec, do něhož je vířivě vháněn přes rozváděči ústrojí £ od oběžného kola 5_ dmychadla dopravovaný spalovací vzduch. Tento spalovací vzduch vstupuje přes otvory 6, vytvořené v plášti vnitřní trubky 2, jejichž konstrukce bude dále blíže vysvětlena, do směšovací a spalovací zóny 1.

• *

4

4 • 4

Na konci plamence 3_, přivráceném k oběžnému kolu 5 dmychadla, je směšovací a spalovací zóna 1. uzavřena čelní stěnou. Na druhém konci plamence 3, přečnívajícím axiálně přes vnitřní trubku ý, je uspořádána clona 7_, jejímž středovým otvorem je směšovací a spalovací zóna JL spojena s vnitřním prostorem tepelného výměníku 8^.

Vnitřní stěny části plamence J3, přivrácené k oběžnému kolu 5 dmychadla, respektive její stěnové oblasti, jsou pokryty drátěným rounem, které pohlcuje přiváděné palivo po způsobu knotu, přičemž následně palivo odpařené z tohoto drátěného rouna za přívodu spalovacího vzduchu přes vnitřní trubku 2~ ve směšovací a spalovací zóně 1 samovolně odhořívá.

Bočně je na směšovací a spalovací zóně JL uspořádán radiální slepý prostor 9, ^v němž je uložena neznázorněná žhavicí svíčka, jejímž prostřednictvím může být zažehnuto palivo, přiváděné palivovým potrubím 10.

Spaliny tvořené při spalování jsou při přestupu do tepelného výměníku 8! otočeny a vedeny k výfukovému potrubí 11, které je uspořádáno bočně na tepelném výměníku 8 na jeho na výkrese levém konci. Přitom je teplo spalin přenášeno na vnitřní stěnu jakož i vnitřní žebra 12 tepelného výměníku Q.

Tepelný výměník 8. je z vnější strany obtékán vzduchem, který je dmýchán dalším oběžným kolem 13 dmychadla skříní 14, oplášťující s odstupem tepelný výměník J3, jakož i vnějším žebrováním 15 tepelného výměníku 8^ a je veden od výstupu ··

9ί 9 9

•9 »··· • » · • · * ·

9 · • · ·· skříně 14 do vyhřívaného vnitřního prostoru motorového vozidla.

Oběžné kolo ji dmychadla pro spalovací vzduch a oběžné kolo 13 dmychadla pro vytápěcí vzduch jsou společně poháněny elektromotorem 16.

Na rozdíl od provedení znázorněného na výkrese může být tepelný výměník 8_ také obklopen vodním pláštěm, přičemž voda může být vedena neznázorněným vodicím můstkem na vnější straně tepelného výměníku šroubovité od vstupu k výstupu a proudit v okruhu, který vede přes jedno nebo více neznázorněná topná zařízení a/nebo přes chladicí okruh motoru vozidla.

Zvláštnost vynálezu spočívá nyní ve vytvoření otvorů 6 v plášti vnitřní trubky 2.

K vytvoření těchto otvorů obsahuje plášť vnitřní trubky 2_ zóny s porézní jemnou strukturou.

Tato jemná struktura může být například vytvořena „hustě pletenou drátěnou tkaninou, která je uspořádána na otvorech pláště vnitřní trubky 2, respektive v nich, a tyto zcela nebo částečně pokrývá.

V plášti vnitřní trubky 2_ mohou být například uspořádány axiální drážky, které jsou z vnější a/nebo vnitřní strany pláště překryty uvedenou kovovou tkaninou, přičemž kovová tkanina může pokrývat veškerý vnější a/nebo vnitřní obvod vnitřní trubky 2.

···

i

Namísto axiálních drážek mohou být také uspořádány otvory v jiné podobě, například rastrovitě rozdělené otvory, a to například kruhové otvory, které jsou opět z vnější a/nebo vnitřní strany pokryty drátěnou tkaninou.

Namísto drátěné tkaniny může být uspořádána také drátěná pletenina nebo hustě pletená drátěná síť.

Mimoto mohou být otvory také vytvořeny prostřednictvím spékaného nebo vláknitého materiálu nebo kovové pěny.

Namísto takovýchto kovových struktur může být také použita porézní keramika.

Rovněž může celý plášť vnitřní trubky sestávat ze spékaného nebo vláknitého materiálu, kovové pěny nebo keramiky.

Existuje i možnost zmíněné porézní jemné struktury katalyticky povléknout.

Pomocí otvorů 6 vytvořených jakožto zóny s porézní jemnou strukturou tvoří spalovací vzduch procházející otvory 6 z vnitřního prostoru vnitřní trubky 2 do směšovací a spalovací zóny ]L z vnější strany vnitřní trubky _2 poměrně stabilní mezní vrstvu, která oddání vnitřní trubku 2 a zejména její vnitřní prostor vůči turbulencím ve směšovací a spalovací zóně 1_ při spalovacím provozu a tím brání vzniku nepříjemného hluku.

Mimoto způsobí porézní jemná struktura, zejména při použití kovových, respektive dobře tepelně vodivých

materiálů, nastolení poměrně stabilních teplotních poměrů poblíž pláště vnitřní trubky 2, což přídavně působí proti vzniku turbulencí v blízkosti stěny.

U keramických a jiných materiálů s vysokou tepelnou kapacitou je výhodné, že jsou přípustné velmi vysoké teploty,které urychlují reakci paliva s tím důsledkem, že je rovněž velmi účinně zabráněno proražení turbulentních plamenů do vnitřního prostoru vnitřní trubky 2.

Katalytickým povlečením porézních jemných struktur může být obzvláště účinně zabráněno tvoření usazenin ze zbytků paliva a pod. Tím je i při nepříznivých provozních okolnostech zaručeno, že spalovací vzduch bude schopen požadovaným způsobem procházet otvory 6_, respektive jemnou strukturou tvořící tyto otvory.

Obzvláštní výhoda vynálezu spočívá v tom, že požadované snížení hluku je umožněno bez konstrukčních změn topného zařízení.

V příkladu provedení podle obr. 2 jsou otvory 6 vnitřní trubky opatřeny jemnými strukturami 17 a 18 pouze částečně. Vnitřní jemná struktura 17 přitom tvoří díl podobný válci, který na v obr. 2 levém konci vnitřní trubky, kde spalovací vzduch vstupuje do vnitřní trubky 2, pokrývá vnitřní stěnu vnitřní trubky, jakož i částečný úsek otvorů 6. Přitom je na vnitřním obvodu vnitřní trubky uspořádáno vybrání, respektive materiálový úběr tak, že strana vnitřního obvodu jemné struktury 17 lícuje s axiálně podle obr. 2 doprava navazující stěnou vnitřního obvodu vnitřní trubky.

, i ····»· .:,. .:. ··· ·· ·· ····

Vnější jemná struktura 18 tvoří rovněž díl podobný válci, který však vykazuje větší průměr než jemná struktura 17 a je uspořádán z vnější strany vnitřní trubky 2 pod částečným pokrytím otvorů _6. Také zde je prostřednictvím odsazení, respektive materiálového úběru na vnější obvodové straně vnitřní trubky 2_ zaručeno, že vnější obvodová strana jemné struktury 18 lícuje s ostatní vnější obvodovou stranou vnitřní trubky 2.

Jak je znázorněno, může být axiálně mezi jemnými strukturami 17 a 18 uspořádána zóna bez jemných struktur, takže otvory 6 jsou v této oblasti zcela volné.

Jemné struktury 17 a 18 zmenšují nejen účinný průřez otvorů 6. Často tvoří také oblasti zvýšené drsnosti na vnitřní, respektive vnější straně vnitřní trubky 2_ s následkem, že zde spalovací vzduch protékající, respektive obtékající vnitřní trubku se zvýšenou razancí vytváří mezní fluidní vrstvu a tím se vlivem dynamických efektů proudění zúží volný průřez, který je k dispozici pro proudění spalovacího vzduchu uvnitř a vně vnitřní trubky a rychlost proudění spalovacího vzduchu ve zbývajícím průřezu se zvýší.

Podle obzvlášť výhodného provedení může být vytvořeno takové uspořádání, kdy jemné struktury 17 a/nebo 18 vykazují od stěny vnitřní trubky g radiální odstup. Přitom může být každá jemná struktura opět vytvořena jako válcový díl a přidržována pomocí vačkovitého nákružku, který je uspořádán nebo vytvořen na stěně vnitřní trubky 2. Takovéto uspořádání je možné také tehdy, když je uspořádána pouze jediná válcová jemná struktura, která může také zcela překrývat otvory 6.

Uspořádáním vzdáleným od vnitřní trubky _2 je zejména u jemné struktury uspořádané z vnější strany vnitřní trubky 2: dosaženo toho, že jemná struktura je poměrně rychle vyhřátá a může být velmi horká, když je na vnitřní trubku _2 přenášeno poměrně málo tepla plamene hořícího v plamenci. Vysokou teplotou je obzvláště účinně zabráněno karbonizaci jemné struktury.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1 -Υλγφ

Ζο*»·ΟΑλ5 χ&ΟΤννΟ* <L» 3 néÁ® zařízení se spalovací komorou a tepelným výměníkem (8), přičemž spalovací komora obsahuje prstencovitou směšovací a spalovací zónu (1) mezi vnějším plamencem (3) a vnitřní trubkou (2), která je v něm soustředně uspořádána a je upravena k zavádění spalovacího vzduchu do směšovací a spalovací zóny (1), přičemž plamenec (3) vykazuje koncový díl, pokračující směrem ven přes konec vnitřní trubky (2) nacházející se v plamenci (3) a opatřený otvorem v čelní stěně, a výfukový otvor, a přičemž vnitřní trubka (2) vykazuje vstupní otvory (6) spalovacího vzduchu, které zcela nebo částečně obsahují porézní jemnou strukturu, vyznačující se tím, že čelní otvor plamence (3) je výfukový otvor ústící do tepelného výměníku (8) .
2. Topné zařízení podle nároku 1, přičemž výfukový otvor v plamenci (3) je tvořen clonou (7).
3. Topné zařízení podle nároku lnebo 2, přičemž konec vnitřní trubky (2) zasahující do plamence (3) vykazuje nejméně v podstatě uzavřené, čelní dno.
4. Topné zařízení podle jednoho z nároků 1 až 3, přičemž porézní jemná struktura vstupních otvorů (6) spalovacího vzduchu je vytvořena jako kovová tkanina nebo kovová pletenina.
5. Topné zařízení podle jednoho z nároků 1 až 3, přičemž porézní jemná struktura vstupních otvorů (6) spalovacího vzduchu sestává v podstatě z kovové pěny a/nebo vláknitého kovu a/nebo spékaného materiálu.
6. Topné zařízení podle jednoho z nároků 1 až 3, přičemž porézní jemná struktura vstupních otvorů (6) spalovacího vzduchu sestává v podstatě z porézní keramiky.
7. Topné zařízení podle jednoho z nároků 1 až 6, přičemž porézní jemná struktura vstupních otvorů (6) spalovacího vzduchu je katalyticky povlečena.
8. Topné zařízení podle jednoho z nároků 1 až 7, přičemž spalovací vzduch je do vnitřní trubky (2) zaváděn šroubovitě.
9. Topné zařízení podle jednoho z nároků 1 až 8, přičemž vstupní otvory (6) spalovacího vzduchu jsou na vnitřní straně vnitřní trubky (2) částečně opatřeny porézní jemnou strukturou (17).
10. Topné zařízení podle jednoho z nároků 1 až 9, přičemž vstupní otvory (6) spalovacího vzduchu jsou na vnější straně vnitřní trubky (2) částečně opatřeny porézní jemnou strukturou (18).
11. Topné zařízení podle nároku 9 a/nebo 10, přičemž vnitřní strana vnitřní jemné struktury (17) s hraničící vnitřní stranou a/nebo vnější strana vnější jemné struktury (18) s hraničící vnější stranou vnitřní trubky (2) lícují.
12. Topné zařízení podle jednoho z nároků 1 až 11, přičemž porézní jemná struktura vstupních otvorů (6)