DE10014347A1

DE10014347A1 - Zweistoff-Brenner mit Venturirohr-Brennstoffzerstäubung

Info

Publication number: DE10014347A1
Application number: DE2000114347
Authority: DE
Inventors: Christian Hubbauer
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-04

Abstract

Zweistoff-Brenner, insbesondere für eine Fahrzeugzusatz- bzw. -standheizung, zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff in Anwesenheit von Brennluft, mit einer Brennkammer (10), der eine Düse zum Zerstäuben des flüssigen Brennstoffs vorgeschaltet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Düse ein mit dem im Durchmesser größeren Ende seines Diffusorteils (12) in die Brennkammer (10) mündendes Venturirohr (11) umfaßt, in dessen Unterdruckgebiet bezüglich des Druckniveaus am stromabwärts liegenden Ende des Diffusorteils (12) der flüssige Brennstoff zugegeben wird und durch dessen Einlaufteil (13) die Brennluft gefördert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweistoff-Brenner, insbesondere einen Brenner für eine Fahrzeugzusatz- bzw. -Standheizung, zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff in Anwesenheit von Brennluft, mit einer Brennkammer, der eine Düse zum Zerstäuben des flüssigen Brennstoffs vorgeschaltet ist.

Ein derartiger Brenner ist aus DE 41 18 538 C2 bekannt. Dieser Brenner basiert auf einer Zweistoff-Düse zur Zerstäubung von Brennstoff, die einen relativ komplizierten Aufbau besitzt. Insbesondere besteht diese Düse aus einer im wesentlichen zylindrischen Mischkammer, einem bezüglich deren Längsachse koaxialen Zuführrohr für den flüssigen Brennstoff und einer Brennluftmittelzufuhr. Die Mischkammer der Düse ist durch einen Düseneinsatz zum Austragen von zerstäubtem Brennstoff/Brennluft-Gemisch abgeschlossen und besitzt eine zentrale Düsenbohrung sowie eine in Strömungsrichtung konvergierende kegelförmige Innenanschrägung. Die Brennluftzufuhr besteht aus einem Zufuhrrohr, welches die Mischkammerwandung tangential durchsetzt, in diese eintaucht und in einer größeren Höhe über dem Düseneinsatz mündet, als das Zuführrohr für den flüssigen Brennstoff. Aufgrund dieses komplexen Aufbaus der Zweistoff-Düse ist für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb zur Zerstäubung von flüssigem Brennstoff ein erheblicher Luftüberdruck erforderlich, der durch ein entsprechend kräftiges Gebläse aufgebracht werden muß.

Im Zusammenhang mit Gasbrennern ist es bekannt, Venturirohre als Mischeinrichtung zu verwenden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Zweistoff-Brenner zu schaffen, der keinen hohen Luft-Überdruck zum Zerstäuben des flüssigen Brennstoffs erfordert und zuverlässig arbeitet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Demnach ist erfindungsgemäß die bisher für Zweistoff-Brenner zum Einsatz kommende kompliziert aufgebaute Zweistoff-Düse ersetzt durch eine Anordnung mit einem Venturirohr, welches aufgrund seines hohen axialen Luftdruckgefälles Brennluft ansaugt und im Diffusorteil mit Brennstoff vermischt. Aufgrund des Druckrückgewinns des Venturirohrs ist es nicht erforderlich, die Luft mit hohem Überdruck zu fördern, so daß das bislang hierfür erforderliche starke Gebläse oder zusätzliche Gebläse entfallen kann. Durch die Vermischung von Brennluft und Brennstoff im Diffusorteil des Venturirohrs wird in der nachgeschalteten Brennkammer eine optimale Verbrennung gewährleistet. Das erfindungsgemäß eingesetzte Venturirohr hat außerdem den Vorteil, daß es kostengünstig gefertigt werden kann.

Sowohl dem Montageaufwand wie den Herstellungskosten kommt vorteilhafterweise entgegen, daß zumindest der vordere Abschnitt des Venturirohr- Diffusorteils einstückig mit der Brennkammer gebildet ist.

Der Diffusorteil des Venturirohrs ist im einfachsten Fall mit einem einheitlichen Öffnungswinkel gebildet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann dieser Venturirohr-Diffusorteil jedoch Abschnitte unterschiedlichen Öffnungswinkels aufweisen, wobei der Abschnitt mit größtem Öffnungswinkel an die Brennkammer angrenzt.

Vorteilhafterweise wird der Brennstoff dem Venturirohr über ein Röhrchen zugeführt, dessen stromabwärtiges Ende in das Venturirohr hineinsteht. Dieses stromabwärtige Ende des Brennstoffzufuhrröhrchens kann gegebenenfalls in eine stromabwärtige Zweistoffdüse oder in das Unterdruckgebiet eines zweiten, kleineren Venturirohres münden, das wiederum durch das Druckgefälle des Venturirohres betrieben wird und in dessen Unterdruckgebiet endet, um bereits eine Vorzerstäubung zu erreichen. Das Brennstoff-Zufuhrröhrchen ist ferner vorteilhafterweise innerhalb des Venturirohrs koaxial zu dessen Längsmitte verlaufend angeordnet. Das stromabwärtige Ende kann an verschiedenen Stellen des Venturirohrs angeordnet sein, beispielsweise im Einlaufteil oder im Diffusorteil des Venturiröhrchens oder an der engsten Stelle zwischen Einlaufteil und Diffusorteil.

Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, die Brennkammer mit zumindest einem zusätzlichen Einlaß für Sekundärbrennluft zu versehen. Dieser Sekundärbrennlufteinlaß liegt bevorzugt in der Ebene der Brennkammer, in welcher das Venturirohr mündet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Halb-Längsschnittdarstellung von Brennkammer und Venturirohr gemäß einer Ausführungsform des Zweistoff-Brenners,

Fig. 2 ein Diagramm des axialen Druckverlaufs im Venturirohr gemäß Fig. 1, und

Fig. 3 eine Variante zur Fig. 1 mit einem kleinen Venturirohr statt einer Düse zur Brennstoffzerstäubung.

Der erfindungsgemäße Zweistoff-Brenner umfaßt eine Brennkammer 10 in allgemein zylindrischer Form. An die Brennstoff/Brennluft-Einlaßseite der Brennkammer 10 ist ein Venturirohr 11 angeschlossen, bevorzugt zumindest im Anschlußbereich einstückig mit der Brennkammer 10 gebildet. Das Venturirohr besteht in an sich bekannter Weise aus einem Diffusorteil 12 und einem Einlaufteil 13. Der Diffusorteil 12 besitzt eine längere axiale Erstreckung als das Einlaufteil 13 und hat vorzugsweise Kegelform, wobei das Ende größten Durchmessers des kegelförmigen Diffusorteils 12 an den Brennstoff/Brennluft-Einlaß der Brennkammer 10 angeschlossen ist, während der Einlaufteil 13, der ebenfalls Kegelform besitzt oder aus einem oder mehreren Einlaufradien mit angeschlossenem zylindrischen Teil besteht, dessen Abschnitt größten Durchmessers jedoch von der Brennkammer 10 weg weist, an das durchmesserkleinste Ende des Diffusorteils 12 angrenzt. Venturirohr 11 und Brennkammer 10 liegen bevorzugt auf einer gemeinsamen Längsmittenachse 14. Mit dieser Längsmittenachse 14 fluchtet ein Brennzufuhr-Röhrchen 15, an dessen stromabwärtiges Ende sich eine Zweistoffdüse 16 anschließt, deren Austrittsöffnung an der engsten Stelle zwischen Diffusorteil 12 und Einlaufteil 13 des Venturirohrs 11 zu liegen kommt (im Unterdruckbereich gegenüber der Brennkammer). Statt der Zweistoffdüse 16 kann auch gemäß der in Fig. 3 gezeigten Variante ein kleines Venturirohr 19 an der gleichen Stelle vorgesehen sein, welche durch das Druckgefälle des Venturirohres 11 betrieben wird und in dessen Unterdruckgebiet endet, um bereits eine Vorzerstäubung zu erreichen. In diesem Falle mündet das Brennstoffzufuhr-Röhrchen 15 im kleineren Venturirohr 19, durch welches ebenfalls Luft gefördert wird.

Brennluft wird in den Einlaufteil 13 des Venturirohrs 11 mittels eines nicht gezeigten Gebläses eingespeist, das Brennluft mit lediglich geringem Überdruck bereitstellt. Die Brennluft wird entlang des Pfeils 17 in das Venturirohr 11 gefördert. Der axiale Druckverlauf im Venturirohr 11 ist in Fig. 2 in einem Diagramm dargestellt, auf dessen X-Achse die Länge l des Venturirohrs 11 aufgetragen ist, und auf dessen Y-Achse der Differenzdruck Δp im Venturirohr aufgetragen ist. Demnach besitzt die Brennluft an der Eintrittstelle in den Einlaufteil 13 des Venturirohrs einen geringen Überdruck, der durch das die Brennluft fördernde Gebläse erzielt wird. Beim Durchströmen des Einlaufteils 13 erhöht sich durch die Verengung die Geschwindigkeit, wobei gleichzeitig der Druck der Brennluft fällt und im Übergang zum anschließenden Diffusorteil 12 einen minimalen Wert erreicht, entsprechend einem maximalen Unterdruck gegenüber dem Brennkammerdruckniveau, der im weiteren Verlauf des Diffusorteils stromabwärts abnimmt, so daß die in die Brennkammer 10 eintretende Brennluft sich in etwa auf Brennkammerdruck befindet.

Wie mit einem weiteren Pfeil 18 bezeichnet, besitzt die Düse 16 zumindest eine radiale Bohrung, die in die axiale Brennstoff-Förderbohrung der Düse 16 mündet. Über diese radiale Bohrung wird Luft in den Förderweg des flüssigen Brennstoffs eingetragen, so daß in der Düse 16 eine Verwirbelung von Brennluft und flüssigem Brennstoff stattfindet. Dieses Gemisch tritt dann zerstäubt aus der Austrittsöffnung der Düse 16 aus und vermischt sich im Diffusorteil 12 mit der entlang des Pfeils 17 angesaugten Brennluft, die dem Einlaufteil 13 durch das Gebläse mit niedrigem Druck dargeboten wird.

In die Brennkammer 10 wird außerdem bevorzugt Sekundär-Brennluft eingetragen. Zu diesem Zweck sind an der Stelle, an welcher der Diffusorteil 12 des Venturirohrs in die Brennkammer 10 übergeht, über den Umfang Lufteintragöffnungen gebildet, über welche Sekundärluft in die Brennkammer 10 eingetragen wird. Eine entsprechende Sekundärluft-Eintragstelle ist in Fig. 1 mit dem Pfeil 19 bezeichnet. Sekundärluft-Öffnungen können auch am Mantel der Brennkammer 10 vorgesehen sein.

Bezugszeichenliste

10

Brennkammer

11

Venturirohr

12

Diffusorteil

13

Einlaufteil

14

Längsmittenachse

15

Brennstoff-Zufuhrröhrchen

16

Zweistoffdüse

17

Pfeif

18

Pfeil

19

Venturirohr (für Brennstoff)

Claims

1. Zweistoff-Brenner, insbesondere für eine Fahrzeugzusatz- bzw. - standheizung, zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff in Anwesenheit von Brennluft, mit einer Brennkammer (10), der eine Düse zum Zerstäuben des flüssigen Brennstoffs vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse ein mit dem im Durchmesser größeren Ende seines Diffusorteils (12) in die Brennkammer (10) mündendes Venturirohr (11) umfaßt, in dessen Unterdruckgebiet bezüglich des Druckniveaus am stromabwärts liegenden Ende des Diffusorteils (12) der flüssige Brennstoff zugegeben wird und durch dessen Einlaufteil (13) die Brennluft gefördert wird.

2. Zweistoff-Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der vordere Abschnitt des Venturirohr-Diffusorteils (12) einstückig mit der Brennkammer (10) gebildet ist.

3. Zweistoff-Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Richtung auf die Brennkammer (10) kegelförmig auseinanderlaufende Venturirohr-Diffusorteil (12) Abschnitte unterschiedlichen Öffnungswinkels aufweist.

4. Zweistoff-Brenner nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff dem Venturirohr (10) über ein Röhrchen (15) zugeführt wird, dessen stromabwärtiges Ende in das Venturirohr (10) hinein steht.

5. Zweistoff-Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzufuhr-Röhrchen (15) innerhalb des Venturirohrs (10) koaxial zu dessen Längsmittenachse (14) verläuft.

6. Zweistoff-Brenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende des Brennstoffzufuhr-Röhrchens (15) im Einlaufteil (13) des Venturirohrs(10) liegt.

7. Zweistoff-Brenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende des Brennstoffzufuhr-Röhrchens (15) im Diffusorteil (12) des Venturirohrs (10) liegt.

8. Zweistoff-Brenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende des Brennstoffzufuhr-Röhrchens (15) in der engsten Stelle zwischen Einlaufteil (13) und Diffusorteil (12) des Venturirohrs (10) liegt.

9. Zweistoff-Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (10) einen Einlaß für Sekundärbrennluft aufweist.

10. Zweistoff-Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß für Sekundärbrennluft axial gesehen in dem Bereich der Brennkammer (10) vorgesehen ist, in welchen das Venturirohr (10) einmündet.

11. Zweistoff-Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff über eine Zweistoffdüse (16) beliebiger Bauart oder ein zweites kleineres Venturirohr (19) vorzerstäubt wird, dessen Ein- und Austrittsöffnung im Venturirohr (11) so zu liegen kommen, daß sie über ein durch das Venturirohr (11) erzeugtes Druckgefälle betrieben wird.

12. Zweistoff-Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündelement ein Glühstift verwendet wird.

13. Zweistoff Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündelement Zündelektroden verwendet werden.

14. Zweistoff-Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennluft dem Einlaufteil (13) verdrallt zugeführt wird.