DE10024003A1

DE10024003A1 - Verdampfungsbrenner für ein Heizgerät mit Leitblechanordnung

Info

Publication number: DE10024003A1
Application number: DE2000124003
Authority: DE
Inventors: Fritz Widemann
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2001-12-06
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: DE10024003C2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdampfungsbrenner für ein Heizgerät, insbesondere für eine Fahrzeugzusatz- bzw. -standheizung, mit einem mit flüssigem Brennstoff gespeisten, im hinteren Teil eines Brennrohrs (10) angeordneten saugfähigen, scheibenförmigen Verdampfungskörper (11), der vorzugsweise im wesentlichen zentral von einer stabförmigen Zündeinrichtung (13) durchsetzt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß eine vor dem Verdampfungskörper (11) im Brennrohr (10) angeordnete Leitblechanordnung (16, 21) zum Rückführen von Brenngas auf den Verdampfungskörper (11) und zum Leiten des rückgeführten Brenngases radial über diesen hinweg vom Zentrum nach außen vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdampfungsbrenner für ein Heizgerät, insbesondere für eine Fahrzeugzusatz- bzw. -standheizung, mit einem mit flüssigem Brennstoff gespeisten, im hinteren Teil einer Brennkammer angeordneten saugfähigen, scheibenförmigen Verdampfungskörper, der im wesentlichen zentral von einer stabförmigen Zündeinrichtung durchsetzt ist.

Ein derartiger Verdampfungsbrenner ist aus der DE 195 21 296 A1 bekannt. Der Verdampfungskörper dieses Verdampfungsbrenners besteht aus einer hochtemperaturbeständigen, monolithischen Keramikscheibe mit feinen Siebbohrungen, die eine Trennwand zwischen einer Mischkammer und der Brennkammer des Verdampfungsbrenners bildet. Aufgrund seiner Porosität ist das Keramikmaterial der Keramikscheibe extrem aufnahmefähig für Flüssigbrennstoff, der infolge von Kapillarwirkung relativ gleichmäßig über die Keramikscheibe verteilt wird, wobei der Mischvorgang im Gegensatz zu Verdampfungsbrennern mit Verdampfungskörpern aus Vliesmaterial in der vorgeschalteten Mischkammer und spätestens beim Hindurchtreten der Brennluft durch die Sieböffnung der Keramikscheibe erfolgt. Hierdurch soll ein hoher Durchmischungsgrad des Luft- Brennstoff-Gemischs erreicht werden. Eine gleichmäßige Flammbildung in der Brennkammer soll dadurch erzielt werden, daß das Luft-Brennstoff-Gemisch über den gesamten Querschnitt der Keramikscheibe in die Brennkammer strömt. Nachteilig an diesem bekannten Verdampfungsbrenner ist, daß er eine zusätzliche, dem Verdampfungskörper vorgeschaltete Mischkammer benötigt. Nachteilig ist ferner, daß diese Verdampfungsbrenner für schwer startbare Brennstoffe, wie beispielsweise Pflanzenmethylester PME allenfalls im Zusammenhang mit entsprechend aufwendigen Zündeinrichtungen geeignet ist.

Dieser Nachteil trifft im übrigen auch auf Verdampfungsbrenner zu, deren Verdampfungskörper aus Vlies besteht.

Aus der DE 44 01 799 C1 ist ein Verdampfungsbrenner bekannt, dessen stabförmige Zündeinrichtung quer zur Brennkammerlängsachse in diese hineinsteht. Diese Anordnung ist für Verkokung anfällig. Außerdem besteht die Gefahr eines Ausfalls der stabförmigen Zündeinrichtung in Gestalt eines Glühstifts, weil dieser parallel zur Verdampfungskörperoberfläche angeordnet ist. Für einen Start mit schwer startbarem Brennstoff, wie etwa PME, ist diese Anordnung nicht geeignet.

Aus der DE 39 01 126 A1 ist ein Brenner zur stöchiometrischen Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen bekannt Dieser Brenner umfaßt eine Zerstäuberdüse, eine Luftzuführleitung und eine Brennkammer, die an dem der Zerstäuberdüse gegenüberliegenden Ende mit einer Stauscheibe versehen ist. In die Brennkammer ist koaxial ein Vergasungs- und Führungsglied eingesetzt, das eine projizierte Fläche aufweist, die kreisringförmig ausgebildet ist und zentrisch sowie im äußeren Bereich von den Brenngasen umströmbar ist. Durch das Vergasungs- und Führungsglied ist die Brennkammer in mindestens zwei Verbrennungs- und Zirkulationszonen unterteilt, um eine gute Verbrennung des Luft-Brennstoff-Gemisches zu ermöglichen und den Anteil der Stickoxide in den Abgasen zu reduzieren.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfungsbrenner der eingangs genannten Art zu schaffen, der gewährleistet, daß auch schwer startbare Brennstoffe zuverlässig gezündet werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Brenngasströmung in der Brennkammer wird am verdampfungskörperfernen Ende der Brennkammer an der dort vorgesehenen Stirnwand der Brennkammer, die beispielsweise die Gestalt eines Halbtorus aufweist, um 180° umgelenkt und strömt eine bestimmte Strecke in Richtung auf den Verdampfungskörper, bevor sie nach einer weiteren freien Umlenkung um 180° die Brennkammer durch den Innendurchmesser des Halbtorus verläßt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen Teil des rückströmenden Brenngases gezielt in Richtung auf den Verdampfungskörper mittels einer Anordnung aus glatten oder profilierten Leitblechen zu lenken. Hierdurch wird auf der Oberfläche des Verdampfungskörpers eine Brenngasströmung erzwungen, die vom Zentrum des Verdampfungskörpers, d. h. von innen nach außen gerichtet ist. Durch diese Strömungszwangsführung werden folgende Funktionen gewährleistet:

- Die an der stabförmigen Zündeinrichtung entstehende Pilotflamme wird über die Oberfläche des Verdampfungskörpers verteilt. Die Energie der Pilotflamme trägt zur Verdampfung des flüssigen Brennstoffs bei, wodurch die Startbarkeit des Verdampfungsbrenners verbessert wird und insbesondere auch schwer startbare Brennstoffe, wie etwa PME gezündet werden können.
- Das zum Verdampfungskörper und damit zu der zentral in diesem angeordneten stabförmigen Zündeinrichtung rückströmende Brenngas gewährleistet ein stabiles Flammensignal über der stabförmigen Zündeinrichtung, die beispielsweise als Glühstift ausgeführt ist, wodurch eine Flammüberwachung mittels dieses Signals zuverlässiger wird.
- Die vom Zentrum des Verdampfungskörpers nach außen gerichtete Strömung des Brenngases überführt den verdampften Brennstoff zur radial außerhalb von der Zündeinrichtung einströmenden Brennluft.
- Der Restsauerstoff des über den Verdampfungskörper strömenden Brenngases gewährleistet, daß die Oberfläche des Verdampfungskörpers in sauberem Zustand verbleibt.

Anzahl, Form und Länge der Elemente der Leitblechanordnung werden zur Optimierung des Brenners mittels Versuchen vorteilhafterweise ermittelt. Eine bevorzugte Grundform, ausgehend von welcher die Gestalt der Leitblechanordnung vorteilhafterweise optimiert werden kann, sieht einen topfförmigen Grundkörper für die Leitblechanordnung vor, dessen Mittenlängsachse das Zentrum des Verdampfungskörpers durchsetzt bzw. mit der Mittenlängsachse der Brennkammer fluchtet. Mit seinem Ringrand ist der topfförmige Grundkörper auf die den Verdampfungskörper tragende Stirnseite der Brennkammer aufgesetzt und umgibt damit den Ringrand des Verdampfungskörpers. Der vom Verdampfungskörper weg weisende Boden des topfförmigen Grundkörpers ist zum einen einwärts gekrümmt, um die erfindungsgemäße Zwangsströmung des Brenngases hervorzurufen und zum anderen zentral durchbrochen, um die axiale Strömung des Brenngases und die Ausbildung der Flamme in der Brennkammer zu gewährleisten. Bevorzugt umfaßt der Grundkörper an seinem Ringrand einen radial auswärts verlaufenden Befestigungsflansch zur Festlegung des Grundkörpers zumindestens über einen Teilbereich des Umfangs an der den Verdampfungskörper tragenden Stirnwand der Brennkammer. Der Bodendurchbruch des Grundkörpers besitzt bevorzugt eine Kreisform. Bevorzugt ist die einwärts gekrümmte Wandung des Grundkörpers über den Durchbruch hinaus durch einen konusförmigen Fortsatz verlängert, dessen spitzes Ende auf das Zentrum des Verdampfungskörpers weist.

Die Zufuhr von Brennluft erfolgt vorteilhafterweise über Durchbrüche in der den Verdampfungskörper tragenden Stirnwand und/oder zwischen dem Befestigungsflansch des topfförmigen Grundkörpers und dem Verdampfungskörper radial außerhalb vom Verdampfungskörper. Diese Durchbrüche können die Gestalt von Bohrungen oder Schlitzen besitzen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; die einzige Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäß Verdampfungsbrenners im Längsschnitt.

Eine Brennkammer 22 in einem Brennrohr 10 des Verdampfungsbrenners ist an seinem in der Figur rechten Ende durch einen Boden 20 in Gestalt eines Halbtorus abgeschlossen, um eine auftreffende Brenngasströmung um 180° umzulenken und in Richtung auf einen Verdampfungskörper 11 rückzuführen, bevor diese Brenngasströmung nach einer weiteren freien Umlenkung um 180° die Brennkammer 22 durch einen Durchbruch 19 im Bereich des Innendurchmessers des Halbtorus verläßt. Der Verdampfungskörper 11 weist die Gestalt einer kreisförmigen Scheibe auf und besteht aus einem saugfähigem Material, welches von der Rückseite des Verdampfungskörpers 11 über eine Brennstoffzuleitung 12 mit flüssigem Brennstoff beschickt wird. Die Brennstoffzuleitung 12 mündet in einen zentralen verdickten Teil auf der Rückseite des Verdampfungskörpers 11, der zentral von einem Glühstift 13 durchsetzt ist. Der Glühstift 13 fluchtet mit der Mittenlängsachse 14 des Brennrohrs 10.

Die Luftzufuhr zur Brennkammer 22 und zum Brennrohr 10 erfolgt über die den Verdampfungskörper 11 zentral aufnehmende Stirnwand 15 der Brennkammer über Durchbrüche in Gestalt von Bohrungen oder Schlitzen (nicht gezeigt) und damit radial außerhalb des kreisscheibenförmigen Verdampfungskörper 11.

In das Brennrohr 10 ragend ist auf die Stirnwand 15 der topfförmige Grundkörper 16 einer Leitblechanordnung mittels Schrauben 17, 18 geschraubt, welche einen radialen Flansch 23 am Ringrand des topfförmigen Grundkörpers 16 und die Stirnwand 15 durchsetzen. Der Durchmesser des zylindrischen topfförmigen Grundkörpers 16 ist geringfügig größer gewählt als der Außendurchmesser des kreisscheibenförmigen Verdampfungskörpers 11 und die vorstehend genannten Durchbrüche zur Zufuhr von Brennluft sind in der Ringfläche zwischen dem Außenrand des Verdampfungskörpers 11 und dem Innenrand des Grundkörpers 16 angeordnet.

Die Mittenlängsachse des Grundkörpers 16 fluchtet mit der Mittenlängsachse 14 der Brennkammer 10. Der Boden des Grundkörpers 16 ist zum Hindurchtritt der Brenngasströmung und der Flamme mit einem kreisförmigen Durchbruch 19 versehen, dessen Zentrum auf der Mittenlängsachse 14 zu liegen kommt. Der Durchbruch 19 ist am radial einwärts liegenden Ende des nach Art eines Halbtorus radial einwärts in Richtung auf den Verdampfungskörper 11 gekrümmt verlaufenden Bodens 20 des Grundkörpers 16 vorgesehen. Wie im Bereich oberhalb der Mittenachse 14 dargestellt, kann der einwärts gekrümmte Boden 20 zumindestens in Teilbereichen des Umfangs verlängert sein durch einen konusförmigen Fortsatz 21, der in Richtung auf den Verdampfungskörper 11 spitz zuläuft.

Durch den Grundkörper 16 der Leitblechanordnung wird eine Zwangsströmung des Brenngases erreicht, welches geleitet vom Halbtorus, der im äußeren Bereich das in der Figur rechte Ende der Brennkammer 22 abschließt, in Richtung auf den Verdampfungskörper 11 strömt. Innerhalb des Grundkörpers 16 verläuft die Zwangsströmung, wie durch Pfeile gezeigt, derart, daß rückströmendes Brenngas gezielt auf die Oberfläche des Verdampfungskörpers 11 und entlang dieser Oberfläche vom Zentrum des Verdampfungskörpers 11 radial nach außen gelenkt wird, wobei ein Teil der Gase über den Durchbruch 19 in Richtung auf den Halbtorus austritt. Auf der Verdampfungskörperoberfläche wird dabei eine Strömung erzwungen, die von innen nach außen gerichtet ist und dazu führt, daß eine am Glühstift 13 entstehende Pilotflamme über die gesamte Oberfläche des Verdampfungskörpers 11 verteilt wird. Die Energie dieser Pilotflamme trägt zur Verdampfung des Brennstoffs bei, wodurch die Startfähigkeit des Verdampfungsbrenners im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verbessert wird und auch die Verbrennung von schwer startbarem Brennstoff wie Pflanzenmethylester (PME) ermöglicht. Das in Zwangsströmung innerhalb des Grundkörpers 16 geführte Brenngas gewährleistet über dem Glühstift 13 ein stabiles Flammensignal. Die radial vom Zentrum des Verdampfungskörpers 11 nach außen gerichtete Strömung fördert verdampften Brennstoff zu der zuströmenden Brennluft. Ferner hält der Restsauerstoff des über den Verdampfungskörper 11 strömenden Brenngases die Oberfläche des Verdampfungskörpers 11 sauber, sodaß eine Verkokung vermieden und eine lange Lebensdauer des Brenners erreicht wird.

Bezugszeichenliste

10

Brennrohr

11

Verdampfungskörper

12

Brennstoffzuleitung

13

Glühstift

14

Mittenlängsachse

15

Stirnwand

16

Grundkörper

17

Schraube

18

Schraube

19

Durchbruch

20

Boden

21

Fortsatz

22

Brennkammer

23

Flansch

Claims

1. Verdampfungsbrenner für ein Heizgerät, insbesondere für eine Fahrzeugzusatz- bzw. -standheizung, mit einem mit flüssigem Brennstoff gespeisten, im hinteren Teil eines Brennrohrs (10) angeordneten saugfähigen, scheibenförmigen Verdampfungskörper (11), ist, gekennzeichnet durch eine vor dem Verdampfungskörper 11 im Brennrohr (10) angeordnete Leitblechanordnung (16, 21) zum Rückführen von Brenngas auf den Verdampfungskörper (11).

2. Verdampfungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitblechanordnung (16, 21) einen koaxial zum Verdampfungskörper (11) angeordneten topfförmigen Grundkörper (16) umfaßt, der mit seinem Ringrand den Verdampfungskörper (11) umgibt, und dessen Boden (20) einwärts in Richtung auf den Verdampfungskörper (11) zu gekrümmt ist und einen zentralen Durchbruch (19) aufweist.

3. Verdampfungsbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der topfförmige Grundkörper (16) an seinem Ringrand einen radial auswärts verlaufenden Befestigungsflansch (23) zur Festlegung des Grundkörpers (16) an der den Verdampfungskörper (11) tragenden Stirnwand (15) des Brennrohrs (10) aufweist.

4. Verdampfungsbrenner nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfungskörper (11) im wesentlichen zentral von einer stabförmigen Zündeinrichtung (13) durchsetzt ist.

5. Verdampfungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Verdampfungskörper (11) tragende Stirnwand (15) und ggf. der Befestigungsflansch (19) des topfförmigen Grundkörpers (16) radial außerhalb des Verdampfungskörpers (11) Durchbrüche für die Zufuhr von Brennluft aufweist.

6. Verdampfungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der einwärts gekrümmte Boden (20) des topfförmigen Grundkörpers (16) in Richtung auf die stabförmige Zündeinrichtung (13) über den zentralen Durchbruch (19) hinaus konusförmig verlängert ist.

7. Verdampfungsbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Konus zum Zentrum des Verdampfungskörpers (11) weist.

8. Verdampfungsbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rückgeführte Brenngas vom Zentrum des Verdampfungskörpers radial nach außen geführt wird.