DE10059846C2 - Zündelement zur Zündung von Kraftstoff in Zerstäuberbrennern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zündelement mit einem Glühstift zum Zün­ den von Kraftstoff in einem Zerstäuberbrenner, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugheizgeräten.

Im Bereich der Kraftfahrzeugheizgeräte werden Brenner eingesetzt, mit denen sich die in fossilen Energieträgern gebundene Energie in Wärmeenergie umwan­ deln läßt. Dabei kommen insbesondere bei höheren Heizleistungen Zerstäuber­ brenner oder Düsenzerstäuberbrenner zum Einsatz.

Düsenzerstäuberbrenner werden im Leistungsbereich von < 10 kW in der Regel nicht ausgeführt, da die Zerstäubungsqualität bei kleineren Leistungen nicht aus­ reichend ist. Um eine ausreichende Zerstäubungsqualität zu gewährleisten, wäre eine hohe elektrische Leistungsaufnahme erforderlich. Insbesondere zeigen Zer­ stäuberbrenner ein schlechtes Brennverhalten im Teillastbereich, da die Zerstäu­ bungsqualität bei abnehmendem Brennstoffdurchsatz schlechter ist als unter Vollast.

Schließlich zeigen Düsenzerstäuberbrenner der bekannten Art ein schlechtes Kaltstartverhalten, da sich aufgrund der mit abnehmender Temperatur zuneh­ menden Viskosität des Brennstoffes die Zerstäubungsqualität verschlechtert. Da­ bei treten große Brennstofftropfen unverdampft bzw. nur teilweise verdampft durch die Brennkammer hindurch, was die Ursache für hohe Startemissionen ist. Eine schlechte Abgasqualität, und sei es nur während der Startphase, ist unter Berücksichtigung der erhöhten Sensibilität des Marktes bezüglich Umweltfragen heutzutage nicht mehr tragbar.

Zur Behebung oder zumindest Reduzierung der oben genannten Probleme ist es bekannt, in den Brennkammern dieser Zerstäuberbrenner eine Prallscheibe vor­ zusehen, an der eine Startkammer zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens an­ gebracht ist und in die ein Glühstift als Hilfsmittel zur Zündung des zerstäubten Brennstoffes hineinragt.

Bei modernen Zerstäuberbrennern hängt die Zerstäubungsgüte direkt vom Druckverlust der Zerstäubungseinrichtung und somit von der elektrischen Lei­ stungsaufnahme ab. Aufgrund der sehr geringen Leistungsaufnahme kann in Ex­ tremsituationen kein reproduzierbarer Start sichergestellt werden.

Aus der DE 79 19 868 U1 ist ein Glühstift bekannt geworden, der in seinem Wur­ zelbereich, d. h. in dem Bereich des Anschlusses der Widerstandswendel an ein Anschlußelement, von einem Kerzengehäusefortsatz umgeben ist, wobei zwi­ schen dem Wurzelbereich des Glühstiftes und dem Kerzengehäusefortsatz ein Luftspalt belassen ist, der nach vorne hin offen ist. Auf diese Weise kann verhin­ dert werden, daß der Wurzelbereich des Glühstiftes, welcher einen Teil der Wi­ derstandswendel enthält, mit dem Kerzengehäuse in wärmeleitenden Kontakt kommt, so daß sichergestellt ist, daß auch der in diesem Wurzelbereich befindli­ che Teil der Widerstandswendel der für das Ein- und Ausschalten des Glühstiftes maßgebenden Glühtemperatur ausgesetzt ist. Da der Luftspalt bei diesem Glüh­ stift nicht von dem Brenngas durchströmt wird, hat er keinerlei Einfluß auf die Zündleistung des Glühstiftes.

Aus der DE 40 15 097 C1 ist eine Zündeinrichtung für ein brennstoffbetriebenes Heizgerät bekannt geworden, welche ein Stabglühkerze aufweist, die wenigstens eine in eine Keramikmasse eingebettete und als Glühelement dienende Glüh­ wendel enthält. Durch Überwachung des elektrischen Widerstands der Glühwen­ del wird die Stabglühkerze zugleich als Flammüberwachungseinrichtung genutzt.

Die DE 37 13 460 C2 offenbart einen Verdampfungsbrenner für ein mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät, welches einen Träger mit einem mit dem flüs­ sigen Brennstoff beaufschlagbaren saugfähigen Körper und eine Zündeinrichtung mit einer Stabglühkerze aufweist, die in einer Kammer auf einer von der Brenn­ kammer des Heizgeräts abgewandten Rückseite des Trägers angeordnet ist. Durch ihre Anordnung entfernt von der Brennkammer ist die Stabglühkerze nicht den hohen Temperaturen in der Brennkammer ausgesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zündelement zur Zündung von Kraftstoff in Zerstäuberbrennern, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeug­ heizgeräten, vorzusehen, das in der Lage ist, die für die Zündung erforderliche Wärmeenergie so bereitzustellen, daß ein sicherer Start des Brenners auch in Extremsituationen möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweck­ mäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Zündelement zeichnet sich dadurch aus, daß der Glüh­ stift zumindest in einem Rumpfabschnitt von einer vorne und hinten offenen Ein­ richtung zur Konzentration der von diesem Rumpfabschnitt abgegebenen Wär­ meenergie umgeben ist, so daß ein Start des Brenners des Heizgerätes auch in Extremsituationen möglich ist.

Gemäß weiterer, vorteilhafter Ausgestaltungen des Zündelementes kann die Glühstifthülse dabei zylindrisch oder kegelig sein, die äußere Form eines Elyptoi­ den aufweisen oder aber die eines Fasses.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Glühstifthül­ se derart ausgebildet sein, daß sie nur den Rumpf des Glühstiftes umgibt, nicht aber dessen heißen Punkt oder "Hot-Spot".

Des weiteren kann zwischen Glühstift und Glühstifthülse ein Luftspalt vorgesehen sein, durch den sich Toleranzen in den Abmessungen des Glühstiftes aber auch der Glühstifthülse ausgleichen lassen. Vorzugsweise entspricht der Innendurch­ messer dabei dem 1,1 bis 1,7-fachen des Glühstiftdurchmessers.

Weiterhin kann der Glühstift mit der Einrichtung zur Konzentration der von diesem abgegebenen Wärmeenergie zusammen mit einer an der Prallscheibe des Zer­ stäuberbrenners angeordneten Kammer vorgesehen ein, in die der Glühstift hin­ einragt.

Die Kammer ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, daß der Glühstift gerade in diese hineinragt, so daß Strahlungsenergie des Glühstiftes stromab der Zer­ stäubungseinrichtung zur Bauteilerwärmung genutzt werden kann.

Die Glühstifthülse, die den Glühstift umgibt, wird durch die Strahlungsenergie des Glühstiftes aufgeheizt, wodurch auftreffender Kraftstoff verdampft und damit der Start des Brenners weiter erleichtert wird. Die Glühstifthülse bildet darüber hinaus ein Strömungshindernis für den durch die Düse des Brenners zerstäubten Kraft­ stoff, wodurch in ihrer Umgebung unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten auftreten. Hieraus ergibt sich eine bessere Durchmischung des Brennstoff- Luftgemisches, was sich wiederum positiv auf den Start des Brenners auswirkt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Brenner mit einem einer Düse nachgeord­ neten Zündelement; und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Glühstiftes mit einer Glühstifthülse.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen Brenner dargestellt, wie er in Kraftfahr­ zeugheizgeräten Anwendung findet. Dieser Brenner besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einer Zerstäuberdüse 2, der eine luftleitende Einrichtung 4 zur Verdrallung der in die Düse 2 eintretenden Brennluft vorgeschaltet ist. Auf der gemäß Fig. 1 linken Seite der luftleitenden Einrichtung 4 ist eine Brennstoffüber­ gabe 6 vorgesehen, über die der in der Düse 2 zu zerstäubende Brennstoff zu­ geführt wird. Die Düse 2 ist mit einem Hitzeschild 8 verbunden. Dieser Hitzeschild 8 kann mit Sekundärluftbohrungen 10 versehen sein, die auch in dem hinter dem Hitzeschild 8 liegenden Flansch 12 vorgesehen sind. Die Sekundärluft, die durch diese Bohrungen 10 hindurchtritt, wird durch eine im Bereich des Flansches 12 vorgesehene luftleitende Einrichtung 14 ebenfalls mit einem Drall beaufschlagt. Der Brenner ist darüber hinaus mit einem Glühstift 16 versehen, mit dessen Hilfe das zerstäubte Brennstoffgemisch entzündet wird. Am Hitzeschild 8 des Brenners ist ein als Prallscheibe 18 ausgebildeter Staukörper vorgesehen. In der Düse 2 zerstäubter Brennstoff, der durch ungenügende Brennstoffaufbereitung in Form von Brennstofftropfen auftreten kann, trifft auf die Prallscheibe 18 auf und kann dort verdampfen. Die Prallscheibe 18 ist innerhalb der Flammzone des Brenners angeordnet, wodurch die Flammstabilität verbessert wird. Die Prallscheibe 18 wirkt darüber hinaus strömungsumlenkend und damit flammstabilisierend. Die Prallscheibe ist vorzugsweise aus hochlegiertem Stahl ausgeführt und weist ei­ nen zur Düse 2 gerichteten Kragen 20 auf. Die Prallscheibe 18 ist mit Befesti­ gungslaschen 22 am Hitzeschild 8 befestigt.

Der Glühstift 16 ist zumindest teilweise von einer Glühstifthülse 24 umgeben. Die Glühstifthülse 24 wird durch die Strahlungsenergie des Glühstiftes 16 aufgeheizt. Sie konzentriert dessen erzeugte Wärmeenergie in ihrem Inneren. Die dadurch entstehenden Temperaturen lassen auftreffenden Kraftstoff schnell verdampfen, wodurch der Start des Brenners erleichtert wird. Die Glühstifthülse 24 bildet dar­ über hinaus ein Strömungshindernis für den durch die Düse 2 des Brenners zer­ stäubten Kraftstoff, wodurch in ihrer Umgebung unterschiedliche Strömungsge­ schwindigkeiten auftreten. Hieraus ergibt sich eine bessere Durchmischung des Brennstoff-Luftgemisches, was sich wiederum positiv auf den Start des Brenners auswirkt.

An der Prallscheibe 18 ist eine Startkammer 26 angeordnet, in die der Glühstift 16 hineinragt. Die Startkammer 26 ist dabei derart ausgebildet, daß der Glühstift 16 gerade in diese hineinragt, so daß Strahlungsenergie des Glühstiftes stromab der Düse 2 zur Bauteilerwärmung genutzt werden kann.

In der Fig. 2 ist der Glühstift 16 in perspektivischer Ansicht zusammen mit der ihn umgebenden Glühstifthülse 24 gezeigt. Die Glühstifthülse 24 ist derart ausgebil­ det, daß sie nur den Rumpf des Glühstiftes 16 umgibt, nicht aber dessen heißen Punkt oder "Hot-Spot" 34 am vorderen Ende des Glühstiftes. Des weiteren ist zwischen dem Glühstift 16 und der Glühstifthülse 24 ein Luftspalt 28 vorgesehen, durch den sich Toleranzen in den Abmessungen des Glühstiftes 16 aber auch der Glühstifthülse 24 ausgleichen lassen. Der Innendurchmesser der Glühstifthülse 24 entspricht in der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform dem 1,1 bis 1,7- fachen des Durchmessers des Glühstifts 16. Am rückwärtigen Ende des Glüh­ stiftes 16 sind Anschlüsse 30, 32 vorgesehen, über welche der Glühstift 16 mit Energie versorgt wird.

Bezugszeichenliste

2

Zerstäuberdüse

4

Luftleitende Einrichtung

6

Brennstoffübergabe

8

Hitzeschild

10

Sekundärluftbohrungen

12

Flansch

14

Luftleitende Einrichtung

16

Glühstift

18

Prallscheibe

20

Kragen

22

Befestigungslaschen

24

Glühstifthülse

26

Kammer

28

Luftspalt

30

Anschluß

32

Anschluß

34

"Hot-Spot"

Claims (8)

1. Zündelement mit einem Glühstift (16) zum Zünden von Kraftstoff in einem Zerstäuberbrenner, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeug- Heizgeräten, mit einem am vorderen Ende ausgebildeten "Hot-Spot" (heißen Punkt) und einem sich daran anschließenden Rumpf, umfassend eine den Glühstift (16) wenigstens abschnittsweise mit einem Abstand umgebende Wandung, wobei der Glühstift (16) zumindest in einem Rumpfabschnitt von einer vorne und hinten offenen Einrichtung (24) zur Konzentration der von diesem Rumpfabschnitt abgegebenen Wärmemenge umgeben ist.

2. Zündelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung von einer Glühstifthülse (24) gebildet wird.

3. Zündelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühstifthülse (24) zylindrisch ist.

4. Zündelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühstifthülse (24) kegelig ist.

5. Zündelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühstifthülse (24) die äußere Form eines Elyptoiden aufweist.

6. Zündelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühstifthülse (24) die äußere Form eines Fasses aufweist.

7. Zündelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühstifthülse (24) derart ausgebildet ist, daß sie nur den Rumpf des Glühstiftes (16) umgibt, während ein heißer Punkt oder "Hot-Spot" (34) an dessen Ende freibleibt.

8. Zündelement nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Glühstifthülse (24) dem 1,1 bis 1,7-fachen des Durchmessers des Glühstiftes (16) entspricht.