DE102004034868A1 - Brenner für ein Heizgerät - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Brenner (10) für ein Heizgerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeugheizgerät, mit einer Brennkammer (12), in der eine Prallscheibe (14) im Wesentlichen quer zu einer Hauptströmungsrichtung (16) eines Brennstoff/Luftgemisches angeordnet ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Außenumfang (18) der Prallscheibe (14) zumindest im Wesentlichen an den Innenumfang (20) der Brennkammer (12) angepasst ist und dass die Prallscheibe (14) zumindest einen Durchbruch (22) aufweist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner für ein Heizgerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeugheizgerät, mit einer Brennkammer in der eine Prallscheibe im wesentlichen quer zu einer Hauptströmungsrichtung eines Brennstoff/Luftgemisches angeordnet ist.
- Ein gattungsgemäßer Brenner gemäß dem Stand der Technik ist abschnittsweise in
4 dargestellt und insgesamt mit110 bezeichnet. In einer Brennkammer112 ist quer zu einer Hauptströmungsrichtung116 eines Brennstoff/Luftgemisches eine Prallscheibe114 angeordnet. - Prallscheiben werden in der Verbrennungstechnik insbesondere eingesetzt, um die Baugröße (insbesondere die Länge) der Brennkammern zu reduzieren. Dabei ist die Prallscheibe
114 in der Brennkammer112 im Bereich der Flamme positioniert. Die in4 nicht dargestellte Befestigung der Prallscheibe114 in der Brennkammer112 erfolgt über Befestigungsfüße. Die quer zur Hauptströmungsrichtung116 angeordnete Prallscheibe114 stellt aus strömungstechnischer Sicht ein Strömungshindernis dar. Dadurch werden insbesondere die folgenden Effekte erzielt: - – Durch den Störkörper wird die Strömung umgelenkt, so dass Turbulenzen entstehen, die die Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft begünstigen.
- – Das Startverhalten wird verbessert.
- – Das
Ausbrandverhalten wird verbessert, insbesondere bei nicht genügender Zerstäubung des Brennstoffs,
weil nicht verdampfte Brennstofftröpfchen der Strömungsumlenkung
an der Prallscheibe
114 aufgrund ihrer Massenträgheit nicht folgen können und daher auf die Prallscheibe114 aufschlagen, wo sie verdampfen. Die Verdampfung wird durch die hohe Temperatur der Prallscheibe114 begünstigt. - Um eine zu starke Erwärmung der Prallscheibe
114 zu vermeiden, ist es bekannt, die Prallscheibe114 mittels Tertiärluft142 zu kühlen. In4 ist eine Kombination aus einem über eine nicht dargestellte Düse zugeführten Primärluftstrom und einem über zumindest eine Sekundärluftzufuhr zugeführten Sekundärluftstrom mit den Bezugszeichen144 versehen. Diese Art der Luftzuführung wird auch als gestufte Luftzuführung bezeichnet, weil die Verbrennungsluft in Form von zwei Teilmassenströmen zugeführt wird, wobei der eine Teilmassenstrom im Bereich der Brennstoffzufuhr (Düse) zugegeben wird, während der andere Teilmassenstrom strömungsabwärts in der Brennkammer zugegeben wird. Gemäß4 erfolgt die Kühlung der Prallscheibe114 auf der strömungsabgewandten Seite über einen Tertiärluftstrom142 , der zwischen einer inneren Wand148 und einer äußeren Wand140 der Brennkammer112 zugeführt wird und über zumindest einen Tertiäreinlass146 in die Brennkammer112 gelangt. In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt, die Kühlluft beziehungsweise den Tertiärluftstrom146 im "Windschatten" der in4 nicht dargestellten Befestigungsfüße der Prallplatte114 zuzuführen. Auf diese Weise wird die Kühlluft weniger von der Hauptgasströmung (Verbrennungsgase) davongetragen und gelangt besser bis zur Prallscheibe114 . - Durch die Führung der Kühl- beziehungsweise Tertiärluft
146 kann die Effizienz der Prallscheibenkühlung verbessert werden. Die Führung der Kühlluft kann durch geschlossene (zum Beispiel runde oder viereckige) oder offene (zum Beispiel U- oder L-Förmige) Kanäle erfolgen. - Die Doppelwandig Ausgestaltung der Brennkammer
112 ist jedoch aufwendig und daher mit hohen Kosten verbunden. Weiterhin können Probleme mit Schweißnähten des Brenners110 auftreten, die schlimmstenfalls einen Totalausfall des Brenners zur Folge haben können. - Auch die Herstellung der in
4 nicht dargestellten Befestigungsfüße zur Befestigung der Prallscheibe114 ist aufwendig, da diese bei bekannten Ausführungsformen eine komplexe Geometrie aufweisen, insbesondere wenn sie auch zur Führung der Tertiärluft142 dienen. - Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Herstellung der Prallscheibe
114 und deren Befestigung innerhalb der Brennkammer112 aufgrund der komplexen Geometrie sehr kostspielig ist. - Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die gattungsgemäßen Brenner derart weiterzubilden, dass die Herstellungskosten sinken und gleichzeitig die Anzahl potenzieller Fehlerquellen verringert wird.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
- Der erfindungsgemäße Brenner baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Außenumfang der Prallscheibe zumindest im Wesentlichen an den Innenumfang der Brennkammer angepasst ist und dass die Prallscheibe zumindest einen Durchbruch aufweist. Durch diese Lösung können die beim Stand der Technik vorgesehenen Befestigungsfüße entfallen, weil die Prallscheibe direkt an der Brennkammer befestigt werden kann, beispielsweise durch eine umlaufende Schweißnaht. Weiterhin ermöglicht es diese Lösung, dass die Brennkammer
112 einwandig ausgeführt wird, was später noch näher erläutert wird. Insgesamt werden die Herstellungskosten gesenkt, und die Anzahl von potenziellen Fehlerquellen verringert sich aufgrund einer kleineren Anzahl von Schweißnähten. Die Prallscheibe ist weiterhin luftgekühlt, jedoch auf eine andere Weise als beim Stand der Technik, was später ebenfalls noch näher erläutert wird. - Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Brenners ist vorgesehen, dass die Prallscheibe zumindest Abschnittsweise konvex ist. Dabei ist die Prallscheibe vorzugsweise topfartig der Brennstoffzuführdüse zugewandt. Eine konvexe Form der Prallscheibe erleichtert die Führung der Prallscheibenkühlluft.
- Weiterhin wird bevorzugt, dass die Prallscheibe mehrere Durchbrüche aufweist, von denen zumindest einige im Randbereich der Prallscheibe vorgesehen sind. Die Form der Durchbrüche kann beispielsweise kreisringsegmentartig sein.
- Dabei kann gleichzeitig oder alternativ vorgesehen sein, dass die Prallscheibe mehrere Durchbrüche aufweist, von denen zumindest einige in einem konvexen Abschnitt der Prallscheibe vorgesehen sind. Bei der Düse kann es sich insbesondere um eine Venturidüse handeln.
- Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass die Brennkammer zumindest einen Sekundärlufteinlass aufweist, über den der Brennkammer im Betrieb des Brenners ein verdrallter Sekundärluftstrom zugeführt wird.
- Insbesondere wenn der Sekundärluftstrom stark verdarllt ist, ergibt sich, dass der Sekundärluftstrom einen ersten Teilluftstrom, der zumindest überwiegend zur Kühlung der Prallscheibe dient, und einen zweiten Teilluftstrom aufweist, der zumindest überwiegend an der Verbrennungsreaktion beteiligt ist. Aufgrund der Tatsache, dass die Kühlung der Prallsscheibe erfindungsgemäß über den ersten Teilluftstrom des Sekundärluftstroms erfolgt, ist kein Tertiärluftstrom erforderlich, was die einwandige Ausführung der Brennkammer ermöglicht.
- In diesem Zusammenhang wird bevorzugt, dass der erste Teilluftstrom ein sich in der Nähe der Brennkammerwand erstreckender, verdrallter erster Teilluftstrom ist, der eine Bewegungskomponente in der Hauptströmungsrichtung aufweist. Dabei ist die bereits erwähnte zumindest abschnittsweise konvexe Ausführung der Prallscheibe vorteilhaft, weil die wandnahe Kühlluftströmung in diesem Fall durch die konvexen Abschnitte sanft umgelenkt wird und so relativ gleichmäßig über die Prallscheibe strömen kann. Der erste Teilluftstrom ist an der Verbrennungsreaktion im Wesentlichen nicht beteiligt, da die Verbrennung prinzipiell im Zentrum der Brennkammer stattfindet. Der erste Teilluftstrom weist daher eine relativ niedrige Temperatur auf und ist somit zur Kühlung der Prallscheibe besonders gut geeignet.
- Hinsichtlich des zweiten Teilluftstroms wird bevorzugt, dass der zweite Teilluftstrom ein sich im Kern der Brennkammer erstreckender, verdrallter zweiter Teilluftstrom ist.
- Wie bereits mehrfach erwähnt, ermöglicht es die Erfindung, dass die Brennkammer einwandig ist.
- Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung aufgrund der günstigen Herstellbarkeit der Prallscheibe und der Möglichkeit der einwandigen Ausführung der Brennkammer zu einer Materialkostenreduzierung und zu einer Herstellungskostenreduzierung (niedrigere Schweißzeiten) führt. Die bei doppelwandigen Brennkammern teilweise auftretenden Probleme mit Schweißnähten entfallen.
- Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen beispielhaft erläutert.
- Es zeigen:
-
1a eine schematische Seiten-Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners; -
1b eine Seiten-Schnittansicht der in den Brenner von -
1a eingesetzten Prallscheibe; -
1c eine Draufsicht auf die Prallscheibe von1b ; -
2 die Zuführung der Sekundärluft und der Primärluft bei dem Brenner von1a ; -
3a die Teilluftströme des Sekundärluftstroms bei dem Brenner von1a ; -
3b eine geschnittene Draufsicht auf den Brenner von3a ; und -
4 eine schematische Seiten-Schnittansicht eines gattungsgemäßen Brenners gemäß dem Stand der Technik, wie eingangs erläutert. - Der in den
1 bis3 dargestellte Brenner10 weist eine Brennkammer12 auf, in der quer zu einer Hauptströmungsrichtung16 eines Brennstoff/Luftgemisches eine Prallscheibe14 angeordnet ist. Der Außenumfang18 der Prallscheibe14 ist an den Innenumfang20 der Brennkammer12 angepasst. Die Prallscheibe14 ist konvex ausgebildet und topfartig einer schematisch angedeuteten Venturidüse24 zugewandt, über die ein Brennstoff/Luftgemisch zugeführt wird. In ihrem äußeren Randbereich weist die Prallscheibe14 bei der dargestellten Ausführungsform vier Durchbrüche22 auf, die im Wesentlichen eine kreisringsegmentartige Form haben. Die Kosten des für die Herstellung der Prallscheibe14 erforderlichen Umformwerkzeugs sind vergleichsweise gering, da zur Herstellung der Prallscheibe14 im Vergleich zum Stand der Technik nur wenig Umformschritte erforderlich sind. Weiterhin ist die Werkzeugstandzeit größer, da die Umformung mit größeren Biegeradien als beim Stand der Technik erfolgen kann und die Schnittnadeln zur Herstellung der Durchbrüche22 relativ groß sein können. -
2 zeigt die Zuführung der Sekundärluft und der Primärluft bei dem Brenner von1a . Dabei wird über einen Sekundärlufteinlass28 ein mittels eines nicht näher dargestellten Leitapparates verdrallter Sekundärluftstrom30 ,32 zugeführt. Weiterhin tritt ein Primärluftstrom26 durch die Düse24 in die Brennkammer12 ein. Der Sekundärluftdrall beziehungsweise die Gesamtströmung ist durch den Pfeil36 veranschaulicht. -
3a zeigt die Teilluftströme des Sekundärluftstroms bei dem Brenner von1a , und3b zeigt eine geschnittene Draufsicht auf den Brenner von3a . Der über den Sekundärlufteinlass28 zugeführte Sekundärluftstrom ist dabei in einen ersten Teilluftstrom30 und einen zweiten Teilluftstrom32 aufgeteilt. Bei dem ersten Teilluftstrom30 handelt es sich um einen verdrallten Luftstrom, der sich zunächst in der Nähe der Wand34 der Brennkammer12 erstreckt und dann aufgrund der konvexen Form der Prallscheibe14 so umgeleitet wird, dass er über die Prallscheibe14 streicht. Da der erste Teilluftstrom30 im Wesentlichen nicht an der im Zentrum der Brennkammer12 stattfindenden Verbrennung beteiligt ist, weist er eine vergleichsweise niedrige Temperatur auf und ist daher zur Kühlung der Prallscheibe14 besonderes geeignet. Der zweite Teilluftstrom32 ist im Gegensatz hierzu zumindest überwiegend an der Verbrennungsreaktion beteiligt. Auch der zweite Teilluftstrom32 ist (vorzugsweise stark) verdrallt, um eine gute Vermischung von Brennstoff und Luft sicherzustellen. - Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Prallscheibe und die dadurch mögliche Prallscheibenkühlung mittels Sekundär luft ergibt sich trotz kostengünstigem Aufbau keine höhere Prallscheibentemperatur als bei den bekannten, deutlich aufwendigeren Lösungen.
- Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
-
- 10
- Brenner
- 12
- Brennkammer
- 14
- Prallscheibe
- 16
- Hauptströmungsrichtung
- 18
- Außenumfang der Prallscheibe
- 20
- Innenumfang der Brennkammer
- 22
- Durchbruch
- 26
- Primärluftstrom
- 28
- Sekundärlufteinlass
- 30
- erster Teilluftstrom des Sekundärluftstroms
- 32
- zweiter Teilluftstrom des Sekundärluftstroms
- 34
- Brennkammerwand
- 36
- verdrallter Luftstrom
- 110
- Brenner gemäß dem Stand der Technik
- 112
- Brennkammer
- 114
- Prallscheibe
- 116
- Hauptströmungsrichtung
- 140
- äußere Wand
- 142
- Tertiärluft
- 144
- Sekundärluftstrom
- 146
- Tertiäreinlass
- 148
- innere Wand
- 144
- Sekundärluftstrom
Claims (10)
- Brenner (
10 ) für ein Heizgerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeugheizgerät, mit einer Brennkammer (12 ) in der eine Prallscheibe (14 ) im wesentlichen quer zu einer Hauptströmungsrichtung (16 ) eines Brennstoff/Luftgemisches angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang (18 ) der Prallscheibe (14 ) zumindest im Wesentlichen an den Innenumfang (20 ) der Brennkammer (12 ) angepasst ist und dass die Prallscheibe (14 ) zumindest einen Durchbruch (22 ) aufweist. - Brenner (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallscheibe (14 ) zumindest Abschnittsweise konvex ist. - Brenner (
10 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallscheibe (14 ) mehrere Durchbrüche (22 ) aufweist, von denen zumindest einige im Randbereich der Prallscheibe (14 ) vorgesehen sind. - Brenner (
10 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallscheibe (14 ) mehrere Durchbrüche (22 ) aufweist, von denen zumindest einige in einem konvexen Abschnitt der Prallscheibe (14 ) vorgesehen sind. - Brenner (
10 ) nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (10 ) zur Kraftstoffzuführung eine Düse (24 ) aufweist, die im Betrieb des Brenners (10 ) von einem Primärluftstrom (26 ) durchströmt wird. - Brenner (
10 ) nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (12 ) zumindest einen Sekundärlufteinlass (28 ) aufweist, über den der Brennkammer (12 ) im Betrieb des Brenners (10 ) ein verdrallter Sekundärluftstrom (30 ,32 ) zugeführt wird. - Brenner (
10 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärluftstrom (30 ,32 ) einen ersten Teilluftstrom, der zumindest überwiegend zur Kühlung der Prallscheibe (14 ) dient, und einen zweiten Teilluftstrom (32 ) aufweist, der zumindest überwiegend an der Verbrennungsreaktion beteiligt ist. - Brenner (
10 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilluftstrom (30 ) ein sich in der Nähe der Brennkammerwand (34 ) erstreckender, verdrallter erster Teilluftstrom (30 ) ist, der eine Bewegungskomponente in der Hauptströmungsrichtung (16 ) aufweist. - Brenner (
10 ) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilluftstrom (32 ) ein sich im Kern der Brennkammer (12 ) erstreckender, verdrallter zweiter Teilluftstrom (32 ) ist. - Brenner (
10 ) nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (12 ) einwandig ist.
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- 2004-07-19 DE DE102004034868A patent/DE102004034868B4/de not_active Expired - Fee Related
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