DE10200524C1 - Brennkammerbaugruppe, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät - Google Patents

Abstract

Eine Brennkammerbaugruppe (12), insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, umfasst ein Brennkammergehäuse, in welchem durch eine Brennkammeraußenwandung (14) eine Brennkammer (16) begrenzt ist, wobei die Brennkammer (16) eine Brennkammeraustrittsöffnung (24) aufweist zum Austritt von bei Verbrennung erzeugten Abgasen zu einem Flammrohr (26), ferner umfassend eine Ablenkanordnung (50) zum Ablenken wenigstens eines Teilstroms der die Brennkammer (16) verlassenden Abgase zum Strömen entlang wenigstens eines Teilbereichs der von der Brennkammer (16) abgewandt liegenden Außenseite (44) der Brennkammeraußenwandung (14) vor dem Eintritt in das Flammrohr (26).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammerbaugruppe, insbeson­ dere für ein Fahrzeugheizgerät, umfassend ein Brennkammergehäuse, in welchem durch eine Brennkammeraußenwandung eine Brennkammer begrenzt ist, wobei die Brennkammer eine Brennkammeraustrittsöffnung aufweist zum Austritt von bei Verbrennung erzeugten Abgasen zu einem Flammrohr.

Eine derartige Brennkammerbaugruppe, wie sie im Allgemeinen Einsatz findet bei als Fahrzeugstandheizungen oder Zusatzheizern eingesetzten Heizgeräten und aus der DE 195 29 994 A1 bekannt ist, ist in der Fig. 1 dargestellt. Diese aus dem Stand der Technik bekannte Baugruppe 10s umfasst ein Brennkammergehäuse 12s, das mit einer näherungsweise zylindrisch ausgebildeten Außenwandung 14s eine Brennkammer 16s nach radial außen hin begrenzt. Von einem Bodenbereich 18s des Brennkammer­ gehäuses 12s erstreckt sich koaxial zur Außenwandung 14s und bezüglich einer Längsachse A der Brennkammerbaugruppe 10s eine näherungsweise zylindrische Innenwandung 20s, die durch einen Abschlussbereich 22s axial abgeschlossen ist. Die Außenwandung 14s und die Innenwandung 20s definieren somit eine Brennkammer 16s mit näherungsweise ringartiger Gestalt, die im Bereich einer entsprechenden ringförmigen Austrittsöffnung 24s axial in Richtung zu einem an das Brennkammergehäuse 12s anschlie­ ßenden Flammrohr 26s offen ist. In der Innenwandung 20s sind mehrere Lufteintrittsöffnungen 28s vorgesehen, durch welche hindurch die zur Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft in die Brennkammer 16s auch unter der Förderwirkung eines nicht dargestellten Gebläses gelangen kann.

An einer der Brennkammer zugewandten Innenseite 30s der Außenwan­ dung 14s ist eine beispielsweise aus Vliesmaterial oder sonstigem porösen Material gebildete Auskleidung 32s vorgesehen. Auch an der Innenwan­ dung 20s kann an deren zur Brennkammer 16s hin gewandt liegenden Seite 34s eine aus Metallgestrick gebildete Auskleidung 36s aus Schall­ dämmungsgründen vorgesehen sein. Über eine Brennstoffzuführleitung 395 wird der Brennstoff in die Brennkammer 16s eingeleitet, wobei dies bei­ spielsweise durch eine nicht dargestellte Zerstäuberdüse erfolgen kann oder auch durch Einleitung beispielsweise in die Auskleidung 30s unter Aus­ nutzung einer Verdampfungswirkung. Ferner ragt in die Brennkammer 16s ein nicht dargestelltes Zündorgan, beispielsweise ein Glühzündstift, welcher am Beginn einer Betriebsphase dafür sorgt, dass der durch Zerstäubung oder Verdampfung in die Brennkammer 16s gelangte Brennstoff gezündet wird und somit die Verbrennung beginnt. Die bei der Verbrennung in der Brennkammer 16s erzeugten Abgase bzw. auch die Verbrennungsflamme treten im Bereich der Austrittsöffnung 24s aus dem Brennkammergehäuse 12s aus und strömen, wie durch Pfeile angedeutet, durch eine zentrale Öffnung 38s einer im Flammrohr 26s der Austrittsöffnung 24s des Brenn­ kammergehäuses 12s gegenüber liegend positionierten Abgasblende 40s hindurch. Die dann entlang des Flammrohrs 26s strömenden durch Ver­ brennung erzeugten sehr heißen Abgase treten im Bereich einer Flammrohr­ austrittsöffnung 42s aus dem Flammrohr aus und werden, wie durch Pfeile ebenfalls dargestellt, durch ein das Flammrohr außen umgebendes, in der Figur nicht dargestelltes Wärmetauschergehäuse umgelenkt, so dass sie an der Außenseite des Flammrohrs 26s zurückströmen und dabei das Wärme­ tauschergehäuse und das im Wärmetauschergehäuse strömende Medium erwärmen. Die sich dabei abkühlenden Abgase strömen zurück in Richtung Brennkammergehäuse 12s und treten dann, nachdem sie ggf. entlang eines Teilbereichs der von der Brennkammer 16s abgewandt liegenden Außen­ seite 44s der Außenwandung 14s geströmt sind, über ein Abgasleitungs­ system zur Umgebung hin aus.

Ein Problem bei derartigen Brennkammerbaugruppen bzw. diese aufweisen­ den Heizgeräten ist, dass in axialer Richtung ein vergleichsweise starkes Temperaturgefälle vorhanden ist. Die Temperatur im Bereich des Flamm­ rohrs ist vergleichsweise hoch, während die Temperatur im Bereich des Brennkammergehäuses vergleichsweise gering ist. Auch die an der Außen­ seite des Flammrohrs ggf. zurückgeführten Abgase sind bereits soweit abgekühlt, dass sie zu einer wesentlichen Erwärmung des Brennkammerge­ häuses nicht mehr beitragen können. Daraus resultieren Verkoksungspro­ bleme im Bereich der Auskleidungen 32s, 36s, der Verbrennungsluftein­ trittsöffnungen 28s und des nicht dargestellten Zündorgans. Insbesondere wird bei Einleitung des Brennstoffs über poröse Materialien unter Ausnut­ zung der Brennstoffverdampfung vor allem bei sehr niedrigen Außentempe­ raturen die Startphase, d. h. die Phase bis zum Erreichen der geforderten Nennleistung, sehr lange sein.

Die DE 12 57 396 B offenbart einen Zerstäuberbrenner, bei welchem durch das Vorsehen eines als Verdrängerkörper wirkenden Gehäuses in einer Vorbrennkammer dafür gesorgt wird, dass die aus diesem Gehäuse aus­ tretenden Verbrennungsabgase bzw. die Verbrennungsflamme durch einen ringförmigen Zwischenraum zwischen diesem Gehäuse und einer Außen­ wand hindurchströmt, wobei zwangsweise dafür gesorgt ist, dass ein Teil der Verbrennungsabgase zurück in dieses Gehäuse strömt. Durch die Umspülung dieses Gehäuses und das Rückführen der Verbrennungsgase bzw. der Flamme in das Gehäuse wird eine Kondensation von unverbrann­ tem Brennstoff vermieden.

Die DE 43 04 057 A1 offenbart einen Heizkessel, bei welchem die aus einem Brenner austretende Flamme zunächst durch ein zylindrisches Ge­ häuse des Feuerungsraums hindurchgeleitet wird, an dessen Enden axial umgelenkt wird, so dass nach Rückführung ein Teil der Verbrennungs­ abgase wieder in die Flamme eingeleitet wird, ein weiterer Teil nach außen bzw. in Richtung zu einem Wärmetauscher abgeleitet wird.

Die 41 11 915 C2 zeigt ebenfalls einen Heizkessel, bei welchem die aus einem Brenner austretende Flamme zunächst durch ein zylindrisches Ge­ häuse hindurchgeleitet wird, dann axial zum Strömen entlang der Außen­ seite des Gehäuses in entgegengesetzter Richtung umgelenkt wird, wo­ raufhin ein Teil der Verbrennungsabgase nach außen bzw. zum Wärmetau­ scherbereich abgeleitet wird, während ein anderer Teil wieder in die Flam­ me zurückgespeist wird.

Die DE 43 19 775 A1 offenbart einen Brenner, bei welchem die aus einer Brennkammer austretende Flamme bzw. Verbrennungsabgase nach Durch­ tritt durch eine Öffnung in einer Trennwand hindurch und einen konischen Leitring umgelenkt wird, so dass ein Teil der Verbrennungsabgase, nach­ dem er entlang der Außenseite des konischen Leitrings zurückgeströmt ist, wieder in den von diesem Leitring umgebenen Raum eintritt und sich dabei mit den die Brennkammer verlassenden Verbrennungsabgasen bzw. der Flamme vermischt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Brenn­ kammerbaugruppe derart weiterzubilden, dass die durch zu geringe Tempe­ raturen im Bereich des Brennkammergehäuses auftretenden Probleme im Wesentlichen beseitigt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Brennkammerbaugruppe, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, umfas­ send ein Brennkammergehäuse, in welchem durch eine Brennkammerau­ ßenwandung eine Brennkammer begrenzt ist, wobei die Brennkammer eine Brennkammeraustrittsöffnung aufweist zum Austritt von bei Verbrennung erzeugten Abgasen zu einem Flammrohr. Diese Brennkammerbaugruppe ist gekennzeichnet durch eine Ablenkanordnung zum Ablenken wenigstens eines Teilstroms der die Brennkammer verlassenden Abgase zum Strömen entlang wenigstens eines Teilbereichs der von der Brennkammer abge­ wandt liegenden Außenseite der Brennkammeraußenwandung vor dem Eintritt in das Flammrohr, wobei die Ablenkanordnung eine der Brennkam­ meraustrittsöffnung gegenüber liegende Ablenkblende umfasst und wobei die Ablenkblende in einer Blendenstirnwandung eine Durchtrittsöffnung aufweist, welche der Brennkammeraustrittsöffnung gegenüber liegend positioniert ist und eine kleinere Abmessung aufweist, als die Brennkam­ meraustrittsöffnung.

Die vorliegende Erfindung nutzt also zumindest einen Teil der bei der Ver­ brennung erzeugten und somit sehr heißen Abgase, um diese unmittelbar beim Verlassen des Brennkammergehäuses und noch vor dem Eintritt in das Flammrohr in einen Bereich zu leiten, in welchem sie zur wesentlichen Erwärmung des Brennkammergehäuses beitragen können. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der bei der Verbrennung anfallenden Ruß­ menge und dementsprechend auch einer deutlichen Reduzierung der im Brennkammerbereich auftretenden Ablagerungen. Durch die Erwärmung der Brennkammerbaugruppe wird gleichzeitig auch dafür gesorgt, dass die Startphase verkürzt werden kann, da von Anfang an die sich über die gesamte Brennkammer ausbreitende Verbrennung bei höherer Temperatur ablaufen wird.

Auf diese Art und Weise wird ferner sichergestellt, dass nur ein Teilstrom der aus der Brennkammeraustrittsöffnung herausströmenden Abgase zur Ausnutzung von deren Wärme umgelenkt wird, während ein weiterer Teil der bei der Verbrennung entstehenden Abgase unmittelbar in das Flamm­ rohr einströmt.

Durch das Aufteilen in zwei Teilströme, nämlich einen direkt in das Flamm­ rohr einströmenden Hauptstrom und einen zur Erwärmung umgelenkten und erst nachfolgend in das Flammrohr eingeleiteten Teilstrom, wird ein nach dem Injektorprinzip arbeitender Aufbau geschaffen, bei welchem durch den direkt in das Flammrohr einströmende Teilstrom ein Unterdruck erzeugt wird, welcher im Wesentlichen dafür verantwortlich ist, dass ein Teil der die Brennkammer verlassenden Gase bzw. Abgase durch die Ab­ lenkblende in definierter Art und Weise zum Umströmen des Brennkammer­ gehäuses an seiner Außenseite umgelenkt wird.

Um für eine sichere Umlenkung von die Brennkammer verlassenden Ab­ gasen zu sorgen, wird vorgeschlagen, dass die Ablenkblende mit einer Blendenaußenwandung das Brennkammergehäuse wenigstens bereichs­ weise übergreift.

Eine in strömungstechnischer Hinsicht besonders vorteilhafte Ausgestal­ tungsform sieht vor, dass die Ablenkblende mit hohlkegelstumpfartiger Form ausgebildet ist und dass das Brennkammergehäuse in die Ablenk­ blende eingreift. Weiter kann vorgesehen sein, dass zwischen der Ablenk­ blende und dem Flammrohr ein den abgelenkten Abgasstrom in Richtung zu einer Flammrohraustrittsöffnung führender Strömungskanalbereich gebildet ist. Dieser Strömungskanalbereich weist eine Drosselfunktion auf, so dass durch die Vorgabe des Strömungsquerschnitts in diesem Bereich auch unter Berücksichtigung des vorangehend beschriebenen und durch den in das Flammrohr direkt gehenden Hauptstrom erzeugten Unterdrucks die Strömungsrate der zur Brennkammergehäuseerwärmung beitragenden Abgase eingestellt werden kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, bei welchem Heizgerät eine erfindungsgemäße Brennkammerbau­ gruppe vorgesehen ist.

Nachfolgend wird mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen die erfin­ dungsgemäße Brennkammerbaugruppe beschrieben. In diesen Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer aus dem Stand der Technik bekann­ ten Brennkammerbaugruppe;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Brennkammerbau­ gruppe.

Die in der Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Brennkammerbaugruppe 10 entspricht hinsichtlich wesentlicher Konstruktionsmerkmale der vorange­ hend bereits ausführlich mit Bezug auf die Fig. 1 diskutierten und aus dem Stand der Technik bekannten Brennkammerbaugruppe. So weist auch die erfindungsgemäße Brennkammerbaugruppe 10 ein Brennkammergehäuse 12 mit einer Außenwandung 14 und einer Innenwandung 20 auf, die zwischen sich eine näherungsweise ringförmige Brennkammer 16 begren­ zen. Diese ist über die Brennkammeraustrittsöffnung 24 axial offen. An der der Brennkammer 16 zugewandten Innenseite der Außenwandung 14 ist die Auskleidung 32 vorgesehen. In entsprechender Weise ist auch an der Innenwandung 20 wiederum die Auskleidung 36 vorhanden.

Die Abgasblende 40 bildet bei der erfindungsgemäßen Brennkammerbau­ gruppe 10 eine allgemein mit 50 bezeichnete Ablenkanordnung. Man erkennt, dass auch bei dieser Abgasblende 40 eine zentrale, zur Längs­ achse A näherungsweise konzentrische Öffnung 38 vorhanden ist, deren Außenabmessung, also beispielsweise Durchmesser, kleiner ist, als die entsprechende Außenabmessung der Brennkammer 16, wobei diese Au­ ßenabmessung im Wesentlichen vorgegeben ist durch die Außenwandung 14 bzw. die Auskleidung 32. Die Abgasblende 40 weist radial außen angrenzend an ihre der Austrittsöffnung 24 gegenüber liegende Stirnwan­ dung 52 eine Außenwandung 54 auf. Die Außenwandung 54 und die Stirnwandung 52 bilden zusammen im Wesentlichen eine kegelstumpfartige Topfform, wobei, wie man in Fig. 2 erkennen kann, zumindest in einem Teilbereich die Außenwandung 54 derart bemessen ist, dass sie eine grö­ ßere Abmessung, beispielsweise wieder Durchmesser, aufweist, als die Außenwandung 14 des Brennkammergehäuses 12. Die Abgasblende 40 ist derart positioniert, dass sie axial das Brennkammergehäuse 12 teilweise übergreift. Daraus resultiert, dass zwischen der Außenwandung 14 des Brennkammergehäuses 12 und der Außenwandung 54 der Abgasblende 40 ein ringartiger Strömungsraum 56 gebildet ist, durch welchen zumindest ein Teil der auf die Stirnwandung 52 auftreffenden und somit durch diese Stirnwandung 52 und auch die Außenwandung 54 abgelenkten Abgase strömen wird. Dabei strömen diese Abgase entlang der Außenseite 44 der Außenwandung 14 des Brennkammergehäuses 12 und übertragen dabei Wärme auf das Brennkammergehäuse 12. Nachdem die eine sehr hohe Temperatur aufweisenden Abgase entlang dieser Außenseite 44 geströmt sind, werden sie durch ein das Brennkammergehäuse 12 radial außen umgebendes weiteres Gehäuse 58 wieder umgelenkt, und gelangen nun­ mehr in einen weiteren Strömungskanalbereich 60, der zwischen der Au­ ßenwandung 54 der Abgasblende 40 und einem sich enstsprechend der Formgebung der Außenwandung 54 der Abgasblende 40 konusartig erwei­ ternden Abschnitt 62 des Flammrohrs 26 gebildet ist. Nach dem Durch­ strömen dieses Bereichs 62 gelangt der zuvor zweifach axial umgelenkte Abgasstrom in denjenigen Bereich des Flammrohrs 26, in welchen der unmittelbar aus der Austrittsöffnung 24 ausgetretene und durch die Durch­ trittsöffnung 38 der Abgasblende 40 hindurch gelangte Abgasteilstrom strömt. Der unmittelbar durch die Durchtrittsöffnung 38 in das Flammrohr 26 eintretende Teilstrom der Gase bzw. Abgase erzeugt bei einer derartigen Anordnung also einen Unterdruck im radial äußeren Bereich, d. h. auch in demjenigen Bereich, in welchem der Strömungskanalbereich 60 dann in den verbleibenden Teil des Flammrohrs 26 einmündet. Dieser Unterdruck ist im Wesentlichen auch dafür verantwortlich, dass die auf die Abgasblende 40 auftreffenden Gase zumindest teilweise nach radial außen umgeleitet und somit in den Raumbereich 56 an der Außenseite 44 der Außenwandung 14 gelangen. Dabei hat also die Abgasblende 40 die wesentliche Funktion, den Strömungsweg für die abgelenkten und vor allem durch Unterdruckwirkung geförderten Abgase vorzugeben und somit dafür zu sorgen, dass die Au­ ßenseite 44 der Außenwandung 14 im gewünschten Ausmaß umströmt und somit erwärmt wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennkammerbaugruppe 10 wird also erreicht, dass ein Teil der mit sehr hoher Temperatur die Brenn­ kammer 16 verlassenden Abgase unmittelbar, also noch vor dem Eintritt in das Flammrohr 26, dazu genutzt, um zumindest einen Teil der bei der Ver­ brennung entstehenden Wärme auf das Brennkammergehäuse 12 selbst zu übertragen. Versuche haben gezeigt, dass damit eine Erhöhung der Tempe­ ratur des Brennkammergehäuses 12 insbesondere im Bereich des Bodens 18 um etwa 280°C erlangt werden kann, so dass die Temperatur in die­ sem Bereich sehr schnell Werte zwischen 400°C und 500°C erreicht. Es wird damit neben dem schnellen Erreichen hoher Temperaturen auch eine deutlich gleichmäßigere Temperaturverteilung erlangt, was zur Folge hat, dass die Startphase beim Zünden und bis zum Hochlaufen bis zur geforder­ ten Nennleistung deutlich verkürzt werden kann. Das Erfindungsprinzip ist des Weiteren im Wesentlichen unabhängig vom eingesetzten Brennstoff, da die im Bereich der Brennkammer erzeugten Temperaturen über den Siede­ temperaturen der für derartige Brennkammern bzw. diese aufweisende Heizgeräte eingesetzten Brennstoffe, wie z. B. Diesel oder Heizöl, liegen. Neben einem deutlich effizienteren Betrieb kann des Weiteren eine deut­ liche Minderung der bei der Verbrennung erzeugten Rußanteile und der sich im Bereich der die Brennkammer begrenzenden Wandungen niederschlagen­ den Ablagerungen erreicht werden.

Claims (5)

1. Brennkammerbaugruppe (12), insbesondere für ein Fahrzeugheizge­ rät, umfassend ein Brennkammergehäuse, in welchem durch eine Brennkammeraußenwandung (14) eine Brennkammer (16) begrenzt ist, wobei die Brennkammer (16) eine Brennkammeraustrittsöffnung (24) aufweist zum Austritt von bei Verbrennung erzeugten Abgasen zu einem Flammrohr (26), gekennzeichnet durch eine Ablenkanordnung (50) zum Ablenken wenigstens eines Teilstroms der die Brennkammer (16) verlassenden Abgase zum Strömen entlang wenigstens eines Teilbereichs der von der Brennkammer (16) abgewandt liegenden Außenseite (44) der Brennkammeraußenwandung (14) vor dem Eintritt in das Flammrohr (26), wobei die Ablenkanordnung (50) eine der Brennkammeraus­ trittsöffnung (24) gegenüber liegende Ablenkblende (40) umfasst und wobei die Ablenkblende (40) in einer Blendenstirnwandung (52) eine Durchtrittsöffnung (38) aufweist, welche der Brennkammeraus­ trittsöffnung (24) gegenüber liegend positioniert ist und eine kleinere Abmessung aufweist, als die Brennkammeraustrittsöffnung (24).

2. Brennkammerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkblende (40) mit einer Blen­ denaußenwandung (54) das Brennkammergehäuse (12) wenigstens bereichsweise übergreift.

3. Brennkammerbaugruppe nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkblende (40) mit hohlkegel­ stumpfartiger Form ausgebildet ist und dass das Brennkammerge­ häuse (12) in die Ablenkblende (40) eingreift.

4. Brennkammerbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ablenkblende (40) und dem Flammrohr (26) ein den abgelenkten Abgasstrom in Richtung zu einer Flammrohraustrittsöffnung (42) führender Strömungskanalbe­ reich (60) gebildet ist.

5. Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend eine Brenn­ kammerbaugruppe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.