DE102006003150A1

DE102006003150A1 - Zusatzheizgerät mit einem Brenner der Einspritzbauart

Info

Publication number: DE102006003150A1
Application number: DE200610003150
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Rutsche; Uwe Dr. Strecker
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2026-01-24
Also published as: DE102006003150B4; WO2007082529A2; WO2007082529A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zusatzheizgerät mit einem Brenner (12) der Einspritzbauart, wobei der Brenner (12) zumindest abschnittsweise von einem Abgasrückführbereich (32) eingehüllt ist, der zwischen dem Brenner (12) und einem Abgaswärmetauscher (10) ausgebildet ist und in dem die vom Brenner (12) erzeugten Verbrennungsgase im Wesentlichen entgegengesetzt zur Strömungsrichtung im Brenner (12) strömen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Einspritzdüse (14) des Brenners (12) innerhalb des Abgasrückführbereichs (32) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zusatzheizgerät mit einem Brenner der Einspritzbauart, wobei der Brenner zumindest abschnittsweise von einem Abgasrückführbereich eingehüllt ist, der zwischen dem Brenner und einem Abgaswärmetauscher ausgebildet ist und in dem die vom Brenner erzeugten Verbrennungsgase im Wesentlichen entgegensetzt zur Strömungsrichtung im Brenner strömen.

Zusatzheizgeräte kommen vorwiegend in Kraftfahrzeugen als Standheizungen bzw. Zuheizungen zum Einsatz. Grundsätzlich werden Zusatzheizgeräte in Wasser-Zusatzheizgeräte und in Luft-Zusatzheizgeräte unterteilt. Bei Wasser-Zusatzheizgeräten wird im Heizgerät ein flüssiger Wärmeträger erhitzt, der die Wärmeenergie über einen Wärmekreislauf weitertransportiert und vorwiegend an einer gewünschten Stelle abgibt. Bei Luft-Zusatzheizgeräten wird am Heizgerät vor beigeführte Luft erwärmt, die wiederum einen zu heizenden Raum erwärmt. Bei Wasser-Heizgeräten kamen bisher auch Venturi-Brenner zum Einsatz, welche einen Brennstoff mit Luft vermischen und in einen Brennraum einspritzen, in dem er verbrannt wird. Luft-Heizgeräte sind in Regel mit einem Brenner der Verdampfungsbauart ausgestattet, bei dem ein zum Brenner zugeführter Brennstoff verdampft, mit Luft vermischt und verbrannt wird.

Aus der DE 102 41 791 B4 ist ein Zusatzheizgerät mit einem Brenner der Einspritzbauart gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Bei diesem Zusatzheizgerät handelt es sich um ein Wasser-Zusatzheizgerät. Bei Verwendung mit dem beschriebenen Wasser-Zusatzheizgerät und einem Wärmetauscher mit einem Innenvolumen von etwa 330 cm³ kann der Venturi-Brenner in einem Leistungsbereich von 3–5 kW betrieben werden. Für künftige Generationen von Zusatzheizgeräten ist jedoch ein erweiterter Leistungsbereich in Verbindung mit Brennern der Einspritzbauart bzw. Düsenbrennern wünschenswert.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung das gattungsgemäße Zusatzheizgerät derart weiterzubilden, dass bei zumindest gleicher Lebensdauer des Zusatzheizgerätes der Leistungsbereich erweitert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass eine Einspritzdüse des Brenners innerhalb des Abgasrückführbereichs angeordnet ist. Durch diese Maßnahme kann eine erhöhte Wärmeeintragung in den Bereich, in dem die Einspritzdüse angeordnet ist, erreicht werden. Dies führt zu einer verbesserten Brennstoffaufbereitung, wie beispielsweise einer Brennstoffvorwärmung, wodurch sich der Leistungsbereich des Brenners bei zumindest gleicher Lebensdauer des Zusatzheizgerätes erweitern lässt. Insbesondere kann dadurch eine Leistungsbereichsspreizung (Modulation) erreicht werden, d.h. sowohl eine Absenkung unter die bisherige minimale Leistung mit der der Brenner betreibbar ist als auch eine Anhebung über den bisherigen Maximalwert. Bevorzugter Weise lässt sich dadurch die Leistungsbereichsspreizung (Verhältnis von maximaler Heizleistung des Brenner zu minimaler Heizleistung des Brenners) mit der der Brenner bei zumindest gleicher Lebensdauer betreibbar ist auf über 4 anheben. Diese Anhebung beträgt bevorzugter Weise über 5. In noch weiter bevorzugter Weise lässt sich dieser Wert auf über 6 und idealer Weise auf über 7 anheben.

Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet sein, dass die Einspritzdüse Brennstoff in einen Brennraum einspritzt und an den Brennraum gegenüberliegend zur Einspritzdüse ein Flammraum anschließt, dessen Querschnittsfläche senkrecht zur Längsrichtung des Zusatzheizgerätes größer ist als die dazu parallele Querschnittsfläche des Brennraums. Die Maßnahme des vergrößerten Flammraums hat den Vorteil, dass ei ne Leistungserhöhung ohne eine Verkürzung der Lebensdauer erreicht werden kann. Diese verbesserte Flammausbreitung und das veränderte Strömungsverhalten bestätigten in Versuchen einen deutlich erweiterten Leistungsbereich bei zumindest gleicher Lebensdauer des Heizgerätes. Des Weiteren kann dadurch ein verbessertes Ausbrandverhalten erreicht werden. Außerdem kann durch das vergrößerte Volumen eine Homogenisierung der Verbrennungstemperatur erreicht werden, was zu einer Schonung der Brennerbauteile führt. Durch Verbesserung des Brennverhaltens ist außerdem eine verminderte Geräusch- und Qualmentwicklung zu erkennen.

Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät derart weitergebildet sein, dass die Einspritzdüse in einem Raum angeordnet ist, der einen Brennraum umgibt und von einem länglichen Hohlkörper begrenzt wird. Durch diese Maßnahme ist ein Raum geschaffen, der vom Abgasrückführbereich abgeschottet ist und über den vorgewärmte Primär- und Sekundärluft in den Brennraum eingeführt werden kann. Dies wiederum führt zu einem verbesserten Brennverhalten und zu einem erweiterten Leistungsbereich.

Außerdem kann das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät dadurch weitergebildet sein, dass der Brenner ein Venturi-Brenner ist. Hierbei ergeben sich für einen Venturi-Brenner die vorstehend beschriebenen Vorteile des erweiterten Leistungsbereichs.

Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät derart weitergebildet sein, dass das Zusatzheizgerät ein Luft-Zusatzheizgerät ist. Durch die Anwendung eines Ventu ri-Brenners in einem Luft-Zusatzheizgerät mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen lässt sich der Leistungsbereich bei Luft-Zusatzheizgeräten beispielsweise von den bisher üblichen 1,5–5 kW auf 0,8–6 kW erweitern.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur beispielhaft erläutert.
Es zeigt:
1 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Zusatzheizgerätes.
Das Zusatzheizgerät der Luftheizgeräte-Bauart umfasst einen Abgaswärmetauscher 10, in dessen Innenraum ein Brenner 12 angeordnet ist und der an seiner Außenseite von Luft umströmt wird. Die vom Brenner 12 im Innenraum erzeugten heißen Verbrennungsgase werden mittels des Abgaswärmetauschers 10 auf die den Abgaswärmetauscher 10 umströmende Luft übertragen, welche wiederum beispielsweise einen Fahrzeuginnenraum erwärmt. Der Abgaswärmetauscher 10 bildet einen becherartigen Innenraum aus, in dem der Brenner 12 angeordnet ist. Der Brenner 12 umfasst eine Venturi-Einspritzdüse 14, welche einen Brennstoff teilweise verdampft, mit einer Primärluft vermischt und in einen Brennraum 20 einspritzt. Der Brennstoff wird dabei mittels einer Brennstoffzuleitung 16 zugeführt und die Primärluft wird über Radialkanäle 18 zugeführt. Der Brennraum 20 wird durch einen zylinderartigen Brennraumkörper 22 gebildet in den die Venturi-Einspritzdüse 14 mündet. Benachbart zur Venturi-Einspritzdüse 14 sind Sekundärluftzuführungen 26 vorgesehen über die Sekun därluft in den Brennraum 20 zugeführt wird. Die der Venturi-Einspritzdüse 14 gegenüberliegende Seite des Brennraumkörpers 22 ist größtenteils geöffnet, so dass der Brennraum 20 in einen benachbarten Flammraum 24 mündet. Im Brennraum 20 ist eine Prallscheibe 40 mit einer darauf vorgesehenen Startkammer 38 angeordnet, deren Funktionen aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der zum Brennraum benachbarte Flammraum 24 wird durch ein zylindrisches Flammrohr 28 ausgebildet, dessen Durchmesser bzw. dessen Querschnittsfläche senkrecht zur Längsrichtung des Zusatzheizgerätes (von links nach rechts in 1) größer als der Durchmesser bzw. die Querschnittsfläche des Brennraumes 20 ist. Das Flammrohr 28 geht im Bereich der Verbindungsstelle zwischen Brennraum 20 und Flammraum 24 in ein Außenrohr 30 (länglicher Hohlkörper) über, welches sich von dieser Verbindungsstelle in Richtung aus dem Abgaswärmetauscher 10 heraus erstreckt. Der Durchmesser des Außenrohrs 30 ist im Vergleich zum Flammrohr 28 leicht vergrößert.
Im Betrieb strömen die heißen Verbrennungsgase aus dem Brennraum 20 in den Flammraum 24 und von dort gegen die Innenseite des Abgaswärmetauschers 10. An der Innenseite des Abgaswärmetauschers 10 werden die Verbrennungsgase umgelenkt, so dass sie mit im Wesentlichen entgegengesetzter Strömungsrichtung in einem Abgasrückführbereich 32 zwischen der Innenseite des Abgaswärmetauschers 10 und der Außenseite des Brenners 12 nach links in 1 strömen und über einen nicht dargestellten Auslass aus dem Abgaswärmetauscher 10 austreten. Während des Strömens im Abgasrückführbereich 32 geben die heißen Verbrennungsgase Wärmeenergie an den Abgaswärmetauscher 10 ab. Neben dem Übergang der Wärmeenergie auf den Abgaswärmetauscher 10 wird ein Teil der Wärmeenergie der heißen Verbrennungsgase auch in einen Raum 34 abgegeben, in dem die Venturi-Einspritzdüse 14 vollständig angeordnet ist und über den Primär- und Sekundärluft in die Venturi-Einspritzdüse 14 bzw. in den Brennraum 20 zugeführt wird. Dadurch werden der durch die Venturi-Einspritzdüse 14 zugeführte Kraftstoff, die Primärluft und die Sekundärluft vorgewärmt, was zu einem verbesserten Brennverhalten führt. Des Weiteren führt dies zu einer verbesserten Brennstoffaufbereitung, d.h. vor allem zu einer erhöhten Verdampfungsrate des flüssigen Brennstoffes in der Venturi-Einspritzdüse 14. Dies kann insbesondere bei einem Betrieb mit niedriger Leistung dazu führen, dass die Flamme des Brenners 12 im Wesentlichen im Inneren der Venturi-Einspritzdüse 14 brennt.
Bezugszeichen 36 kennzeichnet eine ungefähre Volumenerweiterung gegenüber dem bisherigen Zusatzheizgerät mit dem Venturi-Brenner vom Stand der Technik, welches in DE 102 41 791 B4 beschrieben ist. Diese Volumenerweiterung ergibt sich dadurch, dass das bisherige Volumen des Wärmetauschers, mit dem Venturi-Brenner betrieben wurden, etwa 330 cm³ betrug. Hingegen weist der im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Wärmetauscher ein Volumen von etwa 1500 cm³ auf.
Obwohl im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Luft-Zusatzheizgerät eingesetzt wird, können die Vorteile der vorliegenden Erfindung auch im Zusammenhang mit einem Wasser-Zusatzheizgerät genutzt werden.
Außerdem kann, obwohl im vorstehenden Ausführungsbeispiel im Brennraum 20 eine Prallscheibe 40 mit darauf befindlicher Startkammer 38 vorgesehen ist, die Startkammer 38 und zusätzlich die Prallscheibe 40 weggelassen werden, um somit Kosten einzusparen. Durch das der Flammbildung zur Verfügung stehende vergrößerte Volumen sind diese Element nicht mehr zwangläufig erforderlich.
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: Abgaswärmetauscher
12: Brenner
14: Venturi-Einspritzdüse
16: Brennstoffzuleitung
18: Radialkanäle
20: Brennraum
22: Brennraumkörper
24: Flammraum
26: Sekundärluftzuführungen
28: Flammrohr
30: Außenrohr/länglicher Hohlkörper
32: Abgasrückführbereich
34: Brennraum umgebender Raum
36: Volumenerweiterung bzgl. Stand der Technik
38: Startkammer
40: Prallscheibe

Claims

Zusatzheizgerät mit einem Brenner (12) der Einspritzbauart, wobei der Brenner (12) zumindest abschnittsweise von einem Abgasrückführbereich (32) eingehüllt ist, der zwischen dem Brenner (12) und einem Abgaswärmetauscher (10) ausgebildet ist und in dem die vom Brenner (12) erzeugten Verbrennungsgase im Wesentlichen entgegensetzt zur Strömungsrichtung im Brenner (12) strömen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspritzdüse (14) des Brenners (12) innerhalb des Abgasrückführbereichs (32) angeordnet ist.
Zusatzheizgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (14) Brennstoff in einen Brennraum (20) einspritzt und an den Brennraum (20) gegenüberliegend zur Einspritzdüse (14) ein Flammraum (24) anschließt, dessen Querschnittsfläche senkrecht zur Längsrichtung des Zusatzheizgerätes größer ist als die dazu parallele Querschnittsfläche des Brennraums (20).
Zusatzheizgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (14) in einem Raum (34) angeordnet ist, der einen Brennraum (20) umgibt und von einem länglichen Hohlkörper (30) begrenzt wird.
Zusatzheizgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (12) ein Venturi-Brenner ist.
Zusatzheizgerät gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzheizgerät ein Luft-Zusatzheizgerät ist.