DE102006031868A1

DE102006031868A1 - Brennervorrichtung

Info

Publication number: DE102006031868A1
Application number: DE200610031868
Authority: DE
Inventors: Andreas Rutsche; Dieter Most
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: DE102006031868B4; WO2008006344A3; WO2008006344A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennervorrichtung zur Verbrennung flüssigen Brennstoffs mit einer Zerstäuberdüse zur Vermischung des flüssigen Brennstoffs mit Verbrennungsluft zur Bildung eines zündfähigen Gasgemischs und mit einem Flammhalter zur Stabilisierung einer das Gasgemisch verbrennenden Flamme. Um die Verkokung der Düse zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass der Flammhalter im Bereich des Düsenaustritts angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erreicht, dass die Flammwurzel zur Düse hin rückverlegt und hierdurch die Düsentemperatur über die Verkokungsgrenze erhöht wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennervorrichtung zur Verbrennung flüssigen Brennstoffs mit einer Zerstäuberdüse zur Vermischung des flüssigen Brennstoffs mit Verbrennungsluft zur Bildung eines zündfähigen Gasgemischs und mit einem Flammhalter zur Stabilisierung einer das Gasgemisch verbrennenden Flamme.
Eine derartige Brennervorrichtung ist bekannt aus der DE 103 27 697 A1 . Dieses Dokument umfasst einen so genannten Zerstäubungsbrenner, bei dem flüssiger Brennstoff und Verbrennungsluft in einer Düse beschleunigt und verwirbelt werden, so dass der flüssige Brennstoff weitestgehend verdampft; hierdurch bildet sich ein zündfähiges Brenngasge misch aus. Das Gasgemisch wird in eine Brennkammer eingespeist, wo es gezündet und verbrannt wird. Die Qualität der Verbrennung, das heißt in erster Linie ihre Vollständigkeit und Rückstandsarmut ist stark abhängig von der Vollständigkeit der Verdampfung des flüssigen Brennstoffs und seiner guten Durchmischung mit der Verbrennungsluft. Bei dem bekannten Brenner ist stromabwärts der Zerstäubungsdüse in der eigentlichen Brennkammer ein zusätzlicher Flammhalter zur Stabilisierung der Flamme angeordnet. Der Flammhalter ist als Drahtgeflecht oder Keramik-Lochplatte oder Keramikfasermatte ausgebildet und hat die Aufgabe, den Verbrennungsort zu bestimmen und zu stabilisieren. Die Verbrennung erfolgt kontrolliert und schadstoffarm innerhalb und/oder an der Oberfläche des Flammhalters.
Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist seine Anfälligkeit für eine Verkokung der Düse. Diese entsteht durch sukzessive Ablagerung von unvollständig verbranntem Brennstoff an der Düsenwand. Dies behindert eine optimale Zerstäubung und verschlechtert die Verbrennung weiter, so dass sich der Koksaufbau in der Düse beschleunigt. Eine schlechtere Zerstäubung kann zu einer Verbrennung mit hoher Rußneigung und damit einhergehender verstärkter Alterung der übrigen Komponenten des Brenners, insbesondere des Wärmetauschers bzw. der Brennkammer, und somit zu einer Minderung der Wärmeleistung bis hin zum Ausfall des Brenners führen. Weiter kann eine reduzierte Zerstäubung zu einer Qualm- und Geruchsemission, insbesondere beim Brennerstart, sowie zu Flammabrissen beim Brennerbetrieb führen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Brennervorrichtung derart weiterzubilden, dass die Verkokung der Düse reduziert wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Brennervorrichtung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Flammhalter im Bereich des Düsenaustritts angeordnet ist. Er wird damit gegenüber den bekannten Brennervorrichtungen stromaufwärts aus der Flammkammer in den Bereich der Düse rückverlagert. Hierdurch erfolgt die oben erläuterte Flammstabilisierung unmittelbar am Düsenaustritt. Die Lage der Flammwurzel liegt nun direkt im Bereich des Düsenaustritts anstatt entfernt von der Düse im Bereich der Brennkammer. Durch die größere Nähe der Flammwurzel zur Düse erfolgt eine Steigerung der Düsentemperatur während des Brennerbetriebs. Die Temperatur der Düsenwandung wird damit über die so genannte Verkokungsgrenze hinaus erhöht, so dass sich dort niederschlagender Brennstoff nicht zu Koksbildung auf der Düsenwand führen kann.
Günstigerweise ist die Düse in Form einer Venturi-Düse aufgebaut oder weist zumindest in ihrem Endbereich einen divergierenden Diffusor auf. An diesem Diffusor ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Flammhalter festgelegt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Flammhalter einstückig mit dem Diffusor ausgebildet ist. Andererseits ist es auch möglich, den Flammhalter als sepa rates Teil zu fertigen und am Diffusorrand oder im Diffusor an dessen Innenwand festzulegen. Die Festlegung kann dauerhaft oder reversibel erfolgen. Letzteres ermöglicht einen einfachen Austausch des Diffusors.
Bevorzugt ist der Flammhalter sternförmig ausgebildet. Als besonders günstig hat sich dabei die Formgebung als dreiarmiger Stern erwiesen. Ein sternförmiger Flammhalter mit vergleichsweise großen Offenbereichen setzt dem Gasstrom keinen zu großen Widerstand entgegen, wie dies bei Verwendung einer Porenscheibe oder eines Vlieses an gleicher Stelle der Fall sein kann. Dennoch wird die Vermischung durch verbesserte Turbulenzbildung in der Düse verbessert. Gleichzeitig kommt es aber hinter dem Flammhalter zu einer Aufteilung in mehrere, vergleichmäßigte Teilströmungszonen, was unmittelbar zu einer Vergleichmäßigung und Stabilisierung der Flamme führt. Dies hat neben einer effizienteren Verbrennung auch eine Reduzierung der Verbrennungsgeräusche zur Folge.
Bevorzugt weist die Oberfläche des Flammhalters ein poröses Material auf. Das poröse Material des Flammhalters kann unvollständig verdampften Brennstoff schwammartig aufsaugen und nach und nach in verdampfter Form an den Gasstrom abgeben. Auf diese Weise wird auch beim Starten des Brenners im kalten Zustand ein Eintrag von Flüssigkeitströpfchen in die Brennkammer unterbunden bzw. zumindest deutlich reduziert. Der Flammhalter kann mit einem porösen Material beschichtet sein. Es wird jedoch bevorzugt, den Flammhalter aus einem porösen Material, insbesondere einer porösen Keramik auszubilden. Prinzipiell kommen aber beispielsweise auch Metall schäume in betracht. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, zumindest die Innenoberfläche des Düsenaustrittsbereichs wenigstens abschnittsweise aus einem porösen Material herzustellen, beispielsweise mittels Beschichtung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennervorrichtung in Querschnittsansicht.
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennervorrichtung in Draufsicht.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennervorrichtung im Bereich der Brennkammer 10 in Querschnittsansicht. Eingangsseitig der Brennkammer 10 ist eine Venturi-Düse 12 vorgesehen, durch die flüssiger Brennstoff mit Verbrennungsluft beschleunigt und verwirbelt wird, um ein zündfähiges Gasgemisch in die Brennkammer 10 einzuspeisen.
Der Ausgangsbereich der Venturi-Düse 12 ist als in Strömungsrichtung divergierender Diffusor 14 ausgestaltet. Im Endbereich des Diffusors 14 ist ein Flammhalter 16 angeordnet. Der Flammhalter 16 steht im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung.
2 zeigt eine Ansicht auf den Flammhalter 16 gemäß der Schnittlinie II-II in 1. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Flammhalter als dreistrahliger Stern ausgestaltet, der einen großen Freibereich 18 in der Flammhalterebene unverstellt lässt. Hierdurch wird der Gasstrom nur geringfügig beeinträchtigt. Am Flammhalter 16 kann sich eine Flammwurzel in unmittelbarer Nachbarschaft der Düse 12 ausbilden, so dass die Düsentemperatur über die Verkokungsgrenze angehoben wird.
Günstigerweise ist, wie bei der dargestellten Ausführungsform realisiert, der Flammhalter aus einem porösen Material, insbesondere einer porösen Keramik geformt. Hierdurch wird eine zusätzliche Funktion des Flammhalters als Tropfenfänger realisiert. Diese Funktion kann weiter dadurch unterstützt werden, dass wie bei der illustrierten Ausführungsform realisiert, auch die Innenwandung des Diffusors 14 mit einem porösen Material belegt ist. Insbesondere können der Diffusor und der Flammhalter einstückig aus demselben porösen Material gebildet sein.
Natürlich stellt die in den Zeichnungen gezeigte und in der speziellen Beschreibung diskutierte Ausführungsform nur ein illustratives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Insbesondere im Hinblick auf die Materialwahl des Flammhalters, seiner speziellen Formgebung als Stern mit drei oder mehr Strahlen sowie der Ausgestaltung weiterer, in den Figuren nicht gezeigter Elemente der Brennervorrichtung und deren Ansteuerung steht dem Fachmann ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten zur Verfügung.
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: Brennkammer
12: Venturi-Düse
14: Diffusor
16: Flammhalter
18: Freibereich von 16

Claims

Brennervorrichtung zur Verbrennung flüssigen Brennstoffs mit einer Zerstäuberdüse (12) zur Vermischung des flüssigen Brennstoffs mit Verbrennungsluft zur Bildung eines zündfähigen Gasgemischs und mit einem Flammhalter (16) zur Stabilisierung einer das Gasgemisch verbrennenden Flamme, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammhalter (16) im Bereich des Düsenaustritts angeordnet ist.
Brennervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäuberdüse (12) in ihrem Endbereich einen divergierenden Diffusor (14) aufweist.
Brennervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammhalter (16) an dem Diffusor (14) festgelegt ist.
Brennervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammhalter (16) einstückig mit dem Diffusor (14) ausgebildet ist.
Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammhalter (16) sternförmig ausgebildet ist.
Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Flammhalters (16) ein poröses Material aufweist.
Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammhalter (16) aus einem porösen Material ausgebildet ist.
Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material eine poröse Keramik ist.