Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Zerstäuberbrenner für ein Heizgerät mit einer Düse
zum Zerstäuben des Brennstoffs in Richtung auf eine davor ausgebildete
Brennkammer und mit einem an der Düse angeordneten Flammwächter zum Erkennen
einer Flamme in der Brennkammer. Ferner betrifft die Erfindung ein Heizgerät mit
einem derartigen Zerstäuberbrenner.
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Zerstäuberbrenner dieser Art sind aus DE 100 39 152 A1 und DE 100 19 198 A1
bekannt. Sie sind insbesondere zur Verwendung in einer Kraftfahrzeug-
Standheizung vorgesehen und weisen eine Zerstäuberdüse in Form eines
Düsenkörpers zur Aufbereitung des Brennstoffs auf. Der Düsenkörper ist mit einer
zentralen, zu einer Brennkammer hin sich aufweitenden, trichterförmigen Öffnung
versehen, in die hinein flüssiger Brennstoff zerstäubt wird. Ferner ist ein
Flammwächter vorgesehen, der in Gestalt eines Glühstiftes oder einer Glühkerze zugleich als
Zündeinrichtung dienen kann. Die bekannten Flammwächter bzw. Glühstifte sind
je am Düsenkörper gehaltert und erstrecken sich radial neben der Öffnung des
Düsenkörpers durch diesen hindurch. Sie ragen neben und axial vor der Öffnung
des Düsenkörpers in die Brennkammer des Zerstäuberbrenners hinein.
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Aus DE 34 07 882 A1 ist ein Gasbrenner bekannt, bei dem Brenngas durch eine
konische Ausnehmung an einer Düse ausgebracht wird. Radial neben der
Ausnehmung der Düse ist ein Glühzünder angeordnet.
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Bekannte Zerstäuberbrenner weisen den Nachteil auf, dass bei einem Start des
Heizgerätes bei tiefen Temperaturen, d. h. bei ca. -10°C bis -40°C, zu der
Zerstäuberdüse Brennstoff im Überschuss zugeführt werden muss, damit sicher eine
Zündung erfolgt. Der Brennstoffüberschuss führt zu Startqualm, weil sich
unverbrannter Brennstoff an kalten Wänden des Zerstäuberbrenners ablagert. Dieser
Nachteil wird durch den für die Zerstäubung erforderlichen Drall der eingebrachten
Brennluft noch verstärkt.
Zugrundeliegende Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mobiles Heizgerät mit einem
Zerstäuberbrenner der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass auf
kostengünstige Weise ein nahezu qualmfreier Start des Heizgerätes bei tiefen
Temperaturen möglich ist.
Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem oben genannten
Zerstäuberbrenner gelöst, bei dem der Flammwächter bzw. Glühstift im Zentralbereich der Düse
angeordnet ist. Ferner ist die Aufgabe mit einem mobilen Heizgerät für ein
Fahrzeug mit einem derart gestalteten erfindungsgemäßen Zerstäuberbrenner gelöst.
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Erfindungsgemäß ist der Flammwächter bzw. Glühstift des Zerstäuberbrenners im
Zentralbereich der Düse, d. h. insbesondere in axialer Richtung in der Mitte der
Austrags- bzw. Ausströmöffnung eines Düsenkörpers der Düse angeordnet. In
diesem Zentralbereich ist bei bekannten Düsen die Brennstoffzuführung und
gegebenenfalls auch eine Brennluftzuführung vorgesehen. Die erfindungsgemäße
Lösung erfordert daher grundsätzlich eine geänderte Konstruktion des
Zerstäuberbrenners. Diese Konstruktion führt jedoch zu Vorteilen, die den erforderlichen
Aufwand lohnend erscheinen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung des Flammwächters hat zur Folge, dass dieser
eine "Brennstoffvorwärmfunktion" übernimmt. Der zugeführte Brennstoff und/oder
die Wände der Düse des Zerstäuberbrenners werden durch den erfindungsgemäß
angeordneten Flammwächter vorgeheizt. So wird ein Verdampfen des Brennstoffs
bei tiefen Temperaturen gefördert. Der erfindungsgemäße Flammwächter wirkt
also zugleich als "Brennstoffzuheizer" und ermöglicht so einen Start mit deutlich
reduziertem Brennstoffüberschuss auch bei tiefer Temperatur.
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Darüber hinaus ergeben sich durch den erfindungsgemäß angeordneten
Flammwächter bzw. Glühstift besonders kurze Startzeiten. Dies trifft für alle
Kraftstoffarten, insbesondere für PME zu.
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Der erfindungsgemäße Flammwächter ist nicht unmittelbar im Flammbereich der
Flamme in der Brennkammer angeordnet. Er ist daher geringeren
Temperaturbelastungen als herkömmliche Flammwächter bzw. Glühstifte ausgesetzt. Dadurch
wird erreicht, dass der erfindungsgemäße Flammwächter eine höhere
Lebensdauer aufweist oder aus kostengünstigerem Material hergestellt sein kann. Bei
bekannten Flammwächtern muss hingegen besonderer Aufwand zum Kühlen
durch Brennluft betrieben werden und der Flammwächter muss besonders
spezifiziert sein. Oftmals ergibt sich auch eine toleranzbehaftete Gradientenauswertung
des Flammwächters durch Einfluss der Strahlungsenergie bei Flammabbruch.
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Obwohl der erfindungsgemäße Flammwächter nicht unmittelbar in der Flamme
angeordnet ist, ist mit ihm eine schnellere Erkennung eines Flammabbruchs
möglich. Dies beruht darauf, dass der Flammwächter durch zugeführte Brennluft
erfindungsgemäß sozusagen von selbst besonders schnell und stark gekühlt wird und
daher an ihm bei einem Flammabbruch unmittelbar eine schnell messbare
Temperaturänderung auftritt.
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Aufgrund der schnelleren Flammabbruchserkennung kann der erfindungsgemäße
Flammwächter zugleich zum Detektieren von Gasblasen im zugeführten
Brennstoff an der Düse verwendet werden. Auf diese Weise lassen sich
erfindungsgemäß Sensoren für die Blasenerkennung einsparen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Düse einen
Düsenkörper mit einer zentralen Öffnung auf und der Flammwächter bzw. Glühstift
erstreckt sich insbesondere stabförmig im Wesentlichen koaxial zur Längsachse der
Öffnung. Der derart angeordnete Flammwächter gibt an seiner Mantelfläche
Wärmeenergie gleichmäßig in radialer Richtung an den umgebenden
Düsenkörper ab und heizt dessen gesamte innere Oberfläche an der Öffnung bei einem
Kaltstart vor. Zugleich wird Brennstoff, der durch die Öffnung in Richtung auf die
Brennkammer eingebracht wird, durch den Flammwächter bzw. Glühstift während
seines Weges durch die Öffnung gleichmäßig vorgeheizt. Der Flammwächter
kann besonders einfach an einer Platte gehaltert sein, die an der von der
Brennkammer abgewandten Seite des Düsenkörpers angeordnet ist und die mit dem
Düsenkörper gekoppelt sein kann. Die Platte kann ferner vorteilhaft zum Haltern
einer Brennstoffzuführung und zum Ausbilden von Strömungskanälen einer
Brennluftzuführung angepasst sein.
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Die Brennstoffzuführung kann, ausgehend von der erfindungsgemäßen
Anordnung des Flammwächters, in besonders einfacher Weise mit mindestens einer
Öffnung ausgebildet sein, die radial außerhalb des Flammwächters vorgesehen
ist.
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Die Öffnung kann durch ein oder mehrere Brennstoffzuführröhrchen gebildet sein,
das bzw. die radial außerhalb des Flammwächters angeordnet sind.
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Besonders vorteilhaft sind zwei Brennstoffzuführröhrchen diametral
gegenüberliegend angeordnet, so dass eine symmetrische Verteilung des Brennstoffs an der
Außenseite des Flammwächters sichergestellt ist.
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Das einzelne Brennstoffzuführröhrchen ist vorteilhaft ausgehend von der Platte in
Richtung auf die Brennkammer zum Flammwächter hin geneigt angeordnet. Auf
diese Weise wird der Brennstoff zum Flammwächter bzw. Glühstift hin
eingeblasen und in dessen Nähe besonders intensiv vorgewärmt bzw. dort entzündet.
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Ferner kann um den erfindungsgemäßen Flammwächter herum, d. h. radial
außerhalb von diesem, mindestens eine Öffnung zum Zuführen von Brennluft
ausgebildet sein. Damit ergibt sich eine gleichmäßige Vorwärmung der zugeführten
Brennluft, ohne dass dazu besonderer Mehraufwand erforderlich wäre.
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Die Öffnung zum Zuführen von Brennluft ist in besonders einfacher und
strömungstechnisch günstiger Weise als Ringkanal um den Flammwächter herum
ausgebildet. Im Ringkanal gleichen sich Druckunterschiede schnell aus und eine
über den gesamten Umfang der Flammwächters gleichmäßige Luftströmung
durch die Öffnung im Düsenkörper der Düse ist sichergestellt.
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Um die Durchmischung der Brennluft mit dem zugeführten Brennstoff weiter zu
verbessern, kann die Öffnung zum Zuführen von Brennluft und/oder der Ringkanal
vorteilhaft mit mindestens einer Luftleiteinrichtung versehen sein, mittels der die
zugeführte Brennluft einen Drall erhält.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Zerstäuberbrenners anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigt:
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Fig. 1 einen stark vereinfachten Längsschnitt eines erfindungsgemäßen
Zerstäuberbrenners für ein mobiles Heizgerät,
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Fig. 2 einen detaillierten Längsschnitt gemäß Fig. 1,
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Fig. 3 eine Seitenansicht gemäß III-III in Fig. 2,
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Fig. 4 einen weiter detaillierten Ausschnitt des Längsschnitts gemäß Fig. 2.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In den Fig. 1, 2 und 4 ist ein Zerstäuberbrenner 10 im Längsschnitt vereinfacht
veranschaulicht. Der Zerstäuberbrenner 10 weist als wesentliches Bauteil einen
rotationssymmetrisch gestalteten Düsenkörper 12 auf, in dem eine zentrale
Öffnung 14 ausgebildet ist. Die Öffnung 14 durchsetzt den Düsenkörper 12
ausgehend von einer Seite der Brennluft- und Brennstoffzufuhr (dies ist bezogen auf
Fig. 1 die linke Seite der Zeichnung) bis hin zu einer Seite einer weiter nicht
veranschaulichten Brennkammer (dies ist bezogen auf Fig. 1 die rechte Seite der
Zeichnung). Die Öffnung 14 weitet sich in Richtung auf die Brennkammer
trichterförmig bzw. konisch auf. Flüssiger Brennstoff, der an der engen Seite der Öffnung
14 eingebracht wird, zerstäubt in bekannter Weise durch die ebenfalls dort
zugeführte Brennluft. Der Düsenkörper 12 bildet so mit seiner Öffnung 14 eine Düse
zum Zerstäuben von flüssigem Brennstoff.
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Im Zentrum der Öffnung 14 befindet sich der Zentralbereich 16 des Düsenkörpers
12. In diesem Zentralbereich 16, d. h. in der radialen Mitte des
rotationssymmetrischen Düsenkörpers 12, ist an einer Platte 18 ein Flammwächter bzw. Glühstift 20
gehaltert. Der Flammwächter 20 durchsetzt die Platte 18 und ragt mit seinem der
Brennkammer zugewandten Ende in einen gestrichelt dargestellten Bereich einer
vor dem Düsenkörper 12 brennenden Flamme. Der derart angeordnete
Flammwächter 20 trägt zum Vorheizen der Wände des Düsenkörpers 12 an der Öffnung
14 bei und erhitzt darüber hinaus auch den zugeführten Brennstoff noch bevor
dieser den Zersträubungs- und oder den Flammbereich erreicht. Der
Flammwächter 20 wird zugleich vorteilhaft von zugeführter Brennluft im bezogen auf Fig. 1
linken bzw. hinteren Bereich gekühlt. Diese Funktionen und Wirkungen des
Flammwächters 20 werden nachfolgend näher erläutert.
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Die Platte 18 ist an der Stirnseite des Düsenkörpers 12 angeordnet und zwischen
der Platte 18 und dem Düsenkörper 12 sind Brennluftkanäle 22 ausgebildet, die
sich im wesentlichen radial erstrecken und durch die Brennluft von radial außen
zum Zentralbereich 16 des Düsenkörpers 12 zugeführt und dabei mit einem Drall
versehen werden kann.
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Die Brennluft wird von einem nicht dargestellten Brennluftgebläse an der bezogen
auf Fig. 1 linken Seite der Platte 18 zu dieser geführt, umströmt die Platte 18 und
gelangt dann durch die Brennluftkanäle 22 in die Öffnung 14. Am Fuß des
Flammwächters 20, d. h. in der Nähe der Platte 18 ist ein Ringkanal ausgebildet, in
den die Brennluft 22 aus den Brennluftkanälen 22 eintritt, bevor sie in die Öffnung
14 gelangt.
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Die zuführte Brennluft kühlt auf konstruktiv einfache Weise den Abschnitt des
Flammwächters 16, der auf der von der Öffnung 14 abgewandten Seite (linke
Seite) der Platte 18 aus dieser herausragt.
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An der Platte 18 sind in Richtung zur Brennkammer (rechte Seite) in unmittelbarer
Nähe des Flammwächters 20 zwei Brennstoffzuführröhrchen 24 diametral
gegenüberliegend angeordnet. Die Brennstoffzuführröhrchen 24 sind ausgehend von
der Platte 18 radial nach innen zum Flammwächter 20 hin geneigt gerichtet. Der
durch sie zugeführte Brennstoff wird so in unmittelbarer Nähe der Mantelfläche
des Flammwächters 20 in die Öffnung 14 eingebracht.
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An der den Brennstoffzuführröhrchen 24 gegenüberliegenden Seite (linke Seite)
der Platte 18 ist an dieser eine Ringscheibe 26 angeordnet, an der eine
Brennstoffzuführleitung 28 angeschlossen ist. In der Ringscheibe 26 sind zwei je im
Wesentlichen viertelkreisförmige Brennstoffkanäle 30 ausgebildet, durch die die
Brennstoffzuführleitung 28 mit den Brennstoffzuführröhrchen 24 verbunden ist.
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Der Flammwächter 20 ist mit zwei elektrischen Anschlüssen 32 und 34 versehen,
die sich an der von der Öffnung 14 angewandten Seite (linke Seite) der Platte 18
befinden.
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Die Ringscheibe 26 ist an der Platte 18 mit Hilfe eines Presssitzes 36 an einem
Bund der Platte 18 und mit einer Hartlötung 38 am radial äußeren Randbereich
der Platte 18 befestigt. Zwischen der Platte 18 und der Ringscheibe 26 sind so die
Brennstoffkanäle 30 fluiddicht ausgebildet, die wie erläutert als Viertelkreise
gestaltet sein können. Alternativ können die Brennstoffkanäle 30 zusammen einen
Ringkanal bilden, der besonders einfach durch einen Zwischenraum zwischen der
Platte 18 und der Ringscheibe 26 ausgebildet sein kann.
Bezugszeichenliste
10 Zerstäuberbrenner
12 Düsenkörper
14 Öffnung
16 Zentralbereich
18 Platte
20 Glühstift bzw. Flammwächter
22 Brennluftkanal
24 Brennstoffzuführröhrchen
26 Ringscheibe
28 Brennstoffzuführleitung
30 Brennstoffkanal
32 erster Anschluss
34 zweiter Anschluss
36 Presssitz
38 Hartlötung