DE10218623B4

DE10218623B4 - Zerstäuberbrenner für ein Heizgerät

Info

Publication number: DE10218623B4
Application number: DE10218623A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Forsthuber
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: DE10218623A1

Abstract

Der Zerstäuberbrenner (10) weist eine Düse (12, 14) zum Zerstäuben des Brennstoffs in Richtung auf eine davor ausgebildete Brennkammer und einen an der Düse (12, 14) angeordneten Glühstift bzw. Flammwächter (20) zum Erkennen einer Flamme in der Brennkammer auf. Um ein mobiles Heizgerät mit einem Zerstäuberbrenner dieser Art derart zu verbessern, dass auf kostengünstige Weise ein nahezu qualmfreier Start des Heizgerätes bei tiefen Temperaturen möglich ist, ist der Glühstift bzw. Flammwächter (20) im Zentralbereich (16) der Düse (12, 14) angeordnet.

Description

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 Glühstift, der insbesondere als Flammwächter zum Erkennen einer Flamme in der Brennkammer dienen kann. Ferner betrifft die Erfindung ein Heizgerät mit einem derartigen Zerstäuberbrenner.

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 als Zündeinrichtung ein Glühstift oder eine Glühkerze vorgesehen, die zugleich als Flammwächter dienen kann. Die bekannten 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.

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.

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.

Aus DE 40 02 570 C2 ist Brennstoffbetriebenes Heizgerät mit einem Dralldüsenbrenner bekannt, bei dem ein Fototransistor als optischer Flammwächter für eine Flammbildung in der Brennkammer des Dralldüsenbrenners verwendet wird. Der Fototransistor ist in einer Mittelbohrung der Dralldüse des Dralldüsenbrenners angeordnet, wobei der Fototransistor von der Brennkammer abgewandt angeordnet ist.

Aus US 4,938,019 A ist eine Brennstoffdüse und eine zugehörige Zündanordnung bekannt, bei der eine längliche Zündkerze in einer inneren Luftkammer einer Luftblasdüse koaxial zu deren Längsachse angeordnet ist. An der Spitze der Zündkerze wird durch Entladung ein Funke im Wesentlichen in Längsrichtung in ein Strömungsgebiet von atomisiertem Brennstoff hinein erzeugt.

Aus DE 195 21 296 A1 ist ein Verdampfungsbrenner bekannt, bei dem sich eine Glühkerze in axialer Richtung durch eine Mischkammer und eine hochtemperaturbeständige monolithische Keramikscheibe in eine Brennkammer hinein erstreckt.

Aus DE 100 24 003 A1 ist ein Verdampfungsbrenner für ein Heizgerät bekannt, bei dem ein saugfähiger, scheibenförmiger Verdampfungskörper vorzugsweise im Wesentlichen zentral von einer stabförmigen Zündeinrichtung durchsetzt ist.

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

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Zerstäuberbrenner gemäß Anspruch 1. Ferner ist die Aufgabe mit einem mobilen Heizgerät gemäß Anspruch 10 gelöst.

Erfindungsgemäß ist der Glühstift des Zerstäuberbrenners im Zentralbereich der Düse in einer zentralen Öffnung, 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.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Glühstiftes hat zur Folge, dass dieser eine „Brennstoffvorwärmfunktion" übernimmt. Der zugeführte Brennstoff und/oder die Wände der Düse des Zerstäuberbrenners werden durch den erfindungsgemäß angeordneten Glühstift vorgeheizt. So wird ein Verdampfen des Brennstoffs bei tiefen Temperaturen gefördert. Der erfindungsgemäße Glühstift wirkt also zugleich als „Brennstoffzuheizer" und ermöglicht so einen Start mit deutlich reduziertem Brennstoffüberschuss auch bei tiefer Temperatur.

Darüber hinaus ergeben sich durch den erfindungsgemäß angeordneten Glühstift besonders kurze Startzeiten. Dies trifft für alle Kraftstoffarten, insbesondere für PME zu.

Der erfindungsgemäße Glühstift ist nicht unmittelbar im Flammbereich der Flamme in der Brennkammer angeordnet. Er ist daher geringeren Temperaturbelastungen als herkömmliche Glühstifte ausgesetzt. Dadurch wird erreicht, dass der erfindungsgemäße Glühstift eine höhere Lebensdauer aufweist oder aus kostengünstigerem Material hergestellt sein kann. Bei bekannten Glühstiften muss hingegen besonderer Aufwand zum Kühlen durch Brennluft betrieben werden und der Glühstift muss besonders spezifiziert sein. Oftmals ergibt sich auch eine toleranzbehaftete Gradientenauswertung des als Flammwächters verwendeten Glühstiftes durch Einfluss der Strahlungsenergie bei Flammabbruch.

Obwohl der erfindungsgemäße Glühstift nicht unmittelbar in der Flamme angeordnet ist, ist mit ihm eine schnellere Erkennung eines Flammabbruchs möglich. Dies beruht darauf, dass der Glühstift durch zugeführte Brennluft efindungsgemäß sozusagen von selbst besonders schnell und stark gekühlt wird und daher an ihm bei einem Flammabbruch unmittelbar eine schnell messbare Temperaturänderung auftritt.

Aufgrund der schnelleren Flammabbruchserkennung kann der erfindungsgemäße Glühstift 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

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich der Glühstift stabförmig im Wesentlichen koaxial zur Längsachse der Öffnung. Der derart angeordnete Glühstift 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 Glühstift während seines Weges durch die Öffnung gleichmäßig vorgeheizt. Der Glühstift 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.

Die Brennstoffzuführung kann, ausgehend von der erfindungsgemäßen Anordnung des Glühstiftes, in besonders einfacher Weise mit mindestens einer Öffnung ausgebildet sein, die radial außerhalb des Glühstiftes vorgesehen ist.

Die Öffnung kann durch ein oder mehrere Brennstoffzuführröhrchen gebildet sein, das bzw. die radial außerhalb des Glühstiftes angeordnet sind.

Besonders vorteilhaft sind zwei Brennstoffzuführröhrchen diametral gegenüberliegend angeordnet, so dass eine symmetrische Verteilung des Brennstoffs an der Außenseite des Glühstiftes sichergestellt ist.

Das einzelne Brennstoffzuführröhrchen ist vorteilhaft ausgehend von der Platte in Richtung auf die Brennkammer zum Glühstift hin geneigt angeordnet. Auf diese Weise wird der Brennstoff zum Glühstift hin eingeblasen und in dessen Nähe besonders intensiv vorgewärmt bzw. dort entzündet.

Ferner kann um den erfindungsgemäßen Glühstift 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.

Die Öffnung zum Zuführen von Brennluft ist in besonders einfacher und strömungstechnisch günstiger Weise als Ringkanal um den Glühstift herum ausgebildet. Im Ringkanal gleichen sich Druckunterschiede schnell aus und eine über den gesamten Umfang des Glühstiftes gleichmäßige Luftströmung durch die Öffnung im Düsenkörper der Düse ist sichergestellt.

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.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zerstäuberbrenners anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 einen stark vereinfachten Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Zerstäuberbrenners für ein mobiles Heizgerät,
2 einen detaillierten Längsschnitt gemäß 1,
3 eine Seitenansicht gemäß III-III in 2,
4 einen weiter detaillierten Ausschnitt des Längsschnitts gemäß 2.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den 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 1 die linke Seite der Zeichnung) bis hin zu einer Seite einer weiter nicht veranschaulichten Brennkammer (dies ist bezogen auf 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.
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 Glühstift 20 gehaltert, der insbesondere auch als Flammwächter dient. Der Glühstift 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 Glühstift 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 Glühstift 20 wird zugleich vorteilhaft von zugeführter Brennluft im bezogen auf 1 linken bzw. hinteren Bereich gekühlt. Diese Funktionen und Wirkungen des Glühstiftes 20 werden nachfolgend näher erläutert.
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.
Die Brennluft wird von einem nicht dargestellten Brennluftgebläse an der bezogen auf 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 Glühstiftes 20, d.h. in der Nähe der Platte 18 ist ein Ringkanal ausgebildet, in den die Brennluft aus den Brennluftkanälen 22 eintritt, bevor sie in die Öffnung 14 gelangt.
Die zuführte Brennluft kühlt auf konstruktiv einfache Weise den Abschnitt des Glühstiftes 20, der auf der von der Öffnung 14 abgewandten Seite (linke Seite) der Platte 18 aus dieser herausragt.
An der Platte 18 sind in Richtung zur Brennkammer (rechte Seite) in unmittelbarer Nähe des Glühstiftes 20 zwei Brennstoffzuführröhrchen 24 diametral gegenüberliegend angeordnet. Die Brennstoffzuführröhrchen 24 sind ausgehend von der Platte 18 radial nach innen zum Glühstift 20 hin geneigt gerichtet. Der durch sie zugeführte Brennstoff wird so in unmittelbarer Nähe der Mantelfläche des Glühstifts 20 in die Öffnung 14 eingebracht.
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.
Der Glühstift 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.
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.

10: Zerstäuberbrenner
12: Düsenkörper
14: Öffnung
16: Zentralbereich
18: Platte
20: Glühstift
22: Brennluftkanal
24: Brennstoffzuführröhrchen
26: Ringscheibe
28: Brennstoffzuführleitung
30: Brennstoffkanal
32: erster Anschluss
34: zweiter Anschluss
36: Presssitz
38: Hartlötung

Claims

Zerstäuberbrenner (10) für ein Heizgerät mit einer Düse (12, 14) zum Zerstäuben von Brennstoff in Richtung auf eine vor der Düse (12, 14) ausgebildete Brennkammer, und einem an der Düse (12, 14) angeordneten Glühstift (20), wobei die Düse (12, 14) einen Düsenstock (12) und eine darin ausgebildeten zentrale Öffnung (14) zum Zerstäuben des Brennstoffs umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühstift (20) im Zentrum der Öffnung (14) der Düse (12, 14) angeordnet ist.
Zerstäuberbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Glühstift (20) insbesondere stabförmig im Wesentlichen koaxial zur Längsachse der Öffnung (14) erstreckt.
Zerstäuberbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass radial außerhalb des Glühstifts (20) mindestens eine Öffnung zum Zuführen von Brennstoff (24) vorgesehen ist.
Zerstäuberbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass radial außerhalb des Glühstifts (20) mindestens zwei Brennstoffzuführröhrchen (24) angeordnet sind.
Zerstäuberbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Brennstoffzuführröhrchen (24) diametral gegenüberliegend angeordnet sind.
Zerstäuberbrenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführröhrchen (24) in Richtung auf die Brennkammer zum Glühstift (20) hin geneigt angeordnet sind.
Zerstäuberbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass radial außerhalb des Glühstifts (20) mindestens eine Öffnung zum Zuführen von Brennluft (22) ausgebildet ist.
Zerstäuberbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung zum Zuführen von Brennluft (22) als Ringkanal um den Glühstift (20) ausgebildet ist.
Zerstäuberbrenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung zum Zuführen von Brennluft (22) bzw. der Ringkanal mit mindestens einer Luftleiteinrichtung versehen ist, mittels der die zugeführte Brennluft einen Drall erhält.
Mobiles Heizgerät für ein Fahrzeug mit einem Zerstäuberbrenner (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.