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Hintergrund
der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Brenner,
insbesondere einen Venturibrenner für ein mobiles Heizgerät, mit einer
Brennerdüse
an einer Stirnseite einer Brennkammer, einem Brennkammerrohr, das
die Brennkammer umschließt,
und einer Brennkammerstirnwand, die die Brennkammer zu der Brennerdüse hin begrenzt.
Ferner betrifft die Erfindung ein mobiles Heizgerät mit einem
solchen Brenner.
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Bei mobilen Heizgeräten, insbesondere
für die
Verwendung als Standheizung bei Fahrzeugen oder Flugzeugen, kommen
Brenner zum Einsatz, die die in flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen
gespeicherte Energie in Wärmeenergie
umwandeln. Die Brenner bestehen grundsätzlich aus einer Brennerdüse zum Einsprühen und
Aufbereiten des flüssigen
Brennstoffs, und einer Brennkammer, in die der derart aufbereitete
Brennstoff eingesprüht
wird. Der Brennerdüse
und der Brennkammer wird ferner Luft für die Verbrennung des Brennstoffs
zugeführt. Aus
der Brennkammer tritt der verbrannte Brennstoff als Abgas in ein
Flammrohr und nachfolgend durch einen Wärmeübertrager in eine Abgasleitung
aus.
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Grundsätzlich ist es erwünscht, dass
bei der Verbrennung in der Brennkammer ein hohes Maß an Wärmeenergie
erzeugt wird. Zugleich sind an der von der Brennkammer abgewandten
Seite der Brennerdüse
jedoch auch Bauelemente des Heizgeräts angeordnet, die keiner hohen
Wärmebelastung
ausgesetzt werden dürfen.
Solche Bauelemente können beispielsweise
elektronische Bauelemente eines Steuergeräts des Heizgeräts sein.
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Bei solchen Heizgeräten muss
ferner der Bereich der Brennkammer hermetisch gegenüber der Umgebung
abgedichtet sein und ein möglicher
Austritt von Brenngas auf die von der Brennkammer abgewandte Seite
der Brennerdüse
muss sicher verhindert sein.
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Um eine solche hermetische Abdichtung
der Brennkammer zu erreichen ist aus
DE 100 19 890 A1 ein Brenner mit einer Venturidüse bekannt,
bei dem ein die Brennkammer umgebendes Brennkammerrohr an seinem
der Brennerdüse
zugewandten Endbereich doppelwandig mit zwei Rohrwänden ausgebildet
ist. Die beiden Rohrwände
liegen dicht aneinander an und sind am Ende je mit einem Bund versehen.
Der Bund der innenliegenden Rohrwand ist zur Brennerdüse hin gerichtet,
während
der Bund der außenliegenden
Rohrwand von der Brennerdüse
weg, hin zu einem Außengehäuse gewandt
ist. An dem Bund der innenliegenden Rohrwand ist die Brennerdüse befestigt
und mit dem Bund der außenliegenden
Rohrwand ist das Brennkammerrohr selbst an dem Außengehäuse befestigt.
Auf diese Weise ist mit den beiden Bunden eine Brennkammerstirnwand ausgebildet,
die radial außen
am Außengehäuse befestigt
ist und an der radial innen die Brennerdüse befestigt ist.
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Bei einem Brenner mit einer Venturidüse muss
eine sichere Abdichtung zwischen der Brennerdüse und der Brennkammerstirnwand
geschaffen sein. Hierzu ist bei dem Brenner gemäß
DE 100 19 890 A1 eine Dichtung
zwischen der Brennerdüse
und der Brennkammerstirnwand eingesetzt. Diese Dichtung ist derart
groß gestaltet,
dass sie zugleich radial außen
als Abdichtung zwischen der Brennkammerstirnwand (d.h. dem Bund
der außenliegenden
Rohrwand) und dem Außengehäuse dient.
Auf diese weise kann mit Hilfe einer einzigen Dichtung eine hermetische
Abdichtung an zwei Bereichen gleichzeitig geschaffen werden. Mit
der Dichtung wird zwischen der inneren und der äußeren Rohrwand abgedichtet
und so eine undefinierte Luftzufuhr in die Brennkammer verhindert.
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Die Anordnung gemäß
DE 100 19 890 A1 weist
jedoch den Nachteil auf, dass es aufgrund von Maßschwankungen der einzelnen
Bauteile (insbesondere des Außengehäuses und
der Rohrwände des
Brennkammerrohrs) zu Undichtheiten kommen kann. Darüber hinaus
können
bei dieser Anordnung solche Bauelemente, die sich auf der von der
Brennkammer abgewandten Seite der Brennerdüse befinden, nur mit größerem Aufwand
gegenüber
den hohen Temperaturen in der Brennkammer abgeschirmt werden.
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Zugrundeliegende
Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Heizgerät
der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass es im Bereich
seines Brenners kostengünstiger
herzustellen ist und insbesondere die oben genannten Probleme hinsichtlich
der Abdichtung der Brennkammer und hinsichtlich der thermischen
Entkopplung von wärmeempfindlichen
Bauelementen des Heizgeräts
gegenüber
dem Brenner überwunden
sind.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem
oben genannten Brenner gelöst,
bei dem insbesondere die Brennerdüse alleinig an der Brennkammerstirnwand
gehaltert ist, das Brennkammerrohr alleinig an seinem von der Brennkammerstirnwand
abgewandten Endbereich an einem Außenrohr gehaltert ist und zwischen
der Brennkammerstirnwand und dem Außenrohr ein für Luft durchlässiger Ringspalt ausgebildet
ist. Ferner ist die Aufgabe mit einem Heizgerät gelöst, das mit einem derartigen
Brenner ausgestattet ist.
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Durch die erfindungsgemäße Gestaltung
ist die oben genannte Dichtproblematik vermieden. Erfindungsgemäß ist die
Brennerdüse
alleinig an der Brennkammerstirnwand gehaltert, so dass dort in einfacher
und zugleich wirkungsvoller Weise eine Abdichtung geschaffen sein
kann. Daneben ist erfindungsgemäß das Brennkammerrohr
alleinig an seinem von der Brennerdüse abgewandten Ende an einem
Außenrohr
befestigt. Auch in diesem Bereich kann in einfacher Weise, beispielsweise
durch eine Schweißnaht,
eine Abdichtung geschaffen sein.
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Darüber hinaus ist aufgrund der
erfindungsgemäßen Gestaltung
des Brenners die Brennerdüse über die
Brennkammerstirnwand und das Brennkammerrohr alleinig an dem von
der Brennerdüse
abgewandten Ende des Brennkammerrohrs befestigt. Ferner ist zwischen
der Brennkammerstirnwand und dem Außengehäuse ein Ringspalt ausgebildet.
Auf diese Weise ist eine thermische Entkopplung im Bereich der Brennkammerstirnwand
geschaffen. Die Wärmeenergie,
die in der Brennkammer erzeugt und auf die Brennerdüse, die
Brennkammerstirnwand und das Brennkammerrohr übertragen wird, wird daher
bei dem erfindungsgemäßen Heizgerät allein
an dem von der Brennerdüse
abgewandten Ende des Brennkammerrohrs durch Wärmeleitung auf das Außenrohr übertragen.
Damit sind Bauelemente, die sich an der von der Brennkammer abgewandten
Seite der Brennerdüse
befinden besser gegen Wärmeeintrag
geschützt.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung ist die Brennerdüse
mit mindestens einer ersten Öffnung
versehen, durch die Primärluft
in die Brennkammer eingeleitet werden kann. Eine solche erste Öffnung dient
zur Verbesserung der Zerstäubung
des flüssigen
Brennstoffs in der Brennerdüse. Die Öffnung ist
aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung
der Brennerdüse
frei für
Primärluft
zugänglich,
so dass an der Brennerdüse
verschiedenste Arten von Luftzuführkanälen ausgebildet
sein können.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass die
Brennkammerstirnwand mit mindestens einer zweiten Öffnung versehen
ist, durch die Sekundärluft
in die Brennkammer eingeleitet werden kann. Durch eine solche Sekundärluftzufuhr
wird eine gestufte Brennluftzufuhr geschaffen, mit der die Qualität der Verbrennung verbessert
und damit insgesamt der Schadstoffausstoß des Brenners verringert werden
kann. Die genannten ersten und zweiten Öffnungen können mit der erfindungsgemäßen Anordnung
besonders vorteilhaft gegenüber
einer gemeinsamen Brennluftzufuhr abgedichtet werden.
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Darüber hinaus bildet die erfindungsgemäße Anordnung
im Bereich der Brennkammer die Vorraussetzung dafür, dass
das Brennkammerrohr mit mindestens einer dritten Öffnung versehen
ist, durch die Tertiärluft
in die Brennkammer eingeleitet werden kann. Die Qualität der Verbrennung
kann auf diese Weise weiter gesteigert werden.
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Mit der Zufuhr von Tertiärluft ist
es ferner möglich,
dass in der Brennkammer eine Prallscheibe angeordnet wird und die
dritte Öffnung
in dem Brennkammerrohr derart ausgebildet wird, dass die Prallscheibe
mit Hilfe der Tertiärluft
gekühlt
wird. Durch eine derart gezielte Kühlung der Prallscheibe wird
deren Temperatur während
der Verbrennung verringert. Daher ist es möglich, dass für die Prallscheibe
ein weniger temperaturfestes und damit kostengünstigeres Material vennrendet
wird.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann auf besonders
einfache Weise gegenüber
dem von der Brennkammer abgewandten Bereich des Heizgeräts abgedichtet
werden, indem zwischen der Brennerdüse und der Brennkammerstirnwand
eine erste Dichtung angeordnet ist. Diese erste Dichtung kann gezielt
aus einem temperaturresistenten Material ausgebildet sein. Die Dichtung
kann bei der Montage der Brennerdüse an die Brennkammerstirnwand
vormontiert werden, so dass nachfolgend bereits eine Dichtheitskontrolle
möglich
ist. Ferner kann die derart montierte Baueinheit aus Brennerdüse und Brennkammer
bereist auf seine ordnungsgemäße Funktion getestet
werden.
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Darüber hinaus ist bei dem erfindungsgemäßen Brenner
vorteilhaft das Außenrohr
an seinem der Brennerdüse
zugewandten Endbereich an einem Außengehäuse gehaltert und zwischen
dem Außenrohr und
dem Außengehäuse ist
eine zweite Dichtung angeordnet. Ein derart gehaltertes Außenrohr
kann an seiner Außenseite
von beispielsweise flüssigem Wärmeträger umspült und dabei
gekühlt
werden. Mit anderen Worten ist das Außenrohr an einem durch flüssigen Wärmeträger gekühlten Außengehäuse befestigt.
Die zweite Dichtung kann gezielt aus einem Material gestaltet sein,
dass erheblich weniger temperaturfest ist, als die oben genannte
erste Dichtung. Weil die erste und die zweite Dichtung erfindungsgemäß separat
voneinander angeordnet sind, wirken sich bei dem erfindungsgemäßen Dichtungskonzept Maßtoleranzen
in axialer Richtung der Brennkammer nicht aus. Darüber hinaus
können
Wärmedehnungen der
Brennkammerstirnwand in radialer Richtung besser ausgeglichen werden.
Die zweite Dichtung braucht erst bei der Endmontage des Brenners
in das Heizgerät
montiert zu werden und kann daher auch nicht während der vorhergehenden Vormontage
des Brenners beschädigt
werden.
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Bei einem derart erfindungsgemäß gestalteten
Brenner kann ferner vorteilhaft an dem Außenrohr an seinem der Brennerdüse zugewandten
Ende eine Abschirmwand angeordnet werden, mittels der Bauelemente,
die an der von der Brennkammer abgewandten Seite der Brennerdüse angeordnet
sind, gegenüber
der Brennkammerstirnwand gegen Wärme
abgeschirmt sind. Die Abschirmwand kann in besonders einfacher Weise
im Bereich der zweiten Dichtung an dem Außengehäuse des Heizgeräts gehaltert
sein. Sie kann Strömungsleiteinrichtungen aufweisen,
mittels denen der Sekundär-
und/oder der Tertiärluftstrom
hinsichtlich des Luftvolumens pro Zeiteinheit beeinflusst werden
kann.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Brenners
anhand der beigefügten
schematischen Zeichnung näher
erläutert. Es
zeigt:
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1 einen
Längsschnitt
eines Brenners in einem mobilen Heizgerät gemäß der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
ein mobiles Heizgerät 10 im
Bereich eines Brenners 12 veranschaulicht. Der Brenner 12 ist
als Venturibrenner gestaltet und weist als wesentliche Bauelemente
eine Brennerdüse 14 sowie
eine zylindrische Brennkammer 16 auf, die von einem Brennkammerrohr 18 radial
außen
umfasst und an der der Brennerdüse 14 zugewandten
Stirnseite von einer Brennkammerstirnwand 20 begrenzt ist.
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Die Brennerdüse 14 ist mit einem
im wesentlichen zylindrischen Düsenkörper 22 gebildet,
in dem an seinem von der Brennkammer 16 abgewandten Endbereich
mehrere Radialkanäle 24 zum
Zuführen von
Primärluft
in eine erste Öffnung 26 des
Düsenkörpers 22 ausgebildet
sind. Die erste Öffnung 26 ist im
Zentralbereich des Düsenkörpers 22 ausgebildet und
in Richtung zur Brennkammer 16 trichterförmig aufgeweitet.
Eine Brennstoffzuleitung 28 dient zum Zuführen von
flüssigem
Brennstoff in die erste Öffnung 26 des
Düsenkörpers.
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Der Düsenkörper 22 der Brennerdüse 26 ist alleinig
an der Brennkammerstirnwand 20 gehaltert, wobei in der
Brennkammerstirnwand 20 eine zentrale Öffnung 30 ausgebildet
ist, durch die der in der ersten Öffnung 26 zerstäubte Brennstoff
in die Brennkammer 16 eintreten kann. In dem Düsenstock 22 sind
an der Anlagefläche
zur Brennkammerstirnwand 20 weitere Radialkanäle 32 ausgebildet,
durch die Sekundärluft
zu zweiten Öffnungen 34 in
der Brennkammerstirnwand 20 ge führt wird. Die Sekundärluft tritt durch
diese zweiten Öffnungen 34 in
die Brennkammer 16 ein und führt dort zu einer gestuften
Verbrennung mit hoher Brennqualität.
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Zwischen dem Düsenkörper 22 und der Brennkammerstirnwand
ist eine erste Dichtung 36 aus einem wärmeresistenten Material angeordnet, mittels
der der Düsenkörper 22 gegenüber der Brennkammer 16 abgedichtet
und zugleich an der Brennkammerstirnwand befestigt ist.
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Die Brennkammerstirnwand 20 ist
als ein abgewinkelter Abschnitt bzw. als Bund eines Rohres gebildet,
das in seinem ansonsten zylindrischen Abschnitt das Brennkammerrohr 18 bildet.
Das Brennkammerrohr 18 ist an seinem von der Brenndüse 14 abgewandten
Endbereich 38 mit einem Außenrohr 40 verschweißt. Die
Schweißnaht
umgibt das Brennkammerrohr 18 ringförmig, wobei zwischen dem Brennkammerrohr 18 und
dem Außenrohr 40 eine
im wesentlichen ringförmige
Anlagefläche
ausgebildet ist, über
die nur geringe Wärmeenergiemengen
von dem Brennkammerrohr 18 auf das Außenrohr 40 übergeleitet
werden.
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Auf diese Weise ist zwischen der
Brennkammerstirnwand 20 und dem Außenrohr 40, aber auch zwischen
dem Brennkammerrohr 18 und dem Außenrohr 40 ein Ringspalt 42 ausgebildet,
der insbesondere zur thermischen Entkopplung der Brennkammerstirnwand 20 gegenüber solchen
Bauelementen führt,
die sich an der von der Brennkammer 16 abgewandten Seite
der Brennerdüse 14 befinden. Solche
Bauelemente können
beispielsweise elektronische Bauelemente sein, die in der 1 nicht weiter veranschaulicht
sind. Bei der gestalteten thermischen Entkopplung ist insbesondere
zu beachten, dass Wärmeenergie
des Düsenkörpers 22 durch Wärmeleitung
nur über
den verhältnismäßig weiten Weg
zu dem von der Brennerdüse 14 abgewandten Endbereich 38 des
Brennkammerrohrs 18 auf das Außenrohr 40 übergeleitet
werden kann.
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Durch den Ringspalt 42 kann
ferner Tertiärluft
zu dritten Öffnungen 44 geleitet
werden, die etwa axial in der Mitte des Brennkammerrohrs 18 über dessen
Umfang verteilt ausgebildet sind. Im Brennkammerrohr 18 ist
darüber
hinaus eine Prallscheibe 46 gehaltert, die mittels der
durch die dritten Öffnungen 44 zugeführten Brennluft
gekühlt
wird.
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Darüber hinaus führt der
Ringspalt 42 zu einem veränderten Dichtungskonzept, das
nachfolgend genauer erläutert
wird.
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Das Außenrohr 40 ist an
seinem von der Brennerdüse 14 abgewandten
Endbereich mit einem ersten Bund 48 ausgebildet, an dem
ein Flammrohr 50 befestigt ist. An seinem der Brennerdüse 14 zugewandten
Endbereich ist das Außenrohr 40 mit
einem zweiten Bund 52 versehen, der radial nach außen absteht.
Dieser zweite Bund 52 ist zwischen einem ersten und einem
zweiten Abschnitt 54 bzw. 56 eines weiter nicht veranschaulichten
Gehäuses
des Heizgeräts 10 geklemmt.
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Im Bereich der Klemmung des zweiten Bunds 52 ist
ferner eine Abschirmwand 58 zwischen den Abschnitten 54 und 56 geklemmt,
die an der von der Brennkammer 16 abgewandten Seite der
Brennkammerstirnwand 20 radial nach innen vor die Brennkammerstirnwand 20 ragt.
Die derart auf besonders einfache Weise befestigt Abschirmwand 58 dient zum
Abschirmen der oben genannten Bauelemente gegenüber der in der Brennkammer 16 entstehenden Wärme.
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Das Außenrohr 40 ist radial
außen
von einem Wärmeträgerraum 60 umgeben,
in dem ein flüssiger
Wärmeträger strömt. Am zweiten
Bund 52 des Außenrohrs 40 ist
eine zweite Dichtung 60 angeordnet, mittels der das Außenrohr 40 im
Bereich der Klemmung mit den Abschnitten 54 und 56 des
Gehäuses
gegenüber
dem Wärmeträgerraum 62 abgedichtet
ist. Die zweite Dichtung 60 ist besonders auf die Anforderungen
des Abdichtens des Wärmeträgerraums 62 gegenüber dem
Raum um die Brennerdüse 14 herum
abgestimmt. Der in dem Wärmeträgerraum 62 strömende flüssige Wärmeträger darf nicht
in den Bereich um die Brennerdüse
14 austreten.
Die zweite Dichtung 60 ist aus einem Material hergestellt,
dass gut einen flüssigkeitsführenden Raum
abdichtet und zugleich nur verhältnismäßig geringen
Temperaturen standhalten muss.
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Durch die oben beschriebene Gestaltung können die
erste und die zweite Dichtung 36 bzw. 60 unabhängig von
Maßtoleranzen
am Brenner 12 optimal abdichten und dabei ihr Material
und ihre Form an die jeweils vorliegenden Dichtaufgaben optimal angepasst
sein. Insbesondere können
die Materialien der beiden Dichtungen 36 und 60 jeweils
optimal an die vorherrschenden Temperaturbedingungen in den Dichtbereichen
angepasst sein.
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- 10
- Heizgerät
- 12
- Brenner
in Gestalt eines Venturibrenners
- 14
- Brennerdüse
- 16
- Brennkammer
- 18
- Brennkammerrohr
- 20
- Brennkammerstirnwand
- 22
- Düsenkörper
- 24
- Radialkanal
- 26
- erste Öffnung
- 28
- Brennstoffzuleitung
- 30
- zentrale Öffnung in
der Brennkammerstirnwand
- 32
- Radialkanal
- 34
- zweite Öffnung
- 36
- erste
Dichtung
- 38
- von
der Brenndüse
abgewandter Endbereich
- 40
- Außenrohr
- 42
- Ringspalt
- 44
- dritte Öffnung
- 46
- Prallscheibe
- 48
- erster
Bund des Außenrohrs
- 50
- Flammrohr
- 52
- zweiter
Bund des Außenrohrs
- 54
- erster
Abschnitt eines Gehäuses
- 56
- zweiter
Abschnitt eines Gehäuses
- 58
- Abschirmwand
- 60
- zweite
Dichtung
- 62
- Wärmeträgerraum