DE10326299B3

DE10326299B3 - Brenner für ein Heizgerät mit einem Einschnürring

Info

Publication number: DE10326299B3
Application number: DE2003126299
Authority: DE
Inventors: Steffen Weber; Edgar Miesterfeldt
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-06-12

Abstract

Ein Brenner (10) für ein Heizgerät ist mit einer zylindrischen Brennkammer (12) versehen, die eine Primärkammer (20) und eine daran axial anschließende Sekundärbrennkammer (22) umfasst, und bei dem am Brenngas-Austrittsende der Primärbrennkammer (20) ein Einschnürring (24) vorgesehen ist, der eine Querschnittsverengung zu der daran axial anschließenden Sekundärbrennkammer (22) bildet. Um das Heizgerät derart zu verbessern, dass es im Vergleich zu bekannten Heizgeräten bessere Abgasemissionswerte aufweist, ist der Einschnürring (24) mit einem mittigen Loch (26) und mehrere außermittig angeordnete Löcher (28) versehen, die von Brenngas durchströmt werden können.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Brenner für ein Heizgerät, insbesondere für mobile Anwendungen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Heizgeräten der oben genannten Art, wie beispielsweise Stand- und Zuheizern, wird Brennstoff in der Regel in einer Brennkammer verbrannt. In der Brennkammer wird z.B. bei einem Verdampfungsbrenner Brennstoff mit Hilfe eines in der Brennkammer stirnseitig angeordneten Verdampfers verdampft.

Die bei der Verdampfung und der Verbrennung in der Brennkammer vorherrschenden Temperaturen bestimmen maßgeblich die Abgasemission des Brenners. Die Temperaturen lassen sich durch das Brennkammervolumen und die Form sowie Größe von Auslassöffnungen der Brennkammer bestimmen.

Hinsichtlich der Auslassöffnungen der Brennkammer wird bei bekannten Brennern mit so genannten Einschnürringen oder Prallscheiben gearbeitet, mittels denen der Strömungsquerschnitt am Auslassbereich insbesondere einer Primärbrennkammer verringert, eine Flamme im Brenner gestaut und damit die Temperatur innerhalb der Primärbrennkammer verhältnismäßig hoch gehalten wird.

Aus DE 38 28 256 A1 ist es grundsätzlich bekannt einen Brenner eines Heizgerätes für schwer-entzündbare Gasgemische mit einem Staukörper bzw. einer Stauscheibe oder einem Einschnürring zu versehen, um die oben genannten Stauwirkung zu erzielen.

Aus DE 42 16 523 A1 ist ein Brenner eines Heizgerätes bekannt, bei dem am Austrittsende einer Primärbrennkammer ein Einschnürring vorgesehen ist, der eine Querschnittsverengung am Austrittsbereich und am Übergang zu einer hieran axial anschließenden Sekundärbrennkammer bildet.

Aus DE 37 13 476 C2 ist ein Fahrzeugheizgerät mit einem Brenner bekannt, bei dem in einem flammlosen Bereich eines Brennrohres, also in Strömungsrichtung hinter und damit außerhalb der Brennkammer ein schalldämpfender Einsatz aus hitzebeständigem gelochtem oder porösen Material vorgesehen ist.

Aus EP 0 077 368 B1 ist eine Vorrichtung zur Raumheizung, insbesondere geeignet zur Verbrennung aller Arten flüssiger Kohlenwasserstoffe, bekannt, bei der eine teilweise offene Zwischenwand in einer Brennerbüchse angeordnet ist, um übereinander liegende Verbrennungsbereiche voneinander abzuteilen. In der Zwischenwand sind eine zentrale Durchlassöffnung und um diese herum in punktsymmetrischer Anordnung eine Reihe von Öffnungen vorgesehen.

Aus JP 2003-42410 A ist eine Brenneinrichtung bekannt, bei der gemäß der 6 dieser Druckschrift ein Prallkörper zwischen einer ersten und einer zweiten Brennkammer einen mittigen gleichmäßig gelochten Bereich und einen umliegenden Bereich mit symmetrischen Radialschlitzen aufweist.

Aus AT 242 902 ist ein zylindrischer Brennertopf für flüssige Brennstoffe bekannt, in dem zwei Leitringe vorgesehen sind. Einer der Leitringe weist eine zentrale Öffnung und darum achssymmetrisch angeordnete Löcher auf.

Aus DE 1 281 621 B ist ein zylindrischer Brennertopf bekannt, bei dem ebenfalls zwei Flammenleitringe vorgesehen sind. In beiden Flammenleitringen sind zentrale Öffnungen und darum über den Umfang gleichmäßig verteilt und im Durchmesser gleichgroße Löcher angeordnet.

Aus DE 66 10 621 U ist ein Verdampfungsbrenner für flüssige Brennstoffe bekannt, bei dem Leitringe mit einer zentralen Öffnung und einer Perforation ausgeführt sind. Die in den Figuren dieser Druckschrift dargestellten Perforationen sind allesamt punktsymmetrisch mit jeweils über den Umfang verteilt gleichgroßen Löchern ausgebildet. In einer der Figuren ist lediglich eine exzentrische, mittlere Öffnung dargestellt. Eine Perforation ist an dieser exzentrischen mittleren Öffnung nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät der oben genannten Art derart zu verbessern, dass es im Vergleich zu bekannten Heizgeräten bessere Abgasemissionswerte aufweist.

Erfindungsgemäße Lösung

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Brenner gemäß den Ansprüchen 1 und 3 gelöst.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei bekannten Brennern von mobilen Heizgeräten die Temperatur in der Brennkammer durch eine besonders starke Verringerung von deren Querschnitt zwar erhöht werden kann, dass aber andererseits auch der Druckabfall über der Brennkammer ansteigt. So erfordert beispielsweise ein stark verengend wirkender Einschnürring zugleich eine erhöhte Förderleistung eines Brennluftgebläses des Heizgerätes.

Bei einem kleinen Innendurchmesser eines Einschnürrings bildet sich ferner im Zentrum der Brennkammer eine Kernströmung aus. Im Vergleich zu dieser Kernströmung ist die Strömungsgeschwindigkeit im Wandbereich der Brennkammer vergleichsweise gering. Es bilden sich unter Umständen Totwassergebiete vor dem Einschnürring, wodurch es im Wandbereich der Brennkammer zu einer überfetteten Gemischzone kommen kann. Ein derart überfettetes Gemisch führt zu vergleichsweise schlechten Emissionswerten.

Mit einer Prallscheibe lässt sich die Temperatur in einer Brennkammer in zwei Zonen, nämlich eine Zone vor und eine Zone hinter der Prallscheibe einteilen. Dies ist je nach Anwendung zunächst vorteilhaft. Nachteilig ist hingegen, dass durch die in der Regel quer zur Hauptströmungsrichtung stehende Prallscheibe Rauchgase stark umgelenkt werden. Darüber hinaus wird die Prallscheibe aufgrund der hohen Temperatur der Rauchgase sehr stark aufgeheizt. Eine Pral1scheibe weist daher unter Umständen nur eine vergleichsweise kurze Standzeit auf.

Erfindungsgemäß wird nun ein Einschnürring ausgebildet, der neben einem mittigen Loch noch mehrere außermittig angeordnete Löcher besitzt. Bei einem derartigen erfindungsgemäßen Einschnürring strömen die Rauchgase sowohl durch das mittig angeordnete Loch als auch durch die außermittig angeordneten Löcher, wobei erfindungsgemäß die außermittigen Löcher über den Umfang ungleichmäßig verteilt und/oder verschieden groß ausgeformt sind. Mit einer derart angepassten Ausgestaltung einzelner Löcher wird auf unterschiedliche Strömungsverhältnisse in der Primärkammer, also auf der Seite einer Düse oder eines Verdampfers, und auf der Seite der Sekundärkammer, also beispielsweise auf der Seite eines Aus strömbereiches von Brenngasen in einen Wärmeübertrager, Rücksicht genommen. Durch die außermittig angeordneten Löcher wird dabei vermieden, dass sich im andbereich der Brennkammer strömungstechnische Totwassergebiete ausbilden.

Insgesamt werden auf diese Weise lokale Gemischinhomogenitäten im Bereich der Wand der Brennkammer vermieden sowie die Verbrennung des Brennstoffs und damit auch die Abgasemission des Brenners verbessert.

Zugleich wird erfindungsgemäß der Einschnürring nicht so stark aufgeheizt wie eine Prallscheibe. Gemäß der Erfindung weist der Einschnürring zwischen seinem Mittelbereich und seinem Randbereich zumindest Stege auf, welche sich zwischen den außermittigen Löchern erstrecken. Über diese Stege wird mittels Wärmeleitung noch ausreichend Wärmeenergie zum Randbereich des Einschnürringes abgeführt, so dass es nicht zu einer Überhitzung des Mittelbereiches des Einschnürringes kommt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die außermittigen Löcher im Durchmesser kleiner ausgebildet als das mittige Loch.

Ferner ist es bei dem erfindungsgemäßen Brenner vorteilhaft, wenn die außermittigen Löcher im Durchmesser alle gleich groß ausgebildet sind. Die Löcher können dann einerseits mit ein und demselben Werkzeug kostengünstig hergestellt werden, andererseits sind mit den derart ausgebildeten Löchern entlang der Wand der Brennkammer besonders gleichmäßige Strömungsverhältnisse geschaffen.

Hinsichtlich der Größe und Proportionen der erfindungsgemäßen außermittigen Löcher wurde ermittelt, dass besonders vorteilhafte Strömungsverhältnisse eingestellt werden können, indem der Durchmesser eines außermittigen Loches zum Durchmesser des mittigen Loches ein Verhältnis von zwischen 1 zu 3 bis 1 zu 7, insbesondere von 1 zu 5 bildet.

Darüber hinaus können entlang der Wand der Brennkammer besonders gleichmäßige Strömungsverhältnisse geschaffen werden, indem die außermittigen Löcher gleichmäßig über den Umfang des Einschnürringes verteilt angeordnet sind.

Obwohl grundsätzlich eine verhältnismäßig hohe Anzahl an außermittigen Löchern vorteilhaft wäre, wurde erfindungsgemäß ermittelt, dass in dem Zielkonflikt zwischen einer hohen Zahl an Löchern und den damit entstehenden erhöhten Herstellungskosten ein Optimum gebildet ist, indem zwischen zirka 4 und zirka 8, insbesondere zirka 6 außermittige Löcher am Einschnürring ausgebildet sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt eines Brenners für ein mobiles Heizgerät, und
2 den Schnitt II-II in 1.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den 1 und 2 ist ein Brenner 10 eines weiter nicht veranschaulichten Kraftfahrzeug-Heizgeräts in Gestalt eines Zuheizers dargestellt, der eine im Wesentlichen kreiszylindrische Brennkammer 12 aufweist, welche sich längs einer Achse 14 erstreckt und an ihrer Mantelfläche von einer Wand 16 umgeben ist.
An der bezogen auf 1 linken Stirnseite der Brennkammer 12 ist ein Verdampfer 18 angeordnet, mit dem Benzin als flüssiger Brennstoff zu der Brennkammer 12 zugeführt und in dieser verdampft wird. Ferner ist an der bezogen auf 1 linken Hälfte der Wand 16 eine mit mehreren Gruppen von drei sich im wesentliche radial erstreckenden und axial hintereinander angeordneten Kanälen 19 eine Verbrennungsluft- bzw. Brennluft-Zufuhr gestaltet. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist der Brenner 10 vorteilhaft mittels einer Venturidüse als Zerstäuberbrenner gestaltet. Alternativ oder zusätzlich zu der oben beschriebenen radialen Brennluftzufuhr ist ferner eine axiale Zufuhr von Brennluft insbesondere an der bezogen auf 1 linken Stirnseite der Brennkammer 12 vorteilhaft.
Die Brennkammer 12 ist in eine Primärbrennkammer 20 und eine daran axial anschließende Sekundärbrennkammer 22 gegliedert, indem am Brenngas-Austrittsende der Primärbrennkammer 20 an der Innenseite der Wand 16 ein an die Wand 16 anschließender Einschnürring 24 vorgesehen ist, der eine Querschnittsverengung zu der axial anschließenden Sekundärbrennkammer 22 bildet.
Um zu verhindern, dass sich vor dem Einschnürring 24, insbesondere in der Nähe der Wand 16 Totwassergebiete bilden, d.h. Gebiete mit Stauung und verstärkter Turbulenz der durch die Brennkammer 12 strömenden Brenn- bzw. Rauchgase, weist der Einschnürring 24 neben einem mittigen Loch bzw. einer zentralen Durchgangsöffnung 26 noch mehrere außermittig angeordnete Löcher 28 auf.
Durch die außermittigen Löchern 28 wird ein Teil des Brenngases von der Primärbrennkammer 20 in die Sekundärbrennkammer 22 geleitet, wobei lokale Inhomogenitäten des Gemisches aus Brennstoff und Brennluft im Bereich der Wand 16 der Brennkammer 12 vermieden werden. Zugleich wird der Einschnürring 24 verhältnismäßig wenig aufgeheizt, da zwischen den außermittigen Löchern 28 Stege bzw. Verbindungsbereiche ausgebildet sind, über die genügend Wärmeenergie aus dem Zentrum bzw. der Mitte des Einschnürrings 24 in Richtung auf die Wand 16 abgeführt wird.
Die außermittigen Löcher 28 sind bei dem dargestellten Brenner 10 kreisrund und im Durchmesser alle gleich groß gestaltet, wobei sie im Durchmesser kleiner ausgebildet sind als das ebenfalls kreisrunde mittige Loch 26. Im Gegensatz zu den dargestellten Löchern 28 sind erfindungsgemäß außermittige Löcher vorgesehen, die über den Umfang ungleichmäßig verteilt und/oder verschieden groß ausgeformt sind. Alternativ zu einer kreisrunden Form können die außermittigen Löcher 28 eine nicht kreisrunde Form aufweisen, die beispielsweise durch einen Stanzprozess hergestellt werden kann, so dass das mittige Loch 26 z.B. ellipsenförmig gestaltet sein kann. Durch derartige Formgestaltungen kann die Strömung der Brenngase gezielt in eine Kernströmung und parallel dazu strömende Seitenströmungen geleitet werden. Diese Strömungen bilden eine Gesamtströmung, die zwar in der Primärbrennkammer aufgestaut ist, die aber zugleich nahezu frei von Totwassergebieten ist.
Der Durchmesser eines außermittigen Loches 28 bildet mit dem Durchmesser des mittigen Loches 26 zirka ein Verhältnis von 1 zu 5. Insgesamt sind um das mittige Loch 26 herum zwölf außermittige Löcher 28 über den Umfang des Einschnürringes 24 gleichmäßig verteilt angeordnet. Erfindungsgemäß sind die außermittigen Löcher im Gegensatz dazu insbesondere über den Umfang ungleichmäßig verteilt angeordnet. Die einzelnen außermittigen Löcher 28 sind dabei etwa in der Mitte der radialen Breite des Einschnürringes 24 angeordnet.

10: Brenner
12: Brennkammer
14: Achse
16: Wand
18: Verdampfer
19: Kanal
20: Primärbrennkammer
22: Sekundärbrennkammer
24: Einschnürring
26: mittiges Loch
28: außermittiges Loch

Claims

Brenner (10) für ein Heizgerät, insbesondere für mobile Anwendungen, mit einer zylindrischen Brennkammer (12), die eine Primärbrennkammer (20) und eine daran axial anschließende Sekundärbrennkammer (22) umfasst, bei dem am Brenngas-Austrittsende der Primärbrennkammer (20) ein Einschnürring (24) vorgesehen ist, der eine Querschnittsverengung zu der daran axial anschließenden Sekundärbrennkammer (22) bildet, und bei dem der Einschnürring (24) neben einem mittigen Loch (26) noch mehrere außermittig angeordnete Löcher (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die außermittigen Löcher über den Umfang ungleichmäßig verteilt ausgeformt sind.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die außermittigen Löcher (28) im Durchmesser alle gleich groß ausgebildet sind.
Brenner (10) für ein Heizgerät, insbesondere für mobile Anwendungen, mit einer zylindrischen Brennkammer (12), die eine Primärbrennkammer (20) und eine daran axial anschließende Sekundärbrennkammer (22) umfasst, bei dem am Brenngas-Austrittsende der Primärbrennkammer (20) ein Einschnürring (24) vorgesehen ist, der eine Querschnittsverengung zu der daran axial anschließenden Sekundärbrennkammer (22) bildet, und bei dem der Einschnürring (24) neben einem mittigen Loch (26) noch mehrere außermittig angeordnete Löcher (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die außermittigen Löcher über den Umfang verteilt verschieden groß ausgeformt sind.
Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die außermittigen Löcher (28) gleichmäßig über den Umfang des Einschnürringes (24) verteilt angeordnet sind.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, dass die außermittigen Löcher (28) im Durchmesser kleiner ausgebildet sind als das mittige Loch (26).
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser eines außermittigen Loches (28) zum Durchmesser des mittigen Loches (26) ein Verhältnis von zwischen 1 zu 3 bis 1 zu 7, insbesondere von 1 zu 5 bildet.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zirka 4 und zirka 8, insbesondere zirka 6 außermittige Löcher (28) am Einschnürring (24) ausgebildet sind.
Heizgerät, insbesondere für mobile Anwendungen, mit einem Brenner (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verwendung eines Heizgerätes nach Anspruch 8 in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug.