DE19703555A1 - Verdampfer-Brennkammer eines Brenners - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdampfer-Brennkammer eines Brenners für ein Heizgerät oder für eine thermische Rege­ neration eines Abgas-Partikelfilters, mit einer Umfangs-Be­ grenzungswand und einer Stirn-Begrenzungswand, wobei eine Luftzuführung und eine Brennstoffzuführung vorgesehen sind und im Betrieb der Brennstoff in ein poröses Material einge­ leitet, verdampft und in der Brennkammer verbrannt wird.

Aus PCT/DE95/01546 ist eine Verdampfer-Brennkammer eines Brenners der vorgenannten Art bekannt, deren Umfangs-Be­ grenzungswand brennkammerinnenseitig eine Auskleidung aus porösem Material besitzt. Die Zufuhr der Verbrennungsluft erfolgt zentral stirnseitig durch einen Luftzuführungsstut­ zen. Die Brennstoffzufuhr erfolgt stirnseitig an radial äu­ ßerer Stelle im Bereich der Umfangs-Begrenzungswand über einen Ringraum in Vorordnung zur porösen Auskleidung. Für ein homogenes Flammenbild in der Brennkammer wird der flüs­ sige Brennstoff stirnseitig über den gesamten Umfang der po­ rösen Auskleidung zugeführt. Der zugeführte Brennstoff ver­ dampft in der porösen Auskleidung über den gesamten inneren Mantelumfang der Auskleidung in die Brennkammer.

Eine poröse Auskleidung der Umfangs-Begrenzungswand erfor­ dert in nachteiliger Weise eine aufwendige Verarbeitung und insgesamt eine vergleichsweise kostenintensive paßgenaue Fer­ tigung. Die vorgefertigte Auskleidung kann nur schwierig in die Brennkammer eingebracht werden. Das Material ist sehr teuer. Werden die Qualitäts- und Fertigungs- bzw. Montageer­ fordernisse nicht hundertprozentig erfüllt, was vielfach der Praxis entspricht, entstehen Probleme: schlechte Rußzahlen, schlechter Rundbrand, schlechte Zunderbeständigkeit im Be­ trieb sind u. a. die Folge. Darüberhinaus ist die Brennstoff­ zuführung stirnseitig über einen Ringraum vor der Ausklei­ dung vergleichsweise kompliziert.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verdampfer-Brennkammer der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, welche einfach aufgebaut ist und kostengünstig ohne Qualitätseinbußen bei einem Brennkammerbe­ trieb gefertigt werden kann.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch eine Verdampfer-Brennkammer gemäß den Merkmalen des Patent­ anspruchs 1.

Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 19.

Wesen der Erfindung ist die Ausbildung eines zentralen Ver­ dampferkörpers aus porösem Material in der Brennkammer und eine zentrale stirnseitig Brennstoffzuführung.

Zweckmäßigerweise ist der Verdampferkörper an der Innenwand der Stirn-Begrenzungswand angeordnet und befestigt, wobei die Stirn-Begrenzungswand eine zentrale Brennstoffzuführungs­ öffnung besitzt.

Die Luftzuführung erfolgt vorteilhafterweise durch eine Luft­ zuführungsöffnung in der Stirn-Begrenzungswand im Bereich der Umfangs-Begrenzungswand.

Die Anordnung kann so getroffen sein, daß im zentralen Ver­ dampferkörper eine Zündeinrichtung, insbesondere ein Glüh­ stift, exzentrisch in einer Aussparung aufgenommen ist.

Die Umfangs-Begrenzungswand besitzt zweckmäßigerweise einen seitlichen äußeren Stutzen, in welchem ein Flammsensor un­ tergebracht ist.

Die Stirn-Begrenzungswand kann brennkammerinnenseitig einen zentralen Zentriervorsprung aufweisen, welcher die zentrale Brennstoffzuführungsöffnung enthält.

Der zentrale Zentriervorsprung besitzt insbesondere Kegel­ form, Kegelstumpfform oder die Form eines Halb-Ellipsoids, wobei die zugewandte Stirnfläche des Verdampferkörpers der Form des Zentriervorsprungs angepaßt ist.

Brennstoffverteilerrillen können zwischen Zentriervorsprung und zugewandter Stirnfläche des Verdampferkörpers ausgebil­ det sein.

Die Stirn-Begrenzungswand kann brennkammerinnenseitig einen Umfangsvorsprung aufweisen, in welchem der zentrale Verdamp­ ferkörper umfangsmäßig aufgenommen, insbesondere eingepaßt, ist.

Das Brennkammergehäuse, insbesondere die Umfangs-Begrenzungs­ wand und die Stirn-Begrenzungswand, ist insbesondere aus Feinguß. Umfangs-Begrenzungswand, gegebenenfalls mit seitli­ chem äußeren Stutzen, und Stirn-Begrenzungswand können insge­ samt ein einstückiges Feingußteil sein.

Zweckmäßigerweise besitzt die zentrale Brennstoffzuführungs­ öffnung des Zentriervorsprungs brennkammerinnenseitig mehre­ re Austrittsöffnungen.

Die Austrittsöffnungen können umfangsmäßig gleich verteilt, insbesondere sieb- oder gießkannenartig verteilt sein.

Der poröse Verdampferkörper kann ein zentralsymmetrischer Vollkörper sein. Er besitzt bevorzugt die Form eines Halb- Ellipsoids, eines Zylinders, eines Kegels oder eines Kegel­ stumpfes.

Insbesondere kann der Verdampferkörper aus mehreren Einzel­ formteilen mit unterschiedlicher Porosität oder aus mehreren Materialschichten mit unterschiedlicher Porosität bestehen.

Eine besonders kostengünstige Fertigung ergibt sich, wenn der Verdampferkörper ein Sinterformteil ist oder aus meh­ rerer Sinterformteilen besteht.

Die Einzelformteile oder Materialschichten können hohlförmig ausgebildet sein bzw. konkave Innenräume aufweisen, die form­ genau ineinander passen.

Eine vergrößerte Verdampferoberfläche ergibt sich, wenn in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung der Verdampferkör­ per auf dem Außenumfang Rippen besitzt. Die Rippen können Längsrippen und/oder Querrippen sein.

Durch die Erfindung lassen sich die Kosten für die "Verdamp­ feroberfläche" in der Brennkammer gegenüber dem eingangs ge­ nannten Stand der Technik um 50%-75% senken, insbesondere dann, wenn der zentrale Verdampferkörper ein Sinterformteil ist. Die Prozeßsicherheit bei der Herstellung ist hoch. Die Einbindung des zentralen Verdampferkörpers in die Brennkam­ mer ist einfach. Einfach ist auch die zentrale Brennstoffzu­ führung. Die Brennkammer kann vergleichsweise einfach durch Austausch des Verdampfungskörpers umgerüstet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher be­ schrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine Verdampfer-Brennkammer gesehen von unten,

Fig. 2 die Verdampfer-Brennkammer nach Fig. 1 in einem Axialschnitt mit Darstellung des zentralen Ver­ dampferkörpers,

Fig. 3 den Verdampferkörper nach Fig. 2 in größerer Ein­ zelheit,

Fig. 4 den Verdampferkörper nach Fig. 3 in einer Drauf­ sicht,

Fig. 5 einen anderen Verdampferkörper mit Rippen in einer Draufsicht,

Fig. 6 einen weiteren Verdampferkörper mit Hohlräumen in einem Axialschnitt ähnlich Fig. 3,

Fig. 7 den Verdampferkörper nach Fig. 6 im Querschnitt längs der Linie A-A,

Fig. 8 eine andere Verdampfer-Brennkammer in einem Axial­ schnitt ähnlich Fig. 2,

Fig. 9 eine weitere Verdampfer-Brennkammer ein einem Axial­ schnitt ähnlich Fig. 2 oder 8, und

Fig. 10 die Einzelheit B der Fig. 9 in einem Axialschnitt und in einer Draufsicht.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Verdampfer-Brennkammer 1 eines Brenners für ein Heizgerät oder für eine thermische Re­ generation eines Abgas-Partikelfilters umfaßt eine Umfangs- Begrenzungswand 2 und eine Stirn-Begrenzungswand 3, wobei eine radial äußere stirnseitige Luftzuführung und eine zen­ trale stirnseitige Brennstoffzuführung vorgesehen sind und im Betrieb der Brennstoff in ein poröses Material eingelei­ tet, verdampft und in der Brennkammer verbrannt wird.

Das poröse Material ist insbesondere in Form eines zentralen Verdampferkörpers 6 vorgesehen, welcher in größerer Einzel­ heit in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist.

Der Verdampferkörper 6 ist an der Innenwand der Stirn-Begren­ zungswand 3 fest angeordnet, wobei die Stirn-Begrenzungswand 3 eine zentrale Brennstoffzuführungsöffnung 5 aufweist, wel­ che sich durch die gesamte Wand längs der Brennkammerachse 25 erstreckt.

Die Stirn-Begrenzungswand 3 besitzt brennkammerinnenseitig einen Umfangsvorsprung 11, in welchem der zentrale Verdamp­ ferkörper 6 umfangsmäßig aufgenommen und befestigt ist.

Ferner besitzt die Stirn-Begrenzungswand 3 brennkammerinnen­ seitig einen zentralen Zentriervorsprung 10, in welchem die vorgenannte zentrale Brennstoffzuführungsöffnung 5 ausgebil­ det ist. Der Zentriervorsprung 10 weist Kegelform auf und steht mit einer entsprechenden konisch konkaven Stirnfläche des Verdampferkörpers in einem Zentriereingriff.

Der Verdampferkörper 6 ist axial symmetrisch in Form einer Hälfte eines Ellipsoids ausgebildet, ist ein Vollkörper und ist insbesondere ein Sinterformteil. Er besitzt eine exzen­ trische koaxiale Aussparung 15, in welcher ein Glühstift 7 angeordnet ist, wobei der Glühstift an vorderster Stelle di­ rekt mit dem Brennkammerinnern in Verbindung steht. Der Glüh­ stift 7 "taucht" also in den Verdampferkörper ein und reali­ siert mithin das Prinzip "Glühstiftstutzen".

Die Stirn-Begrenzungswand 3 weist im Bereich der Umfangs-Be­ grenzungswand 2 eine Luftzuführungsöffnung 4 für die Zufuhr der Verbrennungsluft auf.

Die Umfangs-Begrenzungswand 2 besitzt einen integrierten seitlichen äußeren Stutzen 8 für die Unterbringung eines Flammsensors 9.

Die Anordnung ist insgesamt so getroffen, daß die Umfangs-Be­ grenzungswand 2 nebst Stutzen 8 und die Stirn-Begrenzungs­ wand 3 nebst Zentriervorsprung 10 und Umfangsvorsprung 11 ein einstückiges Feingußteil ist.

Beim Verdampferkörper 6 bestehen hinsichtlich Form, Material und Aufbau gegenüber der bekannten umfangsseitigen Brennkam­ merauskleidung (nahezu) beliebige Freiheitsgrade:

Neben Vollkörpern mit der Gestalt eines halben Ellipsoids gemäß den Fig. 3 und 4 sind auch Vollkörper mit der Gestalt eines Zylinders, eines Kegels oder eines Kegelstumpfes vor­ stellbar.

Bei gleicher Gestalt müssen die Verdampferkörper jedoch nicht zwingend als Vollkörper ausgeführt sein. Sie können ebenso (zur Oberflächenvergrößerung und Massenreduzierung) Rippen 13 gemäß Fig. 5 aufweisen oder Hohlräume in Form von Sackbohrungen 14 gemäß den Fig. 6 und 7 besitzen.

Der Verdampferkörper kann ebenso mehrschichtig gemäß Fig. 8 aufgebaut sein. Die einzelnen Schichten unterscheiden sich dabei z. B. hinsichtlich Porosität, Material und/oder auch Formgebung.

Der Brennstoffeintritts-Bereich der Brennkammer kann unter­ schiedlich gestaltet sein, z. B. durch ein Sinterformteil ei­ nes Verdampferkörpers als Hohlkörper gemäß Fig. 8 oder so, daß eine Vorverteilung des Brennstoffes nach dem Gießkannen­ prinzip gemäß den Fig. 9 und 10 bewirkt wird. In letztge­ nannter Variante weist die Verdampfer-Brennkammer 1 eine Brennstoffzuführungsöffnung 5 mit mehreren Austrittsöffnun­ gen 12 auf, welche umfangsmäßig gleich verteilt sind.

Es sei noch angemerkt, daß in den Unteransprüchen enthaltene selbständig schutzfähige Merkmale trotz der vorgenommenen formalen Rückbeziehung auf den Hauptanspruch entsprechenden eigenständigen Schutz haben sollen. Im übrigen fallen sämt­ liche in den gesamten Anmeldungsunterlagen enthaltenen erfin­ derischen Merkmale in den Schutzumfang der Erfindung.

Claims (19)

1. Verdampfer-Brennkammer (1) eines Brenners für ein Heiz­ gerät oder für eine thermische Regeneration eines Abgas­ partikelfilters, mit einer Umfangs-Begrenzungswand (2) und einer Stirn-Begrenzungswand (3), wobei eine Luftzu­ führung und eine Brennstoffzuführung vorgesehen sind und im Betrieb der Brennstoff in ein poröses Material einge­ leitet, verdampft und in der Brennkammer verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet daß die Brennkammer (1) einen zentralen Verdampferkörper (6) aus porösem Material und eine zentrale Brennstoffzu­ führung aufweist.

2. Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkörper (6) an der Innenwand der Stirn- Begrenzungswand (3) angeordnet und befestigt ist, wobei die Stirn-Begrenzungswand (3) eine zentrale Brennstoffzu­ führungsöffnung (5) aufweist.

3. Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirn-Begrenzungswand (3) im Bereich der Umfangs- Begrenzungswand (2) eine Luftzuführungsöffnung (4) auf­ weist.

4. Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß im zentralen Verdampferkörper (6) eine Zündeinrich­ tung, insbesondere ein Glühstift (7), exzentrisch in einer Aussparung (15) aufgenommen ist.

5. Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangs-Begrenzungswand (2) einen seitlichen äußeren Stutzen (8) für die Unterbringung eines Flamm­ sensors (9) aufweist.

6. Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirn-Begrenzungswand (3) brennkammerinnenseitig einen zentralen Zentriervorsprung (10) aufweist, welcher die zentrale Brennstoffzuführungsöffnung (5) enthält.

7. Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Zentriervorsprung (10) Kegelform, Kegel­ stumpfform oder die Form eines Halb-Ellipsoids besitzt und die zugewandte Stirnfläche des Verdampferkörpers (6) der Form des Zentriervorsprungs (10) angepaßt ist, wobei Brennstoffverteilerrillen zwischen Zentriervorsprung (10) und zugewandter Stirnfläche des Verdampferkörpers (6) ausgebildet sein können.

8. Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirn-Begrenzungswand (3) brennkammerinnenseitig einen Umfangsvorsprung (11) aufweist, in welchem der zen­ trale Verdampferkörper (6) umfangsmäßig aufgenommen, ins­ besondere eingepaßt, ist.

9. Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennkammergehäuse, insbesondere die Umfangs-Be­ grenzungswand (2) und die Stirn-Begrenzungswand (3), aus Feinguß gebildet ist.

10. Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangs-Begrenzungswand (2), gegebenenfalls mit seitlichem äußeren Stutzen (8), und die Stirn-Begren­ zungswand (3) insgesamt als ein einstückiges Feingußteil ausgebildet ist.

11. Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 6-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzuführungsöffnung (5) des zentralen Zentriervorsprungs (10) brennkammerinnenseitig mehrere Austrittsöffnungen (12) aufweist.

12. Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (12) umfangsmäßig gleich ver­ teilt, insbesondere siebartig verteilt sind.

13. Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkörper (6) ein zentralsymmetrischer Vollkörper ist.

14. Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkörper (6) in Form eines Halb-Ellip­ soids, eines Zylinders, eines Kegels oder eines Kegel­ stumpfes ausgebildet ist.

15. Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkörper (6) aus mehreren Einzelformtei­ len oder aus mehreren Material schichten mit unterschied­ licher Porosität besteht.

16. Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkörper (6) ein Sinterformteil ist oder aus mehrerer Sinterformteilen besteht.

17. Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelformteile oder Material schichten hohlför­ mig ausgebildet sind bzw. konkave Innenräume aufweisen.

18. Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 13-17, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkörper (6) Rippen (13) besitzt.

19. Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 13-18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkörper (6) äußere Hohlräume in Form von Sackbohrungen (14) besitzt.