DE19703555B4

DE19703555B4 - Verdampfer-Brennkammer eines Brenners

Info

Publication number: DE19703555B4
Application number: DE1997103555
Authority: DE
Inventors: Michael Humburg
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2017-02-01
Also published as: DE19703555A1

Abstract

Verdampfer-Brennkammer (1) eines Brenners für ein Heizgerät oder für eine thermische Regeneration eines Abgaspartikelfilters, mit einer Umfangs-Begrenzungswand (2), einer Stirn-Begrenzungswand (3) und einem zentralen Verdampferkörper (6) aus porösem Material, wobei eine Luftzuführung für die Zufuhr von Verbrennungsluft in die Brennkammer (1) und eine zentrale Brennstoffzuführung für die Zufuhr von Brennstoff zu dem zentralen Verdampferkörper (6) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Verdampferkörper (6) eine Aussparung 15) für die Aufnahme eines Glühstifts (7) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdampfer-Brennkammer nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine derartige Verdampfer-Brennkammer ist aus der DE 195 46 131 C1 bekannt.

Aus PCT/DE95/01546 WO 96/15408 A1 ist eine Verdampfer-Brennkammer bekannt, deren Umfangs-Begrenzungswand brennkammerinnenseitig eine Auskleidung aus porösem Material besitzt. Die Zufuhr der Verbrennungsluft erfolgt zentral stirnseitig durch einen Luftzuführungsstutzen. Die Brennstoffzufuhr erfolgt stirnseitig an radial äußerer Stelle im Bereich der Umfangs-Begrenzungswand über einen Ringraum in Vorordnung zur porösen Auskleidung. Für ein homogenes Flammenbild in der Brennkammer wird der flüssige Brennstoff stirnseitig über den gesamten Umfang der porösen Auskleidung zugeführt. Der zugeführte Brennstoff verdampft in der porösen Auskleidung über den gesamten inneren Mantelumfang der Auskleidung in die Brennkammer.

Eine poröse Auskleidung der Umfangs-Begrenzungswand erfordert in nachteiliger Weise eine aufwendige Verarbeitung und insgesamt eine vergleichsweise kostenintensive passgenaue Fertigung. Die vorgefertigte Auskleidung kann nur schwierig in die Brennkammer eingebracht werden. Das Material ist sehr teuer. Werden die Qualitäts- und Fertigungs- bzw. Montageerfordernisse nicht hundertprozentig erfüllt, was vielfach der Praxis entspricht, entstehen Probleme: schlechte Rußzahlen, schlechter Rundbrand, schlechte Zünderbeständigkeit im Betrieb sind u.a. die Folge. Darüberhinaus ist die Brennstoffzuführung stirnseitig über einen Ringraum vor der Auskleidung vergleichsweise kompliziert.

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

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

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

Wesen der Erfindung ist die Ausbildung einer Aussparung für die Aufnahme eines Glühstifts in dem zentralen Verdampferkörper aus porösem Material.

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

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

Die Anordnung kann so getroffen sein, dass der Glühstift exzentrisch in der Aussparung aufgenommen ist.

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

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

Der zentrale Zentriervorsprung besitzt insbesondere Kegelform, 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 ausgebildet sein.

Die Stirn-Begrenzungswand kann brennkammerinnenseitig einen Umfangsvorsprung aufweisen, in welchem der zentrale Verdampferkörper umfangsmäßig aufgenommen, insbesondere eingepasst, ist.

Das Brennkammergehäuse, insbesondere die Umfangs-Begrenzungswand und die Stirn-Begrenzungswand, ist insbesondere aus Feinguß. Umfangs-Begrenzungswand, gegebenenfalls mit seitlichem äußerem Stutzen, und Stirn-Begrenzungswand können insgesamt ein einstückiges Feingußteil sein.

Zweckmäßigerweise besitzt die zentrale Brennstoffzuführungsöffnung des Zentriervorsprungs brennkammerinnenseitig mehrere Austrittsöffnungen.

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

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

Insbesondere kann der Verdampferkörper aus mehreren Einzelformteilen 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 mehrerer Sinterformteilen besteht.

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

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

Durch die Erfindung lassen sich die Kosten für die "Verdampferoberfläche" in der Brennkammer gegenüber dem eingangs genannten 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 Brennkammer ist einfach. Einfach ist auch die zentrale Brennstoffzuführung. Die Brennkammer kann vergleichsweise einfach durch Austausch des Verdampfungskörpers umgerüstet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben; es zeigen:
1 eine Verdampfer-Brennkammer gesehen von unten,
2 die Verdampfer-Brennkammer nach 1 in einem Axialschnitt mit Darstellung des zentralen Verdampferkörpers,
3 den Verdampferkörper nach 2 in, größerer Einzelheit,
4 den Verdampferkörper nach 3 in einer Draufsicht,
5 einen anderen Verdampferkörper mit Rippen in einer Draufsicht,
6 einen weiteren Verdampferkörper mit Hohlräumen in einem Axialschnit ähnlich 3,
7 den Verdampferkörper nach 6 im Querschnitt längs der Linie A – A,
8 eine andere Verdampfer-Brennkammer in einem Axialschnitt ähnlich 2,
9 eine weitere Verdampfer-Brennkammer ein einem Axialschnitt ähnlich 2 oder 8, und
10 die Einzelheit B der 9 in einem Axialschnitt und in einer Draufsicht.
Die in den 1 und 2 gezeigte Verdampfer-Brennkammer 1 eines Brenners für ein Heizgerät oder für eine thermische Regeneration eines Abgas-Partikelfilters umfaßt eine Umfangs-Begrenzungswand 2 und eine Stirn-Begrenzungswand 3, wobei eine radial äußere stirnseitige Luftzuführung und eine zentrale stirnseitige Brennstoffzuführung vorgesehen sind und im Betrieb der Brennstoff in ein poröses Material eingeleitet, verdampft und in der Brennkammer verbrannt wird.
Das poröse Material ist insbesondere in Form eines zentralen Verdampferkörpers 6 vorgesehen, welcher in größerer Einzelheit in den 3 und 4 dargestellt ist.
Der Verdampferkörper 6 ist an der Innenwand der Stirn-Begrenzungswand 3 fest angeordnet, wobei die Stirn-Begrenzungswand 3 eine zentrale Brennstoffzuführungsöffnung 5 aufweist, welche sich durch die gesamte Wand längs der Brennkammerachse 25 erstreckt.
Die Stirn-Begrenzungswand 3 besitzt brennkammerinnenseitig einen Umfangsvorsprung 11, in welchem der zentrale Verdampferkörper 6 umfangsmäßig aufgenommen und befestigt ist.
Ferner besitzt die Stirn-Begrenzungswand 3 brennkammerinnenseitig einen zentralen Zentriervorsprung 10, in welchem die vorgenannte zentrale Brennstoffzuführungsöffnung 5 ausgebildet 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 exzentrische 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 Glühstift 7 "taucht" also in den Verdampferkörper ein und realisiert mithin das Prinzip "Glühstiftstutzen".
Die Stirn-Begrenzungswand 3 weist im Bereich der Umfangs-Begrenzungswand 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-Begrenzungswand 2 nebst Stutzen 8 und die Stirn-Begrenzungswand 3 nebst Zentriervorsprung 10 und Umfangsvorsprung 11 ein einstückiges Feingußteil ist.
Beim Verdampferkörper 6 bestehen hinsichtlich Form, Material und Aufbau gegenüber der bekannten umfangsseitigen Brennkammerauskleidung (nahezu) beliebige Freiheitsgrade:
Neben Vollkörpern mit der Gestalt eines halben Ellipsoids gemäß den 3 und 4 sind auch Vollkörper mit der Gestalt eines Zylinders, eines Kegels oder eines Kegelstumpfes vorstellbar.
Bei gleicher Gestalt müssen die Verdampferkörper jedoch nicht zwingend als Vollkörper ausgeführt sein. Sie können ebenso (zur Oberflächenvergrößerung und Massenreduzierung) Rippen 13 gemäß 5 aufweisen oder Hohlräume in Form von Sackbohrungen 14 gemäß den 6 und 7 besitzen.
Der Verdampferkörper kann ebenso mehrschichtig gemäß 8 aufgebaut sein. Die einzelnen Schichten unterscheiden sich dabei z.B. hinsichtlich Porosität, Material und/oder auch Formgebung.
Der Brennstoffeintritts-Bereich der Brennkammer kann unterschiedlich gestaltet sein, z.B. durch ein Sinterformteil eines Verdampferkörpers als Hohlkörper gemäß 8 oder so, daß eine Vorverteilung des Brennstoffes nach dem Gießkannenprinzip gemäß den 9 und 10 bewirkt wird. In letztgenannter Variante weist die Verdampfer-Brennkammer 1 eine Brennstoffzuführungsöffnung 5 mit mehreren Austrittsöffnungen 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 sämtliche in den gesamten Anmeldungsunterlagen enthaltenen erfinderischen Merkmale in den Schutzumfang der Erfindung.

Claims

Verdampfer-Brennkammer (1) eines Brenners für ein Heizgerät oder für eine thermische Regeneration eines Abgaspartikelfilters, mit einer Umfangs-Begrenzungswand (2), einer Stirn-Begrenzungswand (3) und einem zentralen Verdampferkörper (6) aus porösem Material, wobei eine Luftzuführung für die Zufuhr von Verbrennungsluft in die Brennkammer (1) und eine zentrale Brennstoffzuführung für die Zufuhr von Brennstoff zu dem zentralen Verdampferkörper (6) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Verdampferkörper (6) eine Aussparung 15) für die Aufnahme eines Glühstifts (7) aufweist.
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 Brennstoffzuführungsöffnung (5) aufweist.
Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirn-Begrenzungswand (3) im Bereich der Umfangs-Begrenzungswand (2) eine Luftzuführungsöffnung (4) aufweist.
Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühstift (7) exzentrisch in der Aussparung (15) aufgenommen ist.
Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangs-Begrenzungswand (2) einen seitlichen äußeren Stutzen (8) für die Unterbringung eines Flammsensors (9) aufweist.
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.
Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Zentriervorsprung (10) Kegelform, Kegelstumpfform 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.
Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 2 – 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirn-Begrenzungswand (3) brennkammerinnenseitig einen Umfangsvorsprung (11) aufweist, in welchem der zentrale Verdampferkörper (6) umfangsmäßig aufgenommen, insbesondere eingepaßt, ist.
Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennkammergehäuse, insbesondere die Umfangs-Begrenzungswand (2) und die Stirn-Begrenzungswand (3), aus Feinguß gebildet ist.
Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangs-Begrenzungswand (2), gegebenenfalls mit seitlichem äußeren Stutzen (8), und die Stirn-Begrenzungswand (3) insgesamt als ein einstückiges Feingußteil ausgebildet ist.
Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 6 – 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzuführungsöffnung (5) des zentralen Zentriervorsprungs (10) brennkammerinnenseitig mehrere Austrittsöffnungen (12) aufweist.
Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (12) umfangsmäßig gleich verteilt, insbesondere siebartig verteilt sind.
Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 – 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkörper (6) ein zentralsymmetrischer Vollkörper ist.
Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkörper (6) in Form eines Halb-Ellipsoids, eines Zylinders, eines Kegels oder eines Kegelstumpfes ausgebildet ist.
Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 – 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkörper (6) aus mehreren Einzelformteilen oder aus mehreren Materialschichten mit unterschiedlicher Porosität besteht.
Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 – 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkörper (6) ein Sinterformteil ist oder aus mehrerer Sinterformteilen besteht.
Verdampfer-Brennkammer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelformteile oder Materialschichten hohlförmig ausgebildet sind bzw. konkave Innenräume aufweisen.
Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 13 – 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkörper (6) Rippen (13) besitzt.
Verdampfer-Brennkammer nach einem der Ansprüche 13 – 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkörper (6) äußere Hohlräume in Form von Sackbohrungen (14) besitzt.