DE19834864B4

DE19834864B4 - Brennkammer eines Brenners für ein Fahrzeugheizgerät oder einen Abgas-Partikelfilter, mit Luftzuführungsstutzen und Schlitzen in der Stutzenwand

Info

Publication number: DE19834864B4
Application number: DE19834864A
Authority: DE
Inventors: Dirk Brenner; Wolfgang Pfister; Günter Eberspach; Walter Blaschke; Michael Haefner
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1998-08-01
Filing date: 1998-08-01
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2018-08-02
Also published as: DE19834864A1; CZ251299A3; CZ293207B6

Abstract

Brennkammer (1) eines Brenners für ein Fahrzeugheizgerät oder einen Abgas-Partikelfilter, mit einer Umfangs-Begrenzungswand (2), einer Stirn-Begrenzungswand (3) mit zentraler Öffnung, einem radialen Umfangsflansch (4) und einem Luftzuführungsstutzen (5) mit endseitig offenen oder geschlossenen Schlitzen in der Stutzenwand (7), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest mehrere Schlitze über den Umfang der Stutzenwand (7) und/oder in Längsrichtung ungleichmäßig verteilt und/oder in der Größe unterschiedlich ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer eines Brenners für ein Fahrzeugheizgerät oder einen Abgas-Partikelfilter, mit einer Umfangs-Begrenzungswand, einer Stirn-Begrenzungswand mit zentraler Öffnung, einem radialen Umfangsflansch und einem Luftzuführungsstutzen mit endseitig offenen oder geschlossenen Schlitzen in der Stutzenwand.

Aus DE 295 11 384 U1 , DE 44 42 425 A1 und DE 195 29 994 A1 sind Brennkammern grundsätzlich der vorgenannten Art bei einem Verdampferbrenner bekannt, welcher einen zentralen Luftzuführungsstutzen besitzt, der auf dem Umfang mit endseitig offenen oder geschlossenen Schlitzen in der Stutzenwand versehen ist und endseitig eine Durchgangsöffnung aufweist, welche auch verschlossen sein kann. Die Brennstoffzuführung erfolgt über einen am Außenmantel angebrachten Kerzenstutzen oder über einen Ringkanal am Brennkammerboden. Der zugeführte Brennstoff wird über eine an der Innenseite der Umfangsbegrenzungswand angebrachte poröse Auskleidung durch Kapillarwirkung in axialer und tangentialer Richtung verteilt, abgedampft und im Bereich der Schlitze verbrannt. Die Auskleidung weist in der Regel eine axiale Erstreckung bis zum Ende der Luftzuführungsstutzen auf. Derartige Brenner weisen hinsichtlich Wirkungsgrad, Schadstoffemission und Geräuscharmut im Betrieb zufriedenstellende Ergebnisse auf.

Brennkammer von Brennern, bei denen durch die Anordnung von Öffnungen/Schlitzen in einem Luftzuführungsstutzen oder in der Brennkammerwand eine geräuscharme Verbrennung erzielt werden soll, sind auch aus der Patentschrift DE 32 28 446 C2 , der Offenlegungsschrift DE 196 33 083 A1 und der Offenlegungsschrift DE 196 47 054 A1 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereicherung des Stands der Technik durch Schaffung einer Brennkammer der eingangs genannten Art, welche einen besonders geräuscharmen Betrieb ermöglicht und gleichwohl einfach aufgebaut ist.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Mittel.

Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 21.

Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß zumindest mehrere Schlitze über den Umfang der Stutzenwand und/oder in Längsrichtung ungleichmäßig verteilt und/oder in der Größe unterschiedlich ausgebildet sind.

Die Schlitze sind bevorzugt Längsschlitze, können aber auch Umfangs- oder Schrägschlitze in Umfangs- bzw. Schrägrichtung der Stutzenwand sein.

Insbesondere sind gleich lange und vorzugsweise gleich breite Längsschlitze in unterschiedlicher Lage bezogen auf die Längsrichtung vorgesehen.

Die Längsschlitze sind zweckmäßigerweise schrauben- bzw. spiralförmig über den Umfang der Stutzenwand verteilt.

Im besonderen sind die Schlitze in Umfangsrichtung unterschiedlich voneinander beabstandet.

Auch können die Schlitze unterschiedlich lang ausgebildet sein.

Eine besonders bevorzugte geräuschoptimierte Brennkammer eines Brenners für ein Fahrzeugheizgerät oder einen Abgaspartikelfilter mit Luftzuführungsstutzen kennzeichnet sich dadurch, dass ein Geräuschdämpfungsrohr vorgesehen ist, welches vorzugsweise ein Resonanzrohr ist, das am Schwingungsbauch der Anordnung angeordnet ist.

Das Geräuschdämpfungsrohr ist insbesondere eine einseitig geschlossene Röhre, wobei vorzugsweise das offene Ende der Röhre im Schwingungsbauch liegt, welcher durch Versuch bestimmt wird.

Das Geräuschdämpfungsrohr kann in Axialrichtung der Brennkammer angeordnet sein und insbesondere koaxial zur Brennkammer verlaufen.

Das Geräuschdämpfungsrohr kann aber auch in Radialrichtung der Brennkammer verlaufen.

Bevorzugte Varianten von radialen und axialen Geräuschdämpfungsrohren kennzeichnen sich dadurch, dass diese in stromabwärtiger Verlängerung der Brennkammer hinter einem die Brennkammer umgebenden Wärmetauscher angeordnet sind.

Eine andere Variante sieht vor, dass das Geräuschdämpfungsrohr seitlich am Abgasstutzen der Brennkammer angeordnet bzw. angeschlossen ist.

Auch kann das Geräuschdämpfungsrohr in der Abgasleitung angeordnet sein, wobei bevorzugt das Geräuschdämpfungsrohr in einem Krümmungsabschnitt an der Abgasleitung angeschlossen ist.

Gegebenenfalls können mehrere unterschiedlich positionierte und/oder unterschiedlich dimensionierte Geräuschdämpfungsrohre in einer einzigen Ausführungsform einer Brennkammer vorgesehen sein.

Geräuschminimierung stellt sich insbesondere bei einer Brennkammer ein, bei der das stromabwärtige Axialende des Luftzuführungsstutzen durch eine Stirnwand abgeschlossen ist.

Mit Vorzug ist der Luftzuführungsstutzen in Stromabwärtsrichtung konisch verjüngt ausgebildet.

Weitere Geräuschvorteile ergeben sich, wenn in bevorzugter Ausführungsvariante der Erfindung die Verbrennungsluft durch eine Dralleinrichtung drallförmig zugeführt wird, und/oder die Öffnung der Blende eines nachgeordneten Flammrohrs einen Durchmesser aufweist, welcher zumindest gleich dem lichten Durchmesser des Luftzuführungsstutzens am stromaufwärtigen Ende ist.

Das die Brennkammer enthaltende Heizgerät kann ein Wasserheizgerät oder ein Luftheizgerät sein.

Die vorgenannten Maßnahmen bewirken grundsätzlich eine Geräuschverbesserung eines Fahrzeugheizgeräts, können sich jedoch beim geometrisch individuellen Brennkammertyp unterschiedlich stark auswirken und werden bevorzugt mit weiteren Zielgrößen (z.B. Lebensdauer, Verbrennungswerte) für eine Geräuschoptimierung berücksichtigt.

Eine geräuschliche Anpassung der Brennkammer an eine neue Umgebung ist möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben; es zeigen:
1 eine Brennkammer mit Flammrohr eines Verdampferbrenners in einem schematischen Axialschnitt, mit einem zentralen Luftzuführungsstutzen und einer vorgelagerten Drall- bzw. Luftleiteinrichtung, wobei der Luftzuführungsstutzen oben in einer zylindrischen und unten in einer konisch sich verjüngenden Variante gezeigt ist, und
2 eine Brennkammer nach 1 mit Wärmetauscher und Abgasleitung schematisch in einem Axialschnitt und Anordnung eines Geräuschdämpfungsrohres in vier Varianten.
Die in der 1 gezeigte Brennkammer 1 eines Verdampferbrenners für ein Heizgerät oder für eine thermische Regeneration eines Abgas-Partikelfilters umfasst eine Umfangs-Begrenzungswand 2, eine Stirn-Begrenzungswand 3, einen Luftzuführungsstutzen 5 sowie ein dem Luftzuführungsstutzen nachgeordnetes Flammrohr 10 mit einer Blende 14.
Die Blende 14 besitzt eine zentrale Öffnung 15 mit einem Durchmesser, welcher zumindest gleich dem lichten Durchmesser des Luftzuführungsstutzens 5 am stromaufwärtigen Ende ist.
Die Stirn-Begrenzungswand 3 weist eine zentrale Öffnung auf, welche integrierter Teil des zentralen in die Brennkammer 1 hineinragenden Luftführungsstutzens 5 ist.
Dem Luftzuführungsstutzen 5 vorgelagert ist eine Drall- bzw. Luftleiteinrichtung 11 für eine Drallstrom-Luftzufuhr der Verbrennungsluft, wie dies in strichlierter Linie in 1 schematisch gezeigt ist.
Der Luftzuführungsstutzen 5 ist in der oberhalb der Längsachse gezeigten Variante zylindrisch und in der unten gezeigten Variante konisch verjüngt ausgebildet und besitzt in seiner Stutzenwand 7 innerhalb der Brennkammer 1 radiale Luftaustritte in Form von Längsschlitzen 6 sowie stromabwärtig ein Ende, welches mit einer Stirnwand 12 verschlossen ist.
Durch den Luftzuführungsstutzen 5 wird in der Brennkammer 1 ein Ringraum ausgebildet, wobei auf dem Innenumfang der Umfangs-Begrenzungswand 2 eine poröse Auskleidung 18 als Verdampfermaterial vorgesehen ist. Im Betrieb wird der der Brennkammer 1 seitlich zugeführte Brennstoff im ringförmigen Verdampfermaterial gleichmäßig verteilt, an der Brennkammerinnenseite des Verdampfermaterials verdampft und dort unter Luftzuführung im Ringraum der Brennkammer verbrannt.
Der Luftzuführungsstutzen 5 gemäß 1 bildet mit spezieller Anordnung der Längsschlitze 6 eine geräuschoptimierte Schlitzrohr-Brennkammer 1 aus, wobei zumindest einige der Längschlitze 6 unterschiedlich lang und/oder breit und/oder an unterschiedlicher Axialstelle der Brennkammer auf dem Umfang des Stutzens gleich oder unterschiedlich voneinander beabstandet angeordnet sein können.
Zumindest einige der Längsschlitze 6 können an beiden Enden geschlossen, aber auch am stromabwärtigen Ende offen sein.
Die Längsschlitze können spiralförmig über den Umfang des Luftzuführungsstutzens verteilt angeordnet sein.
Anstelle der Längsschlitze 6 können auch Umfangschlitze oder Schrägschlitze in der Stutzenwand 7 vorgesehen sein.
Die ungleichmäßige Verteilung bzw. Anordnung und unterschiedliche Größe der Längs-, Schräg- oder Umfangschlitze wird bei einer individuellen Brennkammer 1 in bestimmter Atmosphäre durch Versuch mit Blick auf eine Geräuschoptimierung bestimmt.
Die Geräuschoptimierung wird durch die drallförmige Verbrennungsluftzufuhr und den großen Durchmesser der Öffnung 15 der Blende 14 begünstigt.
Unterstützt wird die Geräuschoptimierung der Brennkammer 1 im Betrieb durch eine Stirnwand 12 und mithin durch ein geschlossenes stromabwärtiges Ende des Luftzuführungsstutzens 5.
Unterstützt wird die Geräuschoptimierung ferner durch zumindest ein Geräuschdämpfungsrohr 13, 13a, 13b, 13c, welches in vier Varianten einer Anordnung in 2 schematisch gezeigt ist.
Das Geräuschdämpfungsrohr 13, 13a, 13b, 13c ist ein Resonanzrohr, insbesondere eine einseitig geschlossene Röhre, deren offenes Ende der Röhre im Schwingungsbauch liegt. Der Schwingungsbauch und Lage und Größe des Resonanzrohres werden durch Versuch bestimmt.
Das in 2 in ausgezogener Linie schematisch dargestellte Geräuschdämpfungsrohr 13 ist koaxial zur Brennkammer 1 in stirnseitiger stromabwärtiger Verlängerung der Brennkammer zumindest großenteils hinter einem die Brennkammer umgebenden Wärmetauscher 8 angeordnet.
Die zweite strichliert gezeigte Variante eines Geräuschdämpfungsrohres 13a kennzeichnet sich durch Radialerstreckung bezüglich der Brennkammer, wobei das Rohr auch abgewinkelt ausgebildet sein kann.
Eine dritte Variante eines Geräuschdämpfungsrohres 13b sieht einen seitlichen Anschluss am Abgasstutzen 9 der Brennkammer 1 vor.
Ein vierte Variante eines Geräuschdämpfungsrohrs 13c schließlich befindet sich in der Abgasleitung 16. Insbesondere ist das Geräuschdämpfungsrohr 13c in einem rechtwinkligen Krümmungsabschnitt 17 an der Abgasleitung 16 angeschlossen, wobei das Geräuschdämpfungsrohr 13c zum Hauptrohr der Abgasleitung 16 fluchtet.
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

Brennkammer (1) eines Brenners für ein Fahrzeugheizgerät oder einen Abgas-Partikelfilter, mit einer Umfangs-Begrenzungswand (2), einer Stirn-Begrenzungswand (3) mit zentraler Öffnung, einem radialen Umfangsflansch (4) und einem Luftzuführungsstutzen (5) mit endseitig offenen oder geschlossenen Schlitzen in der Stutzenwand (7), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest mehrere Schlitze über den Umfang der Stutzenwand (7) und/oder in Längsrichtung ungleichmäßig verteilt und/oder in der Größe unterschiedlich ausgebildet sind.
Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze Längsschlitze (6) sind, welche sich achsparallel zur Brennkammerachse erstrecken.
Brennkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass gleich lange und vorzugsweise gleich breite Längsschlitze (6) in unterschiedlicher Lage bezogen auf die Längsrichtung vorgesehen sind.
Brennkammer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsschlitze (6) schrauben bzw. spiralförmig verteilt über den Umfang der Stutzenwand (7) vorgesehen sind.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze in Umfangsrichtung unterschiedlich voneinander beabstandet sind.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze unterschiedlich lang ausgebildet sind.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Abgasstutzen (9) zum Anschluss einer Abgasleitung (16) und mit einem vom Abgasstutzen (9) bzw. von der Abgasleitung (16) gesonderten Geräuschdämpfungsrohr (13, 13a, 13b, 13c).
Brennkammer nach Anspruche 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräuschdämpfungsrohr (13, 13a, 13b, 13c) ein Resonanzrohr ist, welches am Schwingungsbauch angeordnet ist.
Brennkammer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräuschdämpfungsrohr (13, 13a, 13b, 13c) eine einseitig geschlossene Röhre ist.
Brennkammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Ende der Röhre im Schwingungsbauch liegt.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräuschdämpfungsrohr (13) in Axialrichtung der Brennkammer angeordnet ist.
Brennkammer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräuschdämpfungsrohr (13) koaxial zur Brennkammer verläuft.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräuschdämpfungsrohr (13, 13a) in stirnseitiger stromabwärtiger Verlängerung der Brennkammer hinter einem die Brennkammer umgebenden Wärmetauscher (8) angeordnet ist.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräuschdämpfungsrohr (13a) in Radialrichtung der Brennkammer verläuft.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräuschdämpfungsrohr (13b) seitlich am Abgasstutzen (9) der Brennkammer angeordnet bzw. angeschlossen ist.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräuschdämpfungsrohr (13c) in der Abgasleitung (16) angeordnet bzw. an der Abgasleitung (16) angeschlossen ist.
Brennkammer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräuschdämpfungsrohr (13c) in einem Krümmungsabschnitt (17) der Abgasleitung (16) angeordnet bzw. angeschlossen ist.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das stromabwärtige Axialende des Luftzuführungsstutzen (5) durch eine Stirnwand (12) abgeschlossen ist.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftzuführungsstutzen (5) in Stromabwärtsrichtung konisch verjüngt ausgebildet ist.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass dem Luftzuführungsstutzen (5) eine Dralleinrichtung (11) vorgeordnet ist, welche die Verbrennungsluft drallförmig zuführt.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 20, mit einem Flammrohr (10) einschließlich Blende (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (15) der Blende (14) einen Durchmesser aufweist, welcher zumindest gleich dem lichten Durchmesser des Luftzuführungsstutzens (5) am stromaufwärtigen Ende ist.