DE19903766C1 - Brenner mit einem Zündfunkengeber - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Verbrennung von flüssigem, festem oder gasförmigem Brennstoff mit einer Brennkammer, welcher Brennluft zumindestens teilweise zur guten Vermischung mit Brennstoff um eine Längsachse der Brennkammer rotierend unter Drall zugeführt wird, wobei der Brennstoff vorzugsweise mittels einer Zerstäubungsdüse (5) in die Brennkammer eingespeist wird, und mit einem Zündfunkengeber, der zwei drahtartige Zündelektroden (36) aufweist, die mit ihren Vorderenden (36a, 36b) in den Brennluft/Brennstoff-Vermischungsbereich der Brennkammer ragen und mit ihren Spitzen aufeinander zu weisen. Erfindungsgemäß ist zugunsten eines homogenisierten Verbrennungsvorgangs sowie zur Verhinderung von Koksbildung im Zündelektrodenbereich vorgesehen, daß die Form der Zündelektroden-Vorderenden (36a, 36b) an die Brennluft-Drallströmung (29) derart angepaßt ist, daß sie dieser Drallströmung einen geringstmöglichen Widerstand entgegensetzen. Vorzugsweise weisen die Zündelektroden-Vorderenden (36a, 36b) insgesamt eine S-förmige Krümmung auf, so daß beide Vorderenden im Biegungsbereich der Drallströmung (29A, 29B) eine konvexe Krümmung entgegenrichten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Verbrennung von flüssigen, festen oder gasförmigen Brennstoffen mit einer Brennkammer, welcher Brennluft zumindestens teilweise unter Drall zugeführt wird und mit einem Zündfunkengeber, der zwei drahtartige Zündelektroden aufweist, die mit ihren Vorderenden, in den Brennluft/Brennstoff- Vermischungsbereich der Brennkammer ragen und mit ihren Spitzen aufeinander zu weisen.

Ein derartiges Heizgerät ist beispielsweise aus der DE 35 36 198 C2 bekannt. Die Erfindung bezieht sich mit anderen Worten auf Brenner zur Verbrennung von flüssigen, festen und gasförmigen Brennstoffen, bei denen Brennluft zumindest zum Teil verdrallt zugeführt wird und die Zündung mittels Zündelektroden erfolgt. Bei diesen Brennern wird durch verdralltes Zuführen der Brennluft mit tangentialer Komponente eine gute Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft bei hoher Flammenstabilität und damit gutem Ausbrandverhalten erreicht. Die Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches erfolgt mittels Zündfunken, welche über die Zündelektroden in den Bereich des Brennstoff-Luft- Gemisches übertragen werden. Die Elektroden sind mittels Keramikkörper durch die Wandung der Brennkammer geführt. Bei Anlegen von Hochspannung erfolgt eine elektrische Entladung durch Funkenbildung an der Stelle des geringsten Abstands der Zündelektroden. Um diesen Funken definiert an eine bestimmte Stelle in der Brennkammer einzubringen, werden die Vorderenden der Zündelektroden üblicherweise quer zur Drall- Längsachse abgewinkelt. Der Zündfunken bildet sich zwischen den Spitzen der Zündelektroden aus, die in einem bestimmten Abstand voneinander entfernt angeordnet sind. Die Zündelektrodenspitzen sind dabei derart positioniert, daß sich der Zündfunke in einem Gemischbereich befindet, welcher die Voraussetzungen für ein schnelles und emissionsarmes Starten erfüllt. Hierbei kann die Position der Zündelektrodenspitzen so gewählt sein, daß der Zündfunken durch die Strömung der Brennluft in das Gemisch geblasen wird. Durch Energiefreisetzung des Funkens wird Brennstoff im unmittelbar umgebenden Bereich verdampft und mit dem Sauerstoff der Brennluft verbrannt. Die hierbei freiwerdende Energie führt zum Durchzünden des Gemisches und damit zur Ausbildung der Flamme.

Liegen die Zündelektrodendurchführungen in Gestalt von Keramikkörpern weit genug auseinander, beeinflussen die axial in die Brennkammer führenden Teile der Zündelektroden die Drallströmung nur geringfügig, da es sich hierbei im wesentlichen um die Queranströmung eines zylindrischen Körpers handelt. Problematisch hingegen sind die abgewinkelten Vorderenden der Zündelektroden. Diese Vorderenden verlaufen beim Stand der Technik, wie nachfolgend anhand von Fig. 2 und 3 näher erläutert, geradwinklig entweder radial zur Brennkammer-Längsachse bzw. Drall-Längsachse oder parallel zu einem Radius des Dralls seitlich versetzt hierzu. Dabei beeinflussen diese geradlinig ausgebildeten Vorderenden der Zündelektroden die Drallströmung so stark, daß es zu einer inhomogenen Strömung des Gemisches im Bereich der Zündelektroden kommt. Diese Störung der Drallströmung durch die Zündelektroden-Vorderenden wirkt sich nachteilig auf die Vermischung von Brennluft und Brennstoff aus und beeinträchtigt damit die Brennwerte zu Ungunsten höherer CO-, Kohlenwasserstoff und Rußemissionen. Die Störung der Drallströmung kann auch zu Koksablagerungen auf den Zündelektroden und im Brennkammerbodenbereich führen. Bereits ein geringer Koksaufbau an diesen kritischen Stellen verstärkt die Störwirkung auf die Drallströmung, wodurch die Koksbildung weiter zunimmt. Durch diesen selbstverstärkenden Effekt kann beispielsweise ein Kurzschluß der Zündelektroden durch den elektrisch leitenden Koks hervorgerufen werden, der zum Ausfall des Brenners führt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Brenner der eingangs genannten Art bezüglich seines Zündfunkengebers so zu verbessern, daß dessen Zündelektroden die Drallströmung der Brennluft zumindest nur geringfügig stören.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach sieht die Erfindung eine strömungsgünstige Auslegung der Gestalt der Zündelektroden-Vorderenden vor. Diese Zündelektroden-Vorderenden sind an die Drallströmung der Brennluft derart angepaßt, daß sie dieser Drallströmung einen geringstmöglichen Widerstand entgegensetzen. Dadurch wird die Beeinträchtigung der Drallströmung durch die Zündelektroden verringert oder sogar beseitigt. Selbst bei schlechter Gemischaufbereitung, beispielsweise bei schlechter Zerstäubungsqualität, ist hierdurch gewährleistet, daß eine Koksbildung an den Zündelektroden verhindert wird. Die Mischung von Brennstoff und Luft wird außerdem weniger gestört, so daß der Verbrennungsvorgang homogenisiert und damit verbessert ist.

Der zwischen den Spitzen der Elektroden erzeugte Zündfunken wird durch die Drall-Luft optimal in Richtung Brennstoff-Luft-Gemisch getragen und nicht in Richtung Zündelektrodendraht, weil die Zündelektroden-Vorderenden optimal an die Drallströmung aus Brennluft und Brennstoff angepaßt sind.

Ferner können die Zündelektroden aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Zündelektroden-Vorderenden wesentlich näher in den Brennstoffnebel eingeführt werden, wodurch das Startverhalten des Heizgeräts verbessert ist. Dies äußert sich durch ein schnelleres Durchzünden des Brennstoff-Luft-Gemisches und in geringeren CO-, Kohlenwasserstoff und Rußemissionen bei Brennerstart. Letztlich können deshalb kompaktere Brennkammern mit kleinerem Außendurchmesser zum Einsatz gelangen, was sich insbesondere bei Brennern mit kleiner Leistung, typischerweise einer thermischen Leistung von 2 bis 10 kW als vorteilhaft erweist.

Während beim Stand der Technik die Vorderenden der Zündelektroden aufgrund ihrer geradlinigen Ausbildung über ihre gesamte Länge ein Strömungshindernis darstellen, weil diese Strömung an sämtlichen Orten der Zündelektroden-Vorderenden senkrecht auf diese treffen, sind die Zündelektroden-Vorderenden gemäß dem erfindungsgemäßen Vorschlag an sämtlichen Stellen strömungsgemäß gekrümmt, vorteilhafterweise konvex gebogen, so daß die Drallströmung an keinem Ort gerade Hindernisse sondern stets strömungsgünstig ausgebildete Zündelektroden-Vorderendteile anströmt.

Eine strömungsmäßig besonders günstige Konfiguration sieht vor, daß die Vorderenden der beiden Zündelektroden auf einer im wesentlichen S-förmigen gemeinsamen Linie liegen, wobei der Wendepunkt im Zentrum der S-förmigen Konfiguration zwischen den Spitzen der Zündelektroden liegt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Heizgeräts mit einem Zündfunkengeber,

Fig. 2 eine Schnittansicht der Brennkammer des Heizgeräts von Fig. 1 im Bereich der abgewinkelten Zündelektroden-Vorderenden gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 3 eine Schnittansicht der Brennkammer des Heizgeräts von Fig. 1 im Bereich einer Variante der abgewinkelten Zündelektroden-Vorderenden gemäß dem Stand der Technik, und

Fig. 4 eine Schnittansicht der Brennkemmer des Heizgeräts von Fig. 1 im Bereich der abgewinkelten Zündelektroden-Vorderenden gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist schematisch ein insgesamt mit 2 bezeichneter Brenner für ein Fahrzeug- Heizgerät dargestellt, der im Beispiel als Zerstäubungsbrenner ausgebildet ist. Der Zerstäubungsbrenner 2 weist eine Zerstäubungsdüse 5 auf. Zur Brennstoffversorgung der Zerstäubungsdüse 5 dient eine nicht dargestellte Brennstoffleitung. Unter Zwischenschaltung eines in Fig. 1 nicht dargestellten Magnetventils wird der Brennstoff von einer Brennstoffpumpe zur Zerstäubungsdüse 5 gefördert.

Der Zerstäubungsbrenner 2 weist außerdem eine insgesamt mit 13 bezeichnete Zündeinrichtung auf, die von einem Zündfunkengeber 14 und zwei Zündelektroden 16 gebildet ist.

Der Zerstäubungsbrenner 2 ragt in eine von einem Brennrohr 17 gebildete Brennkammer 18. Etwa in Höhe der Zerstäubungsdüse 5 ist in einem Abstand von derselben ein Drallkörper 20 angeordnet, der dem Brennluftstrom eine tangentiale Komponente vermittelt, so daß dieser unter Drall zugeführt wird. Diese mit der Ziffer 29 bezeichnete Drallströmung verläuft um eine Achse, welche mit der Längsmittenachse des Drallkörpers 20 und damit der Brennkammer 18 zusammenfällt.

Die Verbrennungsgase treten aus der Brennkammer 18 nach einer Umlenkung am vom Zerstäubungsbrenner 2 abgewandten Ende des Brennrohrs 17 zu einem Abgasauslaß aus. Das Brennrohr ist von einer Doppelmantelanordnung umgeben, in deren Ringraum ein Heizmedium, wie etwa Wasser, zirkuliert, das über einen nicht dargestellten Einlaß eintritt und über einen ebenfalls nicht dargestellten Auslaß ausgeleitet wird. Das Heizmedium wird im Ringraum im Gegenstrom zur Abgasführung im eingeschalteten Zustand des Heizgeräts durch das Abgas aufgewärmt.

Ein nicht dargestellter Elektromotor treibt vorzugsweise gleichzeitig ein Brennluftgebläse und eine Brennstoffpumpe an. Die Brennluft strömt zum Teil oder vollständig über den Drallkörper 20 in die Brennkammer 18 ein.

In Fig. 2 und 3 sind zwei alternative Querschnitte des Heizgeräts 2 von Fig. 1 im Bereich der abgewinkelten Vorderenden 16a, 16b bzw. 26a, 26b der beiden mit ihren Spitzen aufeinander zuweisenden Zündelektroden gezeigt, die entsprechend dem Stand der Technik ausgebildet sind. Dabei zeigt die Fig. 2 eine bekannte Anordnung mit einfach abgewinkelten Vorderenden 16a, 16b während Fig. 3 eine andere bekannte Anordnung mit zweifach abgewinkelten Vorderenden 26a, 26b darstellt. Die Drallströmungsrichtung ist mit kreisförmig umlaufenden Pfeilen 29 bezeichnet. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, verlaufen die Zündelektroden-Vorderenden 16a, 16b nach dem Austreten aus dem Keramiksockel (bei 16) zunächst in axialer Richtung und nach einer in etwa rechwinkligen ersten Abwinklung geradlinig in radialer Richtung auf die Achse der zylindrische Brennkammer 18 zu. Die Spitzen der Zündelektroden enden mit Abstand vor der Austrittsöffnung der Zerstäubungsdüse 5. Wie einleitend beschrieben, und wie aus der Pfeildarstellung der Drallströmung 29 deutlich wird, bilden die Zündelektroden-Vorderenden 16a, 16b beide eine erhebliche Strömungsbarriere für diese Strömung, da diese jeweils auf radiale geradlinige Abschnitte der Vorderenden 16a bzw. 16b trifft.

Derselbe Nachteil trifft auch für die Anordnung gemäß dem Stand der Technik zu, die in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Anordnung der Zündelektroden unterscheidet sich von derjenigen von Fig. 2 dadurch, daß die Vorderenden 26a, 26b der Zündelektroden 26 parallel zueinander verlaufen und im Spitzenende in einer zweiten in etwa rechtwinkligen Abwinklung um 90° aufeinander zu gebogen sind. Auch diese Zündelektroden- Vorderenden 26a, 26b stellen ein großes Strömungshindernis für die Drallströmung dar, welche durch die umlaufenden Pfeile 29 bezeichnet ist.

Eine vollständig andere Situation bezüglich der Drallströmung ergibt sich für die in Fig. 4 gezeigte Zündelektroden-Anordnung gemäß der Erfindung. Demnach sind die Vorderenden 36a, 36b der Zündelektroden 36 über ihre gesamte Erstreckung in bezug auf die Drallströmung 29 konvex gekrümmt. Insbesondere liegen die Vorderenden 36a, 36b auf einer S-förmigen gemeinsamen Linie, wobei der zentrale Wendepunkt der S- Konfiguration auf halber Strecke zwischen den Spitzen der Zündelektroden liegt. Die Drallströmung 29 ist bei dieser Zündelektroden-Vorderenden-Konfiguration an sämtlichen Abschnitten der Vorderenden 36a, 36ba' mit strömungsgünstig gekrümmte Elektroden- bzw. Drahtabschnitte konfrontiert, welche zumindest über einen Teil ihrer Erstreckung in Richtung der Drallströmung verlaufen und die somit kein wesentliches Hindernis für die Drallströmung 29 darstellen. Mit dem Pfeil 29A bzw. 29B ist angedeutet, daß die Drallströmung in beiden Fällen auf ihr konvex entgegen gebogene Abschnitte der Zündelektroden-Vorderenden 36a bzw. 36b trifft. Eine derartige Anordnung hat sich als besonders günstig für ein ausgezeichnetes Startverhalten des Brenners erwiesen. Auch nach zahlreichen Starts war im Gegensatz zu gattungsgemäßen Brennern kein Koksaufbau feststellbar.

Bezugszeichenliste

2

Zerstäubungsbrenner

5

Zerstäubungsdüse

13

Zündeinrichtung insgesamt

14

Zündfunkengeber

16

,

26

,

36

Zündelektroden

16

a, bZündelektroden-Vorderenden

26

a, bZündelektroden-Vorderenden

36

a, bZündelektroden-Vorderenden

17

Brennrohr

18

Brennkammer

20

Drallkörper

29

Drallströmungsrichtung

29

aDrallströmungsrichtung

29

bDrallströmungsrichtung

Claims (4)

1. Brenner zur Verbrennung von flüssigen, festen oder gasförmigen Brennstoffen mit einer Brennkammer (18), welcher Brennluft zumindestens teilweise unter Drall zugeführt wird und mit einem Zündfunkengeber (14), der zwei drahtartige Zündelektroden (36) aufweist, die mit ihren Vorderenden (36a, 36b) in den Brennluft/Brennstoff-Vermischungsbereich der Brennkammer (18) ragen und mit ihren Spitzen aufeinander zu weisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Zündelektroden-Vorderenden (36a, 36b) an die Brennluft-Drallströmung (29) derart angepaßt ist, daß sie sich zumindestens teilweise in Richtung der Drallströmung erstrecken.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektroden- Vorderenden (36a, 36b) entgegen der Drallströmung (29) gebogen verlaufen.

3. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektroden- Vorderenden (36a, 36b) konvex gebogen sind.

4. Heizgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderenden der beiden Zündelektroden-Vorderenden (36a, 36b) auf einer im wesentlichen S- förmigen gemeinsamen Linie liegen.