DE19950894A1 - Brennkrammer einer Heizung - Google Patents

Abstract

Die Brennkammer besitzt eine im Querschnitt ringförmige Misch- und Brennzone zwischen einem außenseitigen Flammrohr sowie einem darin konzentrisch angeordneten Innenrohr, welches zur Einleitung von Verbrennungsluft in die Misch- und Brennzone vorgesehen ist und dazu einen mit Öffnungen versehenen Mantel aufweist. Erfindungsgemäß bilden die Öffnungen eine poröse Feinstruktur.

Description

Die Erfindung betrifft die Brennkammer eines Heizgerätes, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer ringförmigen Misch- und Brennzone zwischen einem außenseitigen Flammrohr sowie einem darin konzentrisch angeordneten Innenrohr, wel­ ches zur Einleitung von Verbrennungsluft in die Misch- und Brennzone vorgesehen ist und dazu einen mit Öffnungen verse­ henen Mantel aufweist.

Mit Brennstoff betriebene Heizgeräte für Fahrzeuge besitzen regelmäßig derartige Brennkammern, wobei deren Flammrohr in einem mit einer Abgasleitung verbundenen Wärmetauscher ange­ ordnet ist, welcher als Wasserwärmetauscher oder Luftwärme­ tauscher ausgebildet sein kann und dementsprechend die Ver­ brennungswärme auf einen Heizwasserstrom oder einen Heiz­ luftstrom überträgt.

Üblicherweise ist das Innenrohr als sogenanntes Schlitzrohr ausgebildet, d. h. der Mantel des Innenrohres besitzt langge­ streckte axiale Schlitze, durch die die mit Drall in das In­ nenrohr eingeleitete Verbrennungsluft aus dem Innenrohr in die Misch- und Brennzone übertritt.

Im Hinblick auf eine wünschenswerte Kompaktheit der Heizge­ räte werden kleine Abmessungen der Brennkammer angestrebt, wobei auch die axiale Länge der Brennkammern nach Möglich­ keit kurz bemessen sein soll.

Um trotz der kompakten Bauweise eine hohe Heizleistung er­ reichen zu können, muß eine intensive Verbrennung auf klei­ nem Raum erreicht werden. Damit besteht allerdings grund­ sätzlich die Gefahr einer Anregung von störenden Geräuschen, zumal durch Resonanz bei kompakter Bauweise Geräusche mit besonders unangenehmer Frequenz angeregt werden können. Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine besonders geringe Ge­ räuschentwicklung beim Heizbetrieb zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Brennkammer der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Öffnungen ganz oder teilweise eine poröse Feinstruktur bilden.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Ge­ samtquerschnitt der Öffnungen im Mantel des Innenrohres auf eine große Vielzahl sehr kleiner, eng benachbarter Öffnungen aufzuteilen, so daß im Mantel des Innenrohres relativ groß­ flächige poröse oder gitterartige Zonen gebildet werden. Dadurch kann eine überraschend hohe Geräuschminderung er­ zielt werden.

Dies dürfte darauf beruhen, daß die durch die gasdurchlässi­ gen Zonen des Mantels des Innenrohres hindurchtretende Ver­ brennungsluft außenseitig dieser Zonen eine relativ stabile Grenzschicht bildet, welche auch von eventuellen Turbulenzen in der Misch- und Brennzone nicht unter Rückschlag der Flam­ men in den Innenraum des Innenrohres durchschlagen werden kann.

Im übrigen werden durch die poröse bzw. gitterartige Wandung auch die Temperaturverhältnisse außenseitig des Innenrohres stabilisiert. Denn das die Feinstrukturen bildende Material führt zu einer Verringerung möglicher Temperaturschwankun­ gen, so daß auch auf diese Weise der Bildung von Turbulenzen unmittelbar an der Außenseite des Innenrohres und damit der Möglichkeit eines Rückschlages von Turbulenzen in das Innen­ rohr entgegengewirkt wird.

Im Hinblick auf ein stabiles Temperaturprofil kann gemäß ei­ ner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, die Feinstruktur mit einem die Wärme gut leitenden, insbesondere metallischen Material auszubilden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung kann vorgesehen sein, die Feinstruktur katalytisch zu beschichten, so daß gegebenenfalls dort niedergeschlagene bzw. anhaftende Brennstoffpartikel schnell zerlegt und durch die die Feinstruktur durchsetzende Verbrennungsluft einer Verbrennung in der Misch- und Brennzone schnell zugeführt werden.

Des weiteren ist bei einer besonders zweckmäßigen Ausfüh­ rungsform vorgesehen, die Öffnungen des Innenrohres jeweils nur teilweise mit der porösen Feinstruktur zu versehen. In diesem Zusammenhang hat sich als zweckmäßig herausgestellt, in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft einen vorderen Be­ reich der Öffnungen innerhalb des Flammrohres mit einer Feinstruktur zu versehen und an in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft hinteren Bereichen der Öffnungen die Fein­ struktur jeweils auf der Außenseite der Öffnungen anzubrin­ gen. Die Feinstrukturen im vorderen Öffnungsteil haben also jeweils einen geringeren Abstand vom Zentrum des Innenrohres als die Feinstrukturen im hinteren Öffnungsteil.

Durch entsprechende Ausnehmungen am Innen- und Außenumfang des Innenrohres kann dabei erreicht werden, daß die In­ nenoberfläche der inneren Feinstruktur in gleicher Ebene wie die übrige Innenwandung des Innenrohres liegt, während die Außenseite der äußeren Feinstruktur mit dem Außenumfang des Innenrohres fluchtet.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzug­ te Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben wird.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein stark schematisiertes Schnittbild eines Heizge­ rätes mit erfindungsgemäß ausgebildeter Brennkammer und

Fig. 2 ein Schnittbild eines Innenrohres.

Das in der Fig. 1 dargestellte Luftheizgerät besitzt eine Misch- und Brennzone 1, die als Ringraum zwischen einem In­ nenrohr 2 und einem das Innenrohr 2 konzentrisch umhüllenden Flammrohr 3 ausgebildet ist.

Das Innenrohr 2 besitzt ein, in der Zeichnung rechtes, ge­ schlossenes Ende und ein gegenüberliegendes offenes Ende, in das über einen Leitapparat 4 von einem Gebläserad 5 geför­ derte Verbrennungsluft mit Drall in das Innenrohr 2 einge­ blasen wird. Diese Verbrennungsluft tritt über im Mantel des Innenrohres 2 ausgebildete Öffnungen 6, deren Konstruktion weiter unten erläutert wird, in die Misch- und Brennzone 1 ein.

Am dem Gebläserad 5 zugewandten Ende des Flammrohres 3 ist die Misch- und Brennzone 1 durch eine Stirnwand abgeschlos­ sen. Im anderen, axial über das Innenrohr 2 hinausragenden Ende des Flammrohres 3 ist eine Blende 7 angeordnet, über deren Zentralöffnung die Misch- und Brennzone 1 mit dem In­ nenraum eines Wärmetauschers 8 verbunden ist.

Die Innenwandung des dem Gebläserad zugewandten Teiles des Flammrohres 3 bzw. Wandbereiche desselben sind durch ein Drahtvlies überdeckt, welches zugeführten Brennstoff nach Art eines Dochtes aufnimmt, wobei dann der von diesem Drahtvlies abdampfende Brennstoff unter Zuführung von Ver­ brennungsluft über das Innenrohr 2 in der Misch- und Brenn­ zone 1 selbsttätig abbrennt.

Seitlich an der Misch- und Brennzone 1 ist ein radialer Sackraum 9 angeordnet, welcher eine nicht dargestellte Glüh­ kerze aufnimmt, mittels der der vorgenannte Brennstoff, der über eine Brennstoffleitung 10 zugeführt wird, gezündet wer­ den kann.

Die bei der Verbrennung gebildeten Verbrennungsgase werden beim Übertritt in den Wärmetauscher 8 umgelenkt und zu einer Abgasleitung 11 geführt, die seitlich am Wärmetauscher 8 an dessen in der Zeichnung linkem Ende angeordnet ist. Dabei wird die Wärme der Verbrennungsgase auf die Innenwand sowie Innenrippen 12 des Wärmetauschers 8 übertragen.

Der Wärmetauscher 8 wird außenseitig von Luft umströmt, die von einem weiteren Gebläserad 13 durch ein den Wärmetauscher 8 mit Abstand ummantelndes Gehäuse 14 sowie eine außenseiti­ ge Berippung 15 des Wärmetauschers 8 geblasen und vom Aus­ gang des Gehäuses 14 in einen zu heizenden Innenraum eines Kraftfahrzeuges od. dgl. geleitet wird.

Das Gebläserad 5 für die Verbrennungsluft und das Gebläserad 13 für die Heizluft werden gemeinsam von einem Elektromotor 16 od. dgl. angetrieben.

Abweichend von der zeichnerisch dargestellten Ausführungs­ form kann der Wärmetauscher 8 auch von einem Wassermantel umgeben sein, wobei das Wasser durch nicht dargestellte Füh­ rungsstege auf der Außenseite des Wärmetauschers schrauben­ förmig von einem Eingang zu einem Ausgang hin geführt werden kann und in einem Kreislauf strömt, der über ein oder mehre­ re nicht dargestellt Heizkörper und/oder über den Kühlkreis­ lauf eines Kraftfahrzeugmotors führt.

Die Besonderheit der Erfindung liegt nun in der Ausbildung der Öffnungen 6 im Mantel des Innenrohres 2.

Zur Ausbildung dieser Öffnungen besitzt der Mantel des In­ nenrohres 2 Zonen mit einer porösen Feinstruktur.

Diese Feinstruktur kann beispielsweise durch ein "engmaschi­ ges" Drahtgewebe gebildet sein, welches an bzw. in Öffnungen des Mantels des Innenrohres 2 angeordnet ist und diese ganz oder teilweise abdeckt.

Beispielsweise können im Mantel des Innenrohres 2 axiale Schlitze angeordnet sein, die außen- und/oder innenseitig des Mantels durch das vorgenannte Metallgewebe überdeckt sind, wobei das Metallgewebe gegebenenfalls den gesamten Au­ ßen- und/oder Innenumfang des Innenrohres 2 überdecken kann.

Anstelle axialer Schlitze können auch Öffnungen mit anderer Form, beispielsweise rasterartig verteilte Öffnungen, bei­ spielsweise Kreisöffnungen, vorgesehen sein, die wiederum außen- und/oder innenseitig mit dem Drahtgewebe überdeckt sind.

Anstelle eines Drahtgewebes kann auch ein Drahtgestrick oder ein feinmaschiges Drahtnetz vorgesehen sein.

Darüber hinaus können die Öffnungen auch durch Sinter- oder Fasermetall oder Metallschaum gebildet werden.

Statt derartiger Metallstrukturen kann auch poröse Keramik eingesetzt werden.

Gegebenenfalls kann der gesamte Mantel des Innenrohres aus Sinter- bzw. Fasermetall, Metallschaum oder Keramik beste­ hen.

Im übrigen besteht die Möglichkeit, die genannten porösen Feinstrukturen katalytisch zu beschichten.

Durch die als Zonen mit poröser Feinstruktur ausgebildeten Öffnungen 6 bildet die die Öffnungen 6 vom Innenraum des In­ nenrohres 2 in die Misch- und Brennzone 1 durchsetzende Ver­ brennungsluft außenseitig des Innenrohres 2 eine relativ stabile Grenzschicht, die das Innenrohr 2 und insbesondere dessen Innenraum gegenüber Turbulenzen in der Misch- und Brennzone 1 beim Brennbetrieb abschirmt und damit die Erzeu­ gung unangenehmer Geräusche verhindert.

Außerdem bewirkt die poröse Feinstruktur, insbesondere bei Einsatz metallischer bzw. gut wärmeleitender Werkstoffe, daß nahe des Mantels des Innenrohres 2 relativ stabile Tempera­ turverhältnisse vorliegen und damit zusätzlich der Ausbil­ dung wandnaher Turbulenzen entgegengewirkt wird.

Bei keramischen und anderen Materialien mit hoher Wärmekapa­ zität ist vorteilhaft, daß sehr hohe Temperaturen zugelassen werden können, die die Umsetzung des Brennstoffes beschleu­ nigen, mit der Folge, daß der Durchschlag turbulenter Flam­ men in den Innenraum des Innenrohres 2 ebenfalls sehr wirk­ sam verhindert wird.

Durch eine katalytische Beschichtung der porösen Feinstruk­ turen kann die Bildung von Ablagerungen aus Brennstoffresten u. dgl. besonders wirksam verhindert werden. Damit wird auch unter ungünstigsten Betriebsumständen gewährleistet, daß die Verbrennungsluft in gewünschter Weise die Öffnungen 6 bzw. die diese Öffnungen bildende Feinstruktur zu durchsetzen vermag.

Ein besonderer Vorzug der Erfindung liegt darin, daß die er­ wünschte Geräuschminderung ohne sonstige konstruktive Abän­ derungen des Heizgerätes ermöglicht wird.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Öffnungen 6 des Innenrohres 2 jeweils nur bereichsweise mit Feinstrukturen 17 und 18 versehen. Dabei bildet die innere Feinstruktur 17 ein zylinderähnliches Teil, welches einerseits an dem in Fig. 2 linken Ende des Innenrohres, wo die Verbrennungsluft in der Innenrohr 2 eintritt, die Innenwandung des Innenroh­ res sowie einen Teilabschnitt der Öffnungen 6 überdeckt. Da­ bei ist im Innenumfang des Innenrohres eine Ausnehmung bzw. Materialabtragung vorgesehen, derart, daß die Innenumfangs­ seite der Feinstruktur 17 mit der axial in Fig. 2 nach rechts anschließenden Innenumfangswand des Innenrohres fluchtet.

Die äußere Feinstruktur 18 bildet ebenfalls ein zylinderähn­ liches Teil, welches jedoch einen größeren Durchmesser als die Feinstruktur 17 aufweist und außenseitig des Innenrohres 2 unter teilweiser Abdeckung der Öffnungen 6 angeordnet ist. Auch hier wird durch eine Absetzung bzw. einen Materialab­ trag auf der Außenumfangsseite des Innenrohres 2 gewährlei­ stet, daß die Außenumfangsseite der Feinstruktur 18 mit der übrigen Außenumfangsseite des Innenrohres 2 fluchtet.

Axial zwischen den Feinstrukturen 17 und 18 kann, wie darge­ stellt, eine Zone ohne Feinstruktur vorhanden sein, so daß die Öffnungen 6 in diesem Bereich völlig freiliegen.

Die Feinstrukturen 17 und 18 vermindern nicht nur den wirk­ samen Querschnitt der Öffnungen 6. Vielmehr bilden sie auch Bereiche erhöhter Rauhigkeit auf der Innen- bzw. Außenseite des Innenrohres 2, mit der Folge, daß hier die das Innenrohr durchströmende bzw. umströmende Verbrennungsluft eine Grenzwirbelschicht mit erhöhter Mächtigkeit erzeugt und da­ mit der für die Strömung der Verbrennungsluft innerhalb und außerhalb des Innenrohres zur Verfügung stehende freie Quer­ schnitt durch strömungsdynamische Effekte verengt und die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft im verbleiben­ den Querschnitt erhöht wird.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann vor­ gesehen sein, daß die Feinstruktur 17 und/oder 18 jeweils von der Wandung des Innenrohres 2 einen radialen Abstand aufweisen. Dabei kann jede Feinstruktur wiederum als Zylin­ derteil ausgebildet und durch nockenartige Vorsprünge gehal­ tert sein, die auf der Wandung des Innenrohres 2 angeordnet oder angeformt sind. Eine derartige Anordnung ist auch dann möglich, wenn nur eine einzige zylindrische Feinstruktur vorgesehen ist, welche gegebenenfalls auch die Öffnungen 6 vollständig überdecken kann.

Durch die vom Innenrohr 2 beabstandete Anordnung wird insbe­ sondere bei einer außenseitig des Innenrohres 2 angeordneten Feinstruktur erreicht, daß die Feinstruktur vergleichsweise schnell aufgeheizt und sehr heiß werden kann, da relativ we­ nig Wärme der im Flammrohr 3 brennenden Flamme auf das In­ nenrohr 2 übertragen wird. Durch die hohe Temperatur wird einer Verkokung der Feinstruktur besonders wirksam vorge­ beugt.

Claims (12)

1. Brennkammer eines Heizgerätes, insbesondere für Kraft­ fahrzeuge, mit einer ringförmigen Misch- und Brennzone zwi­ schen einem außenseitigen Flammrohr sowie einem darin kon­ zentrisch angeordneten Innenrohr, welches zur Einleitung von Verbrennungsluft in die Misch- und Brennzone vorgesehen ist und dazu einen mit Öffnungen versehenen Mantel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) ganz oder teilweise eine poröse Fein­ struktur (17, 18) bilden.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in das Flammrohr (3) hineinragende Ende des Innen­ rohres (2) einen zumindest im wesentlichen geschlossenen stirnseitigen Boden aufweist.

3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr (3) ein über das im Flammrohr befindliche Ende des Innenrohres (2) hinaus fortgesetztes Endteil mit stirnseitiger, in einen Wärmetauscher (8) mündender Öffnung aufweist.

4. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Öffnungen (6) bildende poröse Feinstruktur als Metallgewebe oder Metallgestrick ausgebildet ist.

5. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Öffnungen bildende poröse Feinstruktur im we­ sentlichen aus Metallschaum und/oder Fasermetall und/oder Sintermetall besteht.

6. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Öffnungen bildende poröse Feinstruktur im we­ sentlichen aus poröser Keramik besteht.

7. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Feinstruktur katalytisch beschichtet ist.

8. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft mit Drall in das Innenrohr einge­ leitet wird.

9. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) bereichsweise mit einer Feinstruktur (17) an der Innenseite des Innenrohres (2) versehen sind.

10. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) bereichsweise mit einer Feinstruktur (18) an der Außenseite des Innenrohres (2) versehen sind.

11. Brennkammer nach Anspruch 9 und/oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der inneren Feinstruktur (17) mit der an­ grenzenden Innenseite der inneren Feinstruktur (17) mit der angrenzenden Innenseite und/oder die Außenseite der äußeren Feinstruktur (18) mit der angrenzenden Außenseite des Innen­ rohres (2) fluchtet.

12. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinstruktur (17, 18) von der Wandung des Innenrohres (2) radial beabstandet ist.