DE3337601A1

DE3337601A1 - Heizgeraet, insbesondere fahrzeugheizgeraet

Info

Publication number: DE3337601A1
Application number: DE19833337601
Authority: DE
Inventors: Werner 8130 Starnberg Lucius
Original assignee: Webasto Werk W Baier GmbH and Co
Current assignee: Webasto Werk W Baier GmbH and Co
Priority date: 1983-10-15
Filing date: 1983-10-15
Publication date: 1985-04-25
Also published as: JPS6093221A; US4640262A; DE3337601C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeugheizgerät mit einer Gemischaufbereitungseinrichtung, einer Zündeinrichtung und einem eine Düse und einen Drallkörper aufweisenden Brenner mit einer von einem Brennrohr gebildeten Brennkammer, aus der die Verbrennungsgase zu einem Abgasauslaß im Gegenstrom zu einem Heizmedium geleitet werden.

Heizgeräte der vorstehend genannten Art, die auch als brennstoffbetriebene Heizgeräte bezeichnet werden, sind allgemein bekannt. Derartige Heizgeräte lassen sich hinsichtlich des vorgesehenen Brennertyps, wie Niederdruckbrenner, Rotationszerstäuber-Brenner und Hochdruckbrenner näher charakterisieren, bei dem eine Düse und ein Drallkörper vorgesehen sind.

Aus der DE-PS 30 10 078 ist ein mit flüssigem Brennstoff betriebener Brenner für Heizvorrichtungen mit einem Niederdruckzerstäuber. Zur Erzielung einer selbsttätigen temperaturabhängigen Steuerung der den Brenner insgesamt durchsetzenden Primär luftmenge auf besonders einfache, raumsparende und zuverlässige Weise sind in der Primärzusatzluft-Zuleitung eine Ringkammer und in dieser ein ein Luftventil bildender Bimetallring vorgesehen, der den Luftdurchtritt temperaturabhängig steuert.

Aus der DE-AS 25 52 265 ist beispielsweise ein Rotationszerstäuber-Brenner bekannt, der derart beschaffen ist, daß man eine solche Ladungsschichtung erreicht, daß nur im Bereich der Zündzone, also im Bereich der Kerze ein verhältnismäßig fettes Gemisch vorhanden ist, um eine sichere Zündung desselben zu gewährleisten. In der Brennkammer ist ein den Rotor in einem Abstand umgebendes, von der Zündkerze durchbrochenes,

dünnwandiges und weitgehend freistehendes Futterblech vorgesehen, das durch die Mitnahme der Zündflamme der Austrittsseite des Brenners in Umfangsrichtung sehr schnell erhitzt wird, so daß es als Verdampfer wirkt und sehr wesentlich zu einer Aufbereitung und Steigerung der Zündwilligkeit des armen Brennstoffluftgemisches beiträgt.

Aus der DE-OS 18 03 815 ist eine Anordnung an einer Brennkammer zur Vermeidung einer Verkokung bekannt, bei der im Bereich der Gemischaufbereitungszone und des Brennraumes oder des Brennrohres ein Wärmerohr angeordnet ist, das vorzugsweise als Ringraumzylinder ausgebildet ist. Dieses Wärmerohr bildet eine wärmeleitende und wärmeausgleichende Einrichtung. ;Ein solches Wärmerohr wird von einem metallischen Hohlkörper gebildet, der eine kapillar wirkende Masse, wie ein Kupfergespinst und eine kleine Flüssigkeitsmenge enthält. Bei Erwärmung des Wärmerohrs verdampft die Flüssigkeit und verteilt durch die Kapillarwirkung die Wärme über die ganze Oberfläche des Wärmerohrs gleichmäßig, so daß der Temperaturgradient vernachlässigbar klein wird. Durch dieses Wärmerohr wird die Brennkammer über ihre gesamte Erstreckung hinweg auf einer gleichmäßig hohen Temperatur gehalten, um eine Verkokung zu verhindern und ein Blaubrennen des vorzugsweise flüssigen Brennstoffs zu erreichen.

Aus der DE-PS 975 176 ist eine Heizvorrichtung für Kraftfahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge mit Unterflur- oder Heckmotor bekannt, bei der der Brennraum mittels eines Einschnür-

—tarings 1O in einen Verbrennungsraum und eine Nachverbrennungskammer unterteilt wird.

Bei allen diesen bekannten Heizgeräten stellt nach wie vor noch die Verbrennung insbesondere im Hinblick auf die CO₂- und CO-Werte der Abgase und der Rußzahl ein Problem dar, das umso drängender ist, je stärker die Abgasemissionswerte von derartigen Geräten durch gesetzliche Bestimmungen auf immer

niedriger werdende Werte beschränkt werden und der CO-Wert dabei weitgehend der stöchiometrischen Verbrennung entspricht. Wenn man diese Abgasemissionswerte reduzieren möchte, so ist dies bisher nur unter Inkaufnahme eines ungünstigeren Verbrennungswirkungsgrades des Heizgerätes möglich. Eine weitere Schwierigkeit bei den bisher bekannten Heizgeräten stellt die Geräuschemission dar, wobei ein Bedürfnis nach einer möglichst geringen Geräuschemission vorhanden ist.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, ein Heizgerät der gattungsgemäßen Art derart weiterzuentwickeIn, daß man bei einer möglichst geringen Geräuschemission einen äußerst günstigen Wirkungsgrad des Heizgerätes und der Verbrennung so erreichen kann, daß auch die Verbrennungswerte, insbesondere die CO₂-Werte, CO-Werte und Rußzahl optimiert sind.

Nach der Erfindung zeichnet sich hierzu ein Heizgerät, insbesondere ein Pahrzeugheizgerät durch die Merkmale des Anspruches 1 aus.

Bei dem erfindungsgemäßen Heizgerät ist im Brennrohr oder der Brennkammer ein die Flamme stützender Einsatz vorgesehen, der möglichst dünn und kurz bemessen sein sollte, so daß er eine geringe eigene Masse hat. Dieser Einsatz bewirkt, daß die Flamme und die von dieser erzeugte Wärme auf einen möglichst kleinen Raum unmittelbar anschließend an die Austrittsseite des Brenners konzentriert wird. Hierdurch wird die Brenngemischverdampfung gerade in diesem Bereich oder Raum verstärkt, so daß man sehr günstige Verbrennungsbedingungen und eine wesentlich vollständigere Verbrennung als bisher erhält, was dadurch zum Ausdruck kommt, daß sich beispielsweise der CO^-Wert des Verbrennungsgases auf. etwa 15% anheben lässt ., wobei man damit bei der Verbrennung einen günstigeren Wirkungsgrad gewährleisten kann.

Wenn der Einsatz eine geringe eigene Masse hat, läßt er sich sehr schnell auf die Betriebstemperatur erwärmen und er kühlt sich auch nach Abschalten des Heizgerätes schnell ab, so daß man beim Anschalten des Heizgerätes nur eine sehr kurze Rußphase erreicht, so daß das erfindungsgemäße Heizgerät auch bei Start eine niedrige Rußzahl hat und in Betrieb keinen Büß mehr aufweist.

In überraschender Weise kann man daher mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen und unkompliziert ausgebildeten Einsatz eine wesentliche Verbesserung bei Heizgeräten der gattungsgemäßen Art sowohl hinsichtlich des Wirkungsgrades als auch hinsichtlich der Abgasemissionswerte erreichen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen nach der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Günstige Resultate lassen sich insbesondere dann erzielen, wenn man, wie in Anspruch 2 angegeben, die Länge des Einsatzes in Achsrichtung des Brennerrohrs so wählt, daß sie etwa gleich dem des Einsatzes ist Bei diesen Abmessungen

wird nicht nur gewährleistet, daß der Einsatz in seiner LängserStreckung möglichst kurz bemessen ist, sondern daß auch der von dem Einsatz gebildete Raum, in dem die Flamme konzentriert wird, hinsichtlich einer vollständigen Verbrennung optimale Abmessungen hat.

Zur weiteren Verbesserung der Konzentration der Flamme in dem vom Einsatz gebildeten Raum hat der Einsatz im Bereich seines offenen Endes, das vom Brenner abgewandt liegt, eine Durchmesserverengung. Das Verhältnis von Durchmesser der Durchmesserverengung zu Durchmesser des Einsatzes beläuft sich vorzugsweise auf etwa 1:1,25.

Vorzugsweise ist entsprechend den Ansprüchen 4 und 5 der Ringraum zwischen dem Einsatz und dem Brennrohr mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt, so daß der Einsatz durch die Isolierung von den zum Abgasauslaß strömenden Abgasen insbesondere in der Nähe des Brenners wärmeisoliert ist, um ein Erwärmen der Abgase in diesem Bereich zu vermeiden. Hierdurch läßt sich die Abgastemperatur um bis zu 25⁰C senken. Hierdurch wird der feuerungstechnische Wirkungsgrad eines solchen Heizgerätes weiter verbessert.

Bei einem Hochdruckbrenner mit einer Düse und einem Drallkörper ergibt sich noch der weitere Vorteil, daß der die Flamme stützende Einsatz ermöglicht, daß die Düsentoleranzen eine größere Streuungsbreite und daher ein Sprühbild mit einer größeren Streuung haben können.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen auch eine Reduzierung der Geräuschemission eines solchen Heizgerätes, so daß es geräuschärmer betrieben werden kann, was insbesondere im Hinblick auf Kraftfahrzeugheizungen von Vorteil ist, wenn der Fahrgastraum möglichst geräuscharm sein soll.

Bei für Haushaltszwecke bestimmten Brennern beispielsweise, bei denen die Wärmeübertragung an das Heizmedium auf andere Weise als beim beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt,kann die Brennkammer auch nur von dem Einsatz gelöst werden, so daß kein Brennrohr vorgesehen zu sein braucht.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Schnittansicht eines Heizgerätes nach der Erfindung, das einen Hochdruckbrenner mit einer Düse und einem Drallkörper hat.

In der einzigen Figur ist das Heizgerät insgesamt mit 1 bezeichnet. Das Heizgerät enthält einen Hochdruckbrenner mit einer Düse 2 und einem in Achsrichtung des Heizgerätes in einem Abstand angeordneten Drallkörper 3. Ferner ist eine

Zündeinrichtung 4 für die Zündung des aufbereiteten Brenngemisches in der Nähe der Mündungsöffnung der Düse vorgesehen. Eine Brennkammer wird von einem Brennrohr 5 gebildet und die Verbrennungsgase treten nach einer Umlenkung am vom Brenner abgewandten Ende des Brennrohrs zu einem Abgasauslaß 6 aus. Das Brennrohr 5 ist von einer Doppelmantelanordnung umgeben, in dessen Ringraum 8 ein Heizmedium, wie Wasser, zirkuliert, das über einen Einlaß 9 eintritt und über einen Auslaß 10 abgeleitet wird. Dieses Heizmedium wird durch die vom Brennrohr 5 abgegebene Wärme und im Gegenstrom zur Abgasführung im eingeschalteten Zustand des Heizgerätes aufgewärmt.

Ein insgesamt mit 11 bezeichneter und die Flamme im Brennrohr 5 stützender Einsatz ist konzentrisch im Brennrohr 5 angeordnet und wie in der einzigen Figur dargestellt, ist der Einsatz 11 zweckmäßigerweise im Bereich der Brennerseite an einer Halterung 12 des Drallkörpers 3 befestigt. Zweckmäßigerweise ist der Einsatz 11 wie das Brennrohr 5 zylindrisch ausgebildet. Zwischen der Innenwandung des Brennrohrs 5 und der Außenwandung des Einsatzes 11 ist ein Ringraum 13 vorhanden. Der Ringraum 13 ist mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt, um eine Aufheizung des zum Abgasauslaß 6 strömenden Verbrennungsabgases insbesondere in der Nähe des Brenners, d.h. des Drallkörpers 3 zu verhindern. Hierdurch läßt sich die Abgastemperatür bis zu 25⁰C senken.

Ferner hat der Einsatz 11 an seinem offenen Ende, das vom

Brenner abgewandt liegt, eine Durchmesserverengung 15, die zweckmäßigerweise in Form einer Einschnürung ausgebildet ist.

Obgleich die Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit einem Heizgerät erläutert und beschrieben ist, das eine Düse 2 und einen Drallkörper 3 hat, so daß es sich bei dem Brenner um einen sogenannten Hochdruckbrenner handelt, läßt sich die Erfindung auch bei anderen Brennertypen, wie einem Niederdruckbrenner oder einem Rotationszerstäuber-Brenner selbstverständlich sinngemäß verwirklichen.

Wie in der einzigen Figur schematisch dargestellt, bewirkt der Einsatz 11, daß die vom Brenner, gebildet von der Düse und dem Drallkörper 3, in Verbindung mit der Zündeinrichtung erzeugte Flamme zum Verbrennen des aufbereiteten Brenngemisches in dem vom Einsatz 11 umschlossenen Raum konzentriert wird, der wesentlich kleiner als die vom Brennrohr 5 gebildete Brennkammer ist, so daß die Verbrennung unter wesentlich günstigeren Bedingungen ablaufen kann und man daher einen verbesserten Wirkungsgrad eines solchen Heizgerätes erreichen kann. Da der Einsatz 11 aus einem dünnen Blech hergestellt werden kann, läßt er sich kostengünstig fertigen und hat auch eine kleine eigene Masse, so-daß er schnell auf Betriebstemperatur aufgeheizt und sich nach Abschalten des Heizgerätes 1 schnell abkühlen kann. Hierdurch erhält man insbesondere nach dem An-

schalten des Heizgerätes 1 nur eine sehr kurze Rußphase. Auch ermöglicht die erfindungsgemäße Auslegung des Heizgerätes mit dem Einsatz 11 eine nenneswerte Geräuschdämmung, so daß das Heizgerät 1 nicht nur mit einem günstigen Wirkungsgrad betreibbar ist, sondern auch sehr geräuscharm arbeitet, wobei man günstigere Abgasemissionswerte ohne eine Herabsetzung des Wirkungsgrades des Heizgeräte erzielt.

Bezugszeichenliste

1. Heizgerät

2 Düse

3 Drallkörper

4 Zündeinrichtung

5 Brennrohr

6 Abgasauslaß

7 Doppelmantelanordnung

8 Bingraum von Doppelmantelanordnung

9 Einlaß

10 Auslaß

11 Einsatz insgesamt

12 Halterung des Drallkörpers

13 Eingraum

14 wärmeisolierendes Material

15 Durchmesserverengung (Einschnürung)'

Leerseite -

Claims

HP40/83 WEBASTO-WERK W. BAIER GmbH & Co D 8035 Gauting Heizgerät, insbesondere Pahrzeugheizgerät Patentansprüche

1.] Heizgerät, insbesondere brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät, mit einer Gemischaufbereitungseinrichtung,

einer Zündeinrichtung und einem eine Düse und einen Drallkörper aufweisenden Brenner und mit einer von einem Brennrohr gebildeten Brennkammer, aus der die Verbrennungsabgase zu einem Abgasauslaß im Gegenstrom zu einem Heizmedium geleitet wird, gekennzeichnet durch einen die Flamme im Brennrohr (5) stützenden Einsatz (11), der unter Bildung eines Ringraums (13) zu der Innenwandung des Brennrohres (5) sich an den Brenner (2,3) anschließt, konzentrisch im Brennrohr (5) angeordnet ist und in die vom Brennrohr (5) gebildete Brennkammer ragt.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Einsatz (11) eine in Achsrichtung

des Brennrohrs (5) gemessene Länge hat, die etwa dem Durchmesser des Einsatzes (11) entspricht.

3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß im Bereich des offenen Endes des Einsatzes (11) eine Durchmesserverengung (15) vorgesehen ist.

4. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der gebildete Ringraum (13) zwischen dem Einsatz (11) und dem Brennrohr (5) mit einem wärmeisolierenden Material (14) ausgefüllt ist.

5. Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material (14) Keramikwatte ist.

6. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Einsatz (11) an der Halterung (12) des Drallkörpers (3) befestigt ist und diesen umgibt.

7. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der die Flamme stützende

Einsatz (11) für einen Nieder-und Hochdruckbrenner oder einen R otationszer stäuber-Br enner bestimmt ist.