DE3410716A1

DE3410716A1 - Brennkammer fuer heizeinrichtungen

Info

Publication number: DE3410716A1
Application number: DE19843410716
Authority: DE
Inventors: Erich 7300 Esslingen Kenner; Herbert Dipl.-Ing. 7305 Altbach Langen
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1984-03-23
Filing date: 1984-03-23
Publication date: 1985-10-03
Also published as: CS206585A2; DE3410716C2; FR2561754B1; SE8501289L; GB2156965B; SE463330B; CA1240893A; SE8501289D0; GB2156965A; FR2561754A1; US4669973A; US4650415A; CS269967B2; GB8507472D0

Description

J. Eberspächer 21. Februar 1984

Eberspächerstr. 24

7300 Esslingen/N. 1327 D

Brennkammer für Heizeinrichtungen

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer für mit flüssigem Brennstoff betriebene Heizeinrichtungen, bestehend aus einem Brennraum mit einem zugeordneten ersten Abschnitt, in welchem .die Verbrennungsluftzufuhr tangential erfolgt und einem weiteren zweiten Abschnitt, an welchem seitlich in einem Stutzen die Zündeinrichtung sowie ein Anschluß für die über eine Dosierpumpe erfolgende Brennstoffzufuhr und die Kerzenbelüftung angeordnet ist.

Derartige Brennkammern werden für Heizgeräte benötigt, die als Haushaltsheizungen, z.B. bei Kochstellen, verwendet werden. Auch bei motorunabhängigen Fahrzeugheizungen werden derartige Brennkammern verwendet. Bei Haushaltsheizungen sind Druckzerst-äuberbrenner mit Leistungen ab ca. 2Π kW bekannt. Kleinere Leistungen bis 12 kW werden mit aufwendiger Ölvorwärmung dargestellt, wobei wesentlich kleinere Leistungen nicht möglich sind. Gerade Einrichtungen mit relativ geringer Leistung sind jedoch erforderlich, wenn es sich z.B. nur um eine Koch-

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stelle handelt. Bei Fahrzeugheizungen besteht bei den bekannten Einrichtungen eine .Regelmöglichkeit für die Brennerleistung zwischen "Voll" und "Aus", bei einigen Fahrzeugheizungen zwischen "Voll" und etwa "1/4-Brennerleistung". Ein größerer Regelbereich ist derzeit nicht bekannt, obwohl er für eine Komfortheizung angebracht ist, auch, um in einem Heizungsintervall nur einmal zünden zu müssen, während bei den bekannten Heizungen über eine Thermostatsteuerung die Regelung über eine Ein/Aus-Schaltung erfolgt, was auch zu einem erhöhten Stromverbrauch aus der Fahrzeugbatterie führt und zu einem vorzeitigen Entladen der Batterie führen kann, zumal solche Heizungen bevorzugt im Stand, d.h. bei abgeschaltetem Motor betrieben werden.

Bei den Heizgeräten der gattungsgemäßen Art erfolgt die Brennstoffzufuhr mittels einer impulsgesteuerten Dosierpumpe. Dabei kann mittels eines Frequenzreglers über einen Thermostaten die Leistung des Heizgerätes durch Änderung der Pumpenfrequenz in gewissem Umfang geregelt werden, so z.B. in einem Regelbereich von 1 : 4 bis etwa 1:8. '

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer der gattungsgemäßen Art aufzuzeigen, durch deren Aufbau und Gestaltung deren Leistungsbereich veränderbar wird, so daß der Regelbereich der Heizeinrichtung wesentlich erweitert wird.

Dabei soll gleichzeitig der Brennraum sowohl für einen Einbau bei senkrechter Achse als auch bei waagrechter Achse geeignet

Diese Aufgabe wird durch eine Brennkammer gelöst, bei welcher der erste Abschnitt von dem Brennraum durch eine eine zentrale Durchtrittsöffnung aufweisende Platte getrennt ist und aus einem kegelstumpfförmigen'Teil mit zylindrischem Ansatz be-

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steht, wobei der verjüngte Teil des kegelstumpfförmigen Teiles in Richtung auf den Brennraum zeigt und mit einem Stutzen zur tangentialen Verbrennungsluftzuführung versehen ist und der zweite Abschnitt topfförmig ausgebildet und an seiner offenen Seite mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und einen seitlichen Stutzen aufweist, daß ferner der seitliche Stutzen zur Aufnahme der Zündkerze ausgebildet ist und einen Anschluß für die Brennstoffzuführung aufweist, und daß ferner von dem ersten Abschnitt zum seitlichen Stutzen des zweiten Abschnittes eine Leitung zur Kerzenbelüftung verläuft, und daß schließlich im Bereich des Anschlusses des zweiten Abschnittes an den ersten Abschnitt ein innenliegender blendenartiger Einsatz angeordnet ist. Mit dieser erfindungsgemäßen Gestaltung der Brennkammer wird eine Anordnung aufgezeigt, die eine Leistungsregelung über den nahezu gesamten Leistungsbereich zuläßt. Dieses ergibt sich dadurch, daß sowohl die Flammenform als auch der Bereich, in dem innerhalb der Brennkammer die Verbrennung stattfindet, variiert werden kann. So kann erreicht werden, daß die Verbrennung nur in dem zweiten Abschnitt der Brennkammer, oder in beiden Abschnitten oder in der gesamten Brennkammer erfolgt und daß damit eine Regelbarkeit erzielt wird.

Um die Verbrennung in dem zweiten Abschnitt zu halten und damit die kleinste Leistungsstufe fahren zu können, hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß der blendenartige Einsatz kreisringförmigen Querschnitt aufweist, wobei der äußere Rand um etwa 90 zur Bildung eines Anlagerandes und der innere Rand um etwa 90° in der entgegengesetzten Richtung abgewinkelt ist.·

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Die genauen Maße der Abwinklung ergeben sich dabei aus der Einbausituation.

Für den Übergang Verbrennung von dem zweiten zum ersten Abschnitt ist der Durchmesser der Durchtrittsöffnung von Bedeutung. Es hat sich als zu/eckmäßig gezeigt, daß das Verhältnis des inneren Durchmessers zum äußeren Durchmesser des blendenartigen Einsatzes 1 : 1,2 bis 1 : 4, vorzugsweise 1 : 2 beträgt. Um diesen blendenartigen Einsatz gegen Überhitzung zu schützen, ist gemäß einer Weiterführüng der Erfindung unterhalb des blendenartigen Einsatzes eine Uberhitzungsschutzscheibe angeordnet, die einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist und an ihrem inneren Rand um etwa 90 zur Bildung eines Anlageflansches abgewinkelt ist und diese Uberhitzungsschutzscheibe mit ihrem abgewinkelten Anlageflansch an dem abgewinkelten inneren Rand des blendenartigen Einsatzes anliegend angeordnet ist, wobei die kreisringförmige Scheibe im Abstand zu dem blendenartigen Einsatz'angeordnet ist und einen etwas geringen Außendurchmesser aufweist als der innere Durchmesser des zweiten Abschnittes. Für die Form der aus dem zweiten über den ersten Abschnitt in die Brennkammer austretenden heißen V/erbrennungsgase bzw. der Flamme ist die Abstimmung.der Austrittsöffnungen wesentlich. Gemäß einer Weiterführung der Erfindung ist daher gekennzeichnet, daß die dem Brennraum zugewandte Seite der Platte eine von etwa dem inneren Rand bis zu einem einen Flansch bildenden waagrechten Abschnitt am äußeren Rand ansteigende Fläche aufweist. Dadurch kann eine Flammenform von tellerförmig bis strahlförmig eingestellt werden. Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß der Steigungswinkel der ansteigenden Fläche zwischen 15 und 90 , vorzugsweise 20 beträgt.

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Für den Anschluß der Brennkammerwand und ggf. auch eines Wärmeanteiles schließt sich zweckmäßigerweise an die ansteigende Fläche der Platte beidseitig ein eben verlaufender -Abschnitt an, wobei gemäß einer Weiterführung die Platte in ihrem eben verlaufenden inneren Abschnitt zur Aufnahme eines Flammenleiteinsatzes ausgebildet ist. Die ansteigende Fläche kann dabei erfindungsgemäß konkav verlaufen, was zu einem besonders guten Anliegen der Verbrennungsgase bzw. der Flamme führt. Die weiteren Unteransprüche geben zweckmäßige Ausgestaltungen des Flammenleiteinsatzes wieder. Dabei trägt dieser Flammenleiteinsatz wesentlich zur Flammenform bei.

In den Figuren 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel vereinfacht wiedergegeben unter Weglassen der Gehäuseteile die nicht Gegenstand der Erfindung sind.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die Brennkammeranordnung,

Fig. 2 als Detail d ie Platte zwischen dem ersten Abschnitt und dem Brennraum,

Fig. 3 eine Variante zu Fig. 2, Fig. 4 eine weitere Variante zu Fig. 2.

In der Fig. 1 ist die aus einem Brennraum 1 mit einem ersten Abschnitt 2 und einem zweiten Abschnitt 3 bestehende Brennkammer dargestellt. Nicht dargestellt ist

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die Brennraumwand sowie die Mittel zur Abgasabführung und die Bauteile, die nicht Gegenstand der Erfindung sind. Der erste Abschnitt 2 der Brennkammer ist in dem Ausführungsbeispiel topfartig gestaltet und weist an seinem Mantel, d.h. an seinem zylindrischen Ansatz einen seitlichen Stutzen 5 zum Anschluß der Zündkerze 6 auf. In den Stutzen 5 wird über den Anschluß der Brennstoff zugeführt. Dabei kommt als Brennstoff u/ahlweise Dieseltreibstoff oder Benzin in Frage. Die für die Verbrennungseinleitung erforderliche Luft wird über die Kerzenbelüftung 8 zugeführt. Diese Kerzenbelüftung erfolgt über.eine Leitung zwischen dem seitlichen Stutzen 5 und dem zweiten Abschnitt3. Der zweite Abschnitt 3 der Brennkammer besteht aus einem kegelstumpfförmigen Teil 9 an das sich ein zylindrischer Abschnitt 10 anschließt und ist mit einer Flanschverbindung 11/ 12 mit dem ersten Abschnitt 2 der Brennkammer verbunden. An den durchmessergeringeren' Abschnitt des kegelstumpfförmigen Teiles 9 schließt sich zum Brennraum 1 hin eine Platte 13 an mit einer zentralen Durchtrittsöffnung 14. Tangential an den zweiten Abschnitt 3 ist ein Stutzen 15 zur Verbrennungsluftzufuhr angeordnet. Im Bereich des Anschlusses des ersten Ab-

" schnittes 2 an den zweiten Abschnitt 3 ist ein blendenartiger Einsatz 16 angeordnet, der einen in Richtung zum Brennraum 1 abgewinkelten Anlagerand 17 und einen entgegengesetzt abgewinkelten Rand 18 aufweist und dem Halten der Verbrennung im ersten Abschnitt 2 dient. Im Abstand zu diesem blendenartigen Einsatz 16 ist eine Uberhitzungsschutzscheibe 19 mit einem Anlageflansch 20 derart angeordnet, daß diese Scheibe 19 mit ihrem Anlageflansch 20 außen an dem inneren Rand 18 des Einsatzes 16 anliegt und gegenüber dem waagrechten Abschnitt des Einsatzes 16 einen Luftspalt 21 aufweist. Der Außendurchmesser der Scheibe 19 ist dabei geringer als der Innendurchmesser des ersten Abschnittes 2, so daß die Scheibe 19 nicht

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an dem zylindrischen Ansatz 4 des Abschnittes 2 anliegt. Dadurch wird ein Überhitzungsschutz erreicht.

Die Platte 13 weist auf ihrer dem Brennraum 1 zugewandten Seite eine von etwa dem inneren Rand 22 bis zu einem einen Flansch bildenden waagrechten Abschnitt 23 am äußeren Rand

24 ansteigende Fläche 25 auf. Oie schrägverlaufende Fläche

25 kann dabei konkav verlaufen und es kann ferner an dem inneren Rand 22 eine ebenfalls eben verlaufende Fläche 26 angeformt sein. Diese dient insbesondere zur Aufnahme eines Flammenleiteinsatzes 29 mit angeformtem Auflageflansch 26. Der Flammenleiteinsatz 28 kann je nach gewünschter Flammenform zylindrisch, hohl-kegelstumpfförmig oder düsenartig ausgebildet sein. In der Platte 13 angeordnete Bohrungen 27 dienen dem Anschluß der Brennraumwand bzw. eines Wärmemantels und den Elementen zur Abgasabführung.

In den Fig. 2 bis 4 sind Varianten der Ausgestaltung der Platte 13 und des Flammenleiteinsatzes 28 beispielsweise dargestellt.

Die Regelbarkeit der Brennkammer ergibt sich physikalisch durch eine Änderung der Luftüberschußzahl ,d.h. der Luftüberschuß wird verändert. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist dieses bei konstantem Uerbrennungsluftdurchsatz möglich. Dieses ergibt sich dadurch, daß der erste Abschnitt 2 der Brennkammer als Zünd- und Kleinbrennraum ausgebildet ist und der zweite Abschnitt 3 als drallerzeugender Vorraum wirkt mit einer Drallmischzone. Der Brennstoff wird über das Zündelement 6 dem ersten Abschnitt 2 zugeführt, und zwar über den seitlich angeordneten Stutzen 5. Die Verbrennungsluft wird über der an dem zweiten Abschnitt 3 angeordneten tangentialen Verbrennungsluftzuführung 15 zuge-84 02 21 -8-

-er, ferner besteht zwischen dem zweiten Abschnitt 3 und dem Stutzen 5 als Verbindung die Kerzenbelüftung.8, so daß die zur Zündung und Verbrennung erforderliche Luft zugeführt wird.

Die in "den zweiten Abschnitt 3 tangential eintretende Verbrennungsluft bildet im Innern des Abschnittes 3 in einer Drallmischzone 30 Wirbel,.an die Wandung 9 des Abschnittes 3 bildet sie eine anliegende Grenzschicht, die einen Strahlungsschutz darstellt, so daß sowohl eine Auskühlung als auch die Bildung von Ablagerungen unverbrannter Partikel verhindert wird. Über die Kerzenbelüftung 8 gelangt Verbrennungsluft in den Vorraum dcS Stutzens 5, so daß eine Verbrennung stattfindet. Weitere zur Verbrennung in dem ersten Abschnitt 2 erforderliche Luft yird dem zweiten Abschnitt 3 abgesaugt, so daß sich bei kleinster Leistung die Verbrennung in dem ersten Abschnitt 2 abspielt. Hierdurch erfolgt eine Aufheizung auch der Verbrennungsluft in dem zweiten Abschnitt 3 und infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung gelangt das heiße Verbrennungsgas bzw. die heiße Luft in den Brennraum 1 und kann an deren Begrenzung zur Raumoder Flächenbeheizung, z.B. zur Beheizung einer Kochplatte abgenommen werden. Bei Veränderung der Brennstoffmenge dringt die Verbrennung immer weiter in den zweiten'Abschnitt 3 ein und findet schließlich dort statt, wobei die Flamme bis in den Brennraum 1 reichen kann, um so die maximale Leistung zu erreichen.

Durch die Ausgestaltung der Platte 8 und die Abstimmung der Austrittsöffnungen bzw. der Geometrie der Flammenleiteinsatzes 28 ist die Form der Flamme bzw. des in den Brennraum 1 austretenden Vefbrennungsgases bestimmbar. So wird im Falle einer Haushaltsheizung mit Kochmöglichkeit eine kurze Bauweise mit tellerförmiger,flacher und damit flächenhafter Heizbeaufschlagung gewünscht, bei der Verwendung z.B. als Fahrzeugheizgerät 84 02 21 · -9-

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jedoch eine strahlförmige Beaufschlagung. Von Vorteil ist ferner, daß die erfindungsgemäGe Anordnung sowohl mit senkrechter als auch mit waagrechter Achse betrieben werden kann. Die Regelung kann durch die Veränderung der Brennstoffmenge stufenweise oder gleitend erfolgen, die Brennstoffförderung erfolgt durch eine bekannte Dosierpumpe und ist damit weitgehend viskositätsunabhängig. Eine zusätzliche Regelung zu kleinsten Leistungen ist durch Verringerung der Verbrennungsluftmenge möglich, so daß insgesamt ein weiter Regelbereich besteht.

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Claims

J. Eberspächer 21. Februar 1984

Eberspächerstr. 24

Esslinoen/N. 1327 D

Patentansprüche

1-1 Brennkammer für mit flüssigem Brennstoff betriebene Heizeinrichtungen, bestehend aus einem Brennraum mit einem zugeordneten ersten Abschnitt, in welchem die Verbrennungs- · luftzufuhr tangential erfolgt und einem M/eiteren zvi/eiten Abschnitt, an welchem seitlich in einem Stutzen die Zündeinrichtung sou/ie ein Anschluß für die über eine Dosierpumpe erfolgende Brennstoffzufuhr und die Kerzenbelüftung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (2) von dem Brennraum (1) durch eine eine zentrale Durchtrittsöffnung (14) aufweisende Platte (13) getrennt ist und aus einem kegelstumpfförmigen Teil (9) mit zylindrischem Ansatz (4) besteht, wobei der verjüngte Teil des kegelstumpfförmigen Teiles (9) in Richtung auf den Brennraum (1) zeigt und mit einem Stutzen (15) zur tangentialen Verbrennungsluftzuführung versehen ist und der zweite Abschnitt (3) topfförmig ausgebildet und an seiner offenen Seite mit dem ersten Abschnitt (2) verbunden ist und einen seitlichen Stutzen (5) aufweist, daß ferner der. seitliche Stutzen (5) zur Aufnahme der Zündkerze (6*) ausgebildet .ist und einen Anschluß (7) für die Brennstoffzuführung aufweist, und daß ferner von dem ersten Abschnitt (2) zum seitlichen Stutzen (5) des zv^eiten Abschnittes (3; eine Leitung (8) zur Kerzenbelüftung verläuft, und daß schließlich im Bereich des Anschlusses des zweiten Abschnittes (3) an den ersten Abschnitt (2) ein innenliegender

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-2-blendenartiger Einsatz (16) angeordnet ist.
2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der blendenartige Einsatz (16) kreisringförmigen Querschnitt aufweist, wobei der äußere Rand um etwa 90 zur Bildung eines Anlagerandes (17) und der innere Rand (18) um etwa 90 in entgegengesetzter Richtung abgewinkelt ist.
3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des inneren Durchmessers zum äußeren Durchmesser des blendenartigen Einsatzes (16) 1 : 1,2 bis 1 : 4, vorzugsweise 1 ; 2 beträgt.
4. Brennkammer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,' daß unterhalb des'blendenartigen Einsatzes (16) eine Überhitzungsschutzscheibe (19) angeordnet ist, die einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist und an ihrem inneren Rand um etwa 90 zur Bildung eines Anlageflansches (20) abgewinkelt ist und daß diese Überhitzungsschutzscheibe (19) mit ihrem abgewinkelten Anlageflansch (20) an dem abgewinkelten inneren Rand des blendenartigen Einsatzes (16) anliegend angeordnet ist, wobei die kreisringförmige Scheibe im Abstand zu dem blendenartigen"Einsatz (16) angeordnet ist und einen etwas geringeren Außendurchmesser aufweist als der innere Durchmesser des zweiten Abschnittes (3).
5. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennraum (1) zugewandte Seite der Platte (13) eine von etwa dem inneren Rand (22) bis zu einem einen Flansch bildenden waagrechten Abschnitt (23) am äußeren Rand (24) ansteigende Fläche (25) aufweist.

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6. Brennkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel (o() der ansteigenden Fläche (25) zwischen 15 und 90 , vorzugsweise 20° beträgt.
7. Brennkammer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet. daß sich an die ansteigende Fläche (25) der Platte (13" beidseitig ein eben verlaufender Abschnitt (26) anschließt.
8. Brennkammer nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, dadurch nekennzeiohnet, daß die ansteigende Fläche (25) konkav «.-pr
9. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis B, rpcurch gekennzeichnet, daß die Platte "(13) in ihrem eben verlaufenden . inneren Abschnitt (26) zur Aufnahme eines Flammenleiteinsatzes (28) ausgebildet ist.
10. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenleateinsatz (-28) aus einem hohlz\- linderförmigen Körper.mit angeformtem Auflageflansch (29) besteht.
11. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der·Flammenleiteansatz (28) aus einem etwa hohl-kegelstumpfförmigen Körper besteht.
12. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Stutzen (5) des zweiten Abschnittes (3) in einem Winkel von 30 bis 90 , vorzugsweise 75 gegenüber der Brennerlängsachse angeordnet ist.

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