DE3522697C2 - - Google Patents

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DE3522697C2 DE3522697A DE3522697A DE3522697C2 DE 3522697 C2 DE3522697 C2 DE 3522697C2 DE 3522697 A DE3522697 A DE 3522697A DE 3522697 A DE3522697 A DE 3522697A DE 3522697 C2 DE3522697 C2 DE 3522697C2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
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    • F23D11/345Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space by ultrasonic means or other kinds of vibrations with vibrating atomiser surfaces

Description

Die Erfindung betrifft die Anordnung eines Ultraschallzerstäubers in einem mit flüssigem Brennstoff betriebenen Heizgerät, das aus einer Brennkammer mit einem an diese anschließenden Wärmetauscher und einer Zündzone, in welche die Zündeinrichtung ragt, sowie einem Brennerkopf mit Mitteln zur Brennstoff- und Verbrennungs­ luftzufuhr besteht, wobei der Ultraschallzerstäuber aus einem piezoelektrischen Teil mit zugehöriger Stromzuführung zwischen einem vorderen und einem hinteren metallischen Teil besteht, der vordere metallische Teil einen Hornstrahler mit angesetztem Zer­ stäuberteller und der Hornstrahler eine mittige Längsbohrung für den Brennstoff aufweist, die mit einer radialen Bohrung zur Brenn­ stoffzufuhr in Verbindung steht, und der Ultraschallzerstäuber innerhalb des Brennerkopfes in dessen Längsachse in einem mit einer abgesetzten Längsdurchgangsbohrung versehenen Aufnahmekörper an­ geordnet und an eine Anlagefläche innerhalb der abgesetzten Bohrung durch ein am hinteren metallischen Teil angreifendes Federelement angedrückt ist.
Eine derartige Anordnung eines Ultraschallzerstäubers ist aus der DE-OS 33 43 617 bekannt. Diese beschreibt eine Ultraschall­ zerstäuberanordnung für kleine Heizgeräte und zeigt die Aus­ gestaltung insbesondere der Zündzone. Die radiale Bohrung ist bei diesem Ultraschallzerstäuber in dessem hinteren metallischen Teil ausgebildet. Durch die starre Verbindung mit der Brennstoffzuführung trägt diese zu einer Be­ dämpfung des Schwingungssystems bei.
In der DE-OS 27 43 863 ist eine Anzahl von Anordnungen zur Halterung eines Ultraschallzerstäubers in einer stationären Brenneranlage dargestellt und beschrieben. Dabei erfolgt die radiale Brennstoffeinführung jeweils im vorderen metallischen Teil des Zerstäubers. Diese Anordnungen weisen jedoch den Nach­ teil auf, daß durch die Halterung und die Verbindung zur Brenn­ stoffzufuhr eine starke mechanische Bedämpfung der Ultraschall­ schwingungen auftritt, ferner, daß die Brennstoffzuführung durch die Schwingungen des Ultraschallschwingers belastet wird. Bei diesen bekannten Anordnungen werden die schwingungsphysikalischen Zusammenhänge zwischen der Brennstoffzuführung und der Halterung des Ultraschallschwingers (Ultraschallzerstäubers) nicht aus­ reichend beachtet. Ein weiterer Nachteil besteht in dem größeren Montageaufwand, insbesondere durch erforderliche Verschraubungen, die überdies in dem schwingenden System besonders gesichert werden müssen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungs­ gemäße Anordnung eines Ultraschallzerstäubers in einem Heizgerät aufzuzeigen, bei welcher die Beeinflussung des Schwingungssystems möglichst ge­ ring ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Aufnahme­ körper im Bereich der abgesetzten Bohrung eine Ringnut und eine in diese Ringnut mündende radiale Bohrung aufweist, wobei die Ringnut gleichzeitig eine Verbindung zu der im vorderen metallischen Teil ausgebildeten radialen Bohrung darstellt, und ferner das Andrücken des Ultraschallzerstäubers durch eine an seinem hinteren metallischen Teil angreifende schwenk­ bare federnde Spange erfolgt.
Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird erreicht, daß das Brennstoffzuführungsrohr von dem Ultraschallzerstäuber getrennt und damit schwingungsmäßig abgekoppelt ist und daß durch die federnde Lagerung mittels Spange eine geringe Bedämpfung auf­ tritt. Außerdem ist diese Anordnung leicht montierbar und kommt ohne einzelne Kleinteile, wie Schrauben, aus.
Zur Verkleinerung der Auflagefläche des Ultraschallzerstäubers in der Längsdurchgangsbohrung des Aufnahmekörpers ist gemäß einer Weiterführung der Erfindung zwischen dem Ultraschall­ zerstäuber und der Anlagefläche der abgesetzten Bohrung ein Anlagering angeordnet. Der Anlagering kann dabei aus einem ein­ fachen Ring bestehen oder aus einem Profilring, der im Quer­ schnitt eine nach oben gerichtete Spitze aufweist, so daß der Ultraschallzerstäuber nur linienförmig aufliegt.
Bei der gattungsgemäßen Anordnung erfolgt die Verbrennungsluft­ zufuhr stromaufwärts, also vor dem Ultraschallzerstäuber und wird diesen umströmend der Zündzone zugeführt. Um hierzu einen besonders großen Durchströmquerschnitt zu erreichen, ist gemäß einer Weiterführung der Erfindung vorgesehen, daß der Aufnahme­ körper über mindestens einen Steg mit dem Brennerkopf verbunden ist, wobei der Steg die radiale Bohrung aufweist. Dabei können die Stege in dem Brennerkopf eingegossen sein und dabei auch als Leitflächen für die Verbrennungsluftströmung ausgebildet sein. Erfindungswesentlich ist auch die Halterung des Ultraschallzer­ stäubers mittels einer schwenkbar gelagerten federnden Spange. Eine Weiterführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spange stromabwärts abgebogene Fortsätze mit endseitigen Schlaufen trägt, mit denen sie über je einen an der Innenwand des Brennerkopfes angebrachten Ansatz schwenkbar gelagert ist. Dabei kann der Ansatz an der Innenfläche des Brennerkopfes angeformt sein. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung wird sichere Zen­ trierung bei gleichzeitiger Halterung des Ultraschallzerstäubers erreicht. Vorteilhaft ist auch, daß die schwenkbar gelagerte Spange nicht lose eingelegt ist und deshalb bei einer Demontage des Zerstäubers nicht verlorengehen kann, wie es z.B. bei der Halterung mittels eingelegter Feder gemäß der DE-OS 33 43 617 vorkommen kann.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung ist in den Figuren vereinfacht dargestellt. Dabei zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch den Brenner­ kopf, mit Lagerung und Halterung des Ultraschallzerstäubers, sowie der Brennstoffzuführung
Fig. 2 eine Variante der Lagerung des Ultraschallzerstäubers.
Fig. 1 zeigt den Brennerkopf 1, der mit dem Gehäuse des Heizge­ rätes lösbar verbunden ist. An dem Brennerkopf 1 ist ein Stutzen 5 zur Verbrennungsluftzufuhr angeformt, eine Bohrung 6 trägt einen tüllenartigen elastischen Einsatz 7 mit einer Bohrung zur Durchführung der elektrischen Anschlüsse 8 des Ultraschallzer­ stäubers 9. Ferner sind an dem Brennerkopf 1 nach innen ragende Ansätze 10 angeformt, die der Halterung der schwenkbar ange­ ordneten, aus Federstahldraht bestehenden Spange 11 dienen. Diese aus Federstahldraht bestehende Spange 11 hat eine zur akustisch wirksamen Ersatzmasse des Ultraschallzerstäubers 9 selbst vergleichbar geringe Eigenmasse, was zu einer nur gering­ fügigen Bedämpfung der Zerstäuberschwingung beiträgt.
In der Längsachse 15 des Brennerkopfes 1 befindet sich der Auf­ nahmekörper 12, in dem der Ultraschallzerstäuber 9 gelagert ist. Dieser Aufnahmekörper 12 ist mit dem Brennerkopf 1 über zwei oder drei Stege 13, 14 verbunden. (Er kann jedoch auch mittels einer mit Luftdurchtrittsbohrungen versehenen Scheibe mit dem Brennerkopf verbunden sein, wobei in diesem Fall die Spange 11 schwenkbar an einem entsprechenden Element der Scheibe angeordnet ist). Durch die Anordnung der Stege 13, 14 wird eine besonders gute Verbrennungsluftzufuhr erreicht. Hierbei ist es möglich, die Stege 13, 14 als Luftleitelemente, z.B. in Schaufelform auszu­ bilden. Die Stege 13, 14 können an dem Brennerkopf 1 angeformt sein. Einer der Stege, in dem Ausführungsbeispiel der Steg 13, weist eine Bohrung 16 auf. Diese dient der Brennstoffzuführung zu dem Ultraschallzerstäuber 9. Im Ausführungsbeispiel ist eine Brennstoffleitung 17 in der Bohrung 16 angeordnet, natürlich kann auch ein Stutzen angeformt sein.
Der Aufnahmekörper 12 weist eine Längsdurchgangsbohrung 18 auf. Diese ist als abgesetzte Bohrung mit mindestens einem Abschnitt 18 a größeren Durchmessers und einem Abschnitt 18 b geringeren Durchmessers ausgebildet. Dabei dient die zwischen den beiden Abschnitten gebildete Schulter 18 c als Auflager für den Ultra­ schallzerstäuber 9. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist eine weitere Anlagefläche 18 d angeformt, so daß die Auflage­ fläche für den Ultraschallzerstäuber 9 so gering wie möglich ist. Die Fig. 2 zeigt eine Variante mit einer einmal abgesetzten Bohrung 18 und einem auf die Anlagefläche 18 d aufgesetzten Auf­ lagering 19. Dieser Ring ist so ausgebildet, daß die Auflage für den Ultraschallzerstäuber 9 nur aus einer Kreislinie besteht und so minimiert ist.
Damit wird die mechanische Bedämpfung der Zerstäuberschwingungen auf ein Minimum herabgesetzt. In dem Abschnitt 18 a größeren Durchmessers ist eine Ringnut 20 angeordnet. Diese wirkt zu­ sammen mit der Brennstoffzuführungsbohrung 16, d. h. der über die Brennstoffleitung 17 zugeführte Brennstoff gelangt in die Ringnut 20 und von dort in den Ultraschallzerstäuber 9, ohne daß eine feste Verbindung zwischen dem Zerstäuber 9 und dem Auf­ nahmeteil 12 besteht. Der Ultraschallzerstäuber 9 ist in bekannter Weise ausgebildet und besteht aus einem aus zwei ringförmigen Scheiben gebildeten piezoelektrischen Wandlerelement 21 mit den zugehörigen elektrischen Anschlüssen 8, das mechanisch fest mit einem Amplitudentransformator oder Horn 22 gekoppelt ist. Dabei erfolgt im Wandlerelement 21 die Umformung von elektrischer in mechanische Energie, während in dem Horn 22 eine Vergrößerung der Amplitude erzielt wird. Das Horn 22 ist an einem metallischen Teil 23 angeformt und weist an seinem stromabwärtigen Ende einen Zerstäuberteller 24 auf. Das metallische Teil 23 (stromaufwärtiges Teil des Hornes 22) ist mit einer radialen Bohrung 32 versehen, die bis zur Längsachse des Ultraschallzerstäubers 9 reicht und dort in eine Längsbohrung 25 des Hornes 22 mündet. Die radiale Bohrung 32 ist in Durchlaßverbindung mit der Ringnut 20, so daß der Brennstoff über die Brennstoffzuführungsleitung 17, die Ringnut 20, die radiale Bohrung 32 und die Längsbohrung 25 der Zündzone zugeführt werden kann. Um die Einspannstelle möglichst nahe an die schwingenden piezoelektrischen Elemente zu legen, um möglichst wenig Dämpfung der Schwingungen zu verursachen, weist der vordere metallische Teil 23 des Ultraschallzerstäubers 9 eine Höhe von (D + 2 a) auf, wobei D der Durchmesser der radialen Bohrung 32 und a die Wandstärke der radialen Bohrung 32 gemessen zur Anlagefläche 18 d ist, wobei diese Wandstärke erforderlichenfalls sehr klein, d. h. ca. 0,5 ... 1 mm gehalten werden kann. Damit wird erreicht, daß die Anlagefläche 18 d einen nur geringen Abstand zu dem Schwingungsknoten des Ultra­ schallzerstäubers 9 hat. Stromaufwärts des piezoelektrischen Wandlerelementes 21 ist ein hinteres metallisches Teil 26 ange­ ordnet, das zugleich als Mutter der Verschraubung des Ultra­ schallzerstäubers 9 dient. Dieses Teil 26 weist als stromauf­ wärtigen Abschluß eine ebene Stirnfläche 27 auf, die zur Fixierung der Spange 11 eine zentrale Vertiefung 28 aufweisen kann, so daß eine punktförmige Berührung zwischen der Spange 11 und der Stirnfläche 27 gegeben ist. Dieses hat eine starke akustische Fehlanpassung zwischen Ultraschallzerstäuber 9 und der Spange 11 zur Folge, was ebenfalls zu einem nur gering­ fügigen Bedämpfen der Zerstäuberschwingung führt.
Die Spange 11 besteht aus Federstahldraht und trägt stromab­ wärts abgebogene Fortsätze 29 mit endseitigen Schlaufen 30 zur schwenkbaren Lagerung in den Ansätzen 10 des Brennerkopfes 1. Die Spange 11 weist ferner einen stromabwärts gerichteten mittigen Vorsprung 31 auf, der in die zentrale Vertiefung 28 der Stirnfläche 27 des Zerstäubers 9 einrastet und den Ultra­ schallzerstäuber 9 damit gegen das Auflager 18 c preßt und ihn so hält.
Mit dieser Anordnung ist eine sehr einfache, sichere und schnell zu montierende Anordnung aufgezeigt, die besonders gute Zerstäubungseigenschaften aufweist und für Heizgeräte für Fahrzeuge geeignet ist.

Claims (4)

1. Anordnung eines Ultraschallzerstäubers in einem mit flüssigem Brennstoff betriebenen Heizgerät, das aus einer Brennkammer mit einem an diese anschließenden Wärmetauscher und einer Zündzone, in welche eine Zündeinrichtung ragt, sowie einem Brennerkopf mit Mitteln zur Brennstoff- und Verbrennungsluft­ zufuhr besteht, wobei der Ultraschallzerstäuber aus einem piezoelektrischen Teil mit zugehöriger Stromzuführung zwischen einem vorderen und einem hinteren metallischen Teil besteht, der vordere metallische Teil einen Hornstrahler mit angesetz­ tem Zerstäuberteller und der Hornstrahler eine mittige Längs­ bohrung für den Brennstoff aufweist, die mit einer radialen Bohrung zur Brennstoffzufuhr in Verbindung steht, und der Ultra­ schallzerstäuber innerhalb des Brennerkopfes in dessen Längs­ achse in einem mit einer abgesetzten Längsdurchgangsbohrung versehenen Aufnahmekörper angeordnet und an eine Anlagefläche innerhalb der abgesetzten Bohrung durch ein am hinteren metal­ lischen Teil angreifendes Federelement angedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (12) im Bereich der ab­ gesetzten Bohrung (18) eine Ringnut (20) und eine in diese Ringnut (20) mündende radiale Bohrung (16) aufweist, wobei die Ringnut (20) gleichzeitig eine Verbindung zu der im vorderen metallischen Teil ausgebildeten radialen Bohrung (16) darstellt, und ferner das Andrücken des Ultraschallzerstäubers (9) durch eine an seinem hinteren metallischen Teil (26) angreifende schwenkbare federnde Spange (11) erfolgt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ultraschallzerstäuber (9) und der Anlagefläche (18 d) der abgesetzten Bohrung (18) ein Anlagering (19) angeordnet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (12) über mindestens einen Steg (13) mit dem Brennerkopf (1) verbunden ist, wobei der Steg (13) die radiale Bohrung (16) aufweist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spange (11) stromabwärts abgebogene Fortsätze (29) mit endsei­ tigen Schlaufen (30) trägt, mit denen sie über je einen an der lnnenwand des Brennerkopfes (1) angebrachten Ansatz (10) schwenk­ bar gelagert ist.
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