DE3710054A1 - Hochleistungsbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem regelbaren Hochlei­ stungsbrenner, d.h. mit einem solchen Brenner, der zur Erzeugung von unterschiedlich großen Wärmeleistungen ge­ eignet ist. Ein solcher Hochleistungsbrenner hat eine Brennkammer, in den eine Düse ragt und eine Gemischaufbe­ reitungseinrichtung, die neben anderen Einrichtungen eine Brennstoffördereinrichtung enthält.

Da bei derartigen Hochleistungsbrennern selbst in dem Be­ reich eine relativ hohe Temperatur auftritt, der vor der Brennkammer liegt, d.h. im sogenannten Brennerkopfraum, in dem beispielsweise die Düse und die Gemischaufbereitungs­ einrichtung angeordnet sind, bereitet die Regelbarkeit und insbesondere die stufenlose Regelbarkeit der Leistung eines solchen Brenners Schwierigkeiten. Durch diese relativ hohen Temperaturen neigen aber auch die dort liegenden Brennerbau­ teile, die temperaturempfindlich sind, zu Störungen, so daß sich bisher ein betriebssicheres Arbeiten eines solchen regelbaren Hochleistungsbrenners nicht ohne weiteres zuver­ lässig gewährleisten läßt.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten, einen Hochleistungs­ brenner bereitzustellen, dessen Leistung zuverlässig stu­ fenlos regelbar ist und der sich betriebssicher, insbe­ sondere unabhängig von der Höhe der Temperatur, betreiben läßt.

Nach der Erfindung zeichnet sich ein Hochleistungsbrenner mit einer in eine Brennkammer ragenden Düse und einer eine Brennstoffördereinrichtung enthaltenden Gemischaufberei­ tungseinrichtung dadurch aus, daß der Düse des Brenners eine Vormischkammer zur Vorvermischung von Brennstoff und Luft vorgeschaltet ist. Bei einer solchen erfindungsgemäßen Aus­ bildung eines Hochleistungsbrenners wird mit Hilfe der Vor­ mischkammer die Aufbereitung von Brennstoff und Luft (in Form einer Emulsion) ermöglicht, bei der sich die Brennstoff­ menge verändern und auf einfache Weise regeln läßt, um die Abgabeleistung des Brenners vorzugsweise stufenlos zu regeln. Diese vorgeschaltete Vormischkammer läßt sich an einer sol­ chen Stelle anordnen, die von der Temperatur in der Brenn­ kammer und/oder von anderen heißen Gasströmen, wie z.B. bei der Abgasnachverbrennung, unbeeinflußt ist. Auch die tem­ peraturempfindlichen Brennerbauteile sind an kühlen Stellen angeordnet, so daß diese betriebssicher arbeiten.

Zweckmäßigerweise erfolgt beim erfindungsgemäßen Hochlei­ stungsbrenner die Vorvermischung in der Vormischkammer un­ ter Verwendung von Hilfsluft, die der Vormischkammer von außen zugeleitet wird.

Vorzugsweise wird die Brennstoffmenge geregelt, die in die Vormischkammer eingeleitet wird. Hierzu kann beispielsweise ein getaktetes (gesteuertes) Magnetventil zwischen einer Brennstoffpumpe und dem Einlaß in die Vormischkammer ange­ ordnet sein. Durch diese Taktung des Magnetventils läßt sich dann eine zuverlässige Regelung der in die Vormischkammer eintretenden Brennstoffmenge erzielen.

Mittels der in die Drennkammer ragenden Düse wird das von der Vormischkammer kommende und voraufbereitete Brennstoff/ Luftgemisch an der Brennkammereintrittsseite des Brenners zerstäubt und dann mit Hilfe einer an sich üblichen Zünd­ einrichtung gezündet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach der Erfindung ist die Vormischkammer mit den Hilfsluft- und Brennstoffzu­ fuhrleitungen extern des Brenners angeordnet, um die in der Vormischkammer vorzunehmende Vorvermischung unabhängig von den Temperaturen in der Brennkammer und/oder eines eventuellen heißen Abgasstromes vorzunehmen. Die Hilfsluftfördereinrich­ tung und die Brennstoffversorgungseinrichtung mit Brenn­ stoffpumpe und gegebenenfalls einer Brennstoffmengenregel­ einrichtung, wie eines Magnetventiles, können zusammen mit der Vormischkammer eine Baueinheit bilden, die gesondert zum Brenner an einer geeigneten Stelle angeordnet ist und die dann über geeignete Einrichtungen mit der in die Brennkammer ragenden Düse verbunden ist.

Dank der erfindungsgemäßen Auslegung ist der Hochleistungs­ brenner nicht nur zur Wärmeerzeugung mit Hilfe eines Heiz­ gerätes geeignet, sondern er läßt sich auch in vorteilhafter Weise im Zusammenhang mit der Abgasnachverbrennung verwen­ den. Die Abgasnachverbrennung umfaßt hierbei nicht nur die Regenerierung eines Rußfilters von Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, sondern auch die Abgasnachverbrennung in Verbindung mit einem Abgaswärme­ tauscher, der zu Heizzwecken dient, wobei bei dem letztge­ nannten Anwendungsfall der Brenner zur Erzeugung von Wärme während der Phasen dient, während denen die Motorabgase keinen für die Wärmelieferung ausreichenden Wärmeinhalt ha­ ben. Die in die Vormischkammer eingeleitete Hilfsluft dient nicht nur zur Zerstäubung der unterschiedlichen und der Vor­ mischkammer zugeleiteten Brennstoffmengen, sondern die Brenn­ stoffleitung und die Düse werden in den Brennerpausen frei­ geblasen. Hierdurch läßt sich eine Verkokung des Brennstoffs vermeiden und zugleich wird die im heißen Abgasstrom der Brennstoffmaschine liegende Düse gekühlt.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezug­ nahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Hochleistungs­ brenners in einer Abgasleitung einer Brenn­ kraftmaschine, wobei dort als Anwendungsbei­ spiel einer Abgasnachverbrennung eine Rußfil­ terregenerierung gezeigt ist,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Ausführungs­ variante der Auslegung nach Fig. 1, wobei der Hochleistungsbrenner zur Abgasleitung der Brennkraftmaschine, die zum Rußfilter führt, parallel geschaltet ist, und

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Ausführungs­ variante, bei der in der Abgasleitung ein Abgaswärmetauscher angeordnet ist, dem ein Hochleistungsbrenner vorgeschaltet ist.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Bau­ teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Hochleistungsbrenner insgesamt be­ zeichnet. Nähere Einzelheiten desselben sind aus Übersicht­ lichkeitsgründen weggelassen. Zum Verständnis der Erfindung reicht es aus, daß der Hochleistungsbrenner 1 eine Brennkam­ mer 2 umfaßt, in die eine Düse 3 ragt, deren Mündungsöffnung in die Brennkammer 2 weist. Wie gezeigt ist der Brenner 1 in einer Abgasleitung 4 einer Brennkraftmaschine beispiels­ weise angeordnet, die nicht näher dargestellt ist. Der Düse 3 ist eine Vormischkammer 5 vorgeschaltet, der einerseits Hilfsluft 6 und andererseits Brennstoff über eine Brennstof­ fördereinrichtung 7 zugeführt wird. Bei dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Brennstofförder­ einrichtung 7 eine Brennstoffpumpe 8 und eine Brennstoff­ regeleinrichtung 9, die zwischen dem Ausgang der Brennstoff­ pumpe 8 und dem Eintritt in die Vormischkammer 5 angeordnet ist. Diese Brennstoffregeleinrichtung kann beispielsweise von einem Magnetventil gebildet werden, das zur Regelung der der Vormischkammer 5 zugeführten Brennstoffmenge durch Taktung gesteuert wird.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsvariante unterscheidet sich im wesentlichen von jener, die in Fig. 1 gezeigt ist, dadurch, daß ein Hochleistungsbrenner nicht direkt in die Ab­ gasleitung 4, sondern in einer parallel dazu liegenden Zweig­ leitung 10 angeordnet ist, die mittels einer schematisch dargestellten Klappe 11 öffen- und schließbar ist.

In Fig. 3 ist als alternatives Anwendungsbeispiel einer Abgasnachverbrennung eine solche gezeigt, bei der im An­ schluß eines in der Abgasleitung 4 liegenden Hochleistungs­ brenners 1′′ ein Abgaswärmetauscher 12 angeordnet ist. Die­ ser Abgaswärmetauscher dient zur Nutzung der in den Abgasen enthaltenen Wärme, beispielsweise zu Heizzwecken. Wenn aber die von der nicht dargestellten Brennkraftmaschine gelie­ ferten Abgase in der Abgasleitung 4 keine ausreichend hohen Temperaturen mehr haben, so kann der Abgaswärmetauscher 12 keine Wärme mehr liefern und mit Hilfe des Hochleistungs­ brenners 1′′ erfolgt dann eine Aufheizung der Abgase, bevor diese in den Abgaswärmetauscher eintreten, so daß selbst dann, wenn das von der Brennkraftmaschine gelieferte Abgas keinen ausreichenden Wärmeinhalt mehr hat, der Abgaswärmetauscher 12 noch Wärme, beispielsweise zu Heizzwecken, liefern kann. Alle weiteren Einzelheiten in Fig. 3 stimmen mit denen der vorstehend bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten überein.

Selbstverständlich kann ähnlich wie bei Fig. 2 auch bei dem Anwendungsbeispiel nach Fig. 3 der Hochleistungsbrenner 1′′ in einer zur Abgasleitung 4 parallel liegenden Zweiglei­ tung 10 angeordnet sein.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten An­ wendungsbeispiele beschränkt, sondern der erfindungsgemäße Hochleistungsbrenner kann auch für ein Heizgerät, wie ein Fahrzeugzusatzheizgerät, bestimmt sein, das dann natürlich nicht im Abgassystem des Fahrzeugs, sondern an irgendeiner anderen geeigneten Stelle des Fahrzeugs angeordnet ist.

Nachstehend wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Hochleistungsbrenners 1, 1′ oder 1′′ näher erläutert.

Wie gezeigt, ist die Vormischkammer 5 dem Brenner 1, 1′, 1′′ vorgeschaltet und sie kann beispielsweise außerhalb desselben an einer entsprechend geeigneten Stelle angeordnet sein. Die Brennstoffpumpe 8, die Brennstoffördereinrichtung 7 und die Einrichtung zur Zuführung der Hilfsluft 6 können zusammen mit der Vormischkammer 5 eine Baueinheit bilden. Diese sollte zweckmäßigerweise an einer relativ kühlen Stelle, d.h. außer­ halb von heißen Abgasen beispielsweise, angeordnet sein. Die der Vormischkammer von der Brennstoffpumpe 8 über die Brennstoffregeleinrichtung 9 zugeführte Brennstoffmenge ist zweckmäßigerweise stufenlos regelbar. Das in der Vormisch­ kammer in Form einer Emulsion aufbereitete Gemisch wird der Düse 3 zugeleitet und in der Brennkammer 2 zerstäubt. Die Hilfsluft bläst in den Brennerpausen die Leitungen und die Düse 3 frei, um Verkokungen des Brennstoffs zu vermeiden, durch die sich die Leitungen zersetzen könnten. Auch wird die im heißen Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordnete Düse 3 gekühlt, um einen zuverlässigen Wiederstart des Brenners 1, 1′, 1′′ zu gewährleisten.

Obgleich nicht näher dargestellt ist, können an der die Vor­ mischkammer 5 umfassenden Baugruppe auch weitere Bauteile des Brenners angeordnet sein, die temperaturempfindlich sind und die bei hohen Temperaturen zum Versagen neigen. Daher ist der erfindungsgemäße Hochleistungsbrenner 1, 1′, 1′′ betriebs­ zuverlässig betreibbar und insbesondere ist eine stufenlose Regelung der vom Hochleistungsbrenner 1, 1′, 1′′ gelieferten Leistung möglich.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die darge­ stellten Beispiele beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

• Bezugszeichenliste  1 Hochleistungsbrenner insgesamt in Fig. 1
   1′ Hochleistungsbrenner insgesamt in Fig. 2
   1′′ Hochleistungsbrenner insgesamt in Fig. 3
   2 Brennkammer
   3 Düse
   4 Abgasleitung
   5 Vormischkammer
   6 Hilfsluft
   7 Brennstoffördereinrichtung
   8 Brennstoffpumpe
   9 Brennstoffregeleinrichtung
  10 Zweigleitung (Fig. 2)
  11 Klappe
  12 Abgaswärmetauscher

Claims (10)

1. Hochleistungsbrenner mit einer in eine Brennkam­ mer ragenden Düse und einer eine Brennstofförderein­ richtung enthaltenden Gemischaufbereitungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Düse (3) des Brenners (1, 1′, 1′′) eine Vormischkammer (5) zur Ver­ mischung von Brennstoff und Luft vorgeschaltet ist.

2. Hochleistungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vormischkammer (5) eine Ge­ mischaufbereitung des über die Brennstoffördereinrich­ tung (7) zugeführten Brennstoffs mittels Hilfsluft (6) erfolgt, die in die Vormischkammer (5) eintritt.

3. Hochleistungsbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Vormischkammer (5) eingeleitete Brennstoffmenge regelbar ist.

4. Hochleistungsbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der eingeleiteten Brenn­ stoffmenge ein getaktet gesteuertes Magnetventil (9) vorgesehen ist.

5. Hochleistungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung des in der Vormischkammer (5) aufbereiteten Gemisches mittels der in die Brennkammer (2) ragenden Düse (3) erfolgt.

6. Hochleistungsbrenner nach einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormischkammer (5) extern angeordnet ist.

7. Hochleistungsbrenner nach einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochleistungsbrenner (1, 1′′, 1′, 14) zur Abgasnachver­ brennung dient.

8. Hochleistungsbrenner nach Anspruch 7 in Verbin­ dung mit einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Hilfsluft (6) zur Vormischkammer auch während der Brennpausen dauernd aufrechterhalten wird.

9. Hochleistungsbrenner nach Anspruch 7 oder 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abgasnachverbrennung für eine Rußfilterregenerierung bestimmt ist.

10. Hochleistungsbrenner nach Anspruch 7 oder 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abgasnachverbrennung für einen Abgaswärmetauscher (12) bestimmt ist.