DE4216523A1

DE4216523A1 - Brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere Fahrzeugzusatzheizgerät

Info

Publication number: DE4216523A1
Application number: DE19924216523
Authority: DE
Inventors: Horst Dedio; Randolf Siemens
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Current assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1993-12-02
Anticipated expiration: 2012-05-20
Also published as: DE4216523C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere Fahrzeugzusatzheizgerät, mit einem eine Dralldüse umfassenden Brenner, der mit Brennstoff und Brennluft zur Erzeugung eines brennbaren Gemisches versorg bar ist, das in einer Brennkammer, in deren Rückwand die Dralldüse angeordnet ist, unter Flammenbildung verbrannt wird.

Aus DE 36 08 698 A1 ist eine Brenner-Heizkesseleinheit be kannt, bei dem eine Mischvorrichtung mittels einer Brenn stoff-Förderpumpe und einer Druckluftquelle versorgt wird, wobei der Druck der Druckluftquelle größer als etwa 15 mbar ist. Die Luft wird hierbei unter einem Druck zugeführt, der relativ hoch ist und vorzugsweise zwischen 20 und 200 mbar liegt. Die Dralldüse dient hierbei insbesondere auch zur Brennstoffzerstäubung bei der Gemischaufbereitung.

Aus DE 30 10 078 C2 ist ein mit flüssigem Brennstoff betrie bener Brenner für Heizvorrichtungen, insbesondere Fahrzeug heizvorrichtungen, bekannt, welcher einen an einem Ende ei ner Brennkammer sitzenden Niederdruckzerstäuber hat, der von einem Brennereinsatz und einer Düse gebildet ist, die mit Brennstoff und einem Primärluftstrom beaufschlagt ist. Hierbei handelt es sich um einen Brenner der Niederdruckzer stäuberbauart.

Aus DE 40 02 570 A1 ist ein brennstoffbetriebenes Heizge rät bekannt, das insbesondere als Fahrzeugzusatzheizgerät bestimmt ist und das einen Dralldüsenbrenner als Brenner aggregat hat. Dieser Dralldüsenbrenner ist in einer Rück wand der Brennkammer angeordnet.

Aus DE 32 33 321 C2 und DE 34 00 048 C2 sind Fahrzeugzu satzheizgeräte und Verdampfungsbrenner hierfür bekannt, welche einen mit flüssigem Brennstoff beaufschlagbaren saug fähigen Körper aufweisen, welcher eine Brennstoffverdampfung bewirkt.

Insbesondere bei den brennstoffbetriebenen Heizgeräten mit Dralldüsenbrennern der vorstehend genannten Art ist ein Zerstäubungsluftdruck erforderlich, der größer als etwa 15 mbar ist. Hierdurch sind starke und möglichst volumetrisch arbeitende Gebläse zur Brennluftversorgung notwendig, welche teuer sind und viel Platz in Anspruch nehmen. Ferner besteht die Gefahr einer unruhigen Verbrennung, da durch die äußere Rückströmung der Brennkammer die Rückwand stark aufgeheizt wird und sich hierdurch Schwierigkeiten auf Grund von Dampfblasenbildung im Brennstoff ergeben.

Demgegenüber zielt die Erfindung darauf ab, ein brennstoffbe triebenes Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeugzusatzheizge rät, mit einem Dralldüsenbrenner der gattungsgemäßen Art be reitzustellen, welches bei niedrigen Luftdrücken mit einem großen Regelbereich betreibbar ist und sich kostengünstig darstellen läßt.

Nach der Erfindung zeichnet sich ein brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere Fahrzeugzusatzheizgerät, mit einem eine Dralldüse umfassenden Brenner, der mit Brennstoff und Brennluft zur Erzeugung eines brennbaren Gemisches versorg bar ist, das in einer Brennkammer, in deren Rückwand die Dralldüse angeordnet ist, unter Flammenbildung verbrannt wird, dadurch aus, daß auf der Rückwand der Brennkammer bis nahezu zum Düsenaustritt der Dralldüse ein saugfähi ger und vom Brennstoff beaufschlagbarer Körper vorgesehen ist.

Beim erfindungsgemäßen brennstoffbetriebenen Heizgerät ist der Brenner eine Art Kombination aus einem Brenner mit einer Dralldüse und einem Verdampfungsbrenner, da auf der Rück wand der Brennkammer ein saugfähiger und vom Brennstoff be aufschlagbarer Körper vorgesehen ist. Der Brenner beim er findungsgemäßen Heizgerät ist derart ausgelegt, daß die Dralldüse vorzugsweise mit niederem Druck betreibbar ist und die Dralldüse hierbei lediglich die Funktion übernimmt, den Brennstoff zu verteilen, der auf den saugfähigen Körper und die Brennkammerwände, welche sich schnell aufheizen, trifft und von dort verdampft wird. Durch diese Kombination von Dralldüse und Verdampfungsbrenner läßt sich ein brenn stoffbetriebenes Heizgerät bereitstellen, das im Niederdruck bereich arbeiten kann und günstige Regeleigenschaften hat.

Der saugfähige Körper auf der Rückwand der Brennkammer er möglicht vorzugsweise ein Abregeln bis zu einem Zerstäu bungsluftdruck von etwa 1,5 mbar, wobei die Brennwerte und die Betriebscharakteristik hierbei jenen entsprechen, die man bei Verdampfungsbrennern erhält.

Da der Brenner des brennstoffbetriebenen Heizgeräts nach der Erfindung mit einem relativ niedrigen Versorgungsluftdruck betreibbar ist, lassen sich Brennluftgebläse, wie Ringkanal gebläse, einsetzen, die sich bei derartigen Heizgeräten be währt haben. Zum anderen nehmen derartige Gebläse wesentlich weniger Einbauraum in Anspruch und lassen sich relativ kosten günstig herstellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Brenn kammer zwei konzentrische Brennkammerräume, welche vonein ander thermisch isoliert sind. Somit hat der innere Brenn kammerraum eine möglichst geringe Masse und kann sich daher sehr schnell nach dem Start auf die Betriebstemperatur er wärmen, so daß der aus der Dralldüse austretende Brennstoff auf heiße Brennkammerwände des inneren Brennraums trifft. Die thermische Isolierung ermöglicht hierbei im gesamten Be triebsbereich, daß eine Rußbildung verhindert oder vermin dert wird. Hierdurch wird die Betriebszuverlässigkeit eines derartigen Heizgeräts mit einem solchen Brenner nach der Er findung verbessert. Durch die Isolierung der Rückwand der Brennkammer läßt sich auch die Problematik im Zusammenhang mit der Dampfblasenbildung, insbesondere bei der Verwendung von Benzin als flüssigem Brennstoff, beherrschen, so daß sich stoßende Verbrennungen vermeiden lassen.

Vorzugsweise ist am Austritt des inneren Brennkammerraumes eine Einschnürung vorhanden, welche vorzugsweise von einem Einschnürring gebildet wird. Hierdurch erhält man eine Brenn kammer mit einer Zweistufenverbrennung, bei der sich Sekun därluft in Strömungsrichtung nach der Einschnürung einleiten läßt. Bis zu der Einschnürung erhält man eine Verbrennung mit einem fetten Gemisch mit λ<1 und nach der Einschnü rung kann dann in der Brennkammer beim erfindungsgemäßen brennstoffbetriebenen Heizgerät eine Verbrennung mit λ<1 ablaufen. Hierdurch läßt sich der regelbare Betriebsbereich des Brenners beim erfindungsgemäßen Heizgerät erweitern. Ferner erhält man hierbei den Vorteil, daß die Sekundärluft bereits beim Entlangströmen an der Wand des inneren Brenn raums aufgeheizt wird, während beim Vollastbetrieb des Heiz geräts eine Kühlung des Brennraums im Primärbereich erfolgt, wodurch sich die Standzeit eines erfindungsgemäßen Heizge räts verbessern läßt.

Vorzugsweise ist der saugfähige Körper mittels eines mit Öffnungen versehenen Halters an der Brennkammerrückwand gehalten. Auf diese Weise wird der saugfähige Körper in zuverlässiger Weise an der Rückwand der Brennkammer fi xiert. Vorzugsweise wird der Halter für den saugfähigen Körper von einem Lochblech gebildet, d. h. einem Blech teil, welches mit mehreren Öffnungen versehen ist. Der saugfähige Körper wird vorzugsweise von einem Keramikvlies gebildet, welches den bei der Verbrennung auftretenden hohen Temperaturen standhalten kann.

Vorzugsweise ist beim erfindungsgemäßen brennstoffbetriebe nen Heizgerät die Brennkammer als Doppelrohranordnung aus gelegt, so daß man eine möglichst gedrängte Auslegung der Brennkammer aus möglichst einfach zu fertigenden Teilen er hält.

Das brennstoffbetriebene Heizgerät nach der Erfindung hat insbesondere einen Brenner, welcher als Kombination von Niederdruckzerstäuberbrenner und Verdampfungsbrenner aus gelegt ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeich nung näher erläutert.

Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Axialschnittansicht durch ein brennstoffbetriebenes Heizgerät mit einem Dralldüsen-Brenner gemäß einer ersten bevor zugten Ausführungsform nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnliche Axialschnittansicht eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts mit einem Dralldüsen-Brenner gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfin dung.

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

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt des für die Erfindung wesent lichen Teils eines insgesamt mit 1 bezeichneten Heizgeräts gezeigt, welches mit flüssigem Brennstoff betrieben wird. Als ein Brenner 2 ist hierbei ein Dralldüsen-Brenner 3 vor gesehen, welcher eine Dralldüse 4 umfaßt. Die Dralldüse 4 mündet etwa in Höhe einer Rückwand 5 in eine Primärbrennkam mer 6, welche beim dargestellten Beispiel von einem Brenn rohr 7 begrenzt wird. Am Austrittsende der Primärkammer 6 ist ein Einschnürring 8 vorgesehen, welcher eine Quer schnittsverengung am Austrittsbereich und am Übergang zu einer hieran axial anschließenden Sekundärbrennkammer 9 bil det. Auch die Sekundärbrennkammer 9 wird von einem konzen trisch um das Brennrohr 7 angeordneten, äußeren Brennrohr 10 begrenzt. Wie mit gebrochener Linie dargestellt ist, kann der Sekundärbrennkammer 9 Sekundärluft zugeleitet werden. Zwischen der Rückwand 5 und dem inneren, die Primärbrenn kammer 6 begrenzenden Rohr 7 sowie zwischen diesem inneren Brennrohr 7 und dem äußeren Brennrohr 10 sind jeweils Iso lierteile 11 zur thermischen Isolierung vorgesehen. Die Drall düse 4 ist am Heizgerät 1 zwischen einer Halteplatte 12 und der Rückwand 5 gehalten und umfaßt als Drallkörper 13 Schau feln oder Flügel sowie eine Brennstoffübergabeeinrichtung 14, welche in den von der Dralldüse 4 begrenzten Innenraum 15 bis nahe zum Düsenaustrittsende reicht. Diese Brennstoff übergabeeinrichtung 14 ist ebenfalls an der Halteplatte 12 gehalten und mit ihr ist eine Brennstoffversorgungsleitung 16 verbunden. Die Dralldüse 4 umfaßt ein Naßteil 17, wel ches der Primärbrennkammer 6 zugewandt in einer schneiden förmigen Zerstäubungseinrichtung 18 ausläuft. Mittels der Dralldüse 4 wird der über die Brennstoffübergabeeinrichtung 14 zugeleitete Brennstoff mit Primärluft vermischt, welcher durch die Drallkörper 13 eine Drallbewegung erteilt wird. Die Primärluft wird mit einem Versorgungsluftdruck zugeleitet, welcher sich auf bis zu etwa 1,5 mbar abregeln läßt. Der Primärbrennkammer 6 zugewandt ist auf der Rückwand 5 ein saug fähiger Körper 19 vorgesehen, welcher durch den flüssigen Brennstoff beaufschlagbar ist. Dieser saugfähige Körper 19 erstreckt sich auf der Rückwand 5 bis zur Nähe des Düsen austritts 20 der Dralldüse 4, und der saugfähige Körper 19 befindet sich am Übergang von Dralldüse 4 zu Primärbrenn kammer 6. Der saugfähige Körper 19 ist auf der der Primär brennkammer 6 zugewandten Seite mittels eines Halters 21 gehalten, welcher beim dargestellten Beispiel von einem Loch blech 22 gebildet wird, welches mehrere Durchgangsöffnungen 23 besitzt. Das Lochblech 22 ist an dem Brennrohr 7 für die Primärbrennkammer 6 in geeigneter Weise befestigt. Das Loch blech 22 ist derart ausgelegt, daß ein zur Längsmitte der Primärbrennkammer 6 liegender Ringbereich 24 des saugfähigen Körpers 19 unbedeckt ist, welcher bis nahe zu der schneiden förmigen Zerstäubungseinrichtung 18 des Naßteils 17 reicht, aber auf einem Trockenteil 25 der Dralldüse 4 aufliegt.

Ferner ist in Fig. 1 eine Elektrode 26 einer Hochspannungs zündeinrichtung 27 gezeigt, welche in die Primärbrennkammer 6 ragt.

Der Brenner 2 beim Heizgerät 1 stellt eine Kombination aus einer Dralldüse 4 und einem Verdampfungsbrenner mit dem saugfähigen Körper 19 dar. Eine solche Bauform eines Bren ners 2 läßt sich mit einem relativ niedrigen Zerstäubungs luftdruck von etwa 1,5 mbar betreiben, da die Dralldüse 4 im wesentlichen lediglich die Funktion einer Brennstoffver teilung von dem über die Brennstoffübergabeeinrichtung 14 abgegebenen Brennstoff auf den saugfähigen Körper 19 und die angrenzende vom Brennrohr 7 gebildete Brennkammerwand der Primärbrennkammer 6 hat. Insbesondere wird der auf den saugfähigen Körper 19 verteilte Brennstoff dann von dort verdampft, um zusammen mit der zugeführten Brennluft ein Brenngemisch zu erzeugen, welches mit Hilfe der Hochspannungs zündeinrichtung 27 in der Primärbrennkammer 6 gezündet und dann dort verbrannt wird. Somit kann der Brenner 2 bei dem Heizgerät 1 im Niederdruckbereich betrieben werden, so daß sich die Brennluftversorgung durch den verminderten Druck auf wirtschaftlichere Weise verwirklichen läßt. Auch ergeben sich günstige Regeleigenschaften eines derartigen Brenners 2 durch die Kombination von Dralldüse 4 mit saug fähigem Körper 19, so daß ein derartiger Brenner 2 insbe sondere für Fahrzeugzusatzheizgeräte geeignet ist, welche möglichst energiesparend und leicht regelbar betreibbar sein sollten.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante eines insgesamt mit 2′ bezeichneten Brenners verdeutlicht. Als wesentlicher Un terschied dieser Ausführungsform nach Fig. 2 gegenüber jener nach Fig. 1 ist die Ausbildung des Naßteils 17′ der Drall düse 4′ anzusehen. Dieses Naßteil 17′ ist bei der Auslegung nach Fig. 2 als ein Tiefziehteil 30 ausgelegt, welches mit tels Tiefziehen aus einem dünnen Blechmaterial hergestellt ist. In Fig. 1 hingegen ist das Naßteil 17 als Fräs- und/ oder Drehteil hergestellt. Hierdurch läßt sich die Herstel lung des Naßteils 17′ bei der Auslegungsform nach Fig. 2 vereinfachen. Die Brennstoffübergabeeinrichtung 14 kann bei beiden Ausführungsformen von einem Kunststoffteil gebildet werden, wie dies durch die entsprechende Schraffur in den Figuren der Zeichnung verdeutlicht ist. Ansonsten stimmt die Ausführungsform des Brenners 2′ nach Fig. 2 im wesentlichen mit jener nach Fig. 1 überein.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die voranste hend beschriebenen Einzelheiten der bevorzugten Ausführungs formen der Brenner 2, 2′ beschränkt, sondern es sind zahl reiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fach mann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. So können beispielsweise von der dargestellten Ausführungsform abweichend gestaltete Drallkörper 13 bei der Dralldüse 4, 4′ vorgesehen sein. Ferner kann die Brennstoff übergabeeinrichtung 14 beispielsweise einteilig mit dem Drall körper 13 ausgelegt sein. Auch kann ein anderweitig ausge stalteter Halter 21 für den saugfähigen Körper 19 eingesetzt werden, wobei dessen Durchgangsöffnungen 23 sich hinsichtlich Größe und Anordnung variieren lassen, was insbesondere von den Eigenschaften des zugeführten, flüssigen Brennstoffs ab hängig ist. Das Lochmuster des Lochblechs 22 kann beispiels weise bei einem Diesel-Brennstoff anders als bei der Ver wendung von Benzin als Brennstoff gewählt werden. Wesent lich bei der Auslegung des Brenners 2, 2′ ist es, daß die Dralldüse 4, 4′ mit Zerstäubungsluft unter geringem Druck betreibbar ist und im wesentlichen nur eine Brennstoff verteilungsfunktion hat, während der saugfähige Körper 19 die Funktion einer Brennstoffverdampfungseinrichtung für die Gemischaufbereitung übernimmt, welches dann mittels der Hoch spannungszündeinrichtung 27 in der Primärbrennkammer gezün det wird.

Bezugszeichen

1 Heizgerät insgesamt
2, 2′ Brenner
3 Dralldüsen-Brenner
4, 4′ Dralldüse
5 Rückwand
6 Primärbrennkammer
7 Brennrohr für Primärbrennkammer 6
8 Einschnürring
9 Sekundärbrennkammer
10 Brennrohr für Sekundärbrennkammer 9
11 Isolierteile
12 Halteplatte
13 Drallkörper
14 Brennstoffübergabeeinrichtung
15 Innenraum
16 Brennstoffversorgungsleitung
17, 17′ Naßteil
18 Schneidenförmige Zerstäubungseinrichtung
19 Saugfähiger Körper
20 Düsenaustritt
21 Halter
22 Lochblech
23 Durchgangsöffnungen
24 Ringbereich von saugfähigem Körper 19
25 Trockenteil
26 Elektrode
27 Hochspannungszündeinrichtung insgesamt
30 Tiefziehteil in Fig. 2

Claims

1. Brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere Fahr zeugzusatzheizgerät, mit einem eine Dralldüse (4; 4′) um fassenden Brenner (2; 2′), der mit Brennstoff und Brennluft zur Erzeugung eines brennbaren Gemisches versorgbar ist, das in einer Brennkammer (4), in deren Rückwand (5) die Dralldüse (4; 4′) angeordnet ist, unter Flammenbildung ver brannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückwand (5) der Brennkammer (6) bis nahezu zum Dü senaustritt (20) der Dralldüse (4; 4′) ein saugfähiger und vom Brennstoff beaufschlagbarer Körper (19) vorgesehen ist.

2. Brennstoffbetriebenes Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsluftdruck der Dralldüse (4; 4′) bis auf etwa 1,5 mbar absenkbar ist.

3. Brennstoffbetriebenes Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer zwei konzentri sche Brennkammerräume (6, 9), d. h. einen inneren und einen äußeren Brennkammerraum, umfaßt, welche voneinander ther misch isoliert sind (11).

4. Brennstoffbetriebenes Heizgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Austritt des inneren Brenn kammerraumes (6) eine Einschnürung (8) vorhanden ist.

5. Brennstoffbetriebenes Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Einschnürung ein Ein schnürring (8) eingesetzt ist.

6. Brennstoffbetriebenes Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der saug fähige Körper (19) mittels eines mit Öffnungen (23) verse henen Halters (21) an der Brennkammerrückwand (5) gehalten ist.

7. Brennstoffbetriebenes Heizgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (21) für den saugfä higen Körper (19) von einem Lochblech (22) gebildet wird.

8. Brennstoffbetriebenes Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Brennkammerraum (9) mit Sekundär-Brennluft versorgbar ist.

9. Brennstoffbetriebenes Heizgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der saugfähige Körper (19) von einem Keramikvlies gebildet wird.

10. Brennstoffbetriebenes Heizgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenn kammer als Doppelrohranordnung (7, 10) ausgelegt ist.

11. Heizgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (2; 2′) als Kombi nation aus Niederdruckzerstäuber- und Verdampfungsbrenner ausgelegt ist.