DE4216532C2

DE4216532C2 - Low pressure air flow atomizer for a burner liquid fuel

Info

Publication number: DE4216532C2
Application number: DE19924216532
Authority: DE
Inventors: Horst Dedio; Ruediger Galtz; Albrecht Otte
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Current assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2012-05-20
Also published as: DE4216532A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Niederdruckluftstrom-Zerstäuber für flüssigen Brennstoff eines Brenners gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a low pressure airflow atomizer for liquid fuel of a burner according to the preamble of patent claim 1.

Aus DE 36 08 698 C2 ist ein Niederdruckluftstrom-Zerstäuber für einen Brenner der eingangs genannten Art bekannt. Die Dralldüse mit dem oder den Drallkörpern und der Brennstoffübergabeeinrichtung sowie einem Naßteil, welches eine sich in Strömungsrichtung verjüngende Zerstäubungsschneide bildet, sind hierbei als Dreh- und Frästeile ausgebildet. Die Herstellungskosten für derartige Dreh- und Frästeile sind relativ hoch und daher ist ein derartiger Zerstäuber für eine Massenfertigung ungeeignet. Ferner hat sich gezeigt, daß die sich in Strömungsrichtung verjüngende Zerstäubungsschneide sich mit zunehmenden Betriebsstunden derart abnutzt, daß die Schneidenkante dicker wird. Hierdurch verschlechtert sich die Zerstäubungswirkung. Da die der Dralldüse zugeordneten Teile einschließlich der Zerstäubungsschneide relativ dicke Querschnitte haben, wird viel Wärme zu der Brennstoffübergabeeinrichtung abgeleitet, wodurch die Gefahr der Dampfblasenbildung im zugeführten Brennstoff wächst, was einen Flammabriß zur Folge haben kann. Ferner handelt es sich bei der Zerstäubungsschneide um ein empfindliches Teil, welches leicht bei der Handhabung und/oder der Montage beschädigt werden kann. Zusätzlich sind Drall- und Verwirbelungsverluste im Bereich der Kante der Zerstäubungsschneide in Kauf zu nehmen.From DE 36 08 698 C2 is a low pressure airflow atomizer for a burner known type. The swirl nozzle with the swirl body (s) and the Fuel transfer device and a wet part, which is in Forming tapering atomizing cutting edge are here as turning and Milled parts trained. The manufacturing costs for such turned and milled parts are relatively high and therefore is such an atomizer for mass production not suitable. It has also been shown that the tapering in the direction of flow Atomizing cutting edge wears down with increasing operating hours in such a way that the Cutting edge becomes thicker. This worsens the atomization effect. Since the parts assigned to the swirl nozzle, including the atomizing cutting edge have relatively thick cross sections, a lot of heat becomes the Derived fuel transfer device, reducing the risk of vapor bubbles grows in the supplied fuel, which may result in a flameout. Further the atomizing blade is a sensitive part that is light can be damaged during handling and / or assembly. In addition are Twist and swirl losses in the area of the edge of the atomizing cutting edge in To take purchase.

Aus US 4,018,387 ist ein Luftstrom-Zerstäuber für einen flüssigen Brennstoff bekannt. Bei diesem wird der Brennstoff zwischen zwei einen Ringspalt bildenden, geringfügig voneinander beabstandeten Scheiben in einen Luftstrom eingeführt. Der Ringspalt soll eine feine Vernebelung des Brennstoffes ermöglichen und eine Tropfenbildung vermeiden. Der Aufbau des bekannten Zerstäubers ist relativ aufwendig.An airflow atomizer for a liquid fuel is known from US 4,018,387. In this case, the fuel between two forming an annular gap is minimal spaced disks inserted into an air stream. The ring gap a fine nebulization of the Enable fuel and avoid droplet formation. The structure of the known Atomizer is relatively expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Niederdruckluftstrom-Zerstäuber für flüssigen Brennstoff eines Brenners der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, welcher eine weitgehend gleichbleibende Zerstäubungsgüte gewährleistet und für eine Massenfertigung geeignet ist.The invention has for its object a low pressure airflow atomizer for to provide liquid fuel of a burner of the generic type, which largely constant atomization quality guaranteed and suitable for mass production is.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features in the characterizing part of the patent claim 1 solved.

Der Zerstäuber nach der Erfindung ist durch Herstellung des die Schneide bildenden Naßteils mittels Tiefziehen für die Massenfertigung geeignet, so daß sich das Naßteil kostengünstig und maßgenau herstellen läßt. Da das Naßteil der Zerstäubungsschneide einen geringen Querschnitt aufweist, reduziert sich die Wärmeleitung zur Brennstoffübergabeeinrichtung. Wegen seiner geringen Masse hat es eine geringe Wärmekapazität und läßt sich eine schnelle Rückkühlung durch den zugeführten flüssigen Brennstoff sowie eine kurze Aufheizzeit auf die Betriebstemperatur erzielen, so daß sich die Verpuffungsgefahr beim Warmstart vermindert und man günstiger Brennbedingungen beim zugeordneten Brenner erhält. Aufgrund des geringen Eigengewichts des Naßteils vermindert sich auch die Gefahr der Beschädigung der Zerstäubungsschneide, was die Handhabung und Montage erleichtert. Auch hat sich gezeigt, daß sich die Druckverluste bei dem erfindungsgemäßen Zerstäuber reduzieren lassen, da weniger Totwasser-Strömungsbereiche vorhanden sind. Hierdurch wird bei dem erfindungsgemäßen Zerstäuber eine höhere Zerstäubungsenergie durch die größere Luftgeschwindigkeit, bedingt durch die geringeren Druckverluste, bereitgestellt, so daß man insgesamt gesehen eine günstigere Zerstäubung erhält. Auch läßt sich der Drall in der Luftführung hierbei besser konstant halten, so daß sich eine verbesserte Flammstabilität ergibt.The atomizer according to the invention is made by making the cutting edge Wet part by means of deep drawing suitable for mass production, so that the wet part can be produced inexpensively and accurately. Because the wet part of the atomizing cutting edge has a small cross section, the heat conduction is reduced to Fuel transfer device. Because of its small mass, it has a small one Heat capacity and can be quickly recooled by the supplied achieve liquid fuel and a short warm-up time to the operating temperature, so that the risk of deflagration during warm start is reduced and cheaper Burning conditions with the assigned burner. Because of the low The weight of the wet part also reduces the risk of damage to the Atomizing cutting edge, which makes handling and assembly easier. Has also shown that the pressure losses in the atomizer according to the invention are reduced leave because there are fewer dead water flow areas. This will help the atomizer according to the invention a higher atomization energy by the greater air speed provided due to the lower pressure losses, so that overall you get a cheaper atomization. The can also It is better to keep the swirl in the air duct constant, so that an improved one Flame stability results.

Durch die sich kaum während des Betriebs abtragende Zerstäubungsschneide infolge geringer Stärke (ungefähr gleich Blechdicke) ergibt sich eine weitgehend gleichbleibende Zerstäubungsgüte über die Lebensdauer hinweg, insbesondere dann, wenn man eine zylindrische Zerstäubungsschneide gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung vorsieht.As a result of the atomizing cutting edge, which hardly wears off during operation low thickness (approximately the same sheet thickness) results largely constant atomization quality over the service life, especially then, if you have a cylindrical atomizing cutting edge according to a preferred Embodiment according to the invention provides.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims.

Vorzugsweise ist das Tiefziehteil aus Blech mit einer Dicke von 0,1 mm oder kleiner hergestellt.The deep-drawn part is preferably made of sheet metal with a thickness of 0.1 mm or less produced.

Das Tiefziehteil kann unterschiedlich ausgestaltet werden. So kann das Tiefziehteil einen Konus bilden, mit einer konkaven oder konvexen Krümmung ausgebildet sein oder eine zylindrisch ausgebildete Zerstäubungsschneide haben. Bei diesen Ausgestaltungsformen kann das Tiefziehteil zusätzlich einen Zentrieransatz haben. Somit läßt sich die Zerstäubungsschneide hinsichtlich ihrer Gestalt bzw. die Gestalt des Naßteils an die Eigenschaften des jeweils einzusetzenden flüssigen Brennstoffs und/oder an die jeweiligen Einsatzbedingungen des Brenners und dessen Ausgestaltung anpassen. Durch die Wahl der Ausgestaltungsform des Tiefziehteils lassen sich die Zerstäubungseigenschaften des Zerstäubers unter Berücksichtigung der gegebenen Umstände optimieren.The deep-drawn part can be designed in different ways. So can the deep-drawn part form a cone, be formed with a concave or convex curvature or have a cylindrical atomizing cutting edge. With these Embodiments, the deep-drawn part can also have a centering approach. Thus, the atomizing cutting edge with regard to their shape or the shape of the Wet part of the properties of the liquid fuel to be used and / or the respective operating conditions of the burner and its design to adjust. By choosing the design of the deep-drawn part, the Atomizing properties of the atomizer taking into account the given Optimize circumstances.

Zur Vereinfachung des Aufbaus eines derartigen Zerstäubers trägt gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung der Gedanke bei, daß die Innenfläche des Tiefziehteils wellenförmig ausgebildet wird. Hierdurch kann ein weiterer Drallkörper in der Dralldüse entfallen, so daß sich die Baulänge des Zerstäubers beträchtlich verringern läßt. Diese Wellen auf der Innenfläche des Tiefziehteils können axial und/oder radial oder spiralförmig verlaufen. Bei einer derartigen Auslegung kann von der Brennstoffübergabeeinrichtung ein dickerer Brennstoff-Film auf dem Naßteil bis zur Zerstäubungsschneide ausgebildet werden, wodurch sich die Flammabrißgefahr insbesondere bei ungleichförmiger Brennstofförderung vermindern läßt. Bei der spiralförmigen Ausbildung der Wellen auf der Innenfläche des Tiefziehteils kann die Drallströmung bei der Luft verstärkt werden, und zudem kann den Brennstoffteilchen ein Drall erteilt werden, so daß man eine kürzere Abbrandflamme mit verbesserter Flammstabilisierung erhält. Da sich bei einer derartigen Ausgestaltung eine fransenförmig ausgebildete Zerstäubungsschneide bildet, wird die zur Verfügung stehende Abrißkante vergrößert, wodurch man eine feinere Zerstäubung ohne eine nennenswerte Änderung des Zerstäubungsdruckes erhält.To simplify the construction of such an atomizer, according to one another preferred embodiment according to the invention the idea that the Inner surface of the deep-drawn part is formed wavy. This can be a more swirl bodies in the swirl nozzle are omitted, so that the overall length of the Atomizer significantly. These waves on the inner surface of the Deep-drawn parts can run axially and / or radially or spirally. At a Such a design can be thicker from the fuel transfer device Fuel film are formed on the wet part to the atomizing cutting edge which increases the risk of flame arrest, especially in the case of non-uniform Can reduce fuel production. In the spiral formation of the waves the swirl flow in the air can be increased on the inner surface of the deep-drawn part, and in addition, the fuel particles can be given a swirl, so that a shorter one Burning flame with improved flame stabilization. Since one such a configuration forms a fringe-shaped atomizing cutting edge, the available tear-off edge is enlarged, which results in a finer Atomization without a significant change in atomization pressure.

Eine weitere Vereinfachung hinsichtlich der Herstellung unter Berücksichtigung einer Massenfertigung wird dadurch erzielt, daß der Drallkörper an der Brennstoffübergabeeinrichtung der Dralldüse angeformt ist. Hierdurch läßt sich die Anzahl der zusammenzusetzenden Einzelteile des Zerstäubers verringern. Dies führt auch zu einer Montageerleichterung.Another simplification in terms of manufacturing considering one Mass production is achieved in that the swirl body on the Fuel transfer device of the swirl nozzle is molded. This allows the Reduce the number of atomizer parts to be assembled. this leads to also to make assembly easier.

Im Hinblick auf eine Verminderung der Wärmeübertragung können die Brennstoffübergabeeinrichtung und der Drallkörper aus Kunststoff, vorzugsweise mittels Spritzgießen, hergestellt sein. Spritzgießen ist als Herstellungsverfahren für die Massenfertigung äußerst geeignet. Zusätzlich wirkt der Kunststoff wärmeisolierend, so daß sich die Dampfblasenbildung im zugeleiteten flüssigen Brennstoff eingrenzen läßt.With a view to reducing heat transfer, the Fuel transfer device and the swirl body made of plastic, preferably be made by injection molding. Injection molding is used as a manufacturing process for the Mass production extremely suitable. In addition, the plastic has a heat-insulating effect that the formation of vapor bubbles in the supplied liquid fuel can be limited.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigtThe invention is described below on the basis of preferred exemplary embodiments Reference to the drawing explained in more detail. In it shows

Fig. 1 eine schematische Axialschnittansicht eines Zerstäubers für flüssigen Brennstoff, Fig. 1 is a schematic axial sectional view of an atomiser for liquid fuel,

Fig. 2a bis 2g schematische Einzelansichten von unter schiedlichen Ausführungsformen eines Naßteils mit zugeordneter Zerstäubungs schneide und Fig. 2a to 2g schematic individual views of under different embodiments of a wet part with associated atomization and cutting

Fig. 3 eine Axialschnittansicht eines Zerstäubers gemäß einer alternativen Ausführungsform. Fig. 3 is an axial sectional view of an atomizer according to an alternative embodiment.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Tei le mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing there are the same or similar parts le with the same reference numerals.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines Niederdruck- Luftstromzerstäubers für flüssigen Brennstoff mit einer Dralldüse gezeigt, der insgesamt mit 1 bezeichnet ist. Dieser Zerstäuber 1 hat eine Dralldüse 2, die eine Brennstoffüber gabeeinrichtung 3, wenigstens einen Drallkörper 4, ein Naß teil 5 mit einer Zerstäubungsschneide 6 und ein Trockenteil 7 umfaßt. Das Naßteil 5 ist als ein Tiefziehteil 8 ausge legt, welches mittels Tiefziehen aus einem Blech mit einer Dicke von 0,5 mm oder kleiner hergestellt ist. Durch die geringe Materialstärke des Tiefziehteils 8 erhält man eine sich kaum während des Betriebs abtragende Zerstäubungsschneide 6, so daß man eine weitgehend über die Lebensdauer des Zerstäubers 1 gleichbleibende Zerstäubungsgüte erhält. Insbesondere läßt sich das Tief ziehteil 8 kostengünstig sowie mit geringem Materialaufwand verbunden auf wirtschaftliche Weise durch Tiefziehen mit einer hohen Maßgenauigkeit herstellen. Da für das Naßteil 5 ein äußerst dünnes Blechmaterial eingesetzt wird, werden keine zusätzlichen Bearbeitungen und Nachbearbeitungen be nötigt, um die Zerstäubungsschneide 6 auszubilden, sondern sie ergibt sich während des Tiefziehens des Naßteils 5. In Fig. 1 a first embodiment of a low-Luftstromzerstäubers shown for liquid fuel with a swirl nozzle which is generally designated 1. This atomizer 1 has a swirl nozzle 2 which comprises a fuel transfer device 3 , at least one swirl body 4 , a wet part 5 with an atomizing cutting edge 6 and a drying part 7 . The wet part 5 is laid out as a deep-drawn part 8 , which is produced by deep drawing from a sheet with a thickness of 0.5 mm or less. Due to the low material thickness of the deep-drawn part 8 , an atomizing cutting edge 6 is hardly removed during operation, so that an atomization quality that is largely constant over the life of the atomizer 1 is obtained. In particular, the deep-drawn part 8 can be produced inexpensively and with a low cost of materials in an economical manner by deep drawing with a high degree of dimensional accuracy. Since an extremely thin sheet material is used for the wet part 5 , no additional processing and reworking is required to form the atomizing cutting edge 6 , but it results during the deep-drawing of the wet part 5 .

An Hand den Fig. 2a bis 2g werden unterschiedliche Ausge staltungsformen von Naßteilen erläutert. In Fig. 2a ist das Naßteil insgesamt mit 5a bezeichnet und hat eine Ausbil dung als Konus. Das Naßteil 5b nach Fig. 2b ist strömungsgünstig konkav konturiert. Fig. 2c zeigt ein Naß teil 5c, welches eine konvexe Krümmung hat und einen Zen trieransatz 10 besitzt. Mittels dieses Zentrieransatzes 10 kann das Naßteil 5c bei der Auslegung nach Fig. 1 am Drallkörper 2 bei der Montage zentriert werden.With reference to FIGS. 2a to 2g are different Substituted staltungsformen of Naßteilen explained. In Fig. 2a, the wet part is generally designated 5 a and has a training as a cone. The wet part 5 b according to FIG. 2 b is contoured concavely in terms of flow. Fig. 2c shows a wet part 5 c, which has a convex curvature and a Zen trier approach 10 . By means of this centering approach 10 , the wet part 5 c can be centered on the swirl body 2 during assembly in the design according to FIG. 1.

In Fig. 2d ist das Naßteil insgesamt mit 5d bezeichnet und hat eine axial verlaufende Wellen umfassende Oberfläche. Hierdurch läßt sich der Drall bei der Luftführung bis zur Zerstäubungs schneide 6 nach Fig. 1 verstärken. Fig. 2e zeigt in einer Draufsicht ein Naßteil 5e, auf dessen Oberfläche mehrere Spiralen 11 ausgebildet sind. Bei einer derartigen spiralförmigen Ausbildung der Oberfläche des Naßteils 5e oder auch bei den anderen konturierten Auslegungsformen der Oberfläche des Naßteils kann gegebenenfalls ein Drallkörper 4 entfallen, so daß sich der Aufbau eines derartigen Zerstäubers 1 sowie die Montage des selben vereinfacht. Wie in der Draufsicht in Fig. 2e gezeigt ist, kann man bei einer derartigen Ausbildungsform eine aus gefranste Zerstäubungsschneide 12 erhalten, wodurch sich die zur Verfügung stehende Abrißkante vergrößert, so daß man eine feinere Zerstäubung bei gleichbleibendem Zerstäubungsdruck erhält. Alternativ kann diese Zerstäubungsschneide auch einen glatten Verlauf trotz der Spiralen 11 auf der Oberfläche des Naßteils 5e haben.In Fig. 2d the wet part is designated 5 d overall and has an axially extending surface comprising waves. As a result, the swirl can be increased in the air flow up to the atomizing cutting 6 according to FIG. 1. Fig. 2e shows a top view of a wet part 5 e, on the surface of which several spirals 11 are formed. With such a spiral configuration of the surface of the wet part 5 e or also with the other contoured design forms of the surface of the wet part, a swirl body 4 may be omitted, so that the construction of such an atomizer 1 and the assembly of the same are simplified. As shown in the top view in Fig. 2e, can be obtained with such a design, a frayed atomizing cutting edge 12 , which increases the available tear-off edge, so that a finer atomization with constant atomization pressure is obtained. Alternatively, this atomizing cutting edge can also have a smooth course despite the spirals 11 on the surface of the wet part 5 e.

In Fig. 2f ist ein Naßteil 5f gezeigt, welches auf der Ober fläche radial verlaufende Wellen hat.In Fig. 2f a wet part 5 f is shown, which has radially extending waves on the upper surface.

Das Naßteil 5g nach Fig. 2g hat eine als zylindrisches Teil 13 ausgebildete Zerstäubungsschneide.The wet part 5 g according to FIG. 2 g has an atomizing cutting edge designed as a cylindrical part 13 .

Bei der Ausbildung des Naßteils 5 sind auch Kombinationen der Ausgestaltungsformen der Oberfläche möglich, um eine möglichst gleichmäßige und feine Zerstäubung sowie Vermischung von Luft und Brennstoff zur Gemischaufbereitung zu erhalten.When the wet part 5 is formed, combinations of the surface configurations are possible in order to obtain the most uniform and fine atomization and mixing of air and fuel for mixture preparation.

In Fig. 3 ist eine alternative Ausgestaltungsform eines Zerstäubers 1′ gezeigt. Diese unterscheidet sich im wesentlichen zu der in Fig. 1 gezeig ten Ausführungsform dadurch, daß die Brennstoffübergabeein richtung 3′ mit dem Drallkörper 4′ eine Baueinheit bildet, um den Aufbau und die Montage zu vereinfachen, und um insbesondere eine kürzere Baulänge zu erzielen. Ferner ist in Fig. 3 noch eine weitere Variante ver deutlicht, gemäß welcher die Brennstoffübergabeeinrichtung 3′ und der Drallkörper 4′ aus Kunststoff in Form eines Spritz gußteiles ausgelegt sind. Spritzgußteile lassen sich wirt schaftlich in einer Massenherstellung fertigen.In Fig. 3 an alternative embodiment of an atomizer 1 'is shown. This differs essentially from the embodiment shown in Fig. 1 th in that the fuel transfer device 3 'with the swirl body 4 ' forms a structural unit to simplify the construction and assembly, and in particular to achieve a shorter overall length. Furthermore, in Fig. 3 still another variant ver is clear, according to which the fuel transfer device 3 'and the swirl body 4 ' are designed from plastic in the form of an injection molded part. Injection molded parts can be economically mass-produced.

Die voranstehend beschriebenen Zerstäuber 1, 1′ sind insbesondere für Heizgeräte, wie Fahrzeugzusatzheizgeräte bestimmt, deren Brenner mit flüssigem Brennstoff betrieben werden. Mit Hilfe der Zerstäuber 1, 1′ erfolgt die Gemischaufbereitung aus Brennluft und zugeführtem flüs sigem Brennstoff, um ein Brenngemisch zur Wärmeerzeugung bereitzustellen.The atomizers 1 , 1 'described above are intended in particular for heaters, such as auxiliary vehicle heaters, the burners of which are operated with liquid fuel. With the help of the atomizer 1 , 1 ', the mixture is prepared from the combustion air and supplied liquid fuel to provide a combustion mixture for heat generation.

Claims

1. Low pressure air flow atomizer for liquid fuel of a burner, in particular for a heater, for. B. a vehicle auxiliary heater, with a swirl nozzle ( 2 ), the fuel transfer device ( 3 ; 3 ') a swirl body ( 4 ; 4 ') for the air flow and a wet part ( 5 , 5 a to 5 g) with an atomizing cutting edge ( 6, 12, 13 ), characterized in that the wet part ( 5 , 5 a to 5 g) forming the atomizing cutting edge ( 6, 12, 13 ) is designed as a deep-drawn part ( 8 ) with an approximately equal thickness of 0.5 mm or less .

2. Atomizer according to claim 1, characterized in that the deep-drawn part ( 8 ) is made of sheet metal with a thickness of 0.1 mm or less.

3. Atomizer according to claim 1 or 2, characterized in that the deep-drawn part ( 8 ) forms a cone ( Fig. 2a).

4. Atomizer according to claim 1 or 2, characterized in that the deep-drawn part ( 8 ) is formed with a concave or convex curvature ( Fig. 2b and 2c).

5. Atomizer according to claim 1 or 2, characterized in that the deep-drawn part ( 8 ) has a cylindrical atomizing cutting edge ( 13 ) ( Fig. 2g).

6. Atomizer according to one of claims 1 to 5, characterized in that the deep-drawn part ( 8 ) has a centering projection ( 10 ).

7. Atomizer according to one of the preceding claims, characterized in that the inner surface of the deep-drawn part ( 8 ) is wave-shaped ( Fig. 2d to 2f).

8. Atomizer according to claim 7, characterized in that the waves axially and / or run radially or spirally.

9. Atomizer according to one of the preceding claims, characterized in that the swirl body ( 4 ') on the fuel transfer device ( 3 ') is integrally formed.

10. Atomizer according to claim 9, characterized in that the fuel transfer device ( 3 ') and the swirl body ( 4 ') are made of plastic, preferably by means of injection molding.