EP0918193A2 - Heating device with a burner provided with a dual fluid spray nozzle - Google Patents
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- EP0918193A2 EP0918193A2 EP98122213A EP98122213A EP0918193A2 EP 0918193 A2 EP0918193 A2 EP 0918193A2 EP 98122213 A EP98122213 A EP 98122213A EP 98122213 A EP98122213 A EP 98122213A EP 0918193 A2 EP0918193 A2 EP 0918193A2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/008—Flow control devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
- F23L5/00—Blast-producing apparatus before the fire
- F23L5/02—Arrangements of fans or blowers
Definitions
- the invention relates to a heater, in particular a motor-operated one Vehicle heater, with a burner, via a two-substance nozzle with fuel and air is supplied and comprises a combustion chamber, and with a multi-stage compressor for Compressing the air.
- Two-component nozzles usually have a bore and a concentric arrangement Annular chamber, with either the bore or the annular chamber using a fuel Dosing pump supplied and atomized by the air mass flow, which over the others Nozzle passage opening, the ring channel or the bore is supplied.
- the invention is based on the object To create a heater of the type mentioned in the preamble of the claim, which is inexpensive, is quiet and safe to operate.
- the invention provides an air duct of a two-substance nozzle having burner in connection with a multi-stage compressor, in which a first stage, the total air mass flow required for the combustion lower pressure level is compressed. whereupon this air mass flow is divided, and wherein a partial flow of the combustion chamber directly and the other partial flow after one additional compression as atomizing air mass flow fed to the two-fluid nozzle becomes.
- the air routing of the burner according to the invention enables adaptation of the Atomizing airflow to the respective nozzle requirements, without this for the Combustion required air quantity is affected.
- Air mass flow is raised to a high pressure level, but only that part is the air mass flow that is used to atomize the fuel in the two-substance nozzle less energy is required than in the prior art mentioned above. This ensures a higher start security. It also stands out heater according to the invention by the special air flow compared to the The aforementioned prior art, which requires a compressor by a low cost price as well as freedom from maintenance over the life of the engine away from. In contrast to the volumetric compression in the prior art in a compressor, the operation of which is associated with high noise, stands out the air duct according to the invention from a low noise.
- the multi-stage compressor is preferably a multi-stage blower, for example an appropriately designed ring duct blower.
- Two-component nozzle 2 of the burner which projects into the combustion chamber 1, and a two-stage Compressor in the form of a blower with a first blower stage 3 and a second Fan level 4 shown.
- the first fan stage 3 is supplied with the entire air mass flow m o required for combustion in the combustion chamber 1, as shown schematically by an air supply line 5.
- the air mass flow is compressed to a first relatively low pressure level, and this compressed air mass flow is divided into two partial flows following the output 6 of the first blower stage 3, of which a secondary air partial flow m 2 via a line 7 of the combustion chamber 1 directly, that is, without being fed via the two-component nozzle 2.
- the line 7 is connected to an inlet 8 of the combustion chamber in the region of the two-component nozzle 2.
- a primary air partial flow m 1 of the air mass flow m o compressed or precompressed in the first blower stage 3 is supplied to the second blower stage 4 via a line 9.
- the second blower stage 4 serves to recompress the primary air partial flow m 1 to a higher pressure level p 1 than the pressure level p 2 of the secondary partial flow m 2, which is fed directly into the combustion chamber 1.
- the post-compressed primary air partial flow m 1 present at the outlet 10 of the second blower stage 4 is fed via a line 11 to an atomization connection 12 of the two-component nozzle 2.
- the atomization connection 12 opens into an annular channel 13 of the two-component nozzle 2, which concentrically surrounds a nozzle bore 14 which is connected to a fuel feed line 15.
- bypass or bypass line 16 is provided, which is dashed in the figure shown and is connected in parallel to the second blower stage 4, and thus optionally the line 9 connected to the input of the second blower stage 4 to line 11 on Output 10 of the second fan stage connects.
- a control valve 17 in the Bypass line 16 the proportion of the highly compressed primary air can each Operating conditions are adjusted. In particular, there is a reduction in the Start phase realizable.
- the bypass line 16 can also be replaced by a Control valve 18 at the junction of line 9 from line 7, so that there the share can be changed within certain limits from primary to secondary air.
- the first and second blower stages 3 and 4 are preferably on a common one Motor shaft arranged and are driven at the same speed.
- the proportional Distribution of the pre-compressed leaving the first blower stage 3 or to a first one low pressure level compressed air mass flow into the two partial flows takes place via a corresponding dimensioning of the two blower stages 3 and 4 or Dimensioning of the two-component nozzle 2 and, if necessary, using the bypass line 16 or the control valves 17 or 18.
- the inventive shown in the figure Air supply to the burner of the heater according to the invention allows adaptation of the Atomizing airflow to the respective nozzle requirements without influencing the the total amount of air needed for combustion. Another advantage is that the air duct according to the invention requires low energy consumption. A Maintenance is during the lifespan of the motor for driving the two blower stages 3 and 4 not required.
- the split two-stage compression of the total air mass flow leads to a lower noise than with previous ones Burners.
- an air mass flow m 0 of approximately 9.5 m 3 / h is compressed to a pressure p 2 of approximately 18 hPa above atmospheric pressure p 0 in the first blower stage 3 at full load.
- a partial flow m 2 of approximately 8 to 9 m 3 / h is fed via line 7 directly to the combustion chamber 1 as secondary air.
- the smaller partial flow m 1 of approximately 0.5 to 1.5 m 3 / h is further compressed in the second blower stage 4 to a pressure p 1 of approximately 70 to 100 hPa and is supplied via the atomizing connection 12 as the primary or atomizing compressed air Two-component nozzle 2 supplied.
- the ratio of primary to secondary air is thus between 0.05 and 0.20, preferably 0.08 to 0.12.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere motorunabhängig betreibbares Fahrzeugheizgerät, mit einem Brenner, der über eine Zweistoffdüse (2) mit Brennstoff und Luft versorgt wird und eine Brennkammer (1) umfaßt, und mit einem mehrstufigen Verdichter (3, 4) zum Verdichten der Luft. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zumindest einer ersten Verdichterstufe (3) der gesamte für die Verbrennung in der Brennkammer (1) erforderliche Luftmassenstrom zur Verdichtung auf ein erstes Druckniveau zugeführt wird, und daß der derart verdichtete Luftmassenstrom in einen der Brennkammer (1) direkt zugeführten ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt wird, welcher in zumindest einer zweiten Verdichterstufe (4) auf ein zweites Druckniveau verdichtet und der Zweistoffdüse (2) als Brennstoffzerstäubungs-Luftmassenstrom zugeführt wird.The invention relates to a heater, in particular a vehicle heater which can be operated independently of the engine, with a burner which is supplied with fuel and air via a two-substance nozzle (2) and comprises a combustion chamber (1), and with a multi-stage compressor (3, 4) for compressing the air . According to the invention, at least one first compressor stage (3) is supplied with the entire air mass flow required for the combustion in the combustion chamber (1) for compression to a first pressure level, and that the air mass flow compressed in this way is fed into a first one supplied directly to the combustion chamber (1) Partial flow and a second partial flow is divided, which compresses to a second pressure level in at least one second compressor stage (4) and is fed to the two-substance nozzle (2) as a fuel atomizing air mass flow.
Description
Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere ein motorunabhängig betreibbares Fahrzeugheizgerät, mit einem Brenner, der über eine Zweistoffdüse mit Brennstoff und Luft versorgt wird und eine Brennkammer umfaßt, und mit einem mehrstufigen Verdichter zum Verdichten der Luft.The invention relates to a heater, in particular a motor-operated one Vehicle heater, with a burner, via a two-substance nozzle with fuel and air is supplied and comprises a combustion chamber, and with a multi-stage compressor for Compressing the air.
Zweistoffdüsen weisen üblicherweise in konzentrischer Anordnung eine Bohrung und eine Ringkammer auf, wobei entweder der Bohrung oder der Ringkammer Brennstoff mittels einer Dosierpumpe zugeführt und durch den Luftmassenstrom zerstäubt wird, der über die anderen Düsendurchtrittsöffnung, den Ringkanal bzw. die Bohrung zugeführt wird.Two-component nozzles usually have a bore and a concentric arrangement Annular chamber, with either the bore or the annular chamber using a fuel Dosing pump supplied and atomized by the air mass flow, which over the others Nozzle passage opening, the ring channel or the bore is supplied.
Es ist ferner aus der DE-AS 2 135 093 bekannt, bei einem Heizgerät den gesamten zur Verbrennung notwendigen Luftmassenstrom mittels einer zweistufigen Strömungsmaschine zu verdichten und über eine Düse in die Brennkammer einzutragen. Nachteilig hierbei ist, daß für einen großen Volumenstrom ein hoher Druck erforderlich ist, der einen entsprechend hohen Energieaufwand bedingt. Die damit verbundene große Strömungsgeschwindigkeit würde an einer Zweistoffdüse zu Startproblemen, einem hohen Geräusch und hohen Druckverlusten führen.It is also known from DE-AS 2 135 093, the entire for a heater Combustion required air mass flow using a two-stage turbomachine compress and enter into the combustion chamber via a nozzle. The disadvantage here is that for a large volume flow a high pressure is required, which corresponds to one high energy expenditure. The associated high flow velocity would start problems, a high noise and high on a two-substance nozzle Lead to pressure losses.
Bekannt ist außerdem ein derartiges Heizgerät mit einer eine Zweistoffdüse aufweisendem Brenner, bei welchem der der Brennstoffzerstäubungs-Luftmassenstrom getrennt von dem übrigen für die Verbrennung notwendigen Luftmassenstrom über einen volumetrischen Verdichter, einen Kompressor, auf ein höheres Druckniveau verdichtet wird. Nachteilig hieran sind die hohen Kosten, die Anfälligkeit und der entsprechende Wartungsaufwand des Kompressors und das hohe Geräusch des Kompressors Also known is such a heater with a two-substance nozzle Burner in which the atomized air mass flow is separate from that remaining air mass flow necessary for the combustion over a volumetric Compressor, a compressor, is compressed to a higher pressure level. Disadvantageous this is due to the high costs, the vulnerability and the corresponding maintenance effort of the Compressor and the high noise of the compressor
Angesichts dieses Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät der im Oberbegriff des Anspruchs genannten Art zu schaffen, das kostengünstig, geräuscharm und sicher betreibbar ist.In view of this prior art, the invention is based on the object To create a heater of the type mentioned in the preamble of the claim, which is inexpensive, is quiet and safe to operate.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kernzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Mit anderen Worten sieht die Erfindung eine Luftführung des eine Zweistoffdüse aufweisenden Brenners in Verbindung mit einem mehrstufigen Verdichter vor, bei der in einer ersten Stufe der gesamte für die Verbrennung benötigte Luftmassenstrom auf ein unteres Druckniveau verdichtet wird. woraufhin dieser Luftmassenstrom aufgeteilt wird, und wobei ein Teilstrom der Brennkammer direkt und der andere Teilstrom nach einer zusätzlichen Verdichtung als Zerstäubungsluftmassenstrom der Zweistoffdüse zugeführt wird. Die erfindungsgemäße Luftführung des Brenners ermöglicht eine Anpassung des Zerstäubungsluftstroms an die jeweiligen Düsenerfordernisse, ohne daß dadurch die für die Verbrennung benötigte Luftmenge beeinflußt wird. Da erfindungsgemäß nicht der gesamte Luftmassenstrom auf ein hohes Druckniveau angehoben wird, sondern nur derjenige Teil des Luftmassenstrom, der zur Zerstäubung des Brennstoffs in der Zweistoffdüse dient, ist weniger Energie erforderlich als bei dem vorstehend genannten Stand der Technik. Dadurch ist eine höhere Startsicherheit erreichbar. Außerdem zeichnet sich das erfindungsgemäße Heizgerät durch die spezielle Luftführung im Vergleich zu dem vorstehend genannten Stand der Technik, der einen Kompressor erfordert, durch einen günstigen Gestehungspreis sowie durch eine Wartungsfreiheit über die Motorlebensdauer hinweg aus. Im Gegensatz zu der volumetrischen Verdichtung beim Stand der Technik in einem Kompressor, dessen Betrieb mit einem hohen Geräusch verbunden ist, zeichnet sich die erfindungsgemäße Luftführung durch ein niedriges Geräusch aus.In other words, the invention provides an air duct of a two-substance nozzle having burner in connection with a multi-stage compressor, in which a first stage, the total air mass flow required for the combustion lower pressure level is compressed. whereupon this air mass flow is divided, and wherein a partial flow of the combustion chamber directly and the other partial flow after one additional compression as atomizing air mass flow fed to the two-fluid nozzle becomes. The air routing of the burner according to the invention enables adaptation of the Atomizing airflow to the respective nozzle requirements, without this for the Combustion required air quantity is affected. Since not all of the invention Air mass flow is raised to a high pressure level, but only that part is the air mass flow that is used to atomize the fuel in the two-substance nozzle less energy is required than in the prior art mentioned above. This ensures a higher start security. It also stands out heater according to the invention by the special air flow compared to the The aforementioned prior art, which requires a compressor by a low cost price as well as freedom from maintenance over the life of the engine away from. In contrast to the volumetric compression in the prior art in a compressor, the operation of which is associated with high noise, stands out the air duct according to the invention from a low noise.
Vorteilhaft ist ferner, daß sämtliche Verdichterstufen auf einer einzigen Motorwelle angeordnet werden und mit derselben Drehzahl arbeiten können.It is also advantageous that all compressor stages on a single motor shaft can be arranged and work at the same speed.
Entsprechend den jeweiligen Anforderungen genügt zur Vorverdichtung des gesamten Luftmassenstroms eine einzige Verdichterstufe. Alternativ hierzu können mehrere Verdichterstufen zu diesem Zweck zum Einsatz gelangen. Dasselbe gilt für die Nachverdichtung für den als Brennstoffzerstäubungs-Luftmassenstrom verwendeten Teilstrom.According to the respective requirements, it is sufficient to pre-compress the whole Air mass flow a single compressor stage. Alternatively, several can Compressor stages are used for this purpose. The same applies to the Post-compression for the used as fuel atomizing air mass flow Partial flow.
Zur Optimierung einer Ansteuerung des Brenners ist ferner vorteilhafterweise vorgesehen, parallel zur zweiten Verdichterstufe eine Umgehungsleitung zu schalten.To optimize activation of the burner, it is also advantageously provided that to connect a bypass line parallel to the second compressor stage.
Bei dem mehrstufigen Verdichter handelt es sich bevorzugt um ein mehrstufiges Gebläse, beispielsweise ein entsprechend ausgelegtes Ringkanalgebläse.The multi-stage compressor is preferably a multi-stage blower, for example an appropriately designed ring duct blower.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch die Strömungsführung vor dem Brenner des erfindungsgemäßen Heizgeräts.The invention is explained in more detail below using the drawing as an example; the only figure of the drawing shows schematically the flow in front of the burner heater according to the invention.
Von dem erfindungsgemäßen Heizgerät sind in der Figur lediglich die Brennkammer 1, die
Zweistoffdüse 2 des Brenners, die in die Brennkammer 1 ragt, und ein zweistufiger
Verdichter in Gestalt eines Gebläses mit einer ersten Gebläsestufe 3 und einer zweiten
Gebläsestufe 4 gezeigt.Of the heater according to the invention are only the combustion chamber 1 in the figure
Two-
Der ersten Gebläsestufe 3 wird erfindungsgemäß der gesamte zur Verbrennung in der
Brennkammer 1 erforderliche Luftmassenstrom mo zugeführt, wie schematisch durch eine
Luftzuleitung 5 gezeigt. In der ersten Geblasestufe 3 wird der Luftmassenstrom auf ein
erstes relativ niedriges Druckniveau verdichtet, und dieser verdichtete Luftmassenstrom
wird folgend auf den Ausgang 6 der ersten Gebläsestufe 3 in zwei Teilströme aufgeteilt,
von denen ein Sekundärluft-Teilstrom m2 über eine Leitung 7 der Brennkammer 1 direkt,
also ohne über den Umweg über die Zweistoffdüse 2 zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist
die Leitung 7 mit einem Einlaß 8 der Brennkammer im Bereich der Zweistoffdüse 2
verbunden. Ein Primärluft-Teilstrom m1 des in der ersten Gebläsestufe 3 verdichteten bzw.
vorverdichteten Luftmassenstroms mo wird über eine Leitung 9 der zweiten Gebläsestufe 4
zugeführt. Die zweite Gebläsestufe 4 dient zur Nachverdichtung des Primärluft-Teilstroms
m1 auf ein höheres Druckniveau p1 als das Druckniveau p2 des Sekundär-Teilstroms m2 der
direkt in die Brennkammer 1 eingespeist wird. Der am Ausgang 10 der zweiten
Gebläsestufe 4 anliegende nachverdichtete Primärluft-Teilstrom m1 wird über eine Leitung
11 einem Zerstäubungsanschluß 12 der Zweistoffdüse 2 zugeführt. In der dargestellten
Ausführungsform mündet der Zerstäubungsanschluß 12 in einen Ringkanal 13 der
Zweistoffdüse 2, der eine Düsenbohrung 14 konzentrisch umgibt, die in Verbindung mit
einer Brennstoffzuleitung 15 steht.According to the invention, the
Ferner ist eine Bypaß- bzw. Umgehungsleitung 16 vorgesehen, die in der Figur strichliert
gezeigt und parallel zu der zweiten Gebläsestufe 4 geschaltet ist, und damit wahlweise die
mit dem Eingang der zweiten Gebläsestufe 4 verbundene Leitung 9 mit der Leitung 11 am
Ausgang 10 der zweiten Gebläsestufe verbindet. Durch ein Regelventil 17 in der
Bypaßleitung 16 kann der Anteil der hochverdichteten Primärluft den jeweiligen
Betriebsbedingungen angepaßt werden. Insbesondere ist eine Reduzierung in der
Startphase realisierbar. Die Bypaßleitung 16 kann auch ersetzt werden durch ein
Regelventil 18 an der Abzweigstelle der Leitung 9 von der Leitung 7, sodaß dort der Anteil
von Primär- zu Sekundärluft in bestimmten Grenzen veranderbar ist.Furthermore, a bypass or
Bevorzugt sind die ersten und zweiten Gebläsestufen 3 und 4 auf einer gemeinsamen
Motorwelle angeordnet und werden mit derselben Drehzahl angetrieben. Die anteilsmäßige
Aufteilung des die ersten Geblasestufe 3 verlassenden vorverdichteten bzw. auf ein erstes
niedriges Druckniveau verdichteten Luftmassenstroms in die zwei Teilströme erfolgt über
eine entsprechende Dimensionierung der beiden Gebläsestufen 3 und 4 bzw. die
Dimensionierung der Zweistoffdüse 2 und gegebenenfalls mit Hilfe der Umgehungsleitung
16 oder der Regelventile 17 bzw. 18. Die erfindungsgemäße, in der Figur dargestellte
Luftfürung des Brenners des erfindungsgemäßen Heizgeräts erlaubt eine Anpassung des
Zerstäubungsluftstroms an die jeweiligen Düsenerfordernisse ohne Beeinflussung der für
die Verbrennung benötigten gesamten Luftmenge. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß
die erfindungsgemäße Luftführung einen niedrigen Energieaufwand erfordert. Eine
Wartung ist während der Lebensdauer des Motors zum Antrieb der beiden Gebläsestufen 3
und 4 nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße aufgeteilte zweistufige Verdichtung des
gesamten Luftmassenstroms führt zu einem niedrigeren Geräusch als bei bisherigen
Brennern.The first and
Bei einem Heizgerät mit etwa 5 kW Heizleistung wird in der ersten Gebläsestufe 3 bei
Vollast ein Luftmassenstrom m0 von etwa 9,5 m3/h auf einen Druck p2 von etwa 18 hPa
über dem Atmosphärendruck p0 verdichtet. Davon wird ein Teilstrom m2 von etwa 8 bis 9
m3/h über die Leitung 7 unmittelbar der Brennkammer 1 als Sekundärluft zugeführt. Der
Kleinere Teilstrom m1 von etwa 0,5 bis 1,5 m3/h wird in der zweiten Gebläsestufe 4 auf
einen Druck p1 von etwa 70 ...100 hPa weiter verdichtet und über den
Zerstäubungsanschluß 12 als Primär- oder Zerstäubungsdruckluft der Zweistoffdüse 2
zugeführt. Das Verhältnis von Primär- zu Sekundärluft beträgt somit zwischen 0,05 und
0,20, vorzugsweise 0,08 bis 0,12. In a heater with a heating output of approximately 5 kW, an air mass flow m 0 of approximately 9.5 m 3 / h is compressed to a pressure p 2 of approximately 18 hPa above atmospheric pressure p 0 in the
- 11
- BrennkammerCombustion chamber
- 22nd
- ZweistoffdüseDual-substance nozzle
- 33rd
- erste Gebläsestufefirst blower stage
- 44th
- zweite Gebläsestufesecond blower stage
- 55
- LuftzuleitungAir supply
- 66
- Ausgang der ersten GebläsestufeOutput of the first fan level
- 77
- Leitungmanagement
- 88th
- EinlaßInlet
- 99
- Leitungmanagement
- 1010th
- Ausgang der zweiten GebläsestufeOutput of the second fan level
- 1111
- Leitungmanagement
- 1212th
- ZerstäubungsanschlußAtomization connection
- 1313
- RingkanalRing channel
- 1414
- DüsenbohrungNozzle bore
- 1515
- BrennstoffzuleitungFuel supply
- 1616
- UmgehungsleitungBypass line
- 1717th
- RegelventilControl valve
- 1818th
- RegelventilControl valve
- mo m o
- gesamter Brennluftmassenstromtotal combustion air mass flow
- m1 m 1
- Primärluft-TeilstromPrimary air partial flow
- m2 m 2
- Sekundärluft-TeilstromSecondary air partial flow
- p1 p 1
- Druck in m1 Pressure in m 1
- p2 p 2
- Druck in m2 Pressure in m 2
Claims (7)
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