EP1269074A1 - Zweistoff-brenner mit venturirohr-brennstoffzerstäubung und venturidüse zum zerstäuben von flüssigem brennstoff - Google Patents

Zweistoff-brenner mit venturirohr-brennstoffzerstäubung und venturidüse zum zerstäuben von flüssigem brennstoff

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EP1269074A1
EP1269074A1 EP01917113A EP01917113A EP1269074A1 EP 1269074 A1 EP1269074 A1 EP 1269074A1 EP 01917113 A EP01917113 A EP 01917113A EP 01917113 A EP01917113 A EP 01917113A EP 1269074 A1 EP1269074 A1 EP 1269074A1
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EP
European Patent Office
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venturi
venturi nozzle
fuel
burner
nozzle
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Bernd Mittmann
Thomas Kerscher
Christine Sallinger
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Webasto Thermosysteme GmbH
Webasto Thermosysteme International GmbH
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    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00018—Means for protecting parts of the burner, e.g. ceramic lining outside of the flame tube

Definitions

  • the invention relates to a dual-fuel burner, in particular a burner for a vehicle auxiliary or auxiliary heating, for the combustion of liquid fuel in the presence of combustion air, with a combustion chamber which is preceded by a nozzle for atomizing the liquid fuel and a Venturi nozzle for atomizing liquid fuel.
  • Such a burner is known from DE 41 18 538 C2.
  • This burner is based on a two-substance nozzle for atomizing fuel, which has a relatively complicated structure.
  • this nozzle consists of an essentially cylindrical mixing chamber, a feed pipe for the liquid fuel which is coaxial with respect to its longitudinal axis, and a fuel air supply.
  • the mixing chamber of the nozzle is closed by a nozzle insert for the discharge of atomized fuel / combustion air mixture and has a central nozzle bore and a conical inner bevel converging in the direction of flow.
  • the combustion air supply consists of a supply pipe which passes tangentially through the mixing chamber wall, dips into it and opens at a greater height above the nozzle insert than the supply pipe for the liquid fuel. Because of this complex construction of the two-substance nozzle, a considerable excess air pressure is required for its intended operation for atomizing liquid fuel, which must be applied by a correspondingly powerful fan.
  • Venturi tubes In connection with gas burners, it is known to use Venturi tubes as a mixing device.
  • An object of the present invention is to provide a burner or a Venturi nozzle for atomizing liquid fuel, which do not require high air pressure to atomize the liquid fuel and work reliably.
  • the complex two-substance nozzle previously used for two-substance burners is replaced by an arrangement with a Venturi tube or a Venturi nozzle, which suck in combustion air due to its high axial pressure drop and mix it with fuel in the diffuser part. Due to the pressure recovery of the Venturi tube or the Venturi nozzle, it is not necessary to convey the air with a high overpressure, so that strong fans or additional fans previously required for this can be dispensed with. The mixing of combustion air and fuel in the diffuser part of the Venturi tube or Venturi nozzle ensures optimum combustion in the downstream combustion chamber.
  • the Venturi tube (or the Venturi nozzle) used according to the invention also has the advantage that cost-effective production is possible.
  • the diffuser part of the Venturi tube or Venturi nozzle is formed with a uniform opening angle.
  • this Venturi tube or Venturi nozzle diffuser part can, however, have sections of different opening angles, the section with the largest opening angle adjoining the combustion chamber.
  • the fuel is supplied to the Venturi tube or the Venturi nozzle via a fuel supply tube, the downstream end of which projects into the Venturi tube.
  • This downstream end of the fuel supply tube can optionally open into a downstream two-substance nozzle or into the negative pressure region of a second, smaller Venturi tube, which in turn is operated by the pressure gradient of the Venturi tube or the Venturi nozzle and ends in the negative pressure region in order to achieve pre-atomization.
  • the fuel supply tube is also advantageously arranged inside the Venturi tube or the Venturi nozzle, running coaxially to the longitudinal center thereof.
  • the downstream end can be arranged at various points on the Venturi tube or the Venturi nozzle, for example in the inlet part or in the diffuser part of the Venturi tube or the Venturi nozzle or at its narrowest point between the inlet part and the diffuser part.
  • This secondary combustion air inlet is preferably in the plane of the combustion chamber in which the Venturi tube or the Venturi nozzle opens.
  • FIG. 1 schematically shows a semi-longitudinal sectional view of the combustion chamber and Venturi tube according to an embodiment of the two-fuel burner
  • FIG. 2 shows a diagram of the axial pressure curve in the venturi tube according to FIG. 1,
  • Fig. 3 shows a variant of Fig. 1 with a small Venturi tube instead of a nozzle for fuel atomization
  • the dual-fuel burner according to the invention comprises a combustion chamber 10 in a preferably cylindrical or cuboid shape.
  • a venturi 11 is connected to the fuel / combustion air inlet side of the combustion chamber 10.
  • the venturi tube 11 forming a venturi nozzle is preferably formed in one piece with the combustion chamber 10 at least in the connection area.
  • the venturi 11 consists in a manner known per se of a diffuser part 12 and an inlet part 13.
  • the diffuser part 12 has a longer axial extension than the inlet part 13 and preferably has a conical shape, the end with the largest diameter of the conical diffuser part 12 being connected to the fuel / Combustion air inlet of the combustion chamber 10 is connected.
  • the inlet part 13, which also has a conical shape or consists of one or more inlet radii with an optionally connected cylindrical part, the largest diameter section of which, however, faces away from the combustion chamber 10, adjoins the smallest end of the diffuser part 12 in diameter.
  • Venturi tube 11 and combustion chamber 10 are preferably located on a common longitudinal central axis 14. Aligned with this longitudinal central axis 14 is a fuel supply tube 15, to the downstream end of which a two-component nozzle 16 connects. The outlet opening of the two-component nozzle 16 lies at the narrowest point between the diffuser part 12 and the inlet part 13 of the Venturi tube 11, that is to say in a negative pressure area with respect to the combustion chamber 10, as illustrated in FIG. 2.
  • a small Venturi tube 19 can also be provided at the same location according to the variant shown in FIG.
  • the fuel supply tube 15 opens into the smaller Venturi tube 19, through which air is also conveyed.
  • Combustion air is fed into the inlet part 13 of the Venturi tube 11 by means of a fan, not shown, which provides combustion air with only a slight overpressure. The combustion air is conveyed into the Venturi tube 11 along the arrow 17.
  • the axial pressure curve in the Venturi tube 11 is shown in a diagram in FIG. 2, on the X axis of which the length des of the Venturi tube 11 is plotted, and on the Y axis of which the differential pressure ⁇ p in the Venturi tube 11 is plotted.
  • the combustion air at the entry point into the inlet part 13 of the Venturi tube 11 has a slight overpressure which is achieved by the fan which conveys the combustion air.
  • the speed increases due to the narrowing of the cross section, the pressure of the combustion air simultaneously falling and reaching a minimum value in the transition to the subsequent diffuser part 12.
  • This minimum absolute pressure corresponds to a maximum negative pressure compared to the combustion chamber pressure level.
  • This vacuum decreases in the further course of the diffuser part 12 downstream, so that the combustion air entering the combustion chamber 10 is approximately at the combustion chamber pressure.
  • the nozzle 16 has at least one radial bore 18 which opens into the axial fuel delivery bore of the nozzle 16. Air is introduced into the conveying path of the liquid fuel via this radial bore 18, so that swirling of combustion air and liquid fuel takes place in the nozzle 16. This mixture then emerges atomized from the outlet opening of the nozzle 16 and mixes in the diffuser part 12 with the combustion air drawn in along the arrow 17, which is provided to the inlet part 13 by the low-pressure fan.
  • Secondary combustion air is preferably also introduced into the combustion chamber 10.
  • secondary air openings 20 are formed distributed over the circumference, via which secondary air into the Combustion chamber 10 is entered.
  • secondary air openings can also be provided on the jacket of the combustion chamber 10. 4 schematically shows in longitudinal section a rear part of a combustion chamber of a burner for a vehicle auxiliary heater equipped with an embodiment of a Venturi nozzle according to the invention.
  • the cylindrical combustion chamber is preceded by a combustion air supply chamber 111, into which combustion air is supplied by means not shown, typically by means of a fan.
  • the combustion chamber 110 has a connection opening 122 for the connection of the downstream end of a Venturi nozzle 112, which lies completely within the combustion air supply chamber 111, extending coaxially to its longitudinal central axis L, which is shown in broken lines.
  • the venturi nozzle 112 comprises a conical diffuser 113 which opens into the combustion chamber 110 and tapers to a point in the upstream direction.
  • the venturi nozzle 112 comprises a conical inlet part 114 which has a diameter profile opposite to the diffuser 113, that is to say it tapers conically in the direction of the diffuser 113.
  • a cylinder part 115 adjoins the outer end of the inlet part 114 and opens into the combustion air supply chamber 111.
  • Diffuser 113 and inlet part 114 are connected via a cylinder part 116 with a small diameter, into which a fuel supply tube 117 opens, which runs coaxially to the longitudinal central axis of the venturi nozzle 112 and is guided out of the combustion air supply chamber 111 at an angle outside this nozzle.
  • combustion air supply chamber 111 and Venturi nozzle 112 liquid fuel is sucked into the combustion air by the negative pressure prevailing in the area of the narrowest point (in the area of cylinder part 116) atomized.
  • the combustion air supplied to the inlet part 114 from the combustion air supply chamber 111 is introduced into the combustion chamber 110 together with the atomized fuel from the Venturi nozzle 112.
  • the mist of fuel and combustion air is ignited in the combustion chamber 110 and burned from the openings 123 with the addition of additional secondary combustion air.
  • an ignition device protrudes into the combustion chamber 110, which is shown schematically in FIG. 4 with the reference number 124 and the end of which extends into the region of the mouth of the conical diffuser 113 of the Venturi nozzle 112.
  • the Venturi nozzle 112 is divided axially into two parts, namely into a discharge part 118 which adjoins the combustion chamber 10 and a feed part 119 arranged upstream of this discharge part 118.
  • the axial division of the Venturi nozzle 112 is made in the region of its diffuser 113, so that the feed part 119 is approximately twice as long as the discharge part 18.
  • discharge part 118 and feed part 119 are separated from one another by an annular gap 120, the width of which is typically between 0.1 and 0.8 mm.
  • the gap width is preferably chosen to be about 0.3 mm.
  • the annular gap 120 is delimited in the axial direction by the annular end faces of the discharge part 118 and the feed part 119, and radially by an annular seal 121, which seals the ring gap 120 and thus the conical diffuser 113 to the outside.
  • the material of the ring seal 121 preferably consists of a heat-insulating material such as ceramic.
  • the Venturi nozzle 112 is made of metal, but preferably also at least partially made of ceramic.
  • the material for the two venturi nozzle parts 118, 119 can be the same. However, it is preferably provided that the material of the discharge part 118 has a lower thermal conductivity than the material of the feed part 119 in order to transfer as little heat as possible to the annular gap 120 between the two Venturi nozzle parts 118 and 119. Due to the heat-insulated separation of the Venturi nozzle 112 according to the invention, the latter has a cold and a hot part.
  • the upstream cold feed part 119 is typically loaded with temperatures below 180 ° C. during operation due to the division of the Venturi nozzle into two parts, so that no cracking of the fuel can take place in this nozzle part 119.
  • the flame-side hot discharge part 118 of the Venturi nozzle 112 is typically loaded with temperatures above 500 ° C., so that liquid fuel impinging on the inner wall of the fuel supply tube 117 evaporates without leaving cracking residues. This ensures that the Venturi nozzle 112 becomes clogged with residues and that its performance is at least impaired.
  • the ring seal 121 can fill the entire annular gap 120. Alternatively, it is also conceivable to completely omit the ring seal 121. With a very narrow annular gap 120, there is practically no leakage of the fuel / air mixture to the outside. Small amounts of leakage would be fed into the combustion chamber with the secondary combustion air and burned there.

Abstract

Brenner, insbesondere für eine Fahrzeugzusatz- bzw. -standheizung, zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff in Anwesenheit von Brennluft, mit einer Brennkammer (10), der eine Düse zum Zerstäuben des flüssigen Brennstoffs vorgeschaltet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Düse ein mit dem im Durchmesser größeren Ende seines Diffusorteils (12) in die Brennkammer (10) mündendes Venturirohr (11) umfaßt, in dessen Unterdruckgebiet bezüglich des Druckniveaus am stromabwärts liegenden Ende des Diffusorteils (12) der flüssige Brennstoff zugegeben wird und durch dessen Einlaufteil (13) die Brennluft gefördert wird.

Description

Zweistoff-Brenner mit Venturirohr-Brennstoffzerstäubung und Venturidüse zum Zerstäuben von flüssigem Brennstoff
Die Erfindung betrifft einen Zweistoff-Brenner, insbesondere einen Brenner für eine Fahrzeugzusatz- bzw. -Standheizung, zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff in Anwesenheit von Brennluft, mit einer Brennkammer, der eine Düse zum Zerstäuben des flüssigen Brennstoffs vorgeschaltet ist sowie eine Venturidüse zum Zerstäuben von flüssigem Brennstoff.
Ein derartiger Brenner ist aus DE 41 18 538 C2 bekannt. Dieser Brenner basiert auf einer Zweistoff-Düse zur Zerstäubung von Brennstoff, die einen relativ komplizierten Aufbau besitzt. Insbesondere besteht diese Düse aus einer im wesentlichen zylindrischen Mischkammer, einem bezüglich deren Längsachse koaxialen Zuführrohr für den flüssigen Brennstoff und einer Brennluftmittelzufuhr. Die Mischkammer der Düse ist durch einen Düseneinsatz zum Austragen von zerstäubtem Brennstoff/Brennluft-Gemisch abgeschlossen und besitzt eine zentrale Düsenbohrung sowie eine in Strömungsrichtung konvergierende kegelförmige Innenanschrägung. Die Brennluftzufuhr besteht aus einem Zufuhrrohr, welches die Mischkammerwandung tangential durchsetzt, in diese eintaucht und in einer größeren Höhe über dem Düseneinsatz mündet, als das Zuführrohr für den flüssigen Brennstoff. Aufgrund dieses komplexen Aufbaus der Zweistoff-Düse ist für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb zur Zerstäubung von flüssigem Brennstoff ein erheblicher Luftüberdruck erforderlich, der durch ein entsprechend kräftiges Gebläse aufgebracht werden muß.
Im Zusammenhang mit Gasbrennern ist es bekannt, Venturirohre als Mischeinrichtung zu verwenden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Brenner bzw. eine Venturidüse zum Zerstäuben von flüssigem Brennstoff zu schaffen, die keinen hohen Luft-Überdruck zum Zerstäuben des flüssigen Brennstoffs erfordern und zuverlässig arbeiten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Brenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Venturidüse mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Demnach ist erfindungsgemäß die bisher für Zweistoff-Brenner zum Einsatz kommende kompliziert aufgebaute Zweistoff-Düse ersetzt durch eine Anordnung mit einem Venturirohr bzw. einer Venturidüse, welche aufgrund ihres hohen axialen Luftdruckgefälles Brennluft ansaugen und im Diffusorteil mit Brennstoff vermischen. Aufgrund des Druckrückgewinns des Venturirohrs bzw. der Venturidüse ist es nicht erforderlich, die Luft mit hohem Überdruck zu fördern, so daß bislang hierfür erforderliche starke Gebläse oder zusätzliche Gebläse entfallen können. Durch die Vermischung von Brennluft und Brennstoff im Diffusorteil des Venturirohrs bzw. der Venturidüse wird in der nachgeschalteten Brennkammer eine optimale Verbrennung gewährleistet. Das erfindungsgemäß eingesetzte Venturirohr (bzw. die Venturidüse) hat außerdem den Vorteil, daß eine kostengünstige Fertigung möglich ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Sowohl der Montageaufwand als auch die Herstellungskosten werden vorteilhafterweise reduziert, wenn zumindest der vordere Abschnitt des Venturirohr-Diffusorteils bzw. der Venturidüse einstückig mit der Brennkammer gebildet ist.
Der Diffusorteil des Venturirohrs bzw. der Venturidüse ist im einfachsten Fall mit einem einheitlichen Öffnungswinkel gebildet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann dieser Venturirohr- bzw. Venturidüsen -Diffusorteil jedoch Abschnitte unterschiedlichen Öffnungswinkels aufweisen, wobei der Abschnitt mit größtem Öffnungswinkel an die Brennkammer angrenzt. Vorteilhafterweise wird der Brennstoff dem Venturirohr bzw. der Venturidüse über ein Brennstoff-Zufuhrröhrchen zugeführt, dessen stromabwärtiges Ende in das Venturirohr hineinsteht. Dieses stromabwärtige Ende des Brennstoff- Zufuhrröhrchens kann gegebenenfalls in eine stromabwärtige Zweistoffdüse oder in das Unterdruckgebiet eines zweiten, kleineren Venturirohres münden, das wiederum durch das Druckgefälle des Venturirohres bzw. der Venturidüse betrieben wird und in deren Unterdruckgebiet endet, um bereits eine Vorzerstäubung zu erreichen. Das Brennstoff-Zufuhrröhrchen ist ferner vorteilhafterweise innerhalb des Venturirohrs bzw. der Venturidüse koaxial zu deren Längsmitte verlaufend angeordnet. Das stromabwärtige Ende kann an verschiedenen Stellen des Venturirohrs bzw. der Venturidüse angeordnet sein, beispielsweise im Einlaufteil oder im Diffusorteil des Venturirohres bzw. der Venturidüse oder an deren engster Stelle zwischen Einlaufteil und Diffusorteil.
Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, die Brennkammer mit zumindest einem zusätzlichen Einlaß für Sekundärbrennluft zu versehen. Dieser Sekundärbrennlufteinlaß liegt bevorzugt in der Ebene der Brennkammer, in welcher das Venturirohr bzw. der Venturidüse mündet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Halb-Längsschnittdarstellung von Brennkammer und Venturirohr gemäß einer Ausführungsform des Zweistoff- Brenners,
Fig. 2 ein Diagramm des axialen Druckverlaufs im Venturirohr gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 eine Variante zur Fig. 1 mit einem kleinen Venturirohr statt einer Düse zur Brennstoffzerstäubung, und
Fig.4 eine Venturidüse mit einer axialen Trennstelle im Bereich des Diffusors. Der erfindungsgemäße Zweistoff-Brenner umfaßt eine Brennkammer 10 in einer bevorzugt zylindrischen oder quaderförmigen Form. An die Brennstoff/Brennluft-Einlaßseite der Brennkammer 10 ist ein Venturirohr 11 angeschlossen. Das eine Venturidüse bildende Venturirohr 11 ist bevorzugt zumindest im Anschlußbereich einstückig mit der Brennkammer 10 gebildet.
Das Venturirohr 11 besteht in an sich bekannter Weise aus einem Diffusorteil 12 und einem Einlaufteil 13. Das Diffusorteil 12 besitzt eine längere axiale Erstreckung als das Einlaufteil 13 und hat vorzugsweise Kegelform, wobei das Ende mit dem größten Durchmesser des kegelförmigen Diffusorteils 12 an den Brennstoff/Brennluft-Einlaß der Brennkammer 10 angeschlossen ist. Das Einlaufteil 13, das ebenfalls Kegelform besitzt oder aus einem oder mehreren Einlaufradien mit einem optional angeschlossenen zylindrischen Teil besteht, dessen Abschnitt größten Durchmessers jedoch von der Brennkammer 10 weg weist, grenzt an das im Durchmesser kleinste Ende des Diffusorteils 12 an.
Venturirohr 11 und Brennkammer 10 liegen bevorzugt auf einer gemeinsamen Längsmittelachse 14. Mit dieser Längsmittelachse 14 fluchtet ein Brennstoff- Zufuhrröhrchen 15, an dessen stromabwärtiges Ende sich eine Zweistoffdüse 16 anschließt. Die Austrittsöffnung der Zweistoffdüse 16 liegt an der engsten Stelle zwischen Diffusorteil 12 und Einlaufteil 13 des Venturirohrs 11 , das heißt in einem Unterdruckbereich gegenüber der Brennkammer 10, wie Fig. 2 verdeutlicht.
Statt der Zweistoffdüse 16 kann auch gemäß der in Fig. 3 gezeigten Variante ein kleines Venturirohr 19 an der gleichen Stelle vorgesehen sein, welche durch das Druckgefälle des Venturirohres 11 betrieben wird und in dessen Unterdruckgebiet endet, um bereits eine Vorzerstäubung zu erreichen. In diesem Falle mündet das Brennstoff-Zufuhrröhrchen 15 im kleineren Venturirohr 19, durch welches ebenfalls Luft gefördert wird. Brennluft wird in den Einlaufteil 13 des Venturirohrs 11 mittels eines nicht gezeigten Gebläses eingespeist, das Brennluft mit lediglich geringem Überdruck bereitstellt. Die Brennluft wird entlang des Pfeils 17 in das Venturirohr 11 gefördert.
Der axiale Druckverlauf im Venturirohr 11 ist in Fig. 2 in einem Diagramm dargestellt, auf dessen X-Achse die Länge £ des Venturirohrs 11 aufgetragen ist, und auf dessen Y-Achse der Differenzdruck Δp im Venturirohr 11 aufgetragen ist. Demnach besitzt die Brennluft an der Eintrittstelle in den Einlaufteil 13 des Venturirohrs 11 einen geringen Überdruck, der durch das die Brennluft fördernde Gebläse erzielt wird. Beim Durchströmen des Einlaufteils 13 erhöht sich durch die Verengung des Querschnitts die Geschwindigkeit, wobei gleichzeitig der Druck der Brennluft fällt und im Übergang zum anschließenden Diffusorteil 12 einen minimalen Wert erreicht. Dieser minimale Absolutdruck entspricht einem maximalen Unterdruck gegenüber dem Brennkammerdruckniveau. Dieser Unterdruck nimmt im weiteren Verlauf des Diffusorteils 12 stromabwärts ab, so daß die in die Brennkammer 10 eintretende Brennluft sich in etwa auf Brennkammerdruck befindet.
Die Düse 16 besitzt zumindest eine radiale Bohrung 18, die in die axiale Brennstoff-Förderbohrung der Düse 16 mündet. Über diese radiale Bohrung 18 wird Luft in den Förderweg des flüssigen Brennstoffs eingetragen, so daß in der Düse 16 eine Verwirbelung von Brennluft und flüssigem Brennstoff stattfindet. Dieses Gemisch tritt dann zerstäubt aus der Austrittsöffnung der Düse 16 aus und vermischt sich im Diffusorteil 12 mit der entlang des Pfeils 17 angesaugten Brennluft, die dem Einlaufteil 13 durch das Gebläse mit niedrigem Druck bereitgestellt wird.
In die Brennkammer 10 wird außerdem bevorzugt Sekundär-Brennluft eingetragen. Zu diesem Zweck sind an der Stelle, an welcher das Diffusorteil 12 des Venturirohrs in die Brennkammer 10 übergeht, über den Umfang verteilt Sekundärluft-Öffnungen 20 gebildet, über welche Sekundärluft in die Brennkammer 10 eingetragen wird. Sekundärluft-Öffnungen können alternativ oder zusätzlich auch am Mantel der Brennkammer 10 vorgesehen sein. Fig. 4 zeigt schematisch im Längsschnitt einen mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Venturidüse bestückten hinteren Teil einer Brennkammer eines Brenners für ein Fahrzeug-Zusatzheizgerät.
Der allgemein mit der Bezugsziffer 110 bezeichneten zylindrischen Brennkammer ist eine Brennluftzufuhrkammer 111 vorgeschaltet, in welche Brennluft mit nicht dargestellten Mitteln, typischerweise mittels eines Gebläses zugeführt wird. Die Brennkammer 110 besitzt koaxial zu ihrer Längsmittelachse L verlaufend, die strichpunktiert dargestellt ist, eine Anschlußöffnung 122 zum Anschluß des stromabwärtigen Endes einer Venturidüse 112, die vollständig innerhalb der Brennluftzufuhrkammer 111 liegt. Um diese Anschlußöffnung 122 herum befinden sich ringförmig angeordnet kleinere Öffnungen 123 für den Hindurchtritt von Sekundär-Brennluft in die Brennkammer 110.
Die Venturidüse 112 umfaßt im stromaufwärtigen Bereich einen in die Brennkammer 110 einmündenden kegelförmigen Diffusor 113, der in stromaufwärtiger Richtung spitz zuläuft. Im stromaufwärtigen Bereich umfaßt die Venturidüse 112 ein kegelförmiges Einlaufteil 114, das einen zum Diffusor 113 entgegengesetzten Durchmesserverlauf aufweist, das heißt in Richtung auf den Diffusor 113 konisch spitz zuläuft. An das Außenende des Einlaufteils 114 schließt sich ein Zylinderteil 115 an, das in die Brennluftzufuhrkammer 111 ausmündet. Diffusor 113 und Einlaufteil 114 sind über einen im Durchmesser kleinen Zylinderteil 116 verbunden, in welchen ein Brennstoff-Zufuhrröhrchen 117 mündet, das koaxial zur Längsmittelachse der Venturidüse 112 verläuft und außerhalb dieser Düse gewinkelt aus der Brennluftzufuhrkammer 111 herausgeführt ist.
Bei dieser Anordnung von Brennluftzufuhrkammer 111 und Venturidüse 112 wird flüssiger Brennstoff durch den im Bereich der engsten Stelle (im Bereich des Zylinderteils 116) herrschenden Unterdruck in die Brennluft eingesaugt und zerstäubt. Die dem Einlaufteil 114 zugeführte Brennluft aus der Brennluftzufuhrkammer 111 wird zusammen mit dem zerstäubten Brennstoff aus der Venturidüse 112 in die Brennkammer 110 eingetragen. Der Nebel aus Brennstoff und Brennluft wird in der Brennkammer 110 gezündet und unter Beimischung zusätzlicher Sekundär-Brennluft aus den Öffnungen 123 verbrannt. Zu diesem Zweck ragt in die Brennkammer 110 eine Zündeinrichtung, die in der Figur 4 mit der Bezugsziffer 124 schematisch dargestellt ist und deren Ende in den Bereich der Ausmündung des konischen Diffusor 113 der Venturidüse 112 hineinreicht.
Erfindungsgemäß ist die Venturidüse 112 axial in zwei Teile unterteilt, nämlich in einen Austragteil 118, der an die Brennkammer 10 angrenzt und einen stromaufwärts von diesem Austragteil 118 angeordneten Zufuhrteil 119. Die axiale Unterteilung der Venturidüse 112 ist im Bereich ihres Diffusors 113 getroffen, so daß der Zufuhrteil 119 etwa doppelt so lang ist wie der Austragteil 18.
Bei der in der Figur 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind Austragteil 118 und Zufuhrteil 119 voneinander durch einen Ringspalt 120 getrennt, dessen Breite typischerweise zwischen 0,1 und 0,8 mm beträgt. Bevorzugt ist die Spaltbreite mit etwa 0,3 mm gewählt. Der Ringspalt 120 ist in axialer Richtung durch die aufeinander zu weisenden ringförmigen Stirnflächen von Austragteil 118 und Zufuhrteil 119 und radial durch eine Ringdichtung 121 begrenzt, welche den Riπgspalt 120 und damit den konischen Diffusor 113 nach außen abdichtet. Der Werkstoff der Ringdichtung 121 besteht bevorzugt aus einem wärmeisolierenden Material wie beispielsweise Keramik. Die Venturidüse 112 besteht aus Metall, bevorzugt jedoch auch zumindest teilweise aus Keramik. Das Material für die beiden Venturidüsenteile 118, 119 kann dasselbe sein. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, daß das Material des Austragteils 118 eine geringere Wärmeleitfähigkeit besitzt als das Material des Zufuhrteils 119, um so wenig Wärme wie möglich zum Ringspalt 120 zwischen den beiden Venturidüsenteilen 118 bzw. 119 zu übertragen. Durch die erfindungsgemäße wärmeisolierte Trennung der Venturidüse 112 besitzt diese einen kalten und einen heißen Teil. Der stromaufliegende kalte Zufuhrteil 119 wird aufgrund der Zweiteilung der Venturidüse im Betrieb typischerweise mit Temperaturen unterhalb 180 °C belastet, so daß in diesem Düsenteil 119 keine Verkrackung des Brennstoffs stattfinden kann. Andererseits ist der flammenseitige heiße Austragteil 118 der Venturidüse 112 typischerweise mit Temperaturen oberhalb von 500 °C belastet, so daß auf dessen Innenwandung aus dem Brennstoff-Zufuhrröhrchen 117 auftreffender flüssiger Brennstoff verdampft, ohne Krack-Rückstände zu hinterlassen. Somit ist gewährleistet, daß sich die Venturidüse 112 mit Rückständen zusetzt und damit ihre Leistungsfähigkeit zumindest beeinträchtigt wird.
Die Ringdichtung 121 kann den gesamten Ringspalt 120 ausfüllen. Alternativ dazu ist auch denkbar, die Ringdichtung 121 vollständig entfallen zulassen. Bei einem sehr engen Ringspalt 120 tritt praktisch keine Leckage von Brennstoffluftgemisch nach außen auf. Geringe Leckagemengen würden dabei mit der Sekundär-Brennluft der Brennkammer zugeführt und dort verbrannt.
Aufgrund des geringen Schadstoffausstoßes, der in einem mit der erfindungsgemäßen Venturidüse bestückten Brenner erzielbar ist, wird eine größere Lebensdauer des Brenners und damit des Heizgeräts und eine geringere Umweltbelastung gewährleistet. Schließlich ist das Startverhalten durch Einsatz der erfindungsgemäßen Venturidüsen optimal.
Bezugszeichenliste
10 Brennkammer
11 Venturirohr
12 Diffusorteil
13 Einlaufteil
14 Längsmittelachse
15 Brennstoff-Zufuhrröhrchen
16 Zweistoffdüse
17 Pfeil
18 Bohrung
19 Venturirohr (für Brennstoff)
20 Sekundärluft-Öffnung
110 Brennkammer
111 Brennluftzufuhrkammer
112 Venturidüse
113 Diffusor
114 Einlaufteil
115 Zylinderteil
116 Zylinderteil
117 Brennstoff-Zufuhrröhrchen
118 Austragteil
119 Zufuhrteil
120 Ringspalt
121 Ringdichtung
122 Anschlußöffnung
123 Öffnungen (für Brennluft)
124 Zündeinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Brenner, insbesondere für eine Fahrzeugzusatz- bzw. -Standheizung, mit einer Brennkammer (10, 110) zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff in Anwesenheit von Brennluft und mit einer Mischeinrichtung, die eine Düse zum Zerstäuben des flüssigen Brennstoffs umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse ein Venturirohr (11) bzw. eine Venturidüse (112) mit einem sich in Strömungsrichtung der Brennluft verjüngenden Einlaufteil (13, 114) und mit einem sich in Strömungsrichtung der Brennluft erweiternden Diffusorteil (12, 113) umfaßt, dessen im Durchmesser größeres Ende in die Brennkammer (10, 110) mündet, wobei in einem Unterdruckgebiet im Übergangsbereich vom Einlaufteil (13, 114) zum Diffusorteil (12, 113) der flüssige Brennstoff zugegeben wird.
2. Brenner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein vorderer Abschnitt des Diffusorteils (12, 113) einstückig mit der Brennkammer (10, 110) gebildet ist.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Richtung auf die Brennkammer (10, 110) kegelförmig auseinanderlaufende Diffusorteil (12, 113) Abschnitte unterschiedlichen Öffnungswinkels aufweist.
4. Brenner nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff dem Venturirohr (11) bzw. der Venturidüse (112) über ein koaxial zu deren Längsmittelachse (14, L) angeordnetes Brennstoff- Zufuhrröhrchen (15, 117) zugeführt wird.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (10, 110) wenigstens einen Einlaß (20, 123) für Sekundärbrennluft aufweist.
6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (20, 123) für Sekundärbrennluft axial gesehen in dem Bereich der Brennkammer (10, 110) vorgesehen ist, in welchen das Venturirohr (11) bzw. die Venturidüse (112) einmündet.
7. Brenner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff über eine Zweistoffdüse (16) beliebiger Bauart oder ein zweites kleineres Venturirohr (19) vorzerstäubt wird, dessen Ein- und Austrittsöffnung im Venturirohr (11) derart angeordnet ist, daß sie über ein durch das Venturirohr (11) erzeugtes Druckgefälle betrieben wird.
8. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennluft dem Einlaufteil (13, 114) verdrallt zugeführt wird.
9. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Venturirohr (11) bzw. die Venturidüse (112) zumindest teilweise aus einem Keramik-Werkstoff besteht.
10. Venturidüse (112) zum Zerstäuben von flüssigem Brennstoff zur Verbrennung des Brennstoffs in Anwesenheit von Brennluft in der Brennkammer (110) eines Brenners, insbesondere eines Brenners für eine Fahrzeugzusatz- bzw. -Standheizung, dadurch gekennzeichnet, daß sie axial in ein Brennstoff/Brennluft-Austragteil (118) und ein Brennstoff/Brennluft-Zufuhrteil (119) unterteilt ist, und daß die beiden Venturidüsenteile (118, 119) gegeneinander wärmeisoliert sind .
11. Venturidüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrteil (119) der Venturidüse (112) eine größere axiale Erstreckung besitzt als das Austragteil (118).
12. Venturidüse nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrteil (119) der Venturidüse (112) in etwa doppelt so lang ist wie das Austragteil (118).
13. Venturidüse nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Austragteil (118) der Venturidüse (112) aus einem Material mit schlechterem Wärmeleitungsvermögen besteht als das Zufuhrteil (119).
14. Venturidüse nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Austragteil (118) und das Zufuhrteil (119) durch eine Ringdichtung (121) voneinander getrennt sind, die im wesentlichen vollflächig an die aufeinander zu weisenden ringförmigen Stirnflächen der beiden Venturidüsenteile (18, 19) axial angrenzt.
15. Venturidüse nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Austragteil (118) und das Zufuhrteil (119) zumindestens teilweise über einen Ringspalt (120) voneinander getrennt sind, der axial von den aufeinander zu weisenden ringförmigen Stirnflächen der beiden Venturidüsenteile (118, 119) begrenzt ist.
16. Venturidüse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (120) radial von der Ringdichtung (121) begrenzt ist.
17. Venturidüse nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (120) eine Spaltbreite zwischen 0,1 und 0,8 mm, bevorzugt von etwa 0,3 mm aufweist.
18. Venturidüse nach einem der Anspruch 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (121) aus wärmeisolierendem Material besteht.
19. Venturidüse nach Anspruch 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (121) aus Keramikwerkstoff besteht.
20. Venturidüse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstelle der Venturidüse (112) in deren Diffusorteil (113) gelegt ist.
21. Venturidüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Austragteil (118) aus Keramikmaterial besteht.
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