EP1327820B1 - Combustor, especially a combustor for vehicle heating - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammerbaugruppe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a combustion chamber assembly according to the preamble of claim 1.
Eine derartige Brennkammerbaugruppe ist z.B. aus der US 4 471 754 und der US 4 623 310 bekannt. Such a combustion chamber assembly is e.g. from US 4,471,754 and the US 4,623,310 known.
Eine Brennkammerbaugruppe, wie sie im Allgemeinen Einsatz
findet bei als Fahrzeugstandheizungen oder Zusatzheizern eingesetzten
Heizgeräten, ist in der Fig. 1 dargestellt. Diese aus dem Stand der Technik
bekannte Baugruppe 10s umfasst ein Brennkammergehäuse 12s, das mit
einer näherungsweise zylindrisch ausgebildeten Außenwandung 14s eine
Brennkammer 1 6s nach radial außen hin begrenzt. Von einem Bodenbereich
18s des Brennkammergehäuses 12s erstreckt sich koaxial zur Außenwandung
14s und bezüglich einer Längsachse A der Brennkammerbaugruppe
10s eine näherungsweise zylindrische Innenwandung 20s, die durch einen
Abschlussbereich 22s axial abgeschlossen ist. Die Außenwandung 14s und
die Innenwandung 20s definieren somit eine Brennkammer 16s mit näherungsweise
ringartiger Gestalt, die im Bereich einer entsprechenden ringförmigen
Austrittsöffnung 24s axial in Richtung zu einem an das Brennkammergehäuse
12s anschließenden Flammrohr 26s offen ist. In der Innenwandung
20s sind mehrere Lufteintrittsöffnungen 28s vorgesehen, durch
welche hindurch die zur Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft in die
Brennkammer 16s auch unter der Förderwirkung eines nicht dargestellten
Gebläses gelangen kann. A combustor assembly, as they generally use
used in vehicle heaters or auxiliary heaters
Heaters, is shown in Fig. 1. These from the prior art
known
An einer der Brennkammer zugewandten Innenseite 30s der Außenwandung
14s ist eine beispielsweise aus Vliesmaterial oder sonstigem porösen
Material gebildete Auskleidung 32s vorgesehen. Auch an der Innenwandung
20s kann an deren zur Brennkammer 16s hin gewandt liegenden
Seite 34s eine aus Metallgestrick gebildete Auskleidung 36s aus Schalldämmungsgründen
vorgesehen sein. Über eine Brennstoffzuführleitung 39s
wird der Brennstoff in die Brennkammer 16s eingeleitet, wobei dies beispielsweise
durch eine nicht dargestellte Zerstäuberdüse erfolgen kann oder
auch durch Einleitung beispielsweise in die Auskleidung 30s unter Ausnutzung
einer Verdampfungswirkung. Ferner ragt in die Brennkammer 16s
ein nicht dargestelltes Zündorgan, beispielsweise ein Glühzündstift, welcher
am Beginn einer Betriebsphase dafür sorgt, dass der durch Zerstäubung
oder Verdampfung in die Brennkammer 16s gelangte Brennstoff gezündet
wird und somit die Verbrennung beginnt. Die bei der Verbrennung in der
Brennkammer 16s erzeugten Abgase bzw. auch die Verbrennungsflamme
treten im Bereich der Austrittsöffnung 24s aus dem Brennkammergehäuse
12s aus und strömen, wie durch Pfeile angedeutet, durch eine zentrale
Öffnung 38s einer im Flammrohr 26s der Austrittsöffnung 24s des Brennkammergehäuses
12s gegenüber liegend positionierten Abgasblende 40s
hindurch. Die dann entlang des Flammrohrs 26s strömenden durch Verbrennung
erzeugten sehr heißen Abgase treten im Bereich einer Flammrohraustrittsöffnung
42s aus dem Flammrohr aus und werden, wie durch Pfeile
ebenfalls dargestellt, durch ein das Flammrohr außen umgebendes, in der
Figur nicht dargestelltes Wärmetauschergehäuse umgelenkt, so dass sie an
der Außenseite des Flammrohrs 26s zurückströmen und dabei das Wärmetauschergehäuse
und das im Wärmetauschergehäuse strömende Medium
erwärmen. Die sich dabei abkühlenden Abgase strömen zurück in Richtung
Brennkammergehäuse 12s und treten dann, nachdem sie ggf. entlang eines
Teilbereichs der von der Brennkammer 16s abgewandt liegenden Außenseite
44s der Außenwandung 14s geströmt sind, über ein Abgasleitungssystem
zur Umgebung hin aus. At one of the combustion chamber facing inside 30s of the outer wall
14s is an example of nonwoven material or other porous
Material formed
Ein Problem bei derartigen Brennkammerbaugruppen bzw. diese ausweisenden
Heizgeräten ist, dass in axialer Richtung ein vergleichsweise starkes
Temperaturgefälle vorhanden ist. Die Temperatur im Bereich des Flammrohrs
ist vergleichsweise hoch, während die Temperatur im Bereich des
Brennkammergehäuses vergleichsweise gering ist. Auch die an der Außenseite
des Flammrohrs ggf. zurückgeführten Abgase sind bereits soweit
abgekühlt, dass sie zu einer wesentlichen Erwärmung des Brennkammergehäuses
nicht mehr beitragen können. Daraus resultieren Verkoksungsprobleme
im Bereich der Auskleidungen 32s, 36s, der Verbrennungslufteintrittsöffnungen
28s und des nicht dargestellten Zündorgans. Insbesondere
wird bei Einleitung des Brennstoffs über poröse Materialien unter Ausnutzung
der Brennstoffverdampfung vor allem bei sehr niedrigen Außentemperaturen
die Startphase, d.h. die Phase bis zum Erreichen der geforderten
Nennleistung, sehr lange sein.A problem with such combustor assemblies or this ausweisenden
Heating equipment is that in the axial direction a comparatively strong
Temperature gradient is present. The temperature in the area of the flame tube
is comparatively high while the temperature is in the range of
Combustor housing is relatively low. Also on the outside
of the flame tube, if necessary recirculated exhaust gases are already so far
cooled, causing a significant heating of the combustion chamber housing
can not contribute anymore. This results in coking problems
in the area of the
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Brennkammerbaugruppe derart weiterzubilden, dass die durch zu geringe Temperaturen im Bereich des Brennkammergehäuses auftretenden Probleme im Wesentlichen beseitigt werden.It is the object of the present invention to provide a generic combustion chamber assembly in such a way that the due to low temperatures Problems in the area of the combustion chamber housing Substantially eliminated.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Brennkammerbaugruppe nach Anspruch 1. According to the present invention, this object is achieved by a combustion chamber assembly according to claim 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Ablenkblende in einer Blendenstirnwandung eine Durchtrittsöffnung, welche der Brennkammeraustrittsöffnung gegenüber liegend positioniert ist und eine kleinere Abmessung aufweist, als die Brennkammeraustrittsöffnung. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, dass nur ein Teilstrom der aus der Brennkammeraustrittsöffnung herausströmenden Abgase zur Ausnutzung von deren Wärme umgelenkt wird, während ein weiterer Teil der bei der Vrebrennung entstehenden Abgase unmittelbar in das Flammrohr einströmt. According to the present invention the baffle in a diaphragm end wall a passage opening, which the combustion chamber outlet opening opposite is positioned horizontally and has a smaller dimension, as the combustion chamber exit opening. In this way will Ensures that only a partial flow of the combustion chamber outlet opening outflowing exhaust gases deflected to exploit their heat while another part of the pre-combustion Exhaust gas flows directly into the flame tube.
Durch das Aufteilen in zwei Teilströme, nämlich einen direkt in das Flammrohr einströmenden Hauptstrom und einen zur Erwärmung umgelenkten und erst nachfolgend in das Flammrohr eingeleiteten Teilstrom, wird ein nach dem Injektorprinzip arbeitender Aufbau geschaffen, bei welchem durch den direkt in das Flammrohr einströmende Teilstrom ein Unterdruck erzeugt wird, welcher im Wesentlichen dafür verantwortlich ist, dass ein Teil der die Brennkammer verlassenden Gase bzw. Abgase durch die Ablenkblende in definierter Art und Weise zum Umströmen des Brennkammergehäuses an seiner Außenseite umgelenkt wird.By dividing into two partial streams, namely one directly into the flame tube inflowing mainstream and one for heating deflected and only subsequently introduced into the flame tube partial flow, a Created according to the injector principle working structure, in which by the directly flowing into the flame tube partial flow a negative pressure is generated, which is essentially responsible for that one Part of the combustion chamber leaving gases or exhaust gases through the deflector in a defined manner for flowing around the combustion chamber housing is deflected on its outside.
Eine in strömungstechnischer Hinsicht besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Ablenkblende mit hohlkegelstumpfartiger Form ausgebildet ist und dass das Brennkammergehäuse in die Ablenkblende eingreift. Weiter kann vorgesehen sein, dass zwischen der Ablenkblende und dem Flammrohr ein den abgelenkten Abgasstrom in Richtung zu einer Flammrohraustrittsöffnung führender Strömungskanalbereich gebildet ist. Dieser Strömungskanalbereich weist eine Drosselfunktion auf, so dass durch die Vorgabe des Strömungsquerschnitts in diesem Bereich auch unter Berücksichtigung des vorangehend beschriebenen und durch den in das Flammrohr direkt gehenden Hauptstrom erzeugten Unterdrucks die Strömungsrate der zur Brennkammergehäuseerwärmung beitragenden Abgase eingestellt werden kann.A particularly advantageous embodiment in terms of flow technology provides that the baffle with hollow truncated Form is formed and that the combustion chamber housing in the deflector intervenes. Further, it can be provided that between the deflection and the flame tube, a deflected exhaust gas flow toward a Flammrohraustrittsöffnung opening leading flow channel area formed is. This flow channel region has a throttling function, so that by specifying the flow cross section in this area as well taking into account the previously described and by the in the flame tube directly leaving mainstream generated negative pressure Flow rate of contributing to combustion chamber housing heating Exhaust gases can be adjusted.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, bei welchem Heizgerät eine erfindungsgemäße Brennkammerbaugruppe vorgesehen ist.The present invention further relates to a heater, in particular for a Vehicle, in which heater, a combustion chamber assembly according to the invention is provided.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen die erfindungsgemäße Brennkammerbaugruppe beschrieben. In diesen Zeichnungen zeigt:
- Fig. 1
- eine Längsschnittansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Brennkammerbaugruppe;
- Fig. 2
- eine Längsschnittansichteiner erfindungsgemäßen Brennkammerbaugruppe.
- Fig. 1
- a longitudinal sectional view of a known from the prior art combustion chamber assembly;
- Fig. 2
- a longitudinal sectional view of a combustion chamber assembly according to the invention.
Die in der Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Brennkammerbaugruppe 10
entspricht hinsichtlich wesentlicher Konstruktionsmerkmale der vorangehend
bereits ausführlich mit Bezug auf die Fig. 1 diskutierten und aus dem
Stand der Technik bekannten Brennkammerbaugruppe. So weist auch die
erfindungsgemäße Brennkammerbaugruppe 10 ein Brennkammergehäuse
12 mit einer Außenwandung 14 und einer Innenwandung 20 auf, die
zwischen sich eine näherungsweise ringförmige Brennkammer 16 begrenzen.
Diese ist über die Brennkammeraustrittsöffnung 24 axial offen. An der
der Brennkammer 16 zugewandten Innenseite der Außenwandung 14 ist
die Auskleidung 32 vorgesehen. In entsprechender Weise ist auch an der
Innenwandung 20 wiederum die Auskleidung 36 vorhanden.The inventive
Die Abgasblende 40 bildet bei der erfindungsgemäßen Brennkammerbaugruppe
10 eine allgemein mit 50 bezeichnete Ablenkanordnung. Man
erkennt, dass auch bei dieser Abgasblende 40 eine zentrale, zur Längsachse
A näherungsweise konzentrische Öffnung 38 vorhanden ist, deren
Außenabmessung, also beispielsweise Durchmesser, kleiner ist, als die
entsprechende Außenabmessung der Brennkammer 16, wobei diese Außenabmessung
im Wesentlichen vorgegeben ist durch die Außenwandung
14 bzw. die Auskleidung 32. Die Abgasblende 40 weist radial außen
angrenzend an ihre der Austrittsöffnung 24 gegenüber liegende Stirnwandung
52 eine Außenwandung 54 auf. Die Außenwandung 54 und die
Stirnwandung 52 bilden zusammen im Wesentlichen eine kegelstumpfartige
Topfform, wobei, wie man in Fig. 2 erkennen kann, zumindest in einem
Teilbereich die Außenwandung 54 derart bemessen ist, dass sie eine größere
Abmessung, beispielsweise wieder Durchmesser, aufweist, als die
Außenwandung 14 des Brennkammergehäuses 12. Die Abgasblende 40 ist
derart positioniert, dass sie axial das Brennkammergehäuse 12 teilweise
übergreift. Daraus resultiert, dass zwischen der Außenwandung 14 des
Brennkammergehäuses 12 und der Außenwandung 54 der Abgasblende 40
ein ringartiger Strömungsraum 56 gebildet ist, durch welchen zumindest
ein Teil der auf die Stirnwandung 52 auftreffenden und somit durch diese
Stirnwandung 52 und auch die Außenwandung 54 abgelenkten Abgase
strömen wird. Dabei strömen diese Abgase entlang der Außenseite 44 der
Außenwandung 14 des Brennkammergehäuses 12 und übertragen dabei
Wärme auf das Brennkammergehäuse 12. Nachdem die eine sehr hohe
Temperatur aufweisenden Abgase entlang dieser Außenseite 44 geströmt
sind, werden sie durch ein das Brennkammergehäuse 12 radial außen
umgebendes weiteres Gehäuse 58 wieder umgelenkt, und gelangen nunmehr
in einen weiteren Strömungskanalbereich 60, der zwischen der Außenwandung
54 der Abgasblende 40 und einem sich enstsprechend der
Formgebung der Außenwandung 54 der Abgasblende 40 konusartig erweiternden
Abschnitt 62 des Flammrohrs 26 gebildet ist. Nach dem Durchströmen
dieses Bereichs 62 gelangt der zuvor zweifach axial umgelenkte
Abgasstrom in denjenigen Bereich des Flammrohrs 26, in welchen der
unmittelbar aus der Austrittsöffnung 24 ausgetretene und durch die Durchtrittsöffnung
38 der Abgasblende 40 hindurch gelangte Abgasteilstrom
strömt. Der unmittelbar durch die Durchtrittsöffnung 38 in das Flammrohr
26 eintretende Teilstrom der Gase bzw. Abgase erzeugt bei einer derartigen
Anordnung also einen Unterdruck im radial äußeren Bereich, d.h. auch in
demjenigen Bereich, in welchem der Strömungskanalbereich 60 dann in den
verbleibenden Teil des Flammrohrs 26 einmündet. Dieser Unterdruck ist im
Wesentlichen auch dafür verantwortlich, dass die auf die Abgasblende 40
auftreffenden Gase zumindest teilweise nach radial außen umgeleitet und
somit in den Raumbereich 56 an der Außenseite 44 der Außenwandung 14
gelangen. Dabei hat also die Abgasblende 40 die wesentliche Funktion, den
Strömungsweg für die abgelenkten und vor allem durch Unterdruckwirkung
geförderten Abgase vorzugeben und somit dafür zu sorgen, dass die Außenseite
44 der Außenwandung 14 im gewünschten Ausmaß umströmt
und somit erwärmt wird.The
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennkammerbaugruppe 10
wird also erreicht, dass ein Teil der mit sehr hoher Temperatur die Brennkammer
16 verlassenden Abgase unmittelbar, also noch vor dem Eintritt in
das Flammrohr 26, dazu genutzt, um zumindest einen Teil der bei der Verbrennung
entstehenden Wärme auf das Brennkammergehäuse 12 selbst zu
übertragen. Versuche haben gezeigt, dass damit eine Erhöhung der Temperatur
des Brennkammergehäuses 12 insbesondere im Bereich des Bodens
18 um etwa 280°C erlangt werden kann, so dass die Temperatur in diesem
Bereich sehr schnell Werte zwischen 400°C und 500°C erreicht. Es
wird damit neben dem schnellen Erreichen hoher Temperaturen auch eine
deutlich gleichmäßigere Temperaturverteilung erlangt, was zur Folge hat,
dass die Startphase beim Zünden und bis zum Hochlaufen bis zur geforderten
Nennleistung deutlich verkürzt werden kann. Das Erfindungsprinzip ist
des Weiteren im Wesentlichen unabhängig vom eingesetzten Brennstoff, da
die im Bereich der Brennkammer erzeugten Temperaturen über den Siedetemperaturen
der für derartige Brennkammern bzw. diese aufweisende
Heizgeräte eingesetzten Brennstoffe, wie z.B. Diesel oder Heizöl, liegen.
Neben einem deutlich effizienteren Betrieb kann des Weiteren eine deutliche
Minderung der bei der Verbrennung erzeugten Rußanteile und der sich
im Bereich der die Brennkammer begrenzenden Wandungen niederschlagenden
Ablagerungen erreicht werden.Due to the inventive design of the combustion chamber assembly 10th
So it is achieved that part of the very high
Claims (5)
- Combustion chamber assembly (12), in particular for a vehicle heater, comprising a combustion chamber housing, in which a combustion chamber (16) is delimited by a combustion chamber outer wall (14), the combustion chamber (16) having a combustion chamber outlet opening (24) acting as an outlet for exhaust gases generated during combustion to a flame tube (26), a diverter arrangement (50) for diverting at least a part-stream of the exhaust gases leaving the combustion chamber (16) so that they flow along at least a subregion of the outer side (44), facing away from the combustion chamber (16), of the combustion chamber outer wall (14) before entering the flame tube (26) being provided, which diverter arrangement comprises a diverter diaphragm located opposite the combustion chamber outlet opening (24), characterized in that the diverter diaphragm (40), in a diaphragm end wall (52), has a passage opening (38) which is positioned opposite the combustion chamber outlet opening (24), and is of a smaller size than the combustion chamber outlet opening (24).
- Combustion chamber assembly according to Claim 1, characterized in that the diverter diaphragm (40) at least in regions engages over the combustion chamber housing (12) by way of a diaphragm outer wall (54).
- Combustion chamber assembly according to Claim 1 and Claim 2, characterized in that the diverter diaphragm (40) is designed in the form of a hollow truncated cone, and in that the combustion chamber housing (12) engages in the diverter diaphragm (40).
- Combustion chamber assembly according to one of Claims 1 to 3, characterized in that a flow passage region (60) which guides the diverted exhaust-gas stream in the direction of a flame tube outlet opening (42) is formed between the diverter diaphragm (40) and the flame tube (26).
- Heater, in particular for a vehicle, comprising a combustion chamber assembly (10) according to one of the preceding claims.
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