EP1519110B1 - Brenneranordnung, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät - Google Patents

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EP1519110B1
EP1519110B1 EP20040012272 EP04012272A EP1519110B1 EP 1519110 B1 EP1519110 B1 EP 1519110B1 EP 20040012272 EP20040012272 EP 20040012272 EP 04012272 A EP04012272 A EP 04012272A EP 1519110 B1 EP1519110 B1 EP 1519110B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wall
burning chamber
bottom wall
coating
burner arrangement
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP20040012272
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1519110A1 (de
Inventor
Walter Blaschke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
J Eberspaecher GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by J Eberspaecher GmbH and Co KG filed Critical J Eberspaecher GmbH and Co KG
Publication of EP1519110A1 publication Critical patent/EP1519110A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1519110B1 publication Critical patent/EP1519110B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D3/00—Burners using capillary action
    • F23D3/40—Burners using capillary action the capillary action taking place in one or more rigid porous bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details
    • F23D11/44—Preheating devices; Vaporising devices
    • F23D11/441—Vaporising devices incorporated with burners
    • F23D11/448—Vaporising devices incorporated with burners heated by electrical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/05004—Special materials for walls or lining

Definitions

  • the present invention relates to a burner arrangement, in particular for a heating appliance, comprising a wall area limiting a volume range with an elevated temperature in operation of the burner arrangement with respect to the surroundings, according to the preamble of claim 1.
  • the fuel is introduced into a so-called evaporator fleece or other porous medium.
  • the initially still liquid fuel is distributed by capillary action, is thus distributed over a comparatively large surface and evaporated there.
  • so-called atomizer burners the fuel is introduced via atomizing nozzles under high pressure and mixed in this way with the air required for combustion.
  • the temperature present in the same area plays a fundamental role. Too fast, sudden evaporation, which can occur at very high local temperatures, contributes to the formation of deposits. Too low temperatures can result in insufficient evaporation.
  • From the EP 0 166 329 A is a burner assembly according to the preamble of claim 1.
  • this known burner arrangement of the fuel to be burned is introduced into a gasification chamber formed in a housing.
  • the housing enclosing the gasification chamber which can be made in one piece with a flame tube and a burner plate and thus also limits that volume region in which the combustion will take place, can be coated with a coating of ceramic material in the region of a wall enclosing the gasification chamber Wall to protect against the high temperatures occurring during combustion.
  • the WO 95 31348 A discloses a combustion chamber burner for a vehicle heater.
  • the combustion air is supplied via a centrally arranged in the combustion chamber nozzle.
  • the fuel is introduced into a porous evaporator medium provided on a circumferential wall of a combustion chamber housing.
  • the DE 101 36 292 A1 discloses an evaporative burner for a vehicle heater in which a liquid evaporative medium receiving porous liquid evaporator medium is disposed in the bottom portion of a combustion chamber to achieve thermal insulation between the combustion chamber and a metal plate carrying this, are provided on this plate isolation ribs, which only a punctual contact guarantee
  • a burner arrangement in particular for a vehicle heater, comprising a wall area bounding a volume area with an elevated temperature in operation of the burner arrangement, which wall area is at least partially provided with a thermally insulating wall Coating is coated.
  • a combustion chamber housing is provided which, together with a heat exchanger arrangement, delimits an exhaust gas backflow space, the combustion chamber housing and / or the heat exchanger arrangement being coated with a thermally insulating coating at least in their adjoining areas.
  • the burner arrangement By at least partially coating the burner arrangement with a thermally insulating coating, it is ensured that the volume area surrounded or delimited in this way is thermally more decoupled from adjacent areas, so that the thermal interaction between this volume area and other areas becomes clear can be reduced.
  • the coating have a thermal conductivity of less than 40 W / mK, preferably less than 20 W / mK, most preferably less than 5 W / mK.
  • a material for such a coating ceramic material has proven especially. This is on the one hand in the production in a wide range, in particular also with regard to its thermal conductivity, adjustable, so that, if necessary, locally different areas of the thermal insulation can be adapted to the respective requirements occurring there.
  • a ceramic coating has the advantage that they are very stable in the occurring in such burner assemblies temperatures of up to more than 1000 ° C and are not subject to excessive aging.
  • the group of so-called oxide-ceramic materials, in particular ZrO 2 / Ca has proved to be particularly advantageous.
  • the coating is provided on the side of the wall region facing the volume region.
  • a combustion chamber housing may be provided with a bottom wall and a peripheral wall, which surround a combustion chamber, wherein the wall region comprises the bottom wall and / or the peripheral wall.
  • a combustion chamber housing may be provided with a bottom wall and a circumferential wall, which surround a combustion chamber, wherein on the bottom wall or the peripheral wall designed for receiving an ignition organ Zündorganinghunt is provided and the wall region comprises a surrounding the Zündorganinghunt wall.
  • a combustor shell having a bottom wall and a peripheral wall enclosing a combustor, wherein a fuel supply line arrangement is provided for supplying fuel into the combustor, which fuel supply line arrangement is in the region of the bottom wall and / or peripheral wall to the combustor is open, and wherein the wall region comprises a wall of the fuel supply line arrangement.
  • a combustion chamber housing may be provided with a bottom wall and a peripheral wall, which surround a combustion chamber, wherein on the peripheral wall a flame cover is worn and wherein the wall region comprises the peripheral wall and / or a region of the flame cover standing in supporting contact with the peripheral wall.
  • a combustion chamber housing with a bottom wall and a circumferential wall is provided which surround a combustion chamber, wherein the combustion chamber housing comprises a ring-like support element on which at least part of the bottom wall is carried as a separate assembly , and wherein the carrier element and / or the formed as a separate assembly part of the bottom wall, at least in their contacting areas at least partially coated with a thermally insulating coating.
  • a combustion chamber housing is provided with a bottom wall and a peripheral wall which surround a combustion chamber, wherein the combustion chamber housing comprises a ring-like support member on which at least a portion of the peripheral wall is carried as a separate assembly, and wherein the Carrier element and / or formed as a separate assembly part of the peripheral wall are coated at least partially in their contacting areas at least partially with a thermally insulating coating.
  • FIG. 1 and 2 is a section of a burner assembly according to the invention, constructed here according to the principle of an evaporator burner, designated by the reference numeral 10.
  • This burner assembly 10 comprises a combustion chamber housing 12, which is formed with a substantially pot-like structure.
  • the burner housing 12 comprises a bottom wall 14 and in the illustrated example so integrally ausgestaltet an outer peripheral wall 16. From the bottom wall 14 is in the central region thereof to the outer peripheral wall 16 is substantially centrally or coaxially arranged air inlet nozzle 18 from a plurality of air inlet openings 20 for insertion of combustion air into the combustion chamber 22 generally surrounded by the bottom wall 14 and the outer peripheral wall 16.
  • a lateral projection 24 of the outer peripheral wall 16 is a generally designated 26 Zündorganinghunt formed.
  • an ignition device so for example a Glühzündux, can be used to provide the high temperatures required to ignite the combustion can.
  • this carries a flame tube 28, wherein on or in the flame tube 28 in turn, a so-called flame shutter 30 is carried with an opening 32 formed therein for the combustion products.
  • a ring-like or cylindrically shaped porous evaporator medium 34 is provided on the combustion chamber 22 facing side of the outer peripheral wall 16.
  • liquid fuel is introduced through the outer peripheral wall 16 in this porous evaporator medium 34 preferably at a plurality of circumferential positions.
  • the liquid fuel is distributed in the porous evaporator medium, for example nonwoven material, foamed ceramic, braid, knitted fabric or the like, by capillary action and is thus distributed over practically the entire peripheral region of the outer peripheral wall 16.
  • the fuel then evaporates to the combustion chamber 22 out and forms there with the introduced via the nozzle 18 combustion air, the ignitable air / fuel mixture.
  • porous evaporation medium 40 is also provided on the lateral projection 24 or the wall 38 formed thereby, which likewise has a substantially cylindrical shape and can thus surround the glow-igniting element inserted into the chamber 26 at a small distance. Fuel is also introduced into this evaporator medium 40, in particular during the start phase, so that fuel is evaporated in the volume region surrounding the glow igniter, supported by the temperatures provided by the glow igniter, so that in this local region an ignitable mixture enriched very strongly with fuel vapor is produced.
  • the outer peripheral wall 16 is coated with such a thermally insulating coating B 1 on its inner side, that is to say on the side on which the porous evaporator medium 34 is also positioned.
  • thermally insulating coatings B i are generally identified by the fact that a thicker solid and thus darker line is present.
  • Wall 14 is coated with such a coating B 2 , so that preferably the entire combustion chamber 22 lying towards the surface area of the outer peripheral wall 16 and the bottom wall 14 with the coatings B 1 and B 2 is coated.
  • the Zündorganingsch 26 enclosing wall may be coated on its the Zündorganinghunt 26 side facing with a coating B 3 , so that thermal losses, especially in the start phase of the burner assembly 10 can be significantly reduced here.
  • a support wall 42 through which the combustion chamber housing 12 is carried and which at the same time, as will be shown below, may limit an exhaust gas backflow space, such a coating B 4 may be provided.
  • these components or at least one of them may be thermally insulated.
  • thermally insulating coating B i is that this insulating effect can be obtained, although the components which then have this insulating effect can be produced in a conventional manner from metal material, for example in investment casting technology. This is a great advantage, in particular with regard to the shaping and also the production costs. There is no need to use components that are generally constructed of the thermally insulating material, such as ceramic material.
  • Ceramic materials are very suitable for the construction of such thermally insulating coatings.
  • Ceramic materials have the advantage that, depending on the composition, they are stable up to temperatures of more than 1700 ° C., ie they are not damaged by such temperatures.
  • ceramic coatings can be applied with high precision, in particular also with respect to the thickness thereof.
  • oxide-ceramic materials in which, for example, zirconium oxide (ZrO 2 ) forms the basis.
  • ZrO 2 zirconium oxide
  • the addition of other materials, such as calcium oxide (CaO) or calcium (Ca) it is possible to stabilize such oxide ceramic materials so that they remain stable to their occurring at very high temperatures structural transformations even with subsequent cooling to room temperature.
  • Aluminum oxide is also an oxide-ceramic material which is particularly suitable for the present invention.
  • non-oxide ceramic materials such as carbides, nitrides, borides or silicides can be used for the purposes of the present invention.
  • Fig. 3 an embodiment of a burner assembly 10 according to the invention can be seen.
  • the combustion chamber housing 12 has a ring-like carrier element 44.
  • This carries with a longitudinal section a substantially the combustion chamber 22 radially outwardly delimiting and the predominantlyorswandung 16habstellendes cylindrical member 46.
  • This is inserted into the annular support member until it comes to a radially inwardly projecting annular projection 48 for conditioning.
  • the bottom wall 14 is supported.
  • substantially cup-shaped flame arrester 30 is supported on the end region of the cylindrical component 46 facing away from the ring-like carrier element 44, which in turn carries the wall 42 already mentioned above on its area overlapping with the component 46, just like the only partially shown flame tube 28th
  • Fig. 3 continue the inner and generally pot-shaped housing part 60 of a heat exchanger assembly 62.
  • a coating is provided at several positions in order to reduce the outflow of heat. It can thus be seen that a coating B 5 is also provided here on the wall 42 in the area in which it is flown by the exhaust gases flowing back. Also, where the cylindrical portion 68 of the flame shutter 30 is in contact with the component 46, a corresponding coating is provided on this cylindrical portion 68 and / or on the component 46 or may be provided there, so that the heat input into the Flame diaphragm 30 can be reduced in this area.
  • the ring-like carrier element 44 is coated in the region in which it is in supporting or holding contact with the component 46, with a coating B 6 , wherein, of course, this coating can be provided alternatively or additionally to the component 46. Also in that section in which the carrier element 44 cooperates with the bottom wall 14 and also with the other components 54, 56, 52, 50 following the bottom wall 14, a coating B 7 is provided on the inner peripheral side of the carrier element 44. Furthermore, a thermally insulating coating B 8 is provided on the side facing the combustion chamber 22 side of the bottom wall 14, as well as on the inner surface of the Brennstoffzu slaughtertechnisch 36 in that area in which it opens into the combustion chamber housing 12, a coating B g is provided.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brenneranordnung, insbesondere für ein Heizgerät, umfassend einen einen Volumenbereich mit im Betrieb der Brenneranordnung bezüglich der Umgebung erhöhter Temperatur begrenzenden Wandungsbereich, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei derartigen Brenneranordnungen, die im Allgemeinen als so genannte Verdampferbrenner aufgebaut sind, wird der Brennstoff in ein so genanntes Verdampfervlies oder sonstiges poröses Medium eingeleitet. In diesem Medium verteilt sich der zunächst noch flüssige Brennstoff durch Kapillarwirkung, wird so auf eine vergleichsweise große Oberfläche verteilt und dort verdampft. Bei so genannten Zerstäuberbrennern wird der Brennstoff über Zerstäuberdüsen unter hohem Druck eingeleitet und auf diese Art und Weise mit der zur Verbrennung erforderlichen Luft durchmischt. Bei beiden Arten von Brennern spielt die im Bereich derselben vorhandene Temperatur eine elementare Bedeutung. Eine zu schnelle, schlagartige Verdampfung, welche bei sehr hohen lokalen Temperaturen entstehen kann, trägt zur Ablagerungsbildung bei. Zu niedrige Temperaturen können eine nicht ausreichende Verdampfung zur Folge haben.
  • Da im Fahrzeugbau im Allgemeinen die Anforderung besteht, die verschiedenen in ein Fahrzeug einzugliedernden Systeme möglichst kompakt auszugestalten, rücken auch bei derartigen Brenneranordnungen die verschiedenen Systembereiche näher aneinander heran. Dies hat zur Folge, dass ein deutlich stärkerer Wärmeübertrag zwischen diesen verschiedenen Systembereichen auftreten wird, so dass durch diese sehr starke thermische Wechselwirkung ein erheblicher, im Allgemeinen sehr nachteilhafter Einfluss auf den Betrieb der Brenneranordnung erzeugt wird.
  • Aus der EP 0 166 329 A ist eine Brenneranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Bei dieser bekannten Brenneranordnung wird der zu verbrennende Brennstoff in eine in einem Gehäuse gebildete Vergaserkammer eingeleitet. Das die Vergaserkammer umschließende Gehäuse, das mit einem Flammrohr und einer Brennerplatte aus einem Stück bestehen kann und mithin auch denjenigen Volumenbereich begrenzt, in welchem die Verbrennung ablaufen wird, kann im Bereich einer die Vergaserkammer umschließenden Wand mit einer Beschichtung aus Keramikmaterial überzogen sein, um diese Wand vor den bei der Verbrennung auftretenden hohen Temperaturen zu schützen.
  • Die WO 95 31348 A offenbart einen mit einer Brennkammer ausgebildeten Brenner für ein Fahrzeugheizgerät. Die Verbrennungsluft wird über einen zentral in der Brennkammer angeordneten Stutzen zugeführt. Der Brennstoff wird in ein an einer Umfangswandung eines Brennkammergehäuses vorgesehenes poröses Verdampfermedium eingeleitet.
  • Die DE 101 36 292 A1 offenbart einen Verdampferbrenner für ein Fahrzeugheizgerät, bei welchem ein den flüssigen Brennstoff aufnehmendes poröses Verdampfermedium im Bodenbereich eines Brennkammergehäuses angeordnet ist, um eine thermische Isolation zwischen dem Brennkammergehäuse und einer dieses tragenden Metallplatte zu erreichen, sind an dieser Platte Isolationsrippen vorgesehen, welche nur einen punktuellen Anlagekontakt gewährleisten
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brenneranordnung derart auszugestalten, dass deren Verbrennungsbetrieb äußeren Einflüssen weniger stark ausgesetzt ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Brenneranordnung, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, umfassend einen einen Volumenbereich mit im Betrieb der Brenneranordnung bezüglich der Umgebung erhöhter Temperatur begrenzenden Wandungsbereich, welcher Wandungsbereich wenigstens teilweise mit einer thermisch isolierenden Beschichtung beschichtet ist. Ferner ist ein Brennkammergehäuse vorgesehen, das zusammen mit einer Wärmetauscheranordnung einen Abgasrückströmungsraum begrenzt, wobei wenigstens in ihren aneinander angrenzenden Bereichen das Brennkammergehäuse oder/und die Wärmetauscheranordnung mit einer thermisch isoliereden Beschichtung beschictet sind.
  • Durch das zumindest bereichsweise Beschichten der Brenneranordnung mit einer thermisch isolierenden Beschichtung wird dafür gesorgt, dass der auf diese Art und Weise umgebene bzw. eingegrenzte Volumenbereich in thermischer Hinsicht stärker von angrenzenden Bereichen abgekoppelt ist, so dass die thermische Wechselwirkung zwischen diesem Volumenbereich und anderen Bereichen deutlich gemindert werden kann.
  • Um die gewünschte Abschottung bzw. Isolation des Volumenbereichs erlangen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Beschichtung eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 40 W/mK, vorzugsweise weniger als 20 W/mK, am meisten bevorzugt weniger als 5 W/mK, aufweist. Als Material für eine derartige Beschichtung hat sich vor allem Keramikmaterial bewährt. Dieses ist einerseits bei der Herstellung in weiten Bereichen, insbesondere auch hinsichtlich seiner thermischen Leitfähigkeit, einstellbar, so dass ggf. auch lokal verschiedene Bereiche der thermischen Isolation an die dort jeweils auftretenden Anforderungen angepasst werden können. Weiterhin hat eine Keramikbeschichtung den Vorteil, dass sie bei den in derartigen Brenneranordnungen auftretenden Temperaturen von bis zu mehr als 1000°C sehr stabil sind und einer übermäßigen Alterung nicht unterliegen. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei die Gruppe der so genannten oxydkeramischen Werkstoffe, insbesondere ZrO2/Ca, herausgestellt.
  • Um Wärmeverluste aus dem zu isolierenden Volumenbereich so gering als möglich halten zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass die Beschichtung an der dem Volumenbereich zugewandten Seite des Wandungsbereichs vorgesehen ist.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung kann ein Brennkammergehäuse mit einer Bodenwandung und einer Umfangswandung vorgesehen sein, welche eine Brennkammer umschließen, wobei der Wandungsbereich die Bodenwandung oder/und die Umfangswandung umfasst.
  • Alternativ oder zusätzlich kann ein Brennkammergehäuse mit einer Bodenwandung und einer Umfangswandung vorgesehen sein, welche eine Brennkammer umschließen, wobei an der Bodenwandung oder der Umfangswandung eine zur Aufnahme eines Zündorgans ausgebildete Zündorganaufnahmekammer vorgesehen ist und der Wandungsbereich eine die Zündorganaufnahmekammer umgebende Wandung umfasst. Auf diese Art und Weise kann dafür gesorgt werden, dass auch in dem grundsätzlich nur bei Durchführung eines Zündvorgangs sehr stark thermisch belasteten Bereich keine Wärmeverluste auftreten, die insbesondere dort auch zu der Bildung lokaler Ablagerungen beitragen könnten.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Brennkammergehäuse mit einer Bodenwandung und einer Umfangswandung vorgesehen sein, welche eine Brennkammer umschließen, wobei eine Brennstoffzuführleitungsanordnung zum Zuführen von Brennstoff in die Brennkammer vorgesehen ist, welche Brennstoffzuführleitungsanordnung im Bereich der Bodenwandung oder/und der Umfangswandung zur Brennkammer hin offen ist, und wobei der Wandungsbereich eine Wandung der Brennstoffzuführleitungsanordnung umfasst.
  • Weiterhin kann ein Brennkammergehäuse mit einer Bodenwandung und einer Umfangswandung vorgesehen sein, welche eine Brennkammer umschließen, wobei an der Umfangswandung eine Flammblende getragen ist und wobei der Wandungsbereich die Umfangswandung oder/und einen mit der Umfangswandung in Tragekontakt stehenden Bereich der Flammblende umfasst.
  • Bei einer insbesondere hinsichtlich der Variabilität beim Aufbau bevorzugten Variante wird vorgeschlagen, dass ein Brennkammergehäuse mit einer Bodenwandung und einer Umfangswandung vorgesehen ist, welche eine Brennkammer umschließen, wobei das Brennkammergehäuse ein ringartiges Trägerelement umfasst, an welchem wenigstens ein Teil der Bodenwandung als separate Baugruppe getragen ist, und wobei das Trägerelement oder/und der als separate Baugruppe ausgebildete Teil der Bodenwandung wenigstens in ihren in Kontakt miteinander stehenden Bereichen wenigstens teilweise mit einer thermisch isolierenden Beschichtung beschichtet sind. Alternativ oder zusätzlich ist es hier auch möglich, dass ein Brennkammergehäuse mit einer Bodenwandung und einer Umfangswandung vorgesehen ist, welche eine Brennkammer umschließen, wobei das Brennkammergehäuse ein ringartiges Trägerelement umfasst, an welchem wenigstens ein Teil der Umfangswandung als separate Baugruppe getragen ist, und wobei das Trägerelement oder/und der als separate Baugruppe ausgebildete Teil der Umfangswandung wenigstens in ihren in Kontakt miteinander stehenden Bereichen wenigstens teilweise mit einer thermisch isolierenden Beschichtung beschichtet sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen detailliert beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine Längsschnittansicht eines Ausschnitts einer erfindungsgemäß ausgestalteten Brenneranordnung;
    Fig. 2
    eine Querschnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Brenneranordnung;
    Fig. 3
    eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäß ausgestalteten Brenneranordnung.
  • In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Brenneranordnung, hier aufgebaut nach dem Prinzip eines Verdampferbrenners, mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Diese Brenneranordnung 10 umfasst ein Brennkammergehäuse 12, das mit im Wesentlichen topfartiger Struktur ausgebildet ist. Das Brennergehäuse 12 umfasst eine Bodenwandung 14 und im dargestellten Beispiel damit integral ausgestaltet eine Außenumfangswandung 16. Von der Bodenwandung 14 geht im zentralen Bereich derselben ein zur Außenumfangswandung 16 im Wesentlichen zentrisch bzw. koaxial angeordneter Lufteinlassstutzen 18 aus, der eine Mehrzahl von Lufteintrittsöffnungen 20 zum Einlassen von Verbrennungsluft in die von der Bodenwandung 14 und der Außenumfangswandung 16 allgemein umschlossene Brennkammer 22 aufweist.
  • An einem seitlichen Ansatz 24 der Außenumfangswandung 16 ist eine allgemein mit 26 bezeichnete Zündorganaufnahmekammer gebildet. In diese kann ein Zündorgan, also beispielsweise ein Glühzündstift, eingesetzt werden, um die zum Zünden der Verbrennung erforderlichen hohen Temperaturen bereitstellen zu können.
  • An dem von der Bodenwandung 14 entfernten Ende der Außenumfangswandung 16 trägt diese ein Flammrohr 28, wobei am oder im Flammrohr 28 wiederum eine so genannte Flammblende 30 mit einer darin ausgebildeten Durchtrittsöffnung 32 für die Verbrennungserzeugnisse getragen ist.
  • An der der Brennkammer 22 zugewandten Seite der Außenumfangswandung 16 ist ein ringartiges bzw. zylindrisch ausgebildetes poröses Verdampfermedium 34 vorgesehen. Über eine in der Fig. 1 erkennbare Brennstoffzuführleitung 36 wird durch die Außenumfangswandung 16 hindurch flüssiger Brennstoff in dieses poröse Verdampfermedium 34 vorzugsweise an mehreren Umfangspositionen eingeleitet. Der flüssige Brennstoff verteilt sich in dem porösen Verdampfermedium, beispielsweise Vliesmaterial, Schaumkeramik, Geflecht, Gewirk o.dgl., durch Kapillarwirkung und wird somit praktisch über den gesamten Umfangsbereich der Außenumfangswandung 16 verteilt. Der Brennstoff dampft dann zur Brennkammer 22 hin ab und bildet dort mit der über den Stutzen 18 eingeleiteten Verbrennungsluft das zündfähige Luft/Brennstoff-Gemisch.
  • In Fig. 2 erkennt man, dass auch an dem seitlichen Ansatz 24 bzw. der dadurch gebildeten Wandung 38 poröses Verdampfermedium 40 vorgesehen ist, welches ebenfalls eine im Wesentlichen zylindrische Formgebung aufweist und somit das in die Kammer 26 eingesetzte Glühzündorgan mit geringem Abstand umgeben kann. Auch in dieses Verdampfermedium 40 wird Brennstoff eingeleitet, insbesondere in der Startphase, so dass in dem das Glühzündorgan umgebenden Volumenbereich verstärkt Brennstoff abgedampft wird, unterstützt durch die vermittels des Glühzündorgans bereitgestellten Temperaturen, so dass in diesem lokalen Bereich ein sehr stark mit Brennstoffdampf angereichertes zündfähiges Gemisch erzeugt wird.
  • Um bei der erfindungsgemäßen Brenneranordnung 10 dafür zu sorgen, dass die durch verschiedene Komponenten begrenzten Volumenbereiche, in welchen vor allem bei Ablaufen der Verbrennung deutlich höhere Temperaturen als in der Umgebung vorherrschen, thermische Verluste so weit als möglich vermieden werden bzw. thermische Wechselwirkungen mit umgebenden Systembereichen sehr stark eingedämmt werden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, wenigstens in einigen Bereichen, in welchen diese Volumenbereiche, beispielsweise also die Brennkammer 22, umgeben sind, an denjenigen Bauteilen oder Baugruppen, welche hier eine Umgrenzung bilden, eine thermisch isolierende Beschichtung vorzusehen. Durch das Bereitstellen einer derartigen thermisch isolierenden Beschichtung wird dafür gesorgt, dass der Wärmeübertrag deutlich gemindert wird, insbesondere bereits auch der Wärmeübertrag in die jeweils begrenzende oder umschließende Wandung oder Baugruppe.
  • So erkennt man in den Fig. 1 und 2, dass die Außenumfangswandung 16 an ihrer Innenseite, also an derjenigen Seite, an welcher auch das poröse Verdampfermedium 34 positioniert ist, mit einer derartigen thermisch isolierenden Beschichtung B1 überzogen ist. In den Figuren sind derartige thermisch isolierende Beschichtungen Bi allgemein dadurch kenntlich gemacht, dass eine dickere durchgezogene und somit dunklere Linie vorhanden ist. Auch die der Brennkammer 22 zugewandte Seite der Boden-. wandung 14 ist mit einer derartigen Beschichtung B2 überzogen, so dass vorzugsweise der gesamte zur Brennkammer 22 hin liegende Oberflächenbereich der Außenumfangswandung 16 und der Bodenwandung 14 mit den Beschichtungen B1 und B2 überzogen ist. Auch die die Zündorganaufnahmekammer 26 umschließende Wandung kann an ihrer der Zündorganaufnahmekammer 26 zugewandten Seite mit einer Beschichtung B3 überzogen sein, so dass auch hier thermische Verluste vor allem in der Startphase der Brenneranordnung 10 deutlich gemindert werden können.
  • Wie im Nachfolgenden noch detailliert dargelegt, können selbstverständlich auch noch andere Systembereiche mit einer derartigen Beschichtung überzogen werden. So kann beispielsweise eine Trägerwandung 42, durch welche das Brennkammergehäuse 12 getragen ist und welche gleichzeitig auch, wie nachfolgend noch gezeigt, einen Abgasrückströmungsraum begrenzen kann, eine derartige Beschichtung B4 vorgesehen sein. Auch in demjenigen Bereich, in welchem das Brennkammergehäuse 12 und das Flammrohr 28 in gegenseitigem Kontakt stehen, können diese Bauteile oder zumindest eines davon thermisch isoliert sein.
  • Der Vorteil einer derartigen thermisch isolierenden Beschichtung Bi ist, dass diese Isolationswirkung erhalten werden kann, obgleich die diese Isolationswirkung an sich dann aufweisenden Bauteile in herkömmlicher Art und Weise aus Metallmaterial, beispielsweise in Feingusstechnik, hergestellt werden können. Dies ist insbesondere hinsichtlich der Formgebung und auch der Herstellungskosten von großem Vorteil. Es brauchen keine Bauteile eingesetzt werden, die allgemein aus dem thermisch isolierenden Material, beispielsweise Keramikmaterial, aufgebaut sind.
  • Wie vorangehend bereits angesprochen, sind für den Aufbau derartiger thermisch isolierender Beschichtungen vor allem Keramikmaterialien sehr geeignet. Keramikmaterialien weisen den Vorteil auf, dass sie, je nach Zusammensetzung, bis zu Temperaturen von mehr als 1700°C stabil sind, d.h. durch derartige Temperaturen nicht geschädigt werden. Weiterhin können keramische Beschichtungen mit hoher Präzision insbesondere auch hinsichtlich der Dicke derselben aufgebracht werden. Als besonders geeignet für den erfindungsgemäßen Einsatz haben sich so genannte oxidkeramische Werkstoffe gezeigt, bei welchen beispielsweise Zirkonoxid (ZrO2) die Basis bildet. Durch die Beimengung anderer Werkstoffe, wie z.B. Kalziumoxid (CaO) oder Kalzium (Ca) ist es möglich, derartige oxidkeramische Werkstoffe zu stabilisieren, so dass sie ihre bei Erhitzung auf sehr hohe Temperaturen auftretenden strukturellen Umwandlungen auch bei nachfolgender Abkühlung bis auf Raumtemperatur stabil beibehalten. Auch Aluminiumoxid ist ein für die vorliegende Erfindung besonders geeigneter oxidkeramischer Werkstoff. Selbstverständlich können auch nichtoxidkeramische Werkstoffe, beispielsweise Karbide, Nitride, Boride oder Silicide für die Zwecke der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
  • In Fig. 3 ist eine Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brenneranordnung 10 erkennbar. Man erkennt hier, dass das Brennkammergehäuse 12 ein ringartiges Trägerelement 44 aufweist. Dieses trägt mit einem Längenabschnitt ein im Wesentlichen die Brennkammer 22 nach radial außen begrenzendes und die Außenumfangswandung 16 bereitstellendes zylindrisches Bauteil 46. Dieses ist in das ringartige Trägerelement eingeführt, bis es an einem nach radial innen ragenden, ringartigen Vorsprung 48 zur Anlage kommt. An der anderen Seite dieses ringartigen Vorsprungs 48 ist die Bodenwandung 14 getragen. Zwischen dieser Bodenwandung 14 und dem ringartigen Vorsprung 48 liegt jedoch noch ein scheibenartig ausgestaltetes poröses Verdampfermedium 50, ein dieses poröse Verdampfermedium 50 an seiner von der Brennkammer 22 abgewandten Seite überdeckendes und eine Brennstoffabdampfung in Richtung von der Brennkammer 22 weg verhinderndes Abschlusselement 52 sowie ein scheibenartiger Träger 54 für eine als Bodenheizung dienende Heizwendel 56. Diese ist also zwischen dem Abschlusselement 52 und dem scheibenartigen Träger 54 angeordnet. Ein Sicherungsring 58 sorgt dafür, dass diese schichtartig positionierten Komponenten 14, 54, 56, 52, 50 stabil an dem ringartigen Trägerelement 44 gehalten werden.
  • Weiter erkennt man, dass an dem von dem ringartigen Trägerelement 44 abgewandten Endbereich des zylindrischen Bauteils 46 die im Wesentlichen topfartig ausgestaltete Flammblende 30 getragen ist, die wiederum an ihrem mit dem Bauteil 46 sich überlappenden Bereich die vorangehend bereits angesprochene Wandung 42 trägt, ebenso wie das nur abschnittsweise dargestellte Flammrohr 28.
  • Man erkennt in Fig. 3 weiter das innere und allgemein auch topfartig ausgestaltete Gehäuseteil 60 einer Wärmetauscheranordnung 62. Die durch die Flammblende 30 hindurchtretenden heißen Verbrennungsabgase strömen entlang des Innenbereichs des Flammrohrs 28 auf den nicht dargestellten Boden des Gehäuseteils 60 zu, werden dort umgelenkt und strömen durch den zwischen dem Gehäuseteil 60 und dem Außenumfangsbereich des Flammrohrs 28 bzw. der Flammblende 30 gebildeten Volumenbereich 64 zu einer Austrittsöffnung 66 zurück, wo sie dann beispielsweise zu einem Abgasreinigungssystem hin abgegeben werden.
  • Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausgestaltungsform ist gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung an mehreren Positionen eine Beschichtung vorgesehen, um den Abfluss von Wärme zu mindern. So erkennt man, dass auch hier an der Wandung 42 in demjenigen Bereich, in welchem diese von den zurückströmenden Abgasen angeströmt wird, eine Beschichtung B5 vorgesehen ist. Auch dort, wo der zylindrische Bereich 68 der Flammblende 30 mit dem Bauteil 46 in Kontakt ist, ist an diesem zylindrischen Bereich 68 oder/und an dem Bauteil 46 eine entsprechende Beschichtung vorgesehen bzw. kann dort vorgesehen sein, so dass auch der Wärmeeintrag in die Flammblende 30 in diesem Bereich gemindert werden kann. Weiterhin ist das ringartige Trägerelement 44 in demjenigen Bereich, in welchem es in Trage- bzw. Haltekontakt mit dem Bauteil 46 steht, mit einer Beschichtung B6 beschichtet, wobei selbstverständlich diese Beschichtung alternativ oder auch zusätzlich an dem Bauteil 46 vorgesehen sein kann. Auch in demjenigen Abschnitt, in welchem das Trägerelement 44 mit der Bodenwandung 14 bzw. auch den anderen auf die Bodenwandung 14 folgenden Baugruppen 54, 56, 52, 50 zusammenwirkt, ist an der Innenumfangsseite des Trägerelements 44 eine Beschichtung B7 vorgesehen. Weiterhin ist an der in Richtung Brennkammer 22 weisenden Seite der Bodenwandung 14 eine thermisch isolierende Beschichtung B8 vorgesehen, ebenso wie an der Innenoberfläche der Brennstoffzuführleitung 36 in demjenigen Bereich, in welchem diese in das Brennkammergehäuse 12 einmündet, eine Beschichtung Bg vorgesehen ist.
  • Man erkennt also, dass auch bei der in Fig. 3 dargestellten Ausgestaltungsform in all denjenigen Bereichen, in welchen ein Wärmeabtrag das Betriebsverhalten nachteilhaft beeinflussen kann, durch Vorsehen einer thermisch isolierenden Beschichtung an den verschiedenen Bauteilen dafür gesorgt ist, dass ein entsprechender Wärmeabtrag nicht bzw. nur entsprechend gemindert auftritt. Auch bei der in Fig. 3 gezeigten Ausgestaltungsform eignen sich besonders die vorangehend angesprochenen Materialien für den Einsatz als thermisch isolierende Beschichtung. Es sei aber hier darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch andere Materialien, wie z.B. thermisch stabile Kunststoffmaterialien, Einsatz finden können, insbesondere in denjenigen Bereichen, in welchen die die verschiedenen Bauteile beaufschlagenden Temperaturen bereits niedriger sind, wie z.B. im Bereich des Bauteils 46 oder bei der in Fig. 3 gezeigten Ausgestaltungsform im Bereich der Bodenwandung 14 oder der Brennstoffleitung 36.

Claims (11)

  1. Brenneranordnung, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, umfassend einen einen Volumenbereich mit im Betrieb der Brenneranordnung (10) bezüglich der Umgebung erhöhter Temperatur begrenzenden Wandungsbereich, welcher Wandungsbereich wenigstens teilweise mit einer thermisch isolierenden Beschichtung (Bi) beschichtet ist, ferner umfassend ein Brennkammergehäuse (12) und eine Wärmetauscheranordnung (62), dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkammergehäuse (12) zusammen mit der Wärmetauscheranordnung (62) einen Abgasrückströmungsraum (64) begrenzt, wobei wenigstens in ihren aneinander angrenzenden Bereichen (42, 60) das Brennkammergehäuse (12) oder/und die Wärmetauscheranordnung (62) mit einer thermisch isolierenden Beschichtung (Bj) beschichtet sind.
  2. Brenneranordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (Bi, Bj) eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 40 W/mK, vorzugsweise weniger als 20 W/mK, am meisten bevorzugt weniger als 5 W/mK, aufweist.
  3. Brenneranordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (Bi, Bj) eine Keramikbeschichtung ist.
  4. Brenneranordnung nach Anspruch 3,
    dass die Beschichtung (Bi, Bj) eine Oxidkeramikbeschichtung ist, vorzugsweise eine ZrO2/Ca-Beschichtung.
  5. Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (Bi, Bj) an der dem Volumenbereich zugewandten Seite des Wandungsbereichs vorgesehen ist.
  6. Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkammergehäuse (12) eine Bodenwandung (14) und eine Umfangswandung (16) umfasst, welche eine Brennkammer (22) umschließen, wobei der Wandungsbereich die Bodenwandung (14) oder/und die Umfangswandung (16) umfasst.
  7. Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkammergehäuse (12) eine Bodenwandung (14) und eine Umfangswandung (16) umfasst, welche eine Brennkammer (22) umschließen, wobei an der Bodenwandung (14) oder der Umfangswandung (16) eine zur Aufnahme eines Zündorgans ausgebildete Zündorganaufnahmekammer (26) vorgesehen ist, wobei der Wandungsbereich eine die Zündorganaufnahmekammer (26) umgebende Wandung (36) umfasst.
  8. Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkammergehäuse (12) eine Bodenwandung (14) und eine Umfangswandung (16) umfasst, welche eine Brennkammer (22) umschließen, wobei eine Brennstoffzuführleitungsanordnung (36) zum Zuführen von Brennstoff in die Brennkammer (22) vorgesehen ist, welche Brennstoffzufürleitungsanordnung (36) im Bereich der Bodenwandung (14) oder/und der Umfangswandung (16) zur Brennkammer (22) hin offen ist, und wobei der Wandungsbereich eine Wandung der Brennstoffzuführleitungsanordnung (36) umfasst.
  9. Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkammergehäuse (12) eine Bodenwandung (14) und eine Umfangswandung (16) umfasst, welche eine Brennkammer (22) umschließen, wobei an der Umfangswandung (16)eine Flammblende (30) getragen ist und der Wandungsbereich die Umfangswandung (16) oder/und einen mit der Umfangswandung (16) in Tragekontakt stehenden Bereich (68) der Flammblende (30) umfasst.
  10. Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkammergehäuse (12) eine Bodenwandung (14) und eine Umfangswandung (16) umfasst, welche eine Brennkammer (22) umschließen, wobei das Brennkammergehäuse (12) ein ringartiges Trägerelement (44) umfasst, an welchem wenigstens ein Teil der Bodenwandung (14) als separate Baugruppe getragen ist, und wobei das Trägerelement (44) oder/und der als separate Baugruppe ausgebildete Teil der Bodenwandung (14) wenigstens in ihren in Kontakt miteinander stehenden Bereichen wenigstens teilweise mit einer thermisch isolierenden Beschichtung (Bk) beschichtet sind.
  11. Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkammergehäuse (12) eine Bodenwandung (14) und eine Umfangswandung (16) umfasst, welche eine Brennkammer (22) umschließen, wobei das Brennkammergehäuse (12) ein ringartiges Trägerelement (44) umfasst, an welchem wenigstens ein Teil (48) der Umfangswandung (16) als separate Baugruppe getragen ist, und wobei das Trägerelement (44) oder/und der als separate Baugruppe ausgebildete Teil (48) der Umfangswandung (16) wenigstens in ihren in Kontakt miteinander stehenden Bereichen wenigstens teilweise mit einer thermisch isolierenden Beschichtang (Bi) beschichtet sind.
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