EP1812749A1 - Burner for a heating device comprising an improved heat shield - Google Patents
Burner for a heating device comprising an improved heat shieldInfo
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- EP1812749A1 EP1812749A1 EP05806923A EP05806923A EP1812749A1 EP 1812749 A1 EP1812749 A1 EP 1812749A1 EP 05806923 A EP05806923 A EP 05806923A EP 05806923 A EP05806923 A EP 05806923A EP 1812749 A1 EP1812749 A1 EP 1812749A1
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Abstract
The invention relates to a burner (10), for a heating device, in particular, for application in motor vehicles, comprising a burner nozzle (12), for the introduction of fuel and primary air, a combustion chamber (22) and a heat shield (24), between the burner nozzle and the combustion chamber, whereby the heat shield comprise openings (26), for the introduction of secondary air into the combustion chamber. According to the invention, the openings are provided with air guide elements (28, 30).
Description
Brenner für ein Heisgerät mit verbessertem HitzeschildBurner for a heater with improved heat shield
Die Erfindung betrifft einen Brenner für ein Heizgerät, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, mit einer Brennerdüse zum Zuführen von Brennstoff und Primärluft, ei¬ ner Brennkammer und einem Hitzeschild zwischen der Brenner¬ düse und der Brennkammer, wobei der Hitzeschild Öffnungen zum Zuführen von Sekundärluft in die Brennkammer aufweist.The invention relates to a burner for a heater, in particular for use in motor vehicles, having a burner nozzle for supplying fuel and primary air, a combustion chamber and a heat shield between the burner nozzle and the combustion chamber, the heat shield having openings for supplying secondary air into it having the combustion chamber.
Derartige Brenner, die auch als Zerstäubungsbrenner oder als Spray-Brenner bezeichnet werden, kommen insbesondere in Zusatzheizungen und Standheizungen für Kraftfahrzeuge zum Einsatz.
Es existieren zahlreiche Anforderungen an solche Brenner, insbesondere in Bezug auf ein sicheres und weitgehend emis¬ sionsfreies Startverhalten sowie einen stabilen Brennbe¬ trieb. Weiterhin ist man bestrebt, Heizgeräte zu konstruie- ren, die in unterschiedlichen Einbaulagen zum Einsatz kom¬ men können.Such burners, which are also referred to as atomizing burners or as spray burners, are used in particular in auxiliary heaters and auxiliary heaters for motor vehicles. There are numerous requirements for such burners, in particular with regard to a safe and largely emission-free starting behavior and a stable combustion operation. Furthermore, efforts are being made to design heaters that can be used in different mounting positions.
Im Hinblick auf das Startverhalten müssen verschiedene Be¬ triebsparameter aufeinander abgestimmt werden. Zum einen ist es erforderlich, während des Brennerstarts in der Startzone ein relativ fettes Brennstoff-Luft-Gemisch zur Verfügung zu stellen, andererseits ist die Bereitstellung einer ausreichenden Menge von primärer Brennluft aber er¬ forderlich, um den Transport des Brennstoffs von der Brenn- stoffnadel zur Startzone zu gewährleisten.With regard to the starting behavior, different operating parameters must be coordinated with each other. On the one hand, it is necessary to provide a relatively rich fuel-air mixture during burner start-up in the starting zone, but on the other hand provision of a sufficient amount of primary combustion air is required to transport the fuel from the fuel needle to ensure the starting zone.
Die Anforderung, unterschiedliche Einbaulagen des Heizgerä¬ tes zu erlauben, hängt mit den Problemen betreffend das Startverhalten zusammen. Um nämlich in der Lage zu sein, bei geringer Primärluftzuführung Brennstoff in die Start- zone zu transportieren, hat man bislang in Kauf genommen, die Brennstoffnadel mit nach unten gerichteter Austritts- Öffnung zu orientieren; die hatte zur Folge, dass der ge¬ samte Brenner in senkrechter Einbaulage montiert werden musste.The requirement to allow different installation positions of the heating appliance is connected with the problems with regard to the starting behavior. In fact, in order to be able to transport fuel into the starting zone with little primary air supply, it has hitherto been accepted to orient the fuel needle with the outlet opening facing downwards; This had the consequence that the entire burner had to be mounted in a vertical installation position.
Um einen stabilen Brennbetrieb des Brenners zu gewährleis¬ ten, sind ebenfalls sich mitunter widersprechende Anforde¬ rungen zu erfüllen. Zum einen ist stets eine gute Durchmi- schung von Brennstoff und Luft gefordert, zum anderen ist es im Kernbereich der Flamme und dort insbesondere während
_ 2 —In order to ensure a stable combustion operation of the burner, contradictory requirements are sometimes also to be met. On the one hand, a good mixing of fuel and air is always required, on the other hand, it is in the core area of the flame and there especially during _ 2 -
der Startphase unerwünscht zu hohe Luftanteile und eine zu hohe Verwirbelung zu verursachen.the start-up phase undesirable to cause high levels of air and excessive turbulence.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein zuverlässiges und emissi¬ onsarmes beziehungsweise qualmarmes Startverhalten bei un¬ terschiedlichen Einbaulagen zu ermöglichen.The object of the invention is to at least partially overcome the described problems of the prior art and, in particular, to enable a reliable and low-emissivity or low-smoke starting behavior with different installation positions.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen An¬ spruches gelöst.This object is achieved by the features of the independent claim.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are indicated in the dependent claims.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Brenner dadurch auf, dass die Öffnungen mit Luftleitelementen ausgestattet sind. Ein Hitzeschild ist grundsätzlich nützlich, um die Düse und die BrennstoffZuführung gegen die in der Brennkam- mer vorliegende Wärmeenergie abzuschirmen. Über den Hitze¬ schild wird weiterhin Sekundärluft in den Brennraum zuge¬ führt. Indem die Öffnungen zur Sekundärluftzuführung mit Luftleitelementen ausgestattet sind, kann die Zuführung dieser Sekundärluft gezielt erfolgen, so dass der Brennbe- trieb, sowohl im Hinblick auf den Startbetrieb als auch beim Dauerbetrieb gezielt beeinflusst werden kann.The invention builds on the generic burner in that the openings are equipped with air guide elements. A heat shield is generally useful for shielding the nozzle and fuel supply from the heat energy present in the combustion chamber. Secondary air continues to be fed into the combustion chamber via the heat shield. By the openings for secondary air supply are equipped with air guide elements, the supply of this secondary air can be targeted, so that the burning operation, both in terms of the start-up operation as well as during continuous operation can be selectively influenced.
Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die Luftleitelemente durch in Richtung der Brennkammer vorstehende einstückig mit dem Hitzeschild ausgebildete Laschen gebildet sind. Ein solcher Hitzeschild ist in einfacher Weise zu fertigen, beispielsweise indem mit einem v-förmigen Stanzwerkzeug La-
sehen geformt werden, die nach oder mit dem Stanzvorgang aus der Ebene des Hitzeschildes herausgebogen werden.Usefully, it is provided that the air guiding elements are formed by tabs formed in the direction of the combustion chamber and integrally formed with the heat shield. Such a heat shield can be manufactured in a simple manner, for example by using a V-shaped punching tool. can be formed, which are bent out of the plane of the heat shield after or with the punching operation.
Die Erfindung ist in nützlicher Weise auch dadurch weiter- gebildet, dass die Laschen in unterschiedlichen Winkeln zur Oberfläche des Hitzeschildes und/oder zum Radius des Hitze¬ schildes ausgebildet sind. Erstrecken sich die Laschen na¬ hezu senkrecht zum Radius des Hitzeschildes, so wird durch diese ein starker Drall eingebracht, während durch Laschen mit einem kleineren Winkel zum Radius ein geringerer Drall eingebracht wird. Laschen, die einen kleinen Winkel zur Oberfläche des Hitzeschildes einnehmen, erzeugen Luftströ¬ mungen, die eine große radiale Komponente und eine kleine axiale Komponente haben, während bei Laschen mit großen Winkeln zur Oberfläche des Hitzeschildes die axiale Kompo¬ nente dominiert. Auf diese Weise ist es möglich, Sekundär¬ luft mit geringem Drall in den Kernbereich der Flammenbil¬ dung zu leiten. Hierdurch wird einerseits die für die Verbrennung benötigte Luft zugeführt; es liegt jedoch kein übermäßiger Drall vor, der die Stabilisierung der Flamme nachteilig beeinflussen würde. Insbesondere kann eine Auf¬ teilung der Sekundärluft in Abhängigkeit der Ausrichtung der einzelnen Luftleitelemente erfolgen.The invention is also advantageously further developed in that the tabs are formed at different angles to the surface of the heat shield and / or to the radius of the heat shield. If the tabs extend almost perpendicular to the radius of the heat shield, a strong twist is introduced by the latter, while a lesser twist is introduced by tabs with a smaller angle to the radius. Tabs, which occupy a small angle to the surface of the heat shield, produce Luftströ¬ rules, which have a large radial component and a small axial component, while in tabs with large angles to the surface of the heat shield, the axial Kompo¬ nents dominated. In this way it is possible to direct secondary air with little swirl into the core region of the flame formation. As a result, on the one hand, the air required for combustion is supplied; however, there is no excessive swirl which would adversely affect the stabilization of the flame. In particular, a division of the secondary air can take place as a function of the orientation of the individual air guiding elements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Laschen gruppenweise in im wesentlichen identischen Winkeln zur Oberfläche des Hitzeschildes und/oder zum Ra¬ dius des Hitzeschildes ausgebildet sind. Durch die kollek¬ tive Ausrichtung der Laschen entstehen definierte Strö- mungszustände in der Brennkammer.
Die Erfindung ist weiterhin dadurch nützlich ausgebildet, dass der Brenner eine Ausbrandzone aufweist und dass die der Ausbrandzone zugeführte Sekundärluft einen höheren Drall als die der Startzone zugeführte Sekundärluft auf- weist. In der Ausbrandzone ist ein hoher Drall erwünscht. Insbesondere ein radial innenliegendes verwirbeltes Rück¬ stromgebiet verbessert den Ausbrand und sorgt dafür, dass das Brennkammervolumen gut ausgenutzt wird.According to a further embodiment, it is provided that the tabs are formed in groups at substantially identical angles to the surface of the heat shield and / or to the radius of the heat shield. The collective alignment of the straps results in defined flow states in the combustion chamber. The invention is further useful in that the burner has a burnout zone and that the secondary air supplied to the burnout zone has a higher swirl than the secondary air supplied to the start zone. In the Ausbrandzone a high twist is desired. In particular, a radially inwardly swirled backflow region improves the burnout and ensures that the combustion chamber volume is well utilized.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass der Hitzeschild eine Öff¬ nung zur Durchführung eines Zündelementes aufweist.It is further provided that the heat shield has an opening for the passage of an ignition element.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Er¬ findung ist vorgesehen, dass die Brennerdüse eine Brenn- stoffnadel zum Zuführen von Brennstoff in den Brenner und eine Primärluftzuführung zum Zuführen von Brennluft in den Brenner aufweist und dass durch die Wahl des Innendurchmes¬ sers der Brennstoffnadel die Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoffs so vorbestimmt wird, dass während einer Start- phase des Brenners Brennstoff in im Wesentlichen unzer- stäubter Form eine Startzone erreicht. Durch eine Verringe¬ rung des Innendurchmessers der Brennstoffnadel im Vergleich zu Brennstoffnadeln in Heizgeräten des Standes der Technik wird bei gleichem Brennstofffördervolumen die Austrittge- schwindigkeit des Brennstoffs erhöht. Hierdurch gelingt es bei jeglicher Einbaulage, dass ein Brennstoffstrahl von der Austrittsöffnung der Brennstoffnadel in die Startzone ge¬ langt. Insbesondere bei geringer Primärluftmenge, wobei die zugeführte Primärluft zudem noch einen nur geringen Drall aufweisen sollte, kann so ein im Wesentlichen unzerstäubter Brennstoffstrahl die Startzone erreichen. Folglich startet
der Brenner sicher, und die Qualmbildung während des Starts wird deutlich verringert.According to a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the burner nozzle has a fuel needle for supplying fuel into the burner and a primary air supply for supplying combustion air into the burner and that the outlet speed is selected by the choice of the inner diameter of the fuel needle of the fuel is predetermined so that during a starting phase of the burner fuel in a substantially undusted form reaches a starting zone. By reducing the inner diameter of the fuel needle in comparison to fuel needles in heating devices of the prior art, the exit speed of the fuel is increased for the same fuel delivery volume. This makes it possible in any installation position that a fuel jet from the outlet opening of the fuel needle in the start zone ge reached. In particular, with a small amount of primary air, wherein the primary air supplied should also still have only a slight twist, so a substantially non-atomized fuel jet can reach the starting zone. Consequently starts the burner safely, and the smoke formation during takeoff is significantly reduced.
Es ist bevorzugt, dass der Innendurchmesser der Brennstoff- nadel zwischen 0,5 und 0,7 mm liegt. Im Vergleich zu Aus¬ trittsgeschwindigkeiten bei Brennstoffnadeln des Standes der Technik, bei welchen der Innendurchmesser im Bereich von 0,8 mm liegt, kann die Austrittsgeschwindigkeit bei In¬ nendurchmessern zwischen 0,5 und 0,7 mm nahezu verdoppelt oder sogar mehr als verdoppelt werden.It is preferable that the inner diameter of the fuel needle is between 0.5 and 0.7 mm. In comparison to exit speeds in fuel needles of the prior art, in which the inner diameter is in the range of 0.8 mm, the exit velocity at inner diameters between 0.5 and 0.7 mm can be almost doubled or even more than doubled ,
Besonders bevorzugt ist es, dass der Innendurchmesser der Brennstoffnadel ca. 0,6 mm beträgt. Bei einem solchen In¬ nendurchmesser sind im Volllastbetrieb, das heißt bei einem Brennstoffmassenstrom von 0,5 kg/h Austrittsgeschwindigkei¬ ten von über 0,6 m/s möglich, während bei einem Innendurch¬ messer von 0,8 mm die Austrittsgeschwindigkeit im Bereich von 0,35 m/s liegt. Entsprechend erhöht sich die Austritts¬ geschwindigkeit beim Teillastbetrieb, das heißt bei einem Brennstoffmassenstrom von 0,2 kg/h von circa 0,14 m/s auf circa 0,25 m/s. Bei einer entsprechenden Auswahl baulicher Eigenschaften beziehungsweise von Betriebsparametern kann das Ziel eines im Wesentlichen unzerstäubten Strahls, der beim Start des Heizgerätes die Startzone erreicht, auch mit einer herkömmlichen Brennstoffnadel mit einem Innendurch¬ messer von ca. 0,8 mm erreicht werden.It is particularly preferred that the inner diameter of the fuel needle is about 0.6 mm. With such an inner diameter, exit speeds of more than 0.6 m / s are possible in full-load operation, ie at a fuel mass flow of 0.5 kg / h, while at an inner diameter of 0.8 mm, the exit velocity is in the range of 0.35 m / s. Correspondingly, the exit speed increases during part-load operation, that is to say at a fuel mass flow of 0.2 kg / h from approximately 0.14 m / s to approximately 0.25 m / s. With a corresponding selection of structural properties or operating parameters, the goal of a substantially non-atomized jet, which reaches the starting zone when starting the heater, can also be achieved with a conventional fuel needle with an inner diameter of approximately 0.8 mm.
Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die Startzone als Startkammer ausgebildet ist, in die ein Zündelement hinein- ragt. Die Wand der Brennkammer kann auf diese Weise das Zündelement umgeben. Während des Startbetriebs kann der "ballistische" Brennstoffstrahl dann das Zündelement und
die Brennkammerwand mit Brennstoff benetzen, so dass die Brennkammerwand und benachbarte Bauteile nach deren Erwär¬ mung als Wandverdampfer dienen.Usefully, it is provided that the starting zone is designed as a starting chamber into which an ignition element protrudes. The wall of the combustion chamber can surround the ignition element in this way. During the starting operation, the "ballistic" fuel jet then the ignition element and wet the combustion chamber wall with fuel, so that the combustion chamber wall and adjacent components serve as wall evaporator after their heating.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorlie¬ genden Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Brenn¬ kammer im Wesentlichen axialsymmetrisch ist, dass in der Brennkammer eine Prallscheibe angeordnet ist und dass die Prallscheibe eine vorgegebene Wölbung in axiale Richtung aufweist. Aufgrund der Wölbung der Prallscheibe liegt eine temperaturunabhängige definierte Formgebung der Prall- Scheibe vor. Bei eben ausgebildeten Prallscheiben des Stan¬ des der Technik ist dies mitunter nicht der Fall, da es temperaturabhängig zu spontanen Formveränderungen kommen kann, die das Brennverhalten des Brenners nachteilig beein¬ flussen können.In a particularly preferred embodiment of the vorlie¬ ing invention is further provided that the Brenn¬ chamber is substantially axially symmetrical, that in the combustion chamber, a baffle plate is arranged and that the baffle plate has a predetermined curvature in the axial direction. Due to the curvature of the baffle plate, there is a temperature-independent defined shaping of the baffle plate. In the case of newly formed baffle plates of the prior art, this is sometimes not the case since, depending on the temperature, spontaneous changes in shape can occur, which can adversely affect the combustion behavior of the burner.
Es ist bevorzugt, dass die Wölbung in Richtung der Aus- brandzone vorgesehen ist. Hierdurch wird ein ausreichender Raum im Bereich der Startkammer zur Verfügung gestellt. Weiterhin hat es sich erwiesen, dass die Wölbung in Rich¬ tung der Ausbrandzone das Strömungsverhalten in dieser Zone nicht negativ beeinflusst. Insbesondere bleibt das verwir¬ belte ausgeprägte Rückstromgebiet im radial innenliegenden Bereich der Ausbrandzone erhalten.It is preferred that the curvature is provided in the direction of the burnout zone. As a result, a sufficient space is provided in the region of the starting chamber. Furthermore, it has been found that the curvature in the direction of the burn-out zone does not adversely affect the flow behavior in this zone. In particular, the turbulent pronounced return flow region remains in the radially inner region of the burn-out zone.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Außenumfang der Prallscheibe eine Ebe¬ ne definiert und dass das Verhältnis zwischen dem maximalen axialen Abstand der Prallscheibe von dieser Ebene und dem Durchmesser der Prallscheibe zwischen 0,07 und 0,21 liegt. Der am weitesten ausgewölbte Punkt der Prallscheibe liegt
bezüglich der Radialkoordinate vorzugsweise im Wesentlichen im Zentrum der Anordnung. Von der Ebene, die der Außenum¬ fang der Prallscheibe definiert, hat dieser Punkt einen a- xialen Abstand, der durch das angegebene Verhältnis zum Durchmesser definiert ist.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the outer circumference of the baffle plate defines a plane and that the ratio between the maximum axial distance of the baffle plate from this plane and the diameter of the baffle plate is between 0.07 and 0.21. The furthest bulging point of the baffle plate lies with respect to the radial coordinate, preferably substantially in the center of the arrangement. From the plane defined by the outer circumference of the baffle plate, this point has an axial distance defined by the specified ratio to the diameter.
In diesem Zusammenhang ist insbesondere bevorzugt, dass das Verhältnis zwischen dem maximalen axialen Abstand der Prallscheibe von der Ebene und dem Durchmesser der Prall- scheibe bei ca. 0,14 liegt. Beispielsweise beträgt der run¬ de Durchmesser der Prallscheibe ca. 40 mm, während die Aus- wδlbung einen Wert von ca. 5,7 mm hat.In this connection, it is particularly preferred that the ratio between the maximum axial distance of the baffle plate from the plane and the diameter of the baffle plate is about 0.14. For example, the round diameter of the baffle plate is about 40 mm, while the bulge has a value of about 5.7 mm.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch den neuartigen Hitzeschild mit Luftleitelementen, insbesondere in Kombination mit der neuartigen KraftstoffZuführung und der neuartigen Prallscheibe, das Betriebsverhalten eines Brenners deutlich verbessert werden kann. Dies betrifft insbesondere das Startverhalten, die Stabilität des Brennerbetriebs und die Möglichkeiten im Hinblick auf die Einbaulage des Brenners im Kraftfahrzeug.The invention is based on the finding that the operating behavior of a burner can be markedly improved by the novel heat shield with air guide elements, in particular in combination with the novel fuel feed and the novel baffle plate. This applies in particular to the starting behavior, the stability of the burner operation and the possibilities with regard to the installation position of the burner in the motor vehicle.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispiel¬ haft erläutert.The invention will now be explained by way of example with reference to the accompanying drawings with reference to preferred embodiments.
Dabei zeigt:Showing:
Figur 1 eine Schnittansieht eines erfindungsgemäßen Bren¬ ners;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines Brenner- flanschs mit darin eingesetztem Hitzeschild; undFIG. 1 is a sectional view of a burner according to the invention; FIG. 2 is a perspective view of a burner flange with a heat shield inserted therein; and
Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Hitze- Schildes.Figure 3 is a perspective view of a heat shield.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausfüh¬ rungsformen der Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of the preferred embodiments of the invention, the same reference numerals designate the same or comparable components.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Brenners. Der erfindungsgemäße Brenner 10 weist eine Düse 12 auf, die fest mit einem Hitzeschild 24 verbunden ist. Der Hitzeschild 24 definiert zusammen mit einem mit dem Hitzeschild 24 verbundenen Brennerrohr 40 eine Brennkammer 22. Das Brennkammerrohr 40 ist von einem Außenrohr 42 umge¬ ben, das den Brennerflansch bildet. An diesem Außenrohr 42 ist ein Flammrohr 38 befestigt. Die Verbindungen zwischen Hitzeschild 24 und Brennkammerrohr 40 beziehungsweise zwi- sehen Brennkammerrohr 40, Außenrohr 42 und Flammrohr 38 sind im Allgemeinen Schweißverbindungen. An der Brennstoff- düse 12 ist eine BrennstoffZuführung 50 angeordnet, die ein Metallrohr 52 zum Zuführen von Brennstoff sowie eine Brenn¬ stoffnadel 14 zum Einspritzen von Brennstoff in die Brenn- kammer 22 aufweist. Weiterhin sind im Bereich der Brenn¬ stoffdüse 16 Kanäle zum Zuführen von primärer Brennluft in die Brennstoffdüse 20 vorgesehen, welche an der Brennstoff- nadel 14 vorbeiströmt, um dann entlang der sich radial er¬ weiternden Luftführung der Brennstoffdüse 12 in Richtung Brennkammer und schließlich in die Brennkammer 22 zu strö¬ men. Durch die radiale Erweiterung der Luftführung wird ei¬ ne verbesserte Zerstäubung aufgrund des Venturi-Effektes
erzielt. Innerhalb der Brennkammer 22 ist weiterhin eine Prallscheibe 36 angeordnet, die eine vorteilhafte Wölbung aufweist. Diese Wölbung in Richtung der Ausbrandzone 32 ist vorteilhaft, da hierdurch hitzebedingte spontane Formverän- derungen der Prallscheibe 36 verhindert werden. Durch die Wölbung der Prallscheibe 36 in Richtung der Ausbrandzone 32 steht außerdem ein ausreichender Raum für die Unterbringung der Startkammer 18 zur Verfügung. Die die Startkammer 18 definierende Wandung ist an der Prallscheibe 36 ange- schweißt.FIG. 1 shows a sectional view of a burner according to the invention. The burner 10 according to the invention has a nozzle 12 which is fixedly connected to a heat shield 24. The heat shield 24, together with a burner tube 40 connected to the heat shield 24, defines a combustion chamber 22. The combustion chamber tube 40 is surrounded by an outer tube 42, which forms the burner flange. At this outer tube 42, a flame tube 38 is attached. The connections between the heat shield 24 and the combustion chamber tube 40 or between the combustion chamber tube 40, the outer tube 42 and the flame tube 38 are generally welded joints. At the fuel nozzle 12, a fuel feed 50 is arranged, which has a metal tube 52 for supplying fuel and a fuel needle 14 for injecting fuel into the combustion chamber 22. Furthermore, in the area of the fuel nozzle 16, there are provided channels for supplying primary combustion air into the fuel nozzle 20, which flows past the fuel needle 14 and then along the radially expanding air guide of the fuel nozzle 12 in the direction of the combustion chamber and finally into the fuel nozzle Burner chamber 22 to flow. Due to the radial expansion of the air duct ei¬ ne improved atomization due to the Venturi effect achieved. Within the combustion chamber 22, a baffle plate 36 is further arranged, which has an advantageous curvature. This curvature in the direction of the burn-out zone 32 is advantageous because it prevents heat-induced spontaneous changes in shape of the baffle plate 36. Due to the curvature of the baffle plate 36 in the direction of the Ausbrandzone 32 is also a sufficient space for the accommodation of the start chamber 18 is available. The wall defining the start chamber 18 is welded to the baffle plate 36.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Bren- nerflanschs mit darin eingesetztem Hitzeschild, und Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Hitzeschildes. Es wird nachfolgend ebenfalls weiterhin auf Komponenten des Brenners gemäß Figur 1 hingewiesen. Der Hitzeschild 24 hat eine zentrale Öffnung 48, durch die das von der Düse 12 ab¬ gegebene Brennstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer ein¬ tritt. Weiterhin ist eine seitlich angeordnete Öffnung 34 zur Durchführung des Zündelementes 20 vorgesehen. An dem Hitzeschild 24 sind weiterhin Befestigungsstifte 44, 46 vorgesehen, an denen die Düse 12 befestigt wird. Der Hitze¬ schild 24 weist ferner eine Vielzahl von Öffnungen 26 auf, durch die Sekundärluft in die Brennkammer 22 eintreten kann. Auf der der Brennkammer 22 zugewandten Seite des Hit¬ zeschildes 24 sind dreieckförmige Luftleitelemente 28, 30 vorgesehen. Diese Bewirken aufgrund der unterschiedlichen Winkel zum Radius des Hitzeschildes 24 eine Aufteilung der Sekundärluft. Eine erste Gruppe von Luftleitelementen, de- ren Mitglieder teilweise mit dem Bezugszeichen 28 bezeich¬ net sind, sind in einem großem Winkel zum Radius des Hitze¬ schildes 24 ausgerichtet, das heißt ihre Ausrichtung ist im
Wesentlichen oder nahezu tangential. Aufgrund dieser Aus¬ richtung wird die durch die entsprechenden Öffnungen 26 durchtretende Sekundärluft, deren Austrittsströmungsrich¬ tung durch einen Pfeil angedeutet ist, mit hohem Drall an der PrallScheibe 36 vorbei in die Ausbrandzone 32 übertre¬ ten. Diese mit hohem Drall versehene Luft strömt im radial außenliegenden Bereich der Ausbrandzone 32 in den hinteren Bereich der Brennkammer 22, das heißt in den dem Hitze¬ schild 24 abgewandten Bereich der Brennkammer 22, und dann unter großer Verwirbelung im zentralen Bereich zurück in Richtung Prallscheibe 36. Folglich kommt es zu einer vor¬ teilhaften Vermischung der gasförmigen Komponenten in der Ausbrandzone 32. Eine weitere Gruppe von Luftleitelementen 30 weist in ihrer Ausrichtung einen geringeren Winkel zum Radius des Hitzeschildes 24 auf . Diese Luftleitelemente sind teilweise mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet. Au¬ ßerdem haben diese Luftleitelemente 30 einen geringeren Winkel zur Fläche des Hitzeschildes 24 als die Luftleitele¬ mente 28. Folglich wird durch diese Luftleitelemente 30 Se- kundärluft, deren Austrittsströmungsrichtung durch einen weiteren Pfeil angedeutet ist, mit geringem Drall in den Kernbereich der Flamme geleitet, was insbesondere ein sta¬ biles Brennverhalten begünstigt.FIG. 2 shows a perspective view of a burner flange with a heat shield inserted therein, and FIG. 3 shows a perspective view of a heat shield. It will also be pointed to components of the burner according to Figure 1 below. The heat shield 24 has a central opening 48, through which the fuel-air mixture discharged from the nozzle 12 enters the combustion chamber. Furthermore, a laterally arranged opening 34 for the passage of the ignition element 20 is provided. On the heat shield 24 fastening pins 44, 46 are further provided, on which the nozzle 12 is attached. The heat shield 24 also has a plurality of openings 26 through which secondary air can enter the combustion chamber 22. On the combustion chamber 22 facing side of the Hit¬ zeschildes 24 triangular air guide elements 28, 30 are provided. These cause due to the different angles to the radius of the heat shield 24, a division of the secondary air. A first group of air guiding elements whose members are designated by the reference numeral 28 are aligned at a large angle to the radius of the heat shield 24, that is, their orientation is in the Essentially or almost tangentially. On account of this orientation, the secondary air which passes through the corresponding openings 26 and whose outlet flow direction is indicated by an arrow, passes with high swirl past the impact disk 36 into the burn-out zone 32. This air, which is provided with a high swirl, flows radially outer region of the Ausbrandzone 32 in the rear region of the combustion chamber 22, that is in the heat shield 24 facing away from the combustion chamber 22, and then with great turbulence in the central region back towards the baffle plate 36. Consequently, it comes to a vor¬ geous Mixing of the gaseous components in the burn-out zone 32. Another group of air-guiding elements 30 has a smaller angle to the radius of the heat shield 24 in their orientation. These air guide elements are partially identified by the reference numeral 30. In addition, these air guide elements 30 have a smaller angle to the surface of the heat shield 24 than the air guide elements 28. Consequently secondary air, the outlet flow direction of which is indicated by a further arrow, is conducted into the core region of the flame by means of these air guide elements 30 , which in particular favors a sta¬ biles burning behavior.
Es wird somit ein neuartiger Spray-Brenner zur Verfügung gestellt, der im Hinblick auf die möglichen Einbaupositio¬ nen, das Startverhalten und das Verhalten im Dauerbetrieb verbessert ist. Weiterhin werden Probleme im Hinblick auf temperaturbedingte Formveränderungen der Prallscheibe ver- mieden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Thus, a novel spray burner is provided which is improved with regard to the possible installation positions, the starting behavior and the behavior in continuous operation. Furthermore, problems with regard to temperature-induced changes in shape of the baffle plate are avoided. The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential to the realization of the invention both individually and in any combination.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Brenner10 burners
12 Brennerduse12 burner nozzle
14 Brennstoffnadel14 fuel needle
16 BrennluftZuführung16 combustion air supply
18 Startzone18 start zone
20 Zündelement20 ignition element
22 Brennkammer22 combustion chamber
24 Hitzeschild24 heat shield
26 Öffnung26 opening
28 Luftleitelement28 air guide
30 Luftleitelement30 air guide
32 Ausbrandzone32 burn-out zone
34 Öffnung34 opening
36 Prallscheibe36 baffle plate
38 Flammrohr38 flame tube
40 Brennerrohr40 burner tube
42 Außenrohr42 outer tube
44 Befestigungsstift44 fixing pin
46 Befestigungsstift46 fixing pin
48 Öffnung48 opening
50 BrennstoffZuführung50 fuel feed
52 Metallrohr
52 metal pipe
Claims
1. Brenner für ein Heizgerät, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, mit1. Burner for a heater, especially for use in motor vehicles
einer Brennerdüse (12) zum Zuführen von Brennstoff und Primärluft,a burner nozzle (12) for supplying fuel and primary air,
einer Brennkammer (22) unda combustion chamber (22) and
einem Hitzeschild (24) zwischen der Brennerdüse und der Brennkammer, wobei der Hitzeschild Öffnungen (26) zum Zuführen von Sekundärluft in die Brennkammer auf¬ weist,a heat shield (24) between the burner nozzle and the combustion chamber, the heat shield having openings (26) for supplying secondary air into the combustion chamber,
dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen mit Luftleitele¬ menten (28, 30) ausgestattet sind.characterized in that the openings are equipped with air guiding elements (28, 30).
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitelemente (28, 30) durch in Richtung der Brenn¬ kammer (22) vorstehende, einstückig mit dem Hitzeschild ausgebildete Laschen (28, 30) gebildet sind.2. Burner according to claim 1, characterized in that the air guide elements (28, 30) are formed by tabs (28, 30) which project in the direction of the combustion chamber (22) and are formed in one piece with the heat shield.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net,
dass die Laschen (28, 30) in unterschiedlichen Winkeln zur Oberfläche des Hitzeschildes (24) und/oder zum Radius des Hitzeschildes ausgebildet sind.3. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that that the tabs (28, 30) are formed at different angles to the surface of the heat shield (24) and/or to the radius of the heat shield.
4. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Laschen gruppenweise in im wesentlichen identischen Winkeln zur Oberfläche des Hitze¬ schildes und/oder zum Radius des Hitzeschildes ausgebildet sind.4. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the tabs are formed in groups at essentially identical angles to the surface of the heat shield and / or to the radius of the heat shield.
5. Brenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner eine Startzone (18) und eine Aus- brandzone (32) aufweist und5. Burner (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the burner has a start zone (18) and a burnout zone (32) and
dass die der Ausbrandzone (32) zugeführte Sekundärluft einen geringeren Drall als die der Startzone (18) zu¬ geführte Sekundärluft aufweist.that the secondary air supplied to the burnout zone (32) has a lower swirl than the secondary air supplied to the starting zone (18).
6. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass der Hitzeschild eine Öffnung (34) zur Durchführung eines Zündelementes (20) aufweist.6. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the heat shield has an opening (34) for the passage of an ignition element (20).
1. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet,1. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that
dass die Brennerdüse (12) eine Brennstoffnadel (14) zum Zuführen von Brennstoff in den Brenner (10) und eine PrimärluftZuführung zum Zuführen von Brennluft in den Brenner aufweist und
dass durch die Wahl des Innendurchmessers der Brenn¬ stoffnadel (14) die Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoffs so vorbestimmt wird, dass während einer Startphase des Brenners (10) Brennstoff in im Wesent- liehen unzerstäubter Form eine Startzone (18) er¬ reicht.that the burner nozzle (12) has a fuel needle (14) for supplying fuel into the burner (10) and a primary air supply for supplying combustion air into the burner and that by selecting the inner diameter of the fuel needle (14), the exit speed of the fuel is predetermined so that during a starting phase of the burner (10), fuel in essentially unatomized form reaches a starting zone (18).
8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet/ dass der Innendurchmesser der Brennstoffnadel (14) zwischen 0,5 und 0,7 mm liegt.8. Burner according to claim 7, characterized in that the inner diameter of the fuel needle (14) is between 0.5 and 0.7 mm.
9. Brenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich¬ net/ dass der Innendurchmesser der Brennstoffnadel ca. 0,6 mm beträgt.9. Burner according to claim 7 or 8, characterized in that the inner diameter of the fuel needle is approximately 0.6 mm.
10. Brenner nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Startzone (18) als Startkammer ausgebil¬ det ist, in die ein Zündelement hineinragt.10. Burner according to claims 5 to 9, characterized in that the starting zone (18) is designed as a starting chamber into which an ignition element projects.
11. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet,11. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that
dass die Brennkammer im Wesentlichen axialsymmetrisch ist,that the combustion chamber is essentially axially symmetrical,
dass in der Brennkammer (22) eine Prallscheibe ange¬ ordnet ist undthat a baffle plate is arranged in the combustion chamber (22) and
dass die Prallscheibe (36) eine vorgegebene Wölbung in axiale Richtung aufweist.
that the baffle plate (36) has a predetermined curvature in the axial direction.
12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung in Richtung der Ausbrandzone (32) vorgesehen ist.12. Burner according to claim 11, characterized in that the curvature is provided in the direction of the burnout zone (32).
13. Brenner nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich¬ net,13. Burner according to claim 11 or 12, characterized in that
dass der Außenumfang der Prallscheibe eine Ebene defi¬ niert undthat the outer circumference of the baffle plate defines a plane and
dass das Verhältnis zwischen dem maximalen axialen Ab¬ stand der Prallscheibe von dieser Ebene und dem Durch¬ messer der Prallscheibe zwischen 0,07 und 0,21 liegt.that the ratio between the maximum axial distance of the baffle plate from this plane and the diameter of the baffle plate is between 0.07 and 0.21.
14. Brenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem maximalen axialen Abstand der PrallScheibe (36) von der Ebene und dem Durchmesser der Prallscheibe (36) bei ca. 0,14 liegt.
14. Burner according to claim 13, characterized in that the ratio between the maximum axial distance of the baffle disk (36) from the plane and the diameter of the baffle disk (36) is approximately 0.14.
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