EP1812750A1 - Brenner für ein heizgerät mit verbesserter prallscheibe - Google Patents

Brenner für ein heizgerät mit verbesserter prallscheibe

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EP1812750A1
EP1812750A1 EP05814236A EP05814236A EP1812750A1 EP 1812750 A1 EP1812750 A1 EP 1812750A1 EP 05814236 A EP05814236 A EP 05814236A EP 05814236 A EP05814236 A EP 05814236A EP 1812750 A1 EP1812750 A1 EP 1812750A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner
heat shield
fuel
baffle plate
burner according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05814236A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael PÖHNER
Friedrich Widemann
Steffen Weber
Jan Steffens
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.)
Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
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 Webasto SE filed Critical Webasto SE
Publication of EP1812750A1 publication Critical patent/EP1812750A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D9/00—Burners in which a stream of liquid fuel impinges intermittently on a hot surface
    • 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
    • F23D11/24—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space by pressurisation of the fuel before a nozzle through which it is sprayed by a substantial pressure reduction into a space
    • 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, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F23D11/406—Flame stabilising means, e.g. flame holders
    • 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, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F23D11/408—Flow influencing devices in the air tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/11401—Flame intercepting baffles forming part of burner head

Definitions

  • the invention relates to a burner for a heater, in particular for use in motor vehicles, having a substantially axially symmetrical combustion chamber and a baffle plate arranged in the combustion chamber.
  • 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.
  • 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-noise starting behavior with different mounting positions.
  • the invention is based on the generic burner in that the baffle plate has a predetermined curvature in the axial direction and that the curvature is provided in the direction of the burn-out zone. 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 burning behavior of the burner. Due to the curvature in the direction of the burn-out zone, sufficient space is provided in the region of the start chamber. Furthermore, it has been found that the curvature in the direction of the fire zone does not negatively influence the flow behavior in this zone. In particular, the turbulent embossed backflow region remains in the radially inner region of the burnout zone.
  • the outer periphery of the baffle plate is an Ebe ne 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 most bulged point of the baffle plate is preferably substantially at the center of the assembly with respect to the radial coordinate. 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.
  • the ratio between the maximum axial distance of the baffle plate from the plane and the diameter of the baffle disc is about 0.14.
  • the round diameter of the baffle plate is about 40 mm, while the bulge has a value of about 5.7 mm.
  • a burner nozzle is provided for supplying fuel and primary air
  • a heat shield is provided between the burner nozzle and the combustion chamber, the heat shield having openings for supplying secondary air into the burner Combustion chamber, and that the openings are equipped with air guide elements.
  • a Hit ⁇ zeschild is basically useful to shield the nozzle and the fuel feeder against the heat energy in the combustion chamber vorlie ⁇ ing.
  • Secondary air is fed into the combustion chamber via the heat shield.
  • the air guiding elements are formed by tabs formed in the direction of the combustion chamber and integrally formed with the heat shield.
  • a heat shield can be manufactured in a simple manner, for example by forming holes with a V-shaped punching tool, which are bent out of the plane of the heat shield after or with the punching operation.
  • the invention is also usefully further developed in that the tabs are formed at different angles to the surface of the heat shield and / or 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 Heilströ ⁇ 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 low swirl into the core region of the flame formation.
  • the air required for combustion is supplied; however, there is no excessive swirl which would adversely affect the stabilization of the flame.
  • a division of the secondary air can take place as a function of the orientation of the individual air guiding elements.
  • 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 fed to the start zone.
  • the burner has a burnout zone and that the secondary air supplied to the burnout zone has a higher swirl than the secondary air fed to the start zone.
  • the Ausbrandzone a high twist is desired.
  • a radially inward swirled backflow region improves burnout and ensures that the combustion chamber volume is well utilized.
  • the heat shield has an opening for the passage of an ignition element.
  • 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.
  • the inner diameter of the fuel needle is between 0.5 and 0.7 mm.
  • the exit velocity at inner diameters between 0.5 and 0.7 mm can be almost doubled or even more than doubled ,
  • the inner diameter of the fuel needle is about 0.6 mm.
  • 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.
  • 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.
  • the goal of a substantially non-atomized jet which reaches the start zone when the heater starts, may also be with a conventional fuel needle with an réelle emb ⁇ diameter of about 0.8 mm can be achieved.
  • 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.
  • the "ballistic" fuel jet can then wet the ignition element and the combustion chamber wall so that the combustion chamber wall and adjacent components serve as wall evaporators after their heating.
  • the invention is based on the finding that the operating behavior of a burner can be markedly improved by the novel curved baffle plate, in particular in combination with the novel fuel feed and the novel heat shield. This relates 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.
  • FIG. 1 shows 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 3 shows a perspective view of a heat shield.
  • 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.
  • a flame tube 38 is attached.
  • the connections between heat shield 24 and combustion chamber tube 40 or between combustion chamber tube 40, outer tube 42 and flame tube 38 are generally welded joints.
  • 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.
  • a baffle plate 36 is further arranged, which has an advantageous curvature having. This curvature in the direction of the burn-out zone 32 is advantageous because heat-induced spontaneous changes in form of the baffle plate 36 are thereby prevented. 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.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a burner flange with a heat shield inserted therein
  • FIG. 3 shows a perspective view of a heat shield.
  • 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.
  • a first group of air guiding elements whose members are partially denoted by the reference numeral 28, are aligned at a large angle to the radius of the heat shield 24, that is, their orientation is substantially or almost tangentially. Because of this Aus ⁇ direction through the corresponding openings 26th passing secondary air, the outlet flow Rich ⁇ indicated by an arrow, with high swirl on the baffle plate 36 over in the Ausbrandzone 32 überre ⁇ th.
  • a novel spray burner is made available, 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.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner (10) für ein Heizgerät, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, mit einer im Wesentlichen axialsymmetrischen Brennkammer (22) und einer in der Brennkammer angeordneten Prallscheibe (36). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Prallscheibe (36) eine vorgegebene Wölbung in axiale Richtung aufweist und dass die Wölbung in Richtung einer Ausbrandzone (32) vorgesehen ist.

Description

Brenner für ein Heizgerät mit verbesserter Prallscheibe
Die Erfindung betrifft einen Brenner für ein Heizgerät, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, mit einer im Wesentlichen axialsymmetrischen Brennkammer und einer in der Brennkammer angeordneten Prallscheibe.
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 etnis- sionsfreies Startverhalten sowie einen stabilen Brennbe-
trieb. Weiterhin ist man bestrebt, Heizgeräte zu konstruie¬ ren, die in unterschiedlichen Einbaulagen zum Einsatz kom¬ men können.
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.
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.
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 der Startphase unerwünscht zu hohe Luftanteile und eine zu hohe Verwirbelung zu verursachen. 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.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen An¬ spruches gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Brenner dadurch auf, dass die Prallscheibe eine vorgegebene Wölbung in axi- ale Richtung aufweist und dass die Wölbung in Richtung der Ausbrandzone vorgesehen ist. Aufgrund der Wölbung der Prallscheibe liegt eine temperaturunabhängige definierte Formgebung der Prallscheibe vor. Bei eben ausgebildeten Prallscheiben des Standes der Technik ist dies mitunter nicht der Fall, da es temperaturabhängig zu spontanen Form¬ veränderungen kommen kann, die das Brennverhalten des Bren¬ ners nachteilig beeinflussen können. Durch die Wölbung in Richtung der Ausbrandzone wird ein ausreichender Raum im Bereich der Startkammer zur Verfügung gestellt. Weiterhin hat es sich erwiesen, dass die Wölbung in Richtung der Aus¬ brandzone das Strömungsverhalten in dieser Zone nicht nega¬ tiv beeinflusst. Insbesondere bleibt das verwirbelte ausge¬ prägte Rückstromgebiet im radial innenliegenden Bereich der Ausbrandzone erhalten.
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.
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¬ wölbung einen Wert von ca. 5,7 mm hat.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Er- findung ist vorgesehen, dass eine Brennerdüse zum Zuführen von Brennstoff und Primärluft vorgesehen ist, dass ein Hit¬ zeschild zwischen der Brennerdüse und der Brennkammer vor¬ gesehen ist, wobei der Hitzeschild Öffnungen zum Zuführen von Sekundärluft in die Brennkammer aufweist, und dass die Öffnungen mit Luftleitelementen ausgestattet sind. Ein Hit¬ zeschild ist grundsätzlich nützlich, um die Düse und die BrennstoffZuführung gegen die in der Brennkammer vorlie¬ gende Wärmeenergie abzuschirmen. Über den Hitzeschild wird weiterhin Sekundärluft in den Brennraum zugeführt. Indem die Öffnungen zur SekundärluftZuführung mit Luftleitelemen¬ ten ausgestattet sind, kann die Zuführung dieser Sekundär¬ luft gezielt erfolgen, so dass der Brennbetrieb, sowohl im Hinblick auf den Startbetrieb als auch beim Dauerbetrieb gezielt beeinflusst werden kann.
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¬ schen geformt werden, die nach oder mit dem Stanzvorgang aus der Ebene des Hitzeschildes herausgebogen werden.
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. 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.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass der Hitzeschild eine Öff¬ nung zur Durchführung eines Zündelementes aufweist.
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.
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.
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.
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.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die neuartigen gewölbte Prallscheibe, insbesondere in Kombina- tion mit der neuartigen KraftstoffZuführung und dem neuar¬ tigen Hitzeschild, 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 Bren- ners im Kraftfahrzeug.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispiel¬ haft erläutert.
Dabei zeigt:
Figur 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Bren¬ ners;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines Brenner- flanschs mit darin eingesetztem Hitzeschild; und Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Hitze¬ schildes.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausfüh¬ rungsformen der Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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¬ schen 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 .
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.
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 Erf indung wesentlich sein .
Bezugs zeichenliste
10 Brenner
12 Brennerduse
14 Brennstoffnadel
16 BrennluftZuführung
18 Startzone
20 Zündelement
22 Brennkammer
24 Hitzeschild
26 Öffnung
28 Luftleitelement
30 Luftleitelement
32 Ausbrandzone
34 Öffnung
36 Prallscheibe
38 Flammrohr
40 Brennerrohr
42 Außenrohr
44 Befestigungsstift
46 Befestigungsstift
48 Öffnung
50 BrennstoffZuführung
52 Metallrohr

Claims

ANSPRUCHE
1. Brenner für ein Heizgerät, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, mit
einer im Wesentlichen axialsymmetrischen Brennkammer (22) und
einer in der Brennkammer (22) angeordneten Prallschei¬ be (36) ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Prallscheibe (36) eine vorgegebene Wölbung in axiale Richtung aufweist und
dass die Wölbung in Richtung einer Ausbrandzone (32) vorgesehen ist.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Außenumfang der Prallscheibe eine Ebene defi- niert und 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.
3. Brenner nach Anspruch 2, 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.
4. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet,
dass eine Brennerdüse (12) zum Zuführen von Brennstoff und Primärluft vorgesehen ist,
dass ein Hitzeschild (24) zwischen der Brennerdüse (12) und der Brennkammer (22) vorgesehen ist, wobei der Hitzeschild Öffnungen zum Zuführen von Sekundär¬ luft in die Brennkammer aufweist, und
dass die Öffnungen mit Luftleitelementen (28, 30) aus¬ gestattet sind.
5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitelemente (28, 30) durch in Richtung der Brenn¬ kammer (22) vorstehende, einstückig mit dem Hitzeschild
(24) ausgebildete Laschen gebildet sind.
6. Brenner nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Laschen (28, 30) in unterschiedli¬ chen Winkeln zur Oberfläche des Hitzeschildes (24) und/oder zum Radius des Hitzeschildes ausgebildet sind.
7. Brenner nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Laschen (28, 30) gruppenweise in im we¬ sentlichen identischen Winkeln zur Oberfläche des Hitze- Schildes (24) und/oder zum Radius des Hitzeschildes ausge¬ bildet sind.
8. Brenner nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekenn¬ zeichnet,
dass der Brenner (10) eine Startzone (18) und eine Ausbrandzone (32) aufweist und
dass die der Ausbrandzone zugeführte Sekundärluft ei- nen höheren Drall als die der Startzone zugeführte Se¬ kundärluft aufweist.
9. Brenner nach den Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Hitzeschild (24) eine Öffnung (34) zur Durchführung eines Zündelementes (20) aufweist.
10. Brenner nach den Ansprüchen 4 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet,
- 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 Brennstoff in im Wesentlichen unzerstäubter Form eine Startzone (18) erreicht.
11. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet/ dass der Innendurchmesser der Brennstoffnadel (14) zwischen 0,5 und 0,7 mm liegt.
12. Brenner nach einem der beiden Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Brennstoffnadel (14) ca. 0,6 mm beträgt.
13. Brenner nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Startzone (18) als Startkammer ausgebil¬ det ist, in die ein Zündelement (20) hineinragt.
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