JP2004506167A - 噴霧バーナー - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料を調製するための噴霧ノズル（２）と、点火装置（２９）と、燃焼室（８）を備えた、特に自動車の補助ヒータで使用するための噴霧バーナーに関する。燃料を微細に噴霧するために、噴霧ノズル（２）のノズルホルダ（３）の手前に、噴霧ノズル（２）に流入する燃焼空気を旋回させる空気案内装置（１０、１０′）が連結されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料を調製するための噴霧ノズルと、点火装置と、燃焼室を備えた、特に自動車の独立ヒータで使用するための噴霧バーナーに関する。
【０００１】
例えば燃料で運転される、自動車用補助ヒータすなわち自動車用独立ヒータとしての暖房装置の分野のようないろいろな使用分野において、例えばバーナー内で燃焼すべき液体燃料を調製し、燃焼にとって適切な状態にする必要がある。
【０００２】
特に自動車または他の移動ユニット用の補助暖房において使用される公知の装置は、例えばフリースのような吸収体を備えている。このフリースには燃料流入管から液体燃料が供給される。この吸収体に供給される燃料は、燃焼空気を供給しながら蒸発させられ、そして例えばグロープラグによって点火される。
【０００３】
このような装置には、液体燃料を簡単に気化するという利点があるが、欠点もある。例えば、バーナー装置で使用されるこのような気化器の場合、使用可能な火炎が形成されるまでに長い時間がかかる。それによって、このような気化器を備えたバーナーの応答時間が不利な影響を受ける。
【０００４】
この欠点を回避するために、噴霧バーナーが開発されている。この噴霧バーナーの場合には、蒸発装置が噴霧ノズルによって置き換えられている。しかし、噴霧バーナーで使用される噴霧ノズルがいずれにせよ、要求される燃料の供給噴霧特性を生じないことが判った。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、バーナーの迅速な応答時間と高い効率のために燃料の高品質な噴霧を可能にし、簡単かつ経済的に製作および運転可能である噴霧バーナーを提供することである。
【０００６】
この課題は冒頭に述べた種類の噴霧バーナーにおいて、本発明に従い、噴霧ノズルのノズルホルダの手前に、噴霧ノズルに流入する燃焼空気を旋回させる空気案内装置が連結されていることによって解決される。このノズル空気の旋回（スワール）によって、噴霧バーナーの噴霧品質、ひいては効率が大幅に改善される。なぜなら、燃焼空気速度またはノズル空気速度が加えられる接線方向運動成分に基づいて増大するからである。
【０００７】
本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。
【０００８】
ベンチュリディフューザが装置の後に接続されていると、ベンチュリディフューザの開放角度が旋回作用を増しながら大きくなるという利点がある。
【０００９】
好ましい実施形では、空気案内装置が旋回翼を備えている。この旋回翼は、燃焼空気流が噴霧ノズルに流れる過程において燃料空気流を旋回させる。
【００１０】
旋回翼がノズルホルダに取付けられた支持体に配置され、各々２つの旋回翼が支持体およびノズルホルダと共に、テーパ状の通路を形成していると合目的である。それぞれの半径方向平面に対するこの旋回翼の角度調節に応じて、接線方向空気成分、ひいてはノズル空気旋回作用を調節することができる。その際、旋回翼はほぼ半径方向に配置してもよいし、半径方向に対して傾斜させて配置してもよい。旋回翼は流れ方向に平らにまたは湾曲するように形成することができる。
【００１１】
他の好ましい実施形では、空気案内装置が鉢形のスリーブを備え、このスリーブがその中に形成された軸方向の穴と接線方向の穴を備え、スリーブがノズルホルダに固定され、この固定は形状補完的または材料一体的に行うことができる。その代わりに、スリーブをノズルホルダに嵌め込むことができる。
【００１２】
軸方向の穴と接線方向の穴は、燃焼空気に所定の旋回作用を付与するように互いに適合させられている。従って、接線方向の穴と軸方向の穴の大きさ、配置および形状を選定することにより、旋回の特性を決定することができる。
【００１３】
噴霧ノズルは好ましくはその全長にわたって圧力プロフィルを有する内側横断面を備え、この圧力プロフィルが、少なくとも燃料供給装置からの燃料の流出口の周りに、燃料供給装置内の圧力よりも低い値を有する。圧力低下の程度は、燃料供給装置から燃料を吸い出して噴霧するように選定される。噴霧ノズルの内側横断面は好ましくはベンチュリノズルとして形成されている。
【００１４】
添付の図を参照した好ましい実施の形態の説明から、本発明の他の特徴と効果が明らかになる。
【００１５】
特に自動車補助ヒータ（独立ヒータ）で使用するために設けられた噴霧ヒータは、ノズルホルダ３を備えた噴霧ノズル２と、液状燃料を噴霧ノズル２の噴霧領域６に供給するための燃料供給部４と、周囲画成体としての熱遮蔽体９によって取り囲まれた燃焼室８を備えている（図１参照）。噴霧ノズル２のノズルホルダ３の手前には、空気案内装置１０が連結されている。この空気案内装置１０は、噴霧ノズル２に流入するノズル空気にスワールを生じる。図１に示した実施の形態の場合、噴霧ノズル２はベンチュリノズルとして形成されている。このベンチュリノズルは空気流入通路５と、流れ方向制御弁に拡がる噴霧領域６とを備え、空気案内装置１０から噴霧ノズル２に流入する噴霧空気流が流通する。噴霧ノズル２の空気流入通路５内に、液体または燃料供給装置１１、例えば燃料ニードルが達している（図２も参照されたし）。この燃料供給装置１１は、所定配置の流出口１３を備えている。その際、燃料供給装置１１は、好ましくは噴霧ノズル２または空気流入通路５およびベンチュリノズルの噴霧領域の中心軸線７上に設けられている。
【００１６】
燃焼空気流が噴霧ノズル２を流通すると、噴霧ノズル２内に圧力プロフィルが発生する。この場合、空気流入通路５内に先ず最初に高い静圧が発生し、この静圧は流れ方向に噴霧領域６の方に向かって低下し、噴霧すべき燃料のための燃料供給装置１１の流出口１３で最小値に達する。燃料供給装置１１によって流出口まで供給された燃料は、この最小の静圧に基づいて、燃料供給装置１１の流出口から出るときに高い空気速度によってこの個所で引き裂かれて噴霧されるように、吸い込まれる。燃料供給装置１１は、噴霧すべき燃料をほとんど無圧でベンチュリノズルに供給するために、管、燃料ニードルまたは液体ノズルとすることができる。
【００１７】
図１に示したバーナーの実施の形態による噴霧ノズル２が大きな熱負荷にさらされるので、この噴霧ノズル１２は、好ましくはセラミックスから作られている。セラミック材料は鋼と比べて、代替的に使用可能な材料として重要である、小さな熱伝導性や小さな熱膨張係数のような熱機械的な長所を有する。
【００１８】
空気案内装置１０は図１に示した噴霧バーナーの実施の形態では、ノズルホルダ３の端面１５に対して離隔配置されていて例えば円板として形成された支持体１２を備えている。この支持体１２は、ノズルホルダ３の端面１５と共に環状隙間１４を形成している。支持体１２に旋回翼１７が配置されている。この旋回翼１７は、ノズルホルダ３の端面１５の方に向いていて、組立て状態でこの端面に接している。旋回翼１７はそれぞれ、燃料供給装置１１によって形成された支持体１２の中心から半径方向に延びる線に対してずらして支持体１２に配置されている。２個ずつの旋回翼１７が支持体１２およびノズルホルダ３共に、テーパ状の通路１９（図参照）を形成している。環状隙間１４を通って流入する燃焼空気流には、噴霧ノズル２に流入する際に、旋回翼１７とテーパ状の通路１９によって旋回作用（スワール作用）が加えられる。
【００１９】
図１に示した実施の形態において、熱遮蔽体９または燃焼室８はその底に、二次空気穴１６を備えている。この二次空気穴１６は、熱遮蔽体９の底の環状のエッジ範囲にわたって分配配置可能である。図１にはこの二次空気穴１６が２個だけ例示的に示してある。更に、熱遮蔽体９の側壁または外周壁にも二次空気穴を設けることができる。燃焼室８の熱遮蔽体９は別個の部品として、シール１８とフランジ２０を介して、例えばねじ２３によってノズルホルダ３に動かぬように取付けられている。フランジ２０は二次空気穴１６を通って燃焼室８に流入する二次空気を旋回させるために他の空気案内装置２１を備えている。この空気案内装置２１は同様に、環状隙間２２内にほぼ半径方向に配置された旋回翼２５を備えている。この旋回翼２５は上述のように、旋回流を発生するために接線方向の流れ成分を生じる。
【００２０】
噴霧バーナーは更に、燃焼室８内の火炎領域において、燃料の噴霧方向に、阻流体を備えている。この阻流体は好ましくは、円錐形、凸形または凹形に形成されたバッフルプレート２４である。バッフルプレート２４は本実施の形態では、燃焼の噴霧方向と反対向きにカラー２６を備えた円板として形成されている。この場合、バッフルプレート２４の直径は燃焼室８の直径よりも小さく、燃焼室８の直径に対するバッフルプレート２４の直径は好ましくは０．６ 〜０．９ である。バッフルプレート２４は固定継目板２８によって熱遮蔽体９に固定されている。燃焼室８の直径に対する、燃料供給装置１１の流出口１３における燃料の噴霧個所からバッフルプレート２４までの軸方向距離の比は好ましくは０．３ 〜０．６ である。破線で概略的に示した、噴霧された燃料を点火するための点火装置２９は、燃焼室８内においてベンチュリノズルに続いて配置されている。
【００２１】
噴霧バーナーの第２の実施の形態（図３、４参照、これらの図において第１の実施の形態と同一の要素には同じ参照符号が付けてある）は、空気案内装置１０′を備えている。この空気案内装置１０は鉢形のスリーブ３０を備え、このスリーブ３０の底には軸方向の空気穴３２、例えば軸方向穴が形成され、スリーブ３０の外周壁３３には周方向の空気穴３４が形成されている。この周方向穴はその向きによって接線方向穴とも呼ばれる。スリーブ３０は噴霧ノズル２のノズルホルダ３に嵌め込むことによってあるいは形状補完的、摩擦連結的または材料一体的な他の連結構造によってノズルホルダに固定されている。軸方向穴３２と接線方向穴３４は、空気流入通路５とその後噴霧領域６に流入する燃焼空気が所定の旋回流を生じるように互いに適合させられている。
【００２２】
図４はスリーブ３０における軸方向の空気穴すなわち軸方向穴３２と周方向の空気穴すなわち接線方向穴３４の配置構造の一例を示している。穴３２、３４の数と大きさと配置を変更することにより、必要に応じて燃焼空気流の旋回作用を調節することができる。
【００２３】
図５に示した鉢形のスリーブ３０はその外周壁３３に空気穴３５を備えている。この空気穴３５はスリーブ３０の中央側がそれぞれ空気案内翼３６によって画成されている。空気案内翼３６によって、流入する燃焼空気に接線方向の流れ成分が加えられる。
【００２４】
所望な空気案内作用を生じるために、両実施の形態の個々の特徴の組み合わせが可能であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による噴霧バーナーの好ましい実施の形態の概略的な縦断面図である。
【図２】
図１の噴霧バーナーの空気案内装置の斜視図である。
【図３】
本発明による噴霧バーナーの好ましい第２の実施の形態の概略的な縦断面図である。
【図４】
図３の実施の形態の空気案内装置を、図３のＡ−Ａ線に沿って切断して示す概略的な横断面図である。
【図５】
空気案内装置の代替的な構造の、図４と同様な概略的横断面図である。
【符号の説明】
２…噴霧ノズル、３…ノズルホルダ、４…燃料供給部、５…空気流入通路、６…噴霧領域、７…中心軸線、８…燃焼室、９…熱遮蔽体、１０…空気案内装置、１０′…空気案内装置、１１…燃料供給装置、１２…支持体、１３…流出口、１４…環状隙間、１５…端面、１６…二次空気穴、１７…旋回翼、１８…シール、１９…通路、２０…フランジ、２１…空気案内装置、２２…環状隙間、２４…バッフルプレート、２５…旋回翼、２６…カラー、２８…固定継目板、２９…点火装置、３０…スリーブ、３２…軸方向穴、３３…外周壁、３４…空気穴、３５…空気穴、３６…空気案内翼

Claims (12)

1. 燃料を調製するための噴霧ノズル（２）と、点火装置と、燃焼室（８）を備えた、特に自動車の独立ヒータで使用するための噴霧バーナーにおいて、噴霧ノズル（２）のノズルホルダ（３）の手前に、噴霧ノズル（２）に流入する燃焼空気を旋回させる空気案内装置（１０、１０′）が連結されていることを特徴とする噴霧バーナー。
2. 空気案内装置（１０）が旋回翼（１７）を備えていることを特徴とする請求項１記載の噴霧バーナー。
3. 旋回翼（１７）がノズルホルダ（３）に取付けられた支持体（１２）に配置されていることと、各々２つの旋回翼（１７）が支持体（１２）およびノズルホルダ（３）と共に、テーパ状の通路（１９）を形成していることを特徴とする請求項２記載の噴霧バーナー。
4. 空気案内装置（１０′）がノズルホルダ（３）に固定された鉢形のスリーブ（３０）を備え、このスリーブがその中に形成された軸方向の空気穴（３２）と、外周壁（３３）に形成された周方向の空気穴（３４、３５）を備えていることを特徴とする請求項１記載の噴霧バーナー。
5. 周方向の空気穴（３４）が、外周壁（３３）に対してほぼ接線方向に形成された穴であることを特徴とする請求項４記載の噴霧バーナー。
6. 周方向の空気穴（３５）に空気案内翼（３６）が配置されていることを特徴とする請求項４または５記載の噴霧バーナー。
7. 軸方向の空気穴（３２）と周方向の空気穴（３４、３５）が、燃焼空気に所定の旋回作用を付与するように互いに適合させられていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一つに記載の噴霧バーナー。
8. スリーブ（３０）がノズルホルダ（３）に対して形状補完的に連結されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一つに記載の噴霧バーナー。
9. スリーブ（３０）がノズルホルダ（３）に材料一体的に連結されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一つに記載の噴霧バーナー。
10. スリーブ（３０）がノズルホルダ（３）に嵌め込まれていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一つに記載の噴霧バーナー。
11. 噴霧ノズル（２）がその全長にわたって静圧プロフィルを有する内側横断面を備え、この静圧プロフィルが、少なくとも燃料供給装置（１１）からの燃料の流出口（１３）の周りにその最小値を有し、それによって燃料供給装置（１１）から燃料を引き出して噴霧する高い流速を生じることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の噴霧バーナー。
12. 噴霧ノズル（２）がベンチュリノズルであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の噴霧バーナー。

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