WO1997003853A1 - Verdampfungsbrennkammer für ein mit flüssigem brennstoff betriebenes heizgerät - Google Patents

Verdampfungsbrennkammer für ein mit flüssigem brennstoff betriebenes heizgerät Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an evaporation chamber for a heater operated with liquid fuel, in particular a vehicle heater according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention is based on the idea of improving the combustion and thus the emission and noise behavior of a heater equipped with a generic combustion chamber by skillfully designing and guiding the combustion chamber flame into the combustion chamber flame tube.
  • Experiments carried out in the context of the invention have shown that different eccentric positions of a flame pinhole opening of unchanged area lead to considerably different emission and noise values.
  • the most favorable measure of the eccentric arrangement of the opening and its circumferential position can be determined experimentally for a certain generic combustion chamber configuration.
  • eccentricities of different sizes can be optimal. The the same applies to the circumferential position of the center of eccentricity.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a combustion chamber according to line I-I in Fig. 2,
  • FIG. 2 is a view of the combustion chamber according to the arrow II in Fig. 1st
  • the combustion chamber consists of a fuel-air mixing and ignition chamber area 1 and a flame tube 2 which adjoins in the direction downstream of the ignited mixture.
  • the area 1 is formed by an outer tube 3 and an inner tube 4 lying concentrically in this and a flame perforated diaphragm 5, through which the flame tube 2 is connected to the area 1.
  • the annular space lying between the outer tube 3 and the inner tube 4 is closed at the end opposite the flame orifice plate 5.
  • the inner wall of the outer tube 3 is lined with a porous absorbent body 6. Liquid fuel, such as diesel fuel, is introduced into this absorbent body 6 at an introduction point 7 indicated by a dash-dotted circle. In the area of this discharge point, the ignition takes place when the burner is started.
  • the combustion air is fed through the open end of the inner tube 4 opposite the flame orifice 5.
  • the air flow into the inner tube 4 is swirled.
  • the inner tube 4 is provided with a baffle plate 8 at its end facing the flame pinhole. Directly adjacent to this baffle plate 8 are radially open axial slots 9 in the jacket of the inner tube 4, which extend approximately over a third of the total length of the inner tube 4. Due to the swirl-like supply of the combustion air through the inner tube 4, the combustion air penetrates on the one hand through the slots 9 and through the opening of the baffle plate 8 into the mixing chamber. region of the combustion chamber, which extends around the inner tube 4 and is essentially formed by the annular space 10 between the outer and inner tubes 3 and 4. In the area between the baffle plate 8 and the flame pinhole 5, the burner flame forms during continuous operation of the burner, so that it can then fully develop within the flame tube 2.
  • the opening of the flame pinhole 5 is a circular surface arranged eccentrically to the axis of the combustion chamber.
  • the eccentric offset of the center of the flame pinhole opening lies in a direction through which the wall area of the flame pinhole 5, which adjoins the fuel introduction point 7, is enlarged.
  • FIG. 2 The position of the combustion chamber shown in FIG. 2 corresponds to a horizontal operating position with a fuel introduction point 7 lying approximately at the height of the axis.
  • the center of the opening of the flame pinhole is circumferential with respect to the illustration in FIG. 2 by about 45 ° twisted vertically below. With such a position of the opening of the flame pinhole 5, a compromise with respect to good emission and combustion noise values for different installation positions of the combustion chamber could be found in tests carried out.
  • the operating positions suitable for this are the installation position shown in FIG. 2 and one with a position of the fuel introduction point 7 at the top in FIG Zenith and a vertical installation position with the flame tube lying vertically below.
  • the outer diameter of the flame pinhole measures approximately 45 mm, the diameter of the diaphragm opening being 20 mm.
  • the combustion air is introduced into the inner tube 4 with a swirl running in the direction of the arrow D.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verdampfungs-Brennkammer für ein mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeug-Heizgerät, bei welcher unter anderem zwei konzentrisch ineinander liegende Rohre (3, 4) zwischen sich einen an einem ersten Ende geschlossenen Ringraum (10) bilden, der an dem zweiten Ende offen auf eine von dem äußeren Rohr (3) nach radial innen ragende und mit Abstand vor dem inneren Rohr (4) liegende Flamm-Lochblende (5) mündet, wobei das innere Rohr (4) an seinen beiden Enden im wesentlichen offen und die an dem zweiten Ende liegende Öffnung durch eine konzentrisch umlaufende Staukante einer Stauscheibe (8) eingezogen ist. Zwecks Verbesserung der Emissionswerte des Brennkammer-Abgases sowie Verringerung der Verbrennungsgeräusche sowohl bei horizontaler als auch vertikaler Betriebslage der Brennkammer verläuft erfindungsgemäß die Öffnung der Flamm-Lochblende (5) exzentrisch zu der von der Staukante der Stauscheibe (8) gebildeten Öffnung des inneren Rohres (4), wobei die radial größere Wandfläche der Flamm-Lochblende (5) umfangsmäßig der Brennstoff-Einleitungsstelle (7) benachbart ist.

Description

Verdampfungsbrennkaπuner für ein mit flüssigem Brennstoff be¬ triebenes Heizgerät
Die Erfindung betrifft eine Verdampfungskammer für ein mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeugheizgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Durch die umfangsmaßig punktuelle Einleitung des Brennstof¬ fes in den Brennstoff-Brennluft-Vermischungsraum der Brenn¬ kammer kommt es zu schlechten Emissionswerten des Brennkam¬ merabgases sowie störenden Verbrennungsgeräuschen. Dies gilt geichermaßen für horizontale und vertikale Betriebslagen der Brennkammer, wobei der Brennstoff bei einer horizontalen Be¬ triebslage in der Regel in einem Bereich eingegeben wird, der nicht unterhalb einer durch die Brennkammerachse verlau¬ fenden Horizontalebene liegt. Bei vertikal angeordneter Brennkammer liegt die Brennstoff-Emleitungsstelle jeweils lotrecht oben.
Abhilfe gegenüber den vorgenannten Nachteilen zu schaffen ist das Problem, mit dem sich die Erfindung beschäftigt. Gelöst wird diese Problematik durch eine Ausführung der Brennkammer nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan¬ spruchs 1.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprü¬ che.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, durch eine geschickte Ausbildung und Führung der Brennkammer-Flamme in das Brenn¬ kammer-Flammrohr hinein die Verbrennung und damit das Emis- sions-und Geräuschverhalten eines mit einer gattungsgemäßen Brennkammer ausgerüsteten Heizgerätes zu verbessern. Dabei haben im Rahmen der Erfindung durchgeführte Versuche ge¬ zeigt, daß verschiedene exzentrische Lagen einer flächenmä¬ ßig unverändert großen Flamm-Lochblendenöffnung zu erheblich unterschiedlichen Emissions- und Lärmwerten führen. Das je¬ weils günstigste Maß der exzentrischen Anordnung der Öffnung und deren umfangsmäßige Lage ist für eine bestimmte gat¬ tungsgemäße Brennkammerkonfiguration jeweils ohne weiteres experimentell ermittelbar.
Je nachdem, ob die Betriebslage der Brennkammer vertikal oder horizontal ist und ob der Brennstoff bei liegender Kam¬ mer im Zenit oder auf Achshöhe der Brennkammer zugeleitet wird, oder ob die Zugabe bei stehender Kammer erfolgt, kön¬ nen unterschiedlich große Exzentrizitäten optimal sein. Das gleiche gilt bezüglich der umfangsmäßigen Lage des Exzentri¬ zitätsmittelpunktes.
Ist eine gleiche Brennkammer für stehenden und liegenden Einbau gedacht und bei liegendem Einbau mit verschieden ho¬ hen Lagen der Brennstoffeinleitungssteile, so ist aus ein¬ fach durchzuführenden Versuchen die für vorbestimmte ver¬ schiedene Betriebslagen als Kompromiß optimale Größe der Ex¬ zentrizität und der Umfangslage von deren Mittelpunkt fest¬ zustellen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Brennkammer nach Linie I-I in Fig. 2,
Fig. 2 eine Ansicht der Brennkammer nach dem Pfeil II in Fig. 1.
Die Brennkammer besteht aus einem Brennstoff-Luftmisch-und Zündungsraumbereich 1 und einem sich in Richtung stromab des gezündeten Gemisches sich anschließenden Flammrohr 2. Der Bereich 1 wird gebildet von einem äußeren Rohr 3 und ei¬ nem konzentrisch in diesem liegenden inneren Rohr 4 sowie einer Flamm-Lochblende 5, durch die das Flammrohr 2 mit dem Bereich 1 verbunden ist.
Der zwischen dem äußeren Rohr 3 und dem inneren Rohr 4 lie¬ gende Ringraum ist an dem der Flamm-Lochblende 5 gegenüber¬ liegenden Ende verschlossen. Die Innenwand des äußeren Roh¬ res 3 ist mit einem porösen saugfähigen Körper 6 ausgeklei¬ det. In diesem saugfähigen Körper 6 wird an einer mit einem strichpunktierten Kreis angedeuteten Einleitungsstelle 7 flüssiger Brennstoff wie beispielsweise Dieselkraftstoff eingeleitet. Im Bereich dieser Einleitungsstelle erfolgt die Zündung beim Start des Brenners.
Die Verbrennungsluft wird durch das der Flamm-Lochblende 5 gegenüberliegende offene Ende des inneren Rohres 4 in dieses zugeführt. Die Lufteinströmung in das innere Rohr 4 erfolgt drallartig. Das innere Rohr 4 ist an seinem der Flamm- Lochblende zugewandten Ende mit einer Stauscheibe 8 verse¬ hen. Direkt angrenzend an diese Stauscheibe 8 befinden sich in dem Mantel des inneren Rohres 4 radial offene axiale Schlitze 9, die sich etwa über ein Drittel der Gesamtlänge des inneren Rohres 4 erstrecken. Bedingt durch die drallar¬ tige Zuführung der Verbrennungsluft durch das innere Rohr 4 dringt die Verbrennungsluft einerseits durch die Schlitze 9 sowie durch die Öffnung der Stauscheibe 8 in den Mischraum- bereich der Brennkammer ein, der sich um das innere Rohr 4 herum erstreckt und im wesentlichen von dem Ringraum 10 zwi¬ schen äußerem und innerem Rohr 3 bzw. 4 gebildet wird. Im Bereich zwischen der Stauscheibe 8 und der Flamm-Lochblende 5 bildet sich im Dauerbetrieb des Brenners die Brennflamme aus , um sich sodann innerhalb des Flammrohres 2 vollständig entfalten zu können.
Die Öffnung der Flamm-Lochblende 5 ist eine exzentrisch zu der Achse der Brennkammer angeordnete Kreisfläche. Der ex¬ zentrische Versatz des Mittelpunktes der Flamm- Lochblendenöffnung liegt in einer Richtung, durch die der Wandbereich der Flamm-Lochblende 5, der an die Brennstoff- Einleitungsstelle 7 angrenzt, vergrößert wird. Dies kann der Figur 2 deutlich entnommen werden. Die in Figur 2 darge¬ stellte Lage der Brennkammer entspricht einer hoizontalen Betriebslage mit einer etwa in Achshöhe liegenden Brenn¬ stoff-Einleitungsstelle 7. Der Mittelpunkt der Öffnung der Flamm-Lochblende ist umfangsmaßig mit Bezug auf die Darstel¬ lung in Figur 2 um etwa 45° nach lotrecht unten verdreht. Mit einer derartigen Lage der Öffnung der Flamm-Lochblende 5 konnte bei durchgeführten Versuchen ein Kompromiß bezüglich guter Emissions- und Verbrennungslärmwerte für unterschied¬ liche Einbaulagen der Brennkammer festgestellt werden. Bei den hierfür geeigneten Betriebslagen handelt es sich einmal um die in Figur 2 dargestellte Einbaulage, sowie eine solche mit einer Lage der Brennstoff-Einleitungsstelle 7 oben im Zenit sowie um eine senkrechte Einbaulage mit lotrecht unten liegendem Flammrohr.
In dem konkret dargestellten Beispiel mißt der äußere Durch¬ messer der Flamm-Lochblende etwa 45 mm, wobei der Durchmes¬ ser der Blendenöffnung bei 20 mm liegt. Bei einer derartigen Größe einer Flamm-Lochblende 5 beträgt die als optimal er¬ mittelte Exzentrizität e = 2 mm und die Verdrehung des Mit¬ telpunktes der Lochblendenöffnung gegenüber einer in Figur 2 dargestellten die Brennkammerachse schneidenden Horizontalen etwa α = 45° .
Bei der Brennkammer nach dem dargestellten Beispiel wird die Verbrennungsluft mit einem in Richtung des Pfeiles D verlau¬ fenden Drall in das innere Rohr 4 eingeführt.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Verdampfungs-Brennkammer für ein mit flüssigem Brenn¬ stoff betriebenes Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeug- Heizgerät, mit den gattungsbildenden Merkmalen
a) zwei konzentrisch ineinander liegende Rohre (3, 4) bilden zwischen sich einen an einem ersten Ende geschlossenen Ring¬ raum (10), der an dem zweiten Ende offen auf eine von dem äußeren Rohr (3) nach radial innen ragende und mit Abstand vor dem inneren Rohr (4) liegende Flamm-Lochblende (5) mün¬ det,
b) zwischen dem zweiten Ende des inneren Rohres (4) und der Wand der Flamm-Lochblende (5) befindet sich ein radialer Spalt,
c) das innere Rohr (4) ist an seinen beiden Enden im wesent¬ lichen offen, wobei die an dem zweiten Ende liegende Öffnung durch eine konzentrisch umlaufende Staukante einer Stau¬ scheibe (8) eingezogen ist, d) in einem unmittelbar an die Stauscheibe (8) angrenzenden Bereich ist das innere Rohr (4) mit radial offenen Schlitzen (9) versehen,
e) von dem ersten offenen Ende des inneren Rohres (4) aus strömt drallförmig geführte Verbrennungsluft durch dieses innere Rohr (4) und verläßt dieses teils durch die Schlitze (9) und teils durch die axiale Öffnung der Stauscheibe (8) hindurch,
f) zumindest die Innenwand des äußeren Rohres (3) ist mit einem porösen saugförmigen Körper (6) ausgekleidet, in den benachbart zu dem ersten Ende des zwischen den beiden Rohren (3, 4) liegenden Ringraumes (10) etwa punktuell an einer lo¬ kal begrenzten Einleitungsstelle (7) flüssiger Brennstoff eingeleitet wird,
g) bei gezündetem Brennstoff erstreckt sich eine Flamme durch die Flamm-Lochblende (5) in ein stromab angebrachtes Flammrohr (2) ,
dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der Flamm-Lochblende (5) exzentrisch zu der von der Staukante der Stauscheibe (8) gebildeten Öffnung des inneren Rohres (4) verläuft, wobei die radial größere Wand¬ fläche der Flamm-Lochblende (5) umfangsmaßig der Brennstoff- Einleitungsstelle (7) benachbart ist.
2. Verdampfungs-Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der sich aus der exzentrischen Anordnung der Öffnung der Flamm-Lochblende (5) ergebende radiale Abstand zwischen dem Öffnungsrand der Flamm-Lochblende (5) und der angrenzenden umlaufenden Außenkante des inneren Rohres (4) in einem Be¬ reich von bis zu etwa ± 45° beidseitig einer Verbindungsge¬ raden zwischen der Brennstoff-Einleitungsstelle (7) und der Brennkammerachse in einer senkrecht zur Brennkammerachse verlaufenden Ebene liegt.
3. Verdampfungs-Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geringste radiale Abstand des Öffnungsrandes der Flamm-Lochblende (5) gegenüber dem Außenumfang am Ende des inneren Rohres (4) etwa Null beträgt.
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