WO2002012792A1 - Atomizing burner - Google Patents

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WO2002012792A1
WO2002012792A1 PCT/EP2001/009065 EP0109065W WO0212792A1 WO 2002012792 A1 WO2002012792 A1 WO 2002012792A1 EP 0109065 W EP0109065 W EP 0109065W WO 0212792 A1 WO0212792 A1 WO 0212792A1
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WO
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air
atomizer
nozzle
fuel
swirl
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PCT/EP2001/009065
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Felix Wolf
Bernd Mittmann
Christine Sallinger
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Webasto Thermosysteme International Gmbh
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    • 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
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
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    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/101—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet
    • F23D11/102—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet in an internal mixing chamber
    • F23D11/103—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet in an internal mixing chamber with means creating a swirl inside the mixing chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07001—Air swirling vanes incorporating fuel injectors

Definitions

  • the present invention relates to an atomizer burner, in particular for use in a motor vehicle auxiliary heater, with an atomizer nozzle for processing the fuel, an ignition device and a combustion chamber.
  • a known device which is used in particular in auxiliary heaters for motor vehicles or other mobile units, contains an absorbent body such as, for example, a fleece, to which liquid fuel is fed through a fuel feed line.
  • the fuel supplied to this absorbent body evaporates by supplying a stream of combustion air and can then be ignited with the aid of, for example, a glow pencil.
  • BESTATIGUNGSKOPIE nozzles cannot always cause the required atomization of the fuel.
  • This object is achieved according to the invention in a generic atomizer burner in that an air-guiding device is connected upstream of a nozzle assembly of the atomizer nozzle and applies a swirl to the combustion air flowing into the atomizer nozzle.
  • an air-guiding device is connected upstream of a nozzle assembly of the atomizer nozzle and applies a swirl to the combustion air flowing into the atomizer nozzle.
  • the air-guiding device has swirl showers which impart the swirl to the combustion air flow on its way to the atomizing nozzle.
  • the swirl blades are arranged on a carrier attached to the nozzle assembly and that two swirl blades together form a conical channel together with the carrier and the nozzle assembly.
  • the level of the tangential air and thus the jet air swirl can be set at the same level.
  • the swirl blades can be arranged approximately radially or substantially inclined to the radial.
  • the swirl vanes can be flat or curved in the direction of flow.
  • the air-guiding device has a cup-shaped sleeve with axial bores and tangential bores formed therein and that the sleeve is fastened to the nozzle assembly, the fastening being able to be formed in a form-fitting or material-locking manner.
  • the sleeve can be attached to the nozzle assembly.
  • the axial and tangential bores are matched to one another in such a way that the combustion air is given a defined swirl.
  • the twist can thus be determined with regard to its characteristics by the choice of the size, the arrangement and the configuration of the tangential and axial bores with respect to one another.
  • the atomizer nozzle preferably has an internal cross section which has a pressure profile over its course which, at least directly around an outlet opening of the fuel from a fuel supply, shows a value which is lower than the pressure prevailing in the fuel supply.
  • the degree of pressure reduction is chosen such that the fuel is sucked out of the fuel supply and atomized in the process.
  • the inner cross section of the atomizer nozzle is expediently formed as a Venturi nozzle.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a preferred embodiment of an atomizer burner according to the invention.
  • FIG. 2 shows a perspective view of an air-guiding device of the atomizer burner of FIG. 1;
  • Figure 3 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a second preferred embodiment of an atomizer burner according to the invention.
  • FIG. 4 shows the air-guiding device of the embodiment according to FIG. 3 in a schematic cross-sectional view along the line AA in FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view according to FIG. 4, an alternative design of the air-guiding device.
  • An atomizer burner which is intended in particular for use in a motor vehicle auxiliary heater, contains (see FIG. 1) an atomizer nozzle 2 with a nozzle assembly 3, a fuel supply 4 for supplying fluid fuel into an atomizer region 6 of the atomizer nozzle 2 and a combustion chamber 8, which is surrounded by a heat shield 9 as a peripheral limitation.
  • An air-guiding device 10 is connected upstream of the nozzle assembly 3 of the atomizer nozzle 2 and imparts a swirl to the nozzle air flowing into the atomizer nozzle 2.
  • FIG. 1 An atomizer burner, which is intended in particular for use in a motor vehicle auxiliary heater, contains (see FIG. 1) an atomizer nozzle 2 with a nozzle assembly 3, a fuel supply 4 for supplying fluid fuel into an atomizer region 6 of the atomizer nozzle 2 and a combustion chamber 8, which is surrounded by a heat shield 9 as a peripheral limitation.
  • An air-guiding device 10 is connected upstream of the nozzle assembly 3 of the atomizer nozzle 2
  • the atomizer nozzle 2 is designed as a Venturi nozzle, which has an air inflow channel 5 and the atomizer region 6 which widens in the flow direction and is flowed through by an atomizing air stream flowing into the atomizer nozzle 2 via the air-guiding device 10.
  • a fluid or fuel supply 11, z. B. a fuel needle into it (see also FIG. 2), which has a defined outlet opening 13.
  • the fuel supply 11 is preferably located on a central axis 7 of the atomizer nozzle 2 or the air inflow duct 5 and the atomizer region 6 of the Venturi nozzle.
  • the fuel supply 11 can be a line, a fuel needle or a fluid nozzle in order to convey the fuel to be atomized into the venturi nozzle almost without pressure.
  • the atomizer nozzle 2 is preferably made of ceramic. Ceramic material has significant thermomechanical advantages over steel as an alternative usable material, such as a lower thermal conductivity and a lower coefficient of thermal expansion.
  • the air-guiding device 10 contains a spaced and opposite z. B. formed as a circular disc support 12 which forms an annular gap 14 together with the end face 15 of the nozzle assembly 3.
  • Swirl blades 17 are arranged on the carrier 12, which are directed against the end face 15 of the nozzle assembly 3 and bear against it in the assembly position.
  • the swirl vanes 17 are each offset on the carrier 12 with respect to a radial through the center of the carrier 12 formed by the fuel supply 11 in order to generate a tangential flow component.
  • Two swirl blades 17 form a conical channel 19 together with the carrier 12 and the nozzle assembly 3 (see FIG. 2).
  • the heat shield 9 or the combustion chamber 8 has secondary air bores 16 on its base, which can be distributed over an annular edge region of the base of the heat shield 9. 1 shows only two of these secondary air bores 16 by way of example.
  • 9 secondary air holes can also be provided in the side or peripheral wall of the heat shield.
  • the heat shield 9 of the combustion chamber 8 is a separate component via a seal 18 and a flange 20 on the nozzle assembly 3 z. B. firmly attached by means of screws 23.
  • the flange 20 contains a further air-conducting device 21 for swirling the secondary air flowing into the combustion chamber 8 through the secondary air bores 16.
  • the air-guiding device 21 likewise contains, in an annular gap 22, approximately radially arranged swirl vanes 25 which, in the manner already described, bring about a tangential flow component for generating swirl.
  • the atomizer burner further contains a bluff body within the combustion chamber 8 in the direction of atomization of the fuel in the flame zone, which is preferably a baffle plate 24, which can preferably be conical, convex or concave.
  • the baffle plate 24 is pot-shaped in the form of a collar 26 against the direction of atomization of the fuel, the diameter of the baffle plate 24 being smaller than that of the combustion chamber 8 and the ratio of the diameter of the baffle plate 24 to the diameter of the combustion chamber 8 preferably between 0.6 and 0.9 is.
  • the baffle plate 24 is fastened to the heat shield 9 with fastening tabs 28. The ratio of the axial distance of the baffle plate 24 from the atomization point of the fuel at the outlet opening 13 of the
  • Fuel supply 11 to the diameter of the combustion chamber 8 is preferably between 0.3 and 0.6.
  • An ignition device 29, shown schematically with broken lines, for igniting the atomized fuel is arranged in the combustion chamber 8 next to the Venturi nozzle.
  • a second embodiment of an atomizer burner contains an air-guiding device 10 'which has a cup-shaped sleeve 30, in the bottom of which axial air openings 32, e.g. B. axial bores, and in the peripheral wall 33 circumferential air openings 34, which are also referred to as tangential bores due to their orientation.
  • the sleeve 30 is fastened to the nozzle assembly 3 of the atomizing nozzle 2, for example by plugging it onto the nozzle assembly 3 or by means of other positive, non-positive or material connections.
  • the axial bores 32 and the tangential bores 34 are matched to one another in such a way that a defined swirl is imparted to the combustion air which flows into the air inflow duct 5 and then into the atomizer region 6.
  • FIG. 4 shows an exemplary arrangement of the axial air openings or axial bores 32 and the circumferential air openings or tangential bores 34 in the sleeve 30.
  • the pot-shaped sleeve 30 shown in FIG. 5 has in its peripheral wall 33 air openings 35 which are delimited towards the center of the sleeve 30 by a respective air guide vane 36.
  • a tangential flow component is impressed on the inflowing combustion air by the air guide vanes 36.
  • atomizer burner in particular for use in a motor vehicle parking heater, with an atomizer nozzle (2) for processing the fuel, an ignition device and a combustion chamber (8), characterized in that a nozzle assembly (3) of the atomizer nozzle (2) is an air-conducting device (10, 10 ') is connected upstream, which impinges a swirl on the combustion air flowing into the atomizing nozzle (2).
  • Atomizer burner according to claim 1 characterized in that the air-guiding device (10) has swirl blades (17).
  • Atomizer burner according to claim 2 characterized in that the swirl vanes (17) are arranged on a support (12) attached to the nozzle assembly (3) and that in each case two swirl vanes (17) together with the support (12) and the nozzle stock (3) form a conical channel (19).
  • Atomizer burner according to claim 1 characterized in that the air-guiding device (10 ') has a cup-shaped sleeve (30) fastened to the nozzle assembly (3) with axial air openings (32) formed therein and in a peripheral wall (33)
  • Atomizer burner according to claim 4 characterized in that the peripheral air openings (34) are almost tangential to the peripheral wall (33) bores. 6. Atomizer burner according to claim 4 or 5, characterized in that on the peripheral air openings (35) air guide vanes (36) are arranged.
  • atomizer burner according to one of claims 4 to 7, characterized in that the sleeve (30) is integrally connected to the nozzle assembly (3).
  • Atomizer burner according to one of claims 4 to 7, characterized in that the sleeve (30) on the nozzle assembly (3) is attached.
  • Atomizer burner according to one of the preceding claims, characterized in that the atomizer nozzle (2) has an inner cross section which has a static pressure profile over its course, which at least directly around an outlet opening (13) of the fuel from a fuel supply (11) has its minimum, which results in a high flow rate, which tears the fuel from the fuel feed (11) and atomizes.
  • Atomizer burner according to one of the preceding claims, characterized in that the atomizer nozzle (2) is a Venturi nozzle.

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Abstract

The invention relates to an atomizing burner, especially for use in an automobile auxiliary heating system, comprising an atomizing nozzle (2) for processing the fuel, an ignition device (29) and a combustion chamber (8). An air conduction device (10, 12, 14) is connected upstream of a nozzle holder (3) of the atomizing nozzle (2) in order to achieve finer atomization of the fuel. Said air conduction device subjects the combustion air streaming into the atomizing nozzle (2) to a swirl.

Description

Zerstäuberbrenner atomizer burner
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zerstäuberbrenner, insbesondere zur Verwendung in einer Kraftfahrzeug-Standheizung, mit einer Zerstäuberdüse zur Aufbereitung des Brennstoffes, einer Zündeinrichtung sowie einer Brennkammer.The present invention relates to an atomizer burner, in particular for use in a motor vehicle auxiliary heater, with an atomizer nozzle for processing the fuel, an ignition device and a combustion chamber.
In den verschiedensten Anwendungsgebieten, wie z.B. dem Bereich der brennstoffbetriebenen Heizgeräte als Zuheizer für ein Kraftfahrzeug bzw. Standheizun- gen für Kraftfahrzeuge, ist es notwendig, den beispielsweise in einem Brenner zu verbrennenden flüssigen Kraftstoff aufzubereiten und ihn dabei in einen für eine Verbrennung geeigneten Zustand zu bringen.In a wide variety of applications, such as In the field of fuel-operated heaters as auxiliary heaters for a motor vehicle or auxiliary heaters for motor vehicles, it is necessary to process the liquid fuel to be burned in a burner, for example, and to bring it into a state suitable for combustion.
Eine bekannte Vorrichtung, die insbesondere bei Standheizungen für Kraftfahr- zeuge oder andere mobile Einheiten verwendet wird, enthält einen saugfähigen Körper wie beispielsweise ein Vlies, dem durch eine Brennstoffzuleitung flüssiger Brennstoff zugeführt wird. Der diesem saugfähigen Körper zugeführte Brennstoff verdampft unter Zuführung eines Verbrennungsluftstromes und kann sodann mit Hilfe beispielsweise eines Glühstiftes entzündet werden.A known device, which is used in particular in auxiliary heaters for motor vehicles or other mobile units, contains an absorbent body such as, for example, a fleece, to which liquid fuel is fed through a fuel feed line. The fuel supplied to this absorbent body evaporates by supplying a stream of combustion air and can then be ignited with the aid of, for example, a glow pencil.
Trotz der Vorteile dieser einfachen Art der Vergasung von flüssigen Brennstoffen hat eine derartige Vorrichtung auch Nachteile. So wird bei derartigen Verdampfern, die in Brennervorrichtungen eingesetzt werden, erhebliche Zeit benötigt, bis sich eine nutzbare Flamme ausgebildet hat, wodurch die Ansprechzeiten der mit einem derartigen Verdampfer ausgerüsteten Brenner nachteilig beeinflußt werden.Despite the advantages of this simple type of gasification of liquid fuels, such a device also has disadvantages. In such evaporators, which are used in burner devices, considerable time is required until a usable flame has formed, as a result of which the response times of the burners equipped with such an evaporator are adversely affected.
Zur Umgehung dieser Nachteile sind Zerstäuberbrenner entwickelt worden, bei denen die Verdampfereinrichtung durch eine Zerstäuberdüse ersetzt ist. Es hat sich aber gezeigt, daß die in den Zerstäuberbrennern verwendeten Zerstäuber-To circumvent these disadvantages, atomizer burners have been developed in which the evaporator device is replaced by an atomizer nozzle. However, it has been shown that the atomizer used in the atomizer burners
BESTATIGUNGSKOPIE düsen nicht in jedem Fall die geforderte Zerstäubung des Brennstoffes bewirken können.BESTATIGUNGSKOPIE nozzles cannot always cause the required atomization of the fuel.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Zerstäuberbrenner zu schaffen, der eine hochwertige Zerstäubung des Brennstoffes für schnelle Ansprechzeiten des Brenners sowie einen hohen Wirkungsgrad desselben ermöglicht und der sich einfach und wirtschaftlich herstellen und betreiben läßt.It is therefore an object of the present invention to provide an atomizer burner which enables high-quality atomization of the fuel for fast response times of the burner and a high level of efficiency, and which can be produced and operated easily and economically.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Zerstäuberbrenner erfindungs- gemäß dadurch gelöst, daß einem Düsenstock der Zerstäuberdüse eine luftleitende Einrichtung vorgeschaltet ist, die die in die Zerstäuberdüse einströmende Verbrennungsluft mit einem Drall beaufschlägt. Durch das Verdrallen dieser Düsenluft kann die Zerstäubungsqualität und damit der Wirkungsgrad des Zerstäuberbrenners deutlich verbessert werden, da die Verbrennungs- oder Düseniuftge- schwindigkeit aufgrund der aufgeprägten Tangentialbewegungskomponente vergrößert wird.This object is achieved according to the invention in a generic atomizer burner in that an air-guiding device is connected upstream of a nozzle assembly of the atomizer nozzle and applies a swirl to the combustion air flowing into the atomizer nozzle. By swirling this nozzle air, the atomization quality and thus the efficiency of the atomizer burner can be significantly improved, since the combustion or nozzle air velocity is increased due to the impressed tangential movement component.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Wenn der Anordnung ein Venturi-Diffusor nachgeschaltet ist, vergrößert sich zweckmäßigerweise dessen Öffnungswinkel mit zunehmendem Drall.If the arrangement is followed by a venturi diffuser, its opening angle expediently increases with increasing swirl.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die luftleitende Einrichtung Drallschau- fein auf, die dem Verbrennungsluftstrom auf seinem Weg zur Zerstäuberdüse den Drall aufprägen.In a preferred embodiment, the air-guiding device has swirl showers which impart the swirl to the combustion air flow on its way to the atomizing nozzle.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die Drallschaufeln auf einem an dem Düsenstock angebrachten Träger angeordnet sind und daß jeweils zwei Drall- schaufeln zusammen mit dem Träger und dem Düsenstock einen konischen Kanal bilden. Je nach Winkeleinstellung dieser Drallschaufeln zu einer jeweils ra- dialen Ebene kann der Tangentialluftanteil und somit der Düsenluftdrall eingestellt werden. Dabei können die Drallschaufeln annähernd radial oder zu der Radialen wesentlich geneigt angeordnet sein. Die Drallschaufeln können in Strömungsrichtung eben oder gekrümmt gebildet sein.It is expediently provided that the swirl blades are arranged on a carrier attached to the nozzle assembly and that two swirl blades together form a conical channel together with the carrier and the nozzle assembly. Depending on the angle setting of these twist scoops at a The level of the tangential air and thus the jet air swirl can be set at the same level. The swirl blades can be arranged approximately radially or substantially inclined to the radial. The swirl vanes can be flat or curved in the direction of flow.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die luftleitende Einrichtung eine topfförmige Hülse mit darin ausgebildeten Axialbohrungen und Tangentialbohrungen aufweist und daß die Hülse an dem Düsenstock befestigt ist, wobei die Befestigung formschlüssig oder stoffschlüssig gebil- det sein kann. Alternativ kann die Hülse auf den Düsenstock aufgesteckt sein.According to an alternative preferred embodiment, it is provided that the air-guiding device has a cup-shaped sleeve with axial bores and tangential bores formed therein and that the sleeve is fastened to the nozzle assembly, the fastening being able to be formed in a form-fitting or material-locking manner. Alternatively, the sleeve can be attached to the nozzle assembly.
Die Axial- und die Tangentialbohrungen sind derart aufeinander abgestimmt, daß der Verbrennungsluft ein definierter Drall verliehen wird. Der Drall kann somit durch die Wahl der Größe, der Anordnung und der Ausbildung der Tangential- und Axialbohrungen zueinander bezüglich seiner Charakteristika bestimmt werden.The axial and tangential bores are matched to one another in such a way that the combustion air is given a defined swirl. The twist can thus be determined with regard to its characteristics by the choice of the size, the arrangement and the configuration of the tangential and axial bores with respect to one another.
Bevorzugt weist die Zerstäuberdüse einen Innenquerschnitt aufweist, der über seinen Verlauf ein Druckprofil aufweist, das zumindest unmittelbar um eine Aus- trittsöffnung des Brennstoffes aus einer Brennstoffzuführung einen gegenüber dem in der Brennstoffzuführung herrschenden Druck abgesenkten Wert zeigt. Das Maß der Druckabsenkung ist derart gewählt, daß der Brennstoff aus der Brennstoffzuführung gesaugt und dabei zerstäubt wird. Der Innenquerschnitt der Zerstäuberdüse ist zweckmäßigerweise als eine Venturidüse gebildet.The atomizer nozzle preferably has an internal cross section which has a pressure profile over its course which, at least directly around an outlet opening of the fuel from a fuel supply, shows a value which is lower than the pressure prevailing in the fuel supply. The degree of pressure reduction is chosen such that the fuel is sucked out of the fuel supply and atomized in the process. The inner cross section of the atomizer nozzle is expediently formed as a Venturi nozzle.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen. Es zeigt:Further properties and advantages of the present invention result from the description of preferred exemplary embodiments with reference to the attached drawings. It shows:
Fig. 1 in einer schematischen Längsquerschnittansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines Zerstäuberbrenners gemäß der Erfindung; Fig. 2 in einer perspektivischen Ansicht eine luftleitende Einrichtung des Zerstäuberbrenners der Fig. 1 ;Figure 1 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a preferred embodiment of an atomizer burner according to the invention. FIG. 2 shows a perspective view of an air-guiding device of the atomizer burner of FIG. 1;
Fig. 3 in einer schematischen Längsquerschnittansicht eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Zerstäuberbrenners gemäß der Erfindung;Figure 3 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a second preferred embodiment of an atomizer burner according to the invention.
Fig. 4 in einer schematische Querschnittansicht entlang der Linie A - A in Fig. 3 die luftleitende Einrichtung der Ausführungsform nach Fig. 3; undFIG. 4 shows the air-guiding device of the embodiment according to FIG. 3 in a schematic cross-sectional view along the line AA in FIG. 3; and
Fig. 5 in einer schematische Querschnittansicht gemäß Fig. 4 eine alternative Gestaltung der luftleitenden Einrichtung.5 shows a schematic cross-sectional view according to FIG. 4, an alternative design of the air-guiding device.
Ein Zerstäuberbrenner, der insbesondere zur Verwendung in einer Kraftfahrzeug- Standheizung vorgesehen ist, enthält (siehe Fig. 1) eine Zerstäuberdüse 2 mit einem Düsenstock 3, eine Brennstoffversorgung 4 zum Zuführen von fluidförmi- gem Brennstoff in einen Zerstäuberbereich 6 der Zerstäuberdüse 2 und eine Brennkammer 8, die von einem Hitzeschild 9 als Umfangsbegrenzung umgeben ist. Dem Düsenstock 3 der Zerstäuberdüse 2 ist eine luftleitende Einrichtung 10 vorgeschaltet, die der in die Zerstäuberdüse 2 einströmenden Düsenluft einen Drall aufprägt. Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Zerstäuberdüse 2 als Venturidüse gestaltet, die einen Lufteinströmkanal 5 und den sich in Strömungsrichtung erweiternden Zerstäuberbereich 6 aufweist und von einem über die luftleitende Einrichtung 10 in die Zerstäuberdüse 2 einströmenden Zerstäubungsluftstrom durchströmt wird. In den Lufteinströmkanal 5 der Zerstäuberdüse 2 ragt eine Fluid- oder Brennstoffzuführung 11 , z. B. eine Brennstoffnadel, hinein (siehe auch Fig. 2), die eine definiert angeordnete Austrittsöffnung 13 aufweist. Die Brennstoffzuführung 11 befindet sich dabei bevorzugt auf einer Mittelachse 7 der Zerstäuberdüse 2 bzw. des Lufteinströmkanals 5 und des Zerstäuberbereichs 6 der Venturidüse.An atomizer burner, which is intended in particular for use in a motor vehicle auxiliary heater, contains (see FIG. 1) an atomizer nozzle 2 with a nozzle assembly 3, a fuel supply 4 for supplying fluid fuel into an atomizer region 6 of the atomizer nozzle 2 and a combustion chamber 8, which is surrounded by a heat shield 9 as a peripheral limitation. An air-guiding device 10 is connected upstream of the nozzle assembly 3 of the atomizer nozzle 2 and imparts a swirl to the nozzle air flowing into the atomizer nozzle 2. In the embodiment shown in FIG. 1, the atomizer nozzle 2 is designed as a Venturi nozzle, which has an air inflow channel 5 and the atomizer region 6 which widens in the flow direction and is flowed through by an atomizing air stream flowing into the atomizer nozzle 2 via the air-guiding device 10. In the air inflow channel 5 of the atomizer nozzle 2, a fluid or fuel supply 11, z. B. a fuel needle into it (see also FIG. 2), which has a defined outlet opening 13. The fuel supply 11 is preferably located on a central axis 7 of the atomizer nozzle 2 or the air inflow duct 5 and the atomizer region 6 of the Venturi nozzle.
Wird die Zerstäuberdüse 2 von einem Verbrennungsluftstrom durchströmt, baut sich innerhalb der Zerstäuberdüse 2 ein Druckprofil auf, wobei im Lufteinströmka- nal 5 zunächst ein hoher statischer Druck herrscht, der in Strömungsrichtung zum Zerstäuberbereich 6 abfällt und an der Austrittsöffnung 13 der Brennstoffzufüh- rung 11 für den zu zerstäubenden Brennstoff sein Minimum erreicht hat. Von der Brennstoffzuführung 11 zur Austrittsöffnung 13 geförderter Brennstoff wird aufgrund dessen in einer Weise angesaugt, daß er beim Austritt aus der Austrittsöff- nung 13 der Brennstoffzuführung 11 durch die hohe Luftgeschwindigkeit an die- ser Stelle zerrissen und somit zerstäubt wird. Die Brennstoffzuführung 11 kann eine Leitung, eine Brennstoffnadel oder eine Fluiddüse sein, um den zu zerstäubenden Brennstoff nahezu drucklos in die Venturidüse zu fördern.If a stream of combustion air flows through the atomizer nozzle 2, a pressure profile builds up inside the atomizer nozzle 2, a high static pressure prevailing in the air inflow channel 5, which drops in the direction of flow to the atomizer region 6 and at the outlet opening 13 of the fuel supply tion 11 has reached its minimum for the fuel to be atomized. Because of this, fuel conveyed from the fuel supply 11 to the outlet opening 13 is sucked in such a way that it exits from the outlet opening 13 of the fuel supply 11 and is torn apart by the high air velocity at this point and is thus atomized. The fuel supply 11 can be a line, a fuel needle or a fluid nozzle in order to convey the fuel to be atomized into the venturi nozzle almost without pressure.
Da die Zerstäuberdüse 2 gemäß der Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Brenners hohen thermischen Belastungen ausgesetzt ist, ist sie bevorzugt aus Keramik hergestellt. Keramikmaterial hat gegenüber Stahl als alternativ verwendbarem Material bedeutende thermomechanische Vorteile wie eine geringere thermische Leitfähigkeit sowie einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten.Since the atomizer nozzle 2 according to the embodiment of the burner shown in FIG. 1 is exposed to high thermal loads, it is preferably made of ceramic. Ceramic material has significant thermomechanical advantages over steel as an alternative usable material, such as a lower thermal conductivity and a lower coefficient of thermal expansion.
Die luftleitende Einrichtung 10 enthält in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eines Zerstäuberbrenners einen gegenüber einer Stirnfläche 15 des Düsenstocks 3 beabstandet angeordneten und z. B. als Kreisscheibe gebildeten Träger 12, der zusammen mit der Stirnfläche 15 des Düsenstocks 3 einen Ringspalt 14 bildet. An dem Träger 12 sind Drallschaufeln 17 angeordnet, die gegen die Stirnfläche 15 des Düsenstocks 3 gerichtet sind und in der Montagestellung daran anliegen. Die Drallschaufeln 17 sind an dem Träger 12 jeweils bezüglich einer Radialen durch den von der Brennstoffzuführung 11 gebildeten Mittelpunkt des Trägers 12 versetzt angeordnet, um eine tangentiale Strömungskomponente zu erzeugen. Jeweils zwei Drallschaufeln 17 bilden zusammen mit dem Träger 12 und dem Düsenstock 3 einen konischen Kanal 19 (siehe Fig. 2). Dem durch den Ringspalt 14 zuströmende Verbrennungsluftstrom wird durch die Drallschaufeln 17 und die konischen Kanäle 19 beim Einströmen in die Zerstäuberdüse 2 einen Drall aufprägt. Das Hitzeschild 9 bzw. die Brennkammer 8 weist in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform an seinem Boden Sekundärluftbohrungen 16 auf, die über einen ringförmigen Randbereich des Bodens des Hitzeschildes 9 verteilt sein können. In Fig. 1 sind beispielhaft nur zwei dieser Sekundärluftbohrungen 16 darge- stellt. Darüber hinaus können auch in der Seiten- oder Umfangswand des Hitzeschildes 9 Sekundärluftbohrungen vorgesehen sein. Das Hitzeschild 9 der Brennkammer 8 ist als separates Bauteil über eine Dichtung 18 und einen Flansch 20 an dem Düsenstock 3 z. B. mittels Schrauben 23 fest angebracht. Der Flansch 20 enthält eine weitere luftleitende Einrichtung 21 zum Verdrallen der durch die Se- kundärluftbohrungen 16 in den Brennraum 8 einströmenden Sekundärluft. Die luftleitende Einrichtung 21 enthält ebenfalls in einem Ringspalt 22 annähernd radial angeordnete Drallschaufeln 25, die in der bereits beschriebenen Weise eine tangentiale Strömungskomponente zur Drallerzeugung bewirken.In the embodiment of an atomizing burner shown in FIG. 1, the air-guiding device 10 contains a spaced and opposite z. B. formed as a circular disc support 12 which forms an annular gap 14 together with the end face 15 of the nozzle assembly 3. Swirl blades 17 are arranged on the carrier 12, which are directed against the end face 15 of the nozzle assembly 3 and bear against it in the assembly position. The swirl vanes 17 are each offset on the carrier 12 with respect to a radial through the center of the carrier 12 formed by the fuel supply 11 in order to generate a tangential flow component. Two swirl blades 17 form a conical channel 19 together with the carrier 12 and the nozzle assembly 3 (see FIG. 2). A swirl is imparted to the combustion air flow flowing through the annular gap 14 through the swirl vanes 17 and the conical channels 19 as it flows into the atomizer nozzle 2. In the embodiment shown in FIG. 1, the heat shield 9 or the combustion chamber 8 has secondary air bores 16 on its base, which can be distributed over an annular edge region of the base of the heat shield 9. 1 shows only two of these secondary air bores 16 by way of example. In addition, 9 secondary air holes can also be provided in the side or peripheral wall of the heat shield. The heat shield 9 of the combustion chamber 8 is a separate component via a seal 18 and a flange 20 on the nozzle assembly 3 z. B. firmly attached by means of screws 23. The flange 20 contains a further air-conducting device 21 for swirling the secondary air flowing into the combustion chamber 8 through the secondary air bores 16. The air-guiding device 21 likewise contains, in an annular gap 22, approximately radially arranged swirl vanes 25 which, in the manner already described, bring about a tangential flow component for generating swirl.
Der Zerstäuberbrenner enthält des weiteren innerhalb der Brennkammer 8 in Zerstäubungsrichtung des Brennstoffes in der Flammenzone einen Staukörper, der vorzugsweise eine Prallscheibe 24 ist, die bevorzugt konisch, konvex oder konkav gebildet sein kann. Die Prallscheibe 24 ist in der vorliegenden Ausführungsform als Scheibe mit einem Kragen 26 entgegen der Zerstäubungsrichtung des Brennstoffes topfförmig ausgebildet, wobei der Durchmesser der Prallscheibe 24 geringer ist als derjenige der Brennkammer 8 und das Verhältnis vom Durchmesser der Prallscheibe 24 zum Durchmesser der Brennkammer 8 vorzugsweise zwischen 0,6 und 0,9 liegt. Die Prallscheibe 24 ist mit Befestigungslaschen 28 an dem Hitzeschild 9 befestigt. Das Verhältnis des axialen Abstands der Prallscheibe 24 vom Zerstäubungspunkt des Brennstoffes an der Austrittsöffnung 13 derThe atomizer burner further contains a bluff body within the combustion chamber 8 in the direction of atomization of the fuel in the flame zone, which is preferably a baffle plate 24, which can preferably be conical, convex or concave. In the present embodiment, the baffle plate 24 is pot-shaped in the form of a collar 26 against the direction of atomization of the fuel, the diameter of the baffle plate 24 being smaller than that of the combustion chamber 8 and the ratio of the diameter of the baffle plate 24 to the diameter of the combustion chamber 8 preferably between 0.6 and 0.9 is. The baffle plate 24 is fastened to the heat shield 9 with fastening tabs 28. The ratio of the axial distance of the baffle plate 24 from the atomization point of the fuel at the outlet opening 13 of the
Brennstoffzuführung 11 zu dem Durchmesser der Brennkammer 8 liegt vorzugsweise zwischen 0,3 und 0, 6. Eine schematisch mit unterbrochenen Linien dargestellte Zündeinrichtung 29 zum Entzünden des zerstäubten Brennstoffes ist in der Brennkammer 8 anschließend an die Venturidüse angeordnet. Eine zweite Ausführungsform eines Zerstäuberbrenners (siehe Fig. 3 und 4, in denen gegenüber der ersten Ausführungsform identische Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind) enthält eine luftleitende Einrichtung 10', die eine topfförmige Hülse 30 aufweist, in deren Boden axiale Luftöffnungen 32, z. B. Axialbohrungen, und in deren Umfangswand 33 Umfangsluftöffnungen 34, die aufgrund ihrer Ausrichtung auch als Tangentialbohrungen bezeichnet werden, ausgebildet sind. Die Hülse 30 ist an dem Düsenstock 3 der Zerstäuberdüse 2 befestigt, beispielsweise durch Aufstecken auf den Düsenstock 3 oder durch anderweitige form-, kraft- oder stoffschlüssige Verbindungen. Die Axialbohrungen 32 und die Tangentialbohrungen 34 sind derart aufeinander abgestimmt, daß der Verbrennungsluft, die in den Lufteinströmkanal 5 und danach in den Zerstäuberbereich 6 einströmt, ein definierter Drall verliehen wird.Fuel supply 11 to the diameter of the combustion chamber 8 is preferably between 0.3 and 0.6. An ignition device 29, shown schematically with broken lines, for igniting the atomized fuel is arranged in the combustion chamber 8 next to the Venturi nozzle. A second embodiment of an atomizer burner (see FIGS. 3 and 4, in which identical elements are provided with identical reference numerals compared to the first embodiment) contains an air-guiding device 10 'which has a cup-shaped sleeve 30, in the bottom of which axial air openings 32, e.g. B. axial bores, and in the peripheral wall 33 circumferential air openings 34, which are also referred to as tangential bores due to their orientation. The sleeve 30 is fastened to the nozzle assembly 3 of the atomizing nozzle 2, for example by plugging it onto the nozzle assembly 3 or by means of other positive, non-positive or material connections. The axial bores 32 and the tangential bores 34 are matched to one another in such a way that a defined swirl is imparted to the combustion air which flows into the air inflow duct 5 and then into the atomizer region 6.
Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Anordnung der axialen Luftöffnungen oder Axial- bohrungen 32 und der Umfangsluftöffnungen oder Tangentialbohrungen 34 in der Hülse 30. Durch eine Variation der Anzahl der Öffnungen bzw. Bohrungen 32, 34 sowie ihrer Größe und Anordnung kann der Drall der Verbrennungsluftströmung bedarfsweise eingestellt werden.FIG. 4 shows an exemplary arrangement of the axial air openings or axial bores 32 and the circumferential air openings or tangential bores 34 in the sleeve 30. By varying the number of openings or bores 32, 34 and their size and arrangement, the swirl of the combustion air flow can, if necessary can be set.
Die in Fig. 5 dargestellte topfförmige Hülse 30 weist in ihrer Umfangswand 33 Luftöffnungen 35 auf, die zum Zentrum der Hülse 30 hin von einer jeweiligen Luftleitschaufel 36 begrenzt sind. Durch die Luftleitschaufeln 36 wird der einströmenden Verbrennungsluft eine tangentiale Strömungskomponente aufgeprägt.The pot-shaped sleeve 30 shown in FIG. 5 has in its peripheral wall 33 air openings 35 which are delimited towards the center of the sleeve 30 by a respective air guide vane 36. A tangential flow component is impressed on the inflowing combustion air by the air guide vanes 36.
Es ist offensichtlich, daß auch Kombinationen der einzelnen Merkmale der beiden Ausführungsformen zum Einstellen einer gewünschten luftleitenden Wirkung möglich sind. BezugszeichenlisteIt is obvious that combinations of the individual features of the two embodiments are also possible for setting a desired air-conducting effect. LIST OF REFERENCE NUMBERS
2 Zerstäuberdüse 18 Dichtung2 atomizer nozzle 18 seal
3 Düsenstock 19 Kanal3 nozzle channel 19 channel
4 Brennstoffversorgung 20 Flansch4 fuel supply 20 flange
5 Lufteinströmkanal 21 luftleitende Einrichtung5 air inflow duct 21 air-guiding device
6 Zerstäuberbereich 22 Ringspalt6 atomizer area 22 annular gap
7 Mittelachse 24 Prallscheibe7 central axis 24 baffle plate
8 Brennkammer 25 Drallschaufel8 combustion chamber 25 swirl vane
9 Hitzeschild 26 Kragen9 heat shield 26 collar
10 luftleitende Einrichtung 28 Befestigungslasche10 air-directing device 28 fastening tab
10' luftleitende Einrichtung 29 Zündeinrichtung10 'air guiding device 29 ignition device
11 Brennstoffzuführung 30 Hülse11 fuel feed 30 sleeve
12 Träger 32 Axialbohrung12 beams 32 axial bore
13 Austrittsöffnung 33 Umfangswand13 outlet opening 33 peripheral wall
14 Ringspalt 34 Luftöffnung14 Annular gap 34 Air opening
15 Stirnfläche 35 Luftöffnung15 end face 35 air opening
16 Sekundärluftbohrung 36 Luftleitschaufe!16 secondary air hole 36 air guide vane!
17 Drallschaufel 17 swirl vane
Patentansprücheclaims
1. Zerstäuberbrenner, insbesondere zur Verwendung in einer Kraftfahrzeug- Standheizung, mit einer Zerstäuberdüse (2) zur Aufbereitung des Brennstoffes, einer Zündeinrichtung sowie einer Brennkammer (8), dadurch gekennzeichnet, daß einem Düsenstock (3) der Zerstäuberdüse (2) eine luftleitende Einrichtung (10, 10') vorgeschaltet ist, die die in die Zerstäuberdüse (2) einströmende Verbrennungsluft mit einem Drall beauf- schlägt.1. atomizer burner, in particular for use in a motor vehicle parking heater, with an atomizer nozzle (2) for processing the fuel, an ignition device and a combustion chamber (8), characterized in that a nozzle assembly (3) of the atomizer nozzle (2) is an air-conducting device (10, 10 ') is connected upstream, which impinges a swirl on the combustion air flowing into the atomizing nozzle (2).
2. Zerstäuberbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die luftleitende Einrichtung (10) Drallschaufeln (17) aufweist.2. Atomizer burner according to claim 1, characterized in that the air-guiding device (10) has swirl blades (17).
3. Zerstäuberbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallschaufeln (17) auf einem an dem Düsenstock (3) angebrachten Träger (12) angeordnet sind und daß jeweils zwei Drallschaufeln (17) zusammen mit dem Träger (12) und dem Düsen- stock (3) einen konischen Kanal (19) bilden.3. Atomizer burner according to claim 2, characterized in that the swirl vanes (17) are arranged on a support (12) attached to the nozzle assembly (3) and that in each case two swirl vanes (17) together with the support (12) and the nozzle stock (3) form a conical channel (19).
4. Zerstäuberbrenner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die luftleitende Einrichtung (10') eine an dem Düsenstock (3) befestigte topfförmige Hülse (30) mit darin ausgebildeten axialen Luftöffnungen (32) und in einer Umfangswand (33) gebildeten4. Atomizer burner according to claim 1, characterized in that the air-guiding device (10 ') has a cup-shaped sleeve (30) fastened to the nozzle assembly (3) with axial air openings (32) formed therein and in a peripheral wall (33)
Umfangsluftöffnungen (34; 35) aufweist.Has peripheral air openings (34; 35).
5. Zerstäuberbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsluftöffnungen (34) nahezu tan- gential zur Umfangswand (33) gebildete Bohrungen sind. 6. Zerstäuberbrenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Umfangsluftöffnungen (35) Luftleitschaufeln (36) angeordnet sind.5. Atomizer burner according to claim 4, characterized in that the peripheral air openings (34) are almost tangential to the peripheral wall (33) bores. 6. Atomizer burner according to claim 4 or 5, characterized in that on the peripheral air openings (35) air guide vanes (36) are arranged.
7. Zerstäuberbrenner nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Luftöffnungen (32) und die Umfangsluftöffnungen (34; 35) derart aufeinander abgestimmt sind, daß der Verbrennungsluft ein definierter Drall verliehen wird.7. Atomizer burner according to one of claims 4 to 6, characterized in that the axial air openings (32) and the peripheral air openings (34; 35) are matched to one another in such a way that the combustion air is given a defined swirl.
8. Zerstäuberbrenner nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (30) formschlüssig mit dem Düsenstock (3) verbunden ist.8. Atomizer burner according to one of claims 4 to 7, characterized in that the sleeve (30) is positively connected to the nozzle assembly (3).
9. Zerstäuberbrenner nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (30) stoffschlüssig mit dem Düsenstock (3) verbunden ist.9. atomizer burner according to one of claims 4 to 7, characterized in that the sleeve (30) is integrally connected to the nozzle assembly (3).
10. Zerstäuberbrenner nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (30) auf den Düsenstock (3) auf- gesteckt ist.10. Atomizer burner according to one of claims 4 to 7, characterized in that the sleeve (30) on the nozzle assembly (3) is attached.
11. Zerstäuberbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberdüse (2) einen Innenquerschnitt aufweist, der über seinen Verlauf ein statisches Druckprofil auf- weist, das zumindest unmittelbar um eine Austrittsöffnung (13) des Brennstoffes aus einer Brennstoffzuführung (11) sein Minimum aufweist, woraus eine hohe Strömungsgeschwindigkeit resultiert, die den Brennstoff aus der Brennstoffzuführung (11) herausreißt und zerstäubt.11. Atomizer burner according to one of the preceding claims, characterized in that the atomizer nozzle (2) has an inner cross section which has a static pressure profile over its course, which at least directly around an outlet opening (13) of the fuel from a fuel supply (11) has its minimum, which results in a high flow rate, which tears the fuel from the fuel feed (11) and atomizes.
12. Zerstäuberbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberdüse (2) eine Venturidüse ist. 12. Atomizer burner according to one of the preceding claims, characterized in that the atomizer nozzle (2) is a Venturi nozzle.
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