WO2007082529A2 - Zusatzheizgerät mit einem brenner der einspritzbauart - Google Patents

Zusatzheizgerät mit einem brenner der einspritzbauart Download PDF

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    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • 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 an auxiliary heater with a burner of the injection type, wherein the burner is at least partially enveloped by an exhaust gas recirculation, which is formed between the burner and an exhaust gas heat exchanger and in which the combustion gases generated by the burner flow substantially opposite to the flow direction in the burner.
  • Additional heaters are mainly used in motor vehicles as auxiliary heaters or auxiliary heaters. Basically, additional heaters are divided into additional water heaters and additional air heaters.
  • water auxiliary heaters a liquid heat carrier is heated in the heater, which transports the heat energy through a heat cycle and emits mainly at a desired location.
  • additional air heaters air that has passed through the heater is heated, which in turn heats a room to be heated.
  • Venturi burners have also been used, which mix a fuel with air and inject it into a combustion chamber in which it is burned.
  • Air heaters are usually equipped with an evaporative type burner in which a fuel supplied to the burner is evaporated, mixed with air and burned.
  • auxiliary heater with a burner of the injection type according to the preamble of claim 1 is known.
  • This booster heater is a water booster heater.
  • the valve turi burners When used with the described water auxiliary heater and a heat exchanger with an internal volume of approximately 330 cm 3 , the valve turi burners are operated in a power range of 3-5 kW. For future generations of auxiliary heaters, however, an extended range of performance is desirable in connection with injection type and nozzle burners.
  • the auxiliary heater according to the invention builds on the generic state of the art in that an injection nozzle of the burner is disposed within the exhaust gas recirculation area. By this measure, an increased heat input into the region in which the injection nozzle is arranged can be achieved. This leads to an improved fuel treatment, such as a fuel preheating, which increases the power range of the
  • Extend burner at least the same life of the auxiliary heater.
  • this can achieve a power range spread (modulation), i. both a reduction below the previous minimum power with which the burner is operable as well as a
  • the power range spread (ratio of maximum burner burner output to minimum burner burner output) with which the burner can be operated for at least the same service life can thereby be increased to more than 4. ben. This increase is preferably greater than 5. In a further preferred manner, this value can be raised above 6 and ideally to above 7.
  • the additional heater according to the invention can advantageously be further developed in that the injector injects fuel into a combustion chamber and the combustion chamber opposite the injector a flame space connects, the cross-sectional area perpendicular to the longitudinal direction of the auxiliary heater is greater than the parallel cross-sectional area of the combustion chamber.
  • the measure of the enlarged flame chamber has the advantage that an increase in output can be achieved without shortening the service life.
  • This improved flame propagation and the changed flow behavior confirmed in experiments a significantly extended power range with at least the same service life of the heater.
  • this can be achieved an improved burnout.
  • a homogenization of the combustion temperature can be achieved by the increased volume, which leads to a protection of the burner components. By improving the burning behavior is also a reduced noise and smoke development can be seen.
  • the additional heater according to the invention can be developed such that the injection nozzle is arranged in a space surrounding a combustion chamber and is bounded by an elongated hollow body.
  • a space is created, which is sealed off from the exhaust gas recirculation area and can be introduced via the preheated primary and secondary air into the combustion chamber.
  • the erfindungsgeraäße petitionheis réelle be further developed in that the burner is a Venturi burner. This results in the advantages of the extended power range described above for a Venturi burner.
  • the additional heater according to the invention may be developed such that the additional heater is an additional air heater.
  • the power range of additional air heaters can for example be extended from the usual 1.5-5 kW to 0.8-6 kW.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of the additional heater according to the invention.
  • the auxiliary heater of the air heater type comprises an exhaust gas heat exchanger 10, in the interior of which a burner 12 is arranged and which is surrounded by air on its outer side.
  • the hot combustion gases generated by the burner 12 in the interior are transmitted by means of the exhaust gas heat exchanger 10 to the air flowing around the exhaust gas heat exchanger 10, which in turn heats a vehicle interior, for example.
  • the exhaust gas heat exchanger 10 forms a cup-like interior, in which the burner 12 is arranged.
  • the burner 12 includes a venturi injector 14 which partially vaporizes a fuel, mixes it with primary air, and injects it into a combustion chamber 20. The fuel is thereby by means of a fuel supply line 16 supplied and the primary air is supplied via radial channels 18.
  • the fuel rod 20 is formed by a cylinder-like combustion chamber body 22 into which the Venturi injection nozzle 14 opens. Adjacent to the Venturi injection nozzle 14 Sekundär KunststoffZu Adjustmenten 26 are provided via the secondary air into the combustion chamber 20 is supplied. The side of the combustion chamber body 22 opposite the Venturi injection nozzle 14 is for the most part opened so that the combustion chamber 20 opens into an adjacent flame chamber 24.
  • a baffle plate 40 is arranged with a start chamber 38 provided thereon, whose functions are known from the prior art.
  • the flame chamber 24 adjacent to the combustion chamber is formed by a cylindrical flame tube 28 whose diameter or cross-sectional area perpendicular to the longitudinal direction of the auxiliary heater (from left to right in FIG.
  • the flame tube 28 merges in the region of the connection point between the combustion chamber 20 and the flame chamber 24 into an outer tube 30 (elongated hollow body) which extends from this connection point in the direction of the exhaust gas heat exchanger 10.
  • the diameter of the outer tube 30 is slightly increased compared to the flame tube 28.
  • the combustion gases are deflected so that they are in substantially opposite Str ⁇ mungsraum in an exhaust gas recirculation region 32 between the inside of the exhaust gas heat exchanger 10 and the outside of the burner 12 flow to the left in Fig. 1 and exit via an outlet, not shown, from the exhaust gas heat exchanger 10.
  • the hot combustion gases give off heat pour off to the exhaust gas heat exchanger 10.
  • Reference numeral 36 denotes an approximate volume expansion over the prior art auxiliary heater with the venturi burner of the prior art, which is described in DE 102 41 791 B4. This volume expansion results from the fact that the previous volume of the heat exchanger, were operated with the Venturi burner, about 330 cm 3 . By contrast, the heat exchanger used in the present exemplary embodiment has a volume of about 1500 cm 3 .
  • auxiliary air heater is used in the above-described embodiment, the advantages of the present invention can also be utilized in connection with a water auxiliary heater.
  • a baffle plate 40 having a start chamber 38 provided thereon is provided in the combustion chamber 20, the start chamber 38 and in addition, the baffle plate 40 are omitted, thus saving costs. Due to the increased volume available for flame formation, these elements are no longer necessarily required.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zusatzheizgerät mit einem Brenner (12) der Einspritzbauart, wobei der Brenner (12) zumindest abschnittsweise von einem Abgasrückführbereich (32) eingehüllt ist, der zwischen dem Brenner (12) und einem Abgaswärmetauscher (10) ausgebildet ist und in dem die vom Brenner (12) erzeugten Verbrennungsgase im Wesentlichen entgegensetzt zur Strömungsrichtung im Brenner (12) strömen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Einspritzdüse (14) des Brenners (12) innerhalb des Abgasrückführbereichs (32) angeordnet ist.

Description

Zusatzheizgerät mit einem Brenner der Einspritzbauart
Die Erfindung betrifft ein Zusatzheizgerät mit einem Brenner der Einspritzbauart, wobei der Brenner zumindest abschnittsweise von einem Abgasrückführbereich eingehüllt ist, der zwischen dem Brenner und einem Abgaswärmetauscher ausgebildet ist und in dem die vom Brenner erzeugten Verbrennungsgase im Wesentlichen entgegensetzt zur Strömungsrichtung im Brenner strömen.
Zusatzheizgeräte kommen vorwiegend in Kraftfahrzeugen als Standheizungen bzw. Zuheizungen zum Einsatz. Grundsätzlich werden Zusatzheizgeräte in Wasser-Zusatzheizgeräte und in Luft-Zusatzheizgeräte unterteilt. Bei Wasser-Zusatzheizgeräten wird im Heizgerät ein flüssiger Wärmeträger erhitzt, der die Wärmeenergie über einen Wärmekreislauf weitertransportiert und vorwiegend an einer gewünschten Stelle abgibt. Bei Luft-Zusatzheizgeräten wird am Heizgerät vorbeigeführte Luft erwärmt, die wiederum einen zu heizenden Raum erwärmt. Bei Wasser-Heizgeräten kamen bisher auch Ven- turi -Brenner zum Einsatz, welche einen Brennstoff mit Luft vermischen und in einen Brennraum einspritzen, in dem er verbrannt wird. Luft-Heizgeräte sind in Regel mit einem Brenner der Verdampfungsbauart ausgestattet, bei dem ein zum Brenner zugeführter Brennstoff verdampft, mit Luft vermischt und verbrannt wird.
Aus der DE 102 41 791 B4 ist ein Zusatzheizgerät mit einem Brenner der Einspritzbauart gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Bei diesem Zusatzheizgerät handelt es sich um ein Wasser-Zusatzheizgerät. Bei Verwendung mit dem beschriebenen Wasser-Zusatzheizgerät und einem Wärmetau- scher mit einem Innenvolumen von etwa 330 cm3 kann der Ven- turi-Brenner in einem Leistungsbereich von 3-5 kW betrieben werden. Für künftige Generationen von Zusatzheizgeräten ist jedoch ein erweiterter Leistungsbereich in Verbindung mit Brennern der Einspritzbauart bzw. Düsenbrennern wünschens- wert .
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung das gattungsgemäße Zusatzheizgerät derart weiterzubilden, dass bei zumindest gleicher Lebensdauer des Zusatzheizgerätes der Leistungsbereich erweitert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass eine Einspritz- düse des Brenners innerhalb des Abgasrückführbereichs angeordnet ist. Durch diese Maßnahme kann eine erhöhte Wärmeeintragung in den Bereich, in dem die Einspritzdüse angeordnet ist, erreicht werden. Dies führt zu einer verbesserten Brennstoffaufbereitung, wie beispielsweise einer Brenn- stoffvorwärmung, wodurch sich der Leistungsbereich des
Brenners bei zumindest gleicher Lebensdauer des Zusatzheizgerätes erweitern lässt. Insbesondere kann dadurch eine Leistungsbereichsspreizung (Modulation) erreicht werden, d.h. sowohl eine Absenkung unter die bisherige minimale Leistung mit der der Brenner betreibbar ist als auch eine
Anhebung über den bisherigen Maximalwert. Bevorzugter Weise lässt sich dadurch die Leistungsbereichsspreizung (Verhältnis von maximaler Heizleistung des Brenner zu minimaler Heizleistung des Brenners) mit der der Brenner bei zumin- dest gleicher Lebensdauer betreibbar ist auf über 4 anhe- ben. Diese Anhebung beträgt bevorzugter Weise über 5. In noch weiter bevorzugter Weise lässt sich dieser Wert auf über 6 und idealer Weise auf über 7 anheben.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet sein, dass die Einspritzdüse Brennstoff in einen Brennraum einspritzt und an den Brennraum gegenüberliegend zur Einspritzdüse ein Flammraum anschließt, dessen Querschnittsfläche senkrecht zur Längsrichtung des Zusatzheizgerätes größer ist als die dazu parallele Querschnittsfläche des Brennraums. Die Maßnahme des vergrößerten Flammraums hat den Vorteil, dass eine Leistungserhöhung ohne eine Verkürzung der Lebensdauer erreicht werden kann. Diese verbesserte Flammausbreitung und das veränderte Strömungsverhalten bestätigten in Versuchen einen deutlich erweiterten Leistungsbereich bei zumindest gleicher Lebensdauer des Heizgerätes. Des Weiteren kann dadurch ein verbessertes Ausbrandverhalten erreicht werden. Außerdem kann durch das vergrößerte Volumen eine Homogenisierung der Verbrennungstemperatur erreicht werden, was zu einer Schonung der Brennerbauteile führt. Durch Verbesserung des Brennverhaltens ist außerdem eine verminderte Geräusch- und Qualmentwicklung zu erkennen.
Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät derart weitergebildet sein, dass die Einspritzdüse in einem Raum angeordnet ist, der einen Brennraum umgibt und von einem länglichen Hohlkörper begrenzt wird. Durch diese Maßnahme ist ein Raum geschaffen, der vom Abgasrückführbereich abgeschottet ist und über den vorgewärmte Primär- und Sekundärluft in den Brennraum eingeführt werden kann. Dies wiederum führt zu einem verbesserten Brennverhalten und zu einem erweiterten Leistungsbereich. Außerdem kann das erfindungsgeraäße Zusatzheisgerät dadurch weitergebildet sein, dass der Brenner ein Venturi-Brenner ist. Hierbei ergeben sich für einen Venturi-Brenner die vorstehend beschriebenen Vorteile des erweiterten Leis- tungsbereichs .
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät derart weitergebildet sein, dass das Zusatzheizgerät ein Luft-Zusatzheizgerät ist. Durch die Anwendung eines Ventu- ri-Brenners in einem Luft-Zusatzheizgerät mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen lässt sich der Leistungsbereich bei Luft-Zusatzheizgeräten beispielsweise von den bisher üblichen 1,5-5 kW auf 0,8-6 kW erweitern.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur beispielhaft erläutert.
Es zeigt :
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Zusatzheizgerätes.
Das Zusatzheizgerät der Luftheizgeräte-Bauart umfasst einen Abgaswärmetauscher 10, in dessen Innenraum ein Brenner 12 angeordnet ist und der an seiner Außenseite von Luft umströmt wird. Die vom Brenner 12 im Innenraum erzeugten heißen Verbrennungsgase werden mittels des Abgaswärmetauschers 10 auf die den Abgaswärmetauscher 10 umströmende Luft übertragen, welche wiederum beispielsweise einen Fahrzeuginnen- räum erwärmt. Der Abgaswärmetauscher 10 bildet einen becherartigen Innenraum aus, in dem der Brenner 12 angeordnet ist. Der Brenner 12 umfasst eine Venturi-Einspritzdüse 14, welche einen Brennstoff teilweise verdampft, mit einer Primärluft vermischt und in einen Brennraum 20 einspritzt. Der Brennstoff wird dabei mittels einer BrennstoffZuleitung 16 zugeführt und die Primärluft wird über Radialkanäle 18 zugeführt. Der Brennrautn 20 wird durch einen zylinderartigen Brennraumkörper 22 gebildet in den die Venturi-Einspritz- düse 14 mündet. Benachbart zur Venturi-Einspritzdüse 14 sind SekundärluftZuführungen 26 vorgesehen über die Sekundärluft in den Brennraum 20 zugeführt wird. Die der Venturi-Einspritzdüse 14 gegenüberliegende Seite des Brennraumkörpers 22 ist größtenteils geöffnet, so dass der Brennraum 20 in einen benachbarten Flammraum 24 mündet. Im Brennraum 20 ist eine Prallscheibe 40 mit einer darauf vorgesehenen Startkammer 38 angeordnet, deren Funktionen aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der zum Brennraum benachbarte Flammraum 24 wird durch ein zylindrisches Flammrohr 28 ausgebildet, dessen Durchmesser bzw. dessen Querschnittsfläche senkrecht zur Längsrichtung des Zusatzheizgerätes (von links nach rechts in Fig. 1) größer als der Durchmesser bzw. die Querschnittsfläche des Brennraumes 20 ist. Das Flammrohr 28 geht im Bereich der Verbindungsstelle zwischen Brennraum 20 und Flammraum 24 in ein Außenrohr 30 (längli- eher Hohlkörper) über, welches sich von dieser Verbindungsstelle in Richtung aus dem Abgaswärmetauscher 10 heraus erstreckt. Der Durchmesser des Außenrohrs 30 ist im Vergleich zum Flammrohr 28 leicht vergrößert.
Im Betrieb strömen die heißen Verbrennungsgase aus dem
Brennraum 20 in den Flammraum 24 und von dort gegen die Innenseite des Abgaswärmetauschers 10. An der Innenseite des Abgaswärmetauschers 10 werden die Verbrennungsgase umgelenkt, so dass sie mit im Wesentlichen entgegengesetzter Strδmungsrichtung in einem Abgasrückführbereich 32 zwischen der Innenseite des Abgaswärmetauschers 10 und der Außenseite des Brenners 12 nach links in Fig. 1 strömen und über einen nicht dargestellten Auslass aus dem Abgaswärmetauscher 10 austreten. Während des Strömens im Abgasrück- führbereich 32 geben die heißen Verbrennungsgase Wärmeener- gie an den Abgaswärmetauscher 10 ab. Neben dem Übergang der Wärmeenergie auf den Abgaswärmetauscher 10 wird ein Teil der Wärmeenergie der heißen Verbrennungsgase auch in einen Raum 34 abgegeben, in dem die Venturi-Einspritzdüse 14 vollständig angeordnet ist und über den Primär- und Sekundärluft in die Venturi-Einspritzdüse 14 bzw. in den Brennraum 20 zugeführt wird. Dadurch werden der durch die Venturi-Einspritzdüse 14 zugeführte Kraftstoff, die Primärluft und die Sekundärluft vorgewärmt, was zu einem verbesserten Brennverhalten führt. Des Weiteren führt dies zu einer verbesserten Brennstoffaufbereitung, d.h. vor allem zu einer erhöhten Verdampfungsrate des flüssigen Brennstoffes in der Venturi -Einspritzdüse 14. Dies kann insbesondere bei einem Betrieb mit niedriger Leistung dazu führen, dass die Flamme des Brenners 12 im Wesentlichen im Inneren der Venturi- Einspritzdüse 14 brennt.
Bezugszeichen 36 kennzeichnet eine ungefähre Volumenerweiterung gegenüber dem bisherigen Zusatzheizgerät mit dem Venturi-Brenner vom Stand der Technik, welches in DE 102 41 791 B4 beschrieben ist. Diese Volumenerweiterung ergibt sich dadurch, dass das bisherige Volumen des Wärmetauschers, mit dem Venturi-Brenner betrieben wurden, etwa 330 cm3 betrug. Hingegen weist der im vorliegenden Ausführungs- beispiel verwendete Wärmetauscher ein Volumen von etwa 1500 cm3 auf .
Obwohl im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Luft-Zusatzheizgerät eingesetzt wird, können die Vorteile der vorliegenden Erfindung auch im Zusammenhang mit einem Wasser-Zusatzheizgerät genutzt werden.
Außerdem kann, obwohl im vorstehenden Ausführungsbeispiel im Brennraum 20 eine Prallscheibe 40 mit darauf befindli- eher Startkammer 38 vorgesehen ist, die Startkammer 38 und zusätzlich die Prallscheibe 40 weggelassen werden, um somit Kosten einzusparen. Durch das der Flammbildung zur Verfügung stehende vergrößerte Volumen sind diese Element nicht mehr zwangläufig erforderlich.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste:
10 Abgaswärmetauseher
12 Brenner 14 Venturi-Einspritzdüse
16 BrennstoffZuleitung
18 Radialkanäle
20 Brennraum
22 Brennraumkörper 24 Flammraum
26 SekundärluftZuführungen
28 Flammrohr
30 Außenrohr/länglicher Hohlkörper
32 Abgasrückführbereich 34 Brennraum umgebender Raum
36 Volumenerweiterung bzgl . Stand der Technik
38 Startkammer
40 Prallscheibe

Claims

ANSPRUCHE
1. Zusatzheizgerät mit einem Brenner (12) der Einspritzbauart, wobei der Brenner (12) zumindest abschnittsweise von einem Abgasrückführbereich (32) eingehüllt ist, der zwischen dem Brenner (12) und einem Abgaswärmetauscher (10) ausgebildet ist und in dem die vom Brenner (12) erzeugten Verbrennungsgase im Wesentlichen entgegensetzt zur Strömungsrichtung im Brenner (12) strömen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspritzdüse (14) des Brenners (12) innerhalb des Abgas- rückführbereichs (32) angeordnet ist.
2. Zusatzheizgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (14) Brennstoff in einen Brennraum (20) einspritzt und an den Brennraum (20) gegenüberliegend zur Einspritzdüse (14) ein Flammraum (24) anschließt, dessen Querschnittsfläche senkrecht zur Längsrichtung des Zusatzheizgerätes größer ist als die dazu parallele Querschnittsfläche des Brennraums (20) .
3. Zusatzheizgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (14) in einem Raum (34) angeordnet ist, der einen Brennraum (20) umgibt und von einem länglichen Hohlkörper (30) begrenzt wird.
4. Zusatzheizgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (12) ein Venturi-Brenner ist.
5. Zusatzheizgerät gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzheizgerät ein Luft-Zusatzheizgerät ist .
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