WO2016015713A1 - Filmverdampfer-brenneranordnung - Google Patents

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WO2016015713A1
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film evaporator
combustion chamber
fuel
combustion air
combustion
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PCT/DE2015/100307
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Martin Zoske
Volodymyr Ilchenko
Klaus MÖSL
Vitali Dell
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    • F23D11/44—Preheating devices; Vaporising devices
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    • F23D2900/21—Burners specially adapted for a particular use
    • F23D2900/21002—Burners specially adapted for a particular use for use in car heating systems

Definitions

  • the present invention relates to a film evaporator-burner assembly and a mobile heater with such a film evaporator-burner assembly.
  • burner arrangements In mobile heaters, which are operated with liquid fuel, as used in particular in parking heaters or auxiliary heaters in vehicles, usually burner arrangements are used, in which the fuel is converted with supplied combustion air in a combustion chamber with the release of heat.
  • the reaction is usually carried out in a flaming combustion, although in principle a partial or fully catalytic conversion is possible.
  • a “mobile heater” in the present context is understood to mean a heater that is designed and adapted for use in mobile applications, in particular that it is transportable (possibly permanently installed in a vehicle or merely accommodated for transport therein ) and not exclusively for a permanent, stationary use, as is the case, for example, when heating a building, while the mobile heater can also be fixed in a vehicle (land vehicle, ship, etc.), in particular in a vehicle
  • it may be designed for heating a vehicle interior, such as a land vehicle, watercraft or aircraft, as well as a partially open space, such as can be found on ships, in particular yachts be used also temporarily stationary, such as in large tents, containers n (for example, construction containers), etc.
  • the mobile heater as a heater or additional heating for a land vehicle, such as for a caravan, a motorhome, a bus, a car, etc., be designed.
  • atomizing burners in which the liquid fuel is injected with a spray nozzle and mixed with combustion air
  • evaporator burners in which the liquid fuel evaporates from an evaporator region of the burner assembly becomes.
  • the liquid Fuel usually supplied in liquid form to a porous, absorbent evaporator element, in which the fuel is distributed by capillary forces and from which the liquid fuel is evaporated by absorbing heat of vaporization.
  • the vaporized fuel is mixed in this case with supplied combustion air to a fuel-air mixture and the fuel-air mixture is reacted in the combustion chamber with the release of heat.
  • the film evaporator-burner assembly includes: a combustor assembly having a combustor for reacting a fuel-air mixture to release heat that extends in an axial direction along a longitudinal axis; a combustion air supply for supplying combustion air, which is designed such that combustion air is supplied with a tangential flow component at at least one combustion air inlet of the combustion chamber arrangement; a film evaporator surface for evaporating liquid fuel from a fuel film disposed on a rear wall axially rearward of the combustion air inlet; and a fuel supply for supplying liquid fuel to the film evaporator surface.
  • the film evaporator burner assembly is designed as an evaporator burner, relatively small heating outputs can be reliably provided, as they are often desirable in mobile heaters.
  • a film evaporator burner assembly with a film evaporator surface for the evaporation of liquid fuel while the usually in evaporator burners having porous, absorbent elements, occurring problems, such as in particular deposit formation in the Evaporator element, high electrical energy consumption at a start of the burner assembly for heating the evaporator element, increased exhaust emissions when starting and stopping the combustion operation due to fuel residues in the evaporator element, etc., avoided, since the evaporation of the liquid fuel in the film evaporator burner assembly starting from a film of liquid fuel distributed on the film evaporator surface.
  • the arrangement of the film evaporator surface axially rearward of the at least one combustion air inlet allows a defined heat input from the combustion process in the combustion chamber to the film evaporator surface via heat radiation and targeted convection.
  • At least one combustion air inlet means that, for example, a plurality of separate combustion air inlets may also be provided, although the film evaporator surface is arranged at the rear of the respective combustion air inlets with respect to the axial direction even in such a plurality of combustion air inlets.
  • the film evaporator surface can be formed, for example, by a substantially smooth metallic surface of the rear wall.
  • the rear wall may in particular be formed by a rear wall of the combustion chamber arrangement, ie the combustion chamber itself or one of these aerodynamically upstream Vorverdampfungshunt, or for example also by a rear wall of an arranged in the combustion chamber arrangement evaporation area.
  • Combustion air with a tangential flow component ie with a swirl
  • a good distribution of the liquid fuel at the film evaporator surface is achieved and it is also achieved a stabilization of the flame in the combustion chamber.
  • the supplied combustion air thus has a directional component in the circumferential direction, but may preferably also have other directional components, for example radially inwardly directed and / or in the axial direction.
  • the combustion air is supplied with a very strong swirl to the combustion chamber arrangement.
  • the film evaporator burner assembly according to the invention allows an operation in which there is substantially no formation of deposits from the fuel.
  • the combustion chamber can be designed in particular for the implementation of the fuel-air mixture in a flaming combustion, but it is also possible, for example, a training for the implementation of the fuel-air mixture in a partially or fully catalytic combustion.
  • the fuel supply is preferably designed such that the liquid fuel sputtering or nebulization is supplied to the film evaporator surface, in particular preferably flows out under low pressure to this.
  • the fuel supply is free of atomizing nozzles.
  • combustion air at the combustion air inlet is supplied radially from the outside, a particularly good distribution of the fuel film at the film evaporator surface is achieved.
  • the combustion air thus has both a tangential and a radially inwardly directed flow component.
  • the film evaporator surface When the film evaporator surface is formed free of porous absorbent bodies, deposit formation on the film evaporator surface can be reliably prevented. A low-deposition evaporation is achieved in particular with a combination of low component temperatures and the design free of porous, absorbent bodies.
  • the film evaporator surface extends predominantly perpendicular to the longitudinal axis.
  • the film evaporator surface may be e.g. extend substantially planar, or also have a convex bulging shape or a concave back arched shape or the like.
  • the film evaporator surface may preferably extend over substantially the entire cross section of the rear wall of the combustion chamber arrangement in order to achieve the largest possible fuel evaporation.
  • the combustion air supply is designed such that the combustion air is supplied with the tangential flow component to the combustion chamber.
  • the combustion chamber arrangement has no pre-evaporation chamber for processing a fuel-air mixture before entering the combustion chamber, but the mixing of the vaporized fuel with the supplied combustion air to a fuel-air mixture takes place in the combustion chamber itself.
  • the combustion chamber arrangement has a pre-evaporation chamber upstream of the combustion chamber for the preparation of a fuel-air mixture before it enters the combustion chamber.
  • a pre-evaporation chamber is to be understood as meaning a region of the combustion chamber arrangement in which an evaporation of fuel and a mixing of vaporized fuel with added leading combustion air to a fuel-air mixture, in the regular operation of the burner, however, no exothermic reaction of the mixture takes place, in particular no flame is formed.
  • the Vorverdampfungshunt thus does not form itself a part of the combustion chamber, but this is upstream of flow. By allowing in this way treatment of the fuel-air mixture before it enters the combustion chamber, a particularly low-emission combustion is possible.
  • the pre-evaporation chamber is separated from the combustion chamber by a partition wall extending radially inwardly from a side wall of the combustion chamber arrangement.
  • the subdivision of the combustion chamber arrangement in the combustion chamber and the Vorverdampfungshunt this upstream of flow is realized in a structurally particularly simple and thus cost-effective manner.
  • the film evaporator surface located on the rear wall of the combustion chamber arrangement can be thermally insulated with respect to heat conduction in a particularly advantageous manner with respect to the combustion chamber, so that a heat input to the film evaporator surface can take place mainly via heat radiation and convection.
  • the heat input to the film evaporator surface can be very selectively adjusted by the structural design of the partition.
  • the partition extends from the side wall radially inwardly and axially to the rear.
  • a particularly advantageous flow guidance is achieved in which the fuel film is distributed particularly reliably over the film evaporator surface.
  • the pre-evaporation chamber in the direction perpendicular to the longitudinal axis has a smaller cross-section than the combustion chamber and the flow cross-section widens abruptly at a transition from the pre-evaporation chamber to the combustion chamber.
  • An abrupt widening here means an expansion with a double opening angle of greater than 90 °. In this case, a particularly good flow stabilization is achieved.
  • the combustion air supply is designed such that the combustion air is supplied with the tangential flow component to the Vorverdampfungshunt.
  • a particularly efficient mixing of vaporized fuel and supplied combustion air to a fuel-air mixture in the Vorverdampfungshunt done.
  • the fuel supply is designed such that the fuel is supplied with a tangential direction component radially from the outside to the film evaporator surface.
  • the fuel can be supplied to the combustion chamber arrangement in substantially the same direction as the combustion air.
  • the combustion chamber is formed over its axial extent free of constrictions or constrictions.
  • the combustion chamber in this case has a largely free flow cross-section. Since there are no constrictions or constrictions, a particularly robust implementation with a long service life is given. Due to the described geometric design of the combustion chamber while still achieving a good stabilization of the flame in the combustion chamber.
  • the object is also achieved by a mobile heater with such a film evaporator burner assembly according to claim 13.
  • Fig. 1 is a schematic illustration of a film evaporator-burner assembly according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a swirl body in the combustion air supply according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a swirl body in the combustion air supply according to the embodiment.
  • Fig. 3 is a schematic illustration of a film evaporator-burner assembly according to a second embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a film evaporator-burner assembly according to a third embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a film evaporator-burner assembly according to a fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a first modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a second modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a third modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a third modification of the fourth embodiment.
  • a film evaporator-burner assembly 1 will be described in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the film evaporator burner assembly 1 is designed for a mobile heater, in particular for a parking heater or auxiliary heater for a motor vehicle, in particular a (not shown) heat exchanger for transferring heat from the effluent combustion exhaust gases to a medium to be heated.
  • the medium to be heated may be e.g. be formed in the case of an air heater by air to be heated for a vehicle interior or in the case of a liquid heater by a liquid to be heated in a liquid circuit of a vehicle, in particular cooling liquid.
  • the heat exchanger can be designed in a manner known per se such that it substantially surrounds the combustion chamber and / or a flame tube adjoining it in a pot-like manner.
  • the mobile heater further comprises, in a manner known per se, a fuel delivery device for conveying the liquid fuel, which may be formed in particular by diesel, gasoline, ethanol, or the like.
  • the fuel delivery device may in particular be formed by a fuel metering pump.
  • the mobile heater has a combustion air conveying device for conveying the combustion air, which may be formed in particular by a fan, a control unit for controlling the operation of the mobile heater and other components required for the operation, which will not be described in more detail, in particular e.g. Temperature sensors, etc.
  • the film evaporator-burner assembly 1 has a combustion chamber 2, which in the illustrated example has an approximately cylindrical shape and extends along a longitudinal axis Z.
  • the combustion chamber 2 is circumferential bounded by a circumferential side wall 21, which may be formed, for example, from a high temperature resistant steel.
  • the combustion chamber assembly 1 is closed at the rear by a rear wall 3, which is formed in the first embodiment by a rear wall of the combustion chamber 2.
  • the rear wall 3 is formed on the side facing the combustion chamber 2 as a film evaporator surface 4, on which a film of the liquid fuel is distributed, starting from which an evaporation of the liquid fuel takes place.
  • a completely planar design of the rear wall 3 is shown, it is e.g. also possible to form the rear wall 3 in the direction of the combustion chamber 2 convex or concave.
  • the film evaporator surface 4 is formed in the illustrated embodiment as a substantially smooth metallic surface, e.g. but also possible to provide the film evaporator surface 4 with a roughening or fine structuring in order to improve the distribution of the liquid fuel, the wetting of the film evaporator surface 4 and the fuel evaporation.
  • combustion air supply 5 shown schematically in FIG. 1, via which combustion air with a large tangential flow component, i. a strong swirl, is introduced into the combustion chamber 2.
  • the combustion air feed 5 shown schematically by arrows in FIG. 1 is arranged such that the combustion air is spaced radially from the rear wall 3 of the combustion chamber arrangement 1 and thus spaced from the film evaporator surface 4 to the combustion chamber 2 becomes.
  • the combustion air is thus provided with a circumferentially extending flow component, i. a strong swirl, and with a radially inwardly directed flow component introduced into the combustion chamber 1, so that in the combustion chamber 2, a swirling around the longitudinal axis Z swirl flow is formed.
  • the combustion air supply 5 has a swirl body 6 with a plurality of air ducts or air vanes, in order to impart the desired strong swirl to the combustion air.
  • the exemplified swirl body 6 has substantially an annular shape and it a plurality of combustion air channels 7 is formed in the wall of the swirl body 6, can pass through the combustion air from the outside of the swirl body 6 to the inside of the swirl body 6.
  • the combustion air is the combustion air ducts 7 on the outside of the
  • combustion air inlets 8 in the combustion chamber 2 a. Although four such combustion air inlets 8 are shown schematically in the illustrated embodiment, less than four, but at least one combustion air inlet 8, or more than four combustion air inlets 8 may be provided. Due to the curved shape of the combustion air channels 7, which also taper inwards, the combustion air is provided with a strong twist and thereby accelerated, as shown schematically in Fig. 2 by thin arrows.
  • the combustion air entering from the swirl body 6 at the combustion air inlets 8 into the combustion chamber 2 thus has a large tangential directional component, that is to say a strong swirl, and at least also a radially inwardly directed directional component.
  • a fuel supply 9 is provided, which opens with respect to the main flow direction H back of the combustion air inlets 8 on the side wall 21.
  • liquid fuel which can be formed in particular by gasoline, diesel, ethanol or the like, is supplied to the film evaporator surface 4 on the rear wall 3.
  • only one fuel line and one fuel exit to the film evaporator surface 4 as the fuel supply 9 are shown in FIG. also possible to provide a plurality of fuel lines and / or a plurality of fuel exits.
  • the liquid fuel is also supplied in the embodiment with a tangential direction component, which is preferably rectified to the swirl of the supplied combustion air, and radially inwardly, which is e.g. can be realized by a corresponding orientation of the fuel outlet (or the fuel leaks).
  • the fuel leaving the fuel feed 9 is distributed on the rear wall 3 via the film evaporator surface 4, so that a fuel film 10 forms there, from which the liquid fuel evaporates or evaporates.
  • the fuel film 10 is shown schematically in Fig. 1 by a dashed line. Due to the arrangement of the film evaporator surface 4 on the back of the combustion air inlet 8, to which the heavily twisted combustion air is supplied, the fuel film 10 spreads from the liquid fuel by low axial and high tangential flow components and the temperature input into the liquid fuel of the fuel film 10 can be set very targeted.
  • an ignition element 11 for starting the reaction of the fuel / air mixture which in the schematically illustrated embodiment is e.g. formed by a glow plug.
  • the ignition element 11 protrudes in the illustrated embodiment of radially outward into the combustion chamber 2, other arrangements of the ignition element 11 are possible, in particular, the ignition element 11, for. also protrude from the rear through the rear wall 3 into the combustion chamber 2 in the axial direction.
  • Combustion chamber 2 is first ignited by means of the ignition element 11 to start the reaction. After the formation of a stable flame in the combustion chamber 2, the ignition element 11 may then be e.g. switched off or in known manner, e.g. can also be used as a flame guard to monitor the flame.
  • the combustion chamber 2 in the illustrated embodiment is configured to react the fuel-air mixture in a flaming combustion, e.g. Also an embodiment for a reaction in a partially or fully catalytic reaction in principle possible.
  • the temperature setting on the film evaporation surface 4 during operation of the film evaporator-burner assembly 1 is determined by the thermal energy introduced by the flame in the combustion chamber 2. This heat energy is transmitted convectively, via heat radiation and heat conduction in the material of the side wall 21.
  • suitable geometric design and choice of material can be set for a reliable evaporation of the liquid fuel during operation of the film evaporator burner assembly 1 optimal temperature.
  • Experience has shown that at very low temperatures below the start of boiling of the fuel or at very high temperatures above the boiling end of an evaporation or evaporation substantially without the formation of deposits possible.
  • a "washing off" of commencing formation of deposits on the rear wall 3 occurs, so that operation of the film evaporator burner assembly 1 is made possible, at least substantially without deposits from the fuel.
  • the combustion chamber 2 is free from constrictions or constrictions with an at least substantially free flow cross-section. det, so that the flow of gases in the combustion chamber 2 can be set in the desired manner.
  • a film evaporator-burner assembly 1 which is structurally simple and inexpensive to produce. Since no additional porous evaporator element is provided, problems associated with such an evaporator element are reliably avoided. Due to the robust design, there is a relatively high insensitivity to component tolerances, which also has a positive effect on the production costs. It is achieved a reduced deposit formation and thus a long life, low emissions and a high insensitivity to coarse fuel contaminants.
  • the usable evaporation area is variable, so that a wide range of different heating capacities can be provided and a large number of different liquid fuels can be used. Further, the required electric power consumption for the combustion air supply is small, and smoke and odor generation at the start and burnout of the film evaporator burner assembly 1 is greatly reduced as compared to evaporator burners with porous evaporator elements.
  • the film evaporator burner arrangement 100 according to the second embodiment shown schematically in FIG. 3 differs there from the first embodiment described above in that the combustion chamber arrangement also includes, in addition to the combustion chamber 2, a pre-evaporation chamber 12 upstream of this for the preparation of the fuel-air mixture whose entry into the combustion chamber 2, as will be described in more detail below. Further, the rear wall 3 of the combustion chamber arrangement, on which the film evaporator surface 4 is formed, not flat in the second embodiment, but has on the combustion chamber 2 side facing a concave shape on, in the concrete example shown a substantially conical shape.
  • the rear wall 3 of the combustion chamber arrangement and the film evaporator surface 4 are not arranged in the combustion chamber 2, in which the fuel-air mixture is reacted with the release of heat, but in the pre-evaporation chamber 12 upstream of this, so that the rear wall 3 of the combustion chamber arrangement forms the rear wall of the pre-evaporation chamber 12.
  • the ignition element 11 is arranged in the second embodiment such that it projects axially through the rear wall 3 of the combustion chamber arrangement into the combustion chamber 2.
  • the pre-evaporation chamber 12 is separated from the combustion chamber 2 by a partition wall 13 projecting inwardly from the circumferential side wall 21.
  • the partition 13 extends radially inwardly from the side wall 21 and axially rearward with respect to the main flow direction H.
  • the partition wall 13 does not extend over the entire cross section of the combustion chamber arrangement, but a central opening 14 is provided, via which the fuel-air mixture prepared in the pre-evaporation chamber 12 can enter the combustion chamber 2 from the pre-evaporation chamber 12.
  • the central opening 14 is arranged substantially coaxially with the longitudinal axis Z and has a substantially circular cross section, but in principle also other shapes are possible.
  • the partition wall 13 may e.g. be formed of the same material as the side wall 21, in particular high temperature resistant steel.
  • the combustion air inlets 8, at which the combustion air emerges from the swirl body 6 with a tangential flow component and at least also a radial flow component, are not arranged in the region of the combustion chamber 2 in the film evaporator burner assembly 100 according to the second embodiment. but in the region of the Vorverdampfungshunt 12. Consequently, the combustion air with the tangential flow component of radially outside the pre-evaporation shunt 12 is supplied.
  • the film evaporator surface 4 is arranged on the back side of the combustion air inlets 8.
  • a plurality of combustion air inlets 8 is shown schematically, the film evaporator burner assembly 100 in turn at least one combustion air inlet 8.
  • the fuel supply 9 supplies the liquid fuel on the back side of the combustion air inlets 8 from radially outside to the film evaporator surface 4. At least the mouth of the fuel supply 9 is preferably arranged so that the liquid fuel with a tangential direction skomponente is introduced, which corresponds to the twisting direction of the supplied combustion air.
  • the supplied liquid fuel is at least partially radially distributed on the film evaporator surface 4 to a fuel film 10, as in Fig. 3 schematically dashed lines is shown.
  • the partition 13 which separates the pre-evaporation chamber 12 from the combustion chamber 2, heats so that the fuel film 10 formed on the film evaporator surface 4 is heated and vaporized mainly by heat radiation.
  • the fuel-air mixture processed in the pre-evaporation chamber 12 passes via the central opening 14 into the combustion chamber 2 where it releases heat, e.g. in a flaming combustion, is implemented.
  • the flame in the combustion chamber 2 itself stabilizes itself. Since the combustion chamber 2 with a substantially free flow cross-section is formed free of constrictions and constrictions, the flow conditions in the combustion chamber 2 can form advantageous.
  • the concave or conically tapered rear wall 3 in conjunction with the radially inwardly and axially rearwardly extending partition 13 acting on the fuel film 10 centrifugal forces can be adjusted in a simple manner on the choice of the exact shape of the rear wall 3, so It can be ensured that the liquid fuel on the film evaporator surface 4 is not distributed too rapidly radially inwards, nor remains in the radially outer region for too long.
  • the heat exchange via heat conduction between the combustion chamber 2 and the Vorverdampfungshunt 12 can be minimized, which is technically easy to implement, for example, by a suitable choice of materials with low heat transfer coefficients, reduced contact surfaces and design barriers. In this way, it is possible to keep the back wall 3 at low temperatures during operation of the film evaporator burner assembly 100 and to heat the fuel film 10 predominantly by thermal radiation and to evaporate or vaporize.
  • the ignition element 11 With the axial arrangement of the ignition element 11 shown schematically in FIG. 3, it is also possible, in particular when the ignition element 11 is designed as a ceramic glow plug, to heat the fuel film 10 uniformly when starting the operation of the film evaporator burner assembly 100.
  • the embodiment according to the second embodiment due to the preparation of the fuel-air mixture in the Vorverdampfungshunt 12 before entering the combustion chamber 2 allows a particularly low-emission operation.
  • a third embodiment will be described below with reference to FIG. 4.
  • the same reference numerals are used for the respective components of the film evaporator burner assembly 200 according to the third embodiment as in the first embodiment described above. Further, only the differences from the first embodiment described above will be described below in more detail.
  • the film evaporator burner assembly 200 shown schematically in FIG. 4 according to the third embodiment differs from the first embodiment described above in that the supply of the combustion air to the combustion chamber assembly is not radially from the outside on the side wall 21, but the combustion air with the tangential flow component essentially in the axial direction to the combustion chamber arrangement to be led.
  • the film evaporator surface 4 is arranged on a recessed rear wall 3 of the combustion chamber arrangement.
  • a fourth embodiment will be described below with reference to FIG. 5.
  • the same reference numerals as in the previously described embodiments are used in the description of the fourth embodiment for the respective components of the film evaporator burner assembly 300 according to the fourth embodiment.
  • the combustion chamber arrangement in addition to the combustion chamber 2, also has a pre-evaporation chamber 12 upstream of it for the preparation of the fuel-air mixture before it enters the combustion chamber 2.
  • the rear wall 3 of the combustion chamber arrangement and the film evaporator surface 4 are again not arranged in the combustion chamber 2, but in the vorverdampfungshunt 12 upstream of this fluidically, so that the rear wall 3 of the combustion chamber assembly forms the rear wall of the Vorverdampfungshunt 12.
  • the ignition member 11 is similarly arranged as in the second embodiment, that it protrudes in the axial direction from the rear into the Vorverdampfungshunt 12.
  • the liquid fuel via the fuel supply 9 from the outside radially to the film evaporator surface 4 having the rear wall 3 is supplied.
  • the fuel supply opens axially backward of the combustion air inlets 8 in the combustion chamber assembly.
  • the combustion air inlets 8 are arranged such that the combustion air is supplied with a strong swirl from radially outside into the Vorverdampfungshunt 12.
  • the pre-evaporation chamber 12 in the direction perpendicular to the longitudinal axis Z has a substantially smaller cross-section than the combustion chamber 2.
  • the ratio D / d of the diameter D of the combustion chamber 2 to the diameter d of the pre-evaporation chamber 12 is in the range: 1.2 ⁇ D / d ⁇ 3.0; preferably 1.4 ⁇ D / d ⁇ 2.6.
  • the transition from the Vorverdampfungshunt 12 in the combustion chamber 2 is formed as a neck portion at which the cross-section in the main flow direction H abruptly widens. Over the axial length of this neck portion, the adjusting flow conditions can additionally be selectively adjusted, wherein the axial length of the neck portion can also be chosen very short in particular or the neck portion can have substantially no axial extent at all.
  • the combustion air is supplied with strong swirl to the Vorverdampfungshunt 12, which has the rear of the combustion air inlets 8 arranged film evaporator surface 4.
  • the Vorverdampfungshunt 12 takes place in this way a good mixing of the supplied combustion air with evaporating fuel to a fuel-air mixture, which flows with a high tangential flow component in the Vorverdampfungshunt 12.
  • Due to the strong expansion of the flow cross-section at the transition from the Vorverdampfungshunt 12 to the combustion chamber 2 occurs a strong radial expansion of the vortex formed, which is accompanied by a strong speed reduction in the axial direction, so that in the central region near the combustion chamber 2 forms a recirculation region in which the gases flow counter to the main flow direction H.
  • an axially symmetrical outer recirculation zone is also formed in the radially outward region of the combustion chamber 2 immediately after the transition.
  • the combustion air is preferably introduced with such a strong swirl that at the transition from the pre-evaporation chamber 12 to the combustion chamber 2 a swirl number S in the range 0.4 ⁇ S ⁇ 1.4; preferably 0.5 ⁇ S ⁇ 1.1; established. In this way, a very good flow stabilization is achieved, which in particular has a reliable anchoring of the flame in the combustion chamber 2 during operation.
  • combustion chamber arrangement in the fourth embodiment is achieved in a structurally very simple manner, which requires little space in the axial direction, a treatment of the vaporized fuel with combustion air to an at least largely pre-mixed fuel-air mixture and thereby a good flow stabilization achieved in the combustion chamber arrangement. It is possible in this way a particularly low-pollution combustion in the combustion chamber 2.
  • the first modification of the fourth embodiment shown in FIG. 6 differs from the fourth embodiment shown in FIG. 5 in that the liquid fuel is not supplied from radially outside to the film evaporator surface 4 but at the center of the back wall 3 in the axial direction Direction. Due to the arrangement of the film evaporator surface 4 axially rearward of the combustion air inlet 8 and the strong swirl of the supplied combustion air can be achieved in this case, a reliable fuel evaporation and mixing to a fuel-air mixture.
  • the embodiment according to the first modification further differs from the fourth embodiment described above in that the ignition element 11 is not in axial
  • the second modification of the fourth embodiment shown in FIG. 7 differs from the fourth embodiment shown in FIG. 5 only in that the fuel feed 9 opens in the axial direction on the rear wall 3 of the pre-evaporation chamber 12 providing the film evaporator surface 4.
  • the fuel supply 9 opens in the second modification while something offset in the radial direction laterally to the longitudinal axis Z.
  • the third modification of the fourth embodiment shown in Fig. 8 differs only in the configuration of the transition from the Vorverdampfungshunt 12 to the combustion chamber 2 of the second modification.
  • the flow area at the transition from the pre-evaporation chamber 12 to the combustion chamber 2 in this case still increases very sharply, but not quite as abruptly as in the fourth embodiment and its previously described Modifications of the case.
  • an approximately conical expansion with a large opening angle is realized.
  • at least one obtuse double opening angle> 90 ° is realized.
  • the individual structural features can be combined with each other in other ways.

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Abstract

Es wird eine Filmverdampfer-Brenneranordnung (1) bereitgestellt, mit: einer Brennkammeranordnung, die eine Brennkammer (2) zur Umsetzung eines Brennstoff-Luft-Gemisches unter Freisetzung von Wärme aufweist, die sich in einer axialen Richtung entlang einer Längsachse (Z) erstreckt; einer Brennluftzuführung (5) zum Zuführen von Brennluft, die derart ausgebildet ist, dass Brennluft mit einer tangentialen Strömungskomponente an zumindest einem Brennlufteintritt (8) der Brennkammeranordnung zugeführt wird; einer Filmverdampfer-Oberfläche (4) zur Verdampfung von flüssigem Brennstoff ausgehend von einem Brennstofffilm (10), die an einer Rückwand (3) axial rückwärtig des Brennlufteintritts (8) angeordnet ist; und einer Brennstoffzuführung (9) zum Zuführen von flüssigem Brennstoff zu der Filmverdampfer-Oberfläche (4).

Description

Filmverdampfer-Brenneranordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filmverdampfer-Brenneranordnung sowie ein mobiles Heizgerät mit einer solchen Filmverdampfer-Brenneranordnung.
In mobilen Heizgeräten, die mit flüssigem Brennstoff betrieben werden, wie sie insbesondere in Standheizungen oder Zusatzheizungen in Fahrzeugen zum Einsatz kommen, werden üblicherweise Brenneranordnungen eingesetzt, in denen der Brennstoff mit zugeführter Brennluft in einer Brennkammer unter Freisetzung von Wärme umgesetzt wird. Die Umsetzung erfolgt dabei üblicherweise in einer flammenden Verbrennung, wobei allerdings grundsätzlich auch eine teil- oder vollkatalytische Umsetzung möglich ist.
Unter einem„mobilen Heizgerät" wird im vorliegenden Kontext ein Heizgerät verstanden, das für den Einsatz in mobilen Anwendungen ausgelegt und dementsprechend angepasst ist. Dies bedeutet insbesondere, dass es transportabel ist (ggf. in einem Fahrzeug fest eingebaut oder lediglich für den Transport darin untergebracht) und nicht ausschließlich für einen dauerhaften, stationären Einsatz, wie es beispielsweise bei der Beheizung eines Gebäudes der Fall ist, ausgelegt ist. Dabei kann das mobile Heizgerät auch fest in einem Fahrzeug (Landfahr- zeug, Schiff, etc.), insbesondere in einem Landfahrzeug, installiert sein. Insbesondere kann es zur Beheizung eines Fahrzeug-Innenraums, wie beispielsweise eines Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugs, sowie eines teiloffenen Raumes, wie er beispielsweise auf Schiffen, insbesondere Yachten, aufzufinden ist, ausgelegt sein. Das mobile Heizgerät kann auch vorübergehend stationär eingesetzt werden, wie beispielsweise in großen Zelten, Containern (zum Beispiel Baucontainern), etc. Insbesondere kann das mobile Heizgerät als Standheizung oder Zusatzheizung für ein Landfahrzeug, wie beispielsweise für einen Wohnwagen, ein Wohnmobil, einen Bus, einen Pkw, etc., ausgelegt sein.
Bei den herkömmlicherweise in solchen mobilen Heizgeräten zum Einsatz kommenden Bren- neranordnungen unterscheidet man zwischen sogenannten Zerstäubungsbrennern, bei denen der flüssige Brennstoff mit einer Zerstäuberdüse eingespritzt und mit Brennluft vermischt wird, und sogenannten Verdampferbrennern, bei denen der flüssige Brennstoff ausgehend von einem Verdampferbereich der Brenneranordnung verdampft wird. Bei Verdampferbrennern, wie sie typischerweise bei mobilen Heizgeräten zum Einsatz kommen, wird der flüssige Brennstoff üblicherweise in flüssiger Form zu einem porösen, saugfähigen Verdampferelement zugeführt, in dem sich der Brennstoff durch Kapillarkräfte verteilt und ausgehend von dem der flüssige Brennstoff unter Aufnahme von Verdampfungswärme verdampft wird. Der verdampfte Brennstoff wird in diesem Fall mit zugeführter Brennluft zu einem Brennstoff- Luft-Gemisch vermischt und das Brennstoff-Luft-Gemisch wird in der Brennkammer unter Freisetzung von Wärme umgesetzt. Bei solchen herkömmlichen Verdampferbrennern tritt das Problem auf, dass das Material des porösen, saugfähigen Verdampferelements mit der Zeit durch die thermische Belastung und die dieses umgebenden Medien angegriffen und gegebenenfalls zerstört wird. Ferner besteht das Problem, dass sich mit der Zeit Ablagerungen in dem Verdampferelement bilden, die die Verteilung und Verdampfung des flüssigen Brennstoffs erschweren.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Brenneranordnung und ein verbessertes mobiles Heizgerät mit einer solchen Brenneranordnung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Filmverdampfer-Brenneranordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Filmverdampfer-Brenneranordnung weist auf: eine Brennkammeranordnung, die eine Brennkammer zur Umsetzung eines Brennstoff-Luft-Gemisches unter Freisetzung von Wärme aufweist, die sich in einer axialen Richtung entlang einer Längsachse erstreckt; eine Brennluftzuführung zum Zuführen von Brennluft, die derart ausgebildet ist, dass Brennluft mit einer tangentialen Strömungskomponente an einem zumindest einem Brennlufteintritt der Brennkammeranordnung zugeführt wird; eine Filmverdampfer- Oberfläche zur Verdampfung von flüssigem Brennstoff ausgehend von einem Brennstofffilm, die an einer Rückwand axial rückwärtig des Brennlufteintritts angeordnet ist; und eine Brennstoffzuführung zum Zuführen von flüssigem Brennstoff zu der Filmverdampfer- Oberfläche.
Da die Filmverdampfer-Brenneranordnung als ein Verdampferbrenner ausgebildet ist, können zuverlässig auch relativ kleine Heizleistungen bereitgestellt werden, wie sie oftmals in mobilen Heizgeräten erwünscht sind. Durch die Ausbildung als Filmverdampfer- Brenneranordnung mit einer Filmverdampfer-Oberfläche zur Verdampfung von flüssigem Brennstoff werden dabei die üblicherweise bei Verdampferbrennern, die poröse, saugfähige Elemente aufweisen, auftretenden Probleme, wie insbesondere Ablagerungsbildung in dem Verdampferelement, hohe elektrische Energieaufnahme bei einem Starten der Brenneranordnung zur Erwärmung des Verdampferelements, erhöhte Abgas-Emissionen beim Starten und Beenden des Brennbetriebes aufgrund von Brennstoffresten in dem Verdampferelement, etc., vermieden, da die Verdampfung des flüssigen Brennstoffs bei der Filmverdampfer- Brenneranordnung ausgehend von einem an der Filmverdampfer-Oberfläche verteilten Film des flüssigen Brennstoffs erfolgt. Durch die Anordnung der Filmverdampfer-Oberfläche axial rückwärtig des zumindest einen Brennlufteintritts wird dabei ein definierter Wärmeeintrag von dem Verbrennungsprozess in der Brennkammer zu der Filmverdampfer-Oberfläche über Wärmestrahlung und gezielte Konvektion ermöglicht. Zumindest ein Brennlufteintritt bedeu- tet dabei, dass z.B. auch eine Mehrzahl von separaten Brennlufteintritten vorgesehen sein kann, wobei allerdings auch bei einer solchen Mehrzahl von Brennlufteintritten, die Filmverdampfer-Oberfläche bezüglich der axialen Richtung rückwärtig der jeweiligen Brennlufteintritte angeordnet ist. Die Filmverdampfer-Oberfläche kann dabei z.B. durch eine im Wesentlichen glatte metallische Fläche der Rückwand gebildet sein. Es ist z.B. aber auch möglich, die Filmverdampfer-Oberfläche gezielt mit einer Aufrauhung oder feinen Strukturierung zu versehen, um die Benetzung und Brennstoffverteilung sowie das Verdampfungsverhalten zu verbessern. Die Rückwand kann dabei insbesondere durch eine Rückwand der Brennkammeranordnung, d.h. der Brennkammer selbst oder einer dieser strömungstechnisch vorgeordneten Vorverdampfungskammer, gebildet sein oder z.B. auch durch eine Rückwand eines in der Brennkammeranordnung angeordneten Verdampfungsbereichs. Durch die Zuführung der
Brennluft mit einer tangentialen Strömungskomponente, d.h. mit einem Drall, wird dabei eine gute Verteilung des flüssigen Brennstoffs an der Filmverdampfer-Oberfläche erreicht und es wird ferner eine Stabilisierung der Flamme in der Brennkammer erzielt. Die zugeführte Brennluft weist somit eine Richtungskomponente in der Umfangsrichtung auf, kann bevor- zugt aber auch weitere Richtungskomponenten z.B. radial einwärts gerichtet und/oder in der axialen Richtung aufweisen. Bevorzugt wird die Brennluft mit einem sehr starken Drall zu der Brennkammeranordnung zugeführt. Die erfindungsgemäße Filmverdampfer- Brenneranordnung ermöglicht dabei einen Betrieb, bei dem im Wesentlichen keine Bildung von Ablagerungen aus dem Brennstoff erfolgt. Die Brennkammer kann insbesondere zur Um- setzung des Brennstoff-Luft-Gemischs in einer flammenden Verbrennung ausgebildet sein, es ist jedoch z.B. auch eine Ausbildung zur Umsetzung des Brennstoff-Luft-Gemischs in einer teil- oder vollkatalytischen Verbrennung möglich. Die Brennstoffzuführung ist dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass der flüssige Brennstoff zerstäubungsfrei bzw. vernebelungsfrei zu der Filmverdampfer-Oberfläche zugeführt wird, insbesondere bevorzugt unter geringem Druck zu dieser ausfließt. Die Brennstoffzuführung ist dabei frei von Zerstäubungsdüsen.
Wenn die Brennluft an dem Brennlufteintritt radial von außen zugeführt wird, wird eine be- sonders gute Verteilung des Brennstofffilms an der Filmverdampfer-Oberfläche erreicht. Die Brennluft weist somit sowohl eine tangentiale als auch eine radial einwärts gerichtete Strömung skomponente auf.
Wenn die Filmverdampfer-Oberfläche frei von porösen, saugfähigen Körpern ausgebildet ist, kann eine Ablagerungsbildung an der Filmverdampfer-Oberfläche zuverlässig verhindert werden. Eine ablagerungsarme Verdampfung wird insbesondere bei einer Kombination von niedrigen Bauteiltemperaturen und der Ausgestaltung frei von porösen, saugfähigen Körpern erzielt. Gemäß einer Weiterbildung erstreckt sich die Filmverdampfer-Oberfläche überwiegend senkrecht zu der Längsachse. Dabei kann sich die Filmverdampfer-Oberfläche z.B. im Wesentlichen eben erstrecken, oder auch eine konvex vorgewölbte Form oder eine konkav zurückgewölbte Form oder ähnliches aufweisen. Die Filmverdampfer-Oberfläche kann sich bevorzugt über im Wesentlichen den gesamten Querschnitt der Rückwand der Brennkammeranordnung erstrecken um eine möglichst großflächige Brennstoffverdampfung zu erreichen.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Brennluftzuführung derart ausgebildet, dass die Brennluft mit der tangentialen Strömungskomponente zu der Brennkammer zugeführt wird. In diesem Fall weist die Brennkammeranordnung keine Vorverdampfungskammer zum Aufbereiten eines Brennstoff-Luft-Gemischs vor dem Eintritt in die Brennkammer auf, sondern die Vermischung des verdampften Brennstoffs mit der zugeführten Brennluft zu einem Brennstoff- Luft-Gemisch erfolgt in der Brennkammer selbst. In diesem Fall ist somit eine konstruktiv besonders einfache und kostengünstige Realisierung ermöglicht. Gemäß einer Weiterbildung weist die Brennkammeranordnung eine der Brennkammer strömungstechnisch vorgeordnete Vorverdampfungskammer zur Aufbereitung eines Brennstoff- Luft-Gemischs vor dessen Eintritt in die Brennkammer auf. Unter einer Vorverdampfung s- kammer ist dabei ein Bereich der Brennkammeranordnung zu verstehen, in dem eine Verdampfung von Brennstoff und eine Durchmischung von verdampftem Brennstoff mit zuge- führter Brennluft zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch erfolgt, im regulären Betrieb des Brenners jedoch keine exotherme Umsetzung des Gemischs erfolgt, sich insbesondere keine Flamme ausbildet. Die Vorverdampfungskammer bildet somit nicht selbst einen Teil der Brennkammer, sondern ist dieser strömungstechnisch vorgeordnet. Durch die in dieser Weise ermöglichte Aufbereitung des Brennstoff-Luft-Gemischs vor dessen Eintritt in die Brennkammer wird eine besonders schadstoffarme Verbrennung ermöglicht.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Vorverdampfungskammer durch eine sich von einer Seitenwandung der Brennkammeranordnung radial nach innen erstreckende Trennwand von der Brennkammer getrennt. In diesem Fall ist die Unterteilung der Brennkammeranordnung in die Brennkammer und die dieser strömungstechnisch vorgeordneten Vorverdampfungskammer in konstruktiv besonders einfacher und somit kostengünstiger Weise realisiert. Ferner kann die an der Rückwand der Brennkammeranordnung befindliche Filmverdampfer-Oberfläche bezüglich Wärmeleitung besonders vorteilhaft gegenüber der Brennkammer thermisch isoliert werden, sodass ein Wärmeeintrag zu der Filmverdampfer-Oberfläche hauptsächlich über Wärmestrahlung und Konvektion erfolgen kann. In diesem Fall kann der Wärmeeintrag zu der Filmverdampfer-Oberfläche sehr gezielt durch die konstruktive Ausgestaltung der Trennwand eingestellt werden. Gemäß einer Weiterbildung erstreckt sich die Trennwand von der Seitenwandung radial einwärts und axial nach hinten. In diesem Fall ist eine besonders vorteilhafte Strömungsführung erreicht, bei der der Brennstofffilm besonders zuverlässig über die Filmverdampfer- Oberfläche verteilt wird. Gemäß einer Weiterbildung weist die Vorverdampfungskammer in der Richtung senkrecht zu der Längsachse einen geringeren Querschnitt als die Brennkammer auf und der Strömungsquerschnitt weitet sich an einem Übergang von der Vorverdampfungskammer zu der Brennkammer abrupt auf. Unter einer abrupten Aufweitung wird dabei eine Aufweitung mit einem doppelten Öffnung swinkel von größer als 90° verstanden. In diesem Fall wird eine besonders gute Strömungsstabilisierung erreicht.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Brennluftzuführung derart ausgebildet, dass die Brennluft mit der tangentialen Strömungskomponente zu der Vorverdampfungskammer zugeführt wird. In diesem Fall kann eine besonders effiziente Vermischung von verdampftem Brennstoff und zugeführter Brennluft zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch in der Vorverdampfungskammer erfolgen.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Brennstoffzuführung derart ausgebildet, dass der Brennstoff mit einer tangentialen Richtungskomponente radial von außen zu der Filmverdampf er- Oberfläche zugeführt wird. Bevorzug kann der Brennstoff dabei im Wesentlichen in derselben Richtung wie die Brennluft zu der Brennkammeranordnung zugeführt werden. Durch diese Art der Brennstoffzuführung wird eine besonders gute Verteilung des Brennstofffilms an der Filmverdampfer-Oberfläche erreicht.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Brennkammer über ihre axiale Erstreckung frei von Einschnürungen oder Verengungen ausgebildet. Mit anderen Worten weist die Brennkammer in diesem Fall einen weitestgehend freien Strömungsquerschnitt auf. Da keine Einschnürungen oder Verengungen vorhanden sind, ist eine besonders robuste Realisierung mit einer langen Lebensdauer gegeben. Aufgrund der beschriebenen geometrischen Auslegung der Brennkammer wird dabei trotzdem eine gute Stabilisierung der Flamme in der Brennkammer erreicht.
Die Aufgabe wird auch durch ein mobiles Heizgerät mit einer solchen Filmverdampfer- Brenneranordnung gemäß Anspruch 13 gelöst.
Weitere Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Filmverdampfer-Brenneranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Drallkörpers bei der Brennluftzuführung gemäß der Ausführungsform.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Filmverdampfer-Brenneranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Filmverdampfer-Brenneranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Filmverdampfer-Brenneranordnung gemäß einer vierten Ausführungsform. Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer ersten Abwandlung der vierten Ausführungsform.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Abwandlung der vierten Ausführungsform.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung einer dritten Abwandlung der vierten Ausführungsform.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Filmverdampfer-Brenneranordnung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezug auf Fig. 1 und Fig. 2 eingehender beschrieben. Die Filmverdampfer- Brenneranordnung 1 ist für ein mobiles Heizgerät ausgelegt, insbesondere für ein Standheizgerät oder Zusatzheizgerät für ein Kraftfahrzeug, das insbesondere einen (nicht dargestellten) Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme von den abströmenden Verbrennungsabgasen auf ein zu erwärmendes Medium aufweist. Das zu erwärmende Medium kann dabei z.B. im Falle eines Luftheizgeräts durch zu erwärmende Luft für einen Fahrzeuginnenraum oder im Falle eines Flüssigkeitsheizgeräts durch eine zu erwärmende Flüssigkeit in einem Flüssigkeitskreislauf eines Fahrzeugs, insbesondere Kühlflüssigkeit, gebildet sein. Der Wärmetau- scher kann dabei in an sich bekannter Weise derart ausgebildet sein, dass er die Brennkammer und/oder ein an diese anschließendes Flammrohr im Wesentlichen topfartig umgibt.
Das mobile Heizgerät weist ferner in an sich bekannter Weise eine Brennstofffördervorrichtung zum Fördern des flüssigen Brennstoffs, der insbesondere durch Diesel, Benzin, Ethanol, oder Ähnliches gebildet sein kann, auf. Die Brennstofffördervorrichtung kann insbesondere durch eine Brennstoffdosierpumpe gebildet sein. Ferner weist das mobile Heizgerät eine Brennluftfördervorrichtung zum Fördern der Brennluft, die insbesondere durch ein Gebläse gebildet sein kann, eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs des mobilen Heizgeräts sowie weitere für den Betrieb erforderliche Komponenten, die nicht eingehender beschrieben wer- den, auf, insbesondere z.B. Temperatursensoren, etc.
Die Filmverdampfer-Brenneranordnung 1 gemäß der ersten Ausführungsform weist eine Brennkammer 2 auf, die bei dem dargestellten Beispiel eine in etwa zylindrische Form aufweist und sich entlang einer Längsachse Z erstreckt. Die Brennkammer 2 ist umfangsseitig durch eine umlaufende Seitenwandung 21 begrenzt, die z.B. aus einem hochtemperaturbeständigen Stahl gebildet sein kann. Eine Hauptströmungsrichtung H in der Verbrennungsabgase von der Brennkammer 2 zu dem (nicht dargestellten) Wärmetauscher abströmen, verläuft im Wesentlichen parallel zu der Längsachse Z.
Die Brennkammeranordnung 1 ist rückseitig durch eine Rückwand 3 verschlossen, die bei der ersten Ausführungsform durch eine Rückwand der Brennkammer 2 gebildet ist. Die Rückwand 3 ist auf der der Brennkammer 2 zugewandten Seite als eine Filmverdampfer- Oberfläche 4 ausgebildet, auf der ein Film des flüssigen Brennstoffs verteilt wird, ausgehend von dem eine Verdampfung des flüssigen Brennstoffs erfolgt. Obwohl in der schematischen Darstellung von Fig. 1 eine vollständig ebene Ausbildung der Rückwand 3 dargestellt ist, ist es z.B. auch möglich, die Rückwand 3 in Richtung der Brennkammer 2 konvex oder konkav auszubilden. Die Filmverdampfer-Oberfläche 4 ist bei der dargestellten Ausführungsform als eine im Wesentlichen glatte metallische Fläche ausgebildet, es ist z.B. aber auch möglich, die Filmverdampfer-Oberfläche 4 mit einer Aufrauhung oder feinen Strukturierung zu versehen, um die Verteilung des flüssigen Brennstoffs, die Benetzung der Filmverdampfer-Oberfläche 4 und die Brennstoffverdampfung zu verbessern.
Es ist ferner eine in Fig. 1 schematisch dargestellte Brennluftzuführung 5 vorgesehen, über die Brennluft mit einer großen tangentialen Strömungskomponente, d.h. einem starken Drall, in die Brennkammer 2 eingeleitet wird. Die in Fig. 1 durch Pfeile schematisch dargestellte Brennluftzuführung 5 ist dabei derart angeordnet, dass die Brennluft radial außen an der umlaufenden Seitenwandung 21 beabstandet von der Rückwand 3 der Brennkammeranordnung 1 und somit beabstandet von der Filmverdampfer-Oberfläche 4 zu der Brennkammer 2 zuge- führt wird. Die Brennluft wird dabei somit mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskomponente, d.h. einem starken Drall, und mit einer radial einwärts gerichteten Strömung skomponente in die Brennkammeranordnung 1 eingeleitet, sodass sich in der Brennkammer 2 eine um die Längsachse Z umlaufende Drallströmung ausbildet. Um diese
Drallströmung zu bewirken, weist die Brennluftzuführung 5 einen Drallkörper 6 mit einer Mehrzahl von Luftleitkanälen bzw. Luftleitschaufeln auf, um der Brennluft den gewünschten starken Drall aufzuprägen.
In Fig. 2 ist eine mögliche Ausführung des Drallkörpers 6 schematisch dargestellt. Der beispielhaft dargestellte Drallkörper 6 weist im Wesentlichen eine ringförmige Form auf und es ist eine Mehrzahl von Brennluftkanälen 7 in der Wand des Drallkörpers 6 ausgebildet, über die Brennluft von der Außenseite des Drallkörpers 6 zu der Innenseite des Drallkörpers 6 durchtreten kann. Die Brennluft wird den Brennluftkanälen 7 an der Außenseite des
Drallkörpers 6 über eine Brennluftfördervorrichtung zugeführt, wie schematisch durch dicke Pfeile dargestellt ist, strömt durch die Brennluftkanäle 7 und tritt an der Innenseite des
Drallkörpers 6 an Brennlufteintritten 8 in die Brennkammer 2 ein. Obwohl bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier solche Brennlufteintritte 8 schematisch dargestellt sind, können auch weniger als vier, aber zumindest ein Brennlufteintritt 8, oder mehr als vier Brennlufteintritte 8 vorgesehen sein. Durch die gekrümmte Form der Brennluftkanäle 7, die sich ferner nach innen verjüngen, wird die Brennluft mit einem starken Drall versehen und dabei beschleunigt, wie in Fig. 2 schematisch durch dünne Pfeile dargestellt ist.
Die aus dem Drallkörper 6 an den Brennlufteintritten 8 in die Brennkammer 2 eintretende Brennluft weist somit eine große tangentiale Richtungskomponente, also einen starken Drall, und zumindest auch eine radial einwärts gerichtete Richtungskomponente auf. Es ist eine Brennstoffzuführung 9 vorgesehen, die bezüglich der Hauptströmungsrichtung H rückseitig der Brennlufteintritte 8 an der Seitenwandung 21 mündet. Über die Brennstoffzuführung 9 wird flüssiger Brennstoff, der insbesondere durch Benzin, Diesel, Ethanol oder ähnliches gebildet sein kann, zu der Filmverdampfer-Oberfläche 4 an der Rückwand 3 zugeführt. Obwohl in Fig. 1 lediglich eine Brennstoffleitung und ein Brennstoffaustritt zu der Filmverdampfer- Oberfläche 4 als Brennstoffzuführung 9 dargestellt sind, ist es z.B. auch möglich, eine Mehrzahl von Brennstoffleitungen und/oder eine Mehrzahl von Brennstoffaustritten vorzusehen. Der flüssige Brennstoff wird bei dem Ausführungsbeispiel ebenfalls mit einer tangentialen Richtungskomponente, die bevorzugt gleichgerichtet zu dem Drall der zugeführten Brennluft ist, und radial einwärts zugeführt, was z.B. durch eine dementsprechende Ausrichtung des Brennstoffaustritts (oder der Brennstoffaustritte) realisiert sein kann.
Aufgrund der in der Brennkammer 2 ausgebildeten Drallströmung der Brennluft wird der aus der Brennstoffzuführung 9 austretende Brennstoff an der Rückwand 3 über die Filmverdamp- f er- Oberfläche 4 verteilt, sodass sich dort ein Brennstofffilm 10 ausbildet, ausgehend von dem der flüssige Brennstoff verdampft bzw. verdunstet. Der Brennstofffilm 10 ist in Fig. 1 schematisch durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Aufgrund der Anordnung der Filmverdampfer-Oberfläche 4 rückseitig des Brennlufteintritts 8, an dem die stark verdrallte Brennluft zugeführt wird, breitet sich der Brennstofffilm 10 aus dem flüssigen Brennstoff durch geringe axiale und hohe tangentiale Strömungskomponenten aus und der Temperatureintrag in den flüssigen Brennstoff des Brennstofffilms 10 kann sehr gezielt eingestellt werden.
In der Brennkammer 2 ist ferner ein Zündelement 11 zum Starten der Umsetzung des Brenn- stoff-Luft-Gemischs angeordnet, das bei dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel z.B. durch einen Glühstift gebildet ist. Obwohl das Zündelement 11 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von radial außen in die Brennkammer 2 ragt, sind auch andere Anordnungen des Zündelements 11 möglich, insbesondere kann das Zündelement 11 z.B. auch in der axialen Richtung von hinten durch die Rückwand 3 in die Brennkammer 2 ragen. Im Be- trieb der Filmverdampfer-Brenneranordnung 1 wird das Brennstoff-Luft-Gemisch in der
Brennkammer 2 zunächst mittels des Zündelements 11 entzündet, um die Umsetzung zu starten. Nach der Ausbildung einer stabilen Flamme in der Brennkammer 2 kann das Zündelement 11 dann z.B. abgeschaltet oder in an sich bekannter Weise z.B. auch als Flammwächter zum Überwachen der Flamme eingesetzt werden. Obwohl die Brennkammer 2 bei der darge- stellten Ausführungsform für eine Umsetzung des Brennstoff-Luft-Gemischs in einer flammenden Verbrennung ausgebildet ist, ist z.B. auch eine Ausgestaltung für eine Umsetzung in einer teil- oder vollkatalytischen Reaktion grundsätzlich möglich.
Die sich im Betrieb der Filmverdampfer-Brenneranordnung 1 an der Filmverdampfungs- Oberfläche 4 einstellende Temperatur wird durch die von der Flamme in der Brennkammer 2 eingebrachte Wärmeenergie bestimmt. Diese Wärmeenergie wird dabei konvektiv, über Wärmestrahlung und über Wärmeleitung im Material der Seitenwandung 21 übertragen. Durch geeignete geometrische Auslegung und Materialwahl kann dabei die für eine zuverlässige Verdampfung des flüssigen Brennstoffs im Betrieb der Filmverdampfer- Brenneranordnung 1 optimale Temperatur eingestellt werden. Erfahrungsgemäß ist bei sehr niedrigen Temperaturen unterhalb des Siedebeginns des Brennstoffs oder bei sehr hohen Temperaturen oberhalb des Siedeendes eine Verdampfung bzw. Verdunstung im Wesentlichen ohne Bildung von Ablagerungen möglich. Zusätzlich tritt durch die starke Durchmischung des Brennstofffilms 10 ein„Abwaschen" beginnender Ablagerungsbildung an der Rückwand 3 auf, sodass ein Betrieb der Filmverdampfer-Brenneranordnung 1 zumindest im Wesentlichen ohne Ablagerungen aus dem Brennstoff ermöglicht ist.
Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, ist die Brennkammer 2 mit einem zumindest im Wesentlichen freien Strömungsquerschnitt frei von Einschnürungen oder Verengungen ausgebil- det, damit sich die Strömungen der Gase in der Brennkammer 2 in der gewünschten Weise einstellen können.
Es wurde somit eine Filmverdampfer-Brenneranordnung 1 beschrieben, die konstruktiv ein- fach und kostengünstig herstellbar ist. Da kein zusätzliches poröses Verdampferelement vorgesehen ist, sind mit einem solchen Verdampferelement einhergehende Probleme zuverlässig vermieden. Aufgrund der robusten Ausgestaltung besteht eine relativ große Unempfindlich- keit gegenüber Bauteiltoleranzen, was sich ebenfalls positiv auf die Herstellkosten auswirkt. Es werden eine verringerte Ablagerungsbildung und damit eine hohe Lebensdauer, niedrige Emissionen sowie eine große Unempfindlichkeit gegenüber groben Brennstoffverunreinigungen erreicht. Die nutzbare Verdampfungsfläche ist variabel, sodass eine große Bandbreite an verschiedenen Heizleistungen bereitgestellt werden kann und eine große Zahl verschiedener flüssiger Brennstoffe zum Einsatz kommen kann. Ferner ist die erforderliche elektrische Leistungsaufnahme für die Brennluftzuführung gering und eine Qualm- und Geruchsbildung beim Starten und Ausbrennen der Filmverdampfer-Brenneranordnung 1 ist gegenüber Verdampferbrennern mit porösen Verdampferelementen stark verringert.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM Eine zweite Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden bei der Beschreibung der zweiten Ausführungsform für die entsprechenden Komponenten der Filmverdampfer-Brenneranordnung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform dieselben Bezugszeichen wie bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform verwendet. Ferner werden im Folgenden nur die Unter- schiede zu der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform eingehender beschrieben.
Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Filmverdampfer-Brenneranordnung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich darin von der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform, dass die Brennkammeranordnung neben der Brennkammer 2 auch eine dieser strömungstechnisch vorgeordnete Vorverdampfungskammer 12 zum Aufbereiten des Brenn- stoff-Luft-Gemischs vor dessen Eintritt in die Brennkammer 2 aufweist, wie im Folgenden noch eingehender beschrieben wird. Ferner ist die Rückwand 3 der Brennkammeranordnung, an der die Filmverdampfer- Oberfläche 4 ausgebildet ist, bei der zweiten Ausführungsform nicht eben ausgebildet, sondern weist auf der der Brennkammer 2 zugewandten Seite eine konkav ausgebildete Form auf, bei dem konkret dargestellten Beispiel eine im Wesentlichen konische Form. Die Rückwand 3 der Brennkammeranordnung und die Filmverdampfer- Oberfläche 4 sind bei der zweiten Ausführungsform jedoch nicht in der Brennkammer 2 angeordnet, in der eine Umsetzung des Brennstoff-Luft-Gemischs unter Freisetzung von Wärme erfolgt, sondern in der dieser strömungstechnisch vorgeordneten Vorverdampfungskammer 12, sodass die Rückwand 3 der Brennkammeranordnung die Rückwand der Vorverdampfungskammer 12 bildet. Ferner ist das Zündelement 11 bei der zweiten Ausführungsform derart angeordnet, dass es axial durch die Rückwand 3 der Brennkammeranordnung hindurch bis in die Brennkammer 2 ragt. Es ist aber z.B. in einer Alternative auch möglich, das Zündele- ment 11 anders anzuordnen, insbesondere derart, dass es radial von außen in die Brennkammer 2 ragt, wie bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform.
Bei der Filmverdampfer-Brenneranordnung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform ist die Vorverdampfungskammer 12 durch eine von der umlaufenden Seitenwandung 21 nach innen ragende Trennwand 13 von der Brennkammer 2 getrennt. Bei dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Trennwand 13 ausgehend von der Seitenwandung 21 radial einwärts und bezüglich der Hauptströmungsrichtung H axial nach hinten. Die Trennwand 13 erstreckt sich jedoch nicht über den gesamten Querschnitt der Brennkammeranordnung, sondern es ist eine zentrale Öffnung 14 vorgesehen, über die das in der Vorverdampfungskammer 12 aufbereitete Brennstoff-Luft-Gemisch von der Vorverdampfungskammer 12 in die Brennkammer 2 eintreten kann. Bei dem dargestellten Beispiel ist die zentrale Öffnung 14 im Wesentlichen koaxial zu der Längsachse Z angeordnet und weist einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt auf, es sind jedoch grundsätzlich auch andere Formen möglich. Die Trennwand 13 kann z.B. aus demselben Material wie die Seitenwandung 21 gebildet sein, insbesondere hochtemperaturbeständigem Stahl.
Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform sind die Brennlufteintritte 8, an denen die Brennluft mit einer tangentialen Strömungskomponente und zumindest auch einer radialen Strömungskomponente aus dem Drallkörper 6 austritt, bei der Filmverdampfer- Brenneranordnung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform jedoch nicht im Bereich der Brennkammer 2 angeordnet, sondern im Bereich der Vorverdampfungskammer 12. Folglich wird die Brennluft mit der tangentialen Strömungskomponente von radial außen der Vorverdampfung skammer 12 zugeführt. Auch bei der zweiten Ausführungsform ist die Filmverdampfer- Oberfläche 4 rückseitig der Brennlufteintritte 8 angeordnet. Obwohl auch in Fig. 3 eine Mehrzahl von Brennlufteintritten 8 schematisch gezeigt ist, weist die Filmverdampfer- Brenneranordnung 100 wiederum zumindest einen Brennlufteintritt 8 auf. Die Brennstoffzuführung 9 führt den flüssigen Brennstoff rückseitig der Brennlufteintritte 8 von radial außen zu der Filmverdampfer- Oberfläche 4 zu. Zumindest die Mündung der Brennstoffzuführung 9 ist dabei bevorzugt so angeordnet, dass der flüssige Brennstoff mit einer tangentialen Richtung skomponente eingebracht wird, die der Drallrichtung der zugeführten Brennluft entspricht.
Durch den starken Drall der zu der Vorverdampfungskammer 12 zugeführten Brennluft und die Oberflächenkräfte zwischen der Rückwand 3 und dem flüssigen Brennstoff, wird der zugeführte flüssige Brennstoff zumindest teilweise radial an der Filmverdampfer- Oberfläche 4 zu einem Brennstofffilm 10 verteilt, wie in Fig. 3 schematisch durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Im Betrieb der Filmverdampfer-Brenneranordnung 100 erhitzt sich die Trennwand 13, die die Vorverdampfungskammer 12 von der Brennkammer 2 trennt derart, dass der an der Filmverdampfer- Oberfläche 4 ausgebildete Brennstofffilm 10 hauptsächlich über Wärmestrahlung aufgeheizt und verdampft bzw. verdunstet wird. Das in der Vorverdampfungskammer 12 aufbereitete Brennstoff-Luft-Gemisch gelangt über die zentrale Öffnung 14 in die Brennkammer 2, in der es unter Freisetzung von Wärme, z.B. in einer flammenden Verbrennung, umgesetzt wird. Durch den hohen Drall des über die Öffnung 14 zugeführten Brennstoff-Luft-Gemischs und sich deshalb in der Brennkammer 2 einem zentralen Bereich an der Längsachse Z einstellende Rückströmungen stabilisiert sich die Flamme in der Brennkammer 2 dabei selbst. Da die Brennkammer 2 mit einem im Wesentlichen freien Strömungsquerschnitt frei von Ein- schnürungen und Verengungen ausgebildet ist, können sich die Strömungsverhältnisse in der Brennkammer 2 vorteilhaft ausbilden.
Durch die konkav bzw. konisch nach hinten zulaufende Rückwand 3 in Verbindung mit der sich radial nach innen und axial nach hinten erstreckenden Trennwand 13 können die auf den Brennstofffilm 10 wirkenden Fliehkräfte in einfacher Weise über die Wahl der genauen Form der Rückwand 3 eingestellt werden, sodass sichergestellt werden kann, dass der flüssige Brennstoff sich an der Filmverdampfer- Oberfläche 4 weder zu schnell radial nach innen verteilt, noch zu lange im radial äußeren Bereich verbleibt. Bevorzugt kann der Wärmeaustausch über Wärmeleitung zwischen der Brennkammer 2 und der Vorverdampfungskammer 12 minimiert werden, was z.B. durch geeignete Wahl der Materialien mit niedrigen Wärmeleitkoeffizienten, verringerte Kontaktflächen und konstruktive Barrieren technisch einfach realisierbar ist. In dieser Weise ist es möglich, die Rückwand 3 im Betrieb der Filmverdampfer-Brenneranordnung 100 auf niedrigen Temperaturen zu halten und den Brennstofffilm 10 überwiegend durch Wärmestrahlung aufzuheizen und zu verdunsten bzw. zu verdampfen.
Mit der in Fig. 3 schematisch dargestellten axialen Anordnung des Zündelements 11 ist es ferner möglich, insbesondere wenn das Zündelement 11 als ein keramischer Glühstift ausgebildet ist, bei einem Starten des Betriebs der Filmverdampfer-Brenneranordnung 100 den Brennstofffilm 10 gleichmäßig aufzuheizen.
Neben den bereits in Bezug auf die erste Ausführungsform beschriebenen Vorteilen, ermöglicht die Ausgestaltung gemäß der zweiten Ausführungsform aufgrund der Aufbereitung des Brennstoff-Luft-Gemischs in der Vorverdampfungskammer 12 vor dem Eintritt in die Brennkammer 2 einen besonders emissionsarmen Betrieb.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine dritte Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden bei der Beschreibung der zweiten Ausführungsform für die entsprechenden Komponenten der Filmverdampfer-Brenneranordnung 200 gemäß der dritten Ausführungsform dieselben Bezugszeichen wie bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform verwendet. Ferner werden im Folgenden nur die Unterschiede zu der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform eingehender beschrieben.
Die in Fig. 4 schematisch dargestellte Filmverdampfer-Brenneranordnung 200 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich darin von der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform, dass die Zuführung der Brennluft zu der Brennkammeranordnung nicht radial von außen an der Seitenwandung 21 erfolgt, sondern die Brennluft mit der tangentialen Strömungskomponente im Wesentlichen in axialer Richtung zu der Brennkammeranordnung zu- geführt wird. Die Filmverdampfer- Oberfläche 4 ist an einer rückversetzten Rückwand 3 der Brennkammeranordnung angeordnet.
Obwohl in Bezug auf die Ausführungsformen jeweils beschrieben wurde, dass die gesamte Brennluft über den Drallkörper 6 zugeführt wird, sind auch Abwandlungen möglich, bei denen nur ein Teil der Brennluft über den Drallkörper zugeführt wird und die restliche Brennluft z.B. an einer anderen Stelle zu der Brennkammeranordnung zugeführt wird.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine vierte Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden auch bei der Beschreibung der vierten Ausführungsform für die entsprechenden Komponenten der Filmverdampfer- Brenneranordnung 300 gemäß der vierten Ausführungsform dieselben Bezugszeichen wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendet. Ferner werden im Folgenden nur die Unterschiede eingehender beschrieben. Auch bei der in Fig. 5 schematisch dargestellten vierten Ausführungsform weist die Brennkammeranordnung neben der Brennkammer 2 auch eine dieser strömungstechnisch vorgeordnete Vorverdampfungskammer 12 zum Aufbereiten des Brennstoff-Luft-Gemisches vor dessen Eintritt in die Brennkammer 2 auf. Bei der vierten Ausführungsform sind die Rückwand 3 der Brennkammeranordnung und die Filmverdampfer- Oberfläche 4 wiederum nicht in der Brennkammer 2, sondern in der dieser strömungstechnisch vorgeordneten Vorverdampfungskammer 12 angeordnet, sodass die Rückwand 3 der Brennkammeranordnung die Rückwand der Vorverdampfungskammer 12 bildet. Auch bei der vierten Ausführungsform ist das Zündelement 11 ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform derart angeordnet, dass es in axialer Richtung von hinten in die Vorverdampfungskammer 12 ragt.
Bei der vierten Ausführungsform wird der flüssige Brennstoff über die Brennstoffzuführung 9 von radial außen zu der die Filmverdampfer- Oberfläche 4 aufweisenden Rückwand 3 zugeführt. Auch bei der vierten Ausführungsform mündet die Brennstoffzuführung dabei axial rückwärtig der Brennlufteintritte 8 in die Brennkammeranordnung. Die Brennlufteintritte 8 sind dabei derart angeordnet, dass die Brennluft mit einem starken Drall von radial außen in die Vorverdampfungskammer 12 zugeführt wird.
Wie in Fig. 5 zu sehen ist, weist die Vorverdampfungskammer 12 in der Richtung senkrecht zu der Längsachse Z einen wesentlich geringeren Querschnitt als die Brennkammer 2 auf. In dem Fall einer im Wesentlichen zylindrischen Ausgestaltung mit in etwa kreisförmigem Querschnitt der Vorverdampfungskammer 12 und der Brennkammer 2 liegt das Verhältnis D/d des Durchmessers D der Brennkammer 2 zu dem Durchmesser d der Vorverdampfung s- kammer 12 im Bereich: 1,2 < D/d < 3,0; bevorzugt 1,4 < D/d < 2,6. Der Übergang von der Vorverdampfungskammer 12 in die Brennkammer 2 ist als ein Halsabschnitt ausgebildet, an dem sich der Querschnitt in Hauptströmungsrichtung H abrupt aufweitet. Über die axiale Länge dieses Halsabschnittes können die sich einstellenden Strömungsverhältnisse zusätzlich gezielt eingestellt werden, wobei die axiale Länge des Halsabschnittes auch insbesondere sehr kurz gewählt werden kann oder der Halsabschnitt auch im Wesentlichen überhaupt keine axiale Erstreckung aufweisen kann.
Im Betrieb wird die Brennluft mit starkem Drall zu der Vorverdampfungskammer 12 zugeführt, die die rückwärtig der Brennlufteintritte 8 angeordnete Filmverdampfer- Oberfläche 4 aufweist. In der Vorverdampfungskammer 12 erfolgt in dieser Weise eine gute Durchmischung der zugeführten Brennluft mit verdampfendem Brennstoff zu einem Brennstoff-Luft- Gemisch, das mit einer hohen tangentialen Strömungskomponente in der Vorverdampfungskammer 12 strömt. Aufgrund der starken Aufweitung des Strömungsquerschnittes an dem Übergang von der Vorverdampfungskammer 12 zu der Brennkammer 2 tritt eine starke radiale Aufweitung des gebildeten Wirbels auf, die mit einer starken Geschwindigkeitsverringerung in der axialen Richtung einhergeht, sodass sich im zentralen achsnahen Bereich der Brennkammer 2 ein Rezirkulationsbereich ausbildet, in dem die Gase entgegen der Hauptströmungsrichtung H strömen. Ferner bildet sich auch in dem radial außen gelegenen Bereich der Brennkammer 2 unmittelbar hinter dem Übergang eine axialsymmetrische äußere Rezirkulationszone aus. Um die beschriebenen Strömungsverhältnisse zu erreichen, wird die Brennluft bevorzugt mit einem derart starken Drall eingeleitet, dass sich an dem Übergang von der Vorverdampfungskammer 12 zu der Brennkammer 2 eine Drallzahl S im Bereich 0,4 < S < 1,4; bevorzugt 0,5 < S < 1,1; einstellt. In dieser Weise wird eine sehr gute Strömungsstabilisierung erreicht, die im Betrieb insbesondere eine zuverlässige Verankerung der Flamme in der Brennkammer 2 zur Folge hat. Durch die beschriebene Ausgestaltung der Brennkammeranordnung bei der vierten Ausführungsform wird in konstruktiv sehr einfacher Weise, die in der axialen Richtung nur wenig Bauraum benötigt, eine Aufbereitung des verdampften Brennstoffs mit Brennluft zu einem zumindest weitestgehend vorgemischten Brennstoff-Luft-Gemisch erreicht und dabei ein gute Strömungsstabilisierung in der Brennkammeranordnung erzielt. Es wird in dieser Weise eine besonders schadstoffarme Verbrennung in der Brennkammer 2 ermöglicht.
ABWANDLUNGEN
Die in Fig. 6 dargestellte erste Abwandlung der vierten Ausführungsform unterscheidet sich darin von der in Fig. 5 dargestellten vierten Ausführungsform, dass der flüssige Brennstoff nicht von radial außen zu der Filmverdampfer-Oberfläche 4 zugeführt wird, sondern in Zentrum der Rückwand 3 in der axialen Richtung. Aufgrund der Anordnung der Filmverdampfer- Oberfläche 4 axial rückwärtig des Brennlufteintrittes 8 und dem starken Drall der zugeführten Brennluft kann auch in diesem Fall eine zuverlässige Brennstoffverdampfung und Durchmischung zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch erzielt werden.
Die Ausgestaltung gemäß der ersten Abwandlung unterscheidet sich ferner dadurch von der zuvor beschriebenen vierten Ausführungsform, dass das Zündelement 11 nicht in axialer
Richtung in die Vorverdampfungskammer 12 ragt, sondern schräg von hinten und von radial außen in die Vorverdampfungskammer 12 ragt.
Da die weiteren Merkmale mit der zuvor beschriebenen vierten Ausführungsform überein- stimmen und die erste Abwandlung auch dieselben zuvor beschriebenen Vorteile erzielt, wird von einer erneuten Beschreibung abgesehen.
Die in Fig. 7 dargestellte zweite Abwandlung der vierten Ausführungsform unterscheidet sich nur darin von der in Fig. 5 dargestellten vierten Ausführungsform, dass die Brennstoffzufüh- rung 9 in axialer Richtung an der die Filmverdampfer-Oberfläche 4 bereitstellenden Rückwand 3 der Vorverdampfungskammer 12 mündet. Die Brennstoffzuführung 9 mündet bei der zweiten Abwandlung dabei etwas in radialer Richtung seitlich zu der Längsachse Z versetzt. Die in Fig. 8 dargestellte dritte Abwandlung der vierten Ausführungsform unterscheidet sich lediglich in der Ausgestaltung des Übergangs von der Vorverdampfungskammer 12 zu der Brennkammer 2 von der zweiten Abwandlung.
Wie in Fig. 8 zu sehen ist, weitet sich der Strömungsquerschnitt an dem Übergang von der Vorverdampfungskammer 12 zu der Brennkammer 2 in diesem Fall zwar immer noch sehr stark auf, aber nicht ganz so abrupt, wie es bei der vierten Ausführungsform und ihren zuvor beschriebenen Abwandlungen der Fall ist. Bei der konkret dargestellten dritten Abwandlung ist eine in etwa konische Aufweitung mit einem großen Öffnung swinkel realisiert. Bevorzugt ist dabei zumindest ein stumpfer doppelter Öffnungswinkel > 90° realisiert.
Auch bei der vierten Ausführungsform und ihren Abwandlungen können die einzelnen konstruktiven Merkmale auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden. Z.B. ist es möglich, die konstruktive Ausgestaltung des Übergangs von der Vorverdampfungskammer 12 zu der Brennkammer 2, die bei der dritten Abwandlung gezeigt ist, auch bei der vierten Ausführungsform oder der ersten Abwandlung der vierten Ausführungsform zu realisieren.

Claims

Patentansprüche
Filmverdampfer-Brenneranordnung (1; 100) mit:
einer Brennkammeranordnung, die eine Brennkammer (2) zur Umsetzung eines Brennstoff-Luft-Gemisches unter Freisetzung von Wärme aufweist, die sich in einer axialen Richtung entlang einer Längsachse (Z) erstreckt,
einer Brennluftzuführung (5) zum Zuführen von Brennluft, die derart ausgebildet ist, dass Brennluft mit einer tangentialen Strömungskomponente an zumindest einem Brennlufteintritt (8) der Brennkammeranordnung zugeführt wird,
einer Filmverdampfer- Oberfläche (4) zur Verdampfung von flüssigem Brennstoff ausgehend von einem Brennstofffilm (10), die an einer Rückwand (3) axial rückwärtig des Brennlufteintritts (8) angeordnet ist, und
einer Brennstoffzuführung (9) zum Zuführen von flüssigem Brennstoff zu der Filmverdampfer- Oberfläche (4).
Filmverdampfer-Brenneranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennluft an dem Brennlufteintritt (8) radial von außen zugeführt wird.
Filmverdampfer-Brenneranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Filmverdamp- fer-Oberfläche (4) frei von porösen, saugfähigen Körpern ausgebildet ist.
Filmverdampfer-Brenneranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die Filmverdampfer- Oberfläche (4) überwiegend senkrecht zu der Längsachse (Z) erstreckt.
Filmverdampfer-Brenneranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Brennluftzuführung (5) derart ausgebildet ist, dass die Brennluft mit der tangentialen Strömungskomponente zu der Brennkammer (2) zugeführt wird.
Filmverdampfer-Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Brennkammeranordnung eine der Brennkammer (2) strömungstechnisch vorgeordnete Vorverdampfungskammer (12) zur Aufbereitung eines Brennstoff-Luft-Gemischs vor dessen Eintritt in die Brennkammer (2) aufweist.
Filmverdampfer-Brenneranordnung nach Anspruch 6, wobei die Vorverdampfungskammer (12) durch eine sich von einer Seitenwandung (21) der Brennkammeranordnung radial nach innen erstreckende Trennwand (13) von der Brennkammer (2) getrennt ist.
Filmverdampfer-Brenneranordnung nach Anspruch 7, wobei sich die Trennwand (13) von der Seitenwandung (21) radial einwärts und axial nach hinten erstreckt.
Filmverdampfer-Brenneranordnung nach Anspruch 6, wobei die Vorverdampfungskammer (12) in der Richtung senkrecht zu der Längsachse (Z) einen geringeren Querschnitt als die Brennkammer (2) aufweist und sich der Strömungsquerschnitt an einem Übergang von der Vorverdampfungskammer (12) zu der Brennkammer (2) abrupt aufweitet.
Filmverdampfer-Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Brennluftzuführung (5) derart ausgebildet ist, dass die Brennluft mit der tangentialen Strömungskomponente zu der Vorverdampfungskammer (12) zugeführt wird.
11. Filmverdampfer-Brenneranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffzuführung (9) derart ausgebildet ist, dass der Brennstoff mit einer tangentialen Richtungskomponente radial von außen zu der Filmverdampfer-Oberfläche (4) zugeführt wird.
12. Filmverdampfer-Brenneranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Brennkammer (2) über ihre axiale Erstreckung frei von Einschnürungen oder Verengungen ausgebildet ist.
13. Mobiles Heizgerät mit einer Filmverdampfer-Brenneranordnung (1; 100) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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