DE10132195A1

DE10132195A1 - Zerstäuber

Info

Publication number: DE10132195A1
Application number: DE2001132195
Authority: DE
Inventors: Peter Horstmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2003-01-30
Also published as: EP1273353A3; EP1273353A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zerstäuber 1 zum Zerstäuben einer Flüssigkeit 3, insbesondere zum Zerstäuben eines flüssigen Brennstoffes bei einem Brenner eines Heizgeräts, mit einem Innenrohr 2, das mit der zu zerstäubenden Flüssigkeit 3 beaufschlagbar ist, und mit einem Außenrohr 5, welches das Innenrohr 2 unter Ausbildung eines Ringraumes 6 umschließt, das mit einem Gas 7 beaufschlagbar ist und dessen Mündungsbereich 9 einen Mündungsbereich 10 des Innenrohrs 2 unter Ausbildung eines mit dem Ringraum 6 kommunizierenden Zerstäubungsraums 11 überlappt, wobei im Innenrohr 2 eine Elektrode 12 zur elektrostatischen Aufladung der zu zerstäubenden Flüssigkeit 3 angeordnet ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Zerstäuber zum Zerstäuben einer Flüssigkeit, insbesondere zum Zerstäuben eines flüssigen Brennstoffes bei einem Brenner eines Heizgeräts.
Damit die stationäre Verbrennung flüssiger Brennstoffe, wie sie beispielsweise bei Heizgeräten stattfindet, schadstoffarm ausgestalten werden kann, wird der flüssige Brennstoff zweckmäßig zuerst zerstäubt. Zu diesem Zweck werden Zerstäuber der eingangs genannten Art verwendet. Bei Heizgeräten mit niedriger Brennerleistung werden üblicherweise Drall-Druckzerstäuber oder luftgestütze Zerstäuber verwendet. Bei einem Drall-Druckzerstäuber wird der flüssige Brennstoff unter einem relativ hohen Druck einer Düse zugeführt, an deren Austritt der flüssige Brennstoff entspannt und dabei zerstäubt wird. Diesem Expansionsvorgang ist dabei ein Drall überlagert. Bei einem luftgestützten Zerstäuber wird der flüssige Brennstoff mit einem vergleichsweise niedrigen Druck einer Mündung zugeführt, durch die der flüssige Brennstoff in eine Zerstäubungskammer austritt. Dieser Zerstäubungskammer wird Luft zugeführt, wodurch sich die gewünschte Zerstäubung ergibt.
Bei Heizgeräten, die in Kraftfahrzeugen, z. B. als Zuheizer oder als Standheizung, eingesetzt werden, müssen besonders kleine Brennerleistungen realisiert werden, die beispielsweise weniger als 5 kW betragen sollen. Des weiteren sollen derartige Heizgeräte möglichst leicht und kompakt sein, sowie eine geringe elektrische Leistungsaufnahme aufweisen.

Bekannte Drall-Druckzerstäuber können bis zu einer minimalen Leistung von etwa 8 kW sinnvoll verwendet werden und eignen sich daher nur bedingt für den Einsatz in einem Heizgerät eines Kraftfahrzeugs. Im Unterschied dazu können luftgestützte Zerstäuber auch bei einer Brennerleistung von weniger als 5 kW eine hinreichend gute Zerstäubung liefern. Allerdings benötigen luftgestützte Zerstäuber einen zusätzlichen Kompressor, der die Luft auf den für die Zerstäubung erforderlichen Druck fördert. Üblicherweise wird ein Überdruck von mehr als 600 mbar benötigt, um den flüssigen Brennstoff hinreichend zu zerstäuben.

Desweiteren ist die sog. elektrostatische Zerstäubung bekannt, mit deren Hilfe auch Brennerleistungen unter 5 kW erzielt werden können. Bei der elektrostatischen Zerstäubung wird der flüssige Brennstoff bevor er aus der Mündung einer Düse austritt, elektrostatisch aufgeladen. Nach dem Austritt aus der Mündung bilden sich aufgrund der elektrostatischen Abstoßungskräfte die gewünschten Tröpfchen. Nachteilig ist hierbei, daß die Tröpfchen bezüglich der Austrittsrichtung, mit der der flüssige Brennstoff aus der Mündung austritt, eine relativ hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit in radialer Richtung besitzen, mit der Folge, daß ein schadstoffarmer Verbrennungsvorgang nur schwer erreichbar ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Zerstäuber mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß damit eine axial ausgerichtete Strömung einer zerstäubten Flüssigkeit erzeugt werden kann, ohne daß dazu ein Kompressor erforderlich ist. Insbesondere kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Zerstäubers bei einer Verwendung in einem Heizgerät für sehr niedrige Brennerleistungen, z. B. von 5 kW bis 1 kW eine axial ausgerichtete Strömung eines zerstäubten Brennstoffs erzeugt werden, wodurch auch bei diesen kleinen Brennerleistungen eine schadstoffarme Verbrennung realisierbar ist. Desweiteren hat sich gezeigt, daß der erfindungsgemäße Zerstäuber auch bei den kleinen Leistungen noch voll modulierend betrieben werden kann.

Beim erfindungsgemäßen Zerstäuber wird die zu zerstäubende Flüssigkeit in einem Innenrohr mit Hilfe der darin angeordneten Elektrode elektrostatisch aufgeladen. Am Austritt des Innenrohrs kommt es dann zur elektrostatischen Zerstäubung der Flüssigkeit noch innerhalb eines Außenrohrs, das mit einem Gas beaufschlagt ist. Dieses Gas kann dann die zerstäubte Flüssigkeit mitnehmen bzw. mitreißen und aus dem Außenrohr austreten. Durch eine entsprechende Anordnung der Mündung des Außenrohrs kann die gewünschte axial ausgerichtete Strömung für die zerstäubte Flüssigkeit erreicht werden.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einer elektrostatischen Zerstäubung eine gasgestützte Zerstäubung zu überlagern, wobei die eigentliche Zerstäubung elektrostatisch erfolgt, während die Ausbildung einer ausgerichteten Strömung durch die Überlagerung mit einer bereits ausgerichteten Gasströmung erfolgt, welche die zerstäubte Flüssigkeit mitnimmt. Hierbei hat sich gezeigt, daß bereits geringe Gasdrücke ausreichen, die gewünschte Strömung zu erzeugen, so daß auf einen leistungsstarken Kompressor verzichtet werden kann. Im Unterschied dazu ist bei einer herkömmlichen luftgestützten Zerstäubung zwingend ein relativ leistungsstarker Kompressor erforderlich, um den für die Zerstäubung benötigten hohen Luftdruck bereitstellen zu können.

Von besonderem Vorteil ist hierbei, daß zur Erzeugung der Gasströmung, die die elektrostatisch zerstäubte Flüssigkeit mitreißt, kein leistungsstarker Kompressor od. dgl. erforderlich ist. Beispielsweise kann bei einer Verwendung in einem Heizgerät bereits das für die Frischluftzufuhr vorgesehene Gebläse zur Erzeugung der Gasströmung verwendet werden.

Zweckmäßig können Innenrohr und/oder Außenrohr und/oder Elektrode achsparallel, insbesondere koaxial, zueinander angeordnet sein, wodurch sich eine besonders hochwertige axiale Strömung für die zerstäubte Flüssigkeit erzielen läßt.

Vorteilhaft ist dabei außerdem eine stabförmig ausgebildete Elektrode, um eine relativ große Kontaktzone zur elektrischen Aufladung der Flüssigkeit zu erzielen.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch ein Heizgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst, dessen Brenner mit einem Zerstäuber nach der Erfindung ausgestattet ist. Bei diesem Heizgerät wird das Gas, das im Zerstäuber die zerstäubte Flüssigkeit mitnimmt durch Verbrennungsluft gebildet, die in einer Brennkammer des Heizgeräts mit dem mitgeführten Brennstoff verbrennt. Grundsätzlich kann dabei eine zusätzliche Frischluftzufuhr bzw. eine separate Gaszufuhr zum Zerstäuber entfallen.

Bei einer besonderen Weiterbildung kann das Heizgerät ein Frischluftgebläse zur Versorgung des Brennraums mit Frischluft aufweisen, wobei dann das Außenrohr des Zerstäubers eingangsseitig an die Druckseite dieses Frischluftgebläses angeschlossen ist. Mit anderen Worten, das bei einem herkömmlichen Heizgerät ohnehin vorhandene Frischluftgebläse kann zur Frischluftbeaufschlagung des erfindungsgemäßen Zerstäubers verwendet werden, so daß ein zusätzlicher Kompressor od. dgl. entfallen kann.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch eine Verwendung gemäß Anspruch 12 gelöst. Dabei zeigen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Zerstäubers besonders deutlich, da dieser eine zur Erzeugung einer schadstoffarmen Verbrennung geeignete, axial ausgerichtete Strömung eines zerstäubten Brennstoffs erzeugen kann und dabei auch bei kleinsten Leistungen voll modulierend betrieben werden kann.

Darüber hinaus wird das der Erfindung zugrundeliegende Problem auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 13 gelöst.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zerstäubers ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Die einzige Fig. 1 zeigt einen halbierten Längsschnitt durch einen Zerstäuber nach der Erfindung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Entsprechend Fig. 1 besitzt ein erfindungsgemäßer Zerstäuber 1 ein zylindrisches Innenrohr 2, das mit einer Flüssigkeit 3 beaufschlagbar ist, was in Fig. 1 durch einen Pfeil symbolisiert ist. Das Innenrohr 2 besitzt eine blendenförmig ausgebildete Mündung 4, deren Austrittsquerschnitt kleiner ist als der Innenquerschnitt des Innenrohrs 2.
Desweiteren weist der Zerstäuber 1 ein zylindrisches Außenrohr 5 auf, welches das Innenrohr 2 umhüllt, wobei die beiden Rohre 2 und 5 vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet sind. Radial zwischen Außenrohr 5 und Innenrohr 2 ist ein Ringraum 6 ausgebildet, der mit einem Gas 7 beaufschlagbar ist, was hier durch einen Pfeil symbolisiert ist. Das Außenrohr 5 weist eine blendenförmige Mündung 8 auf, die hier fluchtend zur Mündung 4 des Innenrohrs 2 angeordnet ist. Der Austrittsquerschnitt der Außenrohr- Mündung 8 ist ebenfalls kleiner als der Querschnitt im Inneren des Außenrohrs 5. Desweiteren ist der Austrittsquerschnitt der Außenrohr-Mündung 8 größer als der Austrittsquerschnitt der Innenrohr-Mündung 4.
Die beiden Rohre 2 und 5 sind dabei so angeordnet und so ausgebildet, daß ein Mündungsbereich 9 des Außenrohrs 5 einen Mündungsbereich 10 des Innenrohrs 2 überlappt, derart, daß dabei zwischen den Mündungsbereichen 9 und 10 ein Zerstäubungsraum 11 ausgebildet ist, der mit dem Ringraum 6 kommuniziert.
Insoweit entspricht der erfindungsgemäße Zerstäuber 1 einer herkömmlichen Zerstäuberdüse, wie sie bei einer bekannten luftgestützten Zerstäubung verwendet werden kann.
Der erfindungsgemäße Zerstäuber 1 ist nun zusätzlich mit einer stabförmigen Elektrode 12 ausgestattet, die im Inneren des Innenrohrs 2 angeordnet ist und zur elektrostatischen Aufladung der zu zerstäubenden Flüssigkeit 3 dient. Die Elektrode 12 ist zweckmäßig koaxial zum Innenrohr 2 bzw. zum Außenrohr 5 angeordnet und erstreckt sich im Inneren des Innenrohrs 2 vorzugsweise bis in die Nähe der Innenrohr- Mündung 4.
Der erfindungsgemäße Zerstäuber 1 funktioniert wie folgt:
Die zu zerstäubende Flüssigkeit 3, vorzugsweise ein flüssiger Brennstoff, wird dem Innenrohr 2 zugeführt, in dem die Flüssigkeit mittels der Elektrode 12 elektrostatisch aufgeladen wird. Am Austritt der Innenrohr-Mündung 4 kommt es aufgrund des durch die elektrostatische Aufladung initiierten Tropfenzerfalls zu der gewünschten Zerstäubung. Diese Zerstäubung findet zumindest teilweise im Zerstäubungsraum 11 statt. Die dem Ringraum 6 zugeführte Gasströmung, insbesondere Luftströmung, vermischt sich im Bereich des Zerstäubungsraums 11 mit der zerstäubten Flüssigkeit, nimmt oder reißt diese mit, wodurch die gewünschte axial ausgerichtete Strömung der zerstäubten Flüssigkeit erzielt wird. Dabei reicht bereits ein relativ geringer Überdruck aus, um die sich aufgrund der elektrostatischen Aufladung axial ausbreitenden Tröpfchen in axialer Richtung umzulenken, um das erwünschte Sprühmuster zu erzeugen.
Dieser relativ niedrige Überdruck, der insbesondere kleiner als 600 mbar sein kann, läßt sich in der Luft- bzw. Gasströmung bereits mit Hilfe eines herkömmlichen Fristluftgebläses eines Heizgeräts erzeugen, das bei einem üblichen Heizgerät ohnehin vorhanden ist, um einen Brennraum des Heizgeräts mit Frischluft zu versorgen. Dementsprechend kann bei einer bevorzugten Verwendung des erfindungsgemäßen Zerstäubers 1 das Außenrohr 5 bzw. der Ringkanal 6 an die Druckseite dieses Frischluftgebläses angeschlossen werden. Dabei kann die gesamte vom Frischluftgebläse geförderte Frischluft oder ein Teilstrom davon durch den Zerstäuber 1 strömen, um einen Brenner des Heizgeräts mit einem Gemisch aus Verbrennungsluft und zerstäubtem Brennstoff zu versorgen.
Um die Zerstäubungswirkung der elektrostatischen Aufladung der Flüssigkeit bzw. des Flüssigbrennstoffs zu verbessern, kann die Flüssigkeit stromauf des Zerstäubers 1 vorgewärmt werden, wozu entsprechende Vorwärmmittel vorgesehen sein können.

Claims

1. Zerstäuber zum Zerstäuben einer Flüssigkeit (3), insbesondere zum Zerstäuben eines flüssigen Brennstoffes bei einem Brenner eines Heizgerätes, mit einem Innenrohr (2), das mit der zu zerstäubenden Flüssigkeit (3) beaufschlagbar ist, und mit einem Außenrohr (5), welches das Innenrohr (2) unter Ausbildung eines Ringraums (6) umschließt, das mit einem Gas (7) beaufschlagbar ist und dessen Mündungsbereich (9) einen Mündungsbereich (10) des Innenrohrs (2) unter Ausbildung eines mit dem Ringraum (6) kommunizierenden Zerstäubungsraums (11) überlappt, wobei im Innenrohr (2) eine Elektrode (12) zur elektrostatischen Aufladung der zu zerstäubenden Flüssigkeit (3) angeordnet ist.

2. Zerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Innenrohr (2) und/oder Außenrohr (5) und/oder Elektrode (12) achsparallel zueinander angeordnet sind.

3. Zerstäuber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Innenrohr (2) und/oder Außenrohr (5) und/oder Elektrode (12) koaxial zueinander angeordnet sind.

4. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (12) stabförmig ausgebildet ist.

5. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (12) im Inneren des Innenrohres (2) vor dessen Mündung (4) endet.

6. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mündung (4) des Innenrohrs (2) blendenförmig ausgebildet ist.

7. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mündung (8) des Außenrohrs (5) blendenförmig ausgebildet ist.

8. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Austrittsquerschnitt des Außenrohrs (5) größer ist als ein Austrittsquerschnitt des Innenrohrs (2).

9. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mündung (8) des Außenrohrs (5) koaxial fluchtend zu einer Mündung (4) des Innenrohrs (2) angeordnet ist.

10. Heizgerät, insbesondere als Zusatzheizer oder Standheizung eines Kraftfahrzeugs betriebenes Heizgerät, mit einem Brenner, der einen Zerstäuber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Innenrohr (2) zugeführte Flüssigkeit durch einen flüssigen Brennstoff (3) gebildet ist und daß das dem Außenrohr (5) zugeführte Gas durch Frischluft (7) gebildet ist, mit welcher der zerstäubte Brennstoff in einer Brennkammer des Heizgeräts verbrennt.

11. Heizgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frischluftgebläse zur Versorgung des Brennraums mit Frischluft vorgesehen ist, wobei das Außenrohr (5) des Zerstäubers (1) eingangsseitig an die Druckseite des Frischluftgebläses angeschlossen ist.

12. Verwendung eines Zerstäubers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem mit flüssigem Brennstoff gespeisten Brenner eines Heizgeräts, insbesondere eines als Zusatzheizer oder Standheizung eines Kraftfahrzeugs betriebenen Heizgeräts, wobei der Zerstäuber (1) zum zerstäuben des flüssigen Brennstoffs (3) dient, wobei Frischluft (7) zur Beaufschlagung des Außenrohrs (5) des Zerstäubers (1) dient.

13. Verfahren zum Erzeugen einer axial ausgerichteten Strömung einer zerstäubten Flüssigkeit, bei dem die zu zerstäubende Flüssigkeit (3) zunächst elektrostatisch zerstäubt wird und bei dem der zerstäubten Flüssigkeit eine axial ausgerichtete Gasströmung überlagert wird, welche die zerstäubte Flüssigkeit mitnimmt.