DE102008038166A1

DE102008038166A1 - Flüssigkraftstoffbrenner für ein Fahrzeugheizgerät

Info

Publication number: DE102008038166A1
Application number: DE102008038166A
Authority: DE
Inventors: Steffen Weber; Edgar Miesterfeldt; Matthias Pfau
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2028-08-19
Also published as: WO2010020203A3; DE102008038166B4; WO2010020203A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkraftstoffbrenner (10), insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät (12), mit einer Brennkammer (14), einem die Brennkammer (14) entlang einer axialen Richtung (16) zumindest teilweise beschränkenden Brennkammerrohr (18) aus Blech, insbesondere Stahlblech, einem einen Bereich der Brennkammer (14) beschränkenden porösen Verdampferelement (22) und einem Glühstift (24), der durch das poröse Verdampferelement (22) hindurchtritt und in der axialen Richtung (16) in die Brennkammer (14) hineinragt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Brennkammerrohr (18) aus Blech Brennkammerbohrungen (20, 20') angeordnet sind, über die Brennluft (38) der Brennkammer (14) zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkraftstoffbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, mit einer Brennkammer, einem die Brennkammer entlang einer axialen Richtung zumindest teilweise beschränkenden Brennkammerrohr aus Blech, insbesondere Stahlblech, einem einen Bereich der Brennkammer beschränkenden porösen Verdampferelement und einem Glühstift, der durch das poröse Verdampferelement hindurchtritt und in der axialen Richtung in die Brennkammer hineinragt.
Um einen Flüssigkraftstoffbrenner starten zu können, muss dieser eine Zündvorrichtung, zum Beispiel in Form eines Glühstiftes, umfassen, die geeignet ist, eine Zündflamme in dem erzeugten Kraftstoff-Luft-Gemisch zu entfachen. Zu diesem Zweck ist bereits bekannt, einen Glühstift in einer von einer eigentlichen Brennkammer separierten Zündkammer anzuordnen, wobei die in der Zündkammer erzeugte Zündflamme den eigentlichen Verbrennungsprozess in der Brennkammer startet. Es ist ebenfalls bekannt, einen Glühstift in der Brennkammer parallel und in räumlicher Nähe zu einem porösen Verdampferelement anzuordnen, um eine Zündflamme direkt in der Brennkammer des Flüssigkraftstoffbrenners zu erzeugen.
Aus der DE 195 21 296 A1 ist weiterhin bekannt, eine Zündeinrichtung in Form eines Glühstiftes zu verwenden, die sich in axialer Richtung durch eine Mischkammer und ein poröses Verdampferelement hindurch in die Brennkammer erstreckt. Dabei wird die zur Verbrennung notwendige Brennluft zusammen mit dem in das poröse Verdampferelement eingetragenen Kraftstoff als Kraftstoff-Luft-Gemisch der Brennkammer zugeführt und dort verbrannt. Nachteilig ist dabei die Anfälligkeit der ausgebildeten Flamme gegenüber Schwankungen bei der Kraftstoff- beziehungsweise Luftförderung. Sinkt beispielsweise der Kraftstoffanteil in dem gebildeten Kraftstoff-Luft-Gemisch, zum Beispiel aufgrund von Gasblasen in der Kraftstoffförderleitung, kann die in dem Brennraum vorhandene Flamme durch die über den ganzen Querschnitt des porösen Verdampferelements zugeführte Luft, die dann im Überschuss vorhanden ist, ”ausgeblasen” werden. Weiterhin sind Rückstände in der Mischkammer als Folge einer nicht ausreichend hohen Temperatur in der Mischkammer möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkraftstoffbrenner mit verbesserten Betriebseigenschaften bereitzustellen, der insbesondere unempfindlicher gegenüber Schwankungen der Kraftstoffförderrate ist und weniger leicht Rückstände ansammelt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäße Flüssigkraftstoffbrenner baut auf den gattungsgemäßen Flüssigkraftstoffbrennern dadurch auf, dass in dem Brennkammerrohr aus Blech Brennkammerbohrungen angeordnet sind, über die Brennluft der Brennkammer zugeführt wird. Das Zuführen der Brennluft über Brennkammerbohrungen erlaubt die Ausbildung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs nahe dem porösen Verdampferelement, das einen hohen Kraftstoffanteil bereitstellt. Dieser Bereich ist auch bei einer durch Gasblasen reduzierten Kraftstoffförderrate noch vorhanden, da aus dem porösen Verdampferelement durch die geänderte Brennluftzuführung vorzugsweise nur Kraftstoff anstatt eines Kraftstoff-Luft-Gemischs in die Brennkammer eintritt. Ein unbeabsichtigtes ”Ausblasen” der Flamme durch eine zu geringe Kraftstoffzufuhr wird daher unwahrscheinlicher. Darüber hinaus sind auch Rückstände weniger wahrscheinlich, da eine nur mäßig erwärmte Mischkammer entfällt Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die Brennkammer und der Glühstift in der axialen Richtung koaxial angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Luftführung innerhalb der Brennkammer des Flüssigkraftstoffbrenners optimiert werden. Die über die Brennkammerbohrungen der Brennkammer zugeführte Luft strömt dabei im Wesentlichen an der Oberfläche des Glühstiftes entlang, so dass es kaum zu einem Strömungsabriss an dem Glühstift kommt, der ein ”Totwasser” innerhalb der Brennkammer verursachen würde.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass nicht alle Brennkammerbohrungen in dem Brennkammerrohr die gleiche Fläche haben und/oder ”ungleichmäßig verteilt” sind. Auf diese Weise kann die Durchmischung von zugeführter Brennluft und verdampftem Kraftstoff innerhalb der Brennkammer verbessert werden, um den Verbrennungsverlauf insgesamt günstiger gestalten zu können, wodurch die Emissionswerte des Flüssigkraftstoffbrenners verbesserbar sind.
Besonders bevorzugt ist, dass einzelne näher an dem porösen Verdampferelement angeordnete Brennkammerbohrungen eine größere Fläche haben als einzelne entfernter angeordnete Brennkammerbohrungen. Durch die unterschiedlich groß ausgeführten Brennkammerbohrungen kann ein zusätzlicher Einfluss auf die innerhalb der Brennkammer ausgebildete Luftströmung genommen werden, so dass eine stärkere Durchmischung des erzeugten Kraftstoff-Luft-Gemischs innerhalb der Brennkammer erreicht wird.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein erstes Segment des Brennkammerrohrs mit einer axialen Länge a und ein zweites Segment des Brennkammerrohrs mit derselben axialen Länge a nicht die gleiche durch die Summe der Fläche der einzelnen Brennkammerbohrungen gegebene Fläche aufweisen, wenn beide Segmente eine von Null verschiedene Anzahl von Brennkammerbohrungen umfassen. Auch auf diese Weise kann auf die innerhalb der Brennkammer ausgebildete Luftströmung Einfluss genommen werden.
Weiterhin kann nützlich sein, dass das näher an dem porösen Verdampferelement angeordnete erste Segment in der Summe eine größere Fläche der einzelnen Brennkammerbohrungen aufweist als das zweite Segment, wenn beide Segmente eine von Null verschiedene Anzahl von Brennkammerbohrungen umfassen. Auf diese Weise wird ein größerer Anteil der insgesamt zugeführten Brennluft näher an dem porösen Verdampferelement zugeführt, so dass die durchschnittliche Mischdauer zwischen zugeführter Brennluft und zugeführtem Kraftstoff innerhalb der Brennkammer erhöht werden kann.
Es kann auch nützlich sein, dass eine Drallscheibe vorgesehen ist, die die der Brennkammer zugeführte Brennluft mit einem Drall zu der axialen Achse ausstattet. Auf diese Weise wird innerhalb der Brennkammer eine um die axiale Richtung rotierende Luftströmung erzeugt, die eine hohe Symmetrie aufweist und beispielsweise eine verbesserte Durchmischung der zugeführten Brennluft mit dem zugeführten Kraftstoff ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
Es zeigt:
1 einen erfindungsgemäßen Flüssigkraftstoffbrenner.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Flüssigkraftstoffbrenner. Der erfindungsgemäße Flüssigkraftstoffbrenner 10 ist Bestandteil eines ihn umfassenden Heizgerätes 12, welches beispielsweise zur Erwärmung eines Mediums, zum Beispiel Luft oder Wasser, ausgebildet sein kann. Das Heizgerät 12 kann beispielsweise für den Betrieb in einem Fahrzeug ausgelegt sein.
Der dargestellte Flüssigkraftstoffbrenner 10 umfasst eine Brennkammer 14, die entlang einer axialen Richtung 16 von einem Brennkammerrohr 18, in welchen Brennkammerbohrungen 20, 20' angedeutet sind, beschränkt ist. Ein poröses Verdampferelement 22 ist an einem Ende der Brennkammer 14 angeordnet und begrenzt diese beispielsweise senkrecht zu der axialen Richtung 16. Wesentlich ist dabei, dass die Brennkammer 14 an einer Seite zumindest teilweise von dem porösen Verdampferelement 22 beschränkt ist. Dem porösen Verdampferelement 22 wird Kraftstoff über eine Kraftstoffzuführung 28 zugeführt. Der auf diese Weise in das poröse Verdampferelement eingebrachte Kraftstoff verdampft an der Oberfläche des porösen Verdampferelements 22 und gelangt so in die Brennkammer 14. Zur Verbrennung des zugeführten Kraftstoffs notwendige Brennluft 38 tritt über eine Drallscheibe 36 in einen Raum zwischen dem Brennkammerrohr 18 und einer äußeren Hülle 42, der die Brennkammer 14 entlang der axialen Richtung 16 umhüllt. Durch die Drallscheibe 36, die beispielsweise als ein schaufelartiges Luftleitelement ausgebildet sein kann, erhält die zugeführte Brennluft 38 beim Eintritt in den Raum zwischen der äußeren Hülle 42 und dem Brennkammerrohr 18 einen Drall. Beim Übertritt in die Brennkammer 14 über die Brennkammerbohrungen 20, 20' bleibt dieser Drall der zugeführten Brennluft erhalten, so dass sich innerhalb der Brennkammer 14 eine um die axiale Richtung 16 rotierende Luftströmung ausbildet. Diese vermischt sich mit dem in der Nähe des porösen Verdampferelements 22 vorhandenen Kraftstoffgas und bildet ein gut durchmischtes Kraftstoff-Luft-Gemisch innerhalb der Brennkammer 14 aus. Ein in axialer Richtung 16 angeordneter Glühstift 24, der als eine Zündeinrichtung dient, in axialer Richtung 16 durch das poröse Verdampferelement 22 hindurchtritt und in die Brennkammer 14 hineinragt, ist geeignet, das entstandene Kraftstoff-Luft-Gemisch zu entzünden und die Verbrennung zu starten. Die sich dabei ausbildende Flamme kann bis in ein Flammrohr 40 schlagen, in das sich die Brennkammer 14 fortsetzt. Der Flüssigkraftstoffbrenner 10 kann beispielsweise einen hohen Symmetriegrad zu der axialen Richtung 16 aufweisen, beispielsweise kann der Glühstift 24 koaxial zu der Brennkammer 14 angeordnet sein, die ihrerseits anstelle eines im wesentlichen runden Querschnitts auch einen elliptischen oder vieleckigen Querschnitt mit hoher Symmetrie, zum Beispiel sechs- oder achteckig, aufweisen kann. In diesem Fall wird der Glühstift 24 von der rotierenden Luftströmung innerhalb der Brennkammer umströmt, so dass dieser nur einen sehr geringen Strömungsschatten in der Luftströmung innerhalb der Brennkammer 14 erzeugt. Das Brennkammerrohr 18 weist neben den eingezeichneten Brennkammerbohrungen 20, 20', die nur exemplarisch dargestellt sind, oft weitere Brennkammerbohrungen auf. Diese können sich in Form und Größe voneinander unterscheiden, wobei anstelle von oder neben kreisrunden Bohrungen auch ovale und/oder Schlitzförmige Bohrungen vorgesehen sein können. Insbesondere kann auf diese Weise die Luftströmung innerhalb der Brennkammer 14 optimiert werden. Beispielsweise können die näher an dem porösen Verdampferelement 22 angeordneten Brennkammerbohrungen 20 größer oder kleiner als weiter entfernte Brennkammerbohrungen 20' sein. Darüber hinaus ist eine unregelmäßige Anordnung der Brennkammerbohrungen 20, 20', das heißt auch eine ungleichmäßige Verteilung der Brennkammerbohrungen 20, 20' auf dem Brennkammerrohr denkbar. Weiterhin kann ein erstes Segment 30 und ein zweites Segment 32 jeweils mit einer axialen Länge a 34 des Brennkammerrohrs 18 definiert werden. Diese Segmente 30, 32 könnte man sich als senkrecht zur axialen Richtung 16 aus dem Brennkammerrohr 18 geschnittene Rohrstücke vorstellen. Die Segmente 30, 32 können beispielsweise zur Verbesserung der Luftführung innerhalb der Brennkammer 14 unterschiedliche Summen der Flächen der einzelnen Brennkammerbohrungen 20, 20' aufweisen. Es ist beispielsweise denkbar, dass das näher an dem porösen Verdampferelement 22 angeordnete Segment 30 eine größere Fläche von Brennkammerbohrungen 20, 20' aufweist als das zweite Segment 32, so dass der größere Teil der zugeführten Brennluft 38 näher an dem porösen Verdampferelement 22 in die Brennkammer 14 einströmt, als bei einer gleichmäßigen Verteilung um eine intensivere Durchmischung von Kraftstoff und Brennluft 38 zu erreichen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

10: Flüssigkraftstoffbrenner
12: Heizgerät
14: Brennkammer
16: axiale Richtung
18: Brennkammerrohr
20: Brennkammerbohrung
20': weitere Brennkammerbohrung
22: poröses Verdampferelement
24: Glühstift
28: Kraftstoffzuführung
30: erstes Segment
32: zweites Segment
34: axiale Länge a
36: Drallscheibe
38: Brennluft
40: Flammrohr
42: Hülle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19521296 A1 [0003]

Claims

Flüssigkraftstoffbrenner (10), insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät (12), mit – einer Brennkammer (14), – einem die Brennkammer (14) entlang einer axialen Richtung (16) zumindest teilweise beschränkenden Brennkammerrohr (18) aus Blech, insbesondere Stahlblech, – einem einen Bereich der Brennkammer (14) beschränkenden porösen Verdampferelement (22) und – einem Glühstift (24), der durch das poröse Verdampferelement (22) hindurchtritt und in der axialen Richtung (16) in die Brennkammer (14) hineinragt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Brennkammerrohr (18) aus Blech Brennkammerbohrungen (20, 20') angeordnet sind, über die Brennluft (38) der Brennkammer (14) zugeführt wird.
Flüssigkraftstoffbrenner (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (14) und der Glühstift (24) in der axialen Richtung (16) koaxial Angeordnet sind.
Flüssigkraftstoffbrenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nicht alle Brennkammerbohrungen (20, 20') in dem Brennkammerrohr (18) die gleiche Fläche haben und/oder ”ungleichmäßig verteilt” sind.
Flüssigkraftstoffbrenner (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne näher an dem porösen Verdampferelement (22) angeordnete Brennkammerbohrungen (20) eine größere Fläche haben als einzelne entfernter angeordnete Brennkammerbohrungen (20').
Flüssigkraftstoffbrenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Segment (30) des Brennkammerrohrs (18) mit einer axialen Länge a (34) und ein zweites Segment (32) des Brennkammerrohrs (18) mit derselben axialen Länge a (34) nicht die gleiche durch die Summe der Fläche der einzelnen Brennkammerbohrungen (20, 20') gegebene Fläche aufweisen, wenn beide Segmente (30, 32) eine von Null verschiedene Anzahl von Brennkammerbohrungen (20, 20') umfassen.
Flüssigkraftstoffbrenner (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das näher an dem porösen Verdampferelement (22) angeordnete erste Segment (30) in der Summe eine größere Fläche der einzelnen Brennkammerbohrungen (20, 20') aufweist als das zweite Segment (32), wenn beide Seg mente (30, 32) eine von Null verschiedene Anzahl von Brennkammerbohrungen (20, 20') umfassen.
Flüssigkraftstoffbrenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drallscheibe (36) vorgesehen ist, die die der Brennkammer (14) zugeführte Brennluft (38) mit einem Drall zu der axialen Achse (16) ausstattet.