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Die Erfindung betrifft einen Zerstäuberbrenner
für ein
Heizgerät
mit einer Brennkammer, mit einer Düse zum Zerstäuben von
flüssigem
Brennstoff, die ein in die Brennkammer mündendes Venturirohr umfasst,
und mit einer Brennstoffzuführeinrichtung zum
Zuführen
des Brennstoffs in die Düse.
Ferner betrifft die Erfindung ein mobiles Heizgerät für ein Fahrzeug
mit einem derartigen Zerstäuberbrenner.
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Zerstäuberbrenner dieser Art sind
aus
DE 100 14 347
A1 ,
DE 100
19 198 A1 und
DE
100 39 152 A1 bekannt. Sie sind insbesondere zur Verwendung in
einer Kraftfahrzeug-Standheizung vorgesehen und weisen eine Zerstäuberdüse in Form
eines Düsenkörpers bzw.
eine Düse
zur Aufbereitung des Brennstoffs auf. Der Düsenkörper ist mit einem zentralen, zu
einer Brennkammer hin sich aufweitenden, trichterförmigen Venturirohr
versehen, in das hinein flüssiger
Brennstoff zerstäubt
wird. Eingebracht wird der flüssige
Brennstoff durch ein Röhrchen
bzw. eine Brennstoffnadel, das an dem von der Brennkammer abgewandten
Ende des Venturirohrs in dessen Mitte angeordnet ist. Das Röhrchen erstreckt
sich in Längsrichtung
der Düse,
so dass der Brennstoff exakt im Zentrum des sich erweiternden Teils
des Venturirohrs zu zerstäuben
beginnt.
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Bekannte Zerstäuberbrenner weisen den Nachteil
auf, dass die Güte
der Zerstäubung
in der Venturidüse
in hohem Maße
von der Viskosität
des verwendeten Brennstoffs abhängig
ist. Die Qualität der
Verbrennung kann daher bei unterschiedlicher Brennstoffqualität und auch
bei unterschiedlichen Brennstoffsorten unter Umständen stark
schwanken.
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Ferner wirkt sich bei bekannten Zerstäuberbrennern
mit einem Venturirohr eine Schwankung in der Geschwindigkeit der
in die Düse
zugeführten
Verbrennungsluft zum Teil negativ aus. In bestimmten Fällen kann
die Schwankung zu stark unterschiedlichen Brennwerten und unterschiedlichen
Starteigenschaften des Heizgerätes
führen.
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Aus
GB
703 431 sind Verbesserungen für einen Zerstäuber-Fluidbrennstoff-Brenner bekannt,
bei dem Brennstoff durch einen Ringkanal entlang der inneren Mantelfläche eines
Venturirohres ausgebracht wird.
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Aus
US
1 466 795 ist ein Brennstoffmischer bekannt, bei dem ebenfalls
Brennstoff an der inneren Mantelfläche eines Venturirohres mit
Hilfe eines Ringkanals ausgebracht wird.
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Aus
DE 35 25 161 C2 ist ein Verfahren zur Verbrennung
von fließfähigem Brennstoff
bekannt, bei dem eine Außenwandung
des Austrittsabschnitts zusammen mit einer Innenwandung einer Venturidüse einen
Ringspalt für
die Zufuhr des Brennstoffs begrenzen.
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Diesen bekannten Zerstäuberbrennern
mit einem Venturirohr ist gemein, dass jeweils Brennstoff durch
die innere Mantelfläche
des Venturirohres hindurch in die Venturidüse eingebracht wird. Derartige Konstruktionen
von Ringkanälen
innerhalb der Mantelfläche
einer Venturidüse
sind nur mit verhältnismäßig großem Aufwand
herzustellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
mobiles Heizgerät
mit einem Zerstäuberbrenner der
eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass auf kostengünstige Weise
eine hohe Zerstäubungsgüte gewährleistet
ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem
oben genannten Zerstäuberbrenner
gelöst,
der gemäß dem Patentanspruch
1 ausgebildet ist. Die Aufgabe ist ferner mit einem mobilen Heizgerät für ein Fahrzeug
mit einem derartigen erfindungsgemäßen Zerstäuberbrenner gelöst.
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Erfindungsgemäß ist bei einem Zerstäuberbrenner
für einmobiles
Heizgerät
mit einer Venturidüse
an Stelle einer Brennstoffnadel ein Ringspalt als Brennstoffaustritt
ausgebildet. Der erfindungsgemäße Ringspalt
führt zu
einem Brennstoffaustritt in Gestalt eines Flüssigkeitsfilms. Dies steht
im Gegensatz zu Brennstoffnadeln, an denen der Brennstoff in einem
vergleichsweise massiven Strahl austritt.
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Durch den erfindungsgemäßen Ringspalt wird
die Dicke des austretenden Flüssigkeitsfilms
auf das angestrebte Maß des
Durchmessers von Tröpfchen
verringert. Die austretende Flüssigkeit
wird dadurch bereits für
die nachfolgende Zerstäubung
vorgeformt. Anschließend
wird der dünne
Flüssigkeitsfilm
an dem ringförmigen
Spalt sowohl in axialer als auch in radialer Richtung ausgeschleudert.
Dabei wird der Flüssigkeitsfilm
durch die radiale Strömungskomponente
zusätzlich
einer zerstäubenden Kraft
ausgesetzt. Es entsteht auf diese Weise eine besonders homogene
Sprühfahne
bzw. ein besonders homogenes Spray.
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Zugleich führt die erfindungsgemäße Art der Ausbringung
von Brennstoff dazu, dass der Spray in seinen Eigenschaften weitaus
weniger von der Viskosität
des Brennstoffs abhängig
ist. Auch die Geschwindigkeit der an der Düse zugeführten Brennluft wirkt sich
bei dem erfindungsgemäßen Zerstäuberbrenner
weit weniger stark aus, als bei bekannten Heizgeräten.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung ist die Ringform des Ringspalts im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet.
Die Form ist damit an die Grundform der Düse und des Venturirohrs angepasst.
Der Brennstoff tritt bei einer derartigen Weiterbildung der Erfindung
innerhalb des Venturirohrs über
dessen Querschnitt besonders gleichmäßig verteilt aus. Dadurch wird
die Güte
der Zerstäubung
weiter verbessert.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft,
wenn sich die Mündung
des Ringspalts an der Brennkammer im Wesentlichen quer zu einer
Längsachse
der Düse
erstreckt. Der Brennstoff wird dann in einer bestimmten, zur Längsrichtung
der Venturidüse
radial gerichteten Ebene ausgebracht. Dadurch ist gewährleistet, dass
der gesamte Brennstoff innerhalb des Venturirohrs denselben Strömungsweg
zurücklegt
und damit gleichmäßig zerstäubt wird.
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Ferner sollte die Mündung des
Ringspalts an der Brennkammer in Längsrichtung der Düse am Beginn
des sich aufweitenden Abschnitts des Venturirohrs angeordnet sein.
Diese Position der Mündung des
Ringspalts ist besonders vorteilhaft, um den eingesprühten Brennstoff über die
gesamte Länge
des sich aufweitenden Venturirohrs hinweg zerstäuben zu können.
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Der erfindungsgemäße Ringspalt kann auf vielfältige Weise
variiert und seine Zerstäubungswirkung
damit weiter verbessert werden. Die dabei zur Verfügung stehenden
Möglichkeiten
sind aufgrund der gewählten
Geometrie eines Ringspalts erheblich größer als bei bekannten Zerstäuberbrennern,
bei denen mit einer Brennstoffnadel gearbeitet wird. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn an der Mündung
des Ringspalts eine Strömungsleitfläche in Gestalt
eines radial nach außen
gerichteten Überstandes
an dem Innenkörper
ausgebildet ist. Ein solcher Überstand führt zu einem
Aussprühen
des Brennstoffs mit einer starken radialen Geschwindigkeitskomponente.
Diese Komponente reißt
den bereist durch die geringe Breite des Ringspalts erfindungsgemäß besonders dünnen Flüssigkeitsfilm
des Brennstoffs in einzelne Streifen und Tröpfchen auseinander. Daraus
ergibt sich eine weiter verbesserte Zerstäubung des Brennstoffs.
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Vorteilhaft ist ferner ein erfindungsgemäßer Zerstäuberbrenner,
bei dem der Ringspalt radial innen von einem Innenrohr begrenzt
ist. Das Innenrohr weist im Gegensatz zu einem massiven Innenkörper einen
zentralen hohlen Bereich auf, der zum Vorwärmen von Brennstoff genutzt
werden kann.
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Ferner kann das Innenrohr zum Anordnen weiterer
Bauteile des Zerstäuberbrenners,
wie beispielsweise einer Vorwärmeinrichtung
verwendet werden. Die Vorwärmeinrichtung
kann zum Vorwärmen
von Brennstoff dienen und/oder als Glühstift bzw. Flammwächter genutzt
werden.
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Darüber hinaus kann zusätzlich oder
alternativ ein Innenrohr am erfindungsgemäßen Ringspalt verwendet werden,
durch dessen Inneres Verbrennungsluft in die Düse und damit in die Brennkammer zugeführt wird.
Die derart zugeführte
Verbrennungsluft trägt
zum Zerteilen und Zerstäuben
des durch den Ringspalt gebildeten Flüssigkeitsfilms bei. Ferner
werden von der derart zugeführten
Verbrennungsluft Flüssigkeitströpfchen in
besonders vorteilhafter Weise durch das Venturirohr geführt. Es
bildet sich eine zentrale Strömung,
um die herum sich eine verwirbelte Strömung bildet. Zwischen diesen
beiden Strömungen
wird der flüssige
Brennstoff, der durch den Ringspalt zugeführt wird, zerstäubt.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele eines
erfindungsgemäßen Zerstäuberbrenners
anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 einen
Längsschnitt
eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Zerstäuberbrenners,
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2 einen
Längsschnitt
eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Grundplatte an dem erfindungsgemäßen Zerstäuberbrenner mit einem daran ausgebildeten
Ringspalt, und
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3 einen
Längsschnitt
gemäß 2 eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer Grundplatte an dem erfindungsgemäßen Zerstäuberbrenner mit einem daran
ausgebildeten Ringspalt.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein Zerstäuberbrenner 10 für ein mobiles
Heizgerät
veranschaulicht, der einen Düsenkörper 12 zum
Zerstäuben
von flüssigem
Brennstoff und eine an diesem angeordnete Grundplatte 14 aufweist,
durch die der flüssige
Brennstoff in den Düsenkörper 12 eingebracht
wird.
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Die Grundplatte 14 ist an
einer Stirnseite des Düsenkörpers 12 angebracht,
in dessen Inneren ein Venturirohr 16 ausgebildet ist. Das
Venturirohr 16 erstreckt sich durch den Düsenkörper 12.
Es weitet sich ausgehend von der der Grundplatte 14 zugewandten Stirnseite
des Düsenkörpers 12 in
Richtung auf die abgewandte Stirnseite auf. Mit seiner aufgeweiteten Seite
ist das Venturirohr 16 zu einer Brennkammer 18 des
Zerstäuberbrenners 10 gerichtet.
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Ausführungsformen der Grundplatte 14 sind in
den 2 und 3 näher veranschaulicht.
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Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist die Grundplatte 14 aus
einem sich im Wesentlichen radial erstreckenden kreisförmigen Scheibenabschnitt 20 und
einem davon in der Mitte im Wesentlichen axial abstehenden kreiszylinderförmigen Ansatz 22 gebildet.
Der Ansatz 22 steht an jener Seite des Scheibenabschnitts 20 ab,
der von der Seite des Düsenkörpers 12 abgewandt
ist. An dieser Seite kann von einer nicht dargestellten Brennluftzuführeinrichtung,
beispielsweise einem Brennluftgebläse, Brennluft an die Grundplatte 14 zugeführt werden.
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Demnach grenzt der Scheibenabschnitt 20 der
Grundplatte 14 einen Bereich 24 des Düsenkörpers 12 von
einem Bereich 26 der Brennluftzufuhr ab.
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Der Ansatz 22 der Grundplatte 14 ist
längs der
Mittelachse des Scheibenabschnitts 20 von einer zentralen
gestuften Bohrung 28 durchsetzt. In der Bohrung 28 ist
ein Stift 30 eingesetzt, der die Bohrung 28 an
dem Bereich 26 der Brennluftzufuhr verschießt.
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Die Bohrung 28 ist an ihrem
zum Bereich 26 gewandten Ende mit einem ersten weiten Abschnitt 32,
nachfolgend mit einem verengten zweiten Abschnitt 34 und
einem weiter verengten Abschnitt 36 ausgebildet. Die Abschnitte 32 bis 36 sind
je zylindrisch gestaltet.
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Der Stift 30 weist an seinem
dem Bereich 26 zugewandten Endbereich einen gestuften Bund 38 auf,
mit dem die Bohrung 28 fluiddicht verschlossen ist. Ferner
ist der Stift 30 mit einem verjüngten Mittelabschnitt 40 gestaltet,
sowie mit einem daran anschließenden
im Durchmesser größeren zylinderförmigen Endabschnitt 42 an
seinem dem Bereich 24 zugewandten Endbereich.
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Im Ansatz 22 ist ferner
eine Querbohrung 44 ausgebildet, die sich im Wesentlichen
radial zur Mittelachse erstreckt und die in die zentrale Bohrung 28 mündet. Die
Querbohrung 44 ist an ihrem äußeren Endbereich mit einem
Leitungsanschluss 46 versehen. An diesen Leitungsanschluss 46 ist
eine nicht dargestellte Brennstoffzuführleitung angeschlossen, durch
die in die zentrale Bohrung 28 flüssiger Brennstoff unter Druck
zugeführt
werden kann.
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An der dem Bereich 24 des
Düsenkörpers 12 zugewandten
Seite der Grundplatte 14 ist um die zentrale Bohrung 28 herum
ein Rohrfortsatz 48 ausgebildet. Aus diesem Rohrfortsatz 48 ragt
der Stift 30 mit seinem zylinderförmigen Endabschnitt 42 ein
geringes Maß (beispielsweise
0,1 bis 0,9 mm, insbesondere 0,5 mm) heraus.
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Zwischen dem Rohrfortsatz 48 und
dem zylinderförmigen
Endabschnitt 42 ist ein Ringspalt 50 ausgebildet.
Durch diesen Ringspalt 50 tritt beim Betrieb des Zerstäuberbrenners
flüssiger
Brennstoff in den vorderen Bereich des Venturirohres 16 im
Düsenkörper 12.
Der Brennstoff wird beim Durchtreten durch den Ringspalt 50 in
die Form eines besonders dünnen
Flüssigkeitsfilms
gedrängt.
Die Dicke dieses Films entspricht weitgehend dem Durchmesser der nachfolgend
im Venturirohr 16 entstehenden Sprühtröpfchen.
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In der Grundplatte 14 sind
schließlich
noch radial gerichtete Luftkanäle 52 ausgebildet,
die durch den an der Grundplatte 14 angeordneten Düsenkörper 12 zu
geschlossenen Kanälen
abgedeckt werden. Durch diese Luftkanäle 52 wird während der
Zufuhr von flüssigem
Brennstoff zugleich Brennluft in das Venturirohr 16 eingeblasen.
Die Brennluft reißt den
austretenden Brennstoff mit sich. Es bildet sich im Venturirohr 16 das
gewünschte
Brennstoffspray.
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Durch den vorgesehenen Ringspalt 50 tritt Brennstoff über eine
verhältnismäßig große Länge (d.h. über den
gesamten Umfang des Ringspalts 50) in Form eines dünnen Flüssigkeitsfilms
aus. Dieser Film zerstäubt
besonders leicht und gleichmäßig in Tröpfchen.
Darüber
hinaus ist der Zerstäubungsvorgang
von der Viskosität
und damit von der Temperatur des verwendeten Brennstoffs weitgehend
unabhängig,
weil der Brennstoff in einen dünnen
Film gezwungen wird.
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Ferner hat die Geschwindigkeit der
Brennluft, die durch die Luftkanäle 52 zugeführt wird,
bei der gewählten
Ausbringung von Brennstoff durch den Ringspalt 50 hinein
in ein Venturirohr 16 einen besonders geringen Einfluss.
Schwankungen der Luftgeschwindigkeit wirken sich daher erheblich
weniger negativ auf die Zerstäubungsgüte aus.
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Der Überstand des Stiftes 30 an
seinem zylinderförmigen
Endabschnitt 42 gegenüber
dem Ende des Rohrfortsatzes 48 führt zu einem verstärkten Austritt
von Brennstoff am Ringspalt 50 in radialer Richtung nach
außen,
während
ein Zusammenströmen
von Brennstoff in Richtung auf die Längsachse des Venturirohrs 16 hin
erschwert und vermieden wird. Die radial nach außen gerichtete Strömungskomponente
des Brennstoffs fördert
dessen Zerstäubung
ausgehend von dem dünnen
Film in einzelne Tröpfchen.
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Der Effekt des Zerstäubens radial
nach außen
kann durch einen Überstand
am Ende des zylinderförmigen
Endabschnitts 42 des Stiftes 30 noch gefördert werden.
Alternativ oder zusätzlich
können an
den Bauteilen, welche den Ringspalt 50 begrenzen Fasen,
Rillen oder dergleichen ausgebildet sein, mittels denen die Zerstäubungswirkung
ebenfalls verbessert werden kann.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform
einer Grundplatte 14 und eines Stiftes 30 für einen
Zerstäuberbrenner 10 dargestellt,
die im Wesentlichen wie die entsprechenden Bauteile gemäß 2 gestaltet sind. Als einziger
Unterschied ist bei der Ausführungsform
gemäß 3 an Stelle des Stifts 30 ein Innenrohr 54 mit
einer axialen zentralen Durchgangsbohrung 56 ausgebildet.
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Durch die Durchgangsbohrung 56 gelangt während des
Betriebs des Zerstäuberbrenners 10 Brennluft
von dem Bereich 26 der Brennluftzufuhr hinüber in den
Bereich 24 innerhalb des Venturirohrs 16. Das
Innenrohr 54 begrenzt damit einerseits den Ringspalt 50 an
seinem zylinderförmigen
Endabschnitt 42 und zugleich wird Brennluft durch das Innenrohr 54 in
die Düse
gefördert.
Die Brennluft tritt im Zentrum des Ringspalts 50 aus und
reißt
dabei den austretenden Brennstoff mit. Zugleich wird der Brennstoff
durch diesen Anteil an Brennluft auseinander gedrängt, was
seine Zerstäubung
weiter verbessert.
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Die Querschnitte und Strömungswege
durch die Durchgangsöffnung 56 und
durch die Luftkanäle 52 kann
gezielt gewählt
werden. Auf diese Art und Weise können zwischen den einzelnen
Brennluftströmen
vorbestimmte Druckdifferenzen bzw. Überdrücke erzeugt werden, die zu
einer Verwirbelung der Luft im Venturirohr 16 und zu einer
verbesserten Zerstäubung
des Brennstoffs in dessen Inneren vorteilhaft beitragen.
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- 12
- Zerstäuberbrenner
- 14
- Grundplatte
- 16
- Venturirohr
- 18
- Brennkammer
- 20
- Scheibenabschnitt
- 22
- Ansatz
- 24
- Bereich
des Düsenkörpers
- 26
- Bereich
der Brennluftzufuhr
- 28
- zentrale
Bohrung
- 30
- Stift
- 32
- erster
Abschnitt der Bohrung
- 34
- zweiter
Abschnitt der Bohrung
- 36
- dritter
Abschnitt der Bohrung
- 38
- gestufter
Bund des Stifts
- 40
- verjüngter Mittelabschnitt
des Stifts
- 42
- zylinderförmiger Endabschnitt
des Stifts
- 44
- Querbohrung
- 46
- Leitungsanschluss
- 48
- Rohrfortsatz
- 50
- Ringspalt
- 52
- radiale
Luftkanäle
- 54
- Innenrohr
- 56
- zentrale
Durchgangsöffnung