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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Venturi-Brenner für ein mobiles Heizgerät mit einer
Brenneinrichtung, die als Zerstäuberbrenner
mit einer Venturidüse
ausgebildet ist, vor der sich in Strömungsrichtung von Brenngasen
eine Brennkammer erstreckt. Ferner betrifft die Erfindung ein mit
einem derartigen Venturi-Brenner ausgestattetes Heizgerät.
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Venturi-Brenner
der oben genannten Art werden beispielsweise bei mobilen Heizgeräten für Kraftfahrzeuge
verwendet, um mit dem Heizgerät das
Kühlwasser
eines Verbrennungsmotors vorzuheizen oder die Luft in einem Innenraum
des Kraftfahrzeuges zu erwärmen.
In dem Venturi-Brenner wird in den Düsenkörper einer Venturidüse flüssiger Brennstoff
eingebracht, der dann zerstäubt
und verbrannt wird. Damit die Verbrennung möglichst schadstoffarm erfolgt,
sollte der flüssige
Brennstoff mit Hilfe des Venturi-Brenners in der Brennkammer möglichst fein
und möglichst
situationsgerecht, d.h. unter anderem vergleichsweise gleichmäßig, verteilt
werden.
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Aus
der
US 2,721,607 ist
ein Brenner mit einer Venturidüse
bekannt, deren trichterförmige
Austrittsöffnung
mit einer kalottenförmigen
Kappe versehen ist.
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Die
US 4,624,631 offenbart eine
Vorrichtung zum Vergasen und Verbrennen von flüssigem Brennstoff. Diese umfasst
eine von einem Lufteinblaszylinder umge bene Brennstoffsprühdüse sowie
ein von dem Lufteinblaszylinder und der Brennstoffsprühdüse beabstandetes,
sich in Sprührichtung
des Brennstoffs erweiterndes konusförmiges Ausströmrohr. Innerhalb
dieses konusförmigen
Ausströmrohres
ist ein ebenfalls konusförmiger
Brennerbecher angeordnet, wobei dessen Konusspitze auf die Brennstoffsprühdüse hinzeigt.
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Zugrundeliegende
Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät der eingangs
genannten Art dahingehend zu verbessern, dass aufgrund einer veränderten
Zerstäubung
und Vermischung von Brennstoff eine bessere Verbrennung mit verringerten
Schadstoffwerten erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem
Venturi-Brenner der oben genannten Art gelöst, bei dem am Übergang
von der Venturidüse
zur Brennkammer eine im Wesentlichen kegelmantelförmige Verteilerkappe
angeordnet ist, deren Kegelbasis sich im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung der
Brenngase erstreckt und deren kegelbasisseitiges Ende der Venturidüse zugewandt
ist. Die Aufgabe ist ferner mit einem Heizgerät gelöst, das mit einem derartigen
erfindungsgemäßen Venturi-Brenner ausgestattet
ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Venturi-Brenner
ist in Strömungsrichtung
unmittelbar hinter dem Düsenkörper der
Venturi-Düse
eine Verteilerkappe für
den bereits in der Düse
verdampften und den noch in der Brennkammer zu verdampfenden Brennstoff
vorgesehen. Die Verteilerkappe ist kegelmantelförmig gestaltet, d.h. sie ist
beispielsweise aus einem dünnen
Blech hergestellt, welches in der Form der Mantelfläche eines
Kegels oder eines Kegelstumpfes ausgebildet ist und sie weist mit
ihrem kegelseitigen Ende zur Venturidüse hin.
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Die
derart gestaltete Verteilerkappe orientiert die Strömung des
Brennstoffs bzw. der Brenngase bei deren Eintritt aus der Venturidüse in die
Brennkammer und trägt
zugleich zu einer weiteren Durchmischung der Brenngase bei. Die
Verteilerkappe verteilt die Brennstofftröpfchen und zerkleinert sie.
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Aufgrund
der in der Brennkammer vorliegenden Verbrennung erwärmt sich
die Verteilerkappe vergleichsweise schnell und trägt so als
heißes
Bauteil, auf welches der Brennstoff gelenkt wird, zu dessen Verdampfung
bei.
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Auf
diese Weise wird mit der erfindungsgemäßen Verteilerkappe insgesamt
die Qualität
des Brennstoff-Sprays verbessert. Eine in der Brennkammer angeordnete Startkammer,
wie sie bei bekannten Heizgeräten
oft vorgesehen ist, kann erfindungsgemäß oftmals entfallen.
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Das
erfindungsgemäße Heizgerät kann vergleichsweise
schnell gestartet werden, da die Flamme schnell ausgebildet werden
kann und es trotzdem nicht zu einer erhöhten Qualmbildung kommt.
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Unter
Umständen
kann wegen der erfindungsgemäß vorgesehenen
Verteilerkappe auch eine sonst in der Brennkammer vorzusehende Prallscheibe
insgesamt entfallen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist, wie erwähnt, die
Verteilerkappe vergleichsweise kostengünstig mittels eines Blechs
gestaltet, in dem eine Vielzahl runder und/oder länglicher
Löcher
insbesondere in der Nähe
der Kegelbasis ausgebildet sind. Die Löcher ermöglichen ein im Wesentlichen
radiales Austreten von Brenngasen in die Brennkammer, während die
nahezu vollflächige Kegelspitze
der Verteilerkappe Brenngase aufstaut und sich dabei erheblich aufheizt.
Dieser aufgeheizte Abschnitt der Verteilerkappe trägt insbesondere
zu einer verbesserten Verdampfung von Brennstoff bei.
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Die
erfindungsgemäße Verteilerkappe
sollte ferner derart angeordnet sein, dass ihre Kegelbasis im Wesentlichen
unmittelbar an die Venturidüse
anschließt.
Die Verteilerkappe stellt dann eine klare Trennung zwischen dem
Innenraum der Venturidüse und
der Brennkammer dar und bildet damit eine Art Blende, welche die
gesamten Brenngase gezielt durchströmen müssen, damit sie in die Brennkammer
gelangen können.
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Damit
für die
erfindungsgemäße Verteilerkappe
der Aufwand für
die Herstellung und Montage vergleichsweise gering gehalten werden
kann, sollte diese einteilig mit einem das brennkammerseitige Ende
der Venturidüse
umgebenden Hitzeschild gestaltet sein.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn an der zur Venturidüse gewandten Innenseite der
Verteilerkappe ein Glühstift
angeordnet ist, der sich insbesondere im Wesentlichen längs des
Kegelmantels der Verteilerkappe erstreckt. Bei einer derartigen
Ausgestaltung von Glühstift
und Verteilerkappe, kann mit der Verteilerkappe gezielt Brennstoff
zum Glühstift
geleitet werden, der dann als Zündquelle
und als Flammwächter
dienen kann.
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Besonders
vorteilhaft ist der Glühstift
so angeordnet, dass er die Verteilerkappe im Bereich von deren Kegelspitze
durchsetzt. Da die erfindungsgemäß kegelmantelförmige Verteilerkappe
die Brenngase aufstaut und ihre Strömung in Richtung auf ihre Kegelspitze
konzentriert, können
die Brenngase von einem dort angeordneten Glühstift vergleichsweise leicht
gezündet
werden.
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Alternativ
zu dieser Weiterbildung der Erfindung kann ein Glühstift vorteilhaft
auch an der von der Venturidüse
abgewandten Außenseite
der Verteilerkappe angeordnet sein, wobei sich der Glühstift insbesondere
im Wesentlichen längs
des Kegelmantels der Verteilerkappe erstrecken sollte. Der derart angeordnete
Glühstift
kann zur Vorwärmung
der Verteilerkappe beitragen. Er wird ferner von Brennstofftröpfchen und
Brenngasen umströmt,
die von der Verteilerkappe bereits in vorteilhafter Weise zerkleinert
bzw. verteilt worden sind.
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Wie
oben bereits erwähnt,
ist bei dem erfindungsgemäßen Venturi-Brenner
vorteilhaft ein Hitzeschild vorgesehen. Dieses Hitzeschild kann
vorteilhaft eine Doppelfunktion übernehmen,
indem es als Stütze
für die
Venturidüse
dient. Wenn das Hitzeschild ferner an einem die Brennkammer umgebenden
Brennkammerrohr abgestützt
ist, ist zusammen mit der erfindungsgemäßen Verteilerkappe eine Bauform
für einen
Venturi-Brenner gefunden, bei dem auf ein in der Brennkammer angeordnetes
Flammrohr, wie es bei bekannten Brennern vorhanden ist, verzichtet
werden kann.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Venturi-Brenner
anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 einen
Längsschnitt
eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Venturi-Brenners,
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2 einen
Längsschnitt
eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Venturi-Brenners,
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3 einen
Längsschnitt
eines dritten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Venturi-Brenners
und
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4 einen
teilweisen Längsschnitt
eines vierten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Venturi-Brenners
mit einer Variante von diesem.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In
den 1 bis 4 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel
eines Venturi-Brenners 10 veranschaulicht, der als wesentliche
Bauelemente eine Venturidüse 12 und
eine daneben angeordnete Brennkammer 14 sowie eine Nachbrennkammer 16 aufweist.
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Der
Venturidüse 12 ist
eine Brennstoffzuführung 18 zugeordnet,
durch die flüssiger
Brennstoff in einen Drallerzeuger 20 der Venturidüse 12 geleitet werden
kann, der nachfolgend in einen Düsenkörper 22 eingebracht
wird. Der Brennstoff wird aufgrund der sich mit der Venturi-Düsenwirkung
im Düsenkörper 22 ergebenden
Erhöhung
der Strömungsgeschwindigkeit
der Brennstoffströmung
in feine Tröpfchen
zerrissen.
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Der
Düsenkörper 22 dient
ferner als Halterung für
einen Glühstift 24,
der schräg
vor den mit Bezugszeichen 26 gekennzeichneten Austrittsbereich des
Düsenkörpers 22 ragt.
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In
diesem Austrittsbereich 26 des Düsenkörpers 22 ist eine
kegelmantelförmige
Verteilerkappe 28 angeordnet, deren Kegelbasis 30 sich
im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung
des aus dem Düsenkörper 22 austretenden
Brennstoffes bzw. Brenngases erstreckt.
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Die
kegelmantelförmige
Verteilerkappe 28 ist als Blechstanzteil ausgebildet, in
dem im Bereich der Kegelbasis 30 über den Umfang der Verteilerkappe 28 verteilt
eine Vielzahl runder Löcher 32 ausgebildet sind.
Im Gegensatz zu dieser vergleichsweise offenen Struktur der Kegelbasis 30 ist
die Verteilerkappe 28 im Bereich ihrer mit Bezugszeichen 34 gekennzeichneten
Kegelspitze nahezu vollflächig
gestaltet.
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Die
Verteilerkappe 28 verteilt auf diese Weise die aus der
Venturidüse 12 austretenden
Gase stark in radialer Richtung und staut insgesamt die Strömung der
Gase vor der Kegelspitze 34 auf. Dort werden die Gase vergleichsweise
stark erhitzt, wodurch sich das Zünd- und Flammverhalten des
Venturi-Brenners 10 insbesondere im Hinblick auf einen Kaltstart
erheblich verbessert.
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Der
oben genannte Glühstift 24 ist
bei den in 1 und 2 veranschaulichten
Ausführungsbeispielen
derart in Strömungsrichtung
der Brenngase hinter der Verteilerkappe 28 angeordnet,
dass er sich im Wesentlichen an der mit Bezugszeichen 36 gekennzeichneten
Außenseite
der Verteilerkappe 28 parallel zu deren Wandung erstreckt
und an dieser nahezu anliegt. Der auf diese Weise besonders nahe an
der Verteilerkappe 28 angeordnete Glühstift 24 trägt zu deren
Aufheizung während
eines Startvorgangs des Venturi-Brenners 10 bei.
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In 3 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines Venturi-Brenners 10 dargestellt, bei dem wiederum vor
der Venturidüse 12 eine
kegelmantelförmige
Verteilerkappe 28 angeordnet ist. Der Glühstift 24 ist
bei diesem Ausführungsbeispiel
jedoch nicht an der Außenseite 36 der
Verteilerkappe 28 angeordnet, sondern an der mit Bezugszeichen 38 gekennzeichneten Innenseite
von dieser. Der Glühstift 24 gemäß 3 liegt
damit mit seinem in die Brennkammer 14 gerichteten Endbereich
unmittelbar im Staugebiet der Verteilerkappe 28. Der Glühstift 24 trägt dort
zu einer gezielten und besonders schnellen Aufheizung des herangeführten Brennstoffs
bei.
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Der
Glühstift
gemäß 3 ist
ferner derart angeordnet, dass er die Verteilerkappe 28 im Bereich von
deren Kegelspitze 34 durchsetzt und dort ein gewisser Teil
von Brenngasen durch die Verteilerkappe 28 hindurchströmen kann.
Dieser ebenfalls stark aufgeheizte Anteil an Brenngasen wird unmittelbar
ins Zentrum der Brennkammer 14 geleitet und führt so zu einer
gleichmäßigen Flammausbildung
an dieser Brennkammer 14.
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Wie
insbesondere in 3 zu sehen ist, ist die oben
genannten Verteilerkappe 28 jeweils an einem Hitzeschild 40 angebracht
bzw. einstückig
mit diesem ausgebildet, welche sich in radialer Richtung vor dem
Düsenkörper 22 erstreckt
und als Halterung für
diesen dient. Das Hitzeschild 40 ist seinerseits von einem
Brennkammerrohr 42 gehaltert, welches die im Wesentlichen
kreiszylindrische Brennkammer 14 an deren Mantelfläche umgibt.
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An
der der Venturidüse 12 gegenüberliegenden
Stirnseite der Brennkammer 14 ist ferner bei dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
an einer Ringscheibe 44 ein im Wesentlichen kegelmantelförmiger Abfangkörpers 46 für unverdampften
Brennstoff angeordnet. Der Abfangkörper 46 weist im Bereich
seiner mit Bezugszeichen 48 gekennzeichneten Kegelbasis 48 sowie
im Bereich der Kegelspitze 50 mehrere Löcher bzw. Durchgangsöffnungen 52 auf,
durch die der aus der Brennkammer 14 austretende Brennstoff
und dessen Brenngase in die Nachbrennkammer 16 gelangen.
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In
den 2 bis 4 sind anstelle eines kegelförmigen Abfangkörpers im
Wesentlichen rohrförmige
Abfangkörper 54 vorgesehen,
die ebenfalls von Löchern
durchsetzt sind. Diese Löcher
sind mit Bezugszeichen 56 gekennzeichnet.
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Am
dem zur Venturidüse 12 gerichteten Ende
der Abfangkörper 54 ist
jeweils eine Prallscheibe 58 abgestützt ist, die sich damit im
Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung
der Brenngase erstreckt. Die Abfangkörper 46 und 54 sind
dazu vorgesehen, dass auf ihnen unverbrannte Brennstofftröpfchen auftreffen
und aufgrund der vergleichsweise hohen Temperatur des sich in der
Brennkammer befindenden Abfangkörpers
sofort verdampfen. Die Abfangkörper 46 und 54 dienen
ferner zum Durchmischen der Brenngase, denn die Brenngasströmung wird
am Abfangkörper
abschnittsweise umgelenkt, so dass zumindest lokale Strömungswirbel
entstehen.
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Die
Abfangkörper 46 und 54 sind
jeweils mittels eines Blechs gestaltet, in dem eine Vielzahl runder
und/oder länglicher
Löcher 56 ausgebildet
ist.
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Bei
dem in 4 dargestellten Venturi-Brenner 10 ist
schließlich
noch an der zur Venturidüse 12 gewandten
Seite der Prallscheibe 58 in deren Zentrum eine Mulde 60 ausgebildet
ist. Die Mulde 60 dient als Startkammer zum gezielten Aufheizen
eines begrenzten Bereichs der Brennkammer 14 während eines
Kaltstarts des erfindungsgemäßen Heizgeräts. Um ein
solches begrenztes Aufheizen effizient bewerkstelligen zu können, ragt
der Glühstift 24 mit
seinem von der Venturidüse
abgewandten Ende in die Mulde 60 hinein.
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An
den rohrförmigen
Abfangkörpern 54 gemäß 2 und 4 rechts
ferner an deren äußeren Mantelfläche ein
im Wesentlichen kegelstumpfförmiges
Abfangblech 62 angeordnet, dessen Kegelstumpfbasis 64 zum
Ausgangsbereich der Brennkammer 14 hin gerichtet ist.
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In
dem rohrförmigen
Abfangkörper 54 sind an
dem zur Venturidüse 12 gewandten
Mantelflächenabschnitt 66 im
Wesentlichen längliche
Löcher 56 ausgebildet,
während
in dem zum Ausgangsbereich der Brennkammer 14 gewandten
Mantelflächenabschnitt 68 des
Abfangkörpers 54 im
Wesentlichen runde Löcher 56 ausgebildet
sind. Durch eine derartige Gestaltung von Löchern 56 innerhalb
der Mantelfläche
des Abfangkörpers 5 können Bereiche mit
verschiedenen Strömungswiderständen und
mit verschiedener Verwirbelungswirkung geschaffen werden.
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Das
Strömungsverhalten
der Brenngase in der Brennkammer 14 kann alternativ mit
einem in 3 und 4 links
dargestellten im Wesentlichen radial erstreckenden, scheibenförmigen Abfangblech 70 verbessert
werden.
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An
diesem scheibenförmigen
Abgangblech 70 ist strömungstechnisch
günstig
an dem radial äußeren Randbereich
ein sich im Wesentlichen axial zum Ausgangsbereich der Brennkammer 14 hin
erstreckendes Abfangblech 72 vorgesehen.
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- 10
- Venturi-Brenner
- 12
- Venturidüse
- 14
- Brennkammer
- 16
- Nachbrennkammer
bzw. Ausgangsbereich
- 18
- Brennstoffzuführung
- 20
- Drallerzeuger
- 22
- Düsenkörper
- 24
- Glühstift
- 26
- Austrittsbereich
des Düsenkörpers
- 28
- kegelmantelförmige Verteilerkappe
- 30
- Kegelbasis
- 32
- Loch
- 34
- Kegelspitze
- 36
- Außenseite
- 38
- Innenseite
- 40
- Hitzeschild
- 42
- Brennkammerrohr
- 44
- Ringscheibe
- 46
- kegelmantelförmiger Abfangkörper
- 48
- Kegelbasis
- 50
- Kegelspitze
- 52
- Loch
- 54
- rohrförmiger Abgangkörper
- 56
- Loch
- 58
- Prallscheibe
- 60
- Mulde
- 62
- kegelstumpfförmiges Abfangblech
- 64
- Kegelstumpfbasis
- 66
- zur
Venturidüse
gewandter Mantelflächenabschnitt
- 68
- zum
Ausgangsbereich gewandter Mantelflächenabschnitt
- 70
- scheibenförmiges Abfangblech
- 72
- im
Wesentlichen axial gerichtetes Abfangblech