DE102005054662B4 - Burner for a heater with improved baffle plate - Google Patents
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Abstract
Brenner
für ein
Heizgerät,
insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, mit
– einer
Startzone (18) und einer Ausbrandzone (32),
– einer
Brennerdüse
(12) zum Zuführen
von Brennstoff und Primärluft,
– einer
im Wesentlichen axialsymmetrischen Brennkammer (22),
– einer
in der Brennkammer (22) angeordneten Prallscheibe (36), wobei die
Prallscheibe (36) eine vorgegebene Wölbung in axiale Richtung aufweist
und die Wölbung
in Richtung einer Ausbrandzone (32) vorgesehen ist, und
– einem
Hitzeschild (24) zwischen der Brennerdüse (12) und der Brennkammer
(22), wobei der Hitzeschild Öffnungen
zum Zuführen
von Sekundärluft
in die Brennkammer aufweist und die Öffnungen mit Luftleitelementen
(28, 30) ausgestattet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die
der Ausbrandzone (32) zugeführte
Sekundärluft
einen höheren
Drall als die der Startzone (18) zugeführte Sekundärluft aufweist.Burner for a heater, in particular for use in motor vehicles, with
A start zone (18) and a burnout zone (32),
A burner nozzle (12) for supplying fuel and primary air,
A substantially axially symmetrical combustion chamber (22),
- One in the combustion chamber (22) arranged baffle plate (36), wherein the baffle plate (36) has a predetermined curvature in the axial direction and the curvature is provided in the direction of a Ausbrandzone (32), and
A heat shield (24) between the burner nozzle (12) and the combustion chamber (22), the heat shield having openings for supplying secondary air into the combustion chamber and the openings being provided with air guiding elements (28, 30),
characterized in that the combustion zone (32) supplied secondary air has a higher swirl than the start zone (18) supplied secondary air.
Description
Die Erfindung betrifft einen Brenner für ein Heizgerät, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, mit einer im Wesentlichen axialsymmetrischen Brennkammer und einer in der Brennkammer angeordneten Prallscheibe.The The invention relates to a burner for a heater, in particular for use in motor vehicles, with a substantially axisymmetric Combustion chamber and a baffle plate arranged in the combustion chamber.
Derartige Brenner, die auch als Zerstäubungsbrenner oder als Spray-Brenner bezeichnet werden, kommen insbesondere in Zusatzheizungen und Standheizungen für Kraftfahrzeuge zum Einsatz.such Burner, also called atomizing burner or be referred to as a spray burner, come in particular in Additional heaters and auxiliary heaters for motor vehicles are used.
Es existieren zahlreiche Anforderungen an solche Brenner, insbesondere in Bezug auf ein sicheres und weitgehend emissionsfreies Startverhalten sowie einen stabilen Brennbe trieb. Weiterhin ist man bestrebt, Heizgeräte zu konstruieren, die in unterschiedlichen Einbaulagen zum Einsatz kommen können.It There are numerous requirements for such burners, in particular in terms of safe and largely emission-free starting behavior as well a stable Brennbe drive. Furthermore, efforts are being made to construct heaters, which can be used in different mounting positions.
Im Hinblick auf das Startverhalten müssen verschiedene Betriebsparameter aufeinander abgestimmt werden. Zum einen ist es erforderlich, während des Brennerstarts in der Startzone ein relativ fettes Brennstoff-Luft-Gemisch zur Verfügung zu stellen, andererseits ist die Bereitstellung einer ausreichenden Menge von primärer Brennluft aber erforderlich, um den Transport des Brennstoffs von der Brennstoffnadel zur Startzone zu gewährleisten.in the Regarding the starting behavior have different operating parameters be coordinated with each other. For one thing, it is necessary during the Burner starts in the starting zone a relatively rich fuel-air mixture to disposal On the other hand, the provision of a sufficient Amount of primary Combustion air but required to transport the fuel from to ensure the fuel needle to the start zone.
Die Anforderung, unterschiedliche Einbaulagen des Heizgerätes zu erlauben, hängt mit den Problemen betreffend das Startverhalten zusammen. Um nämlich in der Lage zu sein, bei geringer Primärluftzuführung Brennstoff in die Startzone zu transportieren, hat man bislang in Kauf genommen, die Brennstoffnadel mit nach unten gerichteter Austrittsöffnung zu orientieren; die hatte zur Folge, dass der gesamte Brenner in senkrechter Einbaulage montiert werden musste.The Requirement to allow different mounting positions of the heater, is involved the problems concerning the starting behavior together. To be in to be able to fuel in the starting zone with low primary air supply To transport, you have so far taken into account, the fuel needle with downwardly directed outlet opening to orient; the As a result, the entire burner in vertical installation position had to be mounted.
Um einen stabilen Brennbetrieb des Brenners zu gewährleisten, sind ebenfalls sich mitunter widersprechende Anforderungen zu erfüllen. Zum einen ist stets eine gute Durchmischung von Brennstoff und Luft gefordert, zum anderen ist es im Kernbereich der Flamme und dort insbesondere während der Startphase unerwünscht zu hohe Luftanteile und eine zu hohe Verwirbelung zu verursachen.Around To ensure a stable combustion operation of the burner, are also sometimes contradictory requirements to meet. For one thing, there is always one good mixing of fuel and air required, on the other it is in the core area of the flame and there especially during the Starting phase undesirable To cause high air content and excessive turbulence.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein zuverlässiges und emissionsarmes beziehungsweise qualmarmes Startverhalten bei unterschiedlichen Einbaulagen zu ermöglichen.Of the Invention is the object of the problems outlined The prior art at least partially overcome and in particular a reliable one and low-emission or low-qual- ity starting behavior at to allow different mounting positions.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches gelöst.These The object is achieved with the features of the independent claim.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims specified.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Brenner dadurch auf, dass die Prallscheibe eine vorgegebene Wölbung in axiale Richtung aufweist und dass die Wölbung in Richtung der Ausbrandzone vorgesehen ist. Aufgrund der Wölbung der Prallscheibe liegt eine temperaturunabhängige definierte Formgebung der Prallscheibe vor. Bei eben ausgebildeten Prallscheiben des Standes der Technik ist dies mitunter nicht der Fall, da es temperaturabhängig zu spontanen Formveränderungen kommen kann, die das Brennverhalten des Brenners nachteilig beeinflussen können. Durch die Wölbung in Richtung der Ausbrandzone wird ein ausreichender Raum im Bereich der Startkammer zur Verfügung gestellt. Weiterhin hat es sich erwiesen, dass die Wölbung in Richtung der Ausbrandzone das Strömungsverhalten in dieser Zone nicht negativ beeinflusst. Insbesondere bleibt das verwirbelte ausgeprägte Rückstromgebiet im radial innenliegenden Bereich der Ausbrandzone erhalten.The Invention builds on the generic burner in that the baffle plate has a predetermined curvature in the axial direction and that the bulge is provided in the direction of the burn-out zone. Due to the curvature of the Baffle plate is a temperature-independent defined shape the baffle plate in front. In just trained baffles of the state In technology this is sometimes not the case, as it is temperature-dependent to spontaneous changes in shape can come, which adversely affect the burning behavior of the burner can. Through the vault in the direction of the burn-out zone there will be sufficient space in the area the starting chamber available posed. Furthermore, it has been proven that the curvature in Direction of the burn-out zone, the flow behavior in this zone not negatively affected. In particular, the turbulent pronounced backflow region remains in the obtained radially inner region of the burn-out.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Außenumfang der Prallscheibe eine Ebene definiert und dass das Verhältnis zwischen dem maximalen axialen Abstand der Prallscheibe von dieser Ebene und dem Durchmesser der Prallscheibe zwischen 0,07 und 0,21 liegt. Der am weitesten ausgewölbte Punkt der Prallscheibe liegt bezüglich der Radialkoordinate vorzugsweise im Wesentlichen im Zentrum der Anordnung. Von der Ebene, die der Außenumfang der Prallscheibe definiert, hat dieser Punkt einen axialen Abstand, der durch das angegebene Verhältnis zum Durchmesser definiert ist.According to one preferred embodiment of Invention is provided that the outer periphery of the baffle plate defines a level and that the ratio between the maximum axial distance of the baffle plate from this plane and the diameter the baffle plate is between 0.07 and 0.21. The farthest bulging Point of the baffle plate is relative to the radial coordinate preferably substantially in the center of the Arrangement. From the plane that the outer circumference of the baffle plate defined, this point has an axial distance through the specified ratio is defined to the diameter.
In diesem Zusammenhang ist insbesondere bevorzugt, dass das Verhältnis zwischen dem maximalen axialen Abstand der Prallscheibe von der Ebene und dem Durchmesser der Prallscheibe bei ca. 0,14 liegt. Beispielsweise beträgt der runde Durchmesser der Prallscheibe ca. 40 mm, während die Auswölbung einen Wert von ca. 5,7 mm hat.In In this context, it is particularly preferred that the ratio between the maximum axial distance of the baffle plate from the plane and the diameter of the baffle plate is about 0.14. For example is The round diameter of the baffle plate about 40 mm, while the bulge a Value of about 5.7 mm has.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Brennerdüse zum Zuführen von Brennstoff und Primärluft vorgesehen ist, dass ein Hitzeschild zwischen der Brennerdüse und der Brennkammer vorgesehen ist, wobei der Hitzeschild Öffnungen zum Zuführen von Sekundärluft in die Brennkammer aufweist, und dass die Öffnungen mit Luftleitelementen ausgestattet sind. Ein Hitzeschild ist grundsätzlich nützlich, um die Düse und die Brennstoffzuführung gegen die in der Brennkammer vorliegende Wärmeenergie abzuschirmen. Über den Hitzeschild wird weiterhin Sekundärluft in den Brennraum zugeführt. Indem die Öffnungen zur Sekundärluftzuführung mit Luftleitelementen ausgestattet sind, kann die Zuführung dieser Sekundärluft gezielt erfolgen, so dass der Brennbetrieb, sowohl im Hinblick auf den Startbetrieb als auch beim Dauerbetrieb gezielt beeinflusst werden kann.According to a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that a burner nozzle for supplying fuel and primary air is provided, that a heat shield is provided between the burner nozzle and the combustion chamber, wherein the heat shield has openings for supplying secondary air into the combustion chamber, and that the Openings are equipped with air guide elements. A heat shield is generally useful for shielding the nozzle and the fuel supply from the heat energy present in the combustion chamber. Secondary air is fed into the combustion chamber via the heat shield. By the openings for secondary air supply are equipped with air guide elements, the supply of secondary air can be targeted, so that the burning operation, both in terms of the start-up operation as well as during continuous operation can be selectively influenced.
Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die Luftleitelemente durch in Richtung der Brennkammer vorstehende einstückig mit dem Hitzeschild ausgebildete Laschen gebildet sind. Ein solcher Hitzeschild ist in einfacher Weise zu fertigen, beispielsweise indem mit einem v-förmigen Stanzwerkzeug Laschen geformt werden, die nach oder mit dem Stanzvorgang aus der Ebene des Hitzeschildes herausgebogen werden.Usefully is provided that the air deflectors through in the direction of Combustion chamber projecting in one piece formed with the heat shield tabs are formed. Such a Heat shield is easy to manufacture, for example by with a v-shaped Punching tabs are shaped according to or with the punching process be bent out of the plane of the heat shield.
Die Erfindung ist in nützlicher Weise auch dadurch weitergebildet, dass die Laschen in unterschiedlichen Winkeln zur Oberfläche des Hitzeschildes und/oder zum Radius des Hitzeschildes ausgebildet sind. Erstrecken sich die Laschen nahezu senkrecht zum Radius des Hitzeschildes, so wird durch diese ein starker Drall eingebracht, während durch Laschen mit einem kleineren Winkel zum Radius ein geringerer Drall eingebracht wird. Laschen, die einen kleinen Winkel zur Oberfläche des Hitzeschildes einnehmen, erzeugen Luftströmungen, die eine große radiale Komponente und eine kleine axiale Komponente haben, während bei Laschen mit großen Winkeln zur Oberfläche des Hitzeschildes die axiale Komponente dominiert. Auf diese Weise ist es möglich, Sekundärluft mit geringem Drall in den Kernbereich der Flammenbildung zu leiten. Hierdurch wird einerseits die für die Verbrennung benötigte Luft zugeführt; es liegt jedoch kein übermäßiger Drall vor, der die Stabilisierung der Flamme nachteilig beeinflussen würde. Insbesondere kann eine Aufteilung der Sekundärluft in Abhängigkeit der Ausrichtung der einzelnen Luftleitelemente erfolgen.The Invention is in more useful Way further educated by the fact that the tabs in different Angles to the surface formed of the heat shield and / or the radius of the heat shield are. The tabs extend almost perpendicular to the radius of the Heat shield, it is introduced by this a strong spin, while through Tabs with a smaller angle to the radius a lesser twist is introduced. Tabs that are a small angle to the surface of the Take heat shield, generate air currents that have a large radial Component and have a small axial component while at Tabs with big ones Angles to the surface of the heat shield dominates the axial component. In this way Is it possible, secondary air with little twist into the core area of flame formation. This will be the one for the burning needed Supplied with air; however, there is no excessive spin which would adversely affect the stabilization of the flame. Especially can be a division of secondary air dependent on the alignment of the individual air guide elements take place.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Laschen gruppenweise in im wesentlichen identischen Winkeln zur Oberfläche des Hitzeschildes und/oder zum Radius des Hitzeschildes ausgebildet sind. Durch die kollektive Ausrichtung der Laschen entstehen definierte Strömungszustände in der Brennkammer.According to one another embodiment it is envisaged that the tabs in groups in substantially identical angles to the surface of the Heat shield and / or formed to the radius of the heat shield are. The collective alignment of the tabs creates defined Flow conditions in the Combustion chamber.
Die Erfindung ist weiterhin dadurch nützlich ausgebildet, dass der Brenner eine Ausbrandzone aufweist und dass die der Ausbrandzone zugeführte Sekundärluft einen höheren Drall als die der Startzone zugeführte Sekundärluft aufweist. In der Ausbrandzone ist ein hoher Drall erwünscht. Insbesondere ein radial innenliegendes verwirbeltes Rückstromgebiet verbessert den Ausbrand und sorgt dafür, dass das Brennkammervolumen gut ausgenutzt wird.The Invention is further useful in that the Burner has a burnout zone and that of the burnout zone supplied secondary air one higher Twist than the secondary air supplied to the start zone. In the burnout zone is a high spin desired. In particular, a radially inward swirling backflow region improves the burnout and ensures that the combustion chamber volume is well exploited.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass der Hitzeschild eine Öffnung zur Durchführung eines Zündelementes aufweist.It is further provided that the heat shield an opening to execution an ignition element having.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennerdüse eine Brennstoffnadel zum Zuführen von Brennstoff in den Brenner und eine Primärluftzuführung zum Zuführen von Brennluft in den Brenner aufweist und dass durch die Wahl des Innendurchmessers der Brennstoffnadel die Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoffs so vorbestimmt wird, dass während einer Start- Phase des Brenners Brennstoff in im Wesentlichen unzerstäubter Form eine Startzone erreicht. Durch eine Verringerung des Innendurchmessers der Brennstoffnadel im Vergleich zu Brennstoffnadeln in Heizgeräten des Standes der Technik wird bei gleichem Brennstofffördervolumen die Austrittgeschwindigkeit des Brennstoffs erhöht. Hierdurch gelingt es bei jeglicher Einbaulage, dass ein Brennstoffstrahl von der Austrittsöffnung der Brennstoffnadel in die Startzone gelangt. Insbesondere bei geringer Primärluftmenge, wobei die zugeführte Primärluft zudem noch einen nur geringen Drall aufweisen sollte, kann so ein im Wesentlichen unzerstäubter Brennstoffstrahl die Startzone erreichen. Folglich startet der Brenner sicher, und die Qualmbildung während des Starts wird deutlich verringert.According to one particularly preferred embodiment The invention provides that the burner nozzle is a fuel needle for Respectively of fuel into the burner and a primary air supply to feeding Combustion air has in the burner and that by the choice of the inside diameter the fuel needle the exit velocity of the fuel is so determined that during a Start phase of the Brenners fuel in essentially unperforated form reaches a start zone. By reducing the inner diameter of the fuel needle compared to fuel needles in prior art heaters is at the same fuel delivery volume increases the exit velocity of the fuel. This succeeds in any mounting position that a fuel jet from the outlet of the Fuel needle arrives in the starting zone. Especially at low Primary air, the supplied Primary air in addition should still have a slight twist, such a substantial non-atomised fuel jet reach the starting zone. Consequently, the burner starts safely, and the smoke formation during the start is significantly reduced.
Es ist bevorzugt, dass der Innendurchmesser der Brennstoffnadel zwischen 0,5 und 0,7 mm liegt. Im Vergleich zu Austrittsgeschwindigkeiten bei Brennstoffnadeln des Standes der Technik, bei welchen der Innendurchmesser im Bereich von 0,8 mm liegt, kann die Austrittsgeschwindigkeit bei Innendurchmessern zwischen 0,5 und 0,7 mm nahezu verdoppelt oder sogar mehr als verdoppelt werden.It it is preferred that the inner diameter of the fuel needle between 0.5 and 0.7 mm. Compared to exit speeds in fuel needles of the prior art, in which the inner diameter is in the range of 0.8 mm, the exit velocity at Inner diameters between 0.5 and 0.7 mm almost doubled or even more than doubled.
Besonders bevorzugt ist es, dass der Innendurchmesser der Brennstoffnadel ca. 0,6 mm beträgt. Bei einem solchen Innendurchmesser sind im Volllastbetrieb, das heißt bei einem Brennstoffmassenstrom von 0,5 kg/h Austrittsgeschwindigkeiten von über 0,6 m/s möglich, während bei einem Innendurchmesser von 0,8 mm die Austrittsgeschwindigkeit im Bereich von 0,35 m/s liegt. Entsprechend erhöht sich die Austrittsgeschwindigkeit beim Teillastbetrieb, das heißt bei einem Brennstoffmassenstrom von 0,2 kg/h von circa 0,14 m/s auf circa 0,25 m/s. Bei einer entsprechenden Auswahl baulicher Eigenschaften beziehungsweise von Betriebsparametern kann das Ziel eines im Wesentlichen unzerstäubten Strahls, der beim Start des Heizgerätes die Startzone erreicht, auch mit einer herkömmlichen Brennstoffnadel mit einem Innendurchmesser von ca. 0,8 mm erreicht werden.Especially it is preferred that the inner diameter of the fuel needle about 0.6 mm. at Such an inner diameter are in full load operation, that is at a Fuel mass flow of 0.5 kg / h exit speeds of over 0.6 m / s possible, while at an inner diameter of 0.8 mm, the exit velocity in the range of 0.35 m / s. Accordingly, the exit velocity increases at partial load operation, that is at a fuel mass flow of 0.2 kg / h of about 0.14 m / s to about 0.25 m / s. With a corresponding selection of structural properties or operating parameters, the goal of a substantially non-atomized beam, at the start of the heater the starting zone reached, even with a conventional fuel needle with an inner diameter of about 0.8 mm can be achieved.
Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die Startzone als Startkammer ausgebildet ist, in die ein Zündelement hineinragt. Die Wand der Brennkammer kann auf diese Weise das Zündelement umgeben. Während des Startbetriebs kann der "ballistische" Brennstoffstrahl dann das Zündelement und die Brennkammerwand mit Brennstoff benetzen, so dass die Brennkammerwand und benachbarte Bauteile nach deren Erwärmung als Wandverdampfer dienen.Usefully, it is provided that the starting zone is designed as a starting chamber into which an ignition element protrudes. The wall of Brennkam mer can surround the ignition element in this way. During the starting operation, the "ballistic" fuel jet can then wet the ignition element and the combustion chamber wall so that the combustion chamber wall and adjacent components serve as wall evaporators after being heated.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die neuartigen gewölbte Prallscheibe, insbesondere in Kombination mit der neuartigen Kraftstoffzuführung und dem neuartigen Hitzeschild, das Betriebsverhalten eines Brenners deutlich verbessert werden kann. Dies betrifft insbesondere das Startverhalten, die Stabilität des Brennerbetriebs und die Möglichkeiten im Hinblick auf die Einbaulage des Brenners im Kraftfahrzeug.Of the Invention is based on the finding that by the novel domed Baffle plate, especially in combination with the novel fuel supply and the novel heat shield, the operating behavior of a burner can be significantly improved. This concerns in particular the starting behavior, the stability the burner operation and the possibilities with regard to the installation position of the burner in the motor vehicle.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The Invention will now be described with reference to the accompanying drawings preferred embodiments exemplified.
Dabei zeigt:there shows:
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.at the following description of the preferred embodiments of the invention, like reference characters designate the same or similar Components.
Es wird somit ein neuartiger Spray-Brenner zur Verfügung gestellt, der im Hinblick auf die möglichen Einbaupositionen, das Startverhalten und das Verhalten im Dauerbetrieb verbessert ist. Weiterhin werden Probleme im Hinblick auf temperaturbedingte Formveränderungen der Prallscheibe vermieden.It Thus, a novel spray burner is provided, with regard to on the possible Installation positions, the starting behavior and the behavior in continuous operation is improved. Furthermore, problems with respect to temperature-induced changes in shape the baffle plate avoided.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The in the above description, in the drawings and in the claims disclosed features of the invention can both individually and also in any combination for the realization of the invention be essential.
- 1010
- Brennerburner
- 1212
- Brennerdüseburner
- 1414
- Brennstoffnadelfuel needle
- 1616
- BrennluftzuführungCombustion air feed
- 1818
- Startzonestart zone
- 2020
- Zündelementigniter
- 2222
- Brennkammercombustion chamber
- 2424
- Hitzeschildheat shield
- 2626
- Öffnungopening
- 2828
- Luftleitelementair guide
- 3030
- Luftleitelementair guide
- 3232
- Ausbrandzoneburnout
- 3434
- Öffnungopening
- 3636
- Prallscheibebaffle plate
- 3838
- Flammrohrflame tube
- 4040
- Brennerrohrburner tube
- 4242
- Außenrohrouter tube
- 4444
- Befestigungsstiftfastening pin
- 4646
- Befestigungsstiftfastening pin
- 4848
- Öffnungopening
- 5050
- Brennstoffzuführungfuel supply
- 5252
- Metallrohrmetal pipe
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Legal Events
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---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |