-
Die
Erfindung betrifft ein Zusatzheizgerät mit einem Brenner der Einspritzbauart,
wobei der Brenner zumindest abschnittsweise von einem Abgasrückführbereich
eingehüllt
ist, der zwischen dem Brenner und einem Abgaswärmetauscher ausgebildet ist
und in dem die vom Brenner erzeugten Verbrennungsgase im Wesentlichen
entgegensetzt zur Strömungsrichtung
im Brenner strömen.
-
Zusatzheizgeräte kommen
vorwiegend in Kraftfahrzeugen als Standheizungen bzw. Zuheizungen
zum Einsatz. Grundsätzlich
werden Zusatzheizgeräte
in Wasser-Zusatzheizgeräte
und in Luft-Zusatzheizgeräte
unterteilt. Bei Wasser-Zusatzheizgeräten wird im Heizgerät ein flüssiger Wärmeträger erhitzt,
der die Wärmeenergie über einen
Wärmekreislauf
weitertransportiert und vorwiegend an einer gewünschten Stelle abgibt. Bei
Luft-Zusatzheizgeräten wird
am Heizgerät
vor beigeführte
Luft erwärmt,
die wiederum einen zu heizenden Raum erwärmt. Bei Wasser-Heizgeräten kamen
bisher auch Venturi-Brenner zum Einsatz, welche einen Brennstoff
mit Luft vermischen und in einen Brennraum einspritzen, in dem er
verbrannt wird. Luft-Heizgeräte
sind in Regel mit einem Brenner der Verdampfungsbauart ausgestattet,
bei dem ein zum Brenner zugeführter Brennstoff
verdampft, mit Luft vermischt und verbrannt wird.
-
Aus
der
DE 35 36 170 A1 ist
ein Zersträubungsbrenner
bekannt. Er weist eine Einspritzdüse auf, der ein Brennstoff
zugeführt
wird. Eine die Einspritzdüse
umfassende Baueinheit ragt in eine Brennkammer, die aus einem Brennrohr
ausgebildet ist und in der ein Einsatz zur Flammstützung angeordnet
ist. Das Brennrohr ist von einer Doppelmantelanordnung umgeben,
in dessen Ringraum ein Heizmedium zirkuliert. Verbrennungsluft und
ein Brennstoff werden in die Brennkammer geleitet, wo die Verbrennung
stattfindet. Die Verbrennungsgase treten aus der Brennkammer nach
eigener Umlenkung am von einem Zersträubungsbrenner abgewandten Ende
des Brennrohrs zu einem Abgasauslass aus. Das sich im Ringraum befindliche
Heizmedium wird durch die Verbrennungsgase, die in Richtung des
Abgasauslasses geführt
werden, aufgewärmt.
-
Die
DE 102 41 791 A1 offenbart
einen Brenner, der eine Brennkammer und ein mit der Brennkammer
gekoppeltes Flammrohr aufweist. Die Brennkammer ist von einem Ringspalt
zur Zufuhr von Sekundär-
und Tertiärluft
in die Brennkammer umgeben. Der Ringspalt ist durch ein Außenrohr
begrenzt und an einer dem Ringspalt abgewandten Seite des Außenrohrs
ist ein Wärmeträgerraum
ausgebildet.
-
Aus
der
DE 195 34 319
C2 ist ein Einsatz für eine
Kesselanlage, eine Kesselanlage und ein Verfahren zum Betreiben
einer Kesselanlage bekannt. An einem Kessel der Kesselanlage wird
ein Brenner fixiert, der über
ein Flammrohr in den Kessel hineinragt. In einem gewissen Abstand
zu einem Endabschnitt des Flammrohrs ist der Einsatz angeordnet,
so dass sich eine Flamme im Betrieb des Brenners zumindest abschnittsweise
durch den Einsatz erstreckt. Im Betrieb der Kesselanlage und des
Brenners ergibt sich ein gewisses Gasströmungsfeld, bei dem zumindest
ein Teil von dem aus dem Einsatz austretenden Gas erneut in den
Einsatz rückgeführt wird.
-
Die
EP 0 394 800 A1 offenbart
einen Vormischbrenner für
die Heissgaserzeugung. Der Brenner besteht aus zwei hohlen Teilkegelkörpern. Ferner ist
eine Düse
vorgesehen, die einen flüssigen
Brennstoff zuführt.
Die beiden Teilkegelkörper
sind mit Öffnungen
versehen, durch die der gasförmige
Brennstoff strömt,
um sich dann mit Verbrennungsluft zu vermischen. Diese Verbrennungsluft
entsteht aus einer Frischluftzufuhr und aus einem Abgas, der aus der
Verbrennung im Doppelkegelbrenner stammt.
-
Aus
der
DE 102 41 791
B4 ist ein Zusatzheizgerät mit einem Brenner der Einspritzbauart
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 bekannt. Bei diesem Zusatzheizgerät handelt es sich um ein Wasser-Zusatzheizgerät. Bei Verwendung
mit dem beschriebenen Wasser-Zusatzheizgerät und einem Wärmetau scher
mit einem Innenvolumen von etwa 330 cm
3 kann
der Venturi-Brenner in einem Leistungsbereich von 3–5 kW betrieben
werden. Für künftige Generationen
von Zusatzheizgeräten
ist jedoch ein erweiterter Leistungsbereich in Verbindung mit Brennern
der Einspritzbauart bzw. Düsenbrennern
wünschenswert.
-
Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Zusatzheizgerät bereitzustellen,
bei dem eine verbesserte Brennstoff- und Brennluftaufbereitung erreicht
wird.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen
Ansprüchen.
-
Das
erfindungsgemäße Zusatzheizgerät baut auf
dem gattungsgemäßen Stand
der Technik dadurch auf, dass eine Einspritzdüse des Brenners innerhalb des
Abgasrückführbereichs
in einem Raum angeordnet ist, der einen Brennraum umgibt und von einem
länglichen
Hohlkörper
begrenzt wird, und dem ein Teil der Energie der heißen Verbrennungsgase abgegeben
wird. Durch diese Maßnahmen
ist ein Raum geschaffen, der vom Abgasrückführbereich abgeschottet ist
und über
den vorgewärmte
Primär- und
Sekundärluft
in den Brennraum eingeführt
werden kann. Dies wiederum führt
zu einem verbesserten Brennverhalten und zu einem erweiterten Leistungsbereich.
Dadurch, dass eine Einspritzdüse
des Brenners innerhalb des Abgasrückführbereichs angeordnet ist,
kann eine erhöhte
Wärmeeintragung
in den Bereich, in dem die Einspritzdüse angeordnet ist, erreicht
werden. Dies führt
zu einer verbesserten Brennstoffaufbereitung, wie beispielsweise
einer Brennstoffvorwärmung,
wodurch sich der Leistungsbereich des Brenners bei zumindest gleicher
Lebensdauer des Zusatzheizgerätes
erweitern lässt.
Insbesondere kann dadurch eine Leistungsbereichsspreizung (Modulation)
erreicht werden, d. h. sowohl eine Absenkung unter die bisherige
minimale Leistung mit der der Brenner betreibbar ist als auch eine
Anhebung über
den bisherigen Maximalwert. Bevorzugter Weise lässt sich dadurch die Leistungsbereichsspreizung
(Verhältnis
von maximaler Heizleistung des Brenner zu minimaler Heizleistung
des Brenners) mit der der Brenner bei zumindest gleicher Lebensdauer betreibbar
ist auf über
4 anheben. Diese Anhebung beträgt
bevorzugter Weise über
5. In noch weiter bevorzugter Weise lässt sich dieser Wert auf über 6 und idealer
Weise auf über
7 anheben.
-
Darüber hinaus
kann das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät in vorteilhafter
Weise dadurch weitergebildet sein, dass die Einspritzdüse Brennstoff
in einen Brennraum einspritzt und an den Brennraum gegenüberliegend
zur Einspritzdüse
ein Flammraum anschließt,
dessen Querschnittsfläche
senkrecht zur Längsrichtung
des Zusatzheizgerätes
größer ist
als die dazu parallele Querschnittsfläche des Brennraums. Die Maßnahme des
vergrößerten Flammraums
hat den Vorteil, dass eine Leistungserhöhung ohne eine Verkürzung der
Lebensdauer erreicht werden kann. Diese verbesserte Flammausbreitung
und das veränderte
Strömungsverhalten
bestätigten
in Versuchen einen deutlich erweiterten Leistungsbereich bei zumindest
gleicher Lebensdauer des Heizgerätes.
Des Weiteren kann dadurch ein verbessertes Ausbrandverhalten erreicht
werden. Außerdem kann
durch das vergrößerte Volumen
eine Homogenisierung der Verbrennungstemperatur erreicht werden,
was zu einer Schonung der Brennerbauteile führt. Durch Verbesserung des
Brennverhaltens ist außerdem
eine verminderte Geräusch-
und Qualmentwicklung zu erkennen.
-
Außerdem kann
das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät dadurch
weitergebildet sein, dass der Brenner ein Venturi-Brenner ist. Hierbei
ergeben sich für
einen Venturi-Brenner die vorstehend beschriebenen Vorteile des
erweiterten Leistungsbereichs.
-
Darüber hinaus
kann das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät derart
weitergebildet sein, dass das Zusatzheizgerät ein Luft-Zusatzheizgerät ist. Durch die
Anwendung eines Ventu ri-Brenners in einem Luft-Zusatzheizgerät mit den
vorstehend beschriebenen Maßnahmen
lässt sich
der Leistungsbereich bei Luft-Zusatzheizgeräten beispielsweise von den
bisher üblichen
1,5–5
kW auf 0,8–6
kW erweitern.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur beispielhaft erläutert.
-
Es
zeigt:
-
1 eine
schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Zusatzheizgerätes.
-
Das
Zusatzheizgerät
der Luftheizgeräte-Bauart
umfasst einen Abgaswärmetauscher 10,
in dessen Innenraum ein Brenner 12 angeordnet ist und der
an seiner Außenseite
von Luft umströmt
wird. Die vom Brenner 12 im Innenraum erzeugten heißen Verbrennungsgase
werden mittels des Abgaswärmetauschers 10 auf
die den Abgaswärmetauscher 10 umströmende Luft übertragen,
welche wiederum beispielsweise einen Fahrzeuginnenraum erwärmt. Der Abgaswärmetauscher 10 bildet
einen becherartigen Innenraum aus, in dem der Brenner 12 angeordnet ist.
Der Brenner 12 umfasst eine Venturi-Einspritzdüse 14,
welche einen Brennstoff teilweise verdampft, mit einer Primärluft vermischt
und in einen Brennraum 20 einspritzt. Der Brennstoff wird
dabei mittels einer Brennstoffzuleitung 16 zugeführt und
die Primärluft
wird über
Radialkanäle 18 zugeführt. Der Brennraum 20 wird
durch einen zylinderartigen Brennraumkörper 22 gebildet in
den die Venturi-Einspritzdüse 14 mündet. Benachbart
zur Venturi-Einspritzdüse 14 sind
Sekundärluftzuführungen 26 vorgesehen über die
Sekun därluft
in den Brennraum 20 zugeführt wird. Die der Venturi-Einspritzdüse 14 gegenüberliegende
Seite des Brennraumkörpers 22 ist größtenteils
geöffnet,
so dass der Brennraum 20 in einen benachbarten Flammraum 24 mündet. Im Brennraum 20 ist
eine Prallscheibe 40 mit einer darauf vorgesehenen Startkammer 38 angeordnet,
deren Funktionen aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der zum
Brennraum benachbarte Flammraum 24 wird durch ein zylindrisches
Flammrohr 28 ausgebildet, dessen Durchmesser bzw. dessen
Querschnittsfläche
senkrecht zur Längsrichtung
des Zusatzheizgerätes
(von links nach rechts in 1) größer als
der Durchmesser bzw. die Querschnittsfläche des Brennraumes 20 ist.
Das Flammrohr 28 geht im Bereich der Verbindungsstelle
zwischen Brennraum 20 und Flammraum 24 in ein
Außenrohr 30 (länglicher
Hohlkörper) über, welches
sich von dieser Verbindungsstelle in Richtung aus dem Abgaswärmetauscher 10 heraus
erstreckt. Der Durchmesser des Außenrohrs 30 ist im
Vergleich zum Flammrohr 28 leicht vergrößert.
-
Im
Betrieb strömen
die heißen
Verbrennungsgase aus dem Brennraum 20 in den Flammraum 24 und
von dort gegen die Innenseite des Abgaswärmetauschers 10. An
der Innenseite des Abgaswärmetauschers 10 werden
die Verbrennungsgase umgelenkt, so dass sie mit im Wesentlichen
entgegengesetzter Strömungsrichtung
in einem Abgasrückführbereich 32 zwischen
der Innenseite des Abgaswärmetauschers 10 und
der Außenseite
des Brenners 12 nach links in 1 strömen und über einen
nicht dargestellten Auslass aus dem Abgaswärmetauscher 10 austreten.
Während
des Strömens
im Abgasrückführbereich 32 geben
die heißen
Verbrennungsgase Wärmeenergie
an den Abgaswärmetauscher 10 ab.
Neben dem Übergang
der Wärmeenergie
auf den Abgaswärmetauscher 10 wird
ein Teil der Wärmeenergie
der heißen
Verbrennungsgase auch in einen Raum 34 abgegeben, in dem
die Venturi-Einspritzdüse 14 vollständig angeordnet
ist und über
den Primär-
und Sekundärluft
in die Venturi-Einspritzdüse 14 bzw.
in den Brennraum 20 zugeführt wird. Dadurch werden der
durch die Venturi-Einspritzdüse 14 zugeführte Kraftstoff,
die Primärluft
und die Sekundärluft
vorgewärmt,
was zu einem verbesserten Brennverhalten führt. Des Weiteren führt dies
zu einer verbesserten Brennstoffaufbereitung, d. h. vor allem zu
einer erhöhten
Verdampfungsrate des flüssigen
Brennstoffes in der Venturi-Einspritzdüse 14. Dies kann insbesondere
bei einem Betrieb mit niedriger Leistung dazu führen, dass die Flamme des Brenners 12 im
Wesentlichen im Inneren der Venturi-Einspritzdüse 14 brennt.
-
Bezugszeichen
36 kennzeichnet
eine ungefähre
Volumenerweiterung gegenüber
dem bisherigen Zusatzheizgerät
mit dem Venturi-Brenner vom Stand der Technik, welches in
DE 102 41 791 B4 beschrieben
ist. Diese Volumenerweiterung ergibt sich dadurch, dass das bisherige
Volumen des Wärmetauschers,
mit dem Venturi-Brenner betrieben wurden, etwa 330 cm
3 betrug.
Hingegen weist der im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Wärmetauscher
ein Volumen von etwa 1500 cm
3 auf.
-
Obwohl
im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
ein Luft-Zusatzheizgerät
eingesetzt wird, können
die Vorteile der vorliegenden Erfindung auch im Zusammenhang mit
einem Wasser-Zusatzheizgerät
genutzt werden.
-
Außerdem kann,
obwohl im vorstehenden Ausführungsbeispiel
im Brennraum 20 eine Prallscheibe 40 mit darauf
befindlicher Startkammer 38 vorgesehen ist, die Startkammer 38 und
zusätzlich die
Prallscheibe 40 weggelassen werden, um somit Kosten einzusparen.
Durch das der Flammbildung zur Verfügung stehende vergrößerte Volumen
sind diese Element nicht mehr zwangläufig erforderlich.
-
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.
-
- 10
- Abgaswärmetauscher
- 12
- Brenner
- 14
- Venturi-Einspritzdüse
- 16
- Brennstoffzuleitung
- 18
- Radialkanäle
- 20
- Brennraum
- 22
- Brennraumkörper
- 24
- Flammraum
- 26
- Sekundärluftzuführungen
- 28
- Flammrohr
- 30
- Außenrohr/länglicher
Hohlkörper
- 32
- Abgasrückführbereich
- 34
- Brennraum
umgebender Raum
- 36
- Volumenerweiterung
bzgl. Stand der Technik
- 38
- Startkammer
- 40
- Prallscheibe