DE102006031869A1 - Liquid fuel burner device for vehicle, has porous body arranged in outlet area of combustion chamber in gas flow direction behind free-flame area of combustion chamber, where cross-section of chamber is completely received in outlet area - Google Patents

Abstract

The burner device has a combustion chamber (10), where an ignitable gas mixture, which is supplied in an inlet area, is burnable in the combustion chamber and exhaust gas developed by the combustion in the combustion chamber is discharged into an outlet area. A porous body (20) is made of a heat-resistant and porous material, and is arranged in the combustion chamber. The porous body is arranged in the outlet area of the chamber in a gas flow direction behind a free-flame area of the combustion chamber, and the cross-section of the chamber is completely received in the outlet area.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennervorrichtung mit einem Brennraum, in dem ein in einem Eingangsbereich zugeführtes, zündfähiges Gasgemisch verbrennbar ist und in dem durch die Verbrennung entstehende Abgase in einen an einem dem Eingangsbereich entfernten Ende des Brennraums liegenden Ausgangsbereich abführbar sind, wobei in dem Brennraum ein Porenkörper aus einem hitzebeständigen, porösen Material angeordnet ist.The The invention relates to a burner device with a combustion chamber, in which an ignitable gas mixture supplied in an input area can be burned is and in the resulting by the combustion exhaust gases in one at an end of the combustion chamber remote from the entrance area Exit area dischargeable are, wherein in the combustion chamber, a porous body made of a heat-resistant, porous Material is arranged.

Eine derartige Brennervorrichtung ist bekannt aus der DE 37 13 476 A1 . In diesem Dokument wird ein Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeugzusatzheizgerät mit einem als zylindrisches Flammrohr ausgebildeten Brennraum offenbart. An einer Stirnseite des zylindrischen Brennraums wird ein zündfähiges Gasgemisch eingeleitet und gezündet, so dass es im Brennraum in einer Freiflamme verbrennt. Die Wandung des zylindrischen Flammrohrs ist innen mit einem Schalldämpfermaterial, das ein hitzebeständiges, poröses Vlies sein kann, beschichtet. Dieses Vlies wirkt als Absorptionsschalldämpfer für Verbrennungs- und Gasstromgeräusche. Bei einer weiteren, in demselben Dokument offenbarten Brennervorrichtung ist zusätzlich zu einem im Eingangsbereich des Flammrohrs angeordneten Absorptionsbrenner der oben beschriebenen Form ein Satz von Reflexionsschalldämpfern, jeweils bestehend aus einer senkrecht zur Zylinderachse angeordneten, porösen Scheibe mit versetzt angeordneten Durchgangsöffnungen, im hinteren Teil des Flammrohres, d.h. in der Nähe des Ausgangsbereichs, angeordnet. Eine derartige Brennervorrichtung zeigt zwar eine gute Geräuschdämmung; es besteht jedoch, insbesondere bei Ausführungsformen mit kleinem Bauraum, die Gefahr einer unvollständigen Verbrennung und somit einer hohen CO- und NO_x-Konzentration im Abgas, die ggf. durch nachgeschaltete Nachbrenner oder Katalysatoren reduziert werden muss. Dies führt zu einem mehrstufigen Aufbau der Brennervorrichtung und zu vergleichsweise großem Bauraumaufwand.Such a burner device is known from the DE 37 13 476 A1 , This document discloses a heater, in particular a vehicle auxiliary heater with a combustion chamber designed as a cylindrical flame tube. On an end face of the cylindrical combustion chamber, an ignitable gas mixture is introduced and ignited, so that it burns in the combustion chamber in a free flame. The wall of the cylindrical flame tube is internally coated with a muffler material, which may be a heat-resistant, porous non-woven. This fleece acts as an absorption silencer for combustion and gas stream noise. In another burner apparatus disclosed in the same document, in addition to an absorption burner of the above-described type arranged in the entrance area of the flame tube, there is a set of reflection silencers, each consisting of a porous disc arranged offset perpendicular to the cylinder axis with staggered passage openings in the rear part of the flame tube. ie near the exit area. Although such a burner device shows a good noise insulation; However, there is, especially in embodiments with a small space, the risk of incomplete combustion and thus a high CO and NO _x concentration in the exhaust gas, which may need to be reduced by downstream afterburner or catalysts. This leads to a multi-stage construction of the burner device and to a comparatively large space requirement.

Aus der DE 10 2004 049 903 A1 ist eine weitere, ebenfalls gattungsgemäße Brennervorrichtung bekannt. Bei dieser Brennervorrichtung handelt es sich um einen so genannten Porenbrenner. Beim Porenbrenner erfolgt die Verbrennung des Gasgemisches nicht als Freiflamme sondern als stabilisierte Flamme innerhalb des Porenkörpers. Dabei bildet der Porenkörper den eigentlichen Brennraum. Das heißt, in seinem Eingangsbereich wird der Porenkörper mit einem zündfähigen Gasgemisch beschickt, welches im Porenkörper gezündet und verbrannt wird. Der Porenbrenner unterscheidet sich grundsätzlich vom Freiflammbrenner und hat unterschiedliche Einsatzbereiche.From the DE 10 2004 049 903 A1 is another, also generic burner device known. This burner device is a so-called pore burner. In the case of the pore burner, the combustion of the gas mixture does not take place as a free flame but as a stabilized flame within the pore body. The pore body forms the actual combustion chamber. That is, in its entrance area, the porous body is charged with an ignitable gas mixture which is ignited in the pore body and burned. The pore burner differs fundamentally from the free flame burner and has different areas of application.

Aus der DE 36 14 440 A1 ist ein Heizungsgerät mit Nachbrenner bekannt. Wie oben bereits erwähnt, ist es, insbesondere bei kleinvolumigen Brennern häufig erforderlich, mit Hilfe eines Nachbrenners die Qualität der Abgase zu verbessern. In der genannten Druckschrift wird ein solcher Nachbrenner offenbart, der als ein metallischer Hohlzylinder dem Ausgangsbereich des eigentlichen Brennraums nachgeschaltet ist. Hierdurch wird der axiale Bauraum der Gesamtvorrichtung wesentliche erhöht.From the DE 36 14 440 A1 is a heater with afterburner known. As already mentioned above, it is often necessary, especially with small-volume burners, to improve the quality of the exhaust gases with the aid of an afterburner. In the cited document, such an afterburner is disclosed, which is connected downstream of the output region of the actual combustion chamber as a metallic hollow cylinder. As a result, the axial space of the overall device is substantially increased.

Aus der DE 103 44 979 A1 ist eine Brennervorrichtung bekannt, die im Eingangsbereich des Brennerraums einen Porenkörper als vorgeschaltetes Zündelement enthält. Der Porenkörper ist hier elektrisch vorgeheizt und wird mit dem zündfähigen Gasgemisch beschickt, das im Porenkörper weiter verdampft und gezündet wird. Der sich anschließende Brennraum wird dann mit dem aus dem Porenkörper austretenden Heißgas beschickt.From the DE 103 44 979 A1 a burner device is known which contains a porous body as an upstream ignition element in the input region of the burner chamber. The pore body is electrically preheated here and is charged with the ignitable gas mixture, which is further vaporized and ignited in the pore body. The adjoining combustion chamber is then charged with the hot gas emerging from the pore body.

DE 85 18 133 U1 offenbart einen Ölbrenner, dessen Flamme nach Art eines Glühstrumpfs von einem porösen Keramikkörper ummantelt ist. DE 85 18 133 U1 discloses an oil burner whose flame is enveloped in the manner of a Glühstrumpfs of a porous ceramic body.

DE 43 17 554 C2 offenbart eine Brennervorrichtung, die im Eingangsbereich des Brennraums einen kleinvolumigen Poren körper aufweist. Die in diesem Dokument offenbarte Brennervorrichtung dient insbesondere der Verbrennung flüssigen Brennstoffs, der zusammen mit Primärluft in den Eingangsbereich des Brennraums eingespeist und dort verdampft wird. Der Porenkörper in diesem Bereich dient als Tropfenfang für eventuelle Brennstofftropfen, die sich bei unvollständiger Verdampfung bilden können. DE 43 17 554 C2 discloses a burner device having a small volume pores body in the input area of the combustion chamber. The burner device disclosed in this document is used in particular for the combustion of liquid fuel, which is fed together with primary air into the input area of the combustion chamber and vaporized there. The pore body in this area serves as a drip catcher for any fuel droplets that may form in the event of incomplete evaporation.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Freiflammbrenner derart weiterzubilden, dass bei gleich bleibender Emissionsqualität ein kleinerer Bauraum ermöglicht und vorzugsweise der Wirkungsgrad des Brenners erhöht wird.It the object of the present invention is to provide a generic free-flame burner of this type to further develop that with a constant emission quality a smaller Space permits and Preferably, the efficiency of the burner is increased.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These The object is solved by the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.advantageous Embodiments and developments emerge from the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Brennervorrichtung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Porenkörper in Gasstromrichtung hinter einem Freiflammbereich des Brennraums im Ausgangsbereich des Brennraums angeordnet ist und den Querschnitt des Brennraums im Ausgangsbereich vollständig einnimmt. Dem liegt die Idee zugrunde, den häufig erforderlichen Nachbrenner in Form eines Porenkörpers in den Brennraum selbst zu integrieren. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit des Nachschaltens eines separaten Nachbrenners, wodurch der benötigte Bauraum verringert wird. Während des Betriebs des Brenners heizt sich der Porenkör per nämlich auf die Temperatur des Brennraums auf, so dass an seiner durch die Poren wesentlich vergrößerten inneren Oberfläche eine effiziente Nachverbrennung stattfinden kann. Dieser Effekt kann, wie bei einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, noch dadurch verbessert werden, dass die innere Porenoberfläche des Porenkörpers mit einem katalytischen Material belegt ist. Dies schließt auch die Möglichkeit ein, dass der Porenkörper selbst aus einem katalytischen Material gebildet ist. Neben der günstigen Nachverbrennung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung weitere Vorteile auf. So kann der Porenkörper in besonderen Fällen als eine hilfsweise Zündquelle dienen. Bricht nämlich wegen kurzzeitigen Brennstoffmangels die Freiflamme im Brennraum zusammen, behält der Porenkörper im rückwärtigen Bereich des Brennraums aufgrund seiner hohen Wärmekapazität die hohe Brennraumtemperatur zunächst bei. Setzt dann der Zustrom zündfähigen Gasgemischs wieder ein, kann das Gas an dem noch heißen Porenkörper erneut zünden, so dass sich im vorgelagerten Bereich des Brennraums wieder eine Freiflamme ausbilden kann. Ein weiterer Vorteil, der sich durch den Porenkörper ergeben kann, besteht in dessen Schalldämpfender Wirkung. Diese Wirkung kann sich unter anderem insbesondere dadurch ergeben, dass aufgrund der vorzugsweise laminieren Flammen in dem Porenkörper weniger Geräuschemissionen freigesetzt werden.The burner device according to the invention builds on the generic state of the art in that the pore body is arranged in the gas flow direction behind a free flame region of the combustion chamber in the output region of the combustion chamber and completely occupies the cross section of the combustion chamber in the output region. This is based on the idea to integrate the often required afterburner in the form of a pore body in the combustion chamber itself. This eliminates the need for Downstream of a separate afterburner, whereby the required space is reduced. During operation of the burner, the pore body is heated up to the temperature of the combustion chamber, so that an efficient afterburning can take place at its inner surface, which is substantially enlarged by the pores. This effect can, as provided in an advantageous embodiment, be further improved by the fact that the inner pore surface of the pore body is covered with a catalytic material. This also includes the possibility that the pore body itself is formed of a catalytic material. In addition to the favorable afterburning, the device according to the invention has further advantages. Thus, the pore body can serve as an auxiliary ignition source in special cases. Because breaks the free flame in the combustion chamber because of short-term fuel shortage, the porous body in the rear region of the combustion chamber due to its high heat capacity initially maintains the high combustion chamber temperature. If the influx of ignitable gas mixture then resumes, the gas can ignite again on the still hot pore body, so that a free flame can form again in the upstream region of the combustion chamber. Another advantage that can result from the pore body is its sound-absorbing effect. Among other things, this effect can result, in particular, from the fact that fewer noise emissions are released due to the preferably laminating flames in the pore body.

Günstigerweise ist vorgesehen, dass der Porenkörper etwa ein Drittel bis die Hälfte der Länge des Brennraums einnimmt. Dies ist einerseits ausreichend, damit der Porenkörper seine zuvor geschilderten Aufgaben wahrnehmen kann, andererseits aber auch hinreichend klein, dass im vorgelager ten Teil des Brennraums eine effiziente Freiflammverbrennung stattfinden kann.conveniently, is provided that the pore body about one third to half the length of the Combustion chamber occupies. On the one hand, this is sufficient for the porous body perform his previously described tasks, but on the other hand also sufficiently small that in vorgelager th part of the combustion chamber an efficient free-flame combustion can take place.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Porenkörper aus einem metallischen oder keramischen Stoff gebildet ist. Derartige Stoffe können porös, z.B. in Form eines Vlieskörpers, ausgebildet sein und zeigen eine hohe Hitzebeständigkeit.at an advantageous embodiment The invention provides that the pore body of a metallic or ceramic material is formed. Such materials may be porous, e.g. in the form of a fleece body, be formed and show a high heat resistance.

Bei einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass außerhalb des Brennraums benachbart zu dem Porenkörper eine Wärmetauschervorrichtung angeordnet ist. Es ist bekannt, dass bei Verbrennung in einem Porenkörper ein hoher Anteil an Strahlungswärme entsteht. Diese Strahlungswärme ist besonders effizient auf eine Wärmetauschervorrichtung übertragbar, so dass sich im Rahmen dieser Ausführungsform ein gesteigerter Wirkungsgrad der Gesamtbrennervorrichtung ergeben kann.at a cheap one Further development of the invention is provided that outside arranged a heat exchange device of the combustion chamber adjacent to the porous body is. It is known that when incinerated in a pore body high proportion of radiant heat arises. This radiant heat is particularly efficient transferable to a heat exchanger device, so that in the context of this embodiment, an increased efficiency of the overall burner device.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert.One preferred embodiment The invention will be described by way of example with reference to the drawing explained.

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennervorrichtung in Querschnittsansicht. 1 a schematic representation of an embodiment of the burner device according to the invention in cross-sectional view.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennervorrichtung im Bereich der Brennkammer 10 in Querschnittsansicht. Eingangsseitig der Brennkammer ist eine Venturi-Düse 12 angeordnet, durch die in nicht dargestellter Weise flüssiger Brennstoff und Verbrennungsluft miteinander verwirbelt und als zündfähiges Gas in die Verbrennungskammer 10 eingetragen werden. In der Verbrennungskammer 10 ist ein Flammhalter 14 angeordnet, an dem sich die Wurzel einer Flamme 16 bildet. Die spezielle Ausgestaltung des Flammhalters sowie Zündvorrichtungen etc. sind in der 1 nicht dargestellt. Um die Flamme 16 entsteht ein Heißgasstrom 18, der zu einem ausgangsseitigen Bereich der Brennkammer 10 führt. In diesem Bereich ist ein Porenkörper 20 angeordnet, der von dem Heißgas 18 aufgeheizt wird und in dem eine Nachverbrennung zur Reduzierung der CO und NO_x-Konzentration erfolgt. Die aus dem Porenkörper 20 austretenden Abgase verlassen die Brennkammer 10 durch deren Auslass 22. Nicht dargestellt in 1 ist eine Wärmeaustauschervorrichtung, die vorzugsweise die Brennkammer 10 im Bereich des Porenkörpers 20 umgibt, um von dem erhöhten Anteil von Strahlungswärme, die von dem Porenkörper 20 abgestrahlt wird, zu profitieren. 1 shows a schematic representation of a burner device according to the invention in the combustion chamber 10 in cross-sectional view. On the inlet side of the combustion chamber is a Venturi nozzle 12 arranged, fluidized by the manner not shown in the liquid fuel and combustion air together and as an ignitable gas in the combustion chamber 10 be registered. In the combustion chamber 10 is a flame holder 14 arranged on which is the root of a flame 16 forms. The special design of the flame holder and igniters, etc. are in the 1 not shown. To the flame 16 a hot gas stream is created 18 leading to an exit-side area of the combustion chamber 10 leads. In this area is a pore body 20 arranged by the hot gas 18 is heated and in which an afterburning to reduce the CO and NO _x concentration takes place. The from the pore body 20 exiting exhaust gases leave the combustion chamber 10 through their outlet 22 , Not shown in 1 is a heat exchanger device, preferably the combustion chamber 10 in the area of the pore body 20 surrounds to avoid the increased proportion of radiant heat from the pore body 20 is radiated to benefit.

Im Fall eines Flammabrisses in Folge eines kurzfristigen Brennstoffmangels, etwa durch Blasenbildung in der Brennstoffleitung, kann der Porenkörper 20, der aufgrund seiner hohen Wärmekapazität eine Zündtemperatur länger hält als andere Bereiche der Brennkammer 10, als Zündelement dienen, wenn die Brennstoffzufuhr erneut einsetzt.In the case of a flameout due to a short-term fuel shortage, such as by bubbling in the fuel line, the pore body 20 Due to its high heat capacity, it keeps an ignition temperature longer than other areas of the combustion chamber 10 , serve as an ignition element when the fuel supply starts again.

Natürlich stellt die in der Figur gezeigte und in der Beschreibung diskutierte Ausführungsform nur ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Insbesondere im Bereich der konkreten Formgebung, der Brenngaserzeugung und -zuführung, der Ausgestaltung des Flammhalters 14 und der Anordnung einer Wärmetauschervorrichtung steht dem Fachmann ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten zur Verfügung.Of course, the embodiment shown in the figure and discussed in the description represents only an advantageous embodiment of the present invention. In particular in the field of concrete shaping, fuel gas production and supply, the design of the flame holder 14 and the arrangement of a heat exchanger device, the expert has a wide range of possible variations available.

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

Brennerraumburner chamber

1212

Venturi-DüseVenturi nozzle

1414

Flammhalterflame holder

1616

Flammeflame

1818

HeißgasstromHot gas stream

2020

Porenkörperporous body

2222

BrennraumausgangCombustion chamber output

Claims (6)

Brennervorrichtung mit einem Brennraum (10), in dem ein in einem Eingangsbereich zugeführtes, zündfähiges Gasgemisch verbrennbar ist und in dem durch die Verbrennung entstehende Abgase in einen an einem dem Eingangsbereich entfernten Ende des Brennraums liegenden Ausgangsbereich abführbar sind, wobei in dem Brennraum (10) ein Porenkörper (20) aus einem hitzebeständigen, porösen Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Porenkörper (20) in Gasstromrichtung hinter einem Freiflammbereich des Brennraums (10) im Ausgangsbereich des Brennraums (10) angeordnet ist und den Querschnitt des Brennraums (10) im Ausgangsbereich im Wesentlichen vollständig einnimmt.Burner device with a combustion chamber ( 10 in which an ignitable gas mixture fed into an input region is combustible and in which exhaust gases produced by the combustion can be discharged into an outlet region located at an end of the combustion chamber remote from the input region, wherein in the combustion chamber (in 10 ) a porous body ( 20 ) is arranged from a heat-resistant, porous material, characterized in that the porous body ( 20 ) in the gas flow direction behind a free flame region of the combustion chamber ( 10 ) in the exit region of the combustion chamber ( 10 ) is arranged and the cross section of the combustion chamber ( 10 ) occupies substantially completely in the exit region. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Porenkörper (20) etwa ein Drittel bis die Hälfte der Länge des Brennraums (10) einnimmt.Burning device according to claim 1, characterized in that the porous body ( 20 ) about one-third to one-half the length of the combustion chamber ( 10 ) occupies. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Porenkörper (20) aus einem metallischen oder keramischen Stoff gebildet ist.Burner device according to one of the preceding claims, characterized in that the porous body ( 20 ) is formed of a metallic or ceramic material. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Porenkörper (20) als Vlieskörper ausgebildet ist.Burner device according to one of the preceding claims, characterized in that the porous body ( 20 ) is formed as a nonwoven body. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Porenoberfläche des Porenkörpers (20) zumindest teilweise mit einem katalytischen Material belegt oder aus einem katalytischen Material besteht.Burner device according to one of the preceding claims, characterized in that the inner pore surface of the pore body ( 20 ) is at least partially coated with a catalytic material or consists of a catalytic material. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Brennerraums (10) benachbart zu dem Porenkörper (20) eine Wärmetauschervorrichtung angeordnet ist.Burner device according to one of the preceding claims, characterized in that outside the burner space ( 10 ) adjacent to the porous body ( 20 ) is arranged a heat exchange device.