DE19934488A1 - Brennstoffbetriebenes Heizgerät - Google Patents
Brennstoffbetriebenes HeizgerätInfo
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Abstract
Brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere Fahrzeugzusatz- bzw. Standheizgerät, mit einem Brenner (2), der in eine Brennkammer (4) ragt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die der Flamme (5) des Brenners (2) ausgesetzten, aus metallischem Werkstoff bestehenden Bestandteile (3, 14) der Brennkammer (4) zumindest teilweise mit Keramikmaterial beschichtet sind (Beschichtung 16, 17).
Description
Die Erfindung betrifft ein brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere ein
Fahrzeugzusatz- bzw. Standheizgerät mit einem Brenner, der in eine Brennkammer ragt.
Die Brennkammer und die gegebenenfalls in ihr angeordneten Bestandteile des Brenners
sind üblicherweise aus Stahlblech-, Gußeisen- oder Sinterteilen hergestellt. Durch
intensiven Ausbrand auf relativ kleinem Volumen werden die Brennkammer-Bestandteile
thermisch stark belastet. Die Masse der Brennkammer-Bestandteile führt zu langen
Aufheizzeiten und damit zu einer schlechten Startqualität. Insbesondere die unmittelbar zur
Flamme angeordneten Bestandteile, wie etwa Flammhalter, unterliegen der Gefahr einer
Verformung, Undichtigkeit und damit kurzen Standzeit sowie gegebenenfalls zu einer
unerwünschten Ableitung von Wärme. Falls in Betracht gezogen wird, den Bauraum
zusätzlich zu verkleinern, führt dies zu einer besseren Brennstoffaufbereitung, aber auch zu
erhöhten Bauteiltemperaturen und damit zu einer Verringerung der Standzeit.
Diese Probleme werden zumindest teilweise durch die in der DE-A1-33 41 490
vorgeschlagene Maßnahme verringert, gemäß der das die Brennkammer begrenzende
Brennrohr aus Keramikmaterial hergestellt ist. Ein derartig vollständig aus
Keramikmaterial bestehendes Brennrohr ist jedoch teuer und hat außerdem den Nachteil,
daß seine Befestigung innerhalb des Heizgeräts nicht unproblematisch ist. Einen großen
Nachteil für baugrößenoptimierte Brenner stellen auch die notwendigen dicken
Wandstärken von Keramikbauteilen dar.
Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
brennstoffbetriebenes Heizgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei günstigen
Herstellungskosten problemlos montierbar ist, günstige Eigenschaften hinsichtlich der
Verbrennung und hohe Standzeiten gewährleistet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demnach ist mit anderen Worten erfindungsgemäß vorgesehen, die durch die Flamme des
Brenners des brennstoffbetriebenen Heizgeräts belasteten Teile zumindest teilweise mit
Keramikmaterial zu beschichten. Diese Beschichtung führt zu einer Isolierung dieser
Bauteile vor der Hitzebelastung der Flamme und zu einer Erhöhung der
Oberflächentemperatur. Durch die Beschichtung wird in den beschichteten Bereichen der
Bauteile weniger Wärme nach außen abgeleitet. Im Falle einer beschichteten
Innenwandung der Brennkammer führt dies zu einer Vermeidung des sogenannten
Quentscheffekts, d. h. der Selbstlöschung an relativ kalten Bauteilen durch zu geringen
Abstand der Flamme von diesen. Die im Beschichtungsbereich heißeren Wände
ermöglichen insgesamt eine schadstoffärmere Verbrennung.
Vorteilhafterweise wird als Keramikmaterial Zirkonoxid eingesetzt.
Die Schichtdicke des Keramikmaterials beträgt zwischen 0,01 und 1,0 mm und bevorzugt
0,05 bis 0,5 mm.
Ein bevorzugter Keramikmaterial-Beschichtungsbereich ist die Innenseite eines
Brennrohrs, welche die Brennkammer begrenzt. Alternativ hierzu können auch weitere
Bestandteile in der Brennkammer beschichtet sein, wie etwa ein Flammhalter oder die
Flamme umschließende Blenden.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme einer Beschichtung der kritischen
Brennkammerteile mit Keramik kann der Brennraum durch Intensivierung des Ausbrands
verkleinert werden. Außerdem ist ein Einsatz geringerer Massen (im Vergleich zu Blechen,
die eine gewisse Dicke brauchen, um nicht vorzeitig durchzubrennen) an hochbelasteten
Bauteilen möglich und damit eine schnellere Aufheizung gewährleistet.
Durch die erfindungsgemäße Beschichtung kritischer Bestandteile der Brennkammer
werden hohe Oberflächentemperaturen aufgrund des geringen Wärmeleitkoeffizienten des
Keramikmaterials erzielt, was zu einem guten Ausbrand führt.
Ein weiterer sich durch die Erfindung ergebender Vorteil besteht in einer Unterstützung der
Brennstoffaufbereitung, da größere Tröpfchen, die an der Innenwand der Brennkammer
bzw. des Brennrohrs abgeschieden werden, aufgrund der dort herrschenden sehr hohen
Wandtemperatur rasch verdampft werden, was zu guten Brennwerten führt.
Die Keramikmaterial-Beschichtung in der Brennkammer führt außerdem im Vergleich zu
einer unbeschichteten Brennkammer zu einem geringeren Koksaufbau, sodaß die
Verbrennungsgüte auch bei fortschreitender Lebensdauer eines Heizgeräts nicht wesentlich
abfällt.
Ein weiterer Vorteil der Keramikmaterial-Beschichtung besteht in der besseren
Startfähigkeit durch schnelleren Temperaturanstieg in der Brennkammer und einer
längeren Standzeit aufgrund einer größeren Temperaturbelastbarkeit der Keramikmaterial-
Beschichtung im Vergleich zu nicht-beschichtetem Brennkammermaterial, wie etwa Blech.
Die mit Keramikmaterial beschichteten kritischen Teile der Brennkammer haben außerdem
im Vergleich zu dem vorstehend erläuterten Stand der Technik mit aus Keramikmaterial
bestehendem Brennrohr den Vorteil, daß beschichtete Blech- und dergleichen Teile
kostengünstiger sind als Keramikvollmaterialteile und problemloser befestigt werden
können als diese, da die Beschichtungsteile nicht unmittelbar zur Befestigung verwendet
werden müssen, sondern hierfür die metallischen Trägerteile herangezogen werden können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur
zeigt schematisch eine Längsschnittansicht eines brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgeräts
mit erfindungsgemäßen Keramikmaterial-Beschichtungen auf der Brennrohrinnenseite und
am innenliegenden Ende des Flammhalters.
Ein brennstoffbetriebenes Heizgerät ist im Beispiel als Fahrzeugzusatzheizgerät
1 ausgebildet. Das Fahrzeugzusatzheizgerät 1 enthält einen schematisch angedeuteten
Brenner 2, der über nicht gezeigte Versorgungsleitungen mit Brennstoff und Brennluft
versorgt wird. Der Brenner 2 ragt in eine Brennkammer 4, die von einem Brennrohr 3
begrenzt ist. Mit 5 ist schematisch eine Flamme in der Brennkammer 4 angedeutet. Die
Brennkammer 4 ist von einem Ringraum 6 umgeben, in welchem bei der Verbrennung
entstehende Verbrennungsgase in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung in der
Brennkammer 4 zu einem Verbrennungsgasauslaß 7 geleitet werden. Der Ringraum 6 ist
mantelartig von einer Wärmeübertragungseinrichtung 8 umgeben, die als
wärmeübertragendes Material beispielsweise Wasser enthält, das über einen Einlaß 9
eingeleitet wird und über einen Auslaß 10 austritt. Von der dem Ringraum 6 zugewandten
Wandung der Wärmeübertragungseinrichtung 8 ragen Lamellen 18 in den Ringraum 6.
Der Querschnitt des von den Verbrennungsgasen durchströmten Ringraums 6 verengt sich
in Richtung des Verbrennungsgasauslasses 7. Insbesondere verengt sich der Querschnitt
des Ringraums 6 bei der dargestellten AusfiYhrungsform stetig, und der Querschnitt des
Ringraums 6 hat vorzugsweise konischen Verlauf. Am brennerseitigen Ende der
Brennkammer 4 bildet ein Aufsatz 11 mit einem abschnittsweise konischen Verlauf eine
Begrenzungswand 12 des Ringraums 6.
In der Figur ist das Brennrohr 3 in Form eines Kegelstumpfes gebildet und seine
Außenwand bildet die konisch verlaufende Begrenzungswand 13 des Ringraums 6. Der
durchmesserkleinste Teil des Kegelstumpfes ist im Bereich des vom Brenner 2
abgewandten Endes der Brennkammer 4 vorgesehen, und der durchmessergrößte Teil des
Kegelstumpfes befindet sich im Bereich des brennerseitigen Endes der Brennkammer 4
und in der Nähe des Bereichs des Verbrennungsgasauslasses 7.
Im übrigen ist zwischen der Außenwand des Brennerrohrs 3 und dem Aufsatz 11 ein
Zwischenraum 20 belassen, in welchem Verbrennungsgase über das vom Brenner 2
abgewandte Ende eintreten. Diese Verbrennungsgase im Zwischenraum 20 schirmen die
Wärmestrahlung von der Außenwandung des Brennrohrs 3 ab. Hierdurch bleibt das
Brennrohr 3 heißer und die Verbrennung in der Brennkammer 4 kann zu günstigeren
Bedingungen ablaufen. Außerdem wird auch das vom Verbrennungsgasauslaß 7 strömende
Verbrennungsgas nicht durch Wärmestrahlung vor dem Verlassen des Fahrzeugheizgeräts
1 nochmals erwärmt, so daß sich die Verbrennungsgastemperatur im Bereich des
Verbrennungsgasauslasses 7 senken läßt.
In einem dem Brenner 2 nahen Bereich der Brennkammer 4 ist innenliegend am Brennrohr
3 ein kreisringförmiger Flammhalter 14 ausgebildet, der beispielsweise durch Schweißen
mit dem Brennrohr 3 verbunden ist. Dieser ringförmige Flammhalter 14 besteht ebenso aus
Stahlblech wie das Brennrohr 3 und diese zumindest teilweise der Flamme 5 ausgesetzten
Teile des Brenners 2 sind erfindungsgemäß zunächst teilweise mit Keramikmaterial
beschichtet. Demnach befindet sich eine erste Beschichtung 16 aus Keramikmaterial auf
der Innenseite des Brennrohrs 3 in demjenigen Bereich des Brennrohrs 3, der am nächsten
zur Flamme 5 zu liegen kommt. Hierbei handelt es sich um einen mittleren Bereich des
Brennrohrs 3 in Richtung der Brennrohrlängsachse, beabstandet von dem Flammhalter 14
und endend vor dem Verbrennungsgasaustritt am brennerfernen Ende des Brennrohrs 3.
Bei einer Form der Flamme 5, wie sie in der Figur beispielhaft gezeigt ist, handelt es sich
hierbei um den der Flamme 5 am nächsten gelegenen Bereich des Brennrohrs 3. Alternativ
kann grundsätzlich die gesamte Innenseite des Brennrohrs 3 mit Keramikmaterial
beschichtet sein. Da eine derartige vollständige Beschichtung jedoch mit entsprechend
hohen Kosten verbunden ist, ist die in der Figur gezeigte in axialer Richtung begrenzte
teilweise Beschichtung 16 mit Keramikmaterial bevorzugt.
Am inneren Ringrand ist der Flammhalter 14 ebenfalls mit einer Beschichtung 17 aus
Keramikmaterial versehen. Die Beschichtung 17 ist bei der dargestellten Ausführungsform
als eine diesen Ringrand beidseitig sowie frontal zur Flamme 15 umschließende Ringfläche
gebildet und hat einen U-förmigen Querschnitt.
In der Figur sind die Keramikmaterial-Beschichtungen 16 und 17 übertrieben dick
dargestellt. Die Beschichtung 16 bzw. 17 hat eine Dicke zwischen 0,01 und 1,0 mm und
bevorzugt eine Dicke zwischen 0,05 und 0,5 mm. Als Keramikmaterial kommt
beispielsweise Zirkonoxid in Betracht. Grundsätzlich ist auch anderes Keramikmaterial
einsetzbar, das für den vorliegenden Zweck geeignet ist, der darin besteht, die jeweiligen
relativ dünnwandigen Blechteile (Brennrohr 3 bzw. Flammhalter 14) vor der hohen
Hitzebelastung durch die Flamme 5 zu schützen und die Oberflächentemperatur an diesen
Teilen zu erhöhen, wodurch sich aufgrund des geringen Wärmeleitkoeffizienten des
Keramikmaterials ein guter Ausbrand der Flamme ergibt. Infolge der hohen
Wandtemperatur im Bereich der Keramikmaterial-Beschichtung 16 auf der Innenseite des
Brennrohrs 3 wird die Brennstoffaufbereitung gefördert, weil große Brennstofftröpfchen,
die an diesem Wandbereich abgeschieden werden, aufgrund der hohen Wandtemperatur
verdampft werden. Hierdurch ergeben sich gute Brennwerte. Ein weiterer Vorteil der
Keramik-Beschichtung 16 bzw. 17 besteht in einem vergleichsweise geringeren
Koksaufbau an den beschichteten Brennerteilen im Vergleich zu unbeschichteten
Brennerteilen im unmittelbaren Einflußbereich der Flamme 5. Ein weiterer Vorteil ist die
bessere Startqualität des Fahrzeugzusatzheizgeräts 1 aufgrund eines schnelleren
Temperaturanstiegs im kritischen Innenwandbereich des Brennrohrs 3, an welchem die
Beschichtung 16 vorgesehen ist. Als unmittelbare Folge des Schutzes der beschichteten
Brennerteile ergibt sich eine längere Standzeit dieser Teile aufgrund größerer
Temperaturbelastbarkeit des Keramikmaterials.
Bei der Auswahl des Keramikmaterials wird vorzugsweise eines mit einem
Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt, der nahe bei dem des Stahls liegt. Hierdurch
wird eine gute Standzeit, die Fähigkeit große Temperaturunterschiede in kurzer Zeit zu
ertragen sowie ein gutes Haftvermögen erzielt. Das Haftvermögen wird eventuell in
Verbindung mit einer Trägerschicht und/oder chemisch-physikalischen Vorbehandlung des
Stahls erhöht.
1
Fahrzeugzusatzheizgerät insgesamt
2
Brenner
3
Brennrohr
4
Brennkammer
5
Flamme
6
Ringraum
7
Verbrennungsgasauslaß
8
Wärmeübertragungseinrichtung
9
Einlaß für Wärmeübertragungsmedium
10
Auslaß für Wärmeübertragungsmedium
11
Aufsatz
12
Begrenzungswand von Aufsatz
11
13
Begrenzungswand, gebildet von Brennrohr
3
14
Flammhalter
16
Keramik-Beschichtung
17
Keramik-Beschichtung
18
Lamellen
20
Zwischenraum
Claims (10)
1. Brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere Fahrzeugzusatz- bzw.
Standheizgerät, mit einem Brenner (2), der in eine Brennkammer (4) ragt, dadurch
gekennzeichnet, daß die der Flamme (5) des Brenners (2) ausgesetzten, aus
metallischem Werkstoff bestehenden Bestandteile (3, 14) der Brennkammer (4)
zumindest teilweise mit Keramikmaterial beschichtet sind (Beschichtung 16, 17).
2. Heizgerät nach Anspruch 1, wobei die Brennkammer (4) durch ein Brennrohr (3)
begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikmaterial-Beschichtung (16)
zumindest auf der Innenseite des Brennrohrs (3) vorgesehen ist.
3. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikmaterial-
Beschichtung (16) zumindest an den Stellen der Innenseite des Brennrohrs (3)
vorgesehen ist, die nahe zur Flamme (5) gelegen sind.
4. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Keramikmaterial-Beschichtung (17) auf einem die Flamme (5) umschließenden
Flammhalter (14) vorgesehen ist.
5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Keramikmaterial-Beschichtung auf die Flamme (5) umschließenden Blenden
vorgesehen ist.
6. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Keramikmaterial der Beschichtung (16, 17) Zirkonoxid umfaßt.
7. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Keramikmaterial-Beschichtung (16, 17) 0,01 bis 1,0 mm dick ist.
8. Heizgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikmaterial-
Beschichtung (16, 17) 0,05 bis 0,5 mm dick ist.
9. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die
Keramikschicht mittels einer auf die Bauteile (3, 14) aufgebrachten Trägerschicht
befestigt wird.
10. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß die zu
beschichtenden Bauteile (3, 14) zumindestens an den Stellen, an denen
anschließend die Keramik aufgebracht wird, physikalisch und/oder chemisch
vorbehandelt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999134488 DE19934488A1 (de) | 1999-07-22 | 1999-07-22 | Brennstoffbetriebenes Heizgerät |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1999134488 DE19934488A1 (de) | 1999-07-22 | 1999-07-22 | Brennstoffbetriebenes Heizgerät |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19934488A1 true DE19934488A1 (de) | 2001-02-01 |
Family
ID=7915739
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999134488 Ceased DE19934488A1 (de) | 1999-07-22 | 1999-07-22 | Brennstoffbetriebenes Heizgerät |
Country Status (1)
Country | Link |
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