DE3337601C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Heizgerät der vorstehend genannten Art ist beispielsweise aus der DE-PS 9 75 176 bekannt, das insbesondere für Kraftfahr­ zeuge mit Unterflur- oder Heckmotor bestimmt ist.

Bei der Heizvorrichtung nach der DE-PS 9 75 176 ist ein Einschnürring in einem den Brenn­ raum begrenzenden Brennrohr in Form eines Einsatzes ange­ ordnet. Dieser Einschnürring unterteilt den Brennraum in einen Verbrennungsraum und eine Nachverbrennungskammer. Hier­ zu ist der Einschnürring axial in einem Abstand vom Brenner angeordnet und er schließt direkt an die Innenwand des den Brennraum begrenzenden Brennrohrs an.

Aus FR-PS 15 92 178 ist eine Brennkammer für eine Zentral­ heizungsanlage bekannt. Hierbei ist innerhalb einer wasser­ beaufschlagten Innenwand der Brennvorrichtung ein mantelför­ miges Teil angeordnet, das vorzugsweise aus hochtemperatur­ festem Stahl besteht und das die Brennkammer begrenzt. Wie sich aus den Figuren und der Beschreibung der FR-PS 15 92 178 ergibt, sind in der von dem mantelförmigen Teil begrenz­ ten Brennkammer keine weiteren Einsatzteile vorgesehen, und der Brenner wird axial in einem Abstand von dem mantelförmigen Teil nach außen hin gesehen mittels einer Flanschverbindung angebracht.

Aus der DE-PS 30 10 078 ist ein mit flüssigem Brennstoff betrie­ bener Brenner für Heizvorrichtungen mit einem Niederdruck­ zerstäuber bekannt. Zur Erzielung einer selbsttätigen, tem­ peraturabhängigen Steuerung der den Brenner insgesamt durch­ setzenden Primärluftmenge auf besonders einfache, raumsparende und zuverlässige Weise sind in der Primärzusatzluft-Zuleitung eine Ringkammer und in dieser ein ein Luftventil bindender Bimetallring vorgesehen, der den Luftdurchtritt temperaturab­ hängig steuert.

Aus der DE-AS 25 52 265 ist ein Rotationszerstäuber-Brenner be­ kannt. Hierbei erhält man eine solche Ladungsschichtung, daß nur im Bereich der Zündzone, also im Bereich der Kerze, ein verhältnismäßig fettes Gemisch vorhanden ist, um eine zuver­ lässige Zündung zu erreichen. In der Brennkammer ist ein den Rotor in einem Abstand umgebendes, von der Zündkerze durch­ brochenes, dünnwandiges und weitgehend freistehendes Futterblech vorgesehen, das durch die Mitnahme der Zündflamme die Aus­ trittsseite des Brenners in Umfangsrichtung sehr schnell er­ hitzt, so daß es als Verdampfer wirkt und sehr wesentlich zu einer Aufbereitung und Steigerung der Zündwilligkeit des Brenn­ stoff-Luft-Gemisches beiträgt.

Aus der DE-OS 18 03 815 ist eine Anordnung an einer Brennkammer zur Vermeidung einer Verkokung bekannt, bei der im Bereich der Gemischaufbereitungszone und des Brennraums oder des Brennrohrs ein Wärmerohr angeordnet ist, das vorzugsweise als Ringraumzylinder ausgebildet ist. Dieses Wärmerohr bildet eine wärmeleitende und wärmeausgleichende Einrichtung. Ein solches Wärmerohr kann als metallischer Hohlkörper ausgebildet sein, der eine kapillarwirkende Masse, wie ein Kupfergespinst, und eine kleine Flüssigkeitsmenge enthält. Bei Erwärmung des Wärmerohrs verdampft die Flüssigkeit und verteilt durch die Kapillarwirkung die Wärme über die ganze Oberfläche des Wärmerohrs gleichmäßig, so daß der Temperaturgradient ver­ nachlässigbar klein wird. Durch dieses Wärmerohr wird die Brennkammer über ihre gesamte Erstreckung hinweg auf einer gleichmäßig hohen Temperatur gehalten, um eine Verkokung zu verhindern und ein Blaubrennen des vorzugsweise flüssigen Brennstoffs zu erreichen.

Bei allen üblichen, brennstoffbetriebenen Heizgeräten ergeben sich bisher Schwierigkeiten bei der Verbrennung, insbesondere im Hinblick auf die CO₂- und CO-Werte der Abgase und die Ruß­ zahl. Diese Schwierigkeiten bedürfen umso dringlicher einer Lösung, je stärker die Abgasemissionswerte von derartigen Geräten durch gesetzliche Bestimmungen auf immer niedriger werdende Werte beschränkt werden und der Co₂-Wert dabei weit­ gehend der stöchiometrischen Verbrennung entspricht. Eine Reduzierung der Abgasemissionswerte bei solchen Heizgeräten ist bisher nur unter Inkaufnahme eines ungünstigeren Ver­ brennungswirkungsgrades möglich. Auch bereitet die Geräusch­ emission derartiger üblicher Heizgeräte Schwierigkeiten, und es wächst das Bedürfnis nach Heizgeräten mit möglichst gerin­ ger Geräuschemission.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät der genannten Art bereitzustellen, das einen günstigen Verbrennungswirkungsgrad bei niedrigen CO₂- und CO-Werten und einer optimierten Rußzahl hat.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Heizgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 in Ver­ bindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens gelöst.

Bei der Erfindung ragt der die Flamme stützende Einsatz un­ mittelbar im Anschluß des Brenners in das Brennrohr, das die Brennkammer begrenzt. Hierdurch werden die Flamme und die von dieser erzeugte Wärme auf einen möglichst kleinen Raum unmittelbar im Anschluß an die Austrittsseite des Brenners konzentriert. Somit erhält man eine verstärkte Brenn­ gemischverdampfung in diesem Bereich konzentrierter Erwärmung, so daß man sehr günstige Verbrennungsbedingungen und eine we­ sentlich vollständigere Verbrennung gewährleisten kann. Daher läßt sich beispielsweise der CO₂-Wert der Verbrennungsgase auf etwa 15% anheben und es ergibt sich bei der Verbrennung hier­ durch ein günstigerer Wirkungsgrad. Da der Einsatz eine geringe Eigenmasse hat, läßt er sich sehr schnell auf die Betriebs­ temperatur erwärmen, und er kühlt sich auch nach Abschalten des Heizgeräts schnell ab, so daß man beim anschließenden Wiederanschalten des Heizgeräts nur eine sehr kurze Rußphase hat und das Heizgerät auch beim Start eine niedrige Ruß­ zahl hat und im Betrieb nahezu kein Ruß mehr entsteht. Dank der erfindungsgemäßen Auslegung des Heizgeräts lassen sich daher der Wirkungsgrad und auch die Abgasemissionswerte mit konstruktiv wenig aufwendigen Mitteln verbessern.

Bei der Weiterbildung nach Anspruch 2 und den dort vorgese­ henen Bemessungsangaben wird erreicht, daß der Einsatz in seiner Längserstreckung möglichst kurz bemessen ist und daß der vom Einsatz gebildete Raum, in dem die Flamme konzen­ triert wird, hinsichtlich einer vollständigen Verbrennung opti­ mal bemessen ist.

Bei der Auslegung des Heizgeräts nach den Ansprüchen 3 und 4 ist der Einsatz durch die Isolierung von den zum Abgasauslaß strömenden Abgasen, insbesondere in der Nähe des Brenners, wärmeisoliert, um eine Rückerwärmung der Abgase in diesem Be­ reich zu vermeiden. Hierdurch läßt sich die Abgastemperatur bis zu 25°C senken und der feuerungstechnische Wirkungsgrad des Heizgeräts wird weiter verbessert.

Die zweckmäßige Ausgestaltungsform des Heizgeräts nach Anspruch 5 bezieht sich auf einen Hochdruckbrenner mit einer Düse und einem Drallkörper. Hierbei ermöglicht der Einsatz zugleich, daß man auch Düsen mit Düsentoleranzen und größerer Streuungsbreite einsetzen kann, die ein Sprühbild mit einer größeren Streuung liefern, und daß man dennoch die nach der Erfindung angestrebten Vorteile erhält.

Aufgrund der bei der erfindungsgemäßen Auslegung erhaltenen äußerst günstigen Verbrennungsbedingungen wird auch ein geräuschärmerer Betrieb des Heizgeräts ermöglicht, was insbe­ sondere im Hinblick auf Kraftfahrzeugheizungen von Vorteil ist, wenn im Fahrgastraum möglichst wenig Geräusche wahrnehm­ bar sein sollen.

Bei für Haushaltszwecke bestimmten Brennern beispielsweise, bei denen die Wärmeübertragung an das Heizmedium auf andere Weise als beim beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt, kann die Brennkammer auch nur von dem Einsatz gebildet werden, so daß kein Brennrohr vorgesehen zu sein braucht.

Der nach der Erfindung vorgesehene Einsatz kann für Nieder­ druck-, Hochdruck- oder Rotationszerstäuberbrenner bestimmt sein.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Schnittansicht eines Heizgeräts, das einen Hochdruckbrenner mit einer Düse und einem Drallkörper hat.

Hierbei ist das Heizgerät insgesamt mit 1 bezeichnet. Das Heizgerät 1 enthält eine Hochdruckbrenner mit einer Düse 2 und einem in Achsrichtung des Heizgeräts in einem Abstand angeordneten Drallkörper 3. Ferner ist eine Zündeinrichtung 4 für die Zündung des aufbereiteten Brenn­ gemisches in der Nähe der Mündungsöffnung der Düse vorge­ sehen. Eine Brennkammer wird von einem Brennrohr 5 gebildet und die Verbrennungsgase treten nach einer Umlenkung am vom Brenner abgewandten Ende des Brennrohrs zu einem Abgasauslaß 6 aus. Das Brennrohr 5 ist von einer Doppelmantelanordnung umgeben, in dessen Ringraum 8 ein Heizmedium, wie Wasser, zirkuliert, das über einen Einlaß 9 eintritt und über einen Auslaß 10 abgeleitet wird. Dieses Heizmedium wird durch die vom Brennrohr 5 abgegebene Wärme und im Gegenstrom zur Abgas­ führung im eingeschalteten Zustand des Heizgerätes aufgewärmt.

Ein insgesamt mit 11 bezeichneter und die Flamme im Brennrohr 5 stützender Einsatz ist konzentrisch im Brennrohr 5 ange­ ordnet und wie in der einzigen Figur dargestellt, ist der Einsatz 11 zweckmäßigerweise im Bereich der Brennerseite an einer Halterung 12 des Drallkörpers 3 befestigt. Zweckmäßiger­ weise ist der Einsatz 11 wie das Brennrohr 5 zylindrisch aus­ gebildet. Zwischen der Innenwandung des Brennrohrs 5 und der Außenwandung des Einsatzes 11 ist ein Ringraum 13 vorhanden. Der Ringraum 13 ist beim dargestellten Beispiel mit einem wärmeisolierenden Material 14 ausge­ füllt, um eine Aufheizung des zum Abgasauslaß 6 strömenden Verbrennungsabgases insbesondere in der Nähe des Brenners, d. h. des Drallkörpers 3, zu verhindern. Hierdurch läßt sich die Abgastemperatur bis zu 25°C senken.

Ferner hat der Einsatz 11 an seinem offenen Ende, das vom Brenner abgewandt liegt, eine Durchmesserverengung 15, die zweckmäßigerweise in Form einer Einschnürung ausgebildet ist. Das Verhältnis von Durchmesser der Einschnürung zu Durchmesser des Einsatzes 11 kann sich auf etwa 1 : 1,25 belaufen.

Obgleich sich das dargestellte Ausführungs­ beispiel auf ein Heizgerät bezieht, das eine Düse 2 und einen Drallkörper 3 hat, so daß es sich bei dem Brenner um einen sogenannten Hoch­ druckbrenner handelt, lassen sich die dargelegten Einzelheiten auch bei anderen Brennertypen, wie einem Niederdruckbrenner oder einem Rota­ tionszerstäuber-Brenner selbstverständlich sinngemäß ver­ wirklichen.

Wie in der einzigen Figur schematisch dargestellt, bewirkt der Einsatz 11, daß die vom Brenner, gebildet von der Düse 2 und dem Drallkörper 3, in Verbindung mit der Zündeinrichtung 4 erzeugte Flamme zum Verbrennen des aufbereiteten Brenngemisches in dem vom Einsatz 11 umschlossenen Raum konzentriert wird, der wesentlich kleiner als die vom Brennrohr 5 gebildete Brenn­ kammer ist, so daß die Verbrennung unter wesentlich günstigeren Bedingungen ablaufen kann und man daher einen verbesserten Wirkungsgrad eines solchen Heizgerätes erreichen kann. Da der Einsatz 11 aus einem dünnen Blech hergestellt werden kann, läßt er sich kostengünstig fertigen und hat auch eine geringe Eigenmasse, so daß er sich schnell auf Betriebstemperatur aufheizen und nach Abschalten des Heizgerätes 1 schnell ab­ kühlen kann. Hierdurch erhält man insbesondere beim Wiederanschalten des Heizgerätes 1 nur eine sehr kurze Rußphase. Auch ermöglicht dieses Heiz­ gerät mit dem Einsatz 11 eine nennenswerte Geräuschdämmung, so daß das Heizgerät 1 nicht nur mit einem günstigen Wirkungs­ grad betreibbar ist, sondern auch sehr geräuscharm arbeitet. Es werden günstigere Abgasemissionswerte ohne eine Herabsetzung des Wirkungsgrades der Heizgeräte erzielt.

Claims (5)

1. Heizgerät, insbesondere brennstoffbetriebenes Fahr­ zeugheizgerät, mit einer Gemischaufbereitungseinrichtung, einer Zündeinrichtung und einem eine Düse und einen Drallkör­ per aufweisenden Brenner, und mit einer von einem Brennrohr gebildeten Brennkammer, aus der die Verbrennungsgase zu ei­ nem Abgasauslaß im Gegenstrom zu einem Heizmedium geleitet werden, wobei ein Einsatz zur Flammstützung im Brennrohr kon­ zentrisch angeordnet ist, dadurch gekennnzeich­ net, daß der Einsatz (11) unmittelbar im Anschluß des Brenners (2, 3) in das Brennrohr (5) ragend angeordnet ist, eine geringe Eigenmasse hat und einen Ringraum (13) zum Brennrohr (5) bildet.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) eine in Achsrichtung des Brennrohrs (5) gemessene Länge hat, die etwa dem Durchmesser des Einsatzes (11) entspricht.

3. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gebildete Ringraum (13) zwischen dem Einsatz (11) und dem Brennrohr (5) mit einem wärmeisolieren­ den Material (14) ausgefüllt ist.

4. Heizgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material (14) Keramikwatte ist.

5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) an der Halterung (12) des Drallkörpers (3) befestigt ist und diesen umgibt.