EP2820352A1 - Mobile heating unit operated by means of liquid fuel - Google Patents

Abstract

The invention relates to a mobile heating unit operated by means of liquid fuel, comprising a combustion chamber (2) that has a combustion air inlet (3), wherein the combustion chamber (2) has a widening section (20) adjoining the combustion air inlet (3), the cross-section of which widening section widens as the distance from the combustion air inlet (3) increases, and air is converted by means of fuel into a flaming combustion in said widening section during operation combustion, a fuel supply arrangement that is arranged in such a manner that fuel is supplied into the widening section (20), and an air guiding device (6) that is designed to introduce the combustion air into the widening section (20) by means of a flow component running in the circumferential direction, such that an axial recirculating region forms in the widening section (20), in which region gases flow counter to a main flow direction (H) in the direction of the combustion air inlet (3).

Description

Mobiles, mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät  Mobile liquid fueled heater

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mobiles, mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät. The present invention relates to a mobile fuel heater operated with liquid fuel.

Unter einem„mobilen Heizgerät" wird im vorliegenden Kontext ein Heizgerät verstanden, das für den Einsatz in mobilen Anwendungen ausgelegt und dementsprechend angepasst ist. Dies bedeutet insbesondere, dass es transportabel ist (ggf. in einem Fahrzeug fest eingebaut oder lediglich für den Transport darin untergebracht) und nicht ausschließlich für einen dauerhaften, stationären Einsatz, wie es beispielsweise bei der Beheizung eines Gebäudes der Fall ist, ausgelegt ist. Dabei kann das mobile Heizgerät auch fest in einem Fahrzeug (Landfahrzeug, Schiff, etc.), insbesondere in einem Landfahrzeug, installiert sein. Insbesondere kann es zur Beheizung eines Fahrzeug-Innenraums, wie beispielsweise eines Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugs, sowie eines teiloffenen Raumes, wie er beispielsweise auf Schiffen, insbesondere Yachten, aufzufinden ist, ausgelegt sein. Das mobile Heizgerät kann auch vorübergehend stationär eingesetzt werden, wie beispielsweise in großen Zelten, Containern (zum Beispiel Baucontainern), etc.. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das mobile Heizgerät als Stand- oder Zuheizer für ein Landfahrzeug, wie beispielsweise für einen Wohnwagen, ein Wohnmobil, einen Bus, einen Pkw, etc., ausgelegt. A "mobile heater" in the present context is understood to mean a heater that is designed and adapted for use in mobile applications, in particular that it is transportable (possibly permanently installed in a vehicle or merely accommodated for transport therein ) and not exclusively for a permanent, stationary use, as is the case for example when heating a building, whereby the mobile heating device can also be fixed in a vehicle (land vehicle, ship, etc.), in particular in a land vehicle, In particular, it can be designed for heating a vehicle interior, such as a land vehicle, watercraft or aircraft, as well as a partially open space, such as can be found on ships, in particular yachts be used stationary, such as in large tents, containers (For example, construction containers), etc. According to an advantageous development, the mobile heater is designed as a stand-alone or auxiliary heater for a land vehicle, such as for a caravan, a motorhome, a bus, a car, etc.

Mobile Heizgeräte kommen häufig z.B. als Fahrzeugheizgeräte zum Beheizen eines Fahrzeugs zum Einsatz. Bei Anwendungen in einem Fahrzeug werden derartige mobile Heizgeräte z.B. als Zuheizer, die bei laufendem Antriebsmotor des Fahrzeugs zusätzlich Wärme bereitstellen können, oder als Standheizer, die sowohl bei laufendem als auch bei ruhendem Antriebsmotor Wärme zu Heizzwecken bereitstellen können, eingesetzt. Bei solchen mobilen Heizgeräten ist gefordert, dass diese einerseits mit kleinen Heizleistungen bis zu unterhalb von 1 kW betreibbar sein sollen und andererseits eine möglichst große Heizleistungsbandbreite aufweisen sollen, sodass - je nach Bedarf - sehr unterschiedliche Heizleistungen bereitstellbar sind. Mobile heaters often come e.g. as vehicle heaters for heating a vehicle used. For applications in a vehicle such mobile heaters are e.g. as a heater, which can provide additional heat while the drive motor of the vehicle, or as a heater, which can provide both heating and stationary drive motor heat for heating purposes, used. In such mobile heaters is required that they should be able to operate on the one hand with small heating powers up to below 1 kW and on the other hand should have the largest possible heating power bandwidth, so - depending on needs - very different heating capacities are available.

Üblicherweise kommen bei mobilen Heizgeräten Brenner zum Einsatz, die in einer Brennkammer mit Bauteilen zur Flammstabilisierung, wie insbesondere Engstellen, Einschnürungen oder anderen in den Bereich der Flamme und der abströmenden heißen Gase eingreifenden Bauteilen versehen sind, um einen möglichst stabilen Betrieb bei verschiedenen Heizleis- tungen zu ermöglichen. Solche Bauteile sind im Betrieb des mobilen Heizgeräts besonders hohen Belastungen ausgesetzt und bilden häufig die Komponenten, die die Lebensdauer des mobilen Heizgeräts beschränken. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes mobiles, mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät bereitzustellen. Normally, in mobile heaters burners are used, which are provided in a combustion chamber with components for flame stabilization, such as in particular bottlenecks, constrictions or other engaging in the area of the flame and the outflowing hot gases components in order to operate as stable as possible at different Heizleis- to enable them. Such components are subjected to particularly high loads in the operation of the mobile heater and often form the components that limit the life of the mobile heater. It is an object of the present invention to provide an improved mobile liquid fueled heater.

Die Aufgabe wird durch ein mobiles, mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angege- ben. The object is achieved by a mobile, operated with liquid fuel heater according to claim 1. Advantageous further developments are specified in the dependent claims.

Das mobile, mit flüssigem Brennstoff betriebene Heizgerät weist auf: eine Brennkammer, die einen Brennlufteintritt aufweist, wobei die Brennkammer einen an den Brennlufteintritt anschließenden Aufweitungsabschnitt aufweist, dessen Querschnitt sich mit zunehmendem Ab- stand von dem Brennlufteintritt aufweitet und in dem im Betrieb Brennluft mit Brennstoff in einer flammenden Verbrennung umgesetzt wird; eine Brennstoffzufuhr, die derart angeordnet ist, dass Brennstoff in den Aufweitungsabschnitt zugeführt wird; und eine Luftleitvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Brennluft derart mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskomponente in den Aufweitungsabschnitt einzuleiten, dass sich in dem Aufwei- tungsabschnitt ein axialer Rezirkulationsbereich ausbildet, in dem Gase entgegen einer Hauptströmungsrichtung in Richtung des Brennlufteintritts strömen. The mobile fuel heater operated with liquid fuel comprises: a combustion chamber having a combustion air inlet, wherein the combustion chamber has an expansion section adjoining the combustion air inlet, the cross section of which widens with increasing distance from the combustion air inlet and in the combustion air with fuel during operation is reacted in a flaming combustion; a fuel supply arranged to supply fuel to the expansion section; and an air guiding device, which is designed to introduce the combustion air into the expansion section with a circumferential flow component such that an axial recirculation region is formed in the expansion section, in which gases flow in the direction of the combustion air inlet counter to a main flow direction.

Unter einer Brennkammer wird vorliegend ein Raumbereich des Heizgeräts verstanden, in dem eine flammende Umsetzung von Brennstoff mit Brennluft erfolgt. Insbesondere bezeich- net im Rahmen der vorliegenden Beschreibung die Bezeichnung Brennkammer nicht die diesen Raumbereich umgebende Wandung, die z.B. durch eine Mehrzahl von Komponenten gebildet sein kann. Die flammende Verbrennung findet dabei zumindest auch in dem Aufweitungsabschnitt statt und nicht lediglich in einem stromabwärts von diesem befindlichen Bereich der Brennkammer. Durch die Luftleitvorrichtung, die die an dem Brennlufteintritt ein- tretende Luft derart stark mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskomponente (d.h. einem starken Drall) versieht, dass sich in dem Aufweitungsabschnitt ein axialer Rezirkulationsbereich ausbildet, in dem Gase entgegen einer Hauptströmungsrichtung in Richtung des Brennlufteintritts strömen, ist eine schadstoffarme und stabile Verbrennung erzielt, bei der ein Betrieb über eine große Heizleistungsbandbreite ermöglicht ist, ohne dass zusätzliche flammstabilisierende Bauteile, die in die Brennkammer ragen, erforderlich sind. Aufgrund der angegebenen geometrischen Ausgestaltung und der Ausbildung des Rezirkulationsbereichs wird erreicht, dass sich die Flamme auch bei unterschiedlichen Heizleistungen, d.h. unterschiedlichen Brennstoff- und Brennluftmasseströmen, immer stabil ausgehend von dem Auf- weitung sab schnitt ausbreitet. In dieser Weise stabilisiert sich somit die Flamme in der Brennkammer selbst. Die Ausbildung des Rezirkulationsbereichs kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass sich der Aufweitung sab schnitt ausreichend stark aufweitet, z.B. mit einem Halbkegelwinkel von zumindest 20°, und die zugeführte Brennluft mit einer ausreichend großen in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskomponente versehen wird, insbesondere einer Drallzahl von zumindest 0,6. Unter dem Halbkegelwinkel wird dabei der Winkel zwischen der Längsachse und der Wandung des Aufweitung sab Schnitts verstanden. Bevorzugt wird der Brennstoff an dem Brennlufteintritt in den Aufweitungsabschnitt zugeführt, da in diesem Fall besonders vorteilhaft eine Vormischung des Brennstoffs mit der Brennluft erfolgen kann. In the present case, a combustion chamber is understood as meaning a spatial region of the heater in which a flaming reaction of fuel with combustion air takes place. In particular, in the context of the present description, the term combustion chamber does not designate the wall surrounding this spatial region, which wall may be formed, for example, by a plurality of components. The flaming combustion takes place at least also in the expansion section and not only in a region of the combustion chamber located downstream thereof. By means of the air guiding device, which provides the air entering the combustion air inlet with a circumferential flow component (ie a strong swirl) to such an extent that an axial recirculation region is formed in the expansion section, in which gases flow in the direction of the combustion air inlet counter to a main flow direction , a low-emission and stable combustion is achieved, which allows operation over a large heating power bandwidth without additional Flame-stabilizing components that protrude into the combustion chamber, are required. Due to the specified geometric design and the formation of the recirculation is achieved that the flame propagates always stable starting from the widening sab also at different heat outputs, ie different fuel and combustion air mass flows. In this way, thus stabilizes the flame in the combustion chamber itself. The formation of the recirculation can be achieved in a simple manner that the expansion sab cut expands sufficiently strong, for example, with a half-cone angle of at least 20 °, and the supplied combustion air with a provided sufficiently large circumferentially extending flow component, in particular a swirl number of at least 0.6. The half-cone angle is understood to be the angle between the longitudinal axis and the wall of the widening of the cut. Preferably, the fuel is supplied to the combustion air inlet in the expansion section, since in this case can be carried out particularly advantageously a premixing of the fuel with the combustion air.

Gemäß einer Weiterbildung weist die Brennstoffzufuhr zumindest ein Verdampferelement zum Verdampfen des flüssigen Brennstoffs auf. Im Unterschied zu einer Brennstoffzufuhr, die ausschließlich über eine Einspritzdüse zum Einspritzen des Brennstoffs verfügt, ermöglicht der Einsatz des Verdampferelements auch bei niedrigen Heizleistungen unter 1 kW, d.h. niedrigen Brennstoff- und Brennluft-Masseströmen, einen stabilen Betrieb des mobilen Heizgeräts. Ferner ist in dieser Weise auch in dem Fall einer Luftblasenbildung in einer Brennstoffzufuhrleitung ein stabiler Betrieb ermöglicht, da das Verdampferelement als Puffer wirkt. Zudem ermöglicht das Verdampferelement eine Verwendung unterschiedlicher flüssiger Brennstoffe, da durch das Verdampferelement Effekte aufgrund von unterschiedlichen Siede- temperaturen und Verdampfungsenthalpien abgemildert werden. According to a development, the fuel supply has at least one evaporator element for evaporating the liquid fuel. Unlike a fuel supply, which has only one injector for injecting the fuel, the use of the evaporator element allows even at low heat outputs below 1 kW, i. low fuel and combustion air mass flows, stable operation of the mobile heater. Further, stable operation is possible in this way even in the case of air bubble formation in a fuel supply line, since the evaporator element acts as a buffer. In addition, the evaporator element makes it possible to use different liquid fuels, since effects due to different boiling temperatures and evaporation enthalpies are alleviated by the evaporator element.

Gemäß einer Weiterbildung ist das zumindest eine Verdampferelement derart angeordnet, dass es den Brennlufteintritt zumindest teilweise umgibt. In diesem Fall ist eine symmetrische Zuführung von verdampftem Brennstoff erreicht, sodass eine besonders homogene Durchmi- schung von Brennluft und Brennstoff erzielt wird, die eine schadstoffarme Verbrennung ermöglicht. Wenn das zumindest eine Verdampferelement den Brennlufteintritt ringförmig umgibt, ist eine besonders symmetrische Zuführung von verdampftem Brennstoff ermöglicht. Gemäß einer Weiterbildung ist das zumindest eine Verdampferelement thermisch an den Aufweitungsabschnitt angekoppelt. In diesem Fall kann der Verdampfungsprozess von flüssigem Brennstoff in und an dem Verdampferelement durch Wärme der Flamme in dem Aufweitung sab schnitt aufrechterhalten werden. Aufgrund der gegebenen Auslegung der Brenn- kammer wird bei einer hohen Heizleistung, wenn ein hoher Brennstoffmassenstrom erforderlich ist, viel Wärme zur Verdampfung von Brennstoff in das Verdampferelement eingetragen und bei einer niedrigen Heizleistung, d.h. einem niedrigen Brennstoffmassenstrom, entsprechend weniger Wärme. Das Verdampferelement kann dabei z.B. in Richtung der Brennkammer durch eine Abdeckung, bevorzugt ein Blech, abgedeckt sein, das die Wandung des Auf- weitung sab Schnitts bildet. Die Wärmeübertragung zu dem Verdampferelement kann dabei durch Wärmeleitung über das Blech erfolgen. Aufgrund der gegebenen Auslegung der Brennkammer, die eine zuverlässige Verankerung der Flamme in dem Aufweitungsabschnitt hervorruft, erfolgt der Wärmeeintrag von der Flamme in die Wandung des Aufweitungsabschnitts auch bei verschiedenen Heizleistungen zuverlässig. Dieser Wärmeeintrag erfolgt da- bei hauptsächlich über Konvektion. Da sich aufgrund der Ausgestaltung der Brennkammer stabil Wirbel an der Wandung des Aufweitungsabschnitts ausbilden, erfolgt auch bei verschiedenen Heizleistungen zuverlässig die für die Verdampfung erforderliche Wärmeübertragung auf das Verdampferelement. Gemäß einer Weiterbildung ist das Verdampferelement teilweise durch eine Abdeckung abgedeckt, sodass in einem nicht abgedeckten Bereich ein Brennstoffaustrittsabschnitt gebildet ist. In diesem Fall kann zuverlässig erreicht werden, dass sich flüssiger Brennstoff gleichmäßig in dem Verdampferelement verteilt, sodass das gesamte Verdampferelement zur Verdampfung von Brennstoff ausgenutzt wird und Ablagerungsbildung in dem Verdampferele- ment unterdrückt wird. Bevorzugt erfolgt dabei die Zufuhr von flüssigem Brennstoff zu dem Verdampferelement in einem von dem Brennstoffaustrittsabschnitt entfernten Bereich des Verdampferelements, in dem das Verdampferelement durch die Abdeckung abgedeckt ist. Wenn die Abdeckung eine Wandung des Aufweitungsabschnitts bildet, kann durch Auslegung der Abdeckung, insbesondere im Hinblick auf Material und Wandstärke, der erzielte Wärmeeintrag in das Verdampferelement in einfacher Weise eingestellt werden. According to a development, the at least one evaporator element is arranged such that it at least partially surrounds the combustion air inlet. In this case, a symmetrical supply of vaporized fuel is achieved, so that a particularly homogeneous mixing of combustion air and fuel is achieved, which allows a low-emission combustion. If the at least one evaporator element surrounds the combustion air inlet annularly, a particularly symmetrical supply of vaporized fuel is made possible. According to a development, the at least one evaporator element is thermally coupled to the expansion section. In this case, the evaporation process of liquid fuel in and on the evaporator element can be maintained by heat of the flame in the expansion section. Due to the given design of the combustion chamber is at a high heat output, when a high fuel mass flow is required, much heat entered for evaporation of fuel in the evaporator element and at a low heat output, ie a low fuel mass flow, correspondingly less heat. The evaporator element can be covered, for example, in the direction of the combustion chamber by a cover, preferably a metal sheet, which forms the wall of the widening section. The heat transfer to the evaporator element can be done by heat conduction through the sheet. Due to the given design of the combustion chamber, which causes a reliable anchoring of the flame in the expansion section, the heat input from the flame into the wall of the expansion section is reliable even at different heat outputs. This heat input occurs mainly via convection. Since, due to the design of the combustion chamber, stable vortices form on the wall of the expansion section, the heat transfer to the evaporator element required for evaporation reliably takes place even at different heat outputs. According to a development, the evaporator element is partially covered by a cover, so that in a non-covered area, a fuel outlet portion is formed. In this case, it can be reliably achieved that liquid fuel is evenly distributed in the evaporator element, so that the entire evaporator element is utilized to vaporize fuel and deposit formation in the evaporator element is suppressed. In this case, the supply of liquid fuel to the evaporator element preferably takes place in a region of the evaporator element remote from the fuel outlet section, in which region the evaporator element is covered by the cover. If the cover forms a wall of the expansion section, the heat input achieved in the evaporator element can be adjusted in a simple manner by designing the cover, in particular with regard to material and wall thickness.

Wenn der Brennstoffaustrittsabschnitt an dem Brennlufteintritt angeordnet ist, kann eine besonders zuverlässige Durchmischung von Brennluft und verdampftem Brennstoff erfolgen. Gemäß einer Weiterbildung ist das Verdampferelement derart angeordnet, dass verdampfter Brennstoff mit einer der Hauptströmungsrichtung entgegengerichteten Richtungskomponente austritt. In diesem Fall wird eine besonders effektive Durchmischung von Brennluft und Brennstoff unmittelbar an dem Brennlufteintritt erreicht. Dabei kann der Brennstoff beim Austritt auch weitere Richtungskomponenten aufweisen, insbesondere eine radiale Richtungskomponente in Richtung einer Längsachse der Brennkammer. If the fuel outlet section is arranged at the combustion air inlet, a particularly reliable mixing of combustion air and vaporized fuel can take place. According to a development, the evaporator element is arranged such that vaporized fuel emerges with a directional component directed counter to the main flow direction. In this case, a particularly effective mixing of combustion air and fuel is achieved directly at the combustion air inlet. In this case, the fuel may also have further direction components at the outlet, in particular a radial direction component in the direction of a longitudinal axis of the combustion chamber.

Gemäß einer Weiterbildung weist der Aufweitung sab schnitt einen kontinuierlich According to a development, the expansion sab cut a continuous

aufweitenden Querschnitt auf. Der Aufweitungsabschnitt kann dabei insbesondere konisch aufweitend ausgebildet sein. Durch die Ausgestaltung mit einem kontinuierlich aufweitenden Querschnitt können unerwünschte Eckwirbel, die sich bei einem sprunghaft aufweitenden Querschnitt ausbilden würden, verhindert werden. aufweitenden cross-section on. The widening portion may be formed in particular conically widening. Due to the configuration with a continuously widening cross-section unwanted corner vortices, which would form at a sudden widening cross-section, can be prevented.

Gemäß einer Weiterbildung weitet sich der Aufweitungsabschnitt mit einem Öffnung swinkel von zumindest 20° auf. In diesem Fall ist eine Ausgestaltung des Aufweitungsabschnitts bereitgestellt, die strömungsmechanisch wie eine unstetige Querschnittserweiterung wirkt. Im Zusammenspiel mit der Brennluftzufuhr mit der in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskomponente wird eine zuverlässige Flammenverankerung in dem Aufweitungsabschnitt auch bei verschiedenen Heizleistungen erreicht. According to a development, the expansion section widens with an opening angle of at least 20 °. In this case, an embodiment of the expansion section is provided which acts like a fluid discontinuous cross-sectional widening. In conjunction with the combustion air supply with the flow component running in the circumferential direction, reliable flame anchoring in the widening section is achieved even with different heat outputs.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Luftleitvorrichtung derart ausgebildet, dass die Brennluft mit einer Drallzahl von zumindest 0,6 in den Aufweitungsabschnitt eingeleitet wird. Die Drallzahl (S_N) ist eine integrale Größe, die das Verhältnis von tangentialem zum axialen Impulsstrom angibt. Bei einer Drallzahl von zumindest 0,6 wird zuverlässig eine vollständig ausgebildete Rezirkulationszone erhalten. According to a development, the air guiding device is designed such that the combustion air is introduced into the expansion section with a swirl number of at least 0.6. The swirl number (S _N ) is an integral quantity that indicates the ratio of tangential to axial momentum flux. With a swirl number of at least 0.6, a completely formed recirculation zone is reliably obtained.

Gemäß einer Weiterbildung ist das Heizgerät derart ausgelegt, dass die Brennluft in dem Brennlufteintritt mit Strömungsgeschwindigkeiten eingeleitet wird, die höher als die in der Brennkammer auftretenden turbulenten Flammengeschwindigkeiten sind. In diesem Fall ist zuverlässig sichergestellt, dass sich unmittelbar an dem Brennlufteintritt keine Flamme ausbilden kann, sodass ein Rückbrand der Flamme zu der Brennstoffzufuhr verhindert ist. Ferner kann in diesem Fall in einem unmittelbar an den Brennlufteintritt anschließenden Bereich eine Vormischung von Brennstoff und Brennluft erfolgen, die zu einer besonders schadstoffarmen Verbrennung beiträgt. Gemäß einer Weiterbildung weist die Brennkammer durchgehend einen freien Strömungsquerschnitt auf. Unter einem durchgehend freien Strömungsquerschnitt wird dabei verstanden, dass keine eine Strömung in der axialen Richtung der Brennkammer behindernden Bauteile, wie z.B. Flammblenden, Einschnürungen oder Ähnliches vorgesehen sind. In diesem Fall sind in der Brennkammer keine Komponenten vorgesehen, die bei herkömmlichen Heizgeräten aufgrund der hohen Belastung im Betrieb oftmals die Lebensdauer begrenzen, sodass ein mobiles Heizgerät mit einer langen Lebensdauer bereitgestellt werden kann. Es ist zu beachten, dass für den Betrieb erforderliche Komponenten, wie insbesondere Zündelemente und/oder Sensoren, die nur unerheblichen Einfluss auf die Strömung haben, gegebenenfalls in die Brennkammer ragen können. According to one embodiment, the heater is designed such that the combustion air is introduced into the combustion air inlet at flow velocities which are higher than the turbulent flame velocities occurring in the combustion chamber. In this case, it is reliably ensured that no flame can form directly at the combustion air inlet, so that a burn-back of the flame to the fuel supply is prevented. Furthermore, in this case, premixing of fuel and combustion air can take place in a region directly adjoining the combustion air inlet, which contributes to a particularly low-emission combustion. According to a further development, the combustion chamber has a free flow cross section throughout. A continuously free flow cross-section is understood to mean that no components obstructing a flow in the axial direction of the combustion chamber, such as flame diaphragms, constrictions or the like, are provided. In this case, no components are provided in the combustion chamber, which often limit the life of conventional heaters due to the high load during operation, so that a mobile heater can be provided with a long life. It should be noted that components required for operation, such as in particular ignition elements and / or sensors, which have only insignificant influence on the flow, may optionally protrude into the combustion chamber.

Gemäß einer Weiterbildung weist die Brennkammer anschließend an den Aufweitungsabschnitt einen Abschnitt mit im Wesentlichen gleichbleibendem Querschnitt auf. In diesem Fall lassen sich die Strömungsverhältnisse in der Brennkammer besonders vorteilhaft einstellen. Der Abschnitt mit im Wesentlichen gleichbleibendem Querschnitt kann dabei insbesondere durch eine zumindest im Wesentlichen hohlzylindrische Brennkammerwand ausgebildet sein. According to a further development, the combustion chamber has a section with an essentially constant cross section following the widening section. In this case, the flow conditions in the combustion chamber can be set particularly advantageous. The section with a substantially constant cross-section may in particular be formed by an at least substantially hollow-cylindrical combustion chamber wall.

Weitere Weiterbildungen und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Further developments and advantages will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.

Fig. 1 ist eine schematische Schnittdarstellung des Brenners eines mobilen Heizgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform; Fig. 1 is a schematic sectional view of the burner of a mobile heater according to a first embodiment;

Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Darstellung des Brenners aus Fig. 1, FIG. 2 is a schematic perspective view of the burner of FIG. 1; FIG.

Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Luftleitvorrichtung bei demFig. 3 is a schematic perspective view of an air guiding device in the

Brenner aus Fig. 1, Burner of Fig. 1,

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Gehäuses, das die in Fig. 3 dargestellte Luftleitvorrichtung umgibt,  FIG. 4 is a schematic illustration of a housing surrounding the spoiler shown in FIG. 3; FIG.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Verdampferelements bei der ersten Ausführungsform, und  FIG. 5 is a schematic diagram of an evaporator element in the first embodiment; and FIG

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung des Brenners eines mobilen Heizgeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform. ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM 6 is a schematic diagram of the burner of a mobile heater according to a second embodiment. FIRST EMBODIMENT

Eine erste Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis Fig. 5 beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform ist das mobile, mit flüssigem Brennstoff betriebene Heizgerät insbesondere als eine Stand- oder Zusatzheizung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Landfahrzeug, ausgebildet. In den Figuren ist lediglich der Brenner 1 des mobilen Heizgeräts dargestellt. Das mobile Heizgerät weist neben dem dargestellten Brenner 1 insbesondere in an sich bekannter Weise einen Wärmetauscher zur Wärmeübertragung auf ein zu erwärmendes Medium, wie insbesondere eine Flüssigkeit in einem Flüssigkeitskreislauf eines Fahrzeugs oder zu erwärmende Luft, auf. Der Wärmetauscher kann dabei z.B. in an sich bekannter Weise den Brenner 1 topfartig umgeben. Ferner weist das mobile Heizgerät zumindest eine Brennstoffzufuhrvorrichtung, die insbesondere durch eine Brennstoffpumpe gebildet sein kann, eine Brennluftfördervorrichtung, die z.B. ein Brennluftgebläse aufweisen kann, und zumindest eine Steuerungseinheit zur Ansteuerung des mobilen Heizgeräts auf.  A first embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 to 5. In the first embodiment, the mobile fuel heater operated with liquid fuel is designed, in particular, as a stationary heater or additional heater for a vehicle, in particular for a land vehicle. In the figures, only the burner 1 of the mobile heater is shown. The mobile heater has, in addition to the burner 1 shown in particular in a conventional manner, a heat exchanger for heat transfer to a medium to be heated, such as in particular a liquid in a liquid circuit of a vehicle or to be heated air. The heat exchanger may be e.g. surrounded in a conventional manner, the burner 1 pot-like. Further, the mobile heater comprises at least one fuel supply device, which may be constituted in particular by a fuel pump, a combustion air delivery device, e.g. a combustion air blower, and at least one control unit for controlling the mobile heater.

Im Folgenden wird der Brenner 1 des mobilen Heizgeräts unter Bezug auf die Fig. 1 bis Fig. 5 eingehender beschrieben. Der Brenner 1 weist eine Brennkammer 2 auf, in der im Betrieb des mobilen Heizgeräts Brennstoff mit Brennluft in einer flammenden Verbrennung umgesetzt wird. In Fig. 1 ist der Brenner 1 in einer schematischen Schnittdarstellung dargestellt, wobei die Schnittebene derart gewählt ist, dass eine Längsachse Z des Brenners 1 in der Schnittebene liegt. Der Brenner 1 ist im Wesentlichen bezüglich der Längsachse Z rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Brennkammer 2 weist einen Brennlufteintritt 3 auf, an dem im Betrieb Brennluft in die Brennkammer 2 zugeführt wird. Hereinafter, the burner 1 of the mobile heater will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 5. The burner 1 has a combustion chamber 2, in which fuel is converted with combustion air in a flaming combustion during operation of the mobile heater. In Fig. 1, the burner 1 is shown in a schematic sectional view, wherein the cutting plane is selected such that a longitudinal axis Z of the burner 1 is located in the cutting plane. The burner 1 is essentially rotationally symmetrical with respect to the longitudinal axis Z. The combustion chamber 2 has a combustion air inlet 3 at which combustion air is supplied into the combustion chamber 2 during operation.

Unmittelbar an den Brennlufteintritt 3 anschließend weist die Brennkammer 2 einen Aufweitungsabschnitt 20 auf, dessen Querschnitt sich mit zunehmendem Abstand von dem Brennlufteintritt 3 aufweitet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Aufweitungsabschnitt durch eine konische Wandung begrenzt, die durch eine Abdeckung 4 gebildet ist, die noch eingehender beschrieben wird. In einer Hauptströmungsrichtung H schließt sich an die konische Wandung des Aufweitungsabschnitts 20 eine im Wesentlichen zylindermantel- förmige Wandung 5 an, sodass die Brennkammer 2 anschließend an den Aufweitungsabschnitt 20 einen Abschnitt 21 mit im Wesentlichen gleichbleibendem Querschnitt aufweist. Die Größenverhältnisse sind dabei derart gewählt, dass das Durchmesserverhältnis V zwi- sehen dem Außendurchmesser D_L der Luftleitvorrichtung 6 und dem Durchmesser D_K des Abschnitts 21 der Brennkammer 2 kleiner oder gleich 0,5 ist (V = D_L/D_K und V < 0,5). Immediately adjacent to the combustion air inlet 3, the combustion chamber 2 has a widening portion 20, whose cross section widens with increasing distance from the combustion air inlet 3. In the illustrated embodiment, the widening portion is bounded by a conical wall formed by a cover 4, which will be described in more detail. In a main flow direction H, a substantially cylinder jacket-shaped wall 5 adjoins the conical wall of the widening section 20, so that the combustion chamber 2 has a section 21 of essentially constant cross-section following the widening section 20. The size ratios are chosen such that the diameter ratio V between see the outer diameter D _{L of} the spoiler 6 and the diameter D _{K of} the portion 21 of the combustion chamber 2 is less than or equal to 0.5 (V = D _L / D _K and V <0.5).

Der Aufweitungsabschnitt 20 weitet sich mit einem Öffnungswinkel von zumindest 20° auf. Der Öffnung s winkel ist dabei der Winkel, der zwischen der Wandung des Aufweitungsabschnitts 20 und der Längsachse Z ausgebildet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt der Öffnung s winkel z.B. zwischen 40° und 50°. Die Brennkammer 2 weist insgesamt einen freien Strömungsquerschnitt derart auf, dass keine eine freie Strömung von Gasen behindernden Komponenten seitlich in die Brennkammer 2 ragen, sodass sich die Gasströmungen in der Brennkammer 2 gemäß der Geometrie des Aufweitungsabschnitts 20 und des anschließenden Abschnitts 21 einstellen können, wie noch eingehender beschrieben wird. The widening section 20 widens with an opening angle of at least 20 °. The opening angle s is the angle which is formed between the wall of the widening portion 20 and the longitudinal axis Z. In the illustrated embodiment, the opening angle s is e.g. between 40 ° and 50 °. The combustion chamber 2 has a total of a free flow cross-section such that no obstructing a free flow of gases obstructing components laterally into the combustion chamber 2, so that the gas flows in the combustion chamber 2 can adjust according to the geometry of the expansion portion 20 and the subsequent section 21, such as will be described in more detail.

Vor dem Brennlufteintritt 3 ist eine Luftleitvorrichtung 6 vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die Brennuft mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskomponente in den Aufweitung sab schnitt einzuleiten. Die Luftleitvorrichtung 6 ist dabei derart ausgebildet, dass die Brennluft mit einem sehr großen Drall versehen wird. Die Luftleitvorrichtung 6 ist derart ausgebildet, dass die Luft mit einer Drallzahl von zumindest 0,6 in den Brennlufteintritt 3 eingeleitet wird. Der Brenner 1 ist dabei derart ausgelegt, dass über die Luftleitvorrichtung 6 ein Druckabfall in einem Bereich zwischen 2 mbar und 20 mbar auftritt. Die Luftleitvorrichtung 6 wird unter Bezug auf die Fig. 3 und Fig. 4 eingehender beschrieben. Before the combustion air inlet 3, an air guiding device 6 is provided, which is adapted to initiate the combustion air with a running in the circumferential direction flow component in the expansion sab cut. The air guiding device 6 is designed such that the combustion air is provided with a very large swirl. The air guiding device 6 is designed such that the air is introduced into the combustion air inlet 3 with a swirl number of at least 0.6. The burner 1 is designed such that via the air guiding device 6, a pressure drop in a range between 2 mbar and 20 mbar occurs. The spoiler 6 will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4.

Bei der Ausführungsform weist die Luftleitvorrichtung 6 eine in etwa ringförmige Form auf und ist auf der Außenseite mit spiralförmig verlaufenden Leitschaufeln 60 versehen, zwischen denen ebenfalls spiralförmig verlaufende Gänge 61 ausgebildet sind. Die Luftleitvorrichtung 6 ist bei dem mobilen Heizgerät gemäß der Ausführungsform in ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Gehäuse 7 eingesetzt, das in Fig. 4 dargestellt ist. Die Luftleitvorrichtung 6 ist dabei derart in das Gehäuse 7 eingesetzt, dass die spiralförmig verlaufenden Gänge 61 um- fangsseitig durch das Gehäuse 7 geschlossen sind. Somit sind die spiralförmig verlaufenden Gänge 61 jeweils nur an ihren beiden Stirnseiten offen, sodass Brennluft hindurchtreten kann. In Fig. 3 ist dargestellt, dass die Luftleitvorrichtung 6 mit einer zentralen zylindrischenIn the embodiment, the spoiler 6 has an approximately annular shape and is provided on the outside with spirally extending vanes 60, between which also spirally extending passages 61 are formed. The spoiler 6 is used in the mobile heater according to the embodiment in a substantially hollow cylindrical housing 7, which is shown in Fig. 4. In this case, the air guiding device 6 is inserted into the housing 7 such that the spirally running aisles 61 are closed on the circumferential side by the housing 7. Thus, the spirally extending passages 61 are open only at their two end faces, so that combustion air can pass through. In Fig. 3 it is shown that the spoiler 6 with a central cylindrical

Durchgangsbohrung 62 versehen ist. Diese Durchgangsbohrung 62 kann z.B. als Durchführung für ein Zündelement in die Brennkammer 2 genutzt werden. Bei der dargestellten Aus- führungsform ist die Durchgangsbohrung 62 im zusammengebauten Zustand des Brenners 1 jedoch durch einen Verschluss 63 verschlossen, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Luftleitvorrichtung 6 ist bei der ersten Ausführungsform derart angeordnet, dass Brennluft an einer Stirnseite in die durch das Gehäuse 7 verschlossenen Gänge 61 eintritt, durch die spiralförmig verlaufenden Gänge 61 strömt und an deren anderer Stirnseite an dem Brennluft- eintritt 3 in den Aufweitungsabschnitt 20 der Brennkammer 2 eingeleitet wird. Durch die spiralförmige Ausgestaltung der Gänge 61 wird die Brennluft dabei mit einem Drall versehen. Die Gänge 61 sind dabei derart ausgebildet, dass die Brennluft bei dem Durchtritt mit der erforderlichen Drallzahl von zumindest 0,6 versehen wird. Die Brennluft wird der Luftleitvorrichtung 6 durch eine (nicht dargestellte) Brennluftfördervorrichtung, die z.B. ein Gebläse aufweisen kann, zugeführt, wie in Fig. 1 durch Pfeile B schematisch dargestellt ist. Through hole 62 is provided. This through-hole 62 can be used, for example, as a passage for an ignition element in the combustion chamber 2. In the illustrated embodiment, however, in the assembled state of the burner 1, the through-hole 62 is closed by a shutter 63, as shown in FIG. In the first embodiment, the air guiding device 6 is arranged in such a way that combustion air enters the passages 61 closed by the housing 7 at one end face, flows through the spirally extending passages 61 and at the other end face at the combustion air inlet 3 into the widening section 20 of FIG Combustion chamber 2 is initiated. Due to the helical configuration of the gears 61, the combustion air is thereby provided with a twist. The gears 61 are designed such that the combustion air is provided at the passage with the required swirl number of at least 0.6. The combustion air is supplied to the air guiding device 6 by a combustion air conveying device (not shown), which may have, for example, a fan, as shown schematically by arrows B in FIG.

Durch die beschriebene Ausgestaltung der Luftleitvorrichtung 6 wird die Brennluft an dem Brennlufteintritt 3 mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskomponente in den Aufweitungsabschnitt 20 eingeleitet. As a result of the described embodiment of the air guiding device 6, the combustion air is introduced into the expansion section 20 at the combustion air inlet 3 with a flow component extending in the circumferential direction.

Bei der ersten Ausführungsform ist ferner eine Brennstoffzufuhr derart vorgesehen, dass Brennstoff ebenfalls an dem Brennlufteintritt 3 in den Aufweitungsabschnitt 20 zugeführt wird, wie in Fig. 1 durch Pfeile schematisch dargestellt ist. Das mobile Heizgerät ist für einen Betrieb mit flüssigem Brennstoff ausgelegt und kann z.B. mit Brennstoff betreibbar sein, der auch für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs zum Einsatz kommt, insbesondere Diesel, Benzin und/oder Ethanol. Die Brennstoffzufuhr weist bei der ersten Ausführungsform zumindest ein Verdampferelement 9 zum Verdampfen von zugeführtem flüssigen Brennstoff auf. In the first embodiment, a fuel supply is further provided such that fuel is also supplied to the combustion air inlet 3 in the expansion portion 20, as shown schematically in Fig. 1 by arrows. The mobile heater is designed for operation with liquid fuel and may e.g. be operable with fuel, which is also used for an internal combustion engine of a vehicle, in particular diesel, gasoline and / or ethanol. In the first embodiment, the fuel supply has at least one evaporator element 9 for evaporating supplied liquid fuel.

Das Verdampferelement 9 hat bei der erste Ausführungsform die Form eines Hohlkegel- stumpfes, wie in Fig. 5 zu sehen ist. Das Verdampferelement 9 weist dabei einen Öffnungswinkel cc auf, der dem Öffnungswinkel des Aufweitungsabschnitts 20 entspricht. Das Verdampferelement 9 ist aus einem porösen und hitzebeständigen Material gebildet und kann insbesondere Metall vlies, Metallgeflecht und/oder Metallgewebe aufweisen. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine Mehrzahl von Brennstoffleitungen 10 zum Zuführen von flüssigem Brennstoff zu dem Verdampferelement 9 vorgesehen. Obwohl in Fig. 1 beispielhaft zweiThe evaporator element 9 in the first embodiment has the shape of a hollow cone stump, as can be seen in FIG. The evaporator element 9 in this case has an opening angle cc, which corresponds to the opening angle of the expansion section 20. The evaporator element 9 is formed of a porous and heat-resistant material and may in particular metal fleece, metal mesh and / or metal fabric. As shown in FIG. 1, a plurality of fuel pipes 10 for supplying liquid fuel to the evaporator element 9 are provided. Although in Fig. 1 by way of example two

Brennstoffleitungen 10 dargestellt sind, kann z.B. auch nur eine Brennstoffleitung 10 vorgesehen werden oder es können mehr Brennstoffleitungen 10 vorgesehen werden. Auf einer von der Brennkammer 2 abgewandten Seite ist das Verdampferelement 9 durch eine Rückwand 11 bedeckt, durch die die Brennstoffleitungen 10 hindurchgeführt sind. Auf der der Brennkammer 2 zugewandten Seite ist das Verdampferelement 9 durch die bereits zuvor beschriebene Abdeckung 4 bedeckt, die insbesondere aus einem Metallblech gebildet sein kann. Das Verdampferelement 9 ist derart angeordnet, dass es den Brennlufteintritt 3 ringförmig umgibt. Das Verdampferelement 9 weist an dem Brennlufteintritt 3 einen unbedeckten Brennstoffaustrittsabschnitt 12 auf, an dem verdampfter Brennstoff aus dem Verdampferelement 9 austreten kann. Die anderen Seiten des Verdampferelements 9 sind - abgesehen von den Brennstoffleitungen 10 - jeweils bedeckt, sodass Brennstoff nur an dem Brennstoffaus- trittsabschnitt 12 aus dem Verdampferelement 9 austreten kann. Der Brennstoffaustrittsabschnitt 12 umgibt den Brennlufteintritt 3 ringförmig, sodass von allen Seiten gleichmäßig Brennstoff zuführbar ist. Es ist zu beachten, dass das Verdampferelement 9 nicht zwingend eine geschlossene Ringform aufweisen muss und ggfs. auch mehrere separate Fuel lines 10 are shown, for example, only one fuel line 10 may be provided or more fuel lines 10 may be provided. On a side facing away from the combustion chamber 2 side, the evaporator element 9 is covered by a rear wall 11, through which the fuel lines 10 are passed. On the combustion chamber 2 side facing the evaporator element 9 is covered by the previously described cover 4, which may be formed in particular of a metal sheet. The evaporator element 9 is arranged such that it surrounds the combustion air inlet 3 in an annular manner. The evaporator element 9 has an uncovered fuel outlet section 12 at the combustion air inlet 3, at which vaporized fuel can escape from the evaporator element 9. The other sides of the evaporator element 9 are - apart from the fuel lines 10 - each covered so that fuel can emerge only at the fuel outlet portion 12 from the evaporator element 9. The fuel outlet section 12 surrounds the combustion air inlet 3 in a ring shape so that fuel can be supplied uniformly from all sides. It should be noted that the evaporator element 9 does not necessarily have to have a closed ring shape and if necessary. Also several separate

Verdampferelemente 9 über den Umfang verteilt angeordnet sein können. Das Verdampfere- lement 9 ist über die Abdeckung 4 thermisch an den Aufweitungsabschnitt 20 angekoppelt, sodass bei einem Betrieb des mobilen Heizgeräts Wärme von der in dem Aufweitungsabschnitt 20 verankerten Flamme in das Verdampferelement 9 übertragen wird, um dort für die Brennstoffverdampfung erforderliche Verdampfungswärme bereitzustellen. Es kann ferner ein Zündelement zum Starten des Brenners vorgesehen sein, das zumindest teilweise in die Brennkammer ragt und der Einfachheit halber in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Evaporator elements 9 may be arranged distributed over the circumference. The evaporator element 9 is thermally coupled via the cover 4 to the expansion section 20, so that heat is transferred from the flame anchored in the expansion section 20 into the evaporator element 9 during operation of the mobile heater in order to provide evaporation heat required there for the fuel evaporation. Furthermore, an ignition element for starting the burner can be provided which projects at least partially into the combustion chamber and, for the sake of simplicity, is not shown in FIG.

Durch die Anordnung des Verdampferelements 9 in der beschriebenen Weise, bei der die Brennstoffleitungen 10 räumlich von dem Brennstoffaustrittsabschnitt 12 beabstandet sind, wird eine gleichmäßige Ausbreitung des zugeführten flüssigen Brennstoffs in dem Verdamp- ferelement 9 erreicht, sodass das gesamte Verdampferelement 9 für die Brennstoffverdampfung ausgenutzt wird. Ferner wird durch die beschriebene Anordnung, bei der die Mündungen der Brennstoffleitungen in der Hauptströmungsrichtung H weiter voraus angeordnet sind als der Brennstoffaustrittsabschnitt 12, erreicht, dass der Brennstoff mit einer der Hauptströmungsrichtung H entgegengerichteten Richtungskomponente aus dem Verdampferelement 9 austritt. In dieser Weise wird eine besonders homogene Durchmischung des austretendenBy arranging the evaporator element 9 in the manner described, in which the fuel lines 10 are spatially spaced from the fuel outlet section 12, a uniform propagation of the supplied liquid fuel in the evaporator 9 is achieved, so that the entire evaporator element 9 is utilized for the fuel evaporation , Furthermore, as a result of the described arrangement, in which the openings of the fuel lines in the main flow direction H are arranged further ahead than the fuel outlet section 12, the fuel exits the evaporator element 9 with a direction component which is directed counter to the main flow direction H. In this way, a particularly homogeneous mixing of the exiting

Brennstoffs mit der aus der Luftleitvorrichtung 6 austretenden Brennluft erreicht, sodass unmittelbar am Brennlufteintritt 3 eine gute Durchmischung von Brennluft und verdampftem Brennstoff erzielt wird. Die zuvor beschriebenen Komponenten des Brenners 1 sind außen durch einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Brennerflansch 13 umgeben, der einen Strömungsraum für zugeführte Brennluft bildet. Der Brennerflansch 13 dient ferner einer Befestigung des Brenners an rückseitig befindlichen weiteren Komponenten des mobilen Heizgeräts, die nicht dargestellt sind. Der Brennerflansch 13 ist derart ausgebildet, dass zwischen der Innenseite des Brennerflan- sches 13 und der Außenseite des an den Aufweitungsabschnitt 20 anschließenden Abschnitts 21 der Brennkammerwandung ein ringförmiger Spalt gebildet ist, durch den ein Teil der zugeführten Brennluft strömen kann. An einem bezüglich der Hauptströmungsrichtung H stromabwärtigen Ende ist der Brennerflansch 3 mit dem Abschnitt 21 derart verbunden, dass der Spalt dort verschlossen ist. Wie in den Fig. 1 und Fig. 2 zu sehen ist, weist der an denFuel reaches with the emerging from the air deflector 6 combustion air, so that a good mixing of combustion air and vaporized fuel is achieved directly at the combustion air inlet 3. The components of the burner 1 described above are surrounded on the outside by a substantially hollow-cylindrical burner flange 13, which forms a flow space for supplied combustion air. The burner flange 13 also serves to attach the burner to the rear of other components of the mobile heater, which are not shown. The burner flange 13 is designed such that an annular gap is formed between the inside of the burner flange 13 and the outside of the section 21 of the combustion chamber wall adjoining the widening section 20, through which part of the supplied combustion air can flow. At a downstream end with respect to the main flow direction H, the burner flange 3 is connected to the section 21 such that the gap is closed there. As can be seen in FIGS. 1 and 2, it points to the

Aufweitungsabschnitt 20 anschließende Abschnitt 21 der Brennkammerwandung eine Mehrzahl von Löchern 22 und 23 auf, durch die ebenfalls Brennluft in die Brennkammer 2 eintreten kann. Durch die gewählte Geometrie wird die von der Brennluftfördereinrichtung zugeführte Brennluft in einem bestimmten Verhältnis aufgeteilt, sodass ein Teil der Brennluft über die Luftleitvorrichtung 6 an dem Brennlufteintritt 3 in den Aufweitungsabschnitt 20 zugeführt wird und ein anderer Teil der Brennluft über den Spalt und die Löcher 22 und 23 in die Brennkammer zugeführt wird. Expansion section 20 subsequent section 21 of the combustion chamber wall on a plurality of holes 22 and 23 through which also combustion air can enter into the combustion chamber 2. Due to the selected geometry, the combustion air supplied from the combustion air conveyor is split in a certain ratio, so that a portion of the combustion air is supplied via the spoiler 6 at the combustion air inlet 3 in the expansion section 20 and another part of the combustion air through the gap and the holes 22 and 23 is fed into the combustion chamber.

Durch die beschriebene Ausgestaltung wird im Betrieb des Brenners 1 über eine große Band- breite von verschiedenen Heizleistungen eine stabile Verankerung der Flamme in dem Aufweitung sab schnitt 21 erzielt, wie im Folgenden eingehender erläutert wird. By the described embodiment, a stable anchoring of the flame in the expansion sab section 21 is achieved during operation of the burner 1 over a wide range of different heating powers, as will be explained in more detail below.

Die aus der Luftleitvorrichtung 6 austretende Brennluft wird an dem Brennlufteintritt 3 mit dem dort aus dem Verdampferelement 9 austretenden Brennstoff durchmischt. Aufgrund des starken Dralls der Brennluft in Verbindung mit der starken Aufweitung des Aufweitungsabschnitts 20 bleibt die Strömung des Brennluft-Brennstoff-Gemischs durch wirkende Zentrifugalkräfte an der Wandung des Aufweitungsabschnitts 20 anliegend. Eine Ausbildung von sogenannten Totwassergebieten außen an der Wandung kann dabei auch bei einer starken Aufweitung zuverlässig verhindert werden. Die Strömung streicht dabei mit relativ hohen Geschwindigkeiten an der Wandung des Aufweitungsabschnitts 20 entlang, sodass im Betrieb des Brenners eine gute konvektive Wärmeübertragung auf die Abdeckung 4 und über Wärmeleitung auf das dahinter befindliche Verdampferelement 9 erfolgt. Die Ausgestaltung des Aufweitungsabschnitts 20 wirkt strömungsmechanisch gesehen wie eine unstetige Querschnittserweiterung, sodass bei der verdrallten Strömung eine starke Aufweitung des Kernwirbels auftritt. Aufgrund der sich einstellenden lokalen statischen Drücke folgt im Anschluss an die Aufweitung des Kernwirbels ein Zusammenfallen des Kernwir- bels, sodass sich in einem radial innenliegenden Bereich nahe der Längsachse Z eine starke Rückströmung entgegen der Hauptströmungsrichtung H ausbildet, wie in Fig. 1 schematisch durch Pfeile dargestellt ist. Die sich dabei ausbildenden Rezirkulationswirbel weisen bei der beschriebenen geometrischen Ausgestaltung des Brenners 1 dabei eine Position auf, die im Wesentlichen unabhängig vom Massenstrom des Brennluft-Brennstoff-Gemisches ist, sodass eine Selbststabilisierung bzw. Verankerung der Flamme in dem Aufweitungsabschnitt 20 erfolgt. Das Ausbilden dieser Strömungsverhältnisse kann dadurch erklärt werden, dass sich die verdrallte Strömung in dem Aufweitungsabschnitt 20 radial aufweitet, wobei eine Verzögerung in axialer Richtung erfolgt. Die Tangentialkomponente der Geschwindigkeit bewirkt dabei einen radialen Druckgradienten, wodurch der statische Druck in Richtung zur Längs- achse Z geringer wird. Aufgrund dieser Druckverhältnisse bildet sich der Rezirkulationsbe- reich aus. The emerging from the air guide 6 combustion air is mixed at the combustion air inlet 3 with the emerging there from the evaporator element 9 fuel. Due to the strong swirl of the combustion air in conjunction with the strong expansion of the expansion portion 20, the flow of the combustion air-fuel mixture by acting centrifugal forces on the wall of the expansion portion 20 remains abutting. A formation of so-called dead water areas outside the wall can be reliably prevented even with a strong expansion. The flow sweeps along the wall of the expansion section 20 at relatively high speeds, so that a good convective heat transfer to the cover 4 and via heat conduction to the evaporator element 9 located behind it takes place during operation of the burner. The design of the widening portion 20 acts fluidically seen as a discontinuous cross-sectional widening, so that in the twisted flow a strong expansion of the nuclear vortex occurs. As a result of the local static pressures occurring, a collapse of the core vortex follows the widening of the core vortex, so that in a radially inner region near the longitudinal axis Z, a strong reverse flow forms opposite to the main flow direction H, as schematically illustrated by arrows in FIG is shown. The recirculation vortices that form in this case have a position in the described geometric configuration of the burner 1 that is essentially independent of the mass flow of the combustion air-fuel mixture, so that a self-stabilization or anchoring of the flame takes place in the expansion section 20. The formation of these flow conditions can be explained by the fact that the twisted flow in the expansion section 20 expands radially, with a delay in the axial direction. The tangential component of the velocity causes a radial pressure gradient, as a result of which the static pressure in the direction of the longitudinal axis Z becomes smaller. Due to these pressure conditions, the recirculation area is formed.

Aufgrund der beschriebenen Ausgestaltung lässt sich der Brenner 1 über eine große Bandbreite von verschiedenen Heizleistungen, insbesondere in einem Leistungsbereich von 0,8 kW bis ca. 20 kW betreiben. Due to the described embodiment, the burner 1 can be operated over a wide range of different heating powers, in particular in a power range from 0.8 kW to about 20 kW.

Die Kombination der Brennkammerausgestaltung mit dem Verdampferelement 9 ermöglicht einen stabilen Betrieb auch bei relativ niedrigen Heizleistungen. Durch das Verdampferelement 9 erfolgt ferner eine stabile Zufuhr von Brennstoff in die Brennkammer 2 selbst wenn sich in der Brennstoffleitung 10 Luftblasen ausbilden sollten. Aufgrund der resultierenden Selbststabilisierung bzw. Verankerung der Flamme in dem Aufweitungsabschnitt 20 erfolgt bei hohen Heizleistungen ein hoher Wärmeeintrag in das Verdampferelement 9, sodass dort zuverlässig die benötigte große Brennstoffmenge pro Zeit verdampft werden kann. Bei einer niedrigeren Heizleistung erfolgt ein entsprechend kleinerer Wärmeeintrag, sodass der Brenn- stoffverdampfungsprozess ebenfalls über eine große Bandbreite an Heizleistungen zuverlässig in dem gewünschten Maß aufrechterhalten werden kann. Durch die erzielte Durchströmung von im Wesentlichen dem gesamten Volumen des Verdampferelements 9 wird einer Ablagerungsbildung in dem Verdampferelement 9 zuverlässig entgegengewirkt. Durch die Brenn- Stoffzuführung über das Verdampferelement 9 wird ferner eine besonders kostengünstige Ausgestaltung des Brenners 1 ermöglicht. The combination of the combustion chamber design with the evaporator element 9 enables stable operation even at relatively low heat outputs. By the evaporator element 9 is also a stable supply of fuel into the combustion chamber 2 even if 10 air bubbles should form in the fuel line. Due to the resulting self-stabilization or anchoring of the flame in the widening section 20, a high heat input into the evaporator element 9 occurs at high heat outputs, so that reliably the required large amount of fuel per unit time can be vaporized there. With a lower heating power, a correspondingly smaller heat input takes place, so that the fuel evaporation process can also be reliably maintained to the desired extent over a wide range of heating capacities. Due to the achieved flow through substantially the entire volume of the evaporator element 9, a deposit formation in the evaporator element 9 is reliably counteracted. Through the burning Material supply via the evaporator element 9 is also a particularly cost-effective design of the burner 1 allows.

Da mit der beschriebenen Ausgestaltung eine definierte gute Durchmischung von Brennstoff und Brennluft erreicht wird, wird eine sehr schadstoffarme Verbrennung erreicht. Die Brennluft wird bei dem beschriebenen mobilen Heizgerät mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit in den Aufweitungsabschnitt 20 eingeleitet. In dieser Weise kann zuverlässig ein unerwünschter Rückbrand verhindert werden. ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM Since a defined good mixing of fuel and combustion air is achieved with the described embodiment, a very low-pollution combustion is achieved. The combustion air is introduced in the described mobile heater with a high flow rate in the expansion portion 20. In this way, an unwanted burn-back can be reliably prevented. SECOND EMBODIMENT

Eine zweite Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezug auf Fig. 6 beschrieben, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen nur die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform eingehender beschrieben werden und für dieselben Bauteile bzw. Komponenten dieselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform verwendet werden.  A second embodiment will now be described with reference to FIG. 6, in which only the differences from the first embodiment will be described in greater detail to avoid repetition, and the same reference numerals as in the first embodiment will be used for the same components.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich darin von der ersten Ausführungsform, dass die Brennstoffzufuhr anstelle des bei der ersten Ausführungsform vorgesehenen Verdampferelements 9 zum Verdampfen des flüssigen Brennstoffs eine Zerstäuberdüse 90 zum Zerstäuben des flüssigen Brennstoffs aufweist, wie noch eingehender beschrieben wird. Der Aufwei- tungsabschnitt 20 weist auch bei der zweiten Ausführungsform einen Querschnitt auf, der sich mit zunehmendem Abstand von dem Brennlufteintritt 3 aufweitet. Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Aufweitung sab schnitt 20 durch eine konische Wandung begrenzt, die allerdings im Unterschied zur ersten Ausführungsform nicht durch eine separate Abdeckung 4 gebildet ist, sondern durch eine Rückwand 40 der Brennkammer 2. The second embodiment differs from the first embodiment in that the fuel supply has an atomizing nozzle 90 for atomizing the liquid fuel instead of the evaporator element 9 for evaporating the liquid fuel provided in the first embodiment, as will be described in more detail. The expansion section 20 also has a cross section in the second embodiment, which widens with increasing distance from the combustion air inlet 3. Also in the second embodiment, the expansion sab section 20 is limited by a conical wall, which, however, unlike the first embodiment is not formed by a separate cover 4, but by a rear wall 40 of the combustion chamber. 2

Bei der zweiten Ausführungsform ist ferner die Durchgangsbohrung 62 der Luftleitvorrichtung 6 nicht durch einen Verschluss 63 verschlossen, sondern die Zerstäuberdüse 90 ist in der Durchgangsbohrung 62 angeordnet. Der flüssige Brennstoff wird der Zerstäuberdüse 90 über eine Brennstoffleitung 100 zugeführt, wie in Fig. 6 schematisch dargestellt ist. Die Luftleit- Vorrichtung 6 ist bei der zweiten Ausführungsform derart angeordnet, dass die aus der Luftleitvorrichtung 6 austretende Luft in einen sich verjüngenden Abschnitt 19 eintritt, der sich vor dem Brennlufteintritt 3 befindet. Der sich verjüngende Abschnitt 19 wird bei dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel durch einen sich verengenden Kegelstumpf gebildet. Der sich verjüngende Abschnitt 19 umgibt die Zerstäuberdüse 90 und bewirkt, dass die Brennluft nach dem Austritt aus der Luftleitvorrichtung 6 gezwungen wird, den Austrittsbereich der Einspritzdüse 90 zu umströmen und diese dadurch zu kühlen. Es erfolgt somit eine Kühlung der Einspritzdüse 90 durch die zugeführte Brennluft. Ferner wird in dieser Weise erreicht, dass rückströmende heiße Gase vom dem Verbrennungsprozess in der Brennkammer 2 nicht bis zu der Einspritzdüse 90 gelangen können. Außerdem bewirkt die Querschnittsverengung eine Erhöhung der tangentialen Geschwindigkeitskomponente der hindurchtretenden Brennluft und bringt den axialen Geschwindigkeitsanteil näher zur Längsachse Z. Further, in the second embodiment, the through-hole 62 of the spoiler 6 is not closed by a shutter 63, but the atomizer nozzle 90 is disposed in the through-hole 62. The liquid fuel is supplied to the atomizer nozzle 90 via a fuel line 100, as shown schematically in FIG. In the second embodiment, the air guiding device 6 is arranged in such a way that the air emerging from the air guiding device 6 enters a tapering section 19, which is located in front of the combustion air inlet 3. The tapered portion 19 is formed in the example shown in Fig. 6 by a tapered truncated cone. The tapered portion 19 surrounds the atomizing nozzle 90 and causes the combustion air after the outlet from the air guiding device 6 is forced to flow around the outlet region of the injection nozzle 90 and thereby to cool it. There is thus a cooling of the injection nozzle 90 by the supplied combustion air. Furthermore, it is achieved in this way that back-flowing hot gases from the combustion process in the combustion chamber 2 can not reach the injection nozzle 90. In addition, the cross-sectional constriction causes an increase in the tangential velocity component of the passing combustion air and brings the axial velocity component closer to the longitudinal axis Z.

Die Zerstäuberdüse 90 ist derart ausgebildet, dass der Brennstoff im Wesentlichen hohlkegelförmig aus der Zerstäuberdüse 90 in den Aufweitungsabschnitt 20 austritt, wie in Fig. 6 schematisch durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Der Öffnungswinkel des Hohlkegels, mit dem der zerstäubte Brennstoff aus der Zerstäuberdüse 90 austritt, ist dabei bevorzugt so gewählt, dass der Brennstoff in den Scherströmungsbereich eintritt, der sich zwischen den an der Wandung des Aufweitungsabschnitts 20 abströmenden Gasen und den in dem axialen Rezirkulationsbereich rückströmenden Gasen ausbildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Öffnung swinkel des Hohlkegels, mit dem der zerstäubte Brennstoff zugeführt wird, zwischen 20° und 40°, bevorzugt zwischen 25° und 35°. Als Öffnungswinkel wird dabei wiederum der Winkel zwischen dem austretenden zerstäubten Brennstoff und der Längsachse Z bezeichnet. The atomizing nozzle 90 is formed so that the fuel substantially hollow cone emerges from the atomizer nozzle 90 in the expansion portion 20, as shown schematically in Fig. 6 by dashed lines. The opening angle of the hollow cone, with which the atomized fuel exits from the atomizer nozzle 90, is preferably selected so that the fuel enters the shear flow region, which is between the gases flowing off the wall of the expansion section 20 and the gases flowing back in the axial recirculation region formed. In the illustrated embodiment, the opening angle of the hollow cone, with which the atomized fuel is supplied, between 20 ° and 40 °, preferably between 25 ° and 35 °. In this case, the angle between the exiting atomized fuel and the longitudinal axis Z is again referred to as the opening angle.

Claims

Patentansprüche claims

1. Mobiles, mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät mit: 1. Mobile liquid fuel heater with:

einer Brennkammer (2), die einen Brennlufteintritt (3) aufweist, wobei die Brennkammer (2) einen an den Brennlufteintritt (3) anschließenden Aufweitungsabschnitt (20) aufweist, dessen Querschnitt sich mit zunehmendem Abstand von dem Brennlufteintritt (3) aufweitet und in dem im Betrieb Brennluft mit Brennstoff in einer flammenden Verbrennung umgesetzt wird,  a combustion chamber (2) having a combustion air inlet (3), wherein the combustion chamber (2) has a widening section (20) adjoining the combustion air inlet (3) whose cross section widens with increasing distance from the combustion air inlet (3) and in which during operation combustion air is converted with fuel in a flaming combustion,

einer Brennstoffzufuhr, die derart angeordnet ist, dass Brennstoff in den Aufweitungsabschnitt (20) zugeführt wird, und  a fuel supply arranged to supply fuel to the expansion portion (20), and

einer Luftleitvorrichtung (6), die dazu ausgebildet ist, die Brennluft derart mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskomponente in den Aufweitung sab schnitt (20) einzuleiten, dass sich in dem Aufweitungsabschnitt (20) ein axialer Rezirkulations- bereich ausbildet, in dem Gase entgegen einer Hauptströmungsrichtung (H) in Richtung des Brennlufteintritts (3) strömen.  an air guiding device (6) which is designed to introduce the combustion air into the expansion section (20) with a circumferential flow component in such a way that an axial recirculation region is formed in the expansion section (20) in which gases are directed against one another Main flow direction (H) in the direction of the combustion air inlet (3) flow.

2. Mobiles Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzufuhr zumindest ein Verdampferelement (9) zum Verdampfen des flüssigen Brennstoffs aufweist. 2. A mobile heater according to claim 1, characterized in that the fuel supply comprises at least one evaporator element (9) for evaporating the liquid fuel.

3. Mobiles Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verdampferelement (9) derart angeordnet ist, dass es den Brennlufteintritt (3) zumindest teilweise umgibt. 3. A mobile heater according to claim 2, characterized in that the at least one evaporator element (9) is arranged such that it surrounds the combustion air inlet (3) at least partially.

4. Mobiles Heizgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verdampferelement (9) den Brennlufteintritt (3) ringförmig umgibt. 4. Mobile heater according to claim 2 or 3, characterized in that the at least one evaporator element (9) surrounds the combustion air inlet (3) in an annular manner.

5. Mobiles Heizgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verdampferelement (9) thermisch an den Aufweitungsabschnitt (3) angekoppelt ist. 5. Mobile heater according to one of claims 2 to 4, characterized in that the at least one evaporator element (9) is thermally coupled to the expansion section (3).

6. Mobiles Heizgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampferelement (9) teilweise durch eine Abdeckung (4) abgedeckt ist, sodass in einem nicht abgedeckten Bereich ein Brennstoffaustrittsabschnitt (12) gebildet ist. 6. Mobile heater according to one of claims 2 to 5, characterized in that the evaporator element (9) is partially covered by a cover (4), so that in a non-covered area, a fuel outlet portion (12) is formed.

7. Mobiles Heizgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (4) eine Wandung des Aufweitungsabschnitts (20) bildet. 7. A mobile heater according to claim 6, characterized in that the cover (4) forms a wall of the widening portion (20).

8. Mobiles Heizgerät nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffaustrittsabschnitt (12) an dem Brennlufteintritt (3) angeordnet ist. 8. Mobile heater according to one of claims 6 or 7, characterized in that the fuel outlet portion (12) is arranged on the combustion air inlet (3).

9. Mobiles Heizgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampferelement (9) derart angeordnet ist, dass verdampfter Brennstoff mit einer der Hauptströmungsrichtung (H) entgegengerichteten Richtungskomponente austritt. 9. A mobile heater according to one of claims 2 to 8, characterized in that the evaporator element (9) is arranged such that vaporized fuel emerges with one of the main flow direction (H) oppositely directed direction component.

10. Mobiles Heizgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufweitungsabschnitt (20) einen kontinuierlich aufweitenden Querschnitt aufweist, insbesondere konisch aufweitend ausgebildet ist. 10. Mobile heater according to one of the preceding claims, characterized in that the widening portion (20) has a continuously widening cross section, in particular is formed conically widening.

11. Mobiles Heizgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Aufweitung sab schnitt (20) mit einem Öffnungswinkel von zumindest 20° aufweitet. 11. Mobile heater according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion sab section (20) widens with an opening angle of at least 20 °.

12. Mobiles Heizgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitvorrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass die Brennluft mit einer Drallzahl von zumindest 0,6 in den Aufweitungsabschnitt (20) eingeleitet wird. 12. Mobile heater according to one of the preceding claims, characterized in that the air guiding device (6) is designed such that the combustion air is introduced with a swirl number of at least 0.6 in the expansion section (20).

13. Mobiles Heizgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgerät derart ausgelegt ist, dass die Brennluft in dem Brennlufteintritt (3) mit Strömungsgeschwindigkeiten eingeleitet wird, die höher als die in der Brennkammer (2) auftretenden turbulenten Flammengeschwindigkeiten sind. 13. A mobile heater according to one of the preceding claims, characterized in that the heater is designed such that the combustion air in the combustion air inlet (3) is introduced at flow rates which are higher than in the combustion chamber (2) occurring turbulent flame speeds.

14. Mobiles Heizgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (2) durchgehend einen freien Strömungsquerschnitt aufweist. 14. Mobile heater according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber (2) has a continuous flow cross-section throughout.

15. Mobiles Heizgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (2) anschließend an den Aufweitungsabschnitt (20) einen Abschnitt (21) mit im Wesentlichen gleichbleibendem Querschnitt aufweist. 15. A mobile heater according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber (2) subsequent to the widening portion (20) has a portion (21) with a substantially constant cross-section.