WO1996015408A1 - Evaporation burner for a heater - Google Patents

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WO1996015408A1
WO1996015408A1 PCT/DE1995/001546 DE9501546W WO9615408A1 WO 1996015408 A1 WO1996015408 A1 WO 1996015408A1 DE 9501546 W DE9501546 W DE 9501546W WO 9615408 A1 WO9615408 A1 WO 9615408A1
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WO
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burner according
combustion chamber
air
air supply
evaporator
Prior art date
Application number
PCT/DE1995/001546
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German (de)
French (fr)
Inventor
Walter Blaschke
Original Assignee
Firma J. Eberspächer Gmbh & Co
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Publication date
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Priority to US08/836,543 priority patent/US6027334A/en
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D3/00—Burners using capillary action
    • F23D3/40—Burners using capillary action the capillary action taking place in one or more rigid porous bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2207/00—Ignition devices associated with burner

Definitions

  • the invention relates to an evaporator burner with a combustion chamber for a heater or a thermal regeneration of an exhaust gas particle filter, with a circumferential boundary wall, which has a lateral outer connection piece for accommodating an ignition device, a forehead limiter tongue wall, which has a central opening, an air supply pipe protruding coaxially into the combustion chamber, which has radial air outlets through the pipe wall, and with a fuel supply.
  • Hitherto known evaporator burners have combustion chambers which operate on the principle that the fuel is applied to a wall or introduced into a porous material and is evaporated and burned from there. Evaporation, reaction and combustion take place in one, so they are not separated.
  • the combustion air is either fed directly to the combustion chamber and distributed throughout the combustion chamber, or radially via bores (via the outer jacket) or via a central air tube which is provided with bores and which has a flame tube at a certain distance from the tube outlet.
  • Common to these combustion chambers is that they have a relatively low power density, i.e. have a relatively low output based on the combustion chamber volume.
  • the object of the invention is to provide an evaporator burner of the type mentioned at the outset, which can be used in many fields, enables efficient combustion of a different type from the aforementioned prior art, and in particular has a simple and compact design and is efficiently manufactured and can be assembled.
  • the object on which the invention is based is achieved by an evaporator burner in accordance with the features of patent claim 1.
  • a guiding device to the air supply connection of the combustion chamber, which ensures that the combustion air is supplied in a swirling flow to the (cylindrical) air supply connection during operation of the burner.
  • the swirl flow is a three-dimensional flow, the main component of which runs tangentially in the area of the air supply nozzle near the wall, the radial component of the flow being relatively weak and the axial component of the flow being relatively strong.
  • the radial air outlets through the nozzle wall ensure that the high tangential speed component is deflected and accelerated, the "swirl" being essentially destroyed or a positive or negative residual swirl being established.
  • the radial air outlets can be open-ended longitudinal slots or closed through-windows in the nozzle wall and on the circumference of the nozzle wall, optionally arranged in an inclined position and / or formed with angled edges in order to set up the aforementioned (positive or negative) residual swirl.
  • the guide device for the swirl flow is set up in the form of guide vanes, which can be formed, in particular, integrally or in one piece with the air supply connector, with connectors and guide vanes being, for example, a single casting.
  • the combustion chamber is followed by a coaxial flame tube, which stabilizes the flame during operation and serves to guide the exhaust gas (hot gas).
  • a particularly cost-effective production and assembly of the burner results if the flame tube and the peripheral boundary wall or the combustion chamber jacket are formed in one piece, in particular as a sheet metal (deep-drawn) part, while in particular the rest of the combustion chamber parts are preferably cast parts only casting, are.
  • Sheet metal (deep-drawn) parts and castings can be welded together or for "thermal decoupling" via an insulating element, e.g. a flat gasket, be firmly connected.
  • an insulating element e.g. a flat gasket
  • the fuel is supplied to the combustion chamber annulus on the one hand via an annular channel in frontal arrangement to the combustion chamber jacket or alternatively via the lateral outer connector in which the ignition device, e.g. a glow plug or glow plug is arranged in different positions (obliquely, axially, radially, tangentially with respect to the combustion chamber axis).
  • the ignition device e.g. a glow plug or glow plug is arranged in different positions (obliquely, axially, radially, tangentially with respect to the combustion chamber axis).
  • a porous lining for evaporating supplied fuel can be provided on the inside of the combustion chamber shell or on the peripheral boundary wall of the combustion chamber.
  • the air supply nozzle can be closed at its downstream end or, in an advantageous further development, can be open and provided with a cover.
  • the central through opening of the end panel partially flows back the exhaust gas or the air in the area of the burner axis or in the vortex center of the swirl flow air supplied and is again fed to the combustion chamber annulus through the radial air passages in the nozzle wall.
  • This recirculated exhaust gas or air stream takes part in the combustion at least one more time (recirculation), a low-pollution combustion with low pollutant emissions being set up.
  • the diameter of the through opening or the diaphragm diameter is determined by experiment.
  • the invention enables the construction of a burner which is very simple in construction, easy to manufacture and assemble and is highly efficient to operate.
  • the burner is particularly suitable for additional heaters, such as auxiliary heaters, auxiliary heaters, stoves, camping stoves, but also for so-called soot burners, for automotive catalytic converter preheating, for a refrigerator, a field kitchen, home heating or simply for firing systems.
  • the burner is preferably a so-called blue burner with exhaust gas recirculation, which results in low-pollutant combustion.
  • the burner is suitable for petroleum.
  • the component load is low since the diffusion flame takes place in the annular combustion chamber between the air supply connection and the peripheral wall of the combustion chamber. Since the flame pattern is homogeneous, the burner can also be operated with high efficiency in heat exchangers.
  • a coaxial flame holder or a coaxial flame shield can also be provided after the end cover of the air supply connector, then such devices can be dispensed with for certain requirements and arrangements.
  • the ambient air can optionally be drawn in automatically during operation, the end orifice also being used as a flow cone or the like. can be trained (e.g. with a stove).
  • a homogeneous flame pattern in the annular space between the circumferential boundary wall and the air supply nozzle is expediently supported by the fact that the liquid fuel is supplied on the end face over the entire circumference of the porous lining, ie fuel supplied in the porous lining over the entire circumference of the jacket inwards into the annular space (gasification zone) can evaporate.
  • the ring channel for the fuel is preferably provided on the end face of the porous lining, which is created by a distributor ring which is round or angular in cross section and has bevels and which is located in an associated inner wall pocket in the region of the end faces ⁇ tion wall of the combustion chamber is located.
  • the ring channel has a preferably axial connection for a fuel supply line, which is angled radially outward outside the connection area to the ring channel, ie can extend parallel to the end wall of the combustion chamber.
  • the distribution ring can have circumferentially, in particular, equally distributed axial through-bores, the number of axial through-bores preferably being equal to the number of radial air outlets, which are preferably equally distributed over the circumference of the air supply connector.
  • a transition ring can be arranged between the end face of the porous lining, web, sintered metal or the like, and the aforementioned ring channel in order to compensate for manufacturing tolerances, e.g. a triton ring which is particularly absorbent and adaptable.
  • the combustion air is therefore swirled via a guide device and fed to a central air distribution pipe which projects into the combustion chamber.
  • This tube is provided with radial slits or openings as well as a cover which can be opened or closed.
  • the combustion air enters the annular combustion chamber radially through the slots.
  • the three-dimensionally supplied combustion air has a high tangential speed component, which is strongly redirected and accelerated at the radial slots (that is, the slot tube destroys the swirl, it works as a swirl destroyer).
  • the air roller is peeled and straightened, so to speak.
  • the accelerated air jets emerging from the slots form highly turbulent zones (vortices) in their edge region, which extend as far as the combustion chamber wall.
  • the highly turbulent zones form to the right and left of the slots, that is, in the area of the webs.
  • the annulus height, slot width, number of slots and slot length are determined.
  • a positive or negative residual swirl is maintained in the combustion chamber. This can be achieved by slits made at an angle (at a certain angle). The slots then cause a stronger or weaker deflection of the tangential speed component.
  • the end panel in the central air distribution pipe has the task of diverting the swirled combustion air through the slots.
  • a partial exhaust gas flow can be returned via this orifice (orifice diameter is determined in the experiment), which again participates in the combustion (recirculation).
  • the three-dimensional swirl flow in the center expediently has a flow cone with a negative axial velocity component in the area of the orifice in the central air distributor pipe.
  • the high swirl required for this can be generated with a corresponding guide device (blade angle, blade height, number of blades), but this means a higher energy expenditure on the part of the fan (e.g. an electrical power consumption in a household burner).
  • combustion chamber with low energy consumption (power consumption of the blower as low as possible) (e.g. vehicle parking heater, stove) (e.g. vehicle parking heater, stove)
  • power consumption of the blower as low as possible
  • the combustion air is also deflected via the slots, as before, but there is no longer any hot gas recirculation.
  • the ignition device In or on the gasification room or smoker room, the ignition device attached or introduced.
  • the ignition device In the ideal case, the ignition device generates an independent pilot flame which initiates the evaporation process in the pre-evaporation zone.
  • the pilot flame continues to burn automatically after switching off the ignition aid (glow plug, glow plug).
  • the fuel can be fed directly into the combustion chamber or via the ignition device.
  • the ignition device preferably has an ignition air supply.
  • the air duct components are preferably made of investment casting, this including the guide device, the air distributor pipe and, if necessary, a fastening flange.
  • combustion chamber jacket and the hot gas guide tube (flame tube) from investment casting, the combustion chamber jacket then providing the air guide parts is assigned.
  • this embodiment has the disadvantage that relatively high masses have to be heated up and it is important for certain burner requirements to be able to drive high power as quickly as possible (auxiliary heater), it is expedient to remove the combustion chamber jacket and the hot gas guide tube from the separate air-conducting parts and execute them in thin-walled sheet metal.
  • This preferably one-piece part has the advantage of low mass and thus heats up very quickly, which is advantageous for the gasification and evaporation process.
  • a further advantage is that the air guiding part is a smaller component than a complete combustion chamber, and thus more parts are produced from one casting, which lowers the unit price.
  • the aforementioned component can be used for thermal decoupling (Note: Air guiding parts cool or transfer heat to the electric motor) in such a way that an insulator in the form of a seal is inserted between the combustion chamber jacket and the air guiding part.
  • the burner according to the invention differs from the known burners mentioned at the outset in the type of air distribution and supply for combustion and in the type of mixture preparation as well as in its high power density, which means that higher outputs are achieved from comparable combustion chamber volumes.
  • FIG. 2 shows another evaporator burner similar to FIG. 1,
  • FIGS. 1 and 2 show a third embodiment variant of an evaporator burner in a longitudinal section similar to FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 5 shows the detail A of FIG. 4,
  • FIG. 6 shows the detail of FIG. 5 at another circumferential location
  • FIG. 7 shows the detail of FIG. 6 in another embodiment
  • FIG. 8 shows the embodiment variant according to FIG. 7 with a transition ring in the direction of the porous lining
  • 9 is a schematic partial section of the downstream end of an air duct with an end panel
  • Fig. 10 shows the cross section B-B through the air guide socket according to Fig. 9, and
  • FIG. 11 shows a cross section through an evaporator burner, showing a lateral ignition device.
  • the evaporator burner illustrated in FIG. 1 comprises a cylindrical combustion chamber 1 and a coaxial flame tube 20 in a connection open on the top side according to FIG. 1.
  • the combustion chamber 1 comprises a flat stim boundary wall 6, an essentially cylindrical circumferential boundary wall 2 which projects upwards at right angles from the end boundary wall 6, and a cylindrical air supply pipe which projects centrally upward at right angles from the end boundary wall 6 socket 8 coaxial to the circumferential boundary wall 2 and a porous cylindrical lining 3 arranged on the inner circumference of the circumferential boundary wall 2, an integrated outer lateral connection 4 for accommodating an ignition device 5, for example a glow plug, being formed in the circumferential boundary wall 2 is.
  • the fuel supply to the combustion chamber 1 also takes place via the side connection 4, as described below in conjunction with FIG. 11.
  • the porous lining 3 has at least one radial through opening or an ignition hole 24 in order to ignite or transfer a flame from the connection piece 4 into the annular space between the peripheral boundary wall 2 or the porous lining 3 and the air supply connection piece 8 to which an integrated guide device 32 with guide vanes 31 according to FIG. 2 is assigned, which is in particular cast on.
  • the air supply pipe 8 is formed in one piece with the end boundary wall 6 as an investment casting and on its upper, i.e. s closed downstream end of the rome, but provided in this end area with radial air outlets 9 in the nozzle wall, which are evenly distributed on the circumference of the nozzle and are described in more detail below.
  • a flame shield 19 or a flame holder with a central opening is arranged coaxially downstream of the air supply connection 8 and is attached to the inner circumference of the cylindrical circumferential boundary wall 2 via a cylindrical outer flange.
  • Flame tube 20 and circumferential boundary wall 2 acc. Fig. L are integrally formed from sheet metal in the form of a deep-drawn part and welded by means of a circumferential weld 25 to the aforementioned casting consisting of the end boundary wall 6 and the air supply connector 8.
  • the casting is comparatively small.
  • a comparatively large number of castings can be cast in a single casting box, which reduces manufacturing costs.
  • the air supply nozzle 8 is accessible all around (Entfor he).
  • the combustion chamber jacket or the circumferential boundary wall 2 with integrated flame tube 20 made of sheet metal requires comparatively little material and makes a significant contribution to reducing the mass of the burner.
  • the combustion chamber 1 can also be operated without a liner 3, contrary to the embodiment variant according to FIG. 1, since the fuel supply and fuel vaporization take place via the lateral connection piece 4 of the ignition device 5 (cf. FIG. 11).
  • the air supply connection 8 has, in a coaxial arrangement (according to FIG. 1, below), the guide device 32 (not illustrated) according to FIG. 2, which supplies air to the connection 8 in a swirl flow, the swirl flow primarily on the The inner circumference of the air supply nozzle 8 is formed and the air with the force component directed radially outwards is accelerated through the radial air passages 9 into the combustion chamber annulus or the annulus is "loaded" with air.
  • FIG. 2 of an evaporator burner with a diffusion flame or a gasification burner essentially corresponds to that according to FIG. 1, but here the deep-drawn sheet metal part consisting of flame tube 20 and circumferential boundary wall 2 and the cast part consisting of end wall 6 and the air supply connector 8 and the guide device 32 with guide vanes 31 are not connected by means of a weld seam 25, but rather are provided at this circumferential location with an intermediate insulating element 21, the sheet metal part and the cast part being connected to one another in a sealed manner by means of (not shown) fastening means. Sheet metal and casting are therefore thermally decoupled. A direct connection to the hot parts is interrupted.
  • FIG. 3 basically corresponds in structure to that according to FIGS. 1 and 2, but no flame shield 19 is provided here. Furthermore, the circumferential boundary wall 2 is here in one piece with the end boundary wall 6 and the air supply connector 8 as an investment casting, while the flame tube 20 is a sheet metal part.
  • the air supply pipe 8 has at its upper end a cover 10 in the form of a plug, which can also be a plate or a flow cone.
  • the closure panel 10 has a central through-opening 11 which runs exactly coaxially with the overall arrangement and forms an axial backflow R for burned combustion air or exhaust gas, as will be described below.
  • the evaporator burner according to FIG. 3 has a fuel supply 7 with a fuel supply line 13, as is the case, for example, in the embodiment variant of an evaporator burner according to FIG 4, which uses an annular channel 12.
  • the combustion chamber 1 is an evaporator combustion chamber, which is preferably produced from a cast cylindrical combustion chamber housing with a bottom, the combustion chamber housing on the jacket in the axial direction being a pocket for the ignition device, e.g. has a glow plug or a glow plug, and the ignition device can protrude obliquely into the combustion chamber annulus. Further possible arrangements of the ignition device are described in connection with FIG. 11.
  • the air supply socket 8 In the center of the combustion chamber pot there is the air supply socket 8 or the longitudinal slot configuration, which uniformly distributes the air L supplied from below in a radial direction towards the inner chamber of the combustion chamber, the swirl flow preferably in an upstream vortex. chamber or a control device is generated.
  • the radial air outlets 9 through the wall of the air supply connector 8 can also have oblique slots and other geometric openings or the like with additional deflection edges. 9, 10, which have angled edges with respect to the radial extension of the air supply connector 8.
  • the axially supplied combustion air is therefore a swirl flow L, which has its maximum speed in the area near the stud wall and, because of the open shut-off orifice 10 in the center, forms a backflow cone in the area of the shut-off orifice 10, which in the case of combustion results in a partial reverse flow R causes.
  • the partial return flow again passes through the radial air outlets 9 in the nozzle wall into the annular combustion chamber (“recirculation”) and takes part again in the combustion, which results in a particularly low-emission combustion.
  • the partial return flow can be an exhaust gas recirculation in a closed burner system or in an open system of an atmospheric burner the intake of ambient air, which then leads to a blue burner.
  • the cover can be a plate, a flow cone or the like. and preferably has a cylindrical central through opening 11, which can also be frustoconical and conically widened in the direction of the end boundary wall 6.
  • the capillaries are represented as follows:
  • the fuel supply 7 takes place via the ring channel 12 according to FIGS. 5 to 8, which is formed on the combustion chamber floor near the inner wall.
  • This ring channel 12 is formed in particular in the area of the end boundary wall 6 by a wall pocket 15 on the inside of the combustion chamber, in which a coaxial distributor ring 14 is received.
  • the distributor ring can have a round cross section according to FIGS. 5 and 6 or a rectangular cross section according to FIG. 7.
  • Axial through-bores 17, which are distributed identically or unevenly around the circumference, can extend through the distributor ring 14 in order to also sufficiently supply the downstream side of the ring channel with fuel.
  • the porous cladding 3, web or the like as shown in FIGS. 5 and 6, or a transition ring 18, preferably made of Triton or the like, which in turn adjoins the end face of the porous lining 3 and compensates for tolerances in the manufacture of the individual parts.
  • the fuel supply thus takes place via an annular space with the formation of an annular channel 12 which can be rectangular or trapezoidal in particular and / or can be provided with roundings.
  • the fuel is fed into this channel through the combustion chamber floor via the fuel supply line 13 at a certain angle, preferably in the axial direction of the combustion chamber.
  • the ring channel is essentially closed in the direction of the porous lining in order to ensure that the incoming fuel is distributed circumferentially to the left and right, with two ring capillaries being formed on the circumference of the combustion chamber base be filled with fuel very quickly and distribute it in the circumferential direction.
  • the ignition device 5 for example a glow plug, is heated in the side nozzle 4, a partial air flow being sent via the side nozzle 4, which then forms an ignitable mixture in connection with the fuel evaporated at the porous lining 3 there .
  • the small pilot flame heats the combustion chamber annulus and then ignites the evaporating fuel.
  • the combustion air emerging from the slots or windows of the air supply connector 8 forms a turbulent zone in the radial direction in the region near the wall, with right and left rotating vortex zones.
  • a guide device provided, for example, with 12 longitudinal slots, 12 left and 12 right-turning vortices are then formed, for example.
  • the fuel evaporated by the heat of combustion is detected by these vortex zones and blue-burned in a diffusion flame.
  • the flame fills the entire combustion chamber annulus.
  • a higher number of slots is preferably used, since this increases the turbulent zone.
  • the combustion takes place for the most part in the combustion chamber annulus between the cross-sectional slot base and slot height and between the slots, that is to say in the area of the webs. The combustion in the combustion chamber area is thus completed.
  • the flame tube 20 serves only to guide the hot gas and to homogenize the temperature distribution in the tube, with no more fuel in this tube burns.
  • FIG. 11 illustrates, in particular in the case of a combustion chamber 1 with a porous lining 3, a lateral outer connector 4 for a tangentially arranged ignition device 5, for example a glow plug.
  • the ignition device can also be located axially or radially inwards with respect to the burner axis.
  • Both the ignition air 26 and the fuel 27 are supplied via ring channels around the ignition device 5, which is surrounded by a porous casing 30 or a sieve, web or the like.
  • the fuel is ignited in the side nozzle 4, the flame being generated being transmitted through the ignition hole 24 in the porous lining 3 into the combustion chamber annulus. Since the porous jacket 30 closely adjoins the porous lining 3 of the combustion chamber 1, the fuel supplied to the jacket 30 is also transferred to the porous lining 3 and evaporated on the inside of the combustion chamber jacket and ignited by the flame passing through the ignition hole 24.

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Abstract

In an evaporation burner with a combustion chamber (1) for a heater or the like with a peripheral boundary wall (29), a front boundary wall (6) and an air-supply nozzle (8) projecting coaxially into the combustion chamber (1) with radial air outlets (9) through the nozzle wall, a guiding device (32) for a whirling air supply is fitted at or upstream of the air supply nozzle (8) of the combustion chamber (1), in which said air supply nozzle has a diaphragm (10) for an axial back-flow (R) of the exhaust gas or the air at the centre of turbulence of the whirling air supply (L). In an axial extension of the combustion chamber may be fitted a coaxial flame pipe (20), which together with the peripheral boundary wall (2), may constitute a one-piece (deep-drawn) sheet-metal component and the rest of the combustion chamber may be a cast component.

Description

B e s c h r e i b u n g Description
Verdampferbrer er für ein HeizgerätEvaporator burner for a heater
Die Erfindung betrifft eine Verdampferbrenner mit Brennkam¬ mer für ein Heizgerät oder eine thermische Regeneration ei¬ nes Abgas-Partikelfilters, mit einer Umfangs-Begrenzungs¬ wand, welche einen seitlichen äußeren Stutzen für die Unter¬ bringung einer Zündeinrichtung aufweist, einer Stirn-Begren¬ zungswand, welche eine zentrale Öffnung besitzt, einem ko¬ axial in die Brennkammer hineinragenden LuftzufUhrungsstut¬ zen, welcher radiale Luftaustritte durch die Stutzenwand auf¬ weist, und mit einer BrennstoffZuführung.The invention relates to an evaporator burner with a combustion chamber for a heater or a thermal regeneration of an exhaust gas particle filter, with a circumferential boundary wall, which has a lateral outer connection piece for accommodating an ignition device, a forehead limiter tongue wall, which has a central opening, an air supply pipe protruding coaxially into the combustion chamber, which has radial air outlets through the pipe wall, and with a fuel supply.
Bisher bekannte Verdampferbrenner besitzen Brennkammern, wel¬ che nach dem Prinzip arbeiten, daß der Brennstoff auf einer Wand aufgetragen oder in ein poröses Material eingeleitet und von dort abgedampft und verbrannt wird. Abdampfen, Reaktion und Verbrennung geschehen in einem, sind also nicht getrennt. Die Verbrennungsluft wird entweder der Brennkammer direkt zugeführt und in der gesamten Brennkammer verteilt oder radial über Bohrungen (über den Außenmantel) oder über ein zentrales Luftrohr zugeführt, das mit Bohrungen versehen ist und das in einem bestimmten Abstand vom Rohraustritt ein Flammrohr besitzt. Diesen Brennkammern ist gemein, daß sie eine relativ geringe Leistungsdichte, d.h. eine relativ ge¬ ringe abgegebene Leistung bezogen auf das Brennkammervolu¬ men, besitzen.Hitherto known evaporator burners have combustion chambers which operate on the principle that the fuel is applied to a wall or introduced into a porous material and is evaporated and burned from there. Evaporation, reaction and combustion take place in one, so they are not separated. The combustion air is either fed directly to the combustion chamber and distributed throughout the combustion chamber, or radially via bores (via the outer jacket) or via a central air tube which is provided with bores and which has a flame tube at a certain distance from the tube outlet. Common to these combustion chambers is that they have a relatively low power density, i.e. have a relatively low output based on the combustion chamber volume.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verdampferbren- ners der eingangs genannten Art, welcher auf vielen Gebieten verwendet werden kann, eine gegenüber dem vorgenannten Stand der Technik anders geartete, effiziente Verbrennung ermög¬ licht und insbesondere einfach und kompakt aufgebaut ist so¬ wie rationell gefertigt und montiert werden kann. Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch einen Verdampferbrenner gemäß den Merkmalen des Patentan¬ spruchs 1.The object of the invention is to provide an evaporator burner of the type mentioned at the outset, which can be used in many fields, enables efficient combustion of a different type from the aforementioned prior art, and in particular has a simple and compact design and is efficiently manufactured and can be assembled. The object on which the invention is based is achieved by an evaporator burner in accordance with the features of patent claim 1.
Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 31.The subject of the invention is advantageously further developed by the features of subclaims 2 to 31.
Insbesondere ist vorgesehen, dem LuftZuführungsstutzen der Brennkammer eine Leiteinrichtung zuzu- und insbesondere vor¬ zuordnen, welche dafür sorgt, daß im Betrieb des Brenners die Verbrennungsluft in einer Drallströmung dem (zylindri¬ schen) Luftzuführungsstutzen zugeleitet wird. Die Drallströ¬ mung ist eine dreidimensionale Strömung, deren Hauptkomponen¬ te tangential im wandnahen Bereich es Luftzuführungsstutzens verläuft, wobei die Radialkomponente der Strömung relativ schwach und die Axialkomponente der Strömung relativ stark ausgebildet sind. Die radialen Luftaustritte durch die Stut¬ zenwand sorgen dafür, daß die hohe tangentiale Geschwindig¬ keitskomponente umgelenkt und beschleunigt wird, wobei der "Drall" im wesentlichen vernichtet oder ein positiver oder negativer Restdrall eingerichtet wird. Dies ergibt eine be¬ sonders gute "Ladung" des Ringraumes mit Luft und erhöht die Effizienz der Verbrennung. Die radialen Luftaustritte können endseitig offene Längsschlitze oder geschlossene Durchgangs¬ fenster in der Stutzenwand und auf dem Umfang der Stutzen¬ wand verteilt, gegebenfalls in Schräglage angeordnet und/ oder mit abgewinkelten Rändern ausgebildet sein, um vorge¬ nannten (positiven oder negantiven) Restdrall einzurichten.In particular, it is provided to assign and in particular pre-assign a guiding device to the air supply connection of the combustion chamber, which ensures that the combustion air is supplied in a swirling flow to the (cylindrical) air supply connection during operation of the burner. The swirl flow is a three-dimensional flow, the main component of which runs tangentially in the area of the air supply nozzle near the wall, the radial component of the flow being relatively weak and the axial component of the flow being relatively strong. The radial air outlets through the nozzle wall ensure that the high tangential speed component is deflected and accelerated, the "swirl" being essentially destroyed or a positive or negative residual swirl being established. This results in a particularly good "loading" of the annular space with air and increases the efficiency of the combustion. The radial air outlets can be open-ended longitudinal slots or closed through-windows in the nozzle wall and on the circumference of the nozzle wall, optionally arranged in an inclined position and / or formed with angled edges in order to set up the aforementioned (positive or negative) residual swirl.
Bevorzugt ist vorgesehen, die Leiteinrichtung für die einzu¬ richtende Drallströmung in Form von Leitschaufeln auszubil¬ den, die insbesondere integral bzw. einstückig mit dem Luft¬ zufUhrungsstutzen ausgebildet sein können, wobei Stutzen und Leitschaufeln z.B. ein einziges Gußteil sind. Der Brennkammer ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ein koaxiales Flammrohr nachgeordnet, welches im Betrieb die Flamme stabilisiert und der Abgas- (Heißgas-) füh- rung dient.Provision is preferably made for the guide device for the swirl flow to be set up in the form of guide vanes, which can be formed, in particular, integrally or in one piece with the air supply connector, with connectors and guide vanes being, for example, a single casting. In a preferred development of the invention, the combustion chamber is followed by a coaxial flame tube, which stabilizes the flame during operation and serves to guide the exhaust gas (hot gas).
Eine besonders kostengünstige Fertigung und Montage des Bren¬ ners ergibt sich, wenn das Flammrohr und die Umfangs-Begren¬ zungswand bzw. der Brennkammermantel einstückig insbesondere als Blech(tiefzieh) teil ausgebildet sind, während insbeson¬ dere der Rest der Brennkammerteile Gußteile, bevorzugt ein einziges Gußteil, sind.A particularly cost-effective production and assembly of the burner results if the flame tube and the peripheral boundary wall or the combustion chamber jacket are formed in one piece, in particular as a sheet metal (deep-drawn) part, while in particular the rest of the combustion chamber parts are preferably cast parts only casting, are.
Blech(tiefzieh) eil und Gußteil können miteinander ver¬ schweißt oder für eine "thermische Entkopplung" über ein Isolierelement, z.B. eine Flachdichtung , fest miteinander verbunden sein. Bei letztgenannter Variante ist im Betrieb des Brenners eine direkte Anbindung der Heißteile unterbro¬ chen.Sheet metal (deep-drawn) parts and castings can be welded together or for "thermal decoupling" via an insulating element, e.g. a flat gasket, be firmly connected. In the latter variant, a direct connection of the hot parts is interrupted during operation of the burner.
Die BrennstoffZuführung zum Brennkammer-Ringraum erfolgt einmal über einen Ringkanal in stirnseitiger Vorordnung zum Brennkammermantel oder alternativ über den seitlichen äußeren Stutzen, in welchem die Zündeinrichtung, z.B. eine Glühkerze oder ein Glühstift, in verschiedener Lage (schräg, axial, radial, tangential bezüglich zur Brennkammerachse) angeordnet ist.The fuel is supplied to the combustion chamber annulus on the one hand via an annular channel in frontal arrangement to the combustion chamber jacket or alternatively via the lateral outer connector in which the ignition device, e.g. a glow plug or glow plug is arranged in different positions (obliquely, axially, radially, tangentially with respect to the combustion chamber axis).
An der Innenseite des Brennkammermantels bzw. an der Umfangs- Begrenzungswand der Brennkammer kann eine poröse Auskleidung zum Abdampfen von zugeführtem Brennstoff vorgesehen sein.A porous lining for evaporating supplied fuel can be provided on the inside of the combustion chamber shell or on the peripheral boundary wall of the combustion chamber.
Der Luftzuführungsstutzen kann an seinem stirnseitigen strom¬ abwärtigen Ende geschlossen oder in vorteilhafter Weiterbil- dun offen und mit einer Abschlußblende versehen sein. Durch die zentrale Durchgangsöffnung der Abschlußblende strömt im Betrieb des Brenners teilweise das Abgas oder die Luft im Bereich der Brennerachse bzw. im WirbelZentrum der zugeführ¬ ten Drallstromluft in Axialrichtung zurück und wird abermals durch die radialen Luftdurchtritte in der Stutzenwand dem Brennkammer-Ringraum zugeführt. Dieser zurückgeführte Abgas¬ oder Luftstrom nimmt zumindest ein weiteres Mal an der Ver¬ brennung teil (Rezirkulation) , wobei eine schadstoffarme Ver¬ brennung mit geringer Schadstoffemission eingerichtet wird. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung bzw. der Blendendurch¬ messer wird durch Versuch ermittelt.The air supply nozzle can be closed at its downstream end or, in an advantageous further development, can be open and provided with a cover. By during operation of the burner, the central through opening of the end panel partially flows back the exhaust gas or the air in the area of the burner axis or in the vortex center of the swirl flow air supplied and is again fed to the combustion chamber annulus through the radial air passages in the nozzle wall. This recirculated exhaust gas or air stream takes part in the combustion at least one more time (recirculation), a low-pollution combustion with low pollutant emissions being set up. The diameter of the through opening or the diaphragm diameter is determined by experiment.
Es sei erwähnt, daß in einem geschlossenen System (z.B. bei einer Heizung) heißes Abgas oder in einem offenen System (z.B. bei einem Herd) Frischluft durch die Abschlußblende zurückgeführt werden kann.It should be mentioned that in a closed system (e.g. in a heating system) hot exhaust gas or in an open system (e.g. in a stove) fresh air can be recirculated through the cover panel.
Wenn von einem "stromabwärtigen" Ende des Luftzuführungs- stutzens die Rede ist, so ist ausschließlich die Verbren¬ nungsluftzuströmung gemeint, nicht die axiale Rückströmung, die in die axiale Gegenrichtung erfolgt. Gleiches gilt bei der Definition des "stromaufwärtigen" Endes in der Beschrei¬ bungseinleitung, Figurenbeschreibung und auch in den Ansprü¬ chen.If there is talk of a "downstream" end of the air supply connection, then only the combustion air inflow is meant, not the axial backflow which takes place in the axial opposite direction. The same applies to the definition of the "upstream" end in the introduction to the description, description of the figures and also in the claims.
Durch die Erfindung wird die Konstruktion eines Brenners ermöglicht, welcher sehr einfach aufgebaut, einfach zu fertigen und zu montieren und hoch effizient zu betreiben ist. Der Brenner ist insbesondere für Zusatzheizgeräte ge¬ eignet, wie Zuheizer, Standheizung, Herd, Campingkocher, aber auch bei sog. Rußbrennern, bei einer Kfz-Katalysator- Vorheizung, bei einem Kühlschrank, einer Feldküche, Haushei¬ zung oder bei Feuerungsanlagen schlechthin. Der Brenner ist vorzugsweise ein sog. Blaubrenner mit Abgasrückführung, was eine Schadstoffarme Verbrennung zur Folge hat. Der Brenner ist ielstoff-tauglich. Es erfolgt eine geringe Bauteilbe¬ lastung, da die Diffusionsflamme im Ringbrennraum zwischen dem Luftzuführungsstutzen und der Umfangsbegrenzungswand der Brennkammer erfolgt. Da das Flammenbild homogen ist, läßt sich der Brenner mit hohem Wirkungsgrad auch bei Wärmetau¬ schern betreiben.The invention enables the construction of a burner which is very simple in construction, easy to manufacture and assemble and is highly efficient to operate. The burner is particularly suitable for additional heaters, such as auxiliary heaters, auxiliary heaters, stoves, camping stoves, but also for so-called soot burners, for automotive catalytic converter preheating, for a refrigerator, a field kitchen, home heating or simply for firing systems. The burner is preferably a so-called blue burner with exhaust gas recirculation, which results in low-pollutant combustion. The burner is suitable for petroleum. The component load is low since the diffusion flame takes place in the annular combustion chamber between the air supply connection and the peripheral wall of the combustion chamber. Since the flame pattern is homogeneous, the burner can also be operated with high efficiency in heat exchangers.
Wenn bei der Erfindung nach der Abschlußblende des Luftzufüh¬ rungsstutzens auch ein koaxialer Flammhalter oder eine ko¬ axiale Flammblende vorgesehen sein kann, so kann bei bestimm¬ ten Anforderungen und Anordnungen auf derartige Einrichtun¬ gen verzichtet werden.If, in the invention, a coaxial flame holder or a coaxial flame shield can also be provided after the end cover of the air supply connector, then such devices can be dispensed with for certain requirements and arrangements.
Bei atmosphärischen Brennern bzw. bei atmosphärischen Blau¬ brennern kann gegebenenfalls die Umgebungsluft im Betrieb selbsttätig angesaugt werden, wobei die Abschlußblende auch als Strömungskegel od.dgl. ausgebildet sein kann (z.B. bei einem Herd) .In the case of atmospheric burners or atmospheric blue burners, the ambient air can optionally be drawn in automatically during operation, the end orifice also being used as a flow cone or the like. can be trained (e.g. with a stove).
Ein homogenes Flammenbild im Ringraum zwischen Umfangsbegren¬ zungswand und Luftzuführungsstutzen wird zweckmäßigerweise dadurch unterstützt, daß der flüssige Brennstoff stirnseitig über den gesamten Umfang der porösen Auskleidung zugeführt wird, d.h. zugeführter Brennstoff in der porösen Auskleidung über den gesamten Mantelumfang nach innen in den Ringraum (Vergasungszone) verdampfen kann. Um dies zu erreichen, ist vorzugsweise bei der porösen Auskleidung an der Stirnseite der Ringkanal für den Brennstoff vorgesehen, welcher durch einen im Querschnitt runden oder eckigen, Abschrägungen auf¬ weisenden Verteilerring geschaffen wird, welcher in einer zugehörigen inneren Wandtasche im Bereich der Stirn-Begren¬ zungswand der Brennkammer gelegen ist. Der Ringkanal weist einen vorzugsweise axialen Anschluß für eine BrennstoffZufüh¬ rungsleitung auf, welche sich außerhalb des Anschlußberei¬ ches zum Ringkanal abgewinkelt radial nach außen, d.h. parallel zur Stirnbegrenzungswand der Brennkammer erstrecken kann.A homogeneous flame pattern in the annular space between the circumferential boundary wall and the air supply nozzle is expediently supported by the fact that the liquid fuel is supplied on the end face over the entire circumference of the porous lining, ie fuel supplied in the porous lining over the entire circumference of the jacket inwards into the annular space (gasification zone) can evaporate. In order to achieve this, the ring channel for the fuel is preferably provided on the end face of the porous lining, which is created by a distributor ring which is round or angular in cross section and has bevels and which is located in an associated inner wall pocket in the region of the end faces ¬ tion wall of the combustion chamber is located. The ring channel has a preferably axial connection for a fuel supply line, which is angled radially outward outside the connection area to the ring channel, ie can extend parallel to the end wall of the combustion chamber.
Der Verteilerring kann umfangsmäßig insbesondere gleich ver¬ teilte Axialdurchbohrungen aufweisen, wobei vorzugsweise die Anzahl der Axialdurchbohrungen gleich der Anzahl der radia¬ len Luftaustritte, welche über dem Umfang des Luftzuführungs- stutzens vorzugsweise gleich verteilt sind.The distribution ring can have circumferentially, in particular, equally distributed axial through-bores, the number of axial through-bores preferably being equal to the number of radial air outlets, which are preferably equally distributed over the circumference of the air supply connector.
Zwischen der Stirnseite der porösen Auskleidung, Gespinst, Sintermetall od.dgl., und dem vorgenannten Ringkanal kann ein Ubergangsring angeordnet sein, um Herstellungstoleranzen auszugleichen, z.B. ein Tritonring, welcher besonders saug¬ fähig und anpassungsf hig ist.A transition ring can be arranged between the end face of the porous lining, web, sintered metal or the like, and the aforementioned ring channel in order to compensate for manufacturing tolerances, e.g. a triton ring which is particularly absorbent and adaptable.
Die Verbrennungsluft wird also über eine Leiteinrichtung verdrallt und einem in die Brennkammer ragenden zentralen Luftverteilerrohr zugeführt. Dieses Rohr ist mit radialen Schlitzen oder Durchbrüchen versehen sowie einer Abschlu߬ blende, welche geöffnet oder geschlossen sein kann. Die Ver¬ brennungsluft tritt radial über die Schlitze in den Ring¬ brennraum. Die dreidimensional zugeführte Verbrennungsluft hat eine hohe tangentiale Geschwindigkeitskomponente, welche an den radialen Schlitzen stark umgelenkt und beschleunigt wird (das heißt, das Schlitzrohr vernichtet den Drall, es arbeitet als Drallvernichter) . Die Luftwalz wird sozusagen abgeschält und gerichtet. Die aus den Schlitzen austreten¬ den beschleunigten Luftstrahlen bilden in ihrem Randbereich hochturbulente Zonen (Wirbel) , welche sich bis zur Brennkam¬ merwand erstrecken. Die hoch turbulenten Zonen bilden sich rechts und links von den Schlitzen, das heißt im Bereich der Stege. Je nach geforderter Brennerleistung werden Ringraum¬ höhe, Schlitzbreite, Schlitzzahl und Schlitzlänge ermittelt.The combustion air is therefore swirled via a guide device and fed to a central air distribution pipe which projects into the combustion chamber. This tube is provided with radial slits or openings as well as a cover which can be opened or closed. The combustion air enters the annular combustion chamber radially through the slots. The three-dimensionally supplied combustion air has a high tangential speed component, which is strongly redirected and accelerated at the radial slots (that is, the slot tube destroys the swirl, it works as a swirl destroyer). The air roller is peeled and straightened, so to speak. The accelerated air jets emerging from the slots form highly turbulent zones (vortices) in their edge region, which extend as far as the combustion chamber wall. The highly turbulent zones form to the right and left of the slots, that is, in the area of the webs. Depending on the required burner output, the annulus height, slot width, number of slots and slot length are determined.
Um eine optimale Verbrennung bei bestimmten Brennkammerauf- bauten zu erzielen, kann es zweckmäßig sein, daß in der Brennkammer ein positiver oder negativer Restdrall erhalten bleibt. Dies kann durch schräg (in einem bestimmten Winkel) angebrachte Schlitze erreicht werden. Die Schlitze bewirken dann eine stärkere oder schwächere Umlenkung der tangentia- len Geschwindigkeitskomponente.To ensure optimal combustion with certain combustion chamber To achieve buildings, it may be appropriate that a positive or negative residual swirl is maintained in the combustion chamber. This can be achieved by slits made at an angle (at a certain angle). The slots then cause a stronger or weaker deflection of the tangential speed component.
Die Abschlußblende im zentralen Luftverteilerrohr hat die Aufgabe, die verdrallte Verbrennungsluft über die Schlitze umzulenken. Um eine Verbrennung mit geringen Emmissionen zu schaffen, kann über diese Blende (Blendendurchmesser wird im Versuch ermittelt) ein Teilabgasström zurückgeführt werden, welcher nochmals an der Verbrennung teilnimmt (Rezirkula¬ tion) .The end panel in the central air distribution pipe has the task of diverting the swirled combustion air through the slots. In order to create a combustion with low emissions, a partial exhaust gas flow can be returned via this orifice (orifice diameter is determined in the experiment), which again participates in the combustion (recirculation).
Um dies zu erreichen, hat im zentralen Luftverteilerrohr die dreidimensionale Drallströmung im Zentrum zweckmäßigerweise einen Strömungskegel mit negativer axialer Geschwindigkeits- komponente im Bereich der Blende. Der hierzu notwendige hohe Drall kann mit entsprechender Leiteinrichtung (Schaufelwin¬ kel, Schaufelhöhe, Schaufelzahl) erzeugt werden, was aber einen höheren Energieaufwand seitens des Gebläses bedeutet (z.B. eine elektrische Leistungsaufnahme bei einem Haushalts- brenner) .To achieve this, the three-dimensional swirl flow in the center expediently has a flow cone with a negative axial velocity component in the area of the orifice in the central air distributor pipe. The high swirl required for this can be generated with a corresponding guide device (blade angle, blade height, number of blades), but this means a higher energy expenditure on the part of the fan (e.g. an electrical power consumption in a household burner).
Ist es gefordert, eine Brennkammer mit geringem Energieauf¬ wand (Leistungsaufnahme des Gebläses möglichst gering) zu betreiben (z.B. Fahrzeugstandheizung, Herd), ist es zweck¬ mäßig, auf die Ausbildung eines Rückströmkegels zu verzich¬ ten und das zentrale Luftverteilerrohr ganz zu verschließen. Damit wird - wie vorher - auch die Verbrennungsluft über die Schlitze umgelenkt, jedoch findet jetzt keine Heißgasrückfüh¬ rung mehr statt.If it is required to operate a combustion chamber with low energy consumption (power consumption of the blower as low as possible) (e.g. vehicle parking heater, stove), it is advisable to dispense with the formation of a backflow cone and to completely close the central air distribution pipe. As a result, the combustion air is also deflected via the slots, as before, but there is no longer any hot gas recirculation.
Damit gibt es erfindungsgemäß zwei Brennerverfahren (mit oder ohne Abgassrückführung) , die nach dem gleichen Grund¬ prinzip arbeiten, hinlänglich erprobt sind und entsprechend ihrem Verwendungszweck Vorteile besitzen.According to the invention, there are therefore two burner processes (with or without exhaust gas recirculation), which work on the same basic principle, have been tried and tested and have advantages according to their intended use.
Vorteil dieser Luftverteilung ist es, daß bei richtiger Aus¬ legung der Drallströmung und des Luftverteilerrohres die Ver¬ brennung im gesamten Ringbrennraum stattfindet und nach weni¬ gen Millimetern abgeschlossen ist, was eine verkürzte Bauwei¬ se zuläßt (höhere Leistungsdichte) , sowie einen Verzicht auf einen Flammhalter sowie eine Flammblende ermöglicht. Die Ver¬ brennungsluftzuführung und Verteilung wird gezielt geführt und ist klar definiert. Jedoch kann es bei bestimmten Anord¬ nungen dennoch zweckmäßig sein, zur Erzeugung zusätzlicher Turbulenz zwecks Nachvermischung und Verbrennung eine Flamm¬ blende einzusetzen.The advantage of this air distribution is that, if the swirl flow and the air distributor pipe are correctly designed, the combustion takes place in the entire annular combustion chamber and is completed after a few millimeters, which permits a shortened construction (higher power density) and a waiver allows a flame holder and a flame shield. The combustion air supply and distribution is guided in a targeted manner and is clearly defined. However, in certain arrangements it can nevertheless be expedient to use a flame shield to generate additional turbulence for the purpose of post-mixing and combustion.
Was die Brennstoffaufbereitung anbelangt, so wird Luft über das zentale Luftverteilerrohr dem Brennraum in einem bestimm¬ ten Abstand vom Brennkammerboden in einer bestimmten Zone, welche im Versuch ermittlet wird, zugeführt. Die dazwischen¬ liegende axiale Zone zwischen Brennkammerboden und Luftaus¬ trittszone dient als Vergasungsraum. In diesem Raum wird ein Großteil des Brennstoffes vorverdampft und gasförmig in die hochturbulente Verbrennungsluftzone gebracht, wo er dann rea¬ giert und verbrennt. Der in der Wandauskleidung verbleibende Brennstoff wird in flüssiger Form durch Kapillarwirkung bis in die Verbrennungsluftzone transportiert und dort vollstän¬ dig abgedampft und in der Diffusionsflamme verbrannt. Durch die erfindungsgemäße vorteilhafte Brennstoffaufbereitung ist es möglich, eine relativ homogene Verbrennung (Ringraum wird vollständig ausgenutzt) im Ringbrennraum zu erzeugen. Die Verbrennung ist wenige Millimeter nach dem Luftverteilerrohr abgeschlossen.As far as the fuel preparation is concerned, air is fed via the central air distributor pipe to the combustion chamber at a certain distance from the combustion chamber floor in a certain zone, which is determined in the experiment. The axial zone between the combustion chamber floor and the air outlet zone serves as a gasification chamber. In this room, a large part of the fuel is pre-evaporated and brought into the highly turbulent combustion air zone in gaseous form, where it then reacts and burns. The fuel remaining in the wall lining is transported in liquid form by capillary action into the combustion air zone, where it is completely evaporated and burned in the diffusion flame. The advantageous fuel processing according to the invention makes it possible to produce a relatively homogeneous combustion (annular space is fully utilized) in the annular combustion space. The combustion is completed a few millimeters after the air distribution pipe.
In oder an dem Vergasungsraum oder Smokeraum wird die Zünd- einrichtung an- oder eingebracht. Die Zündeinrichtung er¬ zeugt im Idealfall eine eigenständige Zündflamme (Pilotflam¬ me) , welche den Verdampfungsprozeß in der Vorverdampfungs- zone in Gang bringt. Die Pilotflamme brennt nach Abschalten der Zündhilfe (Glühstift, Glühkerze) selbständig weiter. Der Brennstoff kann direkt in die Brennkammer oder über die Zünd¬ einrichtung zugeführt werden. Die Zündeinrichtung verfügt vorzugsweise über eine Zündluftzuführung.In or on the gasification room or smoker room, the ignition device attached or introduced. In the ideal case, the ignition device generates an independent pilot flame which initiates the evaporation process in the pre-evaporation zone. The pilot flame continues to burn automatically after switching off the ignition aid (glow plug, glow plug). The fuel can be fed directly into the combustion chamber or via the ignition device. The ignition device preferably has an ignition air supply.
Die Luftführungsbauteile sind vorzugsweise aus Feinguß gefer¬ tigt, wobei dies die Leiteinrichtung, das Luftverteilerrohr und - wenn nötig - einen Befestigungsflansch beeinhaltet.The air duct components are preferably made of investment casting, this including the guide device, the air distributor pipe and, if necessary, a fastening flange.
Bei Brennkammern mit verzögerter Anfahrleistung (Zeit bis Erreichen der Maximalleistung) und langen Lebensdauerforde¬ rungen oder aus Fertigungsgründen kann es von Vorteil sein, den Brennkammermantel sowie das Heißasführungsrohr (Flamm¬ rohr) ebenfalls aus Feinguß zu fertigen, wobei der Brennkam¬ mermantel dann den Luftführungsteilen zugeordnet wird.In the case of combustion chambers with delayed start-up performance (time until the maximum output is reached) and long service life requirements or for manufacturing reasons, it may be advantageous to also manufacture the combustion chamber jacket and the hot gas guide tube (flame tube) from investment casting, the combustion chamber jacket then providing the air guide parts is assigned.
Da diese Ausführung den Nachteil hat, daß relativ hohe Mas¬ sen aufgeheizt werden müssen und es bei bestimmten Brenneran¬ forderungen darauf ankommt, möglicht schnell hohe Leistung fahren zu können (Zuheizer) , ist es zweckmäßig, den Brennkam¬ mermantel und das Heißgasführungsrohr von den luftführenden Teilen zu trennen und in dünnwandigem Blech auszuführen. Dieses vorzugsweise einstückige Teil hat den Vorteil der geringen Masse und heizt sich damit sehr schnell auf, was für den Vergasungs- und Verdampfungsprozeß von Vorteil ist. Eine weiterer Vorteil ist, daß das Luftführungsteil ein klei¬ neres Bauteil ist als eine vollständige Brennkammer, und damit mehr Teile aus einem Abguß entstehen, was den Stück¬ zahlpreis senkt.Since this embodiment has the disadvantage that relatively high masses have to be heated up and it is important for certain burner requirements to be able to drive high power as quickly as possible (auxiliary heater), it is expedient to remove the combustion chamber jacket and the hot gas guide tube from the separate air-conducting parts and execute them in thin-walled sheet metal. This preferably one-piece part has the advantage of low mass and thus heats up very quickly, which is advantageous for the gasification and evaporation process. A further advantage is that the air guiding part is a smaller component than a complete combustion chamber, and thus more parts are produced from one casting, which lowers the unit price.
Vorgenanntes Bauteil kann zur thermischen Entkopplung (Anm. : Luftführungsteile kühlen oder leiten Wärme an Elektromotor weiter) so ausgeführt werden, daß zwischen Brennkammermantel und Luftführungteil ein Isolator in Form einer Dichtung ein¬ gebracht wird.The aforementioned component can be used for thermal decoupling (Note: Air guiding parts cool or transfer heat to the electric motor) in such a way that an insulator in the form of a seal is inserted between the combustion chamber jacket and the air guiding part.
Der erfindungsgemäße Brenner unterscheidet sich von den eingangs genannten bekannten Brennern einmal in der Art der Luftverteilung und Zuführung zur Verbrennung und zum anderen in der Art der Gemischaufbereitung sowie in seiner hohen Leistungsdichte, was heißt, daß aus vergleichbarem Brennkam¬ mervolumen höhere Leistungen erzielt werden.The burner according to the invention differs from the known burners mentioned at the outset in the type of air distribution and supply for combustion and in the type of mixture preparation as well as in its high power density, which means that higher outputs are achieved from comparable combustion chamber volumes.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher be¬ schrieben,- es zeigen:The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawing, in which:
Fig. l einen Verdampferbrenner in einem schematischen Axialschnitt,1 an evaporator burner in a schematic axial section,
Fig. 2 einen anderen Verdampferbrenner ähnlich Fig. 1,2 shows another evaporator burner similar to FIG. 1,
Fig. 3 eine dritte Ausführungsvariante eines Verdampfer- brenners in einem Längsschnitt ähnlich den Fig. l und 2,3 shows a third embodiment variant of an evaporator burner in a longitudinal section similar to FIGS. 1 and 2,
Fig. 4 eine vierte Ausführungsvariante,4 shows a fourth embodiment variant,
Fig. 5 die Einzelheit A der Fig. 4,5 shows the detail A of FIG. 4,
Fig. 6 die Einzelheit der Fig. 5 an anderer Umfangsstelle,6 shows the detail of FIG. 5 at another circumferential location,
Fig. 7 die Einzelheit der Fig. 6 in anderer Ausführung,7 shows the detail of FIG. 6 in another embodiment,
Fig. 8 die AusführungsVariante nach Fig. 7 mit Übergangs- ring in Richtung poröser Auskleidung, Fig. 9 einen schematischen Teilschnitt des stromabwärtigen Endes eines Luftführungsstutzens mit Abschlußblende,8 shows the embodiment variant according to FIG. 7 with a transition ring in the direction of the porous lining, 9 is a schematic partial section of the downstream end of an air duct with an end panel,
Fig. 10 den Querschnitt B-B durch den Luftführungsstutzen nach Fig. 9, undFig. 10 shows the cross section B-B through the air guide socket according to Fig. 9, and
Fig. 11 einen Querschnitt durch einen Verdampferbrenner mit Darstellung einer seitlichen Zündeinrichtung.11 shows a cross section through an evaporator burner, showing a lateral ignition device.
Der in der Fig. 1 veranschaulichte Verdampferbrenner umfaßt eine zylindrische Brennkammer l und in einem gemäß Fig. 1 oberseitig offenen Anschluß ein koaxiales Flammrohr 20.The evaporator burner illustrated in FIG. 1 comprises a cylindrical combustion chamber 1 and a coaxial flame tube 20 in a connection open on the top side according to FIG. 1.
Die Brennkammer 1 umfaßt eine ebene Stim-Begrenzungswand 6, eine im wesentlichen zylindrische Umfangs-Begrenzungswand 2, die von der Stirn-Begrenzungswand 6 rechtwinklig nach oben vorragt, einen zentral von der Stirn-Begrenzungswand 6 recht¬ winklig nach oben vorragenden, zylindrischen LuftzufUhrungs¬ stutzen 8 koaxial zur Umfangs-Begrenzungswand 2 und eine am Innenumfang der Umfangs-Begrenzungswand 2 angeordnete poröse zylindrische Auskleidung 3, wobei in der Umfangs-Begrenzungs¬ wand 2 ein integrierter äußerer seitlicher Stutzen 4 für die Unterbringung einer Zündeinrichtung 5, beispielsweise eines Glühstifts, ausgebildet ist.The combustion chamber 1 comprises a flat stim boundary wall 6, an essentially cylindrical circumferential boundary wall 2 which projects upwards at right angles from the end boundary wall 6, and a cylindrical air supply pipe which projects centrally upward at right angles from the end boundary wall 6 socket 8 coaxial to the circumferential boundary wall 2 and a porous cylindrical lining 3 arranged on the inner circumference of the circumferential boundary wall 2, an integrated outer lateral connection 4 for accommodating an ignition device 5, for example a glow plug, being formed in the circumferential boundary wall 2 is.
Über den seitlichen Stutzen 4 erfolgt auch die BrennstoffZu¬ führung zur Brennkammer l, wie nachfolgend noch im Zusammen mit Fig. 11 beschrieben.The fuel supply to the combustion chamber 1 also takes place via the side connection 4, as described below in conjunction with FIG. 11.
Im Bereich des seitlichen Stutzens 4 besitzt die poröse Auskleidung 3 zumindest eine radiale Durchgangsöffnung oder ein Zündloch 24, um eine Zündung bzw. einen Flammenübergang vom Stutzen 4 in den Ringraum zwischen Umfangs-Begrenzungs¬ wand 2 bzw. poröser Auskleidung 3 und LuftzufUhrungsstutzen 8 zu ermöglichen, welchem eine integrierte Leiteinrichtung 32 mit Leitschaufeln 31 gemäß Fig. 2 zugeordnet ist, die ins¬ besondere angegossen ist.In the area of the lateral connection piece 4, the porous lining 3 has at least one radial through opening or an ignition hole 24 in order to ignite or transfer a flame from the connection piece 4 into the annular space between the peripheral boundary wall 2 or the porous lining 3 and the air supply connection piece 8 to which an integrated guide device 32 with guide vanes 31 according to FIG. 2 is assigned, which is in particular cast on.
Der LuftzufUhrungsstutzen 8 ist mit der Stirn-Begrenzungs- wand 6 einstückig als Feingußteil ausgebildet und an seinem oberen, d.h. s romabwärtigem Ende geschlossen, jedoch in diesem Abschlußbereich mit radialen Luftaustritten 9 in der Stutzenwand versehen, welche auf dem Umfang des Stutzens gleich verteilt und nachfolgend noch näher beschrieben sind.The air supply pipe 8 is formed in one piece with the end boundary wall 6 as an investment casting and on its upper, i.e. s closed downstream end of the rome, but provided in this end area with radial air outlets 9 in the nozzle wall, which are evenly distributed on the circumference of the nozzle and are described in more detail below.
Dem Luftzuführungsstutzen 8 koaxial nachgeordnet ist eine Flammblende 19 bzw. ein Flammhalter mit zentraler Öffnung, welche(r) über einen zylindrischen Außenflansch an dem Innen¬ umfang der zylindrischen Umfangs-Begrenzungswand 2 befestigt ist.A flame shield 19 or a flame holder with a central opening is arranged coaxially downstream of the air supply connection 8 and is attached to the inner circumference of the cylindrical circumferential boundary wall 2 via a cylindrical outer flange.
Flammrohr 20 und Umfangs-Begrenzungswand 2 gem. Fig. l sind einstückig aus Blech in Form eines Tiefziehteils ausgebildet und mittels einer UmfangsSchweißnaht 25 mit dem vorgenannten Gußteil bestehend aus der Stirn-Begrenzungswand 6 und dem Luftzuführungsstutzen 8 verschweißt. Dadurch ergibt sich eine einfache Fertigung und eine einfache Montage. Das Gu߬ teil ist vergleichsweise klein. Demzufolge können in einem einzigen Gießkasten vergleichsweise viele Gußteile gegossen werden, was die Fertigungskosten reduziert. Von Vorteil ist ferner, daß der Luftzuführungsstutzen 8 rundum zugänglich ist (Entfor er) . Der Brennkammermantel bzw. die Umfangs-Be¬ grenzungswand 2 mit integriertem Flammrohr 20 aus Blech benö¬ tigen vergleichsweise wenig Material und tragen wesentlich zur Massenreduzierung des Brenners bei. Insgesamt ergibt sich im Betrieb ein schnelles Aufheizen der Verdampferflä¬ chen und ein sehr gutes Startverhalten. Die Rauchbildung ist gering. Die Brennkammer 1 kann im übrigen entgegen der AusführungsVa¬ riante nach Fig. 1 auch ohne Auskleidung 3 betrieben werden, da die BrennstoffZuführung und BrennstoffVerdampfung über den seitlichen Stutzen 4 der Zündeinrichtung 5 erfolgt (vgl. Fig. 11) .Flame tube 20 and circumferential boundary wall 2 acc. Fig. L are integrally formed from sheet metal in the form of a deep-drawn part and welded by means of a circumferential weld 25 to the aforementioned casting consisting of the end boundary wall 6 and the air supply connector 8. This results in simple manufacture and simple assembly. The casting is comparatively small. As a result, a comparatively large number of castings can be cast in a single casting box, which reduces manufacturing costs. It is also advantageous that the air supply nozzle 8 is accessible all around (Entfor he). The combustion chamber jacket or the circumferential boundary wall 2 with integrated flame tube 20 made of sheet metal requires comparatively little material and makes a significant contribution to reducing the mass of the burner. All in all, the evaporator surfaces heat up quickly during operation and the starting behavior is very good. The smoke formation is low. Incidentally, the combustion chamber 1 can also be operated without a liner 3, contrary to the embodiment variant according to FIG. 1, since the fuel supply and fuel vaporization take place via the lateral connection piece 4 of the ignition device 5 (cf. FIG. 11).
Der Luftzuführungsstutzen 8 weist in koaxialer Vorordnung (gemäß Fig. 1, unten) die (nicht veranschaulichte) Leitein¬ richtung 32 gemäß Fig. 2 auf, welche Luft in einer Drallstrδ- mung dem Stutzen 8 zuführt, wobei die Drallströmung vornehm¬ lich auf dem Innenumfang des Luftzuführungsstutzens 8 ausge¬ bildet ist und die Luft mit radial nach außen gerichteter Kraftkomponente durch die radialen Luftdurchtritte 9 in den Brennkammer-Ringraum beschleunigt zugeführt bzw. der Ring¬ raum mit Luft "geladen" wird.The air supply connection 8 has, in a coaxial arrangement (according to FIG. 1, below), the guide device 32 (not illustrated) according to FIG. 2, which supplies air to the connection 8 in a swirl flow, the swirl flow primarily on the The inner circumference of the air supply nozzle 8 is formed and the air with the force component directed radially outwards is accelerated through the radial air passages 9 into the combustion chamber annulus or the annulus is "loaded" with air.
Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Verdampfer- brennerε mit Diffusionsflamme bzw. eines Vergaserbrenners entspricht im wesentlichen demjenigen nach Fig. 1, jedoch sind hier das Blechtiefziehteil bestehend aus Flammrohr 20 und Umfangs-Begrenzungswand 2 und das Gußteil bestehend aus der Stirn-Begrenzungswand 6 und dem LuftzufUhrungsstutzen 8 sowie der Leiteinrichtung 32 mit Leitschaufeln 31 nicht mit¬ tels Schweißnaht 25 verbunden, sondern an dieser Umfangsstel- le mit einem zwischengeordneten Isolierelement 21 versehen, wobei Blechteil und Gußteil durch (nicht veranschaulichte) Befestigungsmittel fest in abgedichteter Weise miteinander verbunden sind. Blech- und Gußteil sind mithin thermisch entkoppelt. Ein direkte Anbindung an die Heißteile ist unter¬ brochen.The exemplary embodiment shown in FIG. 2 of an evaporator burner with a diffusion flame or a gasification burner essentially corresponds to that according to FIG. 1, but here the deep-drawn sheet metal part consisting of flame tube 20 and circumferential boundary wall 2 and the cast part consisting of end wall 6 and the air supply connector 8 and the guide device 32 with guide vanes 31 are not connected by means of a weld seam 25, but rather are provided at this circumferential location with an intermediate insulating element 21, the sheet metal part and the cast part being connected to one another in a sealed manner by means of (not shown) fastening means. Sheet metal and casting are therefore thermally decoupled. A direct connection to the hot parts is interrupted.
Das in Fig. 3 veranschaulichte Ausführungsbeispiel ent¬ spricht in seinem Aufbau grundsätzlich demjenigen nach den Fig. 1 und 2, jedoch ist hier keine Flammenblende 19 vorge¬ sehen. Ferner ist hier die Umfangs-Begrenzungswand 2 ein- stückig mit der Stirn-Begrenzungswand 6 und dem Lufzufüh- rungsstutzen 8 als Feingußteil ausgebildet, während das Flammrohr 20 ein Blechformteil ist.The embodiment illustrated in FIG. 3 basically corresponds in structure to that according to FIGS. 1 and 2, but no flame shield 19 is provided here. Furthermore, the circumferential boundary wall 2 is here in one piece with the end boundary wall 6 and the air supply connector 8 as an investment casting, while the flame tube 20 is a sheet metal part.
Der Luftzuführungsstutzen 8 weist an seinem oberen Ende eine Abschlußblende 10 in Form eines Stopfen auf, der auch eine Platte oder ein Strömungskegel sein kann. Die Abschlußblende 10 besitzt eine zentrale Durchgangsδffnung 11, welche exakt koaxial zur Gesamtanordnung verläuft und eine axiale Rück¬ strömung R für verbrannte Verbrennungsluft bzw. Abgas bil¬ det, wie nachfolgend noch beschrieben wird.The air supply pipe 8 has at its upper end a cover 10 in the form of a plug, which can also be a plate or a flow cone. The closure panel 10 has a central through-opening 11 which runs exactly coaxially with the overall arrangement and forms an axial backflow R for burned combustion air or exhaust gas, as will be described below.
Der Verdampferbrenner gemäß Fig. 3 weist im Gegensatz zu den beiden vorgenannten Varianten, bei denen die BrennstoffZufüh¬ rung über den Stutzen 4 der Zündeinrichttung erfolgt, eine BrennstoffZuführung 7 mit einer BrennstoffZuführungsleitung 13 auf, wie dies etwa in der Ausführungsvariante eines Ver¬ dampferbrenners gemäß Fig. 4 veranschaulicht ist, welche einen Ringkanal 12 verwendet.In contrast to the two aforementioned variants, in which the fuel is supplied via the nozzle 4 of the ignition device, the evaporator burner according to FIG. 3 has a fuel supply 7 with a fuel supply line 13, as is the case, for example, in the embodiment variant of an evaporator burner according to FIG 4, which uses an annular channel 12.
Bei der Brennkammer 1 handelt es sich also im Prinzip um eine Verdampfer-Brennkammer, welche bevorzugt aus einem gegossenen zylindrischen Brennkammergehäuse mit Boden herge¬ stellt ist, wobei das Brennkammergehäuse am Mantel in Achs¬ richtung eine Tasche für die Zündeinrichtung, z.B. einen Glühstift oder eine Glühkerze, besitzt, und die Zündeinrich¬ tung schräg in den Brennkammer-Ringraum hineinragen kann. Weitere Anordnungsmöglichkeiten der Zündeinrichtung sind im Zusammenhang mit Fig. 11 beschrieben.In principle, the combustion chamber 1 is an evaporator combustion chamber, which is preferably produced from a cast cylindrical combustion chamber housing with a bottom, the combustion chamber housing on the jacket in the axial direction being a pocket for the ignition device, e.g. has a glow plug or a glow plug, and the ignition device can protrude obliquely into the combustion chamber annulus. Further possible arrangements of the ignition device are described in connection with FIG. 11.
Im Zentrum des Brennkammertopfes befindet sich der LuftzufUh¬ rungsstutzen 8 bzw. die Längsschlitzausbildung, welche die von unten drallförmig zugeführte Luft L gleichmäßig in radia¬ ler Richtung zum Brennkammer-Innenmantel hin verteilt, wobei die Drallströmung vorzugsweise in einer vorgelagerten Wirbel- kammer oder einer Leiteinrichtung erzeugt wird. Die radialen Luftaustritte 9 durch die Wand des Luftzuführungsstutzens 8 können auch schräge Schlitze sowie andere geometrische Öff¬ nungen mit zusätzlichen Umlenkkanten od.dgl. sein, z.B. Durchgangsfenster 22 gemäß den Fig. 9 und 10, welche bezüg¬ lich der Radialerstreckung des Luftzuführungsstutzens 8 ab¬ gewinkelte Ränder besitzen.In the center of the combustion chamber pot there is the air supply socket 8 or the longitudinal slot configuration, which uniformly distributes the air L supplied from below in a radial direction towards the inner chamber of the combustion chamber, the swirl flow preferably in an upstream vortex. chamber or a control device is generated. The radial air outlets 9 through the wall of the air supply connector 8 can also have oblique slots and other geometric openings or the like with additional deflection edges. 9, 10, which have angled edges with respect to the radial extension of the air supply connector 8.
Die axial zugeführte Verbrennungsluft ist mithin eine Drall- Strömung L, die ihre Maximalgeschwindigkeit im stu zenwandna- hen Bereich besitzt und aufgrund der offenen Abschlußblende 10 im Zentrum einen Rückströmungskegel im Bereich der Ab¬ schlußblende 10 ausbildet, was bei einer Verbrennung eine Teil-Ruckstrόmung R bewirkt. Die Teil-Rückströmung gelangt abermals durch die radialen Luftaustritte 9 in der Stutzen¬ wand in den Ringbrennraum ("Rezirkulation") und nimmt nochmals an der Verbrennung teil, wodurch eine besonders Schadstoffarme Verbrennung gegeben ist.The axially supplied combustion air is therefore a swirl flow L, which has its maximum speed in the area near the stud wall and, because of the open shut-off orifice 10 in the center, forms a backflow cone in the area of the shut-off orifice 10, which in the case of combustion results in a partial reverse flow R causes. The partial return flow again passes through the radial air outlets 9 in the nozzle wall into the annular combustion chamber (“recirculation”) and takes part again in the combustion, which results in a particularly low-emission combustion.
Die Teil-Rückströmung kann eine Abgasrückführung in einem geschlossenen Brennersystem oder in einem offenen System eines atmosphärischen Brenners die Ansaugung von Umge¬ bungsluft sein, was dann zu einem Blaubrenner führt.The partial return flow can be an exhaust gas recirculation in a closed burner system or in an open system of an atmospheric burner the intake of ambient air, which then leads to a blue burner.
Die Abschlußblende kann eine Platte, ein Strδmungskegel od.dgl. sein und besitzt bevorzugt eine zylindrische zen¬ trale Durchgangsöffnung 11, welche auch kegelstumpfförmig und in Richtung der Stirn-Begrenzungswand 6 konisch erwei¬ tert ausgebildet sein kann.The cover can be a plate, a flow cone or the like. and preferably has a cylindrical central through opening 11, which can also be frustoconical and conically widened in the direction of the end boundary wall 6.
Da bei Heizgeräten kleinerer Leistung kleine Brennstoffmen¬ gen zugeführt werden müssen, stellt sich das Problem der Brennstoffverteilung. Eine optimale Brennstoffverteilung ist notwendig, um den geringen zur Verfügung stehenden Brennkam¬ mer-Ringraum voll zu nutzen. Um diese Brennstoffverteilung bei diesen kleinen Brennstoffmengen darzustellen, ist es notwendig, Kapillaren zu schaffen. Die Kapillaren werden wie folgt dargestellt:Since small amounts of fuel have to be supplied in the case of heaters of lower output, the problem of fuel distribution arises. An optimal fuel distribution is necessary in order to make full use of the small available combustion chamber annulus. About this fuel distribution with these small amounts of fuel, it is necessary to create capillaries. The capillaries are represented as follows:
Die Brennstoffzuführung 7 geschieht über den Ringkanal 12 gemäß den Fig. 5 bis 8, welcher innenwandnah am Brennkammer¬ boden ausgebildet ist. Dieser Ringkanal 12 wird insbesondere im Bereich der Stirn-Begrenzungswand 6 durch eine brennkam- merinnenseitige Wandtasche 15 ausgebildet, in welcher ein koaxialer Verteilerring 14 aufgenommen ist. Der Verteiler¬ ring kann einen runden Querschnitt gemäß den Fig. 5 und 6 oder einen rechteckigen Querschnitt gemäß Fig. 7 besitzen. Durch den Verteilerring 14 können sich umfangsmäßig gleich oder ungleich verteilte .Axialdurchbohrungen 17 erstrecken, um auch die stromabwärtige Seite des Ringkanals mit Brenn¬ stoff ausreichend zu versorgen. Über dem Verteilerring 14 befindet sich in direktem Anschluß die poröse Mantelausklei¬ dung 3, Gespinst od.dgl., wie dies in den Fig. 5 und 6 dar¬ gestellt ist, oder ein Übergangsring 18, vorzugsweise aus Triton od.dgl., der seinerseits an die Stirnseite der porö¬ sen Auskleidung 3 angrenzt und Toleranzen in der Fertigung der Einzelteile ausgleicht.The fuel supply 7 takes place via the ring channel 12 according to FIGS. 5 to 8, which is formed on the combustion chamber floor near the inner wall. This ring channel 12 is formed in particular in the area of the end boundary wall 6 by a wall pocket 15 on the inside of the combustion chamber, in which a coaxial distributor ring 14 is received. The distributor ring can have a round cross section according to FIGS. 5 and 6 or a rectangular cross section according to FIG. 7. Axial through-bores 17, which are distributed identically or unevenly around the circumference, can extend through the distributor ring 14 in order to also sufficiently supply the downstream side of the ring channel with fuel. Directly above the distributor ring 14 is the porous cladding 3, web or the like, as shown in FIGS. 5 and 6, or a transition ring 18, preferably made of Triton or the like, which in turn adjoins the end face of the porous lining 3 and compensates for tolerances in the manufacture of the individual parts.
Die BrennstoffZuführung geschieht also über einen Ringraum mit Ausbildung eines Ringkanals 12, der insbesondere recht¬ eckig oder auch trapezförmig ausgebildet und/oder mit Run¬ dungen versehen sein kann. In diesen Kanal wird durch den Brennkammerboden über die BrennstoffZuführungsleitung 13 der Brennstoff unter einem bestimmten Winkel zugeführt, vorzugs¬ weise in Achsrichtung der Brennkammer. Hierbei ist im unmit¬ telbaren Bereich des Brennstoffeintrittes der Ringkanal in Richtung der porösen Auskleidung im wesentlichen verschlos¬ sen, um zu erreichen, daß der eintretende Brennstoff nach links und rechts umfangsmäßig verteilt wird, wobei auf dem Umfang am Brennkammerboden zwei Ringkapillare ausgebildet werden, die sehr schnell mit Brennstoff gefüllt werden und diesen in Umfangsrichtung verteilen. Da zwischen dem Ringka¬ nal 12 durch die Axialdurchgangsbohrungen 17 und/oder durch das Spiel zwischen Verteilerring 14 und Wandtasche 15 ein geringer Spalt vorhanden ist, tritt der Brennstoff über die¬ se Durchgangsbohrungen und Spalte in Achsrichtung gemäß Zeichnung nach oben aus und wird von der porösen Auskleidung (bzw. Gespinst oder Sintermetall) aufgesaugt und der Verbren¬ nung zugeführt.The fuel supply thus takes place via an annular space with the formation of an annular channel 12 which can be rectangular or trapezoidal in particular and / or can be provided with roundings. The fuel is fed into this channel through the combustion chamber floor via the fuel supply line 13 at a certain angle, preferably in the axial direction of the combustion chamber. Here, in the immediate area of the fuel inlet, the ring channel is essentially closed in the direction of the porous lining in order to ensure that the incoming fuel is distributed circumferentially to the left and right, with two ring capillaries being formed on the circumference of the combustion chamber base be filled with fuel very quickly and distribute it in the circumferential direction. Since there is a small gap between the ring channel 12 through the axial through bores 17 and / or through the play between the distributor ring 14 and the wall pocket 15, the fuel exits through these through bores and gaps in the axial direction as shown in the drawing and is released by the porous lining (or web or sintered metal) is sucked up and fed to the combustion.
Für einen Betrieb wird die Zündeinrichtung 5, z.B. ein Glühkerze, in dem seitlichen Stutzen 4 aufgeheizt, wobei über den seitlichen Stutzen 4 ein Teilluftstrom geschickt wird, der dann in Verbindung mit dem an der dortigen porösen Auskleidung 3 abgedampften Brennstoff ein zündfähiges Ge¬ misch bildet. Die kleine Zündflamme (Pilotflamme) erwärmt den Brennkammer-Ringraum und zündet dann den sich abdampfen¬ den Brennstoff an. Die aus den Schlitzen oder Fenstern des Luftzuführungsstutzens 8 austretende Verbrennungsluft bildet in radialer Richtung im wandnahen Bereich eine turbulente Zone, mit rechts- und linksdrehenden Wirbelzonen. Bei einer z.B. mit 12 Längsschlitzen versehenen Leiteinrichtung bilden sich dann beispielsweise 12 links- und 12 rechtsdrehende Wirbel. Der durch die Verbrennungswärme abgedampfte Brenn¬ stoff wird von diesen Wirbelzonen erfaßt und in einer Diffu¬ sionsflamme blauverbrannt. Die Flamme füllt den gesamten Brennkammer-Ringraum aus. Bevorzugt findet eine höhere An¬ zahl an Schlitzen Verwendung, da damit die turbulente Zone vergrößert wird. Die Verbrennung findet zum größten Teil im Brennkammer-Ringraum zwischen dem querschnittsebenen Schlitz¬ grund und Schlitzhöhe sowie zwischen den Schlitzen, also im Bereich der Stege, statt. Damit ist die Verbrennung im Brenn¬ kammerbereich abgeschlossen. Das Flammrohr 20 dient nur der Heißgasführung sowie der Homogenisierung der Temperaturver¬ teilung im Rohr, wobei kein Brennstoff in diesem Rohr mehr verbrennt.For operation, the ignition device 5, for example a glow plug, is heated in the side nozzle 4, a partial air flow being sent via the side nozzle 4, which then forms an ignitable mixture in connection with the fuel evaporated at the porous lining 3 there . The small pilot flame heats the combustion chamber annulus and then ignites the evaporating fuel. The combustion air emerging from the slots or windows of the air supply connector 8 forms a turbulent zone in the radial direction in the region near the wall, with right and left rotating vortex zones. In a guide device provided, for example, with 12 longitudinal slots, 12 left and 12 right-turning vortices are then formed, for example. The fuel evaporated by the heat of combustion is detected by these vortex zones and blue-burned in a diffusion flame. The flame fills the entire combustion chamber annulus. A higher number of slots is preferably used, since this increases the turbulent zone. The combustion takes place for the most part in the combustion chamber annulus between the cross-sectional slot base and slot height and between the slots, that is to say in the area of the webs. The combustion in the combustion chamber area is thus completed. The flame tube 20 serves only to guide the hot gas and to homogenize the temperature distribution in the tube, with no more fuel in this tube burns.
Der Verdampferbrenner gemäß Fig. 11 veranschaulicht insbe¬ sondere bei einer Brennkammer 1 mit poröser Auskleidung 3 einen seitlichen äußeren Stutzen 4 für eine tangential ange¬ ordnete Zündeinrichtung 5, beispielsweise einen Glühstift.11 illustrates, in particular in the case of a combustion chamber 1 with a porous lining 3, a lateral outer connector 4 for a tangentially arranged ignition device 5, for example a glow plug.
Die Zündeinrichtung kann auch bezüglich der Brennerachse axial oder radial einwärts gelegen sein.The ignition device can also be located axially or radially inwards with respect to the burner axis.
Sowohl die Zündluft 26 als auch der Brennstoff 27 werden über Ringkanäle rund um die Zündeinrichtung 5 zugeführt, welche mit einer porösen Ummantelung 30 oder einem Sieb, Gespinst oder dergleichen umgeben ist. Die Zündung des Brennstoffs erfolgt im seitlichen Stutzen 4, wobei die entstehende Flamme durch das Zündloch 24 in der porösen Auskleidung 3 in den Brennkammer-Ringraum übertragen wird. Da die poröse Ummantelung 30 dicht an die poröse Auskleidungd 3 der Brennkammer 1 anschließt, wird der der Ummantelung 30 zugeführte Brennstoff auch auf die poröse Auskleidung 3 übertragen und an der Innenseite des Brenn¬ kammermantels verdampft und durch die durch das Zündloch 24 hindurchtretende Flamme entzündet.Both the ignition air 26 and the fuel 27 are supplied via ring channels around the ignition device 5, which is surrounded by a porous casing 30 or a sieve, web or the like. The fuel is ignited in the side nozzle 4, the flame being generated being transmitted through the ignition hole 24 in the porous lining 3 into the combustion chamber annulus. Since the porous jacket 30 closely adjoins the porous lining 3 of the combustion chamber 1, the fuel supplied to the jacket 30 is also transferred to the porous lining 3 and evaporated on the inside of the combustion chamber jacket and ignited by the flame passing through the ignition hole 24.
Es sei noch angemerkt, daß in den Unteransprüchen enthaltene selbständig schutzfähige Merkmale trotz der vorgenommenen formalen Rückbeziehung auf den Hauptanspruch entsprechenden eigenständigen Schutz haben sollen. Im übrigen fallen sämt¬ liche in den gesamten Anmeldungsunterlagen enthaltenen erfin¬ derischen Merkmale in den Schutzumfang der Erfindung. It should also be noted that, despite the formal reference back to the main claim, the independently protectable features contained in the subclaims should have appropriate independent protection. Otherwise, all of the inventive features contained in the entire application documents fall within the scope of protection of the invention.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verdampferbrenner mit Brennkammer (1) für ein Heizgerät oder eine thermische Regeneration eines Abgas-Partikel- filters, mit einer Umfangs-Begrenzungswand (2) , welche einen seitlichen äußeren Stutzen (4) für die Unterbrin¬ gung einer Zündeinrichtung (5) aufweist, einer Stirn-Be¬ grenzungswand (6) , welche eine zentrale Öffnung besitzt, einem koaxial in die Brennkammer (1) hineinragenden Luft¬ zufUhrungsstutzen (8) , welcher radiale Luftaustritte (9) durch die Stutzenwand aufweist, und mit einer Brennstoff- Zuführung (7) , dadurch gekennzeichnet, dem Luftzuführungsstutzen (8) der Brennkammer (1) eine Leiteinrichtung (32) für eine Drallstrom-Luftzufuhr zugeordnet ist.1. Evaporator burner with combustion chamber (1) for a heater or a thermal regeneration of an exhaust gas particle filter, with a circumferential boundary wall (2) which has a lateral outer connector (4) for accommodating an ignition device (5) , an end boundary wall (6) which has a central opening, an air supply pipe (8) which projects coaxially into the combustion chamber (1) and which has radial air outlets (9) through the wall of the pipe, and a fuel supply pipe (7), characterized in that a guide device (32) for a swirl air supply is assigned to the air supply connection (8) of the combustion chamber (1).
2. Verdampferbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung (32) Leitschaufeln (31) umfaßt, welche integrierter Bestandteil des Luftzuführungs- stutzens (8) sind.2. Evaporator burner according to claim 1, characterized in that the guide device (32) comprises guide vanes (31) which are an integral part of the air supply connection (8).
3. Verdampferbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammer (l) ein koaxiales Flammrohr (20) nachgeordnet ist.3. Vaporizer burner according to claim 1 or 2, characterized in that the combustion chamber (l) is followed by a coaxial flame tube (20).
4. Verdampferbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr (20) und die Umfangs-Begrenzungswand (2) der Brennkammer (1) als einstückiges Teil ausgebil¬ det sind (Fig. 1 und 2) .4. Evaporator burner according to claim 3, characterized in that the flame tube (20) and the peripheral boundary wall (2) of the combustion chamber (1) are designed as a one-piece part (FIGS. 1 and 2).
5. Verdampferbrenner nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das einstückige Teil ein Blechteil ist.5. Evaporator burner according to claim 3 or 4, characterized in that the one-piece part is a sheet metal part.
6. Verdampferbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das einstückige Teil ein Tiefziehteil ist.6. Evaporator burner according to claim 5, characterized in that the one-piece part is a deep-drawn part.
7. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stim-Begrenzungswand (6) der Brennkammer (1) und der Luftzuführungsstutzen (8) sowie die Leitein¬ richtung (32) als einstückiges Gußteil ausgebildet sind (Fig. 2) .7. Vaporizer burner according to one of claims 4-6, characterized in that the stim boundary wall (6) of the combustion chamber (1) and the air supply connection (8) and the guide device (32) are designed as a one-piece casting (Fig. 2nd ).
8. Verdampferbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das einstückige Teil am Gußteil angeschweißt ist (Fig. 1) .8. Evaporator burner according to claim 7, characterized in that the one-piece part is welded to the casting (Fig. 1).
9. Verdampferbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das einstückige Teil über ein Isolierelement (21) mit dem Gußteil fest verbunden ist (Fig. 2) .9. Vaporizer burner according to claim 7, characterized in that the one-piece part is firmly connected to the casting via an insulating element (21) (Fig. 2).
10. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangs-Begrenzungswand (2) der Brennkammer (1) mantelinnenseitig eine poröse Auskleidung (3) besitzt.10. Evaporator burner according to one of claims 1-9, characterized in that the peripheral boundary wall (2) of the combustion chamber (1) has a porous lining (3) on the inside of the jacket.
11. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Luftdurchtritte (9) des Luftzuführungε- stutzens (8) auf dem Stutzenumfang verteilte Durchgangs- fenster (22) oder am stromabwärtigen Stutzenende offene Längsschlitze sind (Fig. 9) .11. Evaporator burner according to one of claims 1-10, characterized in that the radial air passages (9) of the air supply connector (8) are passage windows (22) distributed over the circumference of the connector or open longitudinal slots at the downstream connector end (FIG. 9).
12. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsfenster (22) oder Längsschlitze bezüglich der Radialerstreckung des Luftzuführungsstut¬ zens (8) abgewinkelte Ränder besitzen (Fig. 10) .12. Evaporator burner according to one of claims 1-11, characterized in that the through-windows (22) or longitudinal slots with respect to the radial extension of the Luftzufuhrungsstut¬ zens (8) have angled edges (Fig. 10).
13. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die BrennstoffZuführung (7) über den Stutzen (4) der Zündeinrichtung (5) erfolgt (Fig. 11) .13. Evaporator burner according to one of claims 1-12, characterized in that the fuel supply (7) via the nozzle (4) of the ignition device (5) (Fig. 11).
14. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die BrennstoffZuführung (7) über einen Ringkanal (12) im Bereich der Sti -Begrenzungswand (6) der Brennkammer (1) erfolgt (Fig. 3-8) .14. Evaporator burner according to one of claims 1-12, characterized in that the fuel supply (7) via an annular channel (12) takes place in the region of the sti-delimitation wall (6) of the combustion chamber (1) (Fig. 3-8).
15. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1 -14, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzuführungsstutzen (8) am stromabwärtigen Ende stirnseitig geschlossen ausgebildet oder mit einer geschlossenen Stirnwand versehen ist (Fig. 1 und 2) .15. Evaporator burner according to one of claims 1 -14, characterized in that the air supply nozzle (8) is formed closed at the end face at the downstream end or is provided with a closed end wall (FIGS. 1 and 2).
16. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzuführungsstutzen (8) an seinem stromab¬ wärtigen Ende eine Abschlußblende (10) mit einer zen¬ tralen Durchgangsöffnung (11) für eine axiale Rück¬ strömung (R) des Abgases im Wirbelzentrum der zuge¬ führten Drallstrom-Luft (L) aufweist. 16. Vaporizer burner according to one of claims 1-14, characterized in that the air supply connection (8) at its downstream end has a cover plate (10) with a central passage opening (11) for an axial return flow (R) of the Exhaust gas in the vortex center of the supplied swirl flow air (L).
17. Verdampferbrenner nach -Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußblende (10) eine Platte oder ein Strό- mungskegel ist.17. Evaporator burner according to claim 16, characterized in that the end screen (10) is a plate or a flow cone.
18. Verdampferbrenner nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Durchgangsδffnung (11) der Abschlußblen¬ de (10) kegelstumpfförmig ausgebildet ist, wobei die konische Erweiterung in stromaufwärtiger Richtung vorge¬ sehen ist.18. Vaporizer burner according to claim 16 or 17, characterized in that the central passage opening (11) of the end cap (10) is frustoconical, the conical widening being provided in the upstream direction.
19. Verdampferbrenner nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Erweiterung einen inneren Ringansatz der Abschlußblende (10) enthält.19. Vaporizer burner according to claim 17, characterized in that the conical extension contains an inner ring shoulder of the end screen (10).
20. Verdampferbrenner nach Anspruch 14-19, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamten Stirnfläche der porösen Auskleidung (3) der Ringkanal (12) vorgeordnet ist, welcher an eine brennkammeräußere BrennstoffZuführungsleitung (13) angeschlossen ist, welche vorzugsweise in Axialrichtung der Brennkammer (l) in den Ringkanal (12) einmündet (Fig. 4 und 5) .20. Vaporizer burner according to claim 14-19, characterized in that the entire end face of the porous lining (3) is preceded by the annular channel (12) which is connected to a fuel supply line (13) outside the combustion chamber, which is preferably in the axial direction of the combustion chamber (l) opens into the ring channel (12) (Fig. 4 and 5).
21. Verdampferbrenner nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (12) durch einen Verteilerring (14) gebildet ist, welcher am stromaufwärtigen Ende des Innen- umfangs der Umfangs-Begrenzungswand (2) in einer Wand¬ tasche (15) mit Spiel eingesetzt ist.21. Vaporizer burner according to claim 20, characterized in that the annular channel (12) is formed by a distributor ring (14) which at the upstream end of the inner circumference of the circumferential boundary wall (2) in a wall pocket (15) with play is inserted.
22. Verdampferbrenner nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerring (14) im Querschnitt rund ist22. evaporator burner according to claim 21, characterized in that the distributor ring (14) is round in cross section
(Fig. 4, 5 und 6) .(Figs. 4, 5 and 6).
23. Verdampferbrenner nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerring (14) im Querschnitt im wesent¬ lichen rechteckig, quadratisch oder trapezförmig ist, wobei das s romaufwärtige Ende Abschrägungen (16) besitzt (Fig. 7 und 8) .23. Vaporizer burner according to claim 21, characterized in that the distributor ring (14) is substantially rectangular, square or trapezoidal in cross section, the upstream end having bevels (16) (FIGS. 7 and 8).
24. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 21-23, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerring (14) auf dem Umfang verteilte Axialdurchbohrungen (17) aufweist.24. Evaporator burner according to one of claims 21-23, characterized in that the distributor ring (14) has axial bores (17) distributed over the circumference.
25. Verdampferbrenner nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Axialdurchbohrungen (17) der Anzahl der radialen Luftaustritte (9) durch die Stutzenwand des Luftzuführungsstutzens (8) entspricht.25. Evaporator burner according to claim 23, characterized in that the number of axial bores (17) corresponds to the number of radial air outlets (9) through the nozzle wall of the air supply nozzle (8).
26. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 21-25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verteilerring (14) und poröser Auskleidung (3) ein Übergangsring (18) angeordnet ist.26. Vaporizer burner according to one of claims 21-25, characterized in that a transition ring (18) is arranged between the distributor ring (14) and the porous lining (3).
27. Verdampferbrenner nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsring (18) aus Triton, aus einem Ge¬ strick oder aus keramischen Fasern gebildet ist.27. Vaporizer burner according to claim 26, characterized in that the transition ring (18) is formed from Triton, from a knitted fabric or from ceramic fibers.
28. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-27, dadurch gekennzeichnet, daß dem Luftzuführungsstutzen (8) in der Brennkammer (l) 2 428. Vaporizer burner according to one of claims 1-27, characterized in that the air supply nozzle (8) in the combustion chamber (l) 2 4
stromabwärts eine Flammblende (19) bzw. ein Flammhalter koaxial nachgeordnet ist.a flame shield (19) or a flame holder is arranged coaxially downstream.
29. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-28, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb eines atmosphärischen Brenners eine selbsttätige Ansaugung von Umgebungsluft erfolgt.29. Evaporator burner according to one of claims 1-28, characterized in that an automatic intake of ambient air takes place during the operation of an atmospheric burner.
30. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-29, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (5) schräg in den Brennkammer- Ringraum hineinragt.30. Evaporator burner according to one of claims 1-29, characterized in that the ignition device (5) protrudes obliquely into the combustion chamber annulus.
31. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-29, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Stutzen (4) mit innerer Zündein¬ richtung (5) dem Brennkammer-Ringraum axial, tangential oder radial vorgelagert ist, wobei der Brennkammer- Ringraum mit dem Stutzen (4) über zumindest ein Zünd¬ loch (24) verbunden ist (Fig. 11) . 31. Vaporizer burner according to one of claims 1-29, characterized in that the lateral connection piece (4) with the internal ignition device (5) is arranged axially, tangentially or radially in front of the combustion chamber annular space, the combustion chamber annular space with the connection piece ( 4) is connected via at least one ignition hole (24) (FIG. 11).
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