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WO2004076923A1 - System zum zuführen von brennluft und flüssigem brennstoff in einen brenner - Google Patents

System zum zuführen von brennluft und flüssigem brennstoff in einen brenner Download PDF

Info

Publication number
WO2004076923A1
WO2004076923A1 PCT/DE2003/000665 DE0300665W WO2004076923A1 WO 2004076923 A1 WO2004076923 A1 WO 2004076923A1 DE 0300665 W DE0300665 W DE 0300665W WO 2004076923 A1 WO2004076923 A1 WO 2004076923A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
needle
combustion air
fuel needle
burner
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/000665
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Bäcker
Felix Wolf
Original Assignee
Webasto Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Webasto Ag filed Critical Webasto Ag
Priority to DE10394235T priority Critical patent/DE10394235D2/de
Priority to PCT/DE2003/000665 priority patent/WO2004076923A1/de
Priority to AU2003229483A priority patent/AU2003229483A1/en
Priority to EP03722202A priority patent/EP1597516A1/de
Publication of WO2004076923A1 publication Critical patent/WO2004076923A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/38—Nozzles; Cleaning devices therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/101—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet
    • F23D11/102—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet in an internal mixing chamber

Definitions

  • the invention relates to a system for supplying combustion air and liquid fuel into a burner with a Venturi nozzle for supplying the combustion air and a fuel needle arranged in the combustion air flow area for supplying the liquid fuel.
  • Generic systems can be used, for example, for burners in vehicle heaters.
  • Vehicle heaters of this type are used, for example, as additional heaters or as auxiliary heaters.
  • Venturi nozzle The effect of the Venturi nozzle is used to atomize the fuel emerging from the fuel needle, so that a mixture of combustion air and atomized fuel can be fed to the combustion chamber of the burner.
  • the fuel needle represents an obstacle to the air flow.
  • the fuel needle In order to counteract the increase in the flow resistance through the fuel needle, it is possible to enlarge the cross section of the generally cylindrical region of the Venturi nozzle.
  • This has the consequence that a larger overall space is required for the feed device.
  • the invention is based on the object of providing a system for supplying combustion air and liquid fuel to a burner while circumventing the disadvantages described, it being possible, in particular, to work without an undesired pressure drop over the flow path of the combustion air, and furthermore an undesirable one Enlargement of the required space is avoided.
  • the invention is based on the generic system in that the fuel needle applies to the ratio of inner diameter di to outer diameter d a :
  • the fuel needle is therefore designed to be extremely thin-walled, so that the smallest possible outer diameter is ensured with a given fuel throughput, that is to say a given inner diameter. Ultimately, this leads to a particularly low flow obstacle due to the presence of the needle.
  • the specified tolerance range is selected such that the needle can still be manufactured without major difficulties, the principle underlying the present invention being fulfilled the better the closer the ratio of the inside diameter to the outside diameter of the fuel needle approaches the value 1 ,
  • the system according to the invention is further developed in that the Venturi nozzle is axially symmetrical and in that the fuel needle is aligned axially. Due to the axial alignment of the fuel needle, it offers low flow resistance for the combustion air. However, one is tends to introduce the fuel at a certain angle into the flow area of the Venturi nozzle, it is also possible to tilt the fuel needle against the axis of the Venturi nozzle. In this case, too, the indicated useful ratio between inner diameter and outer diameter contributes to minimizing the flow resistance.
  • combustion air means all or part of the combustion air that is used to atomize the fuel.
  • the exit plane of the liquid fuel from the fuel needle is perpendicular to the direction of flow of the liquid fuel through the fuel needle. In this way, neglecting gravity results in an axially symmetrical exit of the fuel from the fuel needle.
  • the exit plane of the liquid fuel from the fuel needle extends obliquely to the direction of flow of the liquid fuel through the fuel needle.
  • a preferred direction when the fuel emerges from the fuel needle can be realized without tilting the fuel needle as a whole against the axis of the Venturi nozzle.
  • the oblique cut of the fuel needle in the outlet area thus avoids an increase in the flow resistance due to the tilted fuel needle, although it is still possible for the fuel to emerge from the fuel needle, for example against gravity.
  • the outlet opening of the fuel needle is provided with tips and / or crenellations. This enables the fuel to be introduced into the combustion chamber over a large radial extent, which is sometimes not optimally achievable in openings without a structure at the edge of the outlet due to constriction effects.
  • the system according to the invention is further developed in a preferred manner in that the venturi nozzle has an essentially cylindrical part which has a transition to a part which changes in cross section, in that the outlet opening of the fuel needle is arranged in the essentially cylindrical part of the venturi nozzle and that there is an axial distance between the outlet opening of the fuel needle and the transition.
  • the system according to the invention is developed with particular advantages in that, with regard to the at least one installation position of the burner in a motor vehicle, it is designed such that the opening of the fuel needle is above the axis of the Venturi nozzle. In this way it is possible to arrange the fuel needle parallel to the axis of the Venturi nozzle and at the same time to counteract a gravitational effect.
  • the installation position of the fuel needle with respect to the valve nozzle axis is selected such that it is displaced radially upward from the axis and then still in the circumferential direction, then two installation positions of the burner can be permitted, the favorable position in both installation positions Gravity is compensated by the position of the opening above the axis of the Venturi nozzle.
  • the invention is based on the knowledge that a particularly thin-walled fuel needle can have positive effects on the construction and flow behavior of a fuel supply device with a Venturi nozzle and a fuel needle.
  • the outside diameter is as small as possible enables so that the flow behavior of the combustion air is minimally influenced.
  • DE 100 39 152 A1 discloses a heater with an atomizer burner, in particular for use in a motor vehicle auxiliary heater, and an atomizer nozzle for processing the fuel, an ignition device and a combustion chamber in which an air-guiding device is connected upstream of a nozzle assembly of the atomizer nozzle is which impinges a swirl on the combustion air flowing into the atomizer nozzle.
  • Another object is to provide a heater for mobile applications, within which combustion processes take place in a stable manner and whose installation space is further reduced compared to heaters known from the prior art.
  • the heating device according to the invention advantageously has the advantages illustrated in connection with the system according to the invention for supplying combustion air and liquid fuel.
  • Figure 1 is a schematic representation of a system according to the invention
  • Figure 2 is a sectional view taken along the II marked in Figure 1
  • FIG. 3 shows a fuel needle with a first outlet opening for use in a system according to the invention
  • FIG. 4 shows a fuel needle with a second outlet opening for use in a system according to the invention
  • FIG. 5 shows a fuel needle with a third outlet opening for use in a system according to the invention
  • FIG. 6 shows a variant of FIG. 4
  • FIG. 7 shows a heating device according to the invention in a partially sectioned view, which has the system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a system according to the invention.
  • the system serves to mix combustion air 10 with liquid fuel 12, this mixture ultimately being to be fed to the burner 14 of a vehicle heater.
  • the system comprises a Venturi nozzle 16, which in the most general case means a tube with a constriction.
  • the constriction of the Venturi nozzle is formed by a cylindrical part 26. This is followed by a part with an increasing cross section 28. Due to the fluid mechanics, the incoming combustion air 10 assumes a high flow velocity in the narrowed cylindrical area 26 of the Venturi nozzle 16.
  • a fuel needle 18 for supplying the fuel 12 is arranged in this cylindrical part 26 of the Venturi nozzle 16.
  • the fuel needle 18 makes sense to arrange the fuel needle 18 in precisely this narrowed cylindrical region 26 of the Venturi nozzle 16, since the combustion air 10 flowing at high flow speed favors the atomization of the fuel.
  • the fuel needle 18 also represents a flow obstacle for the incoming combustion air 10.
  • FIG. 2 shows a sectional view along the plane marked II in FIG. 1. It can be seen how the present invention solves the problem described in connection with FIG. 1.
  • the fuel needle By choosing the ratio between the inside diameter dj and outside diameter d a of the fuel needle 18 as close as possible to the value 1, the fuel needle provides a minimal len flow resistance for the incoming combustion air in the Venturi nozzle 16.
  • FIG. 3 shows a fuel needle 18 with a first outlet opening for use in a system according to the invention.
  • the exit plane 20 of the fuel from the fuel needle 18 is perpendicular to the main direction of flow of the fuel 12. This results in a constriction of the fuel 12 outside the fuel needle, sometimes with a view to a homogeneous distribution of the fuel in the Venturi nozzle and ultimately in the Combustion chamber can be disadvantageous.
  • FIG. 4 shows a fuel needle 18 with a second outlet opening for use in a system according to the invention.
  • the outlet opening of the fuel needle 18 has battlements 24. These battlements bundle the emerging fuel 12 in certain areas, and ultimately it is achieved that the fuel is distributed almost homogeneously over the entire flow cross-section available to it.
  • FIG. 5 shows a fuel needle 18 with a third outlet opening for use in a system according to the invention.
  • a fuel needle 18 with a beveled exit plane 22 can be seen here. This gives the outflowing fuel 12 a preferred direction so that, for example, a gravitational effect can be counteracted. If such a fuel needle 18 is rotatably mounted in the Venturi nozzle 16, it can be aligned and fixed accordingly after the heater has been installed in order to compensate for the force of gravity.
  • FIG. 6 shows a variant of FIG. 4, in which the outlet opening of the fuel needle 18 has tips 25 instead of the rectangular pinnacles 24.
  • the effect of bundling the fuel 12 is similar, with additional mixing or swirling of the fuel being achieved.
  • the battlements 24 and / or the tips 25, mixed forms also being possible, can be used both with a vertical exit plane 20 and with an inclined exit plane 22.
  • FIG. 7 shows a partially sectioned schematic illustration of a heating device in which the present invention can be used.
  • a heater 110 is shown with a burner 14 for burning a fuel / air mixture.
  • the heating device comprises an annular duct blower 114 with a blower motor 36.
  • the annular duct blower 114 draws combustion air 10 through an air inlet connection 116 and blows it into a combustion air plenum 118 on the pressure side.
  • the combustion air available in the combustion air collecting space 118 is divided into primary air and secondary air.
  • the primary air is conveyed into the combustion chamber 124 through a nozzle 16, which in the present example is designed as a Venturi nozzle.
  • the secondary air is conveyed into the combustion chamber 124 through secondary air bores 122.
  • the division of the combustion air into primary air and secondary air is useful in order to provide a rich, ignitable mixture at the outlet of the nozzle 16.
  • the nozzle 16 includes a settling zone 126 and a diffuser 130 to provide the venturi effect.
  • the fuel needle 18 described above is arranged within the nozzle 16.
  • the fuel needle 18 is supplied with fuel 44 via a fuel line 82. Due to the high flow velocity of the combustion air in the calming zone 126, the fuel emerging from the fuel needle 18 with almost no pressure is drawn into threads which then disintegrate into droplets. The high air velocities required for good atomization can be achieved by good pressure recovery of the diffuser 130.
  • the flow rate of the fuel / air mixture is drastically reduced in the course of the diffuser 130, as a result of which low flow rates are achieved in the area of a glow plug which is not shown here but is known from DE 100 39 152 A1 - to which reference is hereby made in full.
  • the glow plug is switched off. It can subsequently be used for flame monitoring using a resistance measurement.
  • a baffle plate 132 is arranged within the combustion chamber 124. This represents a flow obstacle, so that the air emerging from the nozzle 16 is forced outwards. This results in a good mixing of the primary air with the secondary air, which is useful in terms of good burnout.
  • the region between the nozzle 16 and the baffle plate 132 thus serves as a mixing zone 134, and the region beyond the baffle plate 132, that is to say the region lying downstream with respect to the baffle plate 132, serves as the reaction zone 138.
  • the mixture produced burns in the further course of the combustion tube 140 and is passed through the exhaust gas-carrying parts from the heater 110.
  • the generated heat heats up cold water 146 in the heat exchange with the exhaust gas-carrying parts, so that warm water 148 emerges from the heater 110.
  • Air for example, can also be used as the heat transfer medium.
  • exit plane of the fuel perpendicular to the longitudinal axis of 16
  • exit plane of the fuel oblique to the longitudinal axis of 16

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)
  • Spray-Type Burners (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Zuführen von Brennluft (10) und flüssigem Brennstoff (12) in einen Brenner (14) mit einer Venturidüse (16) zum Zuführen der Brennluft (10) und einer im Brennluftströmungsbereich angeordneten Brennstoffnadel (18) zum Zuführen des flüssigen Brennstoffs (12). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis von Innendurchmesser di zu Außendurchmesser da der Brennstoffnadel (18) gilt: 0,7 ≤ di/da < 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Heizgerät, welche ein zuvor dargestelltes System aufweist.

Description

System zum Zuführen von Brennluft und flüssigem Brennstoff in einen Brenner
Die Erfindung betrifft ein System zum Zuführen von Brennluft und flüssigem Brennstoff in einen Brenner mit einer Venturidüse zum Zuführen der Brennluft und einer im Brennluftströmungsbereich angeordneten Brennstoffnadel zum Zu- führen des flüssigen Brennstoffs.
Gattungsgemäße Systeme können beispielsweise bei Brennern in Fahrzeugheizgeräten eingesetzt werden. Derartige Fahrzeugheizgeräte werden zum Beispiel als Zusatzheizgeräte beziehungsweise als Standheizungen verwendet.
Der Effekt der Venturidüse wird zum Zerstäuben des aus der Brennstoffnadel austretenden Brennstoffes ausgenutzt, so dass der Brennkammer des Brenners ein Gemisch aus Brennluft und zerstäubtem Brennstoff zugeführt werden kann.
Im Hinblick auf eine Anordnung, bei der eine Brennstoffnadel im Strömungsbereich einer Venturidüse angeordnet ist, muss jedoch als nachteilig verzeichnet werden, dass die Brennstoffnadel ein Hindernis für die Luftströmung darstellt. Um der Erhöhung des Strömungswiderstandes durch die Brennstoffnadel entgegenzuwirken, ist es möglich, den Querschnitt des im Allgemeinen im Wesentlichen zylindrischen Bereiches der Venturidüse zu vergrößern. Dies hat allerdings zur Folge, dass insgesamt für die Zuführeinrichtung ein größerer Bauraum erforderlich ist. Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein System zum Zuführen von Brennluft und flüssigem Brennstoff in einen Brenner unter Umgehung der beschriebenen Nachteile zur Verfügung zu stellen, wobei insbesondere ohne uner- wünschten Druckabfall über den Strömungsweg der Brennluft gearbeitet werden kann und wobei weiterhin eine unerwünschte Vergrößerung des erforderlichen Bauraums vermieden wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen System dadurch auf, dass für das Verhältnis von Innendurchmesser di zu Außendurchmesser da der Brennstoffna- del gilt:
0,7 < < 1.
Die Brennstoffnadel ist also extrem dünnwandig ausgestaltet, so dass bei gege- benem Brennstoffdurchsatz, das heißt gegebenem Innendurchmesser, ein möglichst geringer Außendurchmesser sichergestellt wird. Dies führt letztlich dazu, dass ein besonders geringes Strömungshindernis aufgrund der Anwesenheit der Nadel vorliegt. Der angegebene Toleranzbereich ist so gewählt, dass die Nadel noch ohne größere Schwierigkeiten gefertigt werden kann, wobei das der vorlie- genden Erfindung zugrunde liegende Prinzip umso besser erfüllt wird, je mehr sich das Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser der Brenn- stoffnadel dem Wert 1 nähert.
Das erfindungsgemäße System ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch wei- tergebiidet, dass die Venturidüse axialsymmetrisch ist und dass die Brennstoff- nadel axial ausgerichtet ist. Durch die axiale Ausrichtung der Brennstoffnadel bietet diese einen geringen Strömungswiderstand für die Brennluft. Ist man jedoch bestrebt, den Brennstoff in einem gewissen Winkel in den Strömungsbereich der Venturidüse einzubringen, so ist es ebenfalls möglich, die Brennstoffnadel gegen die Achse der Venturidüse zu kippen. Auch in diesem Fall trägt das angegebene nützliche Verhältnis zwischen Innendurchmesser und Außendurchmesser zu ei- ner ivlinimierung des Strömungswiderstandes bei.
Wenn in dieser Anmeldung von Brennluft die Rede ist, ist damit die gesamte Brennluft oder der Teil der Brennluft gemeint, der zur Zerstäubung des Brennstoffs verwendet wird.
Weiterhin kann nützlich sein, dass die Austrittsebene des flüssigen Brennstoffs aus der Brennstoffnadel senkrecht zur Strömungsrichtung des flüssigen Brennstoffs durch die Brennstoffnadel verläuft. Auf diese Weise ergibt sich unter Vernachlässigung der Schwerkraft ein axialsymmetrischer Austritt des Brennstoffs aus der Brennstoffnadel.
Es kann aber auch nützlich sein, dass die Austrittsebene des flüssigen Brennstoffs aus der Brennstoffnadel schräg zur Strömungsrichtung des flüssigen Brennstoffs durch die Brennstoffnadel verläuft. Auf diese Weise lässt sich eine Vorzugsrichtung beim Austritt des Brennstoffs aus der Brennstoffnadel realisieren, ohne die Brennstoffnadel insgesamt gegen die Achse der Venturidüse zu kippen. Durch den schrägen Anschnitt der Brennstoffnadel im Austrittsbereich lässt sich also eine Vergrößerung des Strömungswiderstandes aufgrund gekippter Brennstoffnadel vermeiden, wobei dennoch ein beispielsweise gegen die Schwerkraft gerichtetes Austreten des Brennstoffs aus der Brennstoffnadel möglich ist.
Des Weiteren ist es möglich, dass die Austrittsöffnung der Brennstoffnadel mit Spitzen und/oder Zinnen versehen ist. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass der Brennstoff in großer radialer Ausdehnung in die Brennkammer eingebracht wird, was bei Öffnungen ohne eine Struktur am Rand des Austritts aufgrund von Einschnüreffekten mitunter nicht in optimaler Weise erreichbar ist. Das erfindungsgemäße System ist weiterhin in bevorzugter Weise dadurch weitergebildet, dass die Venturidüse einen im Wesentlichen zylindrischen Teil aufweist, der einen Übergang zu einem sich im Querschnitt verändernden Teil aufweist, dass die Austrittsöffnung der Brennstoffnadel in dem im Wesentlichen zy- lindrischen Teil der Venturidüse angeordnet ist und dass ein axialer Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Brennstoffnadel und dem Übergang vorliegt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der flüssige Brennstoff, der aus der Aus- trittsöffnung der Brennstoffnadel ausgetreten ist, noch über eine gewisse Strecke durch einen Bereich großer Brennluftströmungsgeschwindigkeit zusammen mit der Brennluft transportiert wird. Dies stellt eine besonders gute Zerstäubung sicher. In den meisten Fällen wird es sinnvoll sein, den Austritt aus der Brennstoffnadel am Anfang des zylindrischen Strömungsbereiches der Venturidüse anzuordnen, so dass praktisch der gesamte zylindrische Bereich für eine gute Verteilung des zerstäubten Brennstoffes in der schnell strömenden Brennluft zur Verfü- gung steht.
Weiterhin ist das erfindungsgemäße System mit besonderen Vorteilen dadurch weitergebildet, dass es bezüglich der mindestens einen Einbaulage des Brenners in einem Kraftfahrzeug so ausgelegt ist, dass sich die Öffnung der Brennstoffna- del oberhalb der Achse der Venturidüse befindet. Auf diese Weise ist es möglich, die Brennstoffnadel parallel zur Achse der Venturidüse anzuordnen und gleichzeitig einem Schwerkrafteffekt entgegenzuwirken. Wählt man bei einer möglichen Einbaulage des Brenners die Einbaulage der Brennstoffnadel bezüglich der Ven- turidüsenachse so, dass sie von der Achse radial nach oben verschoben ist und dann noch in Umfangsrichtung, so können zwei Einbaulagen des Brenners gestattet sein, wobei bei beiden Einbaulagen der günstige Ausgleich der Schwerkraft durch die Lage der Öffnung oberhalb der Achse der Venturidüse stattfindet.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine besonders dünn- wandige Brennstoffnadel positive Wirkungen auf die Konstruktion und das Strömungsverhalten einer Brennstoffzuführeinrichtung mit Venturidüse und Brenn- stoffnadel erreicht werden können. Zum einen wird bei gegebenem Mindestinnendurchmesser der Brennstoffnadel ein möglichst geringer Außendurchmesser ermöglicht, so dass das Strömungsverhalten der Brennluft minimal beeinflusst wird. Zum anderen ist es nicht erforderlich, den zylindrischen Bereich der Venturidüse über die Maßen zu vergrößern. Vielmehr wird der der Brennluft zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt durch einen sehr geringen Außendurch- messer der Brennstoffnadel realisiert.
Aus der DE 100 39 152 A1 ist ein Heizgerät mit einem Zerstäuberbrenner, insbesondere zur Verwendung in einer Kraftfahrzeug-Standheizung, und einer Zerstäuberdüse zur Aufbereitung des Brennstoffes, einer Zündeinrichtung sowie ei- ner Brennkammer bekannt, bei der einem Düsenstock der Zerstäuberdüse eine luftleitende Einrichtung vorgeschaltet ist, die die in die Zerstäuberdüse einströmende Verbrennungsluft mit einem Drall beaufschlagt.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Heizgerät für mobile Anwendungen an- zugeben, innerhalb dessen Verbrennungsvorgänge stabil ablaufen, und dessen Bauraum gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Heizgeräten weiter verringert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Heizgerät mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 gelöst. Neben dem verringerten Bauraum weist das erfindungsgemäße Heizgerät in vorteilhafter Weise die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System zum Zuführen von Brennluft und flüssigem Brennstoff dargestellten Vorteile auf.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems;
Figur 2 eine Schnittansicht entlang der in Figur 1 mit II gekennzeichneten
Ebene; Figur 3 eine Brennstoff nadel mit einer ersten Austrittsöffnung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System;
Figur 4 eine Brennstoffnadel mit einer zweiten Austrittsöffnung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System;
Figur 5 eine Brennstoffnadel mit einer dritten Austrittsöffnung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System und
Figur 6 eine Variante zur Fig. 4;
Figur 7 ein erfindungsgemäßes Heizgerät in teilweise geschnittener Ansicht, welche das erfindungsgemäße System aufweist.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems. Das System dient der Vermischung von Brennluft 10 mit flüssigem Brennstoff 12, wobei diese Mischung letztlich dem Brenner 14 eines Fahrzeugheizgerätes zugeführt werden soll. Das System umfasst eine Venturidüse 16, wobei hierunter im allgemeinsten Fall ein Rohr mit einer Verengung zu verstehen ist. Im dargestellten Fall ist die Verengung der Venturidüse von einem zylindrischen Teil 26 gebildet. Daran schließt sich ein Teil mit sich vergrößerndem Querschnitt 28 an. Aufgrund strömungsmechanischer Gesetzmäßigkeiten nimmt die zuströmende Brennluft 10 in dem verengten zylindrischen Bereich 26 der Venturidüse 16 eine hohe Strömungsgeschwindigkeit an. In diesem zylindrischen Teil 26 der Venturidüse 16 ist eine Brennstoffnadel 18 zum Zuführen des Brennstoffes 12 angeordnet. Einerseits ist es sinnvoll, die Brennstoffnadel 18 in genau diesem verengten zylindrischen Bereich 26 der Venturidüse 16 anzuordnen, da die mit großer Strömungsgeschwindigkeit strömende Brennluft 10 die Zerstäubung des Brennstoffs begünstigt. Andererseits stellt die Brennstoffnadel 18 aber auch ein Strömungshindernis für die zuströmende Brennluft 10 dar.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der in Figur 1 mit II gekennzeichneten Ebene. Es ist zu erkennen, auf weiche Weise die vorliegende Erfindung die im Zusammenhang mit Figur 1 geschilderte Problematik löst. Indem das Verhältnis zwischen Innendurchmesser dj und Außendurchmesser da der Brennstoffnadel 18 möglichst nahe dem Wert 1 gewählt wird, stellt die Brennstoffnadel einen minima- len Strömungswiderstand für die zuströmende Brennluft in der Venturidüse 16 dar.
Figur 3 zeigt eine Brennstoffnadel 18 mit einer ersten Austrittsöffnung zur Ver- Wendung in einem erfindungsgemäßen System. In diesem Fall ist die Austrittsebene 20 des Brennstoffs aus der Brennstoffnadel 18 senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Brennstoffs 12. Dies hat eine Einschnürung des Brennstoffs 12 außerhalb der Brennstoffnadel zur Folge, was mitunter im Hinblick auf eine homogene Verteilung des Brennstoffs in der Venturidüse und letztlich in der Brennkammer nachteilig sein kann.
Figur 4 zeigt eine Brennstoffnadel 18 mit einer zweiten Austrittsöffnung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System. Hier hat die Austrittsöffnung der Brennstoffnadel 18 Zinnen 24. Diese Zinnen bündeln den austretenden Brenn- stoff 12 in bestimmten Bereichen, und letztlich wird erreicht, dass der Brennstoff nahezu homogen über den gesamten ihm zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt verteilt ist.
Figur 5 zeigt eine Brennstoffnadel 18 mit einer dritten Austrittsöffnung zur Ver- wendung in einem erfindungsgemäßen System. Hier ist eine Brennstoffnadel 18 mit einer abgeschrägten Austrittsebene 22 zu erkennen. Diese erteilt dem ausströmenden Brennstoff 12 eine Vorzugsrichtung, so dass beispielsweise einem Schwerkrafteffekt entgegengewirkt werden kann. Wenn eine derartige Brennstoffnadel 18 drehbar in der Venturidüse 16 gelagert ist, kann diese ja nach Ein- baulage des Heizgeräts entsprechend ausgerichtet und fixiert werden, um dadurch die Schwerkraft zu kompensieren.
Figur 6 zeigt eine Variante zur Fig. 4, bei der die Austrittsöffnung der Brennstoff- nadel 18 statt der rechteckigen Zinnen 24 Spitzen 25 aufweist. Der Effekt der Bündelung des Brennstoffs 12 ist dabei ähnlich, wobei eine zusätzliche Durchmischung bzw. Verwirbelung des Brennstoffs erreicht wird. Die Zinnen 24 und/oder die Spitzen 25, wobei auch Mischformen möglich sind, können sowohl bei einer senkrechten Austrittsebene 20 als auch bei einer schräg stehenden Austrittsebene 22 zur Anwendung kommen.
Figur 7 zeigt eine teilweise geschnittene schematische Darstellung eines Heizgeräts, in dem die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommen kann. Es ist ein Heizgerät 110 mit einem Brenner 14 zum Verbrennen eines Brennstoffs/Luft- Gemisches dargestellt. Das Heizgerät umfasst ein Ringkanalgebläse 114 mit einem Gebläsemotor 36. Durch das Ringkanalgebläse 114 wird über einen Luftein- trittsstutzen 116 Brennluft 10 angesaugt und druckseitig in einen Brennluftsam- melraum 118 eingeblasen. Die in dem Brennluftsammelraum 118 zur Verfügung stehende Brennluft wird in Primärluft und Sekundärluft unterteilt. Die Primärluft wird durch eine Düse 16, die im vorliegenden Beispiel als Venturi-Düse ausgebildet ist, in die Brennkammer 124 gefördert. Die Sekundärluft wird durch Sekundär- luftbohrungen 122 in die Brennkammer 124 gefördert. Die Aufteilung der Brennluft in Primärluft und Sekundärluft ist nützlich, um am Austritt der Düse 16 ein fettes, zündwilliges Gemisch bereitzustellen.
Die Düse 16 umfasst eine Beruhigungszone 126 und einen Diffusor 130, um den Venturi-Effekt bereitzustellen. Innerhalb der Düse 16 ist die weiter oben beschriebene Brennstoffnadel 18 angeordnet. Die Brennstoffnadel 18 wird über eine Brennstoffleitung 82 mit Brennstoff 44 versorgt. Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit der Brennluft in der Beruhigungszone 126 wird der aus der Brennstoffnadel 18 annähernd drucklos austretende Brennstoff in Fäden gezo- gen, die dann in Tröpfchen zerfallen. Die für eine gute Zerstäubung erforderlichen hohen Luftgeschwindigkeiten lassen sich durch einen guten Druckrückgewinn des Diffusors 130 erzielen.
Weiterhin wird im Verlauf des Diffusors 130 die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoff/Luft-Gemisches drastisch reduziert, wodurch im Bereich eines hier nicht dargestellten, jedoch aus der DE 100 39 152 A1 - auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird - bekannten Glühstiftes geringe Strömungsgeschwindigkeiten realisiert werden. Dies unterstützt das Ausbilden und Ausbreiten einer Pilotflamme. Nach dem Startvorgang, das heißt der Zündung des Systems durch den Glühstift, wird der Glühstift abgeschaltet. Nachfolgend kann er unter Verwendung einer Widerstandsmessung zur Flammüberwachung dienen.
Innerhalb der Brennkammer 124 ist eine Prallscheibe 132 angeordnet. Diese stellt ein Strömungshindernis dar, so dass die aus der Düse 16 austretende Luft nach außen gezwungen wird. Hierdurch findet eine gute Vermischung der Primärluft mit der Sekundärluft statt, was im Hinblick auf einen guten Ausbrand nützlich ist. Der Bereich zwischen Düse 16 und Prallscheibe 132 dient somit als Mischzo- ne 134, und der Bereich jenseits der Prallscheibe 132, das heißt der bezüglich der Prallscheibe 132 stromabwärts liegende Bereich, dient als Reaktionszone 138. Das erzeugte Gemisch verbrennt im weiteren Verlauf des Brennrohres 140 und wird durch die abgasführenden Teile aus dem Heizgerät 110 geleitet. Durch die erzeugte Wärme wird eintretendes kaltes Wasser 146 im Wärmetausch mit den abgasführenden Teilen erwärmt, so dass warmes Wasser 148 aus dem Heizgerät 110 austritt. Als Wärmeträgermedium kann anstelle des Wassers beispielsweise auch Luft verwendet werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprü- chen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
10 Brennluft 12 flüssiger Brennstoff 14 Brenner 16 Venturidüse 18 Brennstoffnadel
20 Austrittsebene des Brennstoffs (senkrecht zur Längsachse von 16) 22 Austrittsebene des Brennstoffs (schräg zur Längsachse von 16)
24 Zinnen
25 Spitzen
26 zylindrischer Teil
28 Teil mit sich vergrößerndem Querschnitt 36 Gebläsemotor
44 Brennstoff
82 Brennstoffleitung
110 Heizgerät
114 Ringkanalgebläse 116 Lufteintrittsstutzen
118 Brennluftsammelraum
122 Sekundärluftbohrungen
124 Brennkammer
126 Beruhigungszone 130 Diffusor
132 Prallscheibe
134 Mischzone
138 Reaktionsraum
140 Brennrohr 146 Wasser (kalt)
148 Wasser (warm)

Claims

Patentansprüche
1. System zum Zuführen von Brennluft (10) und flüssigem Brennstoff (12) in einen Brenner (14) mit - einer Venturidüse (16) zum Zuführen der Brennluft (10) und einer im Brennluftströmungsbereich angeordneten Brennstoffnadel (18) zum Zuführen des flüssigen Brennstoffs (12), dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis von Innendurchmesser dj zu Außendurchmesser da der Brennstoffnadel (18) gilt:
0,7 < ^ < 1.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Venturidüse (16) axialsymmetrisch ist und dass die Brennstoffnadel (18) axial ausgerichtet ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsebene (20) des flüssigen Brennstoffs (12) aus der Brennstoffnadel (18) senkrecht zur Strömungsrichtung des flüssigen Brennstoffs (12) durch die Brennstoffnadel (18) verläuft.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsebene (22) des flüssigen Brennstoffs (12) aus der Brennstoffnadel (18) schräg zur Strömungsrichtung des flüssigen Brennstoffs (12) durch die Brennstoffnadel (18) verläuft.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung der Brennstoffnadel (18) mit Spitzen (25) und/oder Zinnen (24) versehen ist.
6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturidüse (16) einen im Wesentlichen zylindrischen Teil (26) aufweist, der einen Übergang zu einem sich im Querschnitt verändernden Teil (28) aufweist, dass die Austrittsöffnung der Brennstoffnadel (18) in dem im We- sentlichen zylindrischen Teil (26) der Venturidüse (16) angeordnet ist und dass ein axialer Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Brenn- stoffnadel (18) und dem Übergang vorliegt.
7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es bezüglich der mindestens einen Einbaulage des Brenners (14) in einem Kraftfahrzeug so ausgelegt ist, dass sich die Öffnung der Brennstoffnadel (18) oberhalb der Achse der Venturidüse (16) befindet.
8. Heizgerät (110) für mobile Anwendungen, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einem Brenner (14) zum Verbrennen eines Brennstoff-/Luftgemisches und einem System zum Zuführen von Brennluft (10) und flüssigem Brennstoff (12) in den Brenner (14), dadurch gekennzeichnet, dass das System ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
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