DE10160655C2 - Brennkammerbaugruppe für ein Heizgerät - Google Patents

Abstract

Eine Brennkammerbaugruppe für ein Heizgerät umfasst ein Brennkammergehäuse (12), welches einen Brennraum (26) bildet, sowie ein Zündorgan (16), welches mit einem Zündabschnitt (32) in den Brennraum (26) ragt. Dabei ist weiter vorgesehen, dass an einer den Brennraum (26) nach radial außen begrenzenden Außenumfangswandung (20) des Brennkammergehäuses (12) ein den Brennraum (26) radial außen wenigstens bereichsweise umgebendes Verdampfermedium (18) vorgesehen ist, in welches zu verdampfender Brennstoff durch die Außenumfangswandung (20) hindurch einleitbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammerbaugruppe für ein Heizgerät, umfassend ein Brennkammergehäuse, welches einen beispiels­ weise im Wesentlichen ringförmigen Brennraum bildet, sowie ein Zünd­ organ, welches mit einem Zündabschnitt in den ringförmigen Brennraum ragt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die GB 1 391 154 offenbart eine Brennkammerbaugruppe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es ist ein im Wesentlichen topfartig ausgebil­ detes Brennkammergehäuse vorgesehen, das einen Brennraum umgrenzt und an seiner dem Brennraum nach radial außen begrenzenden Außen­ umfangswandung an der dem Brennraum zugewandten Seite mit einer Auskleidung versehen ist, die eine Abdampfungsoberfläche für den über eine Brennstoffzuführleitung zugeführten Brennstoff bereitstellt. Nahe demjenigen Bereich, in welchem die Brennstoffzuführleitung in den Brenn­ raum einmündet, ist auch ein Zündorgan vorgesehen, das aus der Auskleidung ausdampfenden Brennstoff zusammen mit der in der Brennkammer vorhandenen Verbrennungsluft zündet.

Auch die US 5 617 995 A offenbart eine Brennkammerbaugruppe, bei welcher eine einen Brennraum umgebende Außenumfangswandung an ihrer Innenseite mit einem Verdampfungselement ausgekleidet ist. Die Verbrennungsluft tritt über einen zentralen Verbrennungsluftzuführstutzen von radial innen in die Brennkammer ein.

Die DE 101 20 027 A1 offenbart eine Brennkammerbaugruppe, bei welcher die Innenseite eines einen Brennraum umgebenden Brennkammergehäuses mit einem die Verdampfung des von radial außen herangeführten Brenn­ stoffs unterstützenden porösen Material ausgekleidet ist.

mit einem die Verdampfung des von radial außen herangeführten Brenn­ stoffs unterstützenden porösen Material ausgekleidet ist.

Aus der DE 195 29 994 A1 ist ein Verdampferbrenner bekannt, bei wel­ chem durch zwei miteinander verbundene Gehäuseteile ein ringförmiger Brennraum gebildet ist. Über eine radial innen liegende ringförmige Innen­ umfangswandung wird Verbrennungsluft zugeführt. Eine den Brennraum radial außen begrenzende Außenumfangswandung ist mit einer zylindrisch geformten porösen Auskleidung bedeckt, über welche der Brennstoff in die Brennkammer eingeleitet wird. An einem Umfangsbereich bildet die Außen­ umfangswandung eine radial außerhalb der porösen Auskleidung liegende Tasche, in welcher der Zündabschnitt eines als Zündorgan dienenden Glühzündstifts angeordnet ist.

Die WO 98/49494 A1 offenbart einen Verdampferbrenner, bei welchem ein als Zündorgan dienender Glühzündstift mit seinem durch Bestromung erwärm­ baren Zündabschnitt in einen ringförmigen Brennraum im Wesentlichen tangential eingreift. Der Zündstift ist in unmittelbarer Nähe eines Bodenbe­ reichs des Brennkammergehäuses angeordnet. In diesem Bodenbereich ist ebenfalls ein diesen Bodenbereich im Wesentlichen vollständig bedecken­ des poröses Material angeordnet. In dieses poröse Material wird durch den Bodenbereich hindurch Brennstoff eingeleitet, um diesen dann zur Erzeu­ gung eines zündfähigen Gemisches zu verdampfen. Das den Bodenbereich bedeckende poröse Material weist eine Aussparung auf, welche eine zur Aufnahme des Zündabschnitts des Glühzündstiftes dienende Tasche bildet.

Bei den vorangehend beschriebenen Verdampferbrennern ist durch die Positionierung der Zündabschnitte der verschiedenen Zündorgane dafür gesorgt, dass diese nach dem Zünden und bei Stattfinden normaler Ver­ brennung im Wesentlichen in einem Bereich liegen, in welchem die Tempe­ ratur deutlich unter der Verbrennungstemperatur liegt. Es konnte auf diese Art und Weise eine durch zu starke Erwärmung erzeugte Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der Zündorgane vermieden werden. Ein Nachteil dieser Anordnung ist jedoch, dass die zwar zum Unterstützen des Zündvor­ gangs ausreichende Strahlungsenergie, welche von den Zündorganen abgegeben wird durch die zumindest teilweise abgeschirmte Positionierung der Zündabschnitte der verschiedenen Zündorgane in jeweiligen Aufnahme­ taschen zur Unterstützung der Beschleunigung der Verbrennung beim Hochfahren des Brenners auf Nennleistung im Wesentlichen nicht nutzbar ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkammerbau­ gruppe für ein Heizgerät vorzusehen, bei welcher die Startphase bei Ver­ brennungsbeginn verkürzt ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Brenn­ kammerbaugruppe für ein Heizgerät gemäß Anspruch 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Positionierung des Zündorgans und vor allem des Zündabschnitts desselben ist dafür gesorgt, dass eine Abschirmung durch irgendwelche Taschen oder sonstigen Abschirmorgane nicht auftritt. Vielmehr liegt der Zündabschnitt des Zündorgans im Wesentlichen frei in dem Brennraum. Die von dem Zündabschnitt abgegebene Strahlungswärme kann somit nicht nur für den Zündvorgang genutzt werden, sondern steht auch für das beschleunigte Hochfahren auf Nennleistung zur Verfügung. Gleichwohl ist durch das am Außenumfangsbereich vorgesehene Ver­ dampfermedium sichergestellt, dass in ausreichender und gut verteilter Art und Weise Brennstoff in den Brennraum abgedampft wird. Vor allem die näherungsweise tangentiale Einleitung der Zündluft in den Brennraum unterstützt die schnelle Verbreitung einer beim Zündvorgang sich ausbrei­ tenden Flamme in Umfangsrichtung.

Das Verdampfermedium ist vorzugsweise wenigstens in demjenigen Län­ genbereich der Außenumfangswandung vorgesehen, welcher den Zünd­ abschnitt des Zündorgans umgibt.

Zur möglichst gleichmäßigen Verteilung des durch Verdampfen in den Brennraum abgegebenen Brennstoffs wird vorgeschlagen, dass das Ver­ dampfermedium hülsenartig ausgebildet ist. Es wird somit sichergestellt, dass die Verdampfung des Brennstoffs über den gesamten Umfangsbereich verteilt stattfinden kann.

Das Verdampfermedium kann beispielsweise aus Vliesmaterial, Filzmaterial, Geflecht, Schaumkeramik oder derartigen Materialien gebildet sein, die durch ihre Porosität die Aufnahme von Brennstoff und das Abgeben dessel­ ben durch Verdampfen ermöglichen.

Um bei der Einleitung des Brennstoffs in das Verdampfermedium dafür zu sorgen, dass eine möglichst schnelle und gleichmäßige Verteilung des noch flüssigen Brennstoffs im Verdampfermedium erfolgt, wird vorgeschlagen, dass der Brennstoff in einen Bereich des Verdampfermediums eingeleitet wird, der über dem Zündabschnitt des Zündorgans liegt. Durch diese Rela­ tivpositionierung wird der Brennstoff auch durch Unterstüzung der Schwer­ kraft rasch und gleichmäßig im Verdampfermedium verteilt.

Um dabei jedoch zu vermeiden, dass am Beginn der Verbrennung im un­ mittelbaren Bereich des Brennstoffeintritts in das Verdampfermedium der Brennstoff nicht nur durch Verdampfen aus dem Verdampfermedium in Richtung Brennraum hin austritt, sondern auch heraustropft, wird vorge­ schlagen, dass bei dem Verdampfermedium in demjenigen Bereich, in welchem der Brennstoff in dieses eingeleitet wird, ein Ablenkelement vorgesehen ist.

Um eine ausreichende Vermischung des durch Verdampfen in den Brenn­ raum gelangten Brennstoffs mit Luft bei Durchführung des Zündvorgangs zu erlangen, wird vorgeschlagen, dass an dem Brennkammergehäuse in einem das Zündorgan tragenden Bereich eine Zündlufteintrittsöffnungs­ anordnung vorgesehen ist.

Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass das Zündorgan sich im Wesentli­ chen tangential in den Brennraum erstreckt.

Um in den Brennraum ausreichend Luft zur Durchführung einer möglichst schadstoffarmen Verbrennung einleiten zu können, wird vorgeschlagen, dass das Brennkammergehäuse eine den Innenraum radial innen begren­ zende Innenumfangswandung mit einer Verbrennungslufteintrittsöffnungs­ anordnung aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Heizgerät für ein Fahrzeug, welches Heizgerät eine erfindungsgemäße Brennkammerbaugruppe auf­ weist.

Es sei hier darauf hingewiesen, dass dann, wenn im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung die Rede ist von "Zündluft" oder "Verbren­ nungsluft", damit jedwedes Gas angesprochen ist, das in Verbindung mit einem zum Einsatz gelangenden Brennstoff ein zündfähiges Gemisch her­ stellen kann. Die angesprochene Luft bildet also nur ein nicht beschränken­ des Beispiel für ein einsetzbares Gas.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Brennkammerbaugruppe;

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Brennkammerbaugruppe in Blickrichtung II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Frontansicht der erfindungsgemäßen Brennkammerbaugruppe in Blickrichtung III in Fig. 1;

Fig. 4 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Brennkammerbau­ gruppe, geschnitten in einer Ebene IV-IV in Fig. 5;

Fig. 5 eine Querschnittansicht der erfindungsgemäßen Brennkammerbau­ gruppe, geschnitten in einer Ebene V-V in Fig. 4.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkammerbaugruppe 10 in Explosionsansicht. Es sind dabei die wesentlichen Komponenten der Brenn­ kammerbaugruppe 10 erkennbar. Dies sind ein beispielsweise aus Blechma­ terial geformtes Brennkammergehäuse 12, eine Brennstoffzuführleitung 14, ein Glühzündstift 16 sowie ein hülsenartig ausgebildetes und beispielsweise aus Vliesmaterial oder sonstigem porösen Material aufgebautes Ver­ dampfermedium 18. Man erkennt auch in Fig. 4, dass das Brennkammerge­ häuse 12 topfartig ausgebildet ist und eine Außenumfangswandung 20 sowie einen Bodenbereich 22 aufweist. Im zentralen Bereich des Bodenbe­ reichs 22 ist eine Erhebung vorgesehen, welche eine zur Außenumfangs­ wandung 20 im Wesentlichen konzentrisch angeordnete und näherungs­ weise zylindrische Innenumfangswandung 24 bildet. Diese Innenumfangs­ wandung 24 geht in eine Stirnwandung 28 über. Zwischen der Innen­ umfangswandung 24 und der Außenumfangswandung 20 ist somit ein im Wesentlichen ringförmig ausgebildeter Brennraum 26 gebildet. Das hülsen­ artig ausgebildete und zur Anpassung an die Außenumfangswandung 20 an einem Umfangsbereich offene Verdampfermedium 18 ist im zusammen­ gefügten Zustand der Brennkammerbaugruppe 10 an der Innenseite der Außenumfangswandung 20 vorgesehen bzw. liegt an dieser an und er­ streckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Außenumfangswandung 20. Dies bedeutet, dass der Brennraum 26 im Bereich des Brenn­ kammergehäuses 12 über die gesamte Länge radial außen durch das Ver­ dampfermedium 18 umgeben bzw. auch begrenzt ist.

An dem Brennkammergehäuse 12 bzw. der Außenumfangswandung 20 desselben ist in einem Umfangsbereich ein Einführstutzen 30 für den Glüh­ zündstift 16 vorgesehen. Man erkennt in den Fig. 3 und 5, dass nach Einführen des Glühzündstifts 16 in den Einführstutzen 30 der durch Bestro­ mung erwärmbare Zündabschnitt 32 des Glühzündstifts 16 näherungs­ weise tangential bzw. sekantial - bezogen auf die ringförmige Kontur des Brennraums 26 um die Gehäuselängsachse A - in den Brennraum 26 ragt. Der Einführstützen 30 bildet ferner einen Kanal bzw. eine Öffnung 34, über welche ggf. auch unter der Förderwirkung eines Gebläses zum Zünden erforderliche Luft in den Brennraum 26 eingeleitet wird, und zwar in denje­ nigen Bereich, der auch den Zündabschnitt 32 des Glühzündstiftes 16 enthält. Es wird somit dafür gesorgt, dass die zum Zünden bereitgestellte Luft in dem Bereich vorhanden ist, in dem sie auch erforderlich ist. Man erkennt in Fig. 5 ferner, dass in demjenigen Bereich, in welchem durch den Stutzen 30 hindurch der Glühzündstift 16 in den Brennraum 26 geführt ist, das Verdampfermedium 18 eine Öffnung 36 aufweist, welche der Glüh­ zündstift 16 dann durchsetzt und durch welche die Zündluft in den Brenn­ raum 26 einströmen kann.

Die Brennstoffzuführleitung 14 ist in eine in der Außenumfangswandung 20 vorgesehene Öffnung 38 eingeführt und leitet den Brennstoff unmittelbar an die Außenseite des Verdampfermediums 18 heran. An der dem Brenn­ raum 26 zugewandten Seite des Verdampfermediums 18 ist in demjenigen Bereich, in welchem durch die Brennstoffzuführleitung 14 der Brennstoff in das Verdampfermedium 18 eingeleitet wird, ein Ablenkelement 40 vor­ gesehen. Dieses Ablenkelement 40 sorgt dafür, dass auch dort, wo der Brennstoff eingeleitet wird, eine seitliche Verteilung stattfinden wird und somit nicht die Gefahr besteht, dass auf Grund zu großer Brennstoffansammlung Brennstoff an der Innenoberseite des Verdampfermediums nicht verdampft sondern herabtropft. Man erkennt ferner, dass der Bereich, in welchem der Brennstoff in das Verdampfermedium 18 eingeleitet wird, zum einen im oberen Bereich des Verdampfermediums 18 vorgesehen ist und zum anderen sehr nahe an dem und über dem Zündabschnitt 32 des Glüh­ zündstiftes 16 positioniert ist. Diese Lagezuordnung ist vor allem auch im Einbauzustand einer die Brennkammerbaugruppe 10 enthaltenden Heiz­ einrichtung vorhanden. Es wird somit dafür gesorgt, dass beim Zünden im Bereich des Zündabschnittes 32 eine vergleichsweise hohe Konzentration an verdampftem Brennstoff bereitgestellt ist. Die Positionierung im oberen Bereich sorgt dafür, dass die Verteilung des Brennstoffs im Verdampferme­ dium auch schwerkraftunterstützt stattfinden kann.

Die nach dem Zünden und beim Übergang zur normalen Verbrennung dann erforderliche Luft wird über eine Mehrzahl von Öffnungen 42 eingeleitet, die in der Innenumfangswandung 24 nahe der Stirnwandung 28 vorgese­ hen sind.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennkammerbaugruppe 10 weist im Betrieb eine Vielzahl von Vorteilen auf. So hat die Positionierung des Glühzündstifts 16 derart, dass dieser näherungsweise unter einem Winkel vom 90° bezüglich einer Vertikallinie und tangential in den Brennraum 26 ragt, den Vorteil, dass die näherungsweise in der gleichen Richtung über die Öffnung 34 in den Brennraum 2 einströmende Zündluft für eine sehr schnelle Verteilung der Zündflamme über den gesamten Umfangsbereich des Brennraums 26 sorgt. Des Weiteren ist der Zündabschnitt 32 des Glühzündstifts 16 im Brennraum 26 durch keine Abschirmmaterialien bedeckt und somit im Brennraum 26 freiliegend. Die im Bereich des Zünd­ abschnitts 32 erzeugte Strahlungswärme kann somit nicht nur für den Zündvorgang, also im unmittelbaren Bereich des Zündabschnitts 32, ge­ nutzt werden, sondern unterstützt auch die Ausbreitung der Verbrennung beim Hochfahren auf Nennleistung. Die Startphase eines mit einer erfindungsgemäßen Brennkammerbaugruppe ausgestatteten Heizgeräts kann somit deutlich verkürzt werden. Insbesondere dann, wenn der Glühzünd­ stift 16 mit einer PTC-Charakteristik (positiver thermischer Koeffizient) ausgebildet ist, d. h. dass bei zunehmender Erwärmung der elektrische Widerstand desselben ansteigt, kann dieser auf Grund seiner Positionierung in demjenigen Raum, in welchem auch die Verbrennung stattfinden wird, gleichzeitig auch als Flammwächter genutzt werden. Der Wegfall eines den Zündabschnitt 32 des Glühzündstifts 16 umgebenden Abschirmungsmateri­ als, wie z. B. eines sogenannten Kerzensiebs, vereinfacht weiterhin den Aufbau und führt zu einer deutlichen Kostenreduktion einer derartigen Baugruppe, ebenso wie der ansonsten erkennbare sehr einfache Aufbau. Auch können sehr leicht Wartungsarbeiten vorgenommen werden, wie z. B. das Austauschen des Glühzündstifts 16. Dieser muss lediglich nach außen abgezogen werden und kann in einfacher Weise durch einen neuen Glüh­ zündstift ersetzt werden. Es sei hier angemerkt, dass als Glühzündstifte vorzugsweise keramische Glühstifte eingesetzt werden, die eine Tempera­ turfestigkeit von bis zu 1450° aufweisen.

Claims (10)

1. Brennkammerbaugruppe für ein Heizgerät, umfassend ein Brenn­ kammergehäuse (12), welches einen Brennraum (26) bildet, sowie ein Zündorgan (16), welches mit einem Zündabschnitt (32) in den Brennraum (26) ragt, wobei an einer den Brennraum (26) nach radial außen begrenzenden Außenumfangswandung (20) des Brennkam­ mergehäuses (12) ein den Brennraum (26) radial außen wenigstens bereichsweise umgebendes Verdampfermedium (18) vorgesehen ist, in welches zu verdampfender Brennstoff durch die Außenumfangs­ wandung (20) hindurch einleitbar ist, gekennzeichnet durch eine Zündlufteintrittsöffnungsanordnung (34), durch welche Zündluft näherungsweise in tangentialer Richtung in den Brennraum (26) eintritt.

2. Brennkammerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfermedium (18) wenigs­ tens in dem Längenbereich der Außenumfangswandung (20) vor­ gesehen ist, welcher den Zündabschnitt (32) des Zündorgans (16) umgibt.

3. Brennkammerbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfermedium (18) hülsen­ artig ausgebildet ist.

4. Brennkammerbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfermedium (18) aus Vliesmaterial, Filzmaterial, Geflecht, Schaumkeramik oder derglei­ chen gebildet ist.

5. Brennkammerbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff in einen Bereich des Verdampfermediums (18) eingeleitet wird, der über dem Zündab­ schnitt (32) des Zündorgans (16) liegt.

6. Brennkammerbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verdampfermedium (18) in demjenigen Bereich, in welchem der Brennstoff in dieses eingeleitet wird, ein Ablenkelement (40) vorgesehen ist.

7. Brennkammerbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Brennkammergehäuse (12) in einem das Zündorgan (16) tragenden Bereich eine Zündlufteintritts­ öffnungsanordnung (34) vorgesehen ist.

8. Brennkammerbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündorgan (16) sich im Wesentli­ chen tangential in den Brennraum (26) erstreckt.

9. Brennkammerbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkammergehäuse (12) eine Innenumfangswandung (24) mit einer Verbrennungslufteintritts­ öffnungsanordnung (42) aufweist.

10. Heizgerät für ein Fahrzeug, umfassend eine Brennkammerbaugruppe (10) nach einer der vorangehenden Ansprüche.