Die Erfindung betrifft einen Brenner für ein Heizgerät, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, mit einer Brennerdüse zum Zuführen von Brennstoff und Primärluft, ei¬ ner Brennkammer und einem Hitzeschild zwischen der Brenner¬ düse und der Brennkammer, wobei der Hitzeschild Öffnungen zum Zuführen von Sekundärluft in die Brennkammer aufweist.

Derartige Brenner, die auch als Zerstäubungsbrenner oder als Spray-Brenner bezeichnet werden, kommen insbesondere in Zusatzheizungen und Standheizungen für Kraftfahrzeuge zum Einsatz.

Es existieren zahlreiche Anforderungen an solche Brenner, insbesondere in Bezug auf ein sicheres und weitgehend emis¬ sionsfreies Startverhalten sowie einen stabilen Brennbe¬ trieb. Weiterhin ist man bestrebt, Heizgeräte zu konstruie- ren, die in unterschiedlichen Einbaulagen zum Einsatz kom¬ men können.

Im Hinblick auf das Startverhalten müssen verschiedene Be¬ triebsparameter aufeinander abgestimmt werden. Zum einen ist es erforderlich, während des Brennerstarts in der Startzone ein relativ fettes Brennstoff-Luft-Gemisch zur Verfügung zu stellen, andererseits ist die Bereitstellung einer ausreichenden Menge von primärer Brennluft aber er¬ forderlich, um den Transport des Brennstoffs von der Brenn- stoffnadel zur Startzone zu gewährleisten.

Die Anforderung, unterschiedliche Einbaulagen des Heizgerä¬ tes zu erlauben, hängt mit den Problemen betreffend das Startverhalten zusammen. Um nämlich in der Lage zu sein, bei geringer Primärluftzuführung Brennstoff in die Start- zone zu transportieren, hat man bislang in Kauf genommen, die Brennstoffnadel mit nach unten gerichteter Austritts- Öffnung zu orientieren; die hatte zur Folge, dass der ge¬ samte Brenner in senkrechter Einbaulage montiert werden musste.

Um einen stabilen Brennbetrieb des Brenners zu gewährleis¬ ten, sind ebenfalls sich mitunter widersprechende Anforde¬ rungen zu erfüllen. Zum einen ist stets eine gute Durchmi- schung von Brennstoff und Luft gefordert, zum anderen ist es im Kernbereich der Flamme und dort insbesondere während

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der Startphase unerwünscht zu hohe Luftanteile und eine zu hohe Verwirbelung zu verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein zuverlässiges und emissi¬ onsarmes beziehungsweise qualmarmes Startverhalten bei un¬ terschiedlichen Einbaulagen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen An¬ spruches gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Brenner dadurch auf, dass die Öffnungen mit Luftleitelementen ausgestattet sind. Ein Hitzeschild ist grundsätzlich nützlich, um die Düse und die BrennstoffZuführung gegen die in der Brennkam- mer vorliegende Wärmeenergie abzuschirmen. Über den Hitze¬ schild wird weiterhin Sekundärluft in den Brennraum zuge¬ führt. Indem die Öffnungen zur Sekundärluftzuführung mit Luftleitelementen ausgestattet sind, kann die Zuführung dieser Sekundärluft gezielt erfolgen, so dass der Brennbe- trieb, sowohl im Hinblick auf den Startbetrieb als auch beim Dauerbetrieb gezielt beeinflusst werden kann.

Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die Luftleitelemente durch in Richtung der Brennkammer vorstehende einstückig mit dem Hitzeschild ausgebildete Laschen gebildet sind. Ein solcher Hitzeschild ist in einfacher Weise zu fertigen, beispielsweise indem mit einem v-förmigen Stanzwerkzeug La-

sehen geformt werden, die nach oder mit dem Stanzvorgang aus der Ebene des Hitzeschildes herausgebogen werden.

Die Erfindung ist in nützlicher Weise auch dadurch weiter- gebildet, dass die Laschen in unterschiedlichen Winkeln zur Oberfläche des Hitzeschildes und/oder zum Radius des Hitze¬ schildes ausgebildet sind. Erstrecken sich die Laschen na¬ hezu senkrecht zum Radius des Hitzeschildes, so wird durch diese ein starker Drall eingebracht, während durch Laschen mit einem kleineren Winkel zum Radius ein geringerer Drall eingebracht wird. Laschen, die einen kleinen Winkel zur Oberfläche des Hitzeschildes einnehmen, erzeugen Luftströ¬ mungen, die eine große radiale Komponente und eine kleine axiale Komponente haben, während bei Laschen mit großen Winkeln zur Oberfläche des Hitzeschildes die axiale Kompo¬ nente dominiert. Auf diese Weise ist es möglich, Sekundär¬ luft mit geringem Drall in den Kernbereich der Flammenbil¬ dung zu leiten. Hierdurch wird einerseits die für die Verbrennung benötigte Luft zugeführt; es liegt jedoch kein übermäßiger Drall vor, der die Stabilisierung der Flamme nachteilig beeinflussen würde. Insbesondere kann eine Auf¬ teilung der Sekundärluft in Abhängigkeit der Ausrichtung der einzelnen Luftleitelemente erfolgen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Laschen gruppenweise in im wesentlichen identischen Winkeln zur Oberfläche des Hitzeschildes und/oder zum Ra¬ dius des Hitzeschildes ausgebildet sind. Durch die kollek¬ tive Ausrichtung der Laschen entstehen definierte Strö- mungszustände in der Brennkammer.

Die Erfindung ist weiterhin dadurch nützlich ausgebildet, dass der Brenner eine Ausbrandzone aufweist und dass die der Ausbrandzone zugeführte Sekundärluft einen höheren Drall als die der Startzone zugeführte Sekundärluft auf- weist. In der Ausbrandzone ist ein hoher Drall erwünscht. Insbesondere ein radial innenliegendes verwirbeltes Rück¬ stromgebiet verbessert den Ausbrand und sorgt dafür, dass das Brennkammervolumen gut ausgenutzt wird.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass der Hitzeschild eine Öff¬ nung zur Durchführung eines Zündelementes aufweist.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Er¬ findung ist vorgesehen, dass die Brennerdüse eine Brenn- stoffnadel zum Zuführen von Brennstoff in den Brenner und eine Primärluftzuführung zum Zuführen von Brennluft in den Brenner aufweist und dass durch die Wahl des Innendurchmes¬ sers der Brennstoffnadel die Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoffs so vorbestimmt wird, dass während einer Start- phase des Brenners Brennstoff in im Wesentlichen unzer- stäubter Form eine Startzone erreicht. Durch eine Verringe¬ rung des Innendurchmessers der Brennstoffnadel im Vergleich zu Brennstoffnadeln in Heizgeräten des Standes der Technik wird bei gleichem Brennstofffördervolumen die Austrittge- schwindigkeit des Brennstoffs erhöht. Hierdurch gelingt es bei jeglicher Einbaulage, dass ein Brennstoffstrahl von der Austrittsöffnung der Brennstoffnadel in die Startzone ge¬ langt. Insbesondere bei geringer Primärluftmenge, wobei die zugeführte Primärluft zudem noch einen nur geringen Drall aufweisen sollte, kann so ein im Wesentlichen unzerstäubter Brennstoffstrahl die Startzone erreichen. Folglich startet

der Brenner sicher, und die Qualmbildung während des Starts wird deutlich verringert.

Es ist bevorzugt, dass der Innendurchmesser der Brennstoff- nadel zwischen 0,5 und 0,7 mm liegt. Im Vergleich zu Aus¬ trittsgeschwindigkeiten bei Brennstoffnadeln des Standes der Technik, bei welchen der Innendurchmesser im Bereich von 0,8 mm liegt, kann die Austrittsgeschwindigkeit bei In¬ nendurchmessern zwischen 0,5 und 0,7 mm nahezu verdoppelt oder sogar mehr als verdoppelt werden.

Besonders bevorzugt ist es, dass der Innendurchmesser der Brennstoffnadel ca. 0,6 mm beträgt. Bei einem solchen In¬ nendurchmesser sind im Volllastbetrieb, das heißt bei einem Brennstoffmassenstrom von 0,5 kg/h Austrittsgeschwindigkei¬ ten von über 0,6 m/s möglich, während bei einem Innendurch¬ messer von 0,8 mm die Austrittsgeschwindigkeit im Bereich von 0,35 m/s liegt. Entsprechend erhöht sich die Austritts¬ geschwindigkeit beim Teillastbetrieb, das heißt bei einem Brennstoffmassenstrom von 0,2 kg/h von circa 0,14 m/s auf circa 0,25 m/s. Bei einer entsprechenden Auswahl baulicher Eigenschaften beziehungsweise von Betriebsparametern kann das Ziel eines im Wesentlichen unzerstäubten Strahls, der beim Start des Heizgerätes die Startzone erreicht, auch mit einer herkömmlichen Brennstoffnadel mit einem Innendurch¬ messer von ca. 0,8 mm erreicht werden.

Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die Startzone als Startkammer ausgebildet ist, in die ein Zündelement hinein- ragt. Die Wand der Brennkammer kann auf diese Weise das Zündelement umgeben. Während des Startbetriebs kann der "ballistische" Brennstoffstrahl dann das Zündelement und

die Brennkammerwand mit Brennstoff benetzen, so dass die Brennkammerwand und benachbarte Bauteile nach deren Erwär¬ mung als Wandverdampfer dienen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorlie¬ genden Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Brenn¬ kammer im Wesentlichen axialsymmetrisch ist, dass in der Brennkammer eine Prallscheibe angeordnet ist und dass die Prallscheibe eine vorgegebene Wölbung in axiale Richtung aufweist. Aufgrund der Wölbung der Prallscheibe liegt eine temperaturunabhängige definierte Formgebung der Prall- Scheibe vor. Bei eben ausgebildeten Prallscheiben des Stan¬ des der Technik ist dies mitunter nicht der Fall, da es temperaturabhängig zu spontanen Formveränderungen kommen kann, die das Brennverhalten des Brenners nachteilig beein¬ flussen können.

Es ist bevorzugt, dass die Wölbung in Richtung der Aus- brandzone vorgesehen ist. Hierdurch wird ein ausreichender Raum im Bereich der Startkammer zur Verfügung gestellt. Weiterhin hat es sich erwiesen, dass die Wölbung in Rich¬ tung der Ausbrandzone das Strömungsverhalten in dieser Zone nicht negativ beeinflusst. Insbesondere bleibt das verwir¬ belte ausgeprägte Rückstromgebiet im radial innenliegenden Bereich der Ausbrandzone erhalten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Außenumfang der Prallscheibe eine Ebe¬ ne definiert und dass das Verhältnis zwischen dem maximalen axialen Abstand der Prallscheibe von dieser Ebene und dem Durchmesser der Prallscheibe zwischen 0,07 und 0,21 liegt. Der am weitesten ausgewölbte Punkt der Prallscheibe liegt

bezüglich der Radialkoordinate vorzugsweise im Wesentlichen im Zentrum der Anordnung. Von der Ebene, die der Außenum¬ fang der Prallscheibe definiert, hat dieser Punkt einen a- xialen Abstand, der durch das angegebene Verhältnis zum Durchmesser definiert ist.

In diesem Zusammenhang ist insbesondere bevorzugt, dass das Verhältnis zwischen dem maximalen axialen Abstand der Prallscheibe von der Ebene und dem Durchmesser der Prall- scheibe bei ca. 0,14 liegt. Beispielsweise beträgt der run¬ de Durchmesser der Prallscheibe ca. 40 mm, während die Aus- wδlbung einen Wert von ca. 5,7 mm hat.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch den neuartigen Hitzeschild mit Luftleitelementen, insbesondere in Kombination mit der neuartigen KraftstoffZuführung und der neuartigen Prallscheibe, das Betriebsverhalten eines Brenners deutlich verbessert werden kann. Dies betrifft insbesondere das Startverhalten, die Stabilität des Brennerbetriebs und die Möglichkeiten im Hinblick auf die Einbaulage des Brenners im Kraftfahrzeug.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispiel¬ haft erläutert.

Dabei zeigt:

Figur 1 eine Schnittansieht eines erfindungsgemäßen Bren¬ ners;

Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines Brenner- flanschs mit darin eingesetztem Hitzeschild; und

Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Hitze- Schildes.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausfüh¬ rungsformen der Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.

Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Brenners. Der erfindungsgemäße Brenner 10 weist eine Düse 12 auf, die fest mit einem Hitzeschild 24 verbunden ist. Der Hitzeschild 24 definiert zusammen mit einem mit dem Hitzeschild 24 verbundenen Brennerrohr 40 eine Brennkammer 22. Das Brennkammerrohr 40 ist von einem Außenrohr 42 umge¬ ben, das den Brennerflansch bildet. An diesem Außenrohr 42 ist ein Flammrohr 38 befestigt. Die Verbindungen zwischen Hitzeschild 24 und Brennkammerrohr 40 beziehungsweise zwi- sehen Brennkammerrohr 40, Außenrohr 42 und Flammrohr 38 sind im Allgemeinen Schweißverbindungen. An der Brennstoff- düse 12 ist eine BrennstoffZuführung 50 angeordnet, die ein Metallrohr 52 zum Zuführen von Brennstoff sowie eine Brenn¬ stoffnadel 14 zum Einspritzen von Brennstoff in die Brenn- kammer 22 aufweist. Weiterhin sind im Bereich der Brenn¬ stoffdüse 16 Kanäle zum Zuführen von primärer Brennluft in die Brennstoffdüse 20 vorgesehen, welche an der Brennstoff- nadel 14 vorbeiströmt, um dann entlang der sich radial er¬ weiternden Luftführung der Brennstoffdüse 12 in Richtung Brennkammer und schließlich in die Brennkammer 22 zu strö¬ men. Durch die radiale Erweiterung der Luftführung wird ei¬ ne verbesserte Zerstäubung aufgrund des Venturi-Effektes

erzielt. Innerhalb der Brennkammer 22 ist weiterhin eine Prallscheibe 36 angeordnet, die eine vorteilhafte Wölbung aufweist. Diese Wölbung in Richtung der Ausbrandzone 32 ist vorteilhaft, da hierdurch hitzebedingte spontane Formverän- derungen der Prallscheibe 36 verhindert werden. Durch die Wölbung der Prallscheibe 36 in Richtung der Ausbrandzone 32 steht außerdem ein ausreichender Raum für die Unterbringung der Startkammer 18 zur Verfügung. Die die Startkammer 18 definierende Wandung ist an der Prallscheibe 36 ange- schweißt.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Bren- nerflanschs mit darin eingesetztem Hitzeschild, und Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Hitzeschildes. Es wird nachfolgend ebenfalls weiterhin auf Komponenten des Brenners gemäß Figur 1 hingewiesen. Der Hitzeschild 24 hat eine zentrale Öffnung 48, durch die das von der Düse 12 ab¬ gegebene Brennstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer ein¬ tritt. Weiterhin ist eine seitlich angeordnete Öffnung 34 zur Durchführung des Zündelementes 20 vorgesehen. An dem Hitzeschild 24 sind weiterhin Befestigungsstifte 44, 46 vorgesehen, an denen die Düse 12 befestigt wird. Der Hitze¬ schild 24 weist ferner eine Vielzahl von Öffnungen 26 auf, durch die Sekundärluft in die Brennkammer 22 eintreten kann. Auf der der Brennkammer 22 zugewandten Seite des Hit¬ zeschildes 24 sind dreieckförmige Luftleitelemente 28, 30 vorgesehen. Diese Bewirken aufgrund der unterschiedlichen Winkel zum Radius des Hitzeschildes 24 eine Aufteilung der Sekundärluft. Eine erste Gruppe von Luftleitelementen, de- ren Mitglieder teilweise mit dem Bezugszeichen 28 bezeich¬ net sind, sind in einem großem Winkel zum Radius des Hitze¬ schildes 24 ausgerichtet, das heißt ihre Ausrichtung ist im

Wesentlichen oder nahezu tangential. Aufgrund dieser Aus¬ richtung wird die durch die entsprechenden Öffnungen 26 durchtretende Sekundärluft, deren Austrittsströmungsrich¬ tung durch einen Pfeil angedeutet ist, mit hohem Drall an der PrallScheibe 36 vorbei in die Ausbrandzone 32 übertre¬ ten. Diese mit hohem Drall versehene Luft strömt im radial außenliegenden Bereich der Ausbrandzone 32 in den hinteren Bereich der Brennkammer 22, das heißt in den dem Hitze¬ schild 24 abgewandten Bereich der Brennkammer 22, und dann unter großer Verwirbelung im zentralen Bereich zurück in Richtung Prallscheibe 36. Folglich kommt es zu einer vor¬ teilhaften Vermischung der gasförmigen Komponenten in der Ausbrandzone 32. Eine weitere Gruppe von Luftleitelementen 30 weist in ihrer Ausrichtung einen geringeren Winkel zum Radius des Hitzeschildes 24 auf . Diese Luftleitelemente sind teilweise mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet. Au¬ ßerdem haben diese Luftleitelemente 30 einen geringeren Winkel zur Fläche des Hitzeschildes 24 als die Luftleitele¬ mente 28. Folglich wird durch diese Luftleitelemente 30 Se- kundärluft, deren Austrittsströmungsrichtung durch einen weiteren Pfeil angedeutet ist, mit geringem Drall in den Kernbereich der Flamme geleitet, was insbesondere ein sta¬ biles Brennverhalten begünstigt.

Es wird somit ein neuartiger Spray-Brenner zur Verfügung gestellt, der im Hinblick auf die möglichen Einbaupositio¬ nen, das Startverhalten und das Verhalten im Dauerbetrieb verbessert ist. Weiterhin werden Probleme im Hinblick auf temperaturbedingte Formveränderungen der Prallscheibe ver- mieden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

10 Brenner

12 Brennerduse

14 Brennstoffnadel

16 BrennluftZuführung

18 Startzone

20 Zündelement

22 Brennkammer

24 Hitzeschild

26 Öffnung

28 Luftleitelement

30 Luftleitelement

32 Ausbrandzone

34 Öffnung

36 Prallscheibe

38 Flammrohr

40 Brennerrohr

42 Außenrohr

44 Befestigungsstift

46 Befestigungsstift

48 Öffnung

50 BrennstoffZuführung

52 Metallrohr