ГОРЕЛКА И МОБИЛЬНОЕ ОТОПИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
BURNER AND MOBILE HEATER

Изобретение относится к горелке для мобильного, работающего на топливе отопительного устройства, в частности для отопительного устройства транспортного средства, и к мобильному, работающему на топливе отопительному устройству, в частности отопительному устройству транспортного средства, а также к способу изготовления горелки.
Горелки, в частности испарительные горелки, используются в частности в работающих на жидком топливе стояночных и/или дополнительных отопителях, в частности для транспортных средств. В таких испарительных горелках жидкое топливо вводится через линию подачи топлива в испаритель. В качестве самого испарителя могут использоваться, например, нетканые материалы из металлических волокон. Испаритель пропитывается, в частности за счет капиллярного эффекта, жидким топливом и распределяет жидкое топливо. Посредством тепла, которое обеспечивается штифтом свечи накаливания или запальным элементом, жидкое топливо испаряется и воспламеняется, так что при подаче воздуха может осуществляться сгорание топлива. Для этого в окружной стенке расположены отверстия подачи воздуха. Такая система известна, например, из DE 10 2018 111 636 A1.
Согласно уровню техники из DE 10 2005 032 980 B4 известна испарительная горелка, которая включает в себя корпус камеры сгорания, в котором в чашевидном держателе размещена среда испарителя. В донной области корпуса камеры сгорания размещена линия подачи топлива. Корпус камеры сгорания имеет окружную стенку, которая снабжена ровно одним рядом расположенных в окружном направлении отверстий подачи воздуха. Отверстия подачи воздуха имеют в каждом случае радиальное направление распространения, то есть проходят параллельно нормали к окружной стенке. Такая система отверстий камеры сгорания имеет тот недостаток, что топливо и воздух распределены в камере сгорания неравномерно, и сгорание протекает таким образом неопределенно в смысле идеального процесса сгорания, который характеризуется полным сгоранием с низким уровнем выбросов. При этом могут возникать образование сажи и сильно увеличенные выбросы окислов азота (NOx). Обычно, за счет эмпирического расчета системы отверстий может улучшаться распределение воздуха и топлива и таким образом сгорание.
Из DE 10 2012 211 932 B3 известен дальнейший узел камеры сгорания. Этот узел камеры сгорания имеет множество отверстий впуска воздуха для сгорания, из которых по меньшей мере одно из отверстий впуска воздуха для сгорания имеет продольную ось отверстия, которая наклонена относительно нормали к поверхности окружной стенки в области отверстия впуска воздуха для сгорания. Отверстия впуска воздуха для сгорания могут быть расположены в нескольких рядах. При этом отверстия впуска воздуха для сгорания различных рядов могут иметь различные углы наклона продольных осей отверстий. Отверстие впуска воздуха для сгорания наклонено в частности настолько, что отсутствует остаточное радиальное отверстие при рассмотрении в направлении нормали поверхности. При большом угле наклона больше 40°, в частности, глубина проникновения является недостаточной.
Из DE 30 10 078 A1 известно дальнейшее нагревательное устройство для работающей на жидком топливе горелки. Нагревательное устройство имеет распылитель низкого давления. В окружной стенке нагревательное устройство имеет проходящие под наклоном завихряющие отверстия.
Задача изобретения создать улучшенную горелку для мобильного, работающего на топливе отопительного устройства и мобильное, работающее на топливе отопительное устройство, а также способ изготовления тела приема испарителя.
Задача изобретения решается в отношении горелки с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения, в отношении отопительного устройства с помощью признаков пункта 12 формулы изобретения, в отношении способа с помощью признаков пункта 13 формулы изобретения. Целесообразные варианты осуществления проистекают из соответствующих зависимых пунктов формулы изобретения.
Соответствующая изобретению горелка для мобильного, работающего на топливе отопительного устройства, в частности для отопительного устройства транспортного средства, включает в себя
- тело приема испарителя для приема узла испарителя для распределения и испарения жидкого топлива и
- по меньшей мере одну линию подачи топлива для подачи жидкого топлива к узлу испарителя. Узел испарителя включает в себя по меньшей мере один испаритель. Испаритель может быть образован, например, из металлической решетки или пористого материала с большой площадью поверхности. Под горелкой понимается в смысле данного изобретения система конструктивного элемента, в частности конструктивный элемент, к которому подаются топливо и воздух для горения для преобразования в тепло, в частности для процесса сгорания. Горелка имеет камеру сгорания. Горелка имеет окружную стенку с множеством отверстий подачи воздуха. Предпочтительно окружная стенка ограничивает камеру сгорания частично. Отверстия подачи воздуха расположены по меньшей мере в одном ряду. Отверстия подачи воздуха могут при этом находиться точно или приблизительно на распространяющейся вдоль ряда прямой или изогнутой линии. При этом под “приблизительно” должно пониматься то, что отверстия подачи воздуха однозначно соотносятся наблюдателем с указанным рядом, в частности расстояние отверстия подачи воздуха от распространяющейся вдоль ряда линии существенно меньше, чем промежуток между двумя отверстиями подачи воздуха в этом ряду. Ряд может распространяться опционально в окружном направлении. При цилиндрической или конической окружной стенке отверстия подачи воздуха указанного ряда находятся в этом исполнении на проходящей по периметру окружности. Альтернативно ряд может располагаться на наклонном разрезе, так что ряд располагается под наклоном к окружному направлению. Отверстия подачи воздуха упомянутого ряда находятся таким образом на эллиптическом разрезе окружной стенки. Кроме того, ряд может распространяться по спирали вдоль окружной стенки. Отверстия подачи воздуха в упомянутом по меньшей мере одном ряду включают в себя по меньшей мере одно первое отверстие подачи воздуха с первой продольной осью отверстия, первой входной поверхностью и первой выходной поверхностью и по меньшей мере одно второе отверстие подачи воздуха с соответственно второй продольной осью отверстия, второй входной поверхностью и второй выходной поверхностью.
Первая продольная ось отверстия образует первый угол с нормалью к окружной стенке первого отверстия подачи воздуха. Вторая продольная ось отверстия образует второй (отличающийся от первого угла, в частности отличающийся по абсолютной величине от первого угла) угол с нормалью к окружной стенке второго отверстия подачи воздуха.
При этом первый угол и второй угол предпочтительно выбраны таким образом, что первая входная поверхность с первой выходной поверхностью, а также вторая входная поверхность со второй выходной поверхностью по меньшей мере частично перекрываются в направлении проекции нормали к окружной стенке. Если смотреть в направлении нормали к окружной стенке на отверстие подачи воздуха, можно предпочтительно увидеть по меньшей мере частично сквозное отверстие. Таким образом, в ряду расположены по меньшей мере два различных отверстия подачи воздуха. Такое расположение имеет то преимущество, что завихрение, глубина проникновения и таким образом также перемешивание топлива и воздуха для горения существенно улучшаются. Сгорание протекает более определенно, и выбросы окислов азота могут сокращаться.
В варианте осуществления отверстия подачи воздуха расположены вдоль по меньшей мере двух, в частности от двух до четырех, рядов в окружном направлении окружной стенки, причем каждый ряд включает в себя по меньшей мере одно первое отверстие подачи воздуха и одно второе отверстие подачи воздуха.
В целесообразном варианте осуществления первый угол и второй угол составляет максимум 40°, предпочтительно от 7° до 35°, далее предпочтительно от 8° до 30°.
Альтернативно исключительно первый угол может составлять 0°. При первом угле в 0° первая продольная ось отверстия ориентирована параллельно нормали к окружной стенке.
Первый угол и/или второй угол может/могут находиться в плоскости, которая образована нормалью к окружной стенке и окружным направлением (в месте соответствующего отверстия подачи воздуха). Альтернативно или дополнительно первый угол и/или второй угол может/могут находиться в (соответствующей) плоскости, которая образована соответствующим рядом.
В вариантах осуществления первый угол и/или второй угол может/могут находиться в плоскости, которая образована нормалью к окружной стенке (в месте соответствующего отверстия подачи воздуха) и центральной осью окружной стенки. В частности, первый угол и/или второй угол может/могут находиться в плоскости, которая образована нормалью к окружной стенке (в месте соответствующего отверстия подачи воздуха) и перпендикуляром к плоскости, которая образована соответствующим рядом.
Альтернативно первый угол и/или второй угол может/могут проходить под наклоном к (соответственно, указанной выше) плоскости, которая образована нормалью к окружной стенке и окружным направлением в месте соответствующего отверстия подачи воздуха. Альтернативно или дополнительно первый угол и/или второй угол может/могут проходить под наклоном к плоскости, которая образована соответствующим рядом (отверстий подачи воздуха).
В варианте осуществления отверстия подачи воздуха включают в себя далее третьи отверстия подачи воздуха или третьи и четвертые отверстия подачи воздуха, которые имеют отличный от первого угла и второго угла третий угол и опционально четвертый отличный угол. Отверстия подачи воздуха могут включать в себя множество отверстий подачи воздуха в каждом случае с различными углами. Несмотря на то, что в принципе каждое отверстие подачи воздуха может иметь отличный от всех других отверстий подачи воздуха угол, точный расчет горелки, например при помощи моделирования потока, трудоемок при данных условиях.
В целесообразном варианте осуществления соседние по меньшей мере в окружном направлении отверстия подачи воздуха, в частности соседние во всех направлениях отверстия подачи воздуха, являются отверстиями подачи воздуха с различными углами. Это достигается, например, за счет расположения, при котором первое и второе отверстия подачи воздуха чередуются. Ближайший ряд может начинаться в этом случае со смещением.
В частности, отверстия подачи воздуха могут быть расположены вдоль окружного направления в периодическом шаблоне, причем, в частности, все ряды отверстий подачи воздуха имеют одинаковый шаблон. Такой шаблон может быть, например, A-B-A-B; A-B-C-A-B-C, A-A-B-B-A-A-B-B, A-A-B-A-A-B, A-B-C-B-A-B-C.
Кроме того, отверстия подачи воздуха могут быть расположены осесимметрично относительно центральной оси окружной стенки.
Целесообразно отверстия подачи воздуха расположены вдоль окружного направления с одинаковым промежутком. При этом только отверстия подачи воздуха соответствующего ряда могут иметь одинаковый промежуток между собой, или отверстия подачи воздуха во всех рядах могут иметь одинаковый промежуток между собой.
В варианте осуществления толщина окружной стенки по меньшей мере в области части отверстий подачи воздуха может отличаться от толщины остальной окружной стенки. При этом речь может идти, например, о локальном утолщении окружной стенки в области одного, нескольких или всех отверстий подачи воздуха.
В варианте осуществления окружная стенка расположена на теле приема испарителя. Такое тело приема испарителя имеет целесообразно донную область. Окружная стенка распространяется предпочтительно от донной области. Линия подачи топлива может оканчиваться в донную область тела приема испарителя.
Соответствующее изобретению мобильное отопительное устройство, в частности мобильное отопительное устройство транспортного средства, включает в себя соответствующую изобретению горелку. Такое отопительное устройство подходит, в частности, для применения в наземных транспортных средствах.
Соответствующий изобретению способ изготовления горелки, предпочтительно, в частности, описанной выше горелки, включает в себя:
- предоставление окружной стенки,
- выбор первого угла для первых отверстий подачи воздуха в зависимости от толщины окружной стенки,
- выбор второго угла для вторых отверстий подачи воздуха в зависимости от толщины окружной стенки,
- расположение и выполнение первых отверстий подачи воздуха и вторых отверстий подачи воздуха.
Для расположения первых и вторых отверстий подачи воздуха могут использоваться, в частности, моделирования потока и моделирования распределения тепла. Для выполнения отверстий подачи воздуха отверстия могут, например, просверливаться или фрезероваться или изготавливаться при исходном формообразовании горелки, в частности тела приема испарителя.
Изобретение разъясняется далее более подробно также в отношении дальнейших признаков и преимуществ на основе описания примеров осуществления и со ссылкой на приложенные чертежи. В каждом случае на принципиальной схеме показаны:
фиг.1 - первый вид системы приема испарителя;
фиг.2 - второй вид системы приема испарителя с фиг.1;
фиг.3 - разрез вдоль ряда отверстий подачи воздуха в одном варианте осуществления;
фиг.4 - разрез вдоль ряда отверстий подачи воздуха альтернативного варианта осуществления;
фиг.5 - частичный разрез, перпендикулярный ряду отверстий подачи воздуха одного варианта осуществления; и
фиг.6 - частичный разрез, перпендикулярный ряду отверстий подачи воздуха альтернативного варианта осуществления.
Фиг.1 показывает первый вид тела 2 приема испарителя, а также линии 4 подачи топлива. Тело 2 приема испарителя имеет донную область 6. В донную область 6 оканчивается линия 4 подачи топлива. Линия 4 подачи топлива может быть выполнена, например, в виде трубы. Донная область 6 имеет на показанном изображении углубление, которое подходит для приема узла испарителя, в частности испарителя.
От донной области 6 распространяется окружная стенка 8. Окружная стенка выполнена на отдельных участках цилиндрической и на отдельных участках конической. Только цилиндрическое исполнение альтернативно также возможно. На нижнем, то есть ближнем к донной области 6, участке окружной стенки расположен приемный элемент 10, который подходит для приема запального элемента и/или реле контроля пламени. Измеренная от донной области высота приемного элемента 10 соответствует, в частности, величине узла испарителя.
В окружной стенке 8 предусмотрено множество отверстий 12 подачи воздуха. В показанном примере отверстия 12 подачи воздуха расположены в двух рядах 20, 22 в окружном направлении. Однако, расположение только в одном ряду или в большем количестве рядов также возможно. На фиг.1 количество отверстий 12 подачи воздуха в ряду 20 больше, чем в ряду 22, что в частности можно также увидеть на виде согласно фиг.2. Кроме того, в ряду 20 варьируется промежуток между отверстиями 12 подачи воздуха.
В ряду 22 расположены в данном случае первые и вторые отверстия 14, 15 подачи воздуха в качестве отверстий подачи воздуха, а в ряду 20 расположены третьи и четвертые отверстия 16, 17 подачи воздуха в качестве отверстий подачи воздуха.
Первое отверстие 14 подачи воздуха выполнено здесь с первым углом α1 в 0°. В этом случае нормаль к окружной стенке, то есть перпендикуляр к окружной стенке, в области отверстия подачи воздуха и первая продольная ось отверстия параллельны друг другу. При цилиндрически выполненном отверстии подачи воздуха первая входная поверхность и первая выходная поверхность полностью перекрываются в проекции вдоль нормали к окружной стенке.
Второе отверстие 15 подачи воздуха выполнено здесь под наклоном. Вторая продольная ось 15a второго отверстия подачи воздуха и нормаль 8a к окружной стенке в области второго отверстия 15 подачи воздуха находятся под вторым углом α2 друг к другу. Этот второй угол α2 находится в этом случае исключительно в плоскости, образованной нормалью 8a к окружной стенке и окружным направлением. При цилиндрически выполненном втором отверстии 15 подачи воздуха вторая входная поверхность 15b и вторая выходная поверхность 15c частично перекрываются в проекции вдоль нормали 8a к окружной стенке.
Третье отверстие 16 подачи воздуха выполнено здесь с третьим углом α3 в 0°. В этом случае нормаль 8a к окружной стенке, то есть перпендикуляр к окружной стенке 8, в области отверстия подачи воздуха и третья продольная ось 16a отверстия параллельны друг другу. При цилиндрически выполненном отверстии подачи воздуха третья входная поверхность 16b и третья выходная поверхность 16c полностью перекрываются в проекции вдоль нормали 8a к окружной стенке.
Четвертое отверстие 17 подачи воздуха выполнено здесь под наклоном. Четвертая продольная ось 17a четвертого отверстия 17 подачи воздуха и нормаль 8a к окружной стенке в области четвертого отверстия подачи воздуха находятся под четвертым углом α4 друг к другу. Этот четвертый угол α4 находится в этом случае исключительно в плоскости, образованной нормалью 8a к окружной стенке и центральной осью. При цилиндрически выполненном четвертом отверстии 17 подачи воздуха четвертая входная поверхность 17b и четвертая выходная поверхность 17c частично перекрываются в проекции вдоль нормали 8a к окружной стенке.
Фиг.3 показывает примерный разрез ряда отверстий подачи воздуха. Отверстия подачи воздуха расположены в окружной стенке с одинаковой толщиной t стенки. На показанном разрезе периодически расположены первые отверстия 14 подачи воздуха, вторые отверстия 15 подачи воздуха и третьи отверстия 16 подачи воздуха. Периодичность здесь такая: A-B-C-A-B-C…. Углы α1, α2 и α3 должны в этом исполнении находиться исключительно в изображенной плоскости. Первое отверстие 14 подачи воздуха проходит здесь перпендикулярно к окружной стенке 8. Таким образом, нормаль 8a к окружной стенке и первая продольная ось 14a отверстия расположены друг на друге. На внутренней стороне окружной стенки расположена первая выходная поверхность 14c первого отверстия 14 подачи воздуха, а на внешней стороне окружной стенки 8 расположена первая входная поверхность 14b. Первая входная поверхность 14b и первая выходная поверхность 14c полностью перекрываются в проекции вдоль нормали 8a к окружной стенке.
Второе отверстие 15 подачи воздуха проходит под наклоном. Таким образом, нормаль 8a к окружной стенке и вторая продольная ось 15a отверстия расположены под вторым углом α2 друг к другу. На внутренней стороне окружной стенки 8 расположена вторая выходная поверхность 15c второго отверстия 15 подачи воздуха, а на внешней стороне окружной стенки 8 расположена вторая входная поверхность 15b. Вторая входная поверхность 15b и вторая выходная поверхность 15c частично перекрываются в проекции вдоль нормали 8a к окружной стенке. Таким образом, в направлении взгляда вдоль нормали 8a к окружной стенке имеется отверстие.
Третье отверстие 16 подачи воздуха проходит под наклоном. Таким образом, нормаль 8a к окружной стенке и третья продольная ось 16a отверстия расположены под третьим углом α3 друг к другу. На внутренней стороне окружной стенки 8 расположена третья выходная поверхность 16c третьего отверстия 16 подачи воздуха, а на внешней стороне окружной стенки 8 расположена третья входная поверхность 16b. Третья входная поверхность 16b и третья выходная поверхность 16c частично перекрываются в проекции вдоль нормали 8a к окружной стенке. Таким образом, в направлении взгляда вдоль нормали 8a к окружной стенке имеется отверстие.
Фиг.4 показывает примерный разрез ряда отверстий подачи воздуха тела приема испарителя альтернативного варианта осуществления. Отверстия подачи воздуха имеют здесь такую периодичность: A-B-A-C-A-B-A…, то есть за первым отверстием 14 подачи воздуха следует второе отверстие 15 подачи воздуха. За ним снова следует первое отверстие 14 подачи воздуха, за которым следует третье отверстие 16 подачи воздуха. Первое отверстие подачи воздуха имеет угол α1, второе отверстие подачи воздуха имеет угол α2, и третье отверстие подачи воздуха имеет угол α3, причем в данном случае α1 не равно α2 не равно α3.
Фиг.5 показывает фрагмент разреза, перпендикулярного к ряду, в котором отверстия подачи воздуха имеют наклонную составляющую, то есть в образованной нормалью 8a к окружной стенке и центральной осью плоскости. В показанном варианте осуществления в цилиндрической области окружной стенки первое отверстие 14 подачи воздуха с горизонтальной продольной осью 14a отверстия расположено параллельно нормали к окружной стенке. В конической области окружной стенки 8 расположено третье отверстие 16 подачи воздуха, которое имеет продольную ось отверстия, которая образует в плоскости разреза угол α3 с нормалью 8a к окружной стенке.
Фиг.6 показывает фрагмент разреза альтернативного варианта осуществления, перпендикулярного к ряду, в котором отверстия подачи воздуха имеют наклонную составляющую, то есть угол в образованной нормалью 8a к окружной стенке и центральной осью плоскости. В показанном варианте осуществления в цилиндрической области окружной стенки расположено второе отверстие 15 подачи воздуха с наклонной к нормали 8a к окружной стенке продольной осью 15a отверстия. В конической области окружной стенки 8 расположено четвертое отверстие 17 подачи воздуха, которое имеет горизонтальную продольную ось 17a отверстия, которая образует в плоскости разреза угол α4 с нормалью 8a к окружной стенке.
Несмотря на то, что изобретение представлено на примере горелки с телом приема испарителя, окружная стенка с описанными выше отверстиями подачи воздуха может быть также расположена по-другому в горелке, например при помощи корпуса, в качестве отдельного конструктивного элемента.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
2 тело приема испарителя
4 линия подачи топлива
6 донная область
8 окружная стенка
8a нормаль к окружной стенке
10 приемный элемент
12 отверстие подачи воздуха
14 первое отверстие подачи воздуха
14a первая продольная ось отверстия
14b первая входная поверхность
14c первая выходная поверхность
15 второе отверстие подачи воздуха
15a вторая продольная ось отверстия
15b вторая входная поверхность
15c вторая выходная поверхность
16 третье отверстие подачи воздуха
16a третья продольная ось отверстия
16b третья входная поверхность
16c третья выходная поверхность
17 четвертое отверстие подачи воздуха
17a четвертая продольная ось отверстия
17b четвертая входная поверхность
17c четвертая выходная поверхность
20 ряд
22 ряд
α1 первый угол
α2 второй угол
α3 третий угол
α4 четвертый угол
t толщина