AT509486A4 - Brenner und verfahren zur stromerzeugung und bauteil für einen solchen brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Stromerzeugung aus einem Treibstoff, mit einem Brennergehäuse, in dem zumindest ein Verdampfer und eine Düse angeordnet sind.

Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verdampfen eines Treibstoffs, welcher einem Brenner mit zumindest einem Verdampfer, einer Düse und einem Mischbereich zugeführt wird, wobei der Brenner zur Stromerzeugung eingesetzt wird.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Bauteil für einen oben genannten Brenner mit einem Verdampfer.

Ein Brenner zur Stromerzeugung, wie er für tragbare Lagegeräte eingesetzt werden kann, ist beispielsweise aus der US 7,180,264 B2 bekannt. Dabei wird von der Stromerzeugungsvorrichtung der Ladestrom für die Batterien erzeugt. Die Stromerzeugungsvorrichtung besteht aus einem Tank mit Treibstoff, einem Brenner, einem Thermoelement und einer Steuervorrichtung. Das Thermoelement erzeugt aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften eine elektrische Spannung bzw. elektrische Energie, wenn das Thermoelement an einen Verbraucher angeschlossen wird und über diesen ein elektrischer Strom fließt. Voraussetzung für das Auftreten der thermoelektrischen Spannung ist ein gewisser Temperaturunterschied zwischen einer Seite und der dieser gegenüberliegenden Seite des Thermoelements. Zu diesem Zweck wird eine Seite des Thermoelements mit Hilfe des Brenners, welcher den Treibstoff aus dem Tank verbrennt, erhitzt, wohingegen die andere Seite des Thermoelements Umgebungstemperatur aufweist, sodass der für die thermoelektrische Spannung notwendige Temperaturunterschied gewährleistet ist. Mit dieser Methode können insbesondere Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien mit einer maximalen Kapazität von 0,5 Amperestunden (Ah) geladen werden. Dabei ist nachteilig, dass Batterien bzw. Energiespeicher mit höherer Kapazität, beispielsweise 30 Ah und darüber, wie zum Beispiel Energiespeicher von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, nicht schonend und effektiv geladen werden können. Auch ist hierbei von Nachteil, dass durch den verwendeten Brenner, einem sogenannten Schneckenbrenner, keine stabile Verbrennung möglich ist, sodass der zur effektiven Stromerzeugung erforderliche konstante Temperaturunterschied nicht erzielt werden kann. 2

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen oben genannten Brenner zur Stromerzeugung und ein oben genanntes Verfahren zu schaffen, wodurch eine konstant stabile und vollständige Verbrennung gewährleistet wird. Weiters soll eine hohe Einsatzdauer bzw. Lebensdauer des Brenners erzielt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen oben genannten Brenner gelöst, wobei die Düse aus einem elastischen Teil und zumindest einem feststehenden Teil gebildet ist, wobei der feststehende Teil unterhalb des über dem Verdampfer angeordneten elastischen Teils angeordnet ist und eine Spitze des feststehenden Teils gegenüber dem elastischen Teil derart angeordnet ist, dass diese von einer Öffnung des elastischen Teils umschlossen ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass Ablagerungen in der Öffnung des elastischen Teils der Düse durch Berührung mit der Spitze des feststehenden Teils, insbesondere einer Nadel entfernt bzw. weggebrochen werden, sodass die Öffnung selbstständig gereinigt wird. Dadurch wird die Lebensdauer der Düse erheblich verlängert. Dies erfolgt derart, dass der elastische Teil vom feste-henden Teil während des Betriebs abhebt und nach Beenden des Betriebes, also im Ruhezustand, der elastische Teil sich auf den feststehenden Teil absetzt, sodass ev. abgelagerter Russ oder andere Teilchen entfernt bzw. abgekratzt werden, wodurch die Betriebsdauer des Brenners wesentlich erhöht wird. Auch ist von Vorteil, dass die Düse zur Fokussierung des verdampften Treibstoffs ausgebildet ist, wobei die Fokussierung aufgrund der selbstständigen Reinigung der dazu erforderlichen Engstelle bzw. Öffnung unabhängig von der Betriebsdauer und Leistung des Brenners ist.

Von Vorteil ist auch, dass die Spitze des feststehenden Teils in der Öffnung positioniert ist, dass die Spitze zumindest in einem Ruhezustand spaltfrei vom elastischen Teil umschlossen ist und in einem Betriebszustand ein Ringspalt zwischen der Spitze und der Öffnung gebildet ist, wodurch eine Berührung zwischen der Öffnung der Düse und der Spitze des feststehenden Teils der Düse stattfindet und die Ablagerungen in der Öffnung entfernt werden. Ebenso kann der für den Dampfstrom bzw. Jet in der Düse erforderliche Druck schneller aufgebaut werden, da bis zum Erreichen 4 *

···· ·* 3 eines gewissen Schwellwerts die Öffnung spaltfrei die Spitze umschließt und somit kein Dampf entweicht.

Der feststehende Teil ist vorzugsweise durch eine Nadel gebildet, wobei zumindest ein Teilbereich unterhalb der Spitze der Nadel zur Befestigung ausgebildet ist, wodurch eine stabile Position der Spitze erreicht werden kann.

Durch die Maßnahme, dass der feststehende Teil, insbesondere die Nadel, zur Befestigung in einem unteren Bereich des Verdampfers ausgebildet ist, wird erreicht, dass die Nadel von außen zugänglich ist, sodass der Brenner bzw. dessen Komponenten für einen Wechsel der Nadel nicht aus dem Brennergehäuse entfernt werden müssen. Somit kann in einfacher Weise eine Nadel mit einem anderen Winkel der Spitze eingesetzt werden, um die Leistung des Brenners anzupassen. Auch ist es dadurch möglich, dass durch entsprechenden Einsatz einer längern Nadel bzw. einer speziellen Reinigungsnadel manuell eine Reinigung im Ruhezustand vorgenommen werden kann, indem der Benutzer diese beispielsweise hin und her bewegt oder dreht, wodurch die Ablagerungen in der Öffnung manuell entfernt werden können.

Von Vorteil ist auch, dass der feststehende Teil, insbesondere die Nadel, zur Befestigung in einem Düsenkörper ausgebildet ist, wodurch die Stabilität der Spitze erhöht wird und für einen Wechsel der Nadel kein Eingriff im Verdampfer erforderlich ist.

Durch die Maßnahme, dass über die Befestigung des feststehenden Teils, insbesondere der Nadel die Position der Spitze justierbar ist, kann die Leistung bzw. der Ringspalt in einfacher Weise von außen angepasst werden. Ebenso kann die Düse vorgespannt bzw. vorgebogen werden, sodass die Beweglichkeit der Düse eingeschränkt wird. Ebenso können Toleranzen der Durchmesser der Öffnung und der Spitze ausgeglichen werden.

Vorteilhafterweise ist der Verdampfer zumindest teilweise zylinderförmig mit einer Mittelachse ausgebildet und der feststehende Teil, insbesondere die Nadel der Düse entlang dieser Mittelachse angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass die Bewegungen der Düse im Mittelpunkt symmetrisch sind, sodass sich ein gleichmäßiger 4

Ringspalt um die Spitze des feststehenden Teils, insbesondere der Nadel, ergibt. Daraus resultiert eine optimale Ausbildung des Dampfstroms bzw. Jets innerhalb der Düse.

Von Vorteil ist auch, dass der Winkel der Spitze an die Leistung des Verdampfers angepasst ist, wodurch bei gleich bleibendem Durchmesser der Öffnung des elastischen Teils der Düse der Ringspalt verändert und somit die Leistung des Brenners angepasst werden kann.

Die Spitze des feststehenden Teils der Düse ist vorzugsweise im Austrittsbereich der verdampften Flüssigkeit bzw. des Jets angeordnet .

Wenn über der Spitze des feststehenden Teils, insbesondere der Nadel der Düse ein Bauteil mit einer Wölbung angeordnet ist, welche Wölbung für einen zentrierten Austritt der verdampften Flüssigkeit ausgebildet ist, kann eine verbesserte Verteilung des verdampften Treibstoffs im Verdampfer und somit eine verbesserte Verbrennung erzielt werden.

Weiters wird die Aufgabe der Erfindung durch ein oben genanntes Verfahren zum Verdampfen eines Treibstoffs gelöst, wobei die Düse aus einem elastischen Teil und einem feststehenden Teil gebildet wird, wobei unterhalb des elastischen Teils ein aus dem verdampften Kraftstoff gebildeter Druck aufgebaut wird, und dass bei Überschreiten eines Schwellwerts für den Druck ein Ringspalt zwischen dem elastischen Teil und dem feststehenden Teil gebildet wird, durch welchen der Dampf in den Mischbereich geleitet wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass zuerst der Aufbau des Drucks für den Luftstrom bzw. Jet erfolgt, welcher anschließend in den Mischbereich strömt. Dadurch wird der Verbrennungsprozess im Brenner bereits mit einem Jet gestartet, welcher im Wesentlichen dem Jet im Betriebszustand entspricht. Somit ist stets ein effizienter Verbrennungsprozess gegeben. Gleichzeitig wird durch den elastischen Teil der Düse erreicht, dass dieser durch das Abheben vom feststehenden Teil bzw. durch Bewegungen eventuelle Ablagerungen, wie Partikel oder Russ, am Ringspalt entfernt und somit der Ringspalt immer offen gehalten wird, sodass die Ein-satzdauer bzw. Lebensdauer des Brenners wesentlich erhöht wird. 5 ·· ·· * · · • ·«*

Durch die Maßnahme, dass eine Öffnung des elastischen Teils mit zumindest einem Teilbereich einer Spitze des feststehenden Teils gereinigt wird, wobei die Reinigung mit einer Veränderung des Ringspalts durchgeführt wird, wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass das Entfernen der Ablagerungen von der Größe der Ablagerungen unabhängig ist, da die Öffnung der Düse in einem Ruhezustand des Brenners die Spitze spaltfrei umschließt.

Die Veränderung des Ringspalts in der Düse wird vorzugsweise durch Bewegungen des elastischen Teils der Düse durchgeführt.

Ebenso kann die Veränderung des Ringspalts in einem Betriebszustand durch Druckschwankungen und/oder Temperaturschwankungen des Dampfs im Verdampfer durchgeführt werden.

Vorzugsweise wird in einem Ruhezustand der elastische Teil nach unten bewegt und der feststehende Teil von der Öffnung des elastischen Teils spaltfrei umschlossen. Dadurch kann eine Reinigung während eines Betriebszustands des Brenners durchgeführt werden. Dadurch erfolgt eine automatische Reinigung nach der Betriebsphase, da sich die Düse bei sinkendem Druck in der Kammer des Verdampfers selbstständig nach unten bewegt.

Von Vorteil für die Verbrennung ist es, wenn der Dampf in ein Bauteil mit einer Wölbung zentriert wird.

Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch einen oben genannten Bauteil für einen oben genannten Brenner, der aus einer runden Scheibe mit einer Wölbung gebildet ist, wobei in der Wölbung eine Öffnung für einen zentrierten Austritt einer im Verdampfer verdampften Flüssigkeit integriert ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können in der Wölbung des Bauteils um die Öffnung mehrere Ausnehmungen vorgesehen sein. Uber diese Ausnehmungen kann über den durch den Jet erzeugten Unterdrück Luft angesaugt werden, welche sich mit dem Jet entsprechend vermischt.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten, schemati- 6

* · · ·♦ II ** β * » • · ·· · · « • l · ·i*i sehen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Anwendung einer Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ladevorrichtung;

Fig. 3 bis 6 Details einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners;

Fig. 7 bis 10 Details einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners; und

Fig. 11 und 12 eine Ergänzung für die Düse eines erfindungsgemäßen Brenners.

Einführend wird festgehalten, dass gleiche Teile des Ausführungsbeispiels mit gleichen Bezugszeichen versehen werden.

In Fig. 1 ist beispielhaft ein Einsatzgebiet einer Ladevorrichtung 1 bzw. eines Ladesystems zum Laden eines Energiespeichers 2 dargestellt. Die Ladevorrichtung 1 wird im Wesentlichen durch eine Stromerzeugungsvorrichtung 3 und ein Ladegerät 4 gebildet. Die Stromerzeugungsvorrichtung 3 und das Ladegerät 4 sind bevorzugt in einem Gehäuse 5 angeordnet, welches beispielsweise an einem Element eines Fahrzeugs 7 (beispielsweise PKW, LKW, Motorrad, Schiff, usw.), welches zur Ableitung der Wärme ausgebildet ist, montiert ist.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Schnittbild durch eine Ladevorrichtung 1, wobei das Ladegerät 4 hinter der Stromerzeugungsvorrichtung 3 angeordnet und demnach nicht sichtbar ist. Dabei ist das Element zur Ableitung der Wärme beispielsweise ein metallischer Teil des Fahrzeugs 7, wie ein Motorblock 6. Entsprechend ist also der Motorblock 6 als Element zur Ableitung der Wärme ausgebildet. Die Stromerzeugungsvorrichtung 3 besteht zumindest aus einem Brenner 8, einem Thermoelement 9 und dem Element zur Ableitung der Wärme. Der Brenner 8 ist mit einer Zuleitung 10 für einen Treibstoff eines Tanks 11 des Fahrzeugs 7 verbunden, welche im Motorraum des Fahrzeugs 7 von einer Zuleitung 12 des 7 9 · 9 9 9 9

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Treibstoffs für den Motor abgezweigt wird. Die Ladevorrichtung 1 kann auch mit einer Steuervorrichtung verbunden sein. Somit kann der Energiespeicher 2 geladen werden, indem die dazu erforderliche Leistung bzw. der erforderliche Strom vom Thermoelement 9 erzeugt wird, wenn ein erforderlicher Temperaturunterschied zwischen den beiden Seiten des Thermoelements 9 gegeben ist. Dieser resultiert daraus, dass das Thermoelement 9 zwischen einer so genannten „Heiß-Seite" und einer gegenüberliegend angeordneten so genannten „Kalt-Seite" befestigt wird. Die „Heiß-Seite" des Thermoelements 9 wird am Brenner 8 bzw. an einem Brennergehäuse 31 und die „Kalt-Seite" des Thermoelements 9 am Motorblock 6, welcher ja als Element zur Ableitung der Wärme dient, befestigt. Dadurch kann das Ladeniveau des Energiespeichers 2 eines abgestellten, nicht in Betrieb befindlichen Fahrzeugs 7 erhalten werden, indem der Energiespeicher 2 über den Brenner 8 geladen wird. Das ursprüngliche Ladeniveau bzw. der Ladezustand des Energiespeichers 2 kann somit lange aufrechterhalten werden, da einer Selbstentladung des Energiespeichers 2 sowie einer Entnahme der gespeicherten Energie durch Verbraucher entgegengewirkt werden kann. Insbesondere durch eine schonende Ladung kann die Funktionalität des Energiespeichers 2 aufrechterhalten werden, sodass beispielsweise die Eigenschaften einer als Energiespeicher 2 eingesetzten Starterbatterie des Fahrzeugs 7 nicht beeinträchtigt wird.

Damit eine Ladung des Energiespeichers 2 erfolgt, muss der Brenner 8 Wärme erzeugen, indem zuerst der gemäß Fig. 2 über die Zuleitung 10 dem Brenner 8 zugeführte Treibstoff in einem Verdampfer 13 verdampft wird und der Dampf über eine Düse 14 in einen Mischbereich 15 geleitet wird. Im Mischbereich 15 wird dem Dampf Luft 16 beigemischt, sodass in einem Brennraum 17 das Dampf-Luft-Gemisch verbrannt werden kann und somit Wärme erzeugt wird. Die bei der Verbrennung entstehenden heißen Abgase, welche einen Teil der erzeugten Wärme bilden, werden über einen Abgasraum 20 dem Thermoelement 9 zugeführt. Damit eine vollständige und konstant stabile Verbrennung des Treibstoffs gewährleistet werden kann, ist im Wesentlichen ein konstanter Dampfstrom - ein so genannter Jet 18 - Vorraussetzung. Dieser Jet 18 wird demnach von der Düse 14 gewährleistet und ist im Wesentlichen nur dann konstant, wenn die zumindest eine Öffnung 19 der Düse 14 unver- ·· 9· · • · *f f · · · ·· • » · ····#· · • · · · * « « # + ·· ··· ··· ·· ·« ♦·♦ - 8 -ändert bleibt. Dies ist der Fall, wenn sich keine Schmutz- bzw. Rußpartikel aus dem Dampf in der Öffnung 19 ablagern.

Erfindungsgemäß ist nun ein Brenner 8 vorgesehen, welcher eine Düse 14 mit einer selbstreinigenden Wirkung aufweist. Dazu ist die Düse 14 aus einem elastischen Teil 21 und einem feststehenden Teil gebildet, wobei der feststehende Teil unterhalb des über dem Verdampfer 13 angeordneten elastischen Teils 21 angeordnet ist und eine Spitze 23 des feststehenden Teils von einer Öffnung 19 des elastischen Teils 21 umschlossen ist. Die Öffnung 19 des elastischen Teils 21 wird dabei vom feststehenden Teil, insbesondere einer Nadel 22, gereinigt. Dies erfolgt derart, indem durch entsprechende Bewegungen des elastischen Teils 21 Ablagerungen in der Öffnung 19 durch Berührung mit einem Teil der Spitze 23 des feststehenden Teils bzw. der Nadel 22, welche entsprechend in der Öffnung 19 angeordnet ist, entfernt werden.

Im Detail wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Fig. 3 bis 6 beschrieben.

Die für die Erfindung erforderlichen Einzelkomponenten sind aus der Detailansicht gemäß Fig. 3 vom Verdampfer 13 und dem Mischbereich 15 ersichtlich, wobei die Einzelkomponenten in Explosionsdarstellung wiedergegeben sind. Die Einzelkomponenten umfassen im Wesentlichen die aus dem feststehenden Teil bzw. der Nadel 22 und dem elastischen Teil 21 gebildete Düse 14 und einen Bauteil 30. Die Düse 14 ist zwischen dem Verdampfer 13 und dem Mischbereich 15 angeordnet. Der Verdampfer 13 weist in einem oberen Bereich eine Kammer 24 auf, in welcher der zugeführte Treibstoff verdampft wird. Ein unterer Bereich des Verdampfers 13 ist derart ausgebildet, dass die Nadel 22 befestigt werden kann. Dazu ist der untere Teil des Verdampfers 13 im Wesentlichen ein Zylinder aus dem Material des Brennergehäuses 31, wobei bevorzugt im Zentrum des Zylinders eine zumindest zweistufige Ausnehmung 25 bis in die Kammer 24 vorgesehen ist. Die erste Stufe der Ausnehmung 25 weist dabei einen größeren Durchmesser als die zweite Stufe der Ausnehmung 25 auf, wobei die zweite Stufe die Verbindung mit der Kammer 24 herstellt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Nadel 22 von unten in den Verdampfer 13 eingeführt werden kann. Demnach ist die zweite Stufe dem Durch- 9 messer der Nadel 22 angepasst, wobei mit einem Kopf 26 der Nadel 22 die Befestigung und Justierung der Höhe durchgeführt wird. Demzufolge ist die erste Stufe an den Durchmesser des Kopfes 26 der Nadel 22 angepasst. Des Weiteren ist die erste Stufe der Ausnehmung 25 bevorzugt mit einem Innengewinde versehen, sodass die Nadel 22 befestigt werden kann. Die Befestigung erfolgt über eine Schraube 27, welche in das Innengewinde geschraubt wird und dadurch den Kopf 26 der Nadel 22 gegen einen Steg presst. Selbstverständlich kann auch der Kopf 26 die Schraube 27 bilden. Dieser Steg resultiert aus der Differenz zwischen den Durchmessern der ersten und zweiten Stufe. Bevorzugt wird die Ausnehmung 25 gefräst, sodass eine plane Fläche für den Steg resultiert. Zusätzlich ist zwischen dem Steg und dem Kopf 26 der Nadel 22 ein Dichtring 28 angeordnet, sodass insbesondere der zugeführte Treibstoff nicht entweicht. Der Dichtring 28 weist dabei einen Innendurchmesser auf, welcher dem Durchmesser der Nadel 22 entspricht, und einen Außendurchmesser, welcher im Wesentlichen dem Durchmesser des Kopfes 26 entspricht. Durch eine derartige Befestigung ist die Nadel 22 aufgrund ihrer Länge justiert bzw. positioniert. Für eine feinere Justierung bzw. Positionierung der Nadel 22 - insbesondere der Spitze 23 der Nadel 22 in der Öffnung 19 des elastischen Teils 21 der Düse 14 - kann zumindest der Dichtring 28 verwendet werden. Dazu wird ein dickerer Dichtring 28 eingesetzt, welcher entsprechend zusammengepresst werden kann. Somit kann die Höhe der Spitze 23 im Wesentlichen justiert werden, wobei zusätzlich eine Abdichtung erfolgt. Selbstverständlich kann zur Justierung auch noch eine Feder oder Ähnliches verwendet werden, wobei beispielsweise die Feder zwischen dem Dichtring 28 und dem Kopf 26 der Nadel 22 angeordnet ist. Somit kann die Spitze 23 der Nadel 22 in der Öffnung 19 des elastischen Teils 21 justiert werden, sodass ein konstanter Jet 18 gewährleistet ist. Demzufolge ist die Spitze 23 im Bereich des Austrittsbereichs des Jets 18 angeordnet. Die Spitze 23 wird dabei derart justiert, dass in einem Ruhezustand des Brenners 8 die Öffnung 19 des elastischen Teils 21 spaltfrei einen Teil der Spitze 23 umschließt. Die Kammer 24 des Verdampfers 13 wird also vom elastischen Teil 21 der Düse 14 dicht abgeschlossen (siehe Fig. 4). Im Betriebszustand wird im Verdampfer 13 der zugeführte Treibstoff verdampft und dementsprechend ein Druck erzeugt. Erreicht der Druck einen bestimmten Schwellwert, bewegt sich der 10 ·· • ·· ·· • Φ Φ · ·· ♦ · Φ • · ·« • » • ··· ·* ·· ·· · ·· « · ·· elastische Teil 21 in Richtung der Spitze 23 der Nadel 22 - also nach oben (siehe Fig. 6). Da der Durchmesser der Spitze 23 ab-niirant, entsteht durch das Bewegen des elastischen Teils 21 nach oben ein Ringspalt 29. Die Öffnung 19 umschließt die Spitze 23 mit einem Abstand gemäß der Breite des Ringspalts 29. Somit ermöglicht der Ringspalt 29 dem Dampf ein Austreten aus der Kammer 24 in den Mischbereich 15 (Fig. 6). Damit dieser als Jet 18 be-zeichnete Dampfaustritt mit dem erforderlichen Druck erfolgt, sind der elastische Teil 21 und die Nadel 22 entsprechend aufeinander abgestimmt. Daraus ergibt sich der für den benötigten Druck erforderliche Ringspalt 29. Die Abstimmung erfolgt dabei derart, dass die Beweglichkeit des elastischen Teils 21 und der Winkel der Spitze 23 entsprechend gewählt werden. Die Beweglichkeit des elastischen Teils 21 ist vom verwendeten Material und dessen Stärke abhängig. Beispielsweise wird für den elastischen Teil 21 Federstahl mit einer Stärke von 0,1 mm eingesetzt. Die Öffnung 19 weist dabei beispielsweise einen Durchmesser von 1 mm auf. Entsprechend weist jener Teil der Spitze 23, welcher von der Öffnung 19 im Ruhezustand spaltfrei umschlossen ist ebenso einen Durchmesser von 1 mm auf. Dieser Teil befindet sich beispielsweise in der Mitte der Spitze 23. Gemäß dem Öffnungswinkel der Spitze 23 bzw. Kegel, welcher beispielsweise 10° beträgt, ergibt sich bei einer Bewegung des elastischen Teils 21 nach oben eine definierte Breite des Ringspalts 29 (Fig. 5). Die Breite gewährleistet den entsprechend konstanten Jet 18. Beispielsweise beträgt die Breite einige pm. Dadurch, dass die Öffnung 19 die Spitze 23 in der Mitte umschließt, ergibt sich bereits in der Kammer 24 des Verdampfers 13 eine Strömungsrichtung des Jets 18, weil sich im Wesentlichen die Hälfte der Spitze 23 in der Kammer 24 befindet.

Im Betriebszustand strömt also der Jet 18 durch den Ringspalt 29 in den Mischbereich 15 (Fig. 6). Das heißt, dass zwar die Öffnung 19 die Spitze 23 umschließt, jedoch die Öffnung 19 gemäß dem Ringspalt 29 von der Spitze 23 distanziert ist. Durch Druckschwankungen des Dampfs und/oder Temperaturschwankungen des Verdampfers 13 ändert sich der Ringspalt 29 minimal, wobei der Jet 18 im Wesentlichen konstant bleibt. Derartige Druck- und/oder Temperaturschwankungen können einerseits durch bewusste Regeländerungen hervorgerufen werden oder andererseits durch den regu- 11 ·· · • ·· ·· » ·« «· + lären Regelbetrieb bedingt sein.Die Änderungen des Ringspalts 29 bewirken erfindungsgemäß, dass aus dem Jet 18 resultierende Ablagerungen in der Öffnung 19 entfernt werden. Diese Ablagerungen sind im Wesentlichen Reaktionsrückstände, welche beim Verdampfen des Treibstoffs gebildet werden. Die Entfernung dieser Ablagerungen erfolgt nun derart, dass bei einer Änderung der Breite des Ringspalts 29 (Fig. 5) die Ablagerungen die Spitze 23 der Nadel 22 berühren und dadurch von der Öffnung 19 abgelöst werden. Dies erfolgt über jenen Teilbereich der Spitze 23, über welchen der elastische Teil 21 beweglich ist. Spätestens ist dies der Fall, wenn der Brenner 8 in den Ruhezustand wechselt und die Öffnung 19 die Spitze 23 spaltfrei umschließt (Fig. 4). Bei diesem Vorgang werden sämtliche Ablagerungen in der Öffnung 19 abgelöst. Somit kann von einer selbstreinigenden Düse 14 gesprochen werden. Dies deshalb, weil die Düse 14 gemäß der Erfindung aus der Kombination des elastischen Teils 21 und der feststehenden Nadel 22 gebildet wird. Die entfernten Ablagerungen werden während des Betriebszustands mit dem Jet 18 mitgenommen, und in weiterer Folge verbrannt. Dies ist ebenfalls mit Ablagerungen der Fall, welche im Ruhezustand entfernt werden und auf dem elastischen Teil 21 liegen bleiben. Jene Ablagerungen, welche in die Kammer 24 des Verdampfers 13 fallen, lagern sich auch dort ab. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Funktion des Brenners 8.

Durch eine derartige Düse 14 aus dem elastischen Teil 21 und der feststehenden Nadel 22 in einem Verdampfungsbrenner 8 kann von einem sogenannten Nadeldüsenbrenner 8 gesprochen werden, welcher eine Sonderform des Verdampfungsbrenners 8 darstellt. Die Nadel 22 ist dabei im Wesentlichen im Zentrum des zylinderförmigen Verdampfers 13 angeordnet. Dementsprechend ist auch die Öffnung 19 im Wesentlichen im Mittelpunkt des als Scheibe ausgebildeten elastischen Teils 21 angeordnet. Damit die Beweglichkeit des elastischen Teils 21 im Bereich der Spitze 23 der Nadel 22 gewährleistet ist, ist diese im Wesentlichen als Deckel der Kammer 24 am Verdampfer 13 fixiert. Die Fixierung kann beispielsweise durch der Bauteil 30 des Mischbereichs 15 erfolgen. Dieses Bauteil 30 ist beispielsweise ein Teilbereich von einem Mischteil, welches den Jet 18 entsprechend mit Luft 16 vermischt. Ebenso kann der Bauteil 30 eine eigenständige Einheit bilden und vom - 12 - • · ♦ ·· ·· ·· • · ·· · · • · ♦ • t * · • · ··· ·· « · • · • · · Φ ·· ··· »··· ·· ·· ··

Mischteil fixiert werden oder der Bauteil 30 selbstständig den elastischen Teil 21 fixieren. Grundsätzlich fixiert der Bauteil 30 den elastischen Teil 21 an dessen äußeren Kreisring, welcher dem Mantel der Kammer 24 entspricht. Das heißt, dass der Durchmesser des elastischen Teils 21 um deren Kreisring größer ist als der Innendurchmesser der Kammer 24.

Selbstverständlich können auch mehrere Nadeln 22 im Verdampfer 13 angeordnet sein, wobei für jede Nadel 22 eine Öffnung 19 im elastischen Teil 21 vorgesehen ist. Auf diese Weise kann beispielsweise die Leistung des Brenners 8 bzw. des Verdampfers 13 erhöht werden.Die Leistung des Brenners 8 bzw. des Verdampfers 13 kann aber auch insbesondere derart geregelt werden, indem der Winkel der Spitze 23 der Nadel 22 stumpfer ausgeführt wird. Das heißt, dass beim Bewegen des elastischen Teils 21 nach oben ein größerer Ringspalt 29 entsteht, sodass eine größere Menge des verdampften Treibstoffs ausströmen kann. Entsprechend kann mit einem spitzeren Winkel der Spitze 23 die Leistung reduziert werden, da die Breite des Ringspalts 29 reduziert wird.

Anhand der Fig. 7 bis 10 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei nur auf die Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel eingegangen wird. Entsprechend ist hierbei der elastische Teil 21 ebenso über dem feststehenden Teil angeordnet. Der feststehende Teil wird durch die Nadel 22 und einen Düsenkörper 32 gebildet, welcher zylinderförmig ausgebildet ist. Ein Boden 33 des zylinderförmigen Düsenkörpers 32 bildet einen Deckel des Verdampfers 13. Im Boden 33 sind Öffnungen 34 im Bereich der Kammer 24 integriert, sodass der Treibstoffdampf aus dem Verdampfer 13 austreten kann. Bevorzugt ist zwischen dem Verdampfer 13 und dem Boden 33 des Düsenkörpers 32 ein Dichtring angeordnet, sodass der Brennstoffdampf ausschließlich durch die Öffnungen 34 austritt. Im Zentrum des Bodens 33 ist die Nadel 22 angeordnet. Diese kann sowohl lösbar am Boden 33 befestigt als auch Teil des Bodens 33 sein. Ist die Nadel 22 Teil des Bodens 33, befindet sich die Spitze 23 oberhalb des Bodens 33, wobei der Boden 33 die Spitze 23 stabilisiert. Dies ist aus Fig. 8 ersichtlich. Bei einer lösbaren Befestigung der Nadel 22 ist beispielsweise im Zentrum des Bodens 33 ein Zylinder 35 integriert, welcher zur Aufnahme der Na- del 22 ausgebildet ist. Gemäß den Fig. 7, 9 und 10 ist die Nadel 22 lösbar im Zylinder 35 angeordnet, sodass die Spitze 23 der Nadel 22 in der Öffnung 19 des elastischen Teils 21 justiert werden kann. Dazu weist die Nadel 22 unterhalb der Spitze 23 ein Außengewinde und der Zylinder 35 ein entsprechendes Innengewinde auf. Dementsprechend ist die Nadel 22 wesentlich kürzer ausgebildet als beim ersten Ausführungsbeispiel, wodurch die Stabilität der Position der Spitze 23 der Nadel 22 erhöht wird. Ein Deckel des Düsenkörpers 32 wird durch den flexiblen Teil 21 der Düse 14 gebildet, wobei der flexible Teil 21 über einen Dichtring dicht mit dem Düsenkörper 32 verbunden ist. Somit ist gewährleistet, dass der Treibstoffdampf ausschließlich aus der Öffnung 19 des flexiblen Teils 21 austritt. Zwischen Deckel und Boden 33 wird dabei ein Zwischenraum 36 gebildet, welcher im Wesentlichen der Höhe der Spitze 23 entspricht. In diesem Zwischenraum 36 sammelt sich der Treibstoffdampf, welcher durch die Öffnungen 34 des Bodens 33 eintritt und einen Druck aufbaut, sodass sich der elastische Teil 21 wölbt und der Jet 18 durch den Ringspalt 29 austritt. Somit kann auch gesagt werden, dass der Düsenkörper 32 ein Gehäuse für die Düse 14 darstellt. Demnach ist es auch möglich, dass eine Einstellung der Düse 14 auch außerhalb des Brenners 8 vorgenommen werden kann. Das heißt, dass beispielsweise mit Luft oder ähnlichen Medien der Treibstoffdampf simuliert wird und entsprechend die Spitze 23 positioniert wird. Die Positionierung erfolgt bevorzugt derart, dass die mit einem Gewinde lösbar im Zylinder 35 befestigte Nadel 22 entsprechend bewegt wird, sodass ein optimaler Jet 18 resultiert.

Die lösbare Befestigung der Nadel 22 kann auch dazu genutzt werden, dass diese vor Befestigung des elastischen Teils 21 soweit in Richtung des ausströmenden Jets 18 gedreht wird, dass der elastische Teil 21 zur Befestigung - beispielsweise durch Verkleben am Düsenkörper 32 - vorgespannt werden muss. Das heißt, dass beim Zurückdrehen der Nadel 22 in Richtung Verdampfer 13 der elastische Teil 21 gewölbt ist. Somit benötigt der Jet 18 weniger Kraft, um den für den Austritt erforderlichen Ringspalt 29 zu erzeugen.

Grundsätzlich weist der Düsenkörper 32 einen größeren Durchmesser auf als der Verdampfer 13, sodass der Düsenkörper 32 über 14

dem Verdampfer 13 im Brennergehäuse 31 im Wesentlichen auf dessen Seitenwänden bzw. Mantel aufliegt. Fixiert wird der Düsenkörper 32 durch den Mischteil des Mischbereichs 15 {nicht dargestellt), wobei bevorzugt durch die Fixierung die Dichtheit des Deckels hergestellt wird, indem der Dichtring auf den elastischen Teil 21 gedrückt wird.

Gegebenenfalls kann der zumindest eine Jet 18 nach dem Austritt aus der Düse 14 noch zentriert werden. Beispielsweise kann dazu der Bauteil 30 verwendet werden, wobei dieser dafür bevorzugt als eigenständige Einheit ausgebildet ist. Das heißt, dass der elastische Teil 21 der Düse 14 und der darüber angeordnete Bauteil 30 gemeinsam über den Mischteil fixiert werden. Wie aus Fig. 11 ersichtlich, ist der Bauteil 30 im Wesentlichen eine runde Scheibe, welche um deren Mittelpunkt gewölbt ist. Entsprechend ist die Wölbung bei Einsatz des Bauteils 30 im Brenner 8 im Bereich der Kammer 24 bzw. konzentrisch um die Spitze 23 angeordnet. Somit ist die Wölbung innerhalb eines Kreisrings 37, welcher zur Befestigung dient, angeordnet. Die Wölbung entspricht dabei einer Kugelkappe 38, wobei der Mittelpunkt der Kugelkappe 38 dem Mittelpunkt der Scheibe bzw. dem Bauteil 30 entspricht. Die Kugelkappe 38 bildet demnach einen Raum rund um die Spitze 23, wie beispielhaft in Fig. 12 anhand des ersten Ausführungsbeispiels dargestellt. In diesem Raum um die Spitze 23 wird der zumindest eine aus der Düse 14 austretende Jet 18 gebündelt. Entsprechend ist im Mittelpunkt eine kreisrunde Öffnung 39 vorgesehen, durch welche der gebündelte Jet 18 in den Mischteil gelangt. Somit erfolgt der Austritt des Jets 18 aus der Kugelkappe 38 im Zentrum des Mischteils. Dementsprechend tritt also der Jet 18 zentriert über die Öffnung 39 in den Mischteil aus, sodass ein konstantes Dampf-Luft-Gemisch für eine stabile und vollständige Verbrennung resultiert. Es ist auch möglich, dass die Öffnung 39 und/oder der Bereich vor der Öffnung 39 beispielsweise kegelförmig ausgebildet ist.

Zusätzlich kann auch bereits in der Kugelkappe 38 dem Jet 18 Luft beigemischt werden. Dazu sind im Wesentlichen rund um die Öffnung 39 mehrere Ausnehmungen 40 angeordnet, über welche durch den vom Jet 18 erzeugten Unterdrück Luft angesaugt wird, welche sich entsprechend mit dem Jet 18 vermischt. Hierbei übernimmt also bereits der Bauteil 30 zumindest teilweise die Funktion des

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15

Mischteils.

Allgemein sei noch erwähnt, dass die verwendeten Begriffe wie „oben, auf" und „unten" gemäß der Strömungsrichtung des Jets 18 zu verstehen sind. Die Strömungsrichtung weist dabei von der Kammer 24 des Verdampfers 13 in den Mischbereich 15.

Claims (18)

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   Patentansprüche: 1. Brenner (8) zur Stromerzeugung aus einem Treibstoff, mit einem Brennergehäuse (5), in dem zumindest ein Verdampfer (13) und eine Düse (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (14) aus einem elastischen Teil (21) und zumindest einem feststehenden Teil gebildet ist, wobei der feststehende Teil unterhalb des über dem Verdampfer (13) angeordneten elastischen Teils (21) angeordnet ist und eine Spitze (23) des feststehenden Teils gegenüber dem elastischen Teil (21) derart angeordnet ist, dass diese von einer Öffnung (19) des elastischen Teils (21) umschlossen ist.
2. 2. Brenner (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (23) derart in der Öffnung (19) positioniert ist, dass die Spitze (23) zumindest in einem Ruhezustand spaltfrei umschlossen ist und in einem Betriebszustand ein Ringspalt (29) zwischen der Spitze (23) und der Öffnung (19) gebildet ist.
3. 3. Brenner (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Teil durch eine Nadel (22) gebildet ist, wobei zumindest ein Teilbereich unterhalb der Spitze (23) der Nadel (22) zur Befestigung ausgebildet ist.
4. 4. Brenner (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Teil, insbesondere die Nadel (22), zur Befestigung in einem unteren Bereich des Verdampfers (13) ausgebildet ist.
5. 5. Brenner (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Teil, insbesondere die Nadel (22), zur Befestigung in einem Düsenkörper (32) ausgebildet ist.
6. 6. Brenner (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass über die Befestigung des feststehenden Teils, insbesondere der Nadel (22), die Position der Spitze (23) justierbar ist.
7. 7. Brenner (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (13) zumindest teilweise zylinder- 17 förmig mit einer Mittelachse ausgebildet ist und der feststehende Teil, insbesondere die Nadel (22), entlang der Mittelachse angeordnet ist.
8. 8. Brenner (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Spitze (23) des feststehenden Teils an die Leistung des Verdampfers angepasst ist.
9. 9. Brenner (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (23) des feststehenden Teils im Austrittsbereich der verdampften Flüssigkeit angeordnet ist.
10. 10. Brenner (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass über der Spitze (23) des feststehenden Teils ein Bauteil (30) mit einer Wölbung angeordnet ist, wobei die Wölbung für einen zentrierten Austritt der verdampften Flüssigkeit ausgebildet ist.
11. 11. Verfahren zum Verdampfen eines Treibstoffs, welcher einem Brenner (8) mit zumindest einem Verdampfer (13), einer Düse (14) und einem Mischbereich (15) zugeführt wird, wobei der Brenner (8) zur Stromerzeugung eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (14) aus einem elastischen Teil (21) und einem feststehenden Teil gebildet wird, wobei unterhalb des elastischen Teils ein aus dem verdampften Treibstoff gebildeter Druck aufgebaut wird, und bei Überschreiten eines Schwellwerts für den Druck ein Ringspalt (29) zwischen dem elastischen Teil (21) und dem feststehenden Teil gebildet wird, durch welchen der Dampf in den Mischbereich (15) geleitet wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung (19) des elastischen Teils (21) mit zumindest einem Teilbereich einer Spitze (23) des feststehenden Teils gereinigt wird, wobei die Reinigung mit einer Veränderung des Ringspalts (29) durchgeführt wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Ringspalts (29) durch Bewegungen des elastischen Teils (21) durchgeführt wird. 18 • · • · • «··
14. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Ringspalts (29) in einem Betriebszustand durch Druckschwankungen und/oder Temperaturschwankungen des Dampfs durchgeführt wird.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Ruhezustand der elastische Teil (21) nach unten bewegt wird und der feststehende Teil von der Öffnung (19) des elastischen Teils (21) spaltfrei umschlossen wird.
16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf in einem Bauteil (30) mit einer Wölbung zentriert wird.
17. 17. Bauteil (30) für einen Brenner (8) mit einem Verdampfer (13), gekennzeichnet durch eine runde Scheibe mit einer Wölbung, wobei in der Wölbung eine Öffnung für einen zentrierten Austritt einer im Verdampfer (13) verdampften Flüssigkeit integriert ist.
18. 18. Bauteil (30) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wölbung um die Öffnung mehrere Ausnehmungen (40) vorgesehen sind.