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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampferbrenner, wie er beispielsweise
in einem Fahrzeugheizgerät
eingesetzt werden kann.
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Bei
derartigen Verdampferbrennern wird der zunächst flüssige Brennstoff in ein poröses Verdampfermedium
geleitet, dort unter Einfluss der Kapillarförderwirkung verteilt und in
Richtung zu einer Brennkammer abgedampft. Um diese Brennstoffabdampfung,
also den Übergang
in die Dampfphase, bei noch nicht ablaufender Verbrennung zu unterstützen, ist
es bekannt, dem porösen
Verdampfermedium eine elektrisch erregbare Heizeinrichtung zuzuordnen.
Im Betrieb eines derartigen Verdampferbrenners, also sowohl im normalen
Verbrennungsbetrieb, als auch in der Startphase, ist es erforderlich,
verschiedenste Vorgänge
aufeinander abzustimmen. So sollte ein zündfähiges Gemisch aus Verbrennungsluft und
Brennstoffdampf erst dann bereitgestellt werden, wenn durch entsprechendes
Erregen eines Zündorgans
lokal ausreichend hohe Temperaturen bereitgestellt worden sind bzw.
wenn das poröse
Verdampfermedium durch die ihm zugeordnete Heizeinrichtung ausreichend
erwärmt
worden ist. Ferner ist es wünschenswert,
den Verdampfungsbetrieb sowie auch den Verbrennungsbetrieb zu überwachen,
um frühzeitig über das
Betriebsverhalten möglicherweise nachteilhaft
beeinträchtigende
Betriebszustandsänderungen
informiert zu sein.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdampferbrenner
bereitzustellen, mit welchem in einfacher und zuverlässiger Art
und Weise die Überwachung
des Betriebszustands ermöglicht
ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
einen Verdampferbrenner, umfassend ein poröses Verdampfermedium, eine
elektrisch erregbare Heizeinrichtung für das poröse Verdampfermedium an einer
von einer Brennkammer abgewandten Seite desselben, eine Brennstoffzufuhr zum
Einleiten von flüssigem
Brennstoff in das poröse
Verdampfermedium sowie einen Temperatursensor zur Erfassung einer
Temperatur im Bereich des porösen
Verdampfermediums.
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Durch
das Bereitstellen eines Temperatursensors, der dazu in der Lage
ist, die Temperatur im Bereich des porösen Verdampfermediums zu erfassen,
kann der Betrieb eines derartigen Verdampferbrenners in verschiedensten
Phasen sehr präzise überwacht
werden. So ist es einerseits möglich,
die elektrisch erregbare Heizeinrichtung dahingehend zu überwachen,
ob sie ausreichend heizt oder nicht, da auch diese Heizeinrichtung
im Bereich des porösen Verdampfermediums,
also auch dem Erfassungsbereich des Temperatursensors wirksam ist.
Die Einleitung von Brennstoff in das poröse Verdampfermedium kann ebenfalls
erfasst werden, da bei Brennstoffeinleitung aufgrund der erforderlichen
Verdampfungswärme
zunächst
ein Temperaturabfall auftreten wird. Auch das Entstehen oder Vorhandensein
einer Flamme in der Brennkammer kann selbstverständlich mit einem derartigen
Sensor überwacht
werden.
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Um
den Aufbau weiter zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, dass der
Temperatursensor und die Heizeinrichtung eine in einem Brennkammergehäuse vorgesehene
Baugruppe bilden, wobei diese Baugruppe zwischen einer Wandung des
Brennkammergehäuses
und dem porösen
Verdampfermedium vorgesehen sein kann.
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Beispielsweise
kann die Baugruppe eine Temperatursensorausformung bilden, in welcher
im Wesentlichen der Temperatursensor angeordnet ist und welche eine Öffnung in
dem porösen
Verdampfermedium durchsetzt.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden
Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
Längsschnittansicht
eines erfindungsgemäßen Verdampferbrenners;
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2 eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Baugruppe mit Heizeinrichtung
und Temperatursensor.
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In 1 ist
ein in einem Fahrzeugheizgerät einsetzbarer
Verdampferbrenner allgemein mit 10 bezeichnet. Dieser Verdampferbrenner 10 umfasst ein
Brennkammergehäuse 12,
das im Wesentlichen topfartig ausgestaltet ist und eine Umfangswandung 14 und
eine Bodenwandung 16 aufweist. Im Bereich der Bodenwandung 16 ist
in dem Brennkammergehäuse 12 ein
diese beispielsweise nahezu vollständig überdeckendes poröses Verdampfermedium 18 vorgesehen.
Dieses beispielsweise aus Vliesmaterial, Geflecht, Gewirk, Schaumkeramik
o.dgl. aufgebaute Verdampfermedium 18 nimmt flüssigen Brennstoff
von einer Brennstoffleitung 20 auf und verteilt diesen
in seinem Innenvolumenbereich durch Kapillarförderwirkung. In der Umfangswandung 14 ist
ein Zündorgan 22 vorgesehen,
beispielsweise ein Glühzündstift,
das dazu dient, lokal in einem über
dem porösen
Verdampfermedium 18 liegenden Volumenbereich einer Brennkammer 24 so
hohe Temperaturen bereitzustellen, dass das aus Brennstoffdampf
und Verbrennungsluft gebildete Gemisch gezündet wird. Dabei kann die Verbrennungsluft
beispielsweise über in
der Umfangswandung 14 vorgesehene Öffnungen 26 in die
Brennkammer 24 eingeleitet werden.
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Zwischen
der Bodenwandung 16 des Brennkammergehäuses 12 und dem porösen Verdampfermedium 18 liegt
eine allgemein mit 28 bezeichnete Baugruppe, die eine nur
schematisch dargestellte elektrisch erregbare Heizeinrichtung 30 sowie
einen Temperatursensor 32 umfasst. Diese elektrisch erregbare
Heizeinrichtung 30 kann beispielsweise einen Heizleiter
aus Keramikmaterial oder Metallmaterial umfassen. Hier kann beispielsweise
ein Heizdraht aus einer Nickel-Chromium 80/20-Legierung eingesetzt
werden, der eine im Wesentlichen temperaturunabhängige Leitfähigkeit aufweist. Das heißt, dass
sich ändernde
Temperaturverhältnisse
im Bereich der Brennkammer 24 keine wesentlichen Rückwirkungen
auf die Leitfähigkeit
dieses Heizdrahtes und somit die Heizleistung der elektrisch erregbaren Heizeinrichtung 30 haben.
Dies erleichtert das Ansteuern zur Einstellung einer gewünschten
Heizleistung. Selbstverständlich
kann hier auch ein Heizleiter mit PTC-Charakteristik zum Einsatz
gelangen.
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Der
Temperatursensor 32 umfasst vorzugsweise ebenfalls ein
Leitungselement, beispielsweise spiral- oder wendelartig aufgebaut,
das eine temperaturabhängige
Leitungscharakteristik aufweist. Änderungen der Temperatur im
Bereich dieses Temperatursensors 32 führen somit zu Änderungen
im elektrischen Widerstand desselben, was durch entsprechende Änderungen
des elektrischen Stroms bei angelegter Spannung erkennbar wird.
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Die
Baugruppe 28 kann an der dem porösen Verdampfermedium 18 zugewandten
Seite eine plattenartige Abdeckung 34 aufweisen, die eine
schalenartige Ausformung 36 zur Aufnahme des Temperatursensors 32 aufweist.
Diese Ausformung 36 kann sich durch eine Öffnung 38 im
porösen
Verdampfermedium 18 hindurch in den Bereich der Brennkammer 24 erstrecken.
Somit erstreckt sich auch der Temperatursensor 32 im Innenbereich
dieser Ausformung 36 zumindest bereichsweise in die Brennkammer 24 bzw.
in der Öffnung 38 im
porösen
Verdampfermedium 18 und ist somit dazu in der Lage, vor
allem Temperaturen in einem Volumenbereich nahe dem porösen Verdampfermedium 18 zu
erfassen. Während diese
Abdeckung 34 vorzugsweise aus thermisch gut leitendem Material
aufgebaut ist, kann an der Rückseite
diese Baugruppe 28 begrenzt oder abgedeckt sein durch eine
Isolierplatte 40, die Wärmeverluste zur
Bodenwandung 16 hin soweit als möglich unterbindet. Um die Zuführung von
Brennstoff zum porösen
Verdampfermedium 18 zu ermöglichen, ist weiterhin in der
Baugruppe 28 eine Öffnung
vorgesehen, ebenso wie in der Bodenwandung 16, um die Brennstoffleitung 20 an
das poröse
Verdampfermedium 18 heranführen zu können.
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Zur
elektrischen Kontaktierung der elektrisch erregbaren Heizeinrichtung 30 einerseits
und des Temperatursensors 32 andererseits können vier
Anschlüsse 42 vorgesesehen
sein, jeweils zwei für
die Heizeinrichtung 30 und zwei für den Temperaturfühler 32.
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Im
Betrieb des Verdampferbrenners 10 wird also der Temperaturfühler 32 vor
allem Temperaturen oder Temperaturänderungen erfassen, die in
einem Volumenbereich nahe dem porösen Verdampfermedium 18 bzw.
auch der diesem zugeordneten Heizeinrichtung 30 vorhanden
sind. In der Startphase des Verdampferbrenners 10 wird
also zunächst
beispielsweise durch gleichzeitiges Erregen der Heizeinrichtung 30 und
des Zündorgans 22 eine
Vorkonditonierung stattfinden, die selbstverständlich auch zu einer entsprechenden
Erwärmung
des Temperaturfühlers 32 führen wird.
Auf diese Art und Weise wird erkennbar, ob in dieser Startphase
ausreichend erwärmt wird.
Liegen ausreichend hohe Temperaturen vor, beispielsweise ebenfalls
erfasst durch den Temperatursensor 32, kann dann durch
entsprechendes Erregen einer Brennstoffpumpe Brennstoff in das poröse Verdampfermedium 18 eingeleitet
werden. Da dieser zunächst
noch flüssige
Brennstoff zur Abdampfung Wärme
aufnimmt, wird lokal im Bereich des porösen Verdampfermediums und somit
auch im Bereich des Temperaturfühlers 32 die
Temperatur abnehmen, was wiederum durch den Temperaturfühler 32 erfasst werden
kann. Wird bei Erregen der Brennstoffpumpe keine entsprechende Änderung
in der Temperatur im Bereich des Temperaturfühlers 32 erkannt,
so kann beispielsweise diese Pumpe mit erhöhter Frequenz angesteuert werden,
um eine höhere
Förderleistung zu
erlangen. Wird dann in der Brennkammer 24 ein Gemisch aus
Brennstoffdampf und Luft bereitgestellt, so erfolgt bei entsprechend
hoher Temperatur die Zündung.
Auch diese Zündung
führt zu
einem weiteren Temperaturanstieg, der wiederum durch ein entsprechendes
Sensorsignal des Temperatursensors 32 indiziert werden
kann. Hat sich beispielsweise nach erfolgter Zündung dann eine näherungsweise konstante
Temperatur eingestellt, so ist dies ein Hinweis darauf, dass eine
normale Verbrennung abläuft und
dass das weitere Erregen des Zündorgans 22 bzw.
auch der elektrisch erregbaren Heizeinrichtung 30 nicht
erforderlich ist. Auch Änderungen
im Verbrennungsstatus, beispielsweise ein Flammabriss durch Brennstoffmangel,
können
durch den Temperatursensor 32 erfasst werden.
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Die
vorangehende Schilderung zeigt also, dass durch das Vorsehen eines
Temperatursensors 32 im Bereich des porösen Verdampfermediums 18 und
auch im Bereich der elektrisch erregbaren Heizeinrichtung 30 die
Möglichkeit
geschaffen wird, den Betrieb des Verdampferbrenners 10 in
verschiedensten Phasen zu überwachen
und ggf. entsprechend geänderte
Ansteuermaßnahmen
vorzusehen. Dies betrifft insbesondere auch das Abschalten des Verdampferbrenners 10,
das, beruhend auf der vom Temperatursensor 32 gelieferten
Temperaturinformation erfolgen kann. So kann beispielsweise beim
Beenden der Brennstoffzufuhr die Heizeinrichtung 30 erregt
werden, um noch vorhandenen Brennstoff aus dem porösen Verdampfermedium 18 auszudampfen und
zu verbrennen. Ein deutlicher Abfall der Temperatur gibt zu erkennen,
dass kein weiterer Brennstoff vorhanden ist und aufgrund dessen
auch keine weitere Verbrennung stattfindet.
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Da
weiterhin bei dem erfindungsgemäßen Verdampferbrenner 10 das
Zündorgan
nicht Teil der Baugruppe 28 ist und nicht in diese Baugruppe 28 und
auch das poröse
Verdampfermedium 18 integriert ist, sondern über dem
porösen
Verdampfermedium 18 angeordnet ist und sich beispielsweise
in die Brennkammer 24 erstreckt, wird die Heizcharakteristik
dieses Zündorgans 22 auch
nicht nachteilhaft durch die Brennstoffabdampfung beeinträchtigt,
was insbesondere beim Ausfall der Heizeinrichtung 30 von
Vorteil ist, da auch dann ein Start des Verdampferbrenners 10 sichergestellt
werden kann.