DE102005030954A1

DE102005030954A1 - Beheizbare Rohrleitung, insbesondere beheizbare Kraftstoffleitung

Info

Publication number: DE102005030954A1
Application number: DE102005030954A
Authority: DE
Inventors: Thomas Gschwind
Original assignee: DBK David and Baader GmbH
Current assignee: DBK David and Baader GmbH
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-04

Abstract

Beheizbare Rohrleitung (1), insbesondere Kraftstoffleitung (1) zur Erwärmung und/oder Verdampfung beispielsweise eines Flüssigkraftstoffes (4), wobei die Rohrleitung (1) ein fluidleitendes Heizrohr (12) umfasst. Die Innenfläche (53) des Heizrohres (12) bildet den Strömungsquerschnitt (52) der Rohrleitung (1) und an dessen Außenflächen (53) sind wenigstens zwei Kontaktstellen (14, 15) angeordnet, an denen das Heizrohr (12) elektrisch kontaktierbar ist. Um bekannte beheizbare Rohre zu verbessern und eine beheizbare Rohrleitung (1) robuster Bauart zu schaffen, die leicht herzustellen ist und zuverlässig den strömenden Flüssigkraftstoff (4) verdampft, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rohrleitung (1) einen Heizabschnitt (50) bildet, der sich in axialer Richtung (A) erstreckt und der von zwei Kontaktstellen (14, 15), die in axialer Richtung (A) des Heizrohres (12) voneinander beabstandet angeordnet sind, begrenzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine beheizbare Rohrleitung, insbesondere eine Kraftstoffleitung zur Erwärmung und/oder Verdampfung beispielsweise eines Flüssigkraftstoffes, wobei die Rohrleitung ein fluidleitendes Heizrohr aus einem elektrisch leitenden Werkstoff umfasst, dessen Innenfläche den Strömungsquerschnitt der Rohrleitung bildet und an dessen Außenfläche wenigstens zwei Kontaktstellen angeordnet sind, an denen das Heizrohr elektrisch kontaktierbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Heizmodul zur Erwärmung und/oder Verdampfung von beispielsweise Flüssigkraftstoffen mit einer einströmseitigen Anschlussstelle, welche mit einer Fluidleitung, insbesondere einer Kraftstoffzuleitung fluidleitend verbindbar ausgestaltet ist.
Beheizbare Fluidleitungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.

In der DE 23 48 946 ist ein rohrförmiger Kaltleiterwiderstand für die Beheizung von Gasen oder Flüssigkeiten gezeigt. Das Fluidleitungsrohr gemäß dieser Druckschrift besteht beispielsweise aus Bariumtitanat und ist an der Innenseite mit einer Metallschicht, vorzugsweise mit einer Edelmetallschicht versehen. Bei entsprechender Polung dieser Metallschicht bildet sich eine sperrend wirkende Kontaktschicht an der Innenseite des Kaltleiterrohres. Die Außenseite des Rohres ist mit einer sperrfreien Kontaktschicht, die beispielsweise aus einer ersten Chromschicht und einer auf dieser Chromschicht aufgebrachten Silberschicht besteht. Legt man über den Rohrmantel der Vorrichtung der DE 23 48 946 eine Spannung an, erwärmt sich das Kaltleiterrohr.

Bei dem Rohrheizkörper der DE 23 48 946 ist jedoch das Anbringen einer Kontaktstelle an der Innenseite des Rohrkörpers kompliziert und problematisch.

So offenbart die US 3,105,136 ein Rohr, das aus einem elektrisch isolierenden, gut wärmeleitenden Material wie Keramik oder Glaskeramik besteht. Die Außenseite dieser Rohrleitung ist mit einer dünnen Heizschicht eines Widerstandmaterials überzogen, die beispielsweise mittels Vakuumbedampfung aufgetragen wird. Das beheizbare Rohrsys tem dieser Druckschrift sieht ferner wenigstens zwei Schellen als elektrische Kontaktstellen für die beheizbare Widerstandsschicht vor, die den kompletten Rohrumfang umfassend aufgeschraubt sind. Die Schellen können mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden werden, so dass sich die Widerstandsheizschicht beim Anlegen einer Spannung aufheizt. Die erzeugte Wärme muss allerdings erst durch das nichtleitende Glasrohr geleitet werden, ehe schließlich das im Glasrohr strömende Fluid erwärmt werden kann.

Ein ähnliches Prinzip eines beheizbaren Rohrabschnittes ist in der US 6,376,816 B2 gezeigt. Bei der Vorrichtung dieser Druckschrift ist die Außenfläche eines Rohres mit einem Dünnschichtheizelement, z.B. einer Zinnoxidschicht überzogen. Das Rohr der Fluidleitung kann entweder aus einem elektrisch isolierenden oder aus einem elektrischen leitenden Material, beispielsweise Stahl gefertigt sein. Im zweiten Fall ist es dann aber notwendig, die äußere Oberfläche der Rohres mit einer elektrischen Isolierschicht zu überziehen.

Sowohl bei der Vorrichtung der US 3,105,136 als auch bei der Vorrichtung der US 6,376,816 B2 ist das Herstellungsverfahren des beheizbaren Rohres relativ aufwendig. In beiden Fällen muss ein Rohr, das aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, mit einer dünnen Schicht eines Widerstandmaterials überzogen werden.

Ein weiteres beheizbares Rohr, mit dem strömende Fluide erhitzt werden können, ist in der DE 27 15 046 A1 offenbart. Das Rohr gemäß dieser Druckschrift enthält ein Innenrohr aus Polytetrafluorethylen (PTFE), das von einer äußeren wärmeerzeugenden Schicht umgeben ist. Diese wärmeerzeugende Schicht wird von einer Mischung aus elektrisch leitfähigem Kohlenstoff und PTFE gebildet und steht mit zwei Kontaktstreifen elektrisch leitend in Verbindung. Wird an den Kontaktstreifen eine elektrische Spannung angelegt, erzeugt die mit Kohlenstoff versetzte Polytetrafluorethylenschicht Wärme. Jedoch erfolgt bei sämtlichen Rohrheizungen der DE 27 15 046 A1 , der US 3,105,136 und der US 6,376,816 B2 zunächst ein Wärmedurchgang durch die Fluidleitung, nämlich das Innenrohr, bevor das im Rohr strömende Fluid beheizt wird. Eine direkter Wärmeabgabe vom Heizelement auf das Fluid findet nicht statt.

Ein weiteres rohrförmiges Heizelement mit einem nicht direkt beheizbaren Innenrohr ist in der GB 2 065 430 A gezeigt. Das Innenrohr, also die Fluidleitung, welche den Strömungsquerschnitt festlegt, besteht aus einer Fluorkohlenwasserstoffverbindung, z.B. PTFE. Bei der Vorrichtung dieser Druckschrift ist die wärmeerzeugende Schicht zwischen dem Innenrohr, und einer äußeren Polytetrafluorethylenschicht angeordnet. Die Heizschicht kann beispielsweise aus einem flexiblen Heizband bestehen, das aus leitendem PTFE hergestellt ist. In das Heizband sind zwei parallel verlaufende Leiter eingebettet, so dass beim Anschluss dieser Leiter an eine elektrische Spannungsquelle ein Teil des Stromes durch die leitfähige Polytetrafluorethylenschicht fließt und Wärme erzeugt.

Auch bei der Vorrichtung der GB 2 065 430 A ist das Heizelement auf einem Träger angebracht, so dass die erzeugte Wärme zunächst durch das Material des Trägers transportiert werden muss, bevor es das im Rohr strömende Fluid erhitzen kann. Dieses Problem wird vermieden, wenn der rohrförmige Heizleiter direkt beheizt wird, wie beispielsweise in der EP 0 312 204 A2 beschrieben ist. Der Rohrheizer dieser Druckschrift ist wiederum aus einem leitfähigen Polymer, vorzugsweise Polyethylen vermischt mit Kohlenstoff, hergestellt. Um die Außenseite des Kunststoffrohres sind zwei als Elektroden dienende Leiter spiralförmig so gewickelt, dass die elektrischen Leiter mit der Außenseite des Rohres in Kontakt stehen und stets den gleichen Abstand zueinander aufweisen.

Allerdings ist die Umwicklung des Rohres bei der EP 0 312 204 A2 aufwendig. Ferner kann der Abstand zwischen den beiden Elektroden nur sehr gering sein, da sich ansonsten Zonen mit einen hohen Widerstand und entsprechen hohen Spannungen im Polymerrohr ausbilden, was zu einer Beschädigung des Heizrohres führt.

Ein Problem von Heizrohren, die aus PTFE bestehen, ist, dass dieses Polymer nur bis etwa 260°C einsetzbar ist. Bei Polyethylen liegt die obere Temperaturgrenze sogar noch niedriger. Dies spiegelt sich auch in den Temperaturen wider, auf welche die aus Polytetrafluorethylen bestehenden Rohrheizelementen in den Beispielen der oben angeführten Dokumente erwärmt werden, und die bei maximal 100°C zu liegen scheinen.

Aus dem Stand der Technik, wie der MTZ 9/2004, Jahrgang 65, Seiten 658ff, ist ferner bekannt, dass es bei der Regeneration von Dieselpartikelfiltern vorteilhaft ist, den Flüssigkraftstoff zu verdampfen und die bei der Verdampfung entstehenden unverbrannten Kohlenwasserstoffe dem Abgas beizumischen. Die unverbrannten Kohlenwasserstoffe werden dann in einem nachfolgenden Abgaskatalysator vollständig verbrannt, war zu einem Temperaturanstieg des Abgasstromes führt. Auf diese Weise erreicht man eine Abgastemperatur oberhalb der Rußzündtemperatur, die ausreichend ist, um diese Partikelfilter zu regenerieren, wenn die erwärmten Abgase den Filter durchströmen. Ein Verdampfer zum Erwärmen und Verdampfen von Flüssigkraftstoff gemäß dieser Druckschrift besteht aus einem Behälter, in dem sich ein elektrisches Heizelement befindet, was die zur Verdampfung benötigte Wärme erzeugt.

Nach alledem ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung somit, die bekannten rohrförmigen Heizelemente zu verbessern und eine beheizbare Rohrleitung, insbesondere eine beheizbare Kraftstoffleitung zur Verfügung zu stellen, welche die erzeugte Wärme direkt auf beispielsweise einen Flüssigkraftstoff überträgt, dabei einfach herzustellen sowie ausreichend leistungsstark und robust ist, um auch unter den harschen Bedingungen in Kraftstoffleitungen solche Temperaturen zu erzielen, die zur Kraftstoffverdampfung erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Heizrohr wenigstens einen Heizabschnitt bildet, der sich in axialer Richtung des Heizrohres erstreckt und der von zwei Kontaktstellen, die in axialer Richtung des Heizrohres voneinander beabstandet angeordnet sind, begrenzt ist.

Diese überraschend einfache Lösung hat den Vorteil, dass ein aufwendiges Umwickeln des Heizrohres mit Elektroden, wie es beim Heizrohr der EP 0 312 204 A2 erforderlich ist, entfällt. Die Kontaktstellen, an denen die Elektroden mit dem Heizwiderstandsrohr verbunden sind, liegen gut zugänglich an der Außenseite der beheizbaren Kraftstoffleitung. Infolgedessen kann eine aufwendige und komplizierte Kontaktierung an der Innenseite eines Heizrohres vermieden werden, wie sie beispielsweise bei der Vorrichtung der DE 23 48 946 A1 der Fall ist, vermieden werden. Dadurch, dass die Kontaktstellen axial entlang der Längsachse voneinander beabstandet sind, begrenzen sie einen sich axial erstreckenden Heizabschnitt des Heizrohres. Unter dem Heizabschnitt ist der Bereich des Heizrohres zu verstehen, der stromdurchflossen ist und sich erwärmt, wenn an den Kontaktstellen eine Spannung über dem Heizabschnitt angelegt wird. Die Länge diese Heizabschnitte kann aufgrund der elektrisch leitenden Werkstoffes des Heizrohres nahezu beliebig lang sein und die Länge mehrerer Außendurchmesser des Heizrohres betragen. Ferner bildet der erfindungsgemäße rohrförmige Heizwiderstand des Heizrohres gleichzeitig die Rohrleitung der Kraftstoffleitung. Die Innenseite des Heizwiderstandrohres legt den Strömungsquerschnitt der Kraftstoffleitung fest, so dass die erzeugte Wärme direkt vom Heizelement auf den Flüssigkraftstoff übertragen wird. Somit bildet die erfindungsgemäße Kraftstoffleitung auf besonders einfache Weise einen Rohrverdampfer, der einfach herzustellen ist, eine robuste Bauart aufweist und die Temperaturen erreicht, welche notwendig sind, um Flüssigkraftstoff zu erwärmen und/oder zu verdampfen.

Die Begriffe Heizrohr, rohrförmiger Heizwiderstand und Rohrverdampfer werden in dieser Anmeldung synonym verwendet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch verschiedene, voneinander unabhängige und jeweils für sich vorteilhafte Ausführungen weiterentwickelt sein. Die einzelnen Ausführungen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden.

Gemäß einer ersten Ausführungsform kann die Länge des Heizabschnittes mehrere Außendurchmesser des Heizrohres betragen. Dadurch, dass ein Heizrohr aus einem elektrisch leitenden Material verwendet wird, können nahezu beliebig lange Heizabschnitte, die durch den axiale Abstand zwischen den beiden Kontaktstellen begrenzt sind, beheizt werden. Somit entfällt das Problem der elektrischen Kontaktierung von leitenden Polymerrohren, wie sie beispielsweise aus der EP 0 312 204 A2 bekannt sind, bei denen der Abstand zwischen den beiden Elektrode nur sehr klein sein darf, um eine Beschädigung des Rohrs zu vermeiden.

Ferner kann der rohrförmige Heizwiderstand des Heizrohres, gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform, aus einem Metall oder einer Metalllegierung, vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt. Heizrohren aus Metall oder einer Metalllegierung können problemlos aus Temperaturen von 400°C bis 500°C erwärmt werden. Bei dieser Ausfüh rungsform bietet das Metallrohr einerseits die ausreichende Temperaturbeständigkeit, Robustheit und Gasundurchlässigkeit, die für Kraftstoffverdampfer bei Verbrennungskraftmaschinen notwendig sind. Andererseits ist das verwendete kostengünstige Material als Widerstandsheizelement einsetzbar, in großen Mengen verfügbar und kann einfach zu Heizrohren geformt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Heizrohr auch ein Kaltleiterwiderstand sein. In diesem Falle ist die beheizbare Kraftstoffleitung selbstregelnd. Durch die Verwendung von Kaltleitern als Heizrohrmaterial kann ein Überhitzen der erfindungsgemäßen beheizten Kraftstoffleitung auf einfache Weise vermieden werden kann, wodurch sich die Betriebssicherheit der beheizbaren Kraftstoffleitung wesentlich verbessert. Auf eine separate Steuereinheit oder einen Temperatursensor kann in diesem Fall verzichtet werden.

Um die beheizbare Kraftstoffleitung möglichst platzsparend herzustellen, kann das Heizrohr zumindest abschnittsweise zu einer Ebenen- oder Raumstruktur verformt sein. Unter einer Ebenen- oder Raumform im Sinne dieser Erfindung ist eine beliebige zwei- bzw. dreidimensionale Struktur gemeint, die von einer linearen Kraftstoffleitung abweicht. So kann der rohrförmige Heizwiderstand insbesondere Abschnitte aufweisen, in denen sich das Rohr mäandrierend hin und her windet und auf relativ kleinem Raum eine große Länge und somit eine große Wärmeübertragungsfläche bietet. In einer weiteren Ausführung kann das Heizwiderstandsrohr spiralförmig in Form einer ebenen Scheibe oder als eine kegelförmige Raumspirale gewickelt ausgebildet sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist es ferner möglich, das Heizrohr zumindest abschnittsweise schraubenförmig gewunden auszuformen.

Bei spiral- oder schraubförmig ausgebildeten Heizrohren der erfindungsgemäßen beheizbaren Kraftstoffleitung können die geraden Rohrabschnitte der Kraftstoffleitung, welche in die Raumform hinein- bzw. aus der Raumstruktur herausführen, auf zweierlei Art bezüglich der Geometrie der Raumform angeordnet sein. Erstens können die geraden Zuführungsbereiche tangential bezüglich der in der Regel runden oder ovalen Fläche des Kreises der Spirale bzw. des Mantels der Schraube verlaufen. Bei der zweiten Ausführung können die ein- bzw. ausleitenden Zuführungsbereiche des Rohres auch senk recht bezüglich der runden Grundfläche liegen, vorzugsweise kongruent der Mittelachse dieser geometrischen Strukturen. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine der geraden Zuführungszonen tangential und die andere orthogonal bezüglich der Grundfläche der Raumform auszubilden.

Um bei einer schraubförmig gewundenen Raumform der erfindungsgemäßen beheizbaren Kraftstoffleitung die einzelnen Schraubwendel möglichst eng aufeinanderfolgend auszubilden, kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform die Außenfläche des Heizrohres von einer elektrischen Isolationsschicht umschlossen sein. Auf diese Weise können die einzelnen Schraubwindungen so unmittelbar aufeinander folgen, dass sich benachbarte Wendel berühren, ohne dass die Gefahr eines Kurzschlusses besteht, wenn die beheizbare Kraftstoffleitung bei Anlegen einer elektrischen Spannung von Strom durchflossen wird. Dadurch, dass die elektrische Isolierung an der Außenseite des Widerstandsheizrohres die gewundenen Abschnitte der Heizspirale oder -schraube gegeneinander isoliert, ist eine extrem kompakte Kraftstoffleitung sehr großer Länge formbar.

Fertigungstechnisch besonders einfach, kann ein Isolationsschlauch das Heizrohr ummanteln. Bei dieser Ausführung ist es nicht notwendig, eine Isolationsschicht direkt auf die Außenfläche des Heizrohres aufzubringen. Vielmehr können bei der Verwendung eines Isolationsschlauches, vorzugsweise einem Schlauch aus Glasseide, der rohrförmige Heizwiderstand und der Isolationsschlauch zunächst separat gefertigt werden. In einem anschließenden Arbeitsschritt kann der Schlauch über den Außenmantel des Heizrohres bzw. der Heizabschnitte des Heizrohres gestülpt und dann die Kraftstoffleitung in die Raumstruktur umgeformt werden.

Prinzipiell können verschiedene elektrischen Isolatoren mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten vorteilhaft sein. Soll möglichst wenig Wärme über die Außenfläche des rohrförmigen Heizwiderstandes abgegeben werden, so sollte der elektrische Isolator gleichzeitig auch ein thermischer isolierende Material sein. In diesem Fall würde der Großteil der erzeugten Wärme über den Strömungsquerschnitt des Heizrohres an das entlang der Rohrinnenseite strömende Fluid übertragen und abtransportiert werden.

Es kann ferner vorteilhaft sein, einen elektrischen Isolator mit guten Wärmeleitfähigkeiten zur Ummantelung der Außenseite des Heizrohres zu verwenden, wenn die beheizbare Kraftstoffleitung auch über den Außenmantel Wärme abgeben soll. Ist das erfindungsgemäße Heizrohr beispielsweise in einer Abgasleitung einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet, kann die beheizbare Kraftstoffleitung nicht nur den innerhalb des Heizrohres strömenden Flüssigkraftstoff verdampfen, sondern gleichzeitig auch den Abgasstrom erwärmen, der die Kraftstoffleitung außen umströmt.

Eine Ausführungsform mit einem zumindest abschnittsweise in einem Gehäuse angeordneten röhrenförmigen Heizwiderstand ist vorteilhaft hinsichtlich Handhabung und Einbau der beheizbaren Kraftstoffleitung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, bei welcher der rohrförmige Heizwiderstand zumindest abschnittsweise in einem Gehäuse angeordnet sein kann, könnten allerdings elektrische Isolatoren mit guten Wärmeleitfähigkeiten vorteilhaft sein. Bildet nämlich die Gehäusewand die thermische Isolationsschicht kann dies der im Gehäuse untergebrachte Abschnitt des röhrenförmigen Heizwiderstands gleichzeitig den Innenraum des Gehäuses beheizen. Ist im Gehäuse außerdem ein wärmespeicherndes Material angeordnet, kann der Energieverbrauch der beheizbaren Kraftstoffleitung gesenkt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Gehäuse einen Topf aufweisen, entlang dessen innerer Mantelfläche die Raumstruktur zumindest abschnittsweise verläuft. Ferner kann der Bodes des Topfes eine Durchgangsöffnung aufweisen. Durch diese Maßnahmen ist die Form des Gehäuses insbesondere an eine spiralförmige oder schraubenförmige Raumstruktur angepasst, deren ein- bzw. ausleitende Zuführungsbereiche senkrecht bezügliche der Grundfläche der Raumstruktur liegen. Wird das Heizrohr in den Topf des Gehäuses eingesetzt, so liegen die gewundenen Bereiche geschützt und stabilisiert im Topf des Gehäuses, während die Zuführungsbereiche durch die zentrale Durchgangsöffnung im Boden des Topfes hindurch verlaufen aus dem Gehäuse herausragen. Sowohl die Durchgangsöffnung als auch der ein- bzw. ausleitende Zuführungsbereiche können vorzugsweise zentral, also im Mittelpunkt des Topfbodens bzw. der Grundfläche der Raumstruktur angeordnet sein.

Um auch die nach außen herausragenden Zuführungsbereiche zu stabilisieren, kann außen an der Bodenfläche des Topfes ein rohrförmiger Anschlussstutzen, der in der Durchlassöffnung mündet, ausgebildet sein. Bei dieser Ausführung ist der ein- bzw. der ausleitenden Zuführungsbereich des Heizrohres im Inneren des rohrförmigen Anschlussstutzens angeordnet. An den Anschlussstutzen kann eine Fluidleitung, beispielsweise eine Kraftstoffzuleitung oder eine Gasableitung angeschlossen werden, wodurch man eine fluidleitende Verbindung zwischen der Fluidleitung und dem Zuführungsbereich der beheizbaren Kraftstoffleitung, der im Anschlussstutzen liegt, erreicht.

Um ein geschlossenes Gehäuse bereitzustellen, in welches das Heizrohr einfach einsetzbar ist, kann der Topf des Gehäuses mit einem Deckel verschlossen sein. Des weiteren kann der Deckel ebenso wie der Boden des Topfes eine Durchlassöffnung, vorzugsweise eine zentrale Durchlassöffnung und einen Anschlussstutzen, der in der Durchlassöffnung mündet, aufweisen.

Selbstverständlich kann auch eine Ausführung der erfindungsgemäßen Kraftstoffleitung ohne Gehäuse mit Anschlussstutzen oder Anschlussstellen, beispielsweise einem Außen- oder Innengewinde, einer Nut oder einer Umkragung, versehen sein. So kann insbesondere die Kraftstoffleitung im Bereich ihrer Einströmöffnung und/oder der Ausströmöffnung direkt mit Anschlussstellen, über welche die Leitung fluidleitend mit einer Kraftstoffzuführleitung verbindbar ist, ausgebildet sein. Ferner kann das eingangs genannte erfindungsgemäße Heizmodul eine beheizbare Kraftstoffleitung mit einem einströmseitiges Ende aufweisen, welches so im Bereich der einströmseitigen Anschlussstelle mündet, dass die beheizbare Kraftstoffleitung fluidleitend mit der Kraftstoffzuleitung in Verbindung steht, wenn das Heizmodul an die Kraftstoffzuleitung angeschlossen ist.

Analog zum einströmseitigen Anschlussstelle für die Einleitung des zugeführten Flüssigkraftstoffes kann selbstverständlich ein entsprechender ausströmseitiger Anschluss zur Ableitung der verdampften gasförmigen Kraftstoffe ausgebildet sein.

Ein weiterer positiver Aspekt einer Ausführungsform mit Gehäuse ist, dass die beheizbare Kraftstoffleitung durch entsprechende Befestigungselemente am Gehäuse auf beson ders einfache Weise an den Stelle montiert werden kann, wo die Kraftstoffverdampfung durchgeführt werden soll.

Schließlich kann eine Stelle an der Außenfläche des rohrförmige Heizwiderstands am Gehäuse auf Masse gelegt sein. In diesem Fall ist wenigstens eine der Kontaktstellen der beheizbaren Kraftstoffleitung durch das Gehäuse kontaktiert. Somit ist es lediglich notwendig, eine weitere der wenigstens zwei Kontaktstellen mit einer elektrischen Zuleitung der entsprechend anderen Polung zu verbinden, um den Stromkreis über dem Widerstandsheizrohr zu schließen. Dazu kann beispielsweise ein elektrischer Leiter mit der weiteren Kontaktstelle an der Aussenseite des Rohrheizers verbunden werden.

Die Verbindung des Leiters an der Kontaktstelle kann vorzugsweise stoff- oder kraftschlüssig erfolgen. Beispiele einer kraftschlüssigen Verbindung sind ein Verschrauben, Verklemmen oder die Verwendung von Clips. Beispiele vorteilhafter stoffschlüssiger Verbindungen sind ein Verschweißen, Verlöten oder Verkleben der Kontaktstelle mit dem elektrischen Zuleiter. Selbstverständlich sind auch formschlüssige Verbindungen, beispielsweise Nut-Feder-Verbindungen oder Stecker-Buchsen-Verbindungen denkbar.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können an der Außenfläche des rohrförmigen Heizwiderstandes wenigstens drei Kontaktstellen angeordnet sein. Durch diese konstruktiv einfache Maßnahme bietet sich die Möglichkeit, die beheizbare Kraftstoffleitung in zwei rohrförmige Widerstandsheizelemente zu unterteilen. Die zwei Heizelemente sind die Heizabschnitte der Rohrleitung, welche sich in Richtung der Längsachse des Heizrohres zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Kontaktstellen erstrecken. Die beiden heizbaren Abschnitte der beheizbaren Kraftstoffleitung können parallel oder in Reihe zueinander elektrisch kontaktiert werden.

Im Folgenden werden der Aufbau und die Funktion der Erfindung anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander von einer Ausführungsform in die andere übertragen oder weggelassen werden, wie dies oben bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
Es zeigen:
1 eine schematische Übersicht einer ersten Ausführungsform der beheizbaren Kraftstoffleitung zur Regeneration eines Rußfilters in einer Abgasleitung einer Verbrennungskraftmaschine;
2 eine längsgeschnittene Darstellung der beheizbaren Kraftstoffleitung der 1;
3 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der beheizbaren Kraftstoffleitung; und
4 eine geschnittene Darstellung eines Heizmoduls umfassend die beheizbare Kraftstoffleitung der 3.
In 1 ist zunächst ein mögliches Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen beheizbaren Kraftstoffleitung 1 dargestellt, nämlich als Kraftstoffverdampfer 1 zur Erzeugung gasförmiger, unverbrannter Kohlenwasserstoffe bei der Regeneration von Dieselrußfiltern 2.
Die schematische Übersicht der 1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 3, beispielsweise einen Dieselmotor, der ein Flüssigkraftstoff 4 aus einem Kraftstofftank 5 über eine Zuleitung 6, welche den Tank 5 und die Verbrennungskraftmaschine 3 fluidleitend verbindet, zugeführt wird.
Der Dieselmotor 3 verbrennt den Flüssigkraftstoff 4 und wandelt die erzeugte thermische Energie in mechanische Arbeit um. Bei der Verbrennung im Motor 3 entstehen Abgase 7, die über eine Abgasleitung 8 vom Dieselmotor 3 weggeleitet werden.
Die im Abgas 7 enthaltenen gasförmigen Schadstoffe, wie Kohlenmonoxid, Schwefeloxide oder Stickoxide werden in der Regel gereinigt, bevor sie die Abgasleitung 8 der Verbrennungskraftmaschine 3 verlassen. Die Abgasreinigung erfolgt in einem Katalysator 9, der in die Abgasleitung 8 integriert ist. Im Katalysator 9 werden u.a. die im Abgas enthaltenen Kohlenmonoxide zu Kohlendioxid oxidiert und/oder die Stickoxide zu Stickstoff reduziert.
Rußpartikel im Abgas 7, welche bei der Verbrennung des Flüssigkraftstoffes entstehen, werden in einem Rußfilter 2 vom Abgas getrennt. Der Rußpartikelfilter 2 der 1 ist ebenfalls in die Abgasleitung 8 integriert und folgt unmittelbar stromab der Abgasleitung 8 auf den Katalysator 9.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass eine besonders vorteilhafte Regeneration der Rußpartikelfilter 2, bei welcher die im Filter abgelagerten Rußpartikel durch eine Temperaturerhöhung im Filter verbrannt werden, dadurch erreicht werden kann, dass verdampfter Kraftstoff dem Abgas beigemischt wird. Das Gemisch aus Abgas und Kraftstoffdampf 4a, welches überwiegend unverbrannte gasförmigen Kohlenwasserstoff enthält, wird im Katalysator 9 verbrannt.
Da der Katalysator 9 unmittelbar stromauf vor dem Rußfilter 2 in der Abgasleitung 8 angeordnet ist, führt die Verbrennung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Katalysator 9 zu einem Anstieg des Abgases 7 und des Rußfilters 2 auf Temperaturen oberhalb der Rußzündtemperatur, welche notwendig ist, um die Regeneration des Dieselrußfilters 2 durchzuführen.
Die erfindungsgemäße beheizbare Kraftstoffleitung 1 kann eingesetzt werden, um den Flüssigkraftstoff 4 zu verdampfen.
Dazu wird über eine zweite Kraftstoffzuleitung 10 mittels einer Pumpe 19 ein Teil des im Tank 5 befindlichen Flüssigkraftstoffes 4 in und durch die beheizbare Kraftstoffleitung 1 transportiert.
Dabei ist das eine Ende der Kraftstoffzuleitung 10 mit dem Tank 5 verbunden, während das andere Ende der Kraftstoffzuleitung 10 mir einer einströmseitige Einlassöffnung 11 der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 fluidleitend verbunden ist. Der durch die Einströmöffnung 11 eingeleitete Flüssigkraftstoff 4 wird während des Transportes durch das Heizrohr 12 der Kraftstoffleitung 1 verdampft. Nach Durchströmen des Heizrohres 12 tritt der Kraftstoff an der ausströmseitigen Auslassöffnung 13 der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 als Kraftstoffgas 4a aus.
In 1 mündet die Auslassöffnung 13 der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 in einer Öffnung in der Wandung der Abgasleitung 7, so dass der verdampfte Flüssigkraftstoff 4a direkt in den Abgasstrom 7 in der Abgasleitung 8 eingespeist und mit diesem vermischt wird. Somit bilden die zweite Kraftstoffzuleitung 10 und die beheizbare Kraftstoffleitung 1 eine Verbindung vom Tank 5 und der Abgasleitung 8.
Die Mündung der ausströmseitigen Auslassöffnung 13 ist stromauf des Katalysators 9 angeordnet, so dass das Abgas-Kraftstoffdampf-Gemisch nach Einspeisung mit dem Abgasstrom in den Katalysator 9 transportiert und dort verbrannt wird.
Der rohrförmige Heizwiderstand 12, beispielsweise ein Edelstahlrohr, dient somit einerseits als Fluidleitung, so dass die innere Wand des Heizrohres 12 direkt den Strömungsquerschnitt der beheizbaren Kraftstoffleitung bildet, d.h. unmittelbar mit dem Flüssigkraftstoff in Kontakt steht. Andererseits bilden Abschnitte 50 des Heizrohres 12 auch ein elektrisches Widerstandsheizelement, welches die für die Kraftstoffverdampfung erforderliche Wärmeenergie erzeugt. So befinden sich an der Außenseite des Heizrohres 12 zwei Kontaktstellen 14 und 15, die axial entlang der Längsachse des rohrförmigen Heizwiderstandes 12 der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 voneinander beabstandet angeordnet sind.
An jeder der Kontaktstellen 14 und 15 ist das Widerstandsmaterial des Heizrohres 12 mit einer elektrischen Zuleitung 16 bzw. 17 elektrisch in Kontakt stehend verbunden, wobei die anderen Enden der elektrischen Zuleitungen 16, 17 an eine Spannungsquelle 18 angeschlossen sind. Beim Anlegen einer Spannung, erzeugt durch die elektrische Energiequelle 18, fließt ein elektrischer Strom durch die elektrische Zuleitung 16, über die eine Kontaktstelle 14 durch den Heizabschnitt 50 des Heizrohres 12 und schließlich über die andere Kontaktstelle 15 und die mit dieser Kontaktstelle 15 verbundene Zuleitung 17 zurück zur Spannungsquelle 18. Der Heizabschnitt 50 des Heizrohres 12 erstreckt sich in axialer Richtung (A) des Heizrohres 12 zwischen den beiden Kontaktstellen 14 und 15. Der im Heizwiderstandsrohr 12 fließende Strom erwärmt den Heizwiderstand auf Tempe raturen, die geeignet sind, um den im Heizwiderstandsrohr 12 transportierten Flüssigkraftstoff 4 zu verdampfen.
Die beheizbare Kraftstoffleitung 1 der 1 ist als eine Heizeinheit ausgebildet, die im Bereich ihrer einströmseitigen Einlassöffnung 11 eine Anschlussstelle aufweist, mit welcher die beheizbare Kraftstoffleitung 1 mit der vom Tank 5 herführenden Kraftstoffzuleitung 10 verbunden ist. Die fluidleitende Verbindung an der Anschlussstelle der Kraftstoffleitung 1 kann durch bekannte Verfahren zu kraft- oder stoffschlüssigen Verbindung von Rohrleitungen, wie Schrauben oder Muffe bzw. Löt- oder Schweißverbindungen erfolgen. Die Anordnung der ausströmseitigen Auslassöffnung 13 in der Öffnung der Abgasleitung 8 kann in analoger Weise geschehen.
Selbstverständlich ist es zwar vorteilhaft, jedoch nicht notwendig, die beheizbare Kraftstoffleitung 1 als separate Einheit zu fertigen. Vielmehr kann, sofern die Kraftstoffzuleitung 10 aus einem Heizwiderstandsmaterial besteht, die beheizbare Kraftstoffleitung direkt in die Kraftstoffzuleitung 10 integriert werden. Dazu ist es lediglich erforderlich, zwei axial entlang der Längsachse der Fluidleitung 10 voneinander beabstandete Kontaktstellen 14 und 15 auszubilden, an denen elektrische Zuleitungen 16 und 17 befestigt werden können.
In diesem Fall bildet der zwischen den Kontaktstellen 14 und 15 liegende Abschnitt der Kraftstoffzuleitung 10 der Heizabschnitt 50, welcher bei Anlegen einer Spannung über die Kontaktstellen 14 und 15 stromdurchflossen ist und erwärmt wird.
Auch wenn die beheizbare Rohrleitung 1 in 1 beispielhaft als beheizbare Kraftstoffleitung 1 zur Erwärmung und Verdampfung von Flüssigkraftstoff für die Regeneration eines Rußfilters 2 dargestellt ist, so ist die erfindungsgemäße Rohrleitung 1 jedoch nicht auf dieses Einsatzgebiet beschränkt. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Rohrleitung 1 überall dort eingesetzt werden, wo in einer Fluidleitung strömende Fluide während des Transportes in der Leitung erwärmt und/oder verdampft werden sollen.
Andere Anwendungen für die erfindungsgemäße beheizbare Rohrleitung ist die Verdampfung von Kraftstoff, beispielsweise Diesel bei Standheizungen von Kraftfahrzeugen oder Flammstartanlagen von Lastkraftwagen. Abgesehen von Kraftstoffen können derartige Fluide insbesondere Harnstofflösungen sein, deren Dampf für Katalysatoren zur Stickoxidreinigung bei Verbrennungskraftmaschinen einsetzbar ist. Weitere Anwendungsgebiete sind die Erwärmung von Pflanzenölen für Verbrennungskraftmaschinen sowie die Beheizung von Bremsflüssigkeiten.
2 zeigt eine längsgeschnittene Darstellung der beheizbaren Kraftstoffleitung der 1. Für Teile, deren Aufbau und/oder Funktion ähnlich oder identisch von Teilen der 1 ist, werden die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet.
Die beheizbare Kraftstoffleitung 1 der 2 umfasst ein gerades Heizrohr 12 mit einer einströmseitigen Einlassöffnung 11 an einem Ende des Heizrohres und einer ausströmseitigen Auslassöffnung 13 am anderen Ende des Heizrohres 12.
Durch die Einlassöffnung 11 strömt ein Flüssigkraftstoff 4 in das Heizrohr 12 der beheizbare Kraftstoffleitung 1 hinein. Der Flüssigkraftstoff 4 durchströmt das Heizrohr 12 in Strömungsrichtung S, die entlang der axialer Richtung (A) des Heizrohres 12 verläuft, und wird während des Transports erwärmt und verdampft, so dass aus der Auslassöffnung 13 verdampftes Kraftstoffgas 4a austritt.
Der Strömungsquerschnitt 52 der fluidleitenden Kraftstoffleitung 12 wird von der Innenfläche 53 des Heizrohres 12 begrenzt. Somit umschließt die Innenfläche 53 des Heizrohres 12 den Strömungskanal der Fluidleitung.
Im Bereich des Einlassöffnung 11 ist eine erste Kontaktstelle 14 angeordnet, die an der Außenseite 54 des Heizrohres 12 ausgebildet ist. Eine zweite Kontaktstelle (15) ist, ebenfalls an der Außenseite 54 des Heizrohres 12, in der Nähe der Auslassöffnung 13 des Heizrohres 12 angeordnet.
Die beiden Kontaktstellen sind, wie in 1, mit elektrischen Leitern 16 bzw. 17 verbunden, welche an eine Spannungsquelle 18 angeschlossen sind. Legt man nun eine Spannung an die Leiter 16 und 17 an, so schließt der Heizabschnitt 50 des Heizrohres 12, welcher sich in axialer Richtung (A) des Heizrohres 12 erstreckt und der von den beiden Kontaktstellen 16 und 17 in axialer Richtung des Heizrohres 12 begrenzt ist, den Stromkreis. Die Folge davon ist ein im Heizabschnitt 50 des Heizrohres 12 strömender Elektronenfluss (55), welcher das Widerstandsmaterial, aus dem das Heizrohr besteht, erwärmt.
Die Außenseite des Heizrohres 12 ist im Heizabschnitt 50 zwischen den Kontaktstellen 14 und 15 von einer Isolationsschicht 20 umschlossen. Die Isolationsschicht 20 kann beispielsweise direkt auf das Material des Heizrohres 12 aufgetragen sein.
Die im Heizabschnitt 50 erzeugte Wärme wird an der Innenseite 53 des Heizrohres 12 direkt auf den in Strömungsrichtung S fließenden Flüssigkraftstoff 4 übertragen. Infolge des Wärmeübergangs vom Heizabschnitt 50 auf den Flüssigkraftstoff 4, erwärmt sich letzterer. Somit steigt die Temperatur des Flüssigkraftstoffes von der Einlassöffnung 11 in Strömungsrichtung S an.
In einer Verdampfungszone 56, einem Strömungsabschnitt im Heizabschnitt 50 des Heizrohrs 12, erreicht der Flüssigkraftstoff 4 seine Verdampfungstemperatur und wechselt von flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand. Dies ist in 2 durch die Abnehmende Dicke des Flüssigkraftstofffilms 4 in der Verdampfungszone 56 angedeutet.
Der Bereich des Heizrohres 12, welcher sich an in Strömungsrichtung S an die Verdampfungszone 56 anschließt, ist somit ausschließlich von Kraftstoffgas 4a durchströmt.
In 2 liegt die Verdampfungszone in einem Bereich des Heizabschnittes 50, der näher zur zweiten Kontaktstelle 15 als zur ersten Kontaktstelle 14 angeordnet ist. Die Lage des Verdampfungsabschnitt im Heizabschnitt 50 zwischen den Kontaktstellen 14 und 15 ist jedoch einstellbar und hängt unter anderem von Material des Heizrohres 12, dem Stromfluss 55 im Heizleitungsabschnitt 55, der angelegten Spannung der Spannungs quelle 18, aber auch von der Art, der Fließgeschwindigkeit und der Durchflussmenge des Flüssigkraftstoffes 4 ab.
3 zeigt eine perspektive Darstellung einer zweiten Ausführungsform. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zu der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform eingegangen. Für Teile, deren Aufbau und/oder Funktion ähnlich oder identisch von Teilen der vorangestellten Figuren ist, werden die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet.
Die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rohrverdampfers 12 der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 gleicht funktionell der ersten Ausführung der 1, unterscheidet sich jedoch grundsätzlich in deren Geometrie, also der räumlichen Form der beheizbaren Kraftstoffleitung 1.
Wie in 1, umfasst die beheizbare Kraftstoffleitung der 3 einen rohrförmigen Heizwiderstand 12, an dessen einem Ende eine einströmseitige Einlassöffnung 11 und an dessen anderem Ende eine ausströmseitige Auslassöffnung 13 vorhanden sind.
Der Rohrquerschnitt, dessen Innenfläche auch den Strömungsquerschnitt der Kraftstoffleitung 1 bildet, ist im Ausführungsbeispiel der 3 kreisrund dargestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf runde Kraftstoffleitungen begrenzt, vielmehr können beliebige Rohrquerschnitte, wie beispielsweise ovale oder Vierkantquerschnitte verwendet werden.
Die beiden Kontaktstellen 14 und 15 der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 befindet sich an der Außenseite des Widerstandsheizrohres 12. Dabei ist die erste Kontaktstelle 14 im Bereich der Einströmöffnung 11, die zweite Kontaktstelle 15 in der Nähe der Ausströmöffnung 13, also axial entlang der Längsachse des rohrförmigen Heizwiderstandes 12 von der ersten Kontaktstelle 14 beabstandet, angeordnet.
An den beiden Kontaktstellen 14 und 15 ist das rohrförmige Widerstandsheizelement 12 jeweils mit einer elektrischen Leitung 16 bzw. 17 in Kontakt stehend verbunden, wobei die anderen Enden der Zuleitungen 16 bzw. 17 an eine elektrische Energiequelle 18 angeschlossen sind.
Im Unterschied zur Ausführungsform der 1 ist die Außenseite des Heizrohres 12 der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 der 3 größtenteils mit einer elektrischen Isolationsschicht 20 versehen. Lediglich die endständigen Zuführungsbereiche des rohrförmigen Heizwiderstandes 12, welche die elektrischen Kontaktstellen 14 und 15 aufweisen, sind nicht elektrisch isolierend.
Die elektrische Isolationsschicht 20 an der Außenseite des Heizrohres 12 wird beim Beispiel der 3 durch einen Isolationsschlauch 20a, beispielsweise ein Schlauch aus Glasseide, bildet, der außen über Teile des Rohrverdampfers 12 gestülpt ist, wodurch eine elektrische Isolation nach außen hin stattfindet. Anstelle eines Isolationsschlauches 20a kann die Isolationsschicht 20 auch direkt auf das Heizrohr aufgebracht werden.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der rohrförmige Heizwiderstand 12 der Kraftstoffleitung 11 nicht linear verläuft, sondern zu einer Raumstruktur geformt ist, bei der die Gefahr besteht, dass sich unterschiedliche Abschnitte des Rohrverdampfers 12 berühren.
Da das Material des Heizwiderstandes, aus welchem der Rohrverdampfer 12 besteht, vorteilhaft ein Metall oder eine Metalllegierung, vorzugsweise Edelstahl ist, oder aber gemäß einer anderen Ausführungsform ein Rohr aus einem Kaltleiterwiderstandsmaterial ist, beugt die elektrische Isolation 20 an der Außenseite des Rohrverdampfers 12 somit möglichen Kurzschlüssen vor.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist ein Abschnitt der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 schraubenförmig gewunden ausgebildet. Die Raumstruktur stellte somit eine eng gewickelte Helix 25 dar, deren einzelne Wendel 24 so eng aufeinanderfolgen, dass sich die Isolaltionsschichten 20 benachbarter Schraubwindungen 24 berühren.
Auf diese Weise bildet die schraubförmig gewundenen Raumstruktur der Ausführung der 3 im Wesentlichen einen Zylindermantel 25 mit kreisrunder Grundfläche.
Im Detail verläuft der rohrförmige Heizwiderstand 12 der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 von der Einströmöffnung 11 bis zur Ausströmöffnung 13 folgendermaßen.
Von der Einlassöffnung 11 startet der Rohrverdampfer 12 zunächst auf einem kurzen Zuführungsabschnitt 46 als gerades Rohr. An der Außenseite diese geraden Abschnitts 46 befindet sich die erste elektrische Kontaktstelle 14. An den geraden Zuführungsbereich 46 schließt sich eine erste Umlenkstelle 21 des Heizrohres 12 an, wo der Rohrkörper 12 eine Rohrbiegung 21 um etwa 90° aufweist. An den ersten Rohrbogen 21, der im übrigen wie der gerade Einleitungsabschnitt 46 nicht mit einer Isolation 20 versehen ist, schließt sich ein im Wesentlichen geradliniger Überführungsbereich 22 an. Der Überführungsbereich 22 ist somit im Wesentlichen senkrecht bezüglich des einleitenden geraden Rohrabschnittes ausgerichtet.
Der Übergangsbereich 22 geht dann in eine zweite Umlenkungsstelle 23 über, an welche sich der erste Wendel 24 der Heizschraube 25 der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 anschließt. Im zweiten Umlenkungsbereich 23 vollzieht der Rohrverdampfer 12 eine Beugung von über 90°, welche in die runden Windungen 24 der Raumform 25 der Kraftstoffleitung 1 überführt.
Die elektrische Isolierung 20 gemäß der Ausführung der 3 beginnt im Übergangsbereich 22. Die Länge des Übergangsbereiches 22 legt gleichzeitig auch den Abstand der Rohrwendel 24, die den Mantel des Heizzylinders 25 bilden, von der Mittelachse des Zylinders 25 fest. Der einleitende gerade Rohrbereich 46 mit der ersten Kontaktstelle 14 befindet sich auf der Mittelachse des Zylinder 25 und liegt somit senkrecht und zentriert bezügliche der kreisrunden Grundfläche des Heizzylinders 25.
Von der zweiten Biegungsstelle 23 ausgehend, vollzieht die Helix der Raumstruktur 25 der 3 sechs kreisrunde Schraubwindungen, die so eng aufeinanderfolgen, dass sich die benachbarten Biegungen 24 der Schraubenstruktur 25 berühren.
Die Raumstruktur 25 der 3 wird schließlich in analoger Weise, aber in umgekehrter Reihenfolge zum einleitenden Abschnitt mit dem geraden Zuführungsbereich 46, der ersten Umlenkstelle 21, an dem Überführungsbereich 22 und der zweiten Umlenkstelle 23 wieder aufgelöst. Aufgrund der perspektivischen Darstellung der 3 kann man die weiteren Umlenkstellen und den weiteren Überführungsbereich, die aus der Spiralform wieder in einen geraden abschließenden Rohrabschnitt 47 münden, nicht erkennen. Für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, diesen Abschnitt in analoger Weise zu den oben beschriebenen Bereichen zu fertigen.
Der rohrförmige Heizwiderstand 12 mit der schraubförmigen Raumstruktur 25, die in 3 gezeigt ist, läuft schließlich an den ausströmseitigen Rohrende wieder als gerades Fluidleitungsrohr 47 aus. Im Unterschied zum einleitenden geraden Bereich 46 mit der ersten Kontaktstelle 14 in der Nähe der Einlassöffnung 11, ist der ausleitende, gerade Rohrabschnitt 47 deutlich länger als der einleitende 46. Ferner ist der abschließende gerade Rohrbereich 47 größtenteils von einer Isolierschicht 20 umgeben und lediglich der endständige Abschnitt mit der zweiten Kontaktstelle 15 und der Auslassöffnung 13 ist nach außen hin elektrisch nicht isoliert.
Bezüglich eines Einbaus, insbesondere für den Einbau in bestehende Rohrleitungssysteme, ist es vorteilhaft, wenn die geraden Zuführungs- 46 und Ausleitungsabschnitte 47 mit der Einlassöffnung 11 bzw. der Auslassöffnung 13 identische Längsachsen besitzen.
Die erfindungsgemäßen Raumstrukturen sind selbstverständlich nicht auf eine Schraubenform 25 mit kreisrunden Wendeln 24 beschränkt. Vielmehr kann sowohl der Verlauf der Schraubenwicklungen 24 als auch die Abstände aufeinander folgender Wendel 24 beliebig variiert werden. Ferner kann über die Länge des Übergangsbereiches 22, welcher den Radius des Heizmantels der Schraubenform 25 bildet, definiert, frei gewählt werden.
Weitere vorteilhafte Raumstrukturen können beispielsweise eine Mäanderform, eine ebene Spiralform oder eine kegelförmige Raumspirale sein.
Auch wenn dies im Ausführungsbereich der 3 nicht dargestellt ist, können die geraden Zuführungs- 46 und/oder Ausleitungsabschnitte 47, welche in die Raumstruktur 25 hinein- bzw. aus der Raumform 25 herausleiten, auch abweichend vom Beispiel der 3 ausgeführt sein. In 3 liegen diese Bereiche senkrecht bezüglich des Grundkörpers der Raumstruktur. Unter dem geometrischen Grundkörper der Raumstruktur ist, im Falle einer ebenen Spirale- bzw. einer räumlichen Schraubenform, die Grundfläche der geo metrischen Form gemeint, also die Ebenen der Scheibe bzw. der Mantel 25 des Zylinders.
Abweichend von dieser orthogonalen Ausführung, kann der Einleitungs- 46 bzw. der Ausleitungsbereich 47 auch tangential bezüglich der Grundfläche der Raumstruktur 25 angeordnet sein. In diesem Fall würde sich die zweite Umlenkstelle 23 der 3 direkt an die einleitenden 46 und/oder ausleitenden 47 Bereiche anschließen und in die Heizwendel 24 überleiten.
4 zeigt eine geschnittene Darstellung der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 der zweiten Ausführungsform der 3, die in ein erfindungsgemäßes Heizmodul 26 integriert ist. Wiederum wird nur auf die Unterschiede zu den oben beschriebenen Ausführungsformen eingegangen. Für Teile, deren Aufbau und/oder funktionsähnlich oder identisch von Teilen der vorherigen Ausführungsformen ist, werden die gleichen Bezugszeichen wie in den vorangegangenen Figuren verwendet.
4 zeigt ein Heizmodul 26, welches eine beheizbare Kraftstoffleitung 1 mit einer schraubförmig gewundenen Raumstruktur 25 gemäß der 3 umfasst. Beim Heizmodul 26 der 4 ist der röhrenförmige Heizwiderstand 12 der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 in einem Gehäuse 27 untergebracht, welches mit einem Deckel 28 verschlossen ist.
Die Form des Gehäuses 27 ist an die schraubenförmige Raumstruktur 25 der Kraftstoffleitung 1 angepasst und weist eine zylinderförmigen Verdampfungskammer 51 mit einem Zylindermantel 29 auf, der an einer Grundfläche von einer Bodenplatte 30 verschlossen ist. An die Bodenplatte 30 schließt sich ein röhrenförmiges Anschlussstück 31 in Form eines Stutzens an.
Die zylinderförmige Verdampfungskammer 51 mit Mantel 29 und Bodenplatte 30 besitzt somit im Wesentlichen eine Topfform, wobei die Heizspirale mit den Rohrwendeln 24 des Rohrverdampfers 12 an die Innenseite der mantelförmigen Seitenfläche 29 der Verdampfungskammer grenzt.
Die Bodenplatte 30 der topfförmigen Verdampfungskammer 29 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 32 auf, die im rohrförmigen Anschlussstück 31 des Gehäuses 27 mündet.
Somit stellt das komplette Gehäuse 27 mit Verdampfungskammer 29, Bodenplatte 30 und dem Auslassstück 31 die Form eines Trichters, die Form einer Nutsche, also eines Trichters mit einem flachen Boden 30, dar.
Der Innendurchmesser des heizrohrförmigen Anschlussstückes 31 ist im Wesentlichen konstant. Nur der endständige Teil hat einen kleineren Innendurchmesser als der Rest. Die dient der Befestigung und Kontaktierung der Kraftstoffleitung 1, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Der Außendurchmesser dieses Anschlussstutzens 31 dagegen, besitzt drei Abschnitte 33, 34, 35, die unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. Der erste Abschnitt 33 mit dem größten Außendurchmesser, also der dicksten Rohrstärke, folgt unmittelbar auf die Bodenplatte 30. Die weiteren beiden Abschnitte 34 bzw. 35 des Anschlussstückes 31 sind mit kleineren Außendurchmessern als der erste Abschnitt 33 versehen. Dabei werden die Außendurchmesser umso geringer, je weiter der entsprechende Rohrabschnitt 34 bzw. 35 von der Bodenplatte 30 des Gehäuses 27 entfernt liegt.
Die Änderung des Außendurchmessers des Anschlussstückes 31 zwischen den einzelnen Abschnitten 33 und 34 bzw. 34 und 35 findet abrupt statt, so dass an den Übergängen Absätze ausgebildet sind.
Der Vorteil der in 3 gezeigten Ausgestaltung des Anschlussstückes 31 mit Absätzen besteht darin, dass das Heizmodul 26 am Anschlussstück 31 mit Fluidleitungen (in 4 nicht gezeigt), beispielsweise einer Kraftstoffzuleitung oder einer Gasableitung, verschiedener Durchmesser, die jeweils auf einen Abschnitt 33, 34, 35 abgestimmt sind, verbunden werden kann.
Die Ausführung mit unterschiedlich breiten Außendurchmessern des Anschlussstückes 31 ermöglicht es auch flexible Schlauchleitungen mit unterschiedlichen Innendurchmessern mit dem Heizmodul 26 zu verbinden. Dazu wird ein Ende der Schlauchleitung über das rohrförmige Anschlussstück gestülpt und geht mit dem Abschnitt 33, 35, 35 des Anschlussstückes 31 eine kraftschlüssige Verbindung ein, dessen Außendurchmesser zwar größer als der Innendurchmesser des Schlauches ist, über den der Schlauch jedoch, aufgrund der flexiblen Schlauchstruktur trotzdem herüber geschoben werden kann.
In einer anderen Alternative ist es möglich, die verschiedenen Außenseiten der Abschnitte 33, 34, 35 mit Außengewinden zu versehen, die an genormte Schraubverbindungen für Rohrleitungen angepasst sind.
Auch wenn das zylindrische Anschlussstück 31 der 3 drei Absätze 33, 34 und 35 mit unterschiedlichen Außendurchmessern aufweist, so ist die Anzahl der Abschnitte nicht auf genau drei beschränkt, sondern kann jede beliebige Anzahl sein.
In 4 ist die beheizbare Kraftstoffleitung 1 der 3 bereits in das Gehäuse 27 des Heizmoduls 26 eingesetzt. Wie bereits erwähnt, ist der schraubförmig gewundene Abschnitt 25 des Verdampfungsrohrs 12 entlang der Mantelfläche 29 der Verdampfungskammer 51 angeordnet. Der ausleitende gerade Rohrabschnitt 47 ist im Innenraum des rohrförmigen Ausschlussstückes 31 angeordnet. Dabei schließt die Auslassöffnung 13 des röhrenförmigen Heizwiderstandes 12 bündig mit dem Ende des Anschlussstückes 31 ab, welches vom Boden 30 des Gehäuses entfernt liegt.
Die offene Seite des Gehäuses 27 der 4 ist durch einen Deckel 28 verschlossen. An seinem äußeren Rand weist der Deckel 28 einen umlaufenden Kragen 36 auf, der reibschlüssig an der Innenseite des Gehäusemantels 29 eingepresst anliegt.
Die reibschlüssige Verbindung von Gehäuse 27 und Deckel 28 kann auch durch eine formschlüssige Verbindung, wie beispielsweise einen Bajonettverschluss, eine Schraub- oder Clipverbindung ersetzt werden.
Der Deckel 28 des Heizmoduls 26 weist zwei Öffnungen 37 und 38 auf. Die Öffnung 37 stellt lediglich ein Loch im Deckel 28 dar, welches in etwa mittig zwischen dem Mittelpunkt und dem Rand des Deckels ausgeformt ist. Die zweite Durchgangsöffnung 38 des Deckels 28 liegt in dessen Mittelpunkt und mündet in eine einströmseitigen Anschlussnase 39, welche aus der nach außen weisenden Fläche des Deckels 28 herausragt.
Die Anschlussnase 39 stellt den einströmseitige Anschlussstutzen des Heizmoduls 26 dar und entspricht in seiner äußeren Geometrie im Wesentlichen im ausströmseitigen rohrförmigen Anschlussstück 31. Im unterschied zum Anschlussstück 31 weist die Anschlussnase 39 jedoch lediglich zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Außendurchmessern 40 bzw. 41 auf. Die Außengeometrie der Anschlussnase 39 ist, wie das ausströmseitige Anschlussstück 31 so ausgelegt, dass eine Kraftstoffzuleitung (in 3 nicht dargestellt) fluidleitend an der Anschlussnase 39 mit dem Heizmodul 26 verbunden werden kann.
Auch die einströmseitige Anschlussnase 39 bildet einen Hohlkörper, in welchem der einströmseitige gerade Rohrverdampferabschnitt mit der Einlassöffnung 11 mündet. Folglich fließt ein Flüssigkraftstoff, wenn eine Kraftstoffzuleitung an die Anschlussnase 39 angeschlossen ist, aus der Kraftstoffleitung direkt in die Einlassöffnung 11 des rohrförmigen Heizwiderstandes 12.
Um das Eintreten von Flüssigkraftstoff ins Innere 51 des Gehäuses 27 zu verhindern, weist die Anschlussnase 39 an ihrer innenliegenden Oberfläche einen Dichtabsatz 43 auf. An diesem Dichtabsatz 43 liegt ein Dichtelement 44, beispielsweise ein O-Ring an, wodurch sich eine fluiddichte Verbindung der Einströmöffnung 38 der Anschlussnase 39 mit der Einlassöffnung 11 der beheizbaren Kraftstoffleitung ausbildet.
Abschließend wird noch kurz auf die elektrische Kontaktierung der erfindungsgemäßen beheizbaren Kraftstoffleitung 1 des Heizmoduls 26 der 4 eingegangen. Die ausströmseitige Auslassöffnung 13, welche im röhrenförmigen Anschlussstück 31 des Gehäuses 27 mündet und aus welcher der verdampfte Kraftstoff aus dem Heizmodul austritt, ist am Gehäuse auf Masse gelegt. Dies ist möglich, wenn das Gehäuse 27 aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht.
Wie 4 zeigt, reicht die Isolationsschicht 20 am ausströmseitigen Abschnitt 47 des Rohrverdampfers 12 bis weit in das röhrenförmige Anschlussstück 31 hinein. Lediglich das endständige Stück im Bereich der Ausströmöffnung 13 ist nicht elektrisch isolierend. Dieser Abschnitt der Kraftstoffleitung 1 steht elektrisch leitend mit dem Innenrohr des äußersten Absatzes 35 des Anschlussstückes 31 in Verbindung. An der Stelle, wo das Anschlussstück 1 einen geringeren Innendurchmesser aufweist, ist der endständige Rohrabschnitt 47 somit einerseits reibschlüssig am Anschlussstück 31 befestigt. Andererseits findet hier auch die elektrische Kontaktierung am Gehäuse 27 statt, so dass dieser Bereich des Rohrheizers auch eine elektrische Kontaktstelle 15 darstellt.
Am einströmseitigen Ende des Rohrverdampfers 12 liegt die Kontaktstelle 14 im Bereich des ersten Umlenkungsbereiches 22. Eine elektrische Zuleitung 16 ist durch das Loch 37 im Deckel 28 des Gehäuses 27 durchgeführt und mit der Kontaktstelle 14 elektrisch leitend verbunden.
Gemäß der Ausführung der 4 ist der elektrische Leiter 16 mit der einströmseitigen Kontaktstelle 14 verschweißt. Es kann jedoch jede beliebige stoffschlüssige, kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter 16 und der Kontaktstelle 14 der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 eingesetzt werden. Denkbar ist insbesondere ein Kleben, Löten oder Verklemmen.
Um eine Isolation des einströmseitigen Endes des Rohrverdampfers 12 gegenüber dem Deckel 28 des Gehäuses 27 zu gewährleisten, ist ein Isolationskörper 45 kraftschlüssig in die Innenseite der Einströmöffnung 38 der Anschlussnase 39 eingepresst.
Der Isolationskörper 45 isoliert jedoch nicht nur das Widerstandsmaterial des Rohrverdampfers 12 gegenüber dem Deckel 28, sondern bildet vielmehr ein Befestigungselement, das sowohl die Einströmöffnung 11 im Bereich der Anschlussnasen 39 fixiert als auch das Dichtelement 44 gegen den Dichtabsatz 43 drückt.
Die obigen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar, deren Merkmale beliebig kombiniert oder modifiziert werden können. So kann beispielsweise die Lage der Anschlussnase 39 und des röhrenförmigen Anschlussstü ckes 31 der 4 auch im Mantelbereich der zylinderförmigen Verdampfungskammer 29 des Gehäuses 37 angeordnet sein, wenn die einström- bzw. ausströmseitigen geraden Fluidabschnitte des Verdampfungsrohres 12 tangential in die schraubenförmige Raumstruktur überführt werden.
Ferner ist es möglich, das Gehäuse 27 des Heizmoduls 26 mit Befestigungsstellen zu versehen, an denen das Heizmodul 26 am dem angebracht werden kann, wo der Flüssigkraftstoff verdampft werden soll. So kann das Heizmodul beispielsweise in eine Abgasleitung 8 eingesetzt oder zwischengesetzt werden, wenn das Gehäuse 27 für den Abgasstrom 7 durchlässig ausgebildet ist. Dies hätte den Vorteil, dass Wärme, die über die Isolationsschicht 20 an der Außenfläche des röhrförmigen Heizverdampfers 12 abgegebene wird, gleichzeitig dazu benutzt werden kann, den Abgasstrom vorzuwärmen.
Des weiteren kann die Kraftstoffleitung 1 auch an beiden endständigen Bereichen am Gehäuse 27 auf Masse angelegt sein. Eine dritte elektrische Kontaktstelle, welche mit der elektrischen Zuleitung verbunden ist, könnte gemäß dieser Ausführung an einer beliebigen Stelle des röhrenförmigen Heizwiderstandes 12, vorzugsweise in der Mitte des Heizrohres 12 angeordnet sein. Somit wäre die beheizbare Kraftstoffleitung 1 in zwei rohrförmige Widerstandsheizelemente unterteilt, die sich jeweils zwischen der Kontaktstellen und den auf Masse gelegten Stellen erstrecken.
Schließlich können die endständigen Bereiche der Zuführungs- 46 und/oder der Ausleitungsabschnitte 47 bei der Ausführung der 3 ebenfalls mit Anschlussstellen, beispielsweise einem Außengewinde, versehen sein, an welchen eine Kraftstoffzuleitung 10 fluidleitend mit der beheizbaren Kraftstoffleitung 1 verbunden werden kann.

Claims

Beheizbare Rohrleitung (1), insbesondere Kraftstoffleitung zur Erwärmung und/oder Verdampfung beispielsweise eines Flüssigkraftstoffes (4), wobei die Rohrleitung (1) ein fluidleitendes Heizrohr (12) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff umfasst, dessen Innenfläche (53) den Strömungsquerschnitt (52) der Rohrleitung (1) bildet und an dessen Außenfläche (54) wenigstens zwei Kontaktstellen (14, 15) angeordnet sind, an denen das Heizrohr (12) elektrisch kontaktierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (12) wenigstens einen Heizabschnitt (50) bildet, der sich in axialer Richtung (A) des Heizrohres (12) erstreckt und der von zwei Kontaktstellen (14, 15), die in axialer Richtung (A) des Heizrohres (12) voneinander beabstandet angeordnet sind, begrenzt ist.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Heizabschnitts (50) mehrerer Außendurchmesser des Heizrohres (12) beträgt.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (12) ein aus einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigt ist.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (12) ein Edelstahlrohr ist.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitenden Werkstoff des Heizrohres (12) ein Kaltleiterwiderstand ist.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach einem der obengenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (12) zumindest abschnittsweise zu einer Ebenen- oder Raumstruktur (25) verformt ist.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (12) mindestens abschnittsweise schraubenförmig gewunden ist.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach einem der obengenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (54) des Heizrohres (12) zumindest abschnittsweise von einer elektrischen Isolationsschicht (20) umschlossen ist.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Isolationsschlauch (20a) das Heizrohr (12) ummantelt.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsschlauch (20a) aus Glasseide gefertigt ist.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach einem der obengenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (12) zumindest abschnittsweise in einem Gehäuse (27) angeordnet ist.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (27) einen Topf (29, 30) aufweist, entlang dessen innerer Mantelfläche (29) die Raumstruktur (25) zumindest abschnittsweise verläuft.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (30) des Topfes (29, 30) eine Durchgangsöffnung (32) aufweist.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass außen an der Bodenfläche (30) des Topfes (29, 30) ein rohrförmiger Anschlussstutzen (31), der in der Durchgangsöffnung (32) mündet, zum Anschluss einer Fluidleitung (8, 10) ausgebildet ist.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (29, 30) des Gehäuses (27) mit einem Deckel (28) verschlossen ist.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (28) eine Durchgangsöffnung (37) und einen Anschlussstutzen (39), der in der Durchgangsöffnung (37) des Deckels (28) mündet, aufweist.
Beheizbare Rohrleitung (1) nach einem der obengenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenfläche (54) des röhrenförmigen Heizwiderstandes wenigstens drei Kontaktstellen angeordnet sind.
Heizmodul (26) zur Erwärmung und/oder Verdampfung von beispielsweise Flüssigkraftstoffen (4) mit einer einströmseitigen Anschlussstelle (31, 39, 46, 47), welche mit einer Fluidleitung (10), insbesondere einer Kraftstoffzuleitung (10) fluidleitend verbindbar ausgestaltet ist, gekennzeichnet durch eine beheizbare Rohrleitung (1) gemäß einem der obengenannten Ansprüche, wobei die beheizbare Rohrleitung (1) eine einströmseitiges Einlassöffnung (13) aufweist, welche so im Bereich der einströmseitigen Anschlussstelle (31, 39, 46, 47) mündet, dass die beheizbare Rohrleitung (1) fluidleitend mit der Fluidleitung (10) in Verbindung steht, wenn das Heizmodul (26) an die Fluidleitung (10) angeschlossen ist.