DE102005034888A1

DE102005034888A1 - Flüssigkeitsverdampfer

Info

Publication number: DE102005034888A1
Application number: DE102005034888A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Baumann
Original assignee: Beru AG
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-01

Abstract

Flüssigkeitsverdampfer insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Der Flüssigkeitsverdampfer weist einen Körper (1), einen Heizstab (2), der vom Körper (1) gehalten ist und von diesem einseitig vorsteht, ein Schutzrohr (5), das am Körper (1) angebracht ist über den vorstehenden Teil des Heizstabes (2) umgibt, einen Verdampferraum mit wenigstens einer Auslassöffnung (7), der zwischen dem Schutzrohr (5) und dem Heizstab (2) gebildet ist, und eine Flüssigkeitszufuhreinrichtung (4) auf, die seitlich am Körper (1) angebracht ist und die zu verdampfende Flüssigkeit dem Verdampferraum körperseitig radial zuführt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsverdampfer, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger Flüssigkeitsverdampfer ist aus der DE 37 16 411 C2 bekannt und dient dazu, Kraftstoff oder Brennstoff zu verdampfen, bevor dieser verbrannt wird.
Bei dem bekannten Flüssigkeitsverdampfer ist eine Flüssigkeitszufuhreinrichtung vorgesehen, die für eine zum Verdampfer koaxiale Zuführung mittels eines Kapillarrohres sorgt, das durch den Heizstab hindurchgeht und an der dem Körper abgewandten Seite des Heizstabes im Verdampferraum mündet.
Bei einem derartigen Flüssigkeitsverdampfer, der in Form eines Kapillarverdampfers ausgebildet ist, ist es als nachteilig anzusehen, dass der Durchsatz an zu verdampfender Flüssigkeit begrenzt ist und die Gefahr des Verkokens in dem Kapillarrohr besteht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, einen Flüssigkeitsverdampfer nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, der eine geringere Verkokungsneigung zeigt und die Flüssigkeit mit einem höheren Durchsatz verdampfen kann.

Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsverdampfer soll darüber hinaus kompakt ausgebildet sein und sich für verschiedene Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, Dieselkraftstoff und Harnstoff eignen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die im Patentanspruch 1 angegeben ist.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverdampfers sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 11.

Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsverdampfer hat ersichtlich einen einfachen Aufbau, da insbesondere der Heizstab aus der üblichen Glühkerzen- oder Flammglühkerzenfertigung in Großserie herstellbar ist.

Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsverdampfer ist für verschiedene Flüssigkeiten einsetzbar und zeigt bei der Verdampfung von Dieselkraftstoff eine geringe Verkokungsneigung.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der erfindungsgemäße Flüssigkeitsverdampfer gute Regeleigenschaften zeigt und bei einer kurzzeitigen Veränderung des Durchsatzes an zu verdampfender Flüssigkeit keine Flüssigkeit austritt.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Verwendung des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverdampfers, die Gegenstand des Anspruchs 12 ist.

Im Folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverdampfers in einer Schnittansicht.
Der in der Zeichnung dargestellte Flüssigkeitsverdampfer weist einen Körper 1 zum Einbau des Flüssigkeitsverdampfers auf, der einen Heizstab 2 hält, der elektrisch beheizt wird und vom Körper 1 einseitig vorsteht. Am Körper 1 ist eine Flüssigkeitszufuhreinrichtung 4 seitlich vorgesehen, die beispielsweise eine Querbohrung hat oder aus einem Anschlussnippel besteht. Diese Flüssigkeitszufuhreinrichtung 4 ist radial zum Heizstab 2 und zum Körper 1 und seitlich an diesem angeordnet.
Der vom Körper 1 vorstehende Teil des Heizstabes 2 ist mit einem Schutzrohr 5 umgeben, derart, dass zwischen dem Schutzrohr 5 und dem Heizstab 2 ein Verdampferraum gebildet ist.
Zwischen dem Körper 1 und dem Heizstab 2 ist, ausgehend von der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 4 in Richtung auf das vorstehende Ende des Heizstabes 2, ein Zwischenraum 6, insbesondere ein Ringraum vorgesehen, der einen ersten Teil des Verdampferraumes bildet und in den Ringraum zwischen dem Schutzrohr 5 und dem Heizstab 2 übergeht. Der Zwischenraum 6 kann aus einem Spalt, einer Bohrung oder mehreren miteinander verbundenen Bohrungen gebildet sein.
An der dem vorstehenden Teil des Heizstabes 2 gegenüberliegenden Seite des Körpers 1 ist ein elektrischer Anschluss 3 zur Stromversorgung der Heizeinrichtungen des Heizstabes 2 vorgesehen.
Das Schutzrohr 5 weist weiterhin in der Nähe seines freien Endes wenigstens eine Austrittsöffnung 7 für den im Verdampferraum gebildeten Dampf auf. Falls mehrere Austrittsöffnungen 7 vorgesehen sind, sind diese radial angebracht und derart angeordnet, dass sie in der Einbaulage des Flüssigkeitsverdampfers in vertikaler Richtung nach oben weisen. Hierdurch wird erreicht, dass dann, wenn sich zeitweise Flüssig keit im Verdampferraum sammelt, diese nicht durch die Austrittsöffnung 7 entweichen kann, sondern durch den Heizstab 2 verdampft wird.
Die Austrittsöffnung 7 hat vorzugsweise einen relativ kleinen Durchmesser von ca. 0,5 mm.
Zur Vergrößerung der Oberfläche im Verdampferraum ist vorzugsweise sowohl die Außenfläche des Heizstabes 2, als auch die Innenfläche des Schutzrohres 5 aufgeraut oder mit Rillen oder einer gewindeartigen Struktur versehen. Möglich ist auch eine raue Beschichtung, beispielsweise mit einer porösen Keramikmasse. Eine weitere Möglichkeit der Vergrößerung der Oberfläche besteht darin, den Zwischenraum zwischen dem Heizstab 2 und dem Schutzrohr 5 mit einem Siebwickel wenigstens teilweise auszufüllen. Durch diese Maßnahme wird die Verweildauer der Flüssigkeit im Verdampferraum erhöht, wird die Verteilung der Flüssigkeit im Verdampferraum verbessert und wird eine größere Wärme abstrahlende Oberfläche erreicht. Diese Maßnahmen sind insbesondere dann bevorzugt, wenn große Durchsatzmengen gewünscht sind.
Es ist weiterhin vorteilhaft, in der Zuleitung für die zu verdampfende Flüssigkeit ein Rückschlagventil vorzusehen, um Druckwellenrückschläge in Folge von Dampfblasenbildung auf die Zuleitung zu vermeiden.
Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsverdampfer kann nicht nur für Kraft- oder Brennstoffe, sondern auch für andere Flüssigkeiten wie Wasser, aber auch Harnstoff, eingesetzt werden, der bei einem Dieselkatalysator eines Dieselmotors zur Verbesserung der NOx-Absorption in die Abgasleitung eingebracht wird, was vorzugsweise über einen Harnstoffverdampfer erfolgt.
Zu diesem Zweck ist eine Verdampfungsmenge von 0,5 bis 2 Liter Harnstoff pro Stunde erforderlich. Dieser Durchsatz ist bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverdampfer gewährleistet.
Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverdampfer kann über eine lange Lebensdauer Harnstoff verdampft werden, ohne dass Flüssigkeit austritt oder sich der Verdampferraum durch Rückstände zusetzt. Bei einer Veränderung der Durchsatzmenge kann dementsprechend mit der Heizleistung nachgeregelt werden.
In dieser Weise ist bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverdampfer eine kompakte Bauweise, beispielsweise mit einem Heizstabdurchmesser von 5 mm, einem Einschraubgewinde M12 und einer Gesamtlänge von weniger als 100 mm erreicht, die eine Verdampfung von Harnstoff ermöglicht. Durch die Verwendung von Inconel für den Heizstab 3 und das Schutzrohr 5 wird weiterhin erreicht, dass der Flüssigkeitsverdampfer auch im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine chemisch nicht angegriffen wird.

Claims

Flüssigkeitsverdampfer insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem Körper (1), einem Heizstab (2), der vom Körper (1) gehalten ist und einseitig davon vorsteht, einem Schutzrohr (5), das am Körper (1) angebracht ist und den vorstehenden Teil des Heizstabes (2) umgibt, einem Verdampferraum mit Auslassöffnung (7), der zwischen dem Schutzrohr (5) und dem Heizstab (2) gebildet ist und einer Flüssigkeitszufuhreinrichtung (4), die die zu verdampfende Flüssigkeit dem Verdampferraum zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitszufuhreinrichtung (4) an der Außenseite des Heizstabes (2) angeordnet ist und die zu verdampfende Flüssigkeit körperseitig dem Verdampferraum zuführt.
Flüssigkeitsverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitszufuhreinrichtung (4) seitlich am Körper (1) angeordnet ist.
Flüssigkeitsverdampfer nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitszufuhreinrichtung (4) die zu verdampfende Flüssigkeit dem Verdampferraum radial zuführt.
Flüssigkeitsverdampfer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Körper (1) und dem Heizstab (2) ausgehend von der Flüssigkeitszufuhreinrichtung (4) in Richtung auf das freie Ende des Heizstabes (2) ein Zwischenraum (6) vorgesehen ist, der mit dem Verdampferraum zwischen dem Heizstab (2) und dem Schutz rohr (5) einerseits und der Flüssigkeitszufuhreinrichtung (4) andererseits in Verbindung steht.
Flüssigkeitsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Auslassöffnung (7) so vorgesehen ist, dass sie in der Einbaulage vertikal nach oben weist.
Flüssigkeitsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (7) einen Durchmesser von ca. 0,5 mm hat.
Flüssigkeitsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Verdampferraum Einrichtungen zur Vergrößerung der Oberfläche vorgesehen sind.
Flüssigkeitsverdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Vergrößerung der Oberfläche aus einer Aufrauung bestehen, die an der Innenfläche des Schutzrohres (5) und/oder der Außenfläche des Heizstabes (2) vorgesehen ist.
Flüssigkeitsverdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Schutzrohres (5) und/oder die Außenfläche des Heizstabes (2) mit einer rillen- oder gewindeartigen Struktur versehen ist.
Flüssigkeitsverdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Schutzrohres (5) und/oder die Außenfläche des Heizstabes (2) mit einer porösen Keramikmasse beschichtet sind.
Flüssigkeitsverdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen dem Schutzrohr (5) und dem Heizstab (2) wenigstens teilweise mit einem Siebwickel gefüllt ist.
Verwendung eines Flüssigkeitsverdampfers in Verbindung mit einem Dieselkraftstoffkatalysator zum Verdampfen von Harnstoff und Einbringen von Harnstoff in den Abgasstrang eines Dieselmotors.