DE102006019061A1

DE102006019061A1 - Verdampferbaugruppe zur Erzeugung von Brennstoffdampf

Info

Publication number: DE102006019061A1
Application number: DE102006019061A
Authority: DE
Inventors: Günter Eberspach; Andreas Kaupert
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2026-04-26
Also published as: DE102006019061B4

Abstract

Eine Verdampferbaugruppe zur Erzeugung von Brennstoffdampf, insbesondere für eine Reformeranordnung eines Brennstoffzellensystems oder ein Fahrzeugheizgerät, umfasst ein im Wesentlichen topfartiges Verdampfergehäuse (12) mit einer Umfangswandung (14) und einer Bodenwandung (16), wobei an einer Innenseite des Verdampfergehäuses (12) poröses Verdampfermedium (20) vorgesehen ist zur Aufnahme von flüssigem Brennstoff und zur Abgabe von Brennstoffdampf in das Gehäuseinnere (18), wobei dem porösen Verdampfermedium (20) eine elektrisch erregbare Heizanordnung (26) zugeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, bei Erregung einen Teilbereich des porösen Verdampfermediums (20) zu erwärmen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampferbaugruppe zur Erzeugung von Kohlenwassersoffdampf. Eine derartige Verdampferbaugruppe kann beispielsweise eingesetzt werden in Verbindung mit einer Reformeranordnung eines Brennstoffzellensystems, das in einem Kraftfahrzeug zur Erzeugung elektrischer Energie dient. Weiterhin kann eine derartige Verdampferbaugruppe eingesetzt werden bei einem Fahrzeugheizgerät, um den verdampften Brennstoff zu verbrennen und die dabei entstehende Verbrennungswärme auf ein Wärmeträgermedium, beispielsweise die in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft, zu übertragen.
Auch bei Einsatz in Verbindung mit einer Reformeranordnung eines Brennstoffzellensystems besteht die Möglichkeit, eine derartige Verdampferbaugruppe dazu zu nutzen, in einer Startphase des Brennstoffzellensystems bzw. in einer Startphase des Reformierprozesses durch Verbrennung des verdampften Brennstoffs zunächst den Reformerkatalysator auf seine Anspringtemperatur aufzuheizen. Auch bei einem Reformer, der zur Aufbereitung langkettiger Moleküle das Prinzip der KALTE-FLAMME-VERBRENNUNG nutzt, besteht das Erfordernis, den Gemischbildungsraum des Reformers so weit aufzuheizen, dass die kalte Flamme gezündet werden kann.
Um diese Vorwärmung verschiedener Systembereiche eines Reformerkatalysators zu erlangen, ist es, wie bereits vorangehend dargelegt, bekannt, zunächst den in einer Verdampferbaugruppe erzeugten Brennstoffdampf zu verbrennen und durch die dabei entstehende Verbrennungswärme verschiedene vom Abgasstrom erfasste Systembereiche zu erwärmen. Hierzu wird an der Innenseite eines Verdampfergehäuses poröses Verdampfermedium mit flüssigem Brennstoff gespeist. Das poröse Verdampfermedium verteilt diesen flüssigen Brennstoff in seinem Innenvolumenbereich durch Kapillarförderwirkung und gibt an seiner dem Innenraum eines Verdampfergehäuses zugewandt liegenden Seite dann Brennstoffdampf ab. Um diese Verdampfung vor allem in der Kaltstartphase in ausreichendem Ausmaß sicherstellen zu können, ist dem porösen Verdampfermedium eine elektrisch erregbare Heizanordnung zugeordnet, die dieses und damit auch den darin enthaltenen flüssigen Brennstoff erwärmt und somit diesen verstärkt als Dampf austreibt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verdampferbaugruppe zur Erzeugung von Brennstoffdampf vorzusehen, bei welcher vor allem in der Startphase ein Startbetrieb mit verringerter Brennstoffabdampfung ermöglicht ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Verdampferbaugruppe zur Erzeugung von Brennstoffdampf, insbesondere für eine Reformeranordnung eines Brennstoffzellensystems oder ein Fahrzeugheizgerät, umfassend ein im Wesentlichen topfartiges Verdampfergehäuse mit einer Umfangswandung und einer Bodenwandung, wobei an einer Innenseite des Verdampfergehäuses poröses Verdampfermedium vorgesehen ist zur Aufnahme von flüssigem Brennstoff und zur Abgabe von Brennstoffdampf in das Gehäuseinnere, wobei dem porösen Verdampfermedium eine elektrisch erregbare Heizanordnung zugeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, bei Erregung einen Teilbereich des porösen Verdampfermediums zu erwärmen.
Da bei der erfindungsgemäßen Verdampferbaugruppe also dafür Sorge getragen ist, dass vor allem in der Startphase, in welcher die elektrisch erregbare Heizanordnung aktiv ist, nur ein Teilbereich des porösen Verdampfermediums erwärmt werden kann, während ein anderer Teilbereich des porösen Verdampfermediums der Erwärmung nicht direkt zugänglich ist, ist dafür gesorgt, dass auch lediglich in dem durch die Erwärmung primär erfassten Teilbereich verstärkt Brennstoffdampf aus dem porösen Verdampfermedium austritt. Diese im Vergleich zu einer vollständigen Behei zung des porösen Verdampfermediums deutlich geringere austretende Brennstoffdampfmenge kann gezündet und verbrannt werden, so dass eine entsprechend geringe Verbrennungsenergiemenge und mithin eine entsprechend geringe Heizleistung in dieser Startphase bereitgestellt werden. Es kann insbesondere beim Einsatz in Verbindung mit einer Reformeranordnung dadurch sichergestellt werden, dass das Katalysatormaterial eines Reformerkatalysators durch zu starke Erwärmung, wie sie bei Verbrennung größerer Brennstoffmengen auftreten würde, nicht beschädigt wird.
Es sei hier darauf hingewiesen, dass vorangehend die Verdampfung von „Brennstoff" angesprochen wurde. Dies bezieht sich primär auf die Verdampfung von Kohlenwasserstoffen als Brennstoff, also beispielsweise Diesel oder Benzinkraftstoff, umfasst jedoch grundsätzlich jedweden in Verbindung mit einer derartigen Verdampferbaugruppe einsetzbaren aus der flüssigen Phase in die Dampfphase zu überführenden Brennstoff.
Bei einem besonders vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Brennstoffzuführleitung vorgesehen ist zum Einleiten von flüssigem Brennstoff in das poröse Verdampfermedium und dass die Heizanordnung dazu ausgebildet ist, bei Erregung den Bereich des porösen Verdampfermediums zu erwärmen, in welchem der flüssige Brennstoff aus der Brennstoffzuführleitung in das poröse Verdampfermedium eintritt. Durch das Beheizen primär desjenigen Bereichs, in welchem der Brennstoff in das poröse Verdampfermedium eingeleitet wird, wird sichergestellt, dass dort, wo auch am Beginn des Verdampfungsbetriebs zuerst Brennstoff in das poröse Verdampfermedium eintreten wird, auch sofort für Brennstoffabdampfung gesorgt werden kann. D.h., die Startprozedur des Verdampfungs- bzw. Verbrennungsbetriebs kann unmittelbar mit Beginn der Brennstoffeinspeisung ausgelöst werden. Noch während des Ablaufs dieser Startprozedur kann dann das weitere durch die Heizanordnung zumindest in dieser Phase nicht primär erwärmte poröse Verdampfermedium Brennstoff aufnehmen und in seinem Innenvolumenbereich verteilen. Dieser Vorgang wird einige Sekunden in Anspruch nehmen. In dieser Zeit kann die Ver brennung dann in demjenigen Bereich, der von der Heizanordnung erfasst ist, gestartet werden und zunächst eine geringe Wärmeenergiemenge zur Erwärmung verschiedener Systemkomponenten bereitgestellt werden. Diese bei der Verbrennung entstehende Wärme wird allmählich auch andere Bereiche des porösen Verdampfermediums miterwärmen, so dass dafür gesorgt ist, dass dann, wenn diese Bereiche ebenfalls mit Brennstoff gesättigt sind, auch dort Brennstoffdampf austreten kann und dann allmählich die Verdampfungsleistung bzw. die Heizleistung auf den Normalbetrieb angehoben wird, ohne dass die Gefahr besteht, dass in diesen von der Heizanordnung in der Startphase nicht erwärmten Teilbereichen des porösen Verdampfermediums flüssiger Brennstoff in Richtung Gehäuseinnenraum austritt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass das poröse Verdampfermedium eine Mehrzahl von Verdampfermediumbereichen umfasst und dass in Zuordnung zu jedem Verdampfermediumbereich wenigstens eine Brennstoffzuführleitung vorgesehen ist zum Einleiten von flüssigem Brennstoff in den jeweils zugeordneten Verdampfermediumbereich und dass wenigstens einen Verdampfermediumbereich einer Heizeinrichtung der Heizanordnung zugeordnet ist zur Erwärmung dieses Verdampfermediumbereichs bei Erregung der ihm zugeordneten Heizeinrichtung und wenigstens einem Verdampfermediumbereich keine Heizeinrichtung zugeordnet ist. Mit einem derartigen Aufbau wird es möglich, in der Startphase bzw. in einer Phase, in welcher nur geringere Brennstoffdampfmengen erforderlich sind, auch nur denjenigen Bereich oder diejenigen Bereiche zu speisen, welchen eine Heizeinrichtung zugeordnet ist. Andere Bereiche des porösen Verdampfermediums, die in dieser Phase nicht genutzt werden, können von der Brennstoffzufuhr noch ausgespart werden.
Alternativ ist es möglich, dass das poröse Verdampfermedium eine Mehrzahl von Verdampfermediumbereichen umfasst und dass in Zuordnung zu jedem Verdampfermediumbereich wenigstens eine Brennstoffzuführleitung vorgesehen ist zum Einleiten von flüssigem Brennstoff in den jeweils zuge ordneten Verdampfermediumbereich und dass jedem Verdampfermediumbereich eine Heizeinrichtung der Heizanordnung zugeordnet ist zur Erwärmung eines jeweiligen Verdampfermediumbereichs bei Erregung der ihm zugeordneten Heizeinrichtung, wobei wenigstens eine Heizeinrichtung der Heizanordnung unabhängig von anderen Heizeinrichtungen der Heizanordnung erregbar ist. Bei dieser Anordnung ist ebenfalls dafür gesorgt, dass in bestimmten Phasen, insbesondere in der Startphase, nur Teilbereiche eines porösen Verdampfermediums erwärmt werden, indem nur diesen Teilbereichen zugeordnete Heizeinrichtungen erregt werden. Andere Heizeinrichtungen, die in dieser Phase nicht benötigten Verdampfermediumbereichen zugeordnet sind, werden nicht erregt. Ebenso wird diesen nicht genutzten Bereichen des porösen Verdampfermediums in dieser Phase dann auch kein Brennstoff zugeführt.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn wenigstens zwei der Verdampfermediumbereiche gegen Austausch von Brennstoff voneinander getrennt sind.
Die erfindungsgemäße Verdampferbaugruppe kann beispielsweise so aufgebaut sein, dass das poröse Verdampfermedium einen zentralen Verdampfermediumbereich und um den zentralen Verdampfermediumbereich eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgenden ringsegmentartigen Verdampfermediumbereichen umfasst.
Alternativ ist es möglich, dass das poröse Verdampfermedium einen zentralen Verdampfermediumbereich und um den zentralen Verdampfermediumbereich wenigstens einen ringartigen Verdampfermediumbereich umfasst.
Unabhängig davon, ob der zentrale Verdampfermediumbereich von einem oder mehreren ringartigen, vorzugsweise koaxial zueinander liegenden Verdampfermediumbereichen umgeben ist oder von ringsegmentartigen Verdampfermediumbereichen umgeben ist, ist es aufgrund einer möglichst gleichförmigen Brennstoffeinspeisung vorteilhaft, wenn wenigstens in Zuordnung zu dem zentralen Verdampfermediumbereich eine Brennstoffzuführ leitung oder/und eine Heizeinrichtung vorgesehen ist.
Bei einer vor allem in Verbindung mit einer Reformeranordnung besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das poröse Verdampfermedium an der Bodenwandung des Verdampfergehäuses vorgesehen ist, wobei hier vorzugsweise dafür gesorgt ist, dass das poröse Verdampfermedium die Bodenwandung im Wesentlichen vollständig überdeckt.
Um die Heizanordnung vor den vor allem im Verbrennungsbetrieb vorherrschenden hohen Temperaturen zu schützen und eine Wechselwirkung mit dem abgegebenen Brennstoffsdampfs auszuschließen, wird vorgeschlagen, dass die Heizanordnung an einer vom Gehäuseinneren abgewandten Rückseite des porösen Verdampfermediums angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt:
1 in prinzipieller Darstellung einen Längsschnitt einer erfindungsgemäß aufgebauten Verdampferbaugruppe;
2 eine Prinzip-Axialansicht des porösen Verdampfermediums der 1;
3 eine der 1 entsprechende Ansicht einer alternativen Ausgestaltungsform einer Verdampferbaugruppe;
4 eine Prinzip-Axialansicht des porösen Verdampfermediums der in 3 gezeigten Verdampferbaugruppe;
5 eine weitere der 1 entsprechende Ansicht einer alternativen Ausgestaltungsform;
6 eine Prinzip-Axialansicht des porösen Verdampfermediums der in 6 gezeigten Verdampferbaugruppe;
7 eine der 2 entsprechende Ansicht einer alternativen Ausgestaltungsart eines porösen Verdampfermedium.
Die 1 und 2 zeigen eine erste Ausgestaltungsform einer Verdampferbaugruppe 10. Diese umfasst ein im Wesentlichen topfartiges Verdampfergehäuse 12 mit einer beispielsweise zylindrischen Umfangswandung 14 und einer Bodenwandung 16. Die Umfangswandung 14 und die Bodenwandung 16 können integral ausgebildet sein, also ineinander übergehend ausgebildet sein. Selbstverständlich ist es möglich, die Bodenwandung 16 als eigenständiges Bauteil oder als eigenständige Baugruppe auszugestalten und mit der Umfangswandung 14 zu kombinieren. An der dem Gehäuseinneren 18 zugewandten Seite der Bodenwandung 16 ist ein diese Bodenwandung 16 vollständig überdeckendes kreisscheibenartig ausgestaltetes poröses Verdampfermedium 20 vorgesehen. Dieses aus Geflecht, Gewirk, Schaumkeramik oder dergleichen aufgebaute poröse Verdampfermedium 20 nimmt in seinem zentralen Bereich flüssigen Brennstoff von einer Brennstoffzuführleitung 22 auf. Durch die Kapillarförderwirkung wird dieser flüssige Brennstoff im Innenvolumenbereich des porösen Verdampfermediums 20 verteilt und wird dann in Richtung zum Innenraum 18 des Verdampfergehäuses 12 als Brennstoffdampf abgegeben. Ferner kann zum Verbrennen dieses Brennstoffdampfes in den Innenraum 18 über nicht dargestellte Öffnungen Luft eingeleitet werden, um ein verbrennungs- bzw. zündfähiges Gemisch aus Brennstoffdampf und Luft zu erzeugen. Diese Verbrennung kann dadurch gestartet werden, dass ein Zündorgan 24, beispielsweise ein Glühzündstift, das in Zuordnung zu dem porösen Verdampfermedium 20 vorgesehen ist, elektrisch erregt wird, um lokal so hohe Temperaturen zu erzeugen, dass die Verbrennung startet.
Dem porösen Verdampfermedium 20 ist ferner eine allgemein mit 26 bezeichnete Heizanordnung zugeordnet. Diese Heizanordnung 26 umfasst in dem in den 1 und 2 dargestellten Ausgestaltungsbeispiel eine in Form eines Heizleiters 28 bereitgestellte Heizeinrichtung 30. Dieser Heizleiter 28 ist so gelegt bzw. gewunden, dass er an der vom Innenraum 18 abgewandt liegenden Rückseite 32 des porösen Verdampfermediums 20 im Wesentlichen nur den zentralen Bereich 34 des porösen Verdampfermediums 20 überdeckt, in welchem auch die Brennstoffzuführleitung 22 den flüssigen Brennstoff in das poröse Verdampfermedium 20 einspeist. Dieser zentrale Bereich 34 ist in 1 durch eine Trennlinie 36 angedeutet.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Heizleiter 28 an der Rückseite 32 des porösen Verdampfermediums in direktem Kontakt mit diesem sein kann und somit zwischen der Bodenwandung 16 und dem porösen Verdampfermedium 20 festgehalten sein kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Heizleiter 28 in ein eine Zwischenlage bildendes Material einzubetten, so dass die vom Heizleiter 28 bei Erregung abgegebene Wärme über dieses Einbettungsmaterial dann auf das poröse Verdampfermedium 20 übertragen wird, jedoch auch primär in demjenigen Bereich, in welchem der Heizleiter 28 liegt. Es sei in diesem Zusammenhang weiter darauf hingewiesen, dass bei Erregung des Heizleiters 28 verstärkt der zentrale Bereich 34 des porösen Verdampfermediums 20 erwärmt wird, selbstverständlich aber auch über das poröse Verdampfermedium selbst bzw. andere Wärme übertragende Bauteile der im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht von der Heizeinrichtung 30 erfasste weiter radial außen liegende Bereich 38 des porösen Verdampfermediums miterwärmt wird. Diese Miterwärmung wird jedoch mit wesentlich geminderter Intensität bzw. auch deutlicher Zeitverzögerung auftreten, so dass grundsätzlich davon ausgegangen wird, dass der durch die Erwärmung der Heizeinrichtung 30 erzielte Effekt, nämlich die verstärkte Brennstoffabdampfung aus dem porösen Verdampfermedium 20, primär dort erzielt wird, wo der Heizleiter 28 das poröse Verdampfermedium 20 überdeckt, also in dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel im zentralen Bereich 34.
Man erkennt in 1 weiterhin, dass bei dem hier dargestellten Beispiel die Verdampferbaugruppe kombiniert ist mit dem Reformermaterial 40 einer nicht weiter dargestellten Reformeranordnung. Der aus dem porösen Verdampfermedium 20 in den Innenraum 18 abgegebene Brennstoffdampf kann zusammen mit anderen Medien, beispielsweise Luft, dann in Richtung zu diesem Reformermaterial 40 strömen, um dort im Zuge des Reformierungsprozesses zu einem Wasserstoffgas enthaltenden Reformat umgesetzt zu werden. In einer Startphase, in welcher auf Grund zu niedriger Temperatur dieser Reformierungsprozess im Reformermaterial 40 nicht ablaufen kann, kann bei dem erfindungsgemäßen Aufbau durch Einleiten von flüssigem Brennstoff in das poröse Verdampfermedium und durch Erregen der Heizanordnung 26, also des Heizleiters 28, der zentrale Bereich 34 des porösen Verdampfermediums 20 erwärmt werden und dort verstärkt Brennstoffdampf in den Innenraum 18 abgegeben werden. Dieser kann durch Erregen des Zündorgans 24 mit der im Innenraum 18 ebenfalls vorhandenen Luft gezündet werden. Die bei der Verbrennung entstehende Verbrennungswärme wird in den Verbrennungsabgasen auch zu dem Reformermaterial 40 transportiert und trägt somit zu dessen Erwärmung bei. Da durch die lokal begrenzte Erwärmung des porösen Verdampfermediums 20 die Brennstoffverdampfungsmenge in dieser Startphase auch bei vergleichsweise großer Brennstoffzuführmenge begrenzt gehalten wird, wird entsprechend eine vergleichsweise geringe Wärmemenge bereitgestellt und somit die Gefahr einer Überhitzung des Reformermaterials 40 vermieden. Nach gestarteter Verbrennung und fortgesetzter Brennstoffzuführung wird der sich auch in den radial weiter außen liegenden Bereich 38 des porösen Verdampfermediums 20 verteilende flüssige Brennstoff dann auch verstärkt aus diesem Bereich in Richtung Innenraum 18 abdampfen, so dass allmählich mit der verstärkten Brennstoffabdampfung auch die bei der Verbrennung entstehende Wärmemenge hochgefahren wird. Dies kann zu einem ebenfalls allmählichen Erwärmungsprozess des Reformermaterials 40 beitragen. Ist dort eine ausreichend hohe Temperatur erreicht, so kann durch kurzzeitiges Unterbrechen der Brennstoffzufuhr dafür gesorgt werden, dass die Verbrennung zum Erliegen kommt. Daraufhin wird die Brennstoffzufuhr wieder aufgenommen und Brennstoffdampf über das poröse Verdampfermedium in den Innenraum 18 abgegeben. Dies kann dann ggf. noch durch Erregen der Heizeinrichtung 30 unterstützt werden. Der in dieser Phase dann bereitgestellte Brennstoffdampf kann, wie vorangehend bereits dargelegt, dann im Reformierungsprozess zur Erzeugung von Wasserstoffgas umgesetzt werden.
Eine abgewandelte Ausgestaltungsform ist in den 3 und 4 dargestellt. Man erkennt hier, dass neben der in den zentralen Bereich 34 des porösen Verdampfermediums 20 flüssigen Brennstoff einspeisten Leitung 22 noch vier weitere Leitungen 22a, 22b, 22c und 22d vorhanden sind. Diese münden mit einem gegenseitigen Winkelabstand von 90°, also gleichmäßigem Winkelabstand, in den äußeren Bereich 38 des porösen Verdampfermediums 20 ein und leiten somit auch direkt Brennstoff in diesen äußeren Bereich 38 ein. Alle Brennstoffleitungen 22, 22a bis 22d können von der gleichen Versorgung, also beispielsweise einer Dosierpumpe, gespeist werden, wobei an einem Verteilungsknoten, der beispielsweise auch ein veränderbares Verteilunsgvermögen aufweist, der Brennstoffstrom dann aufgeteilt wird auf die einzelnen Brennstoffzuführleitungen 22, 22a bis 22d. In der Startphase, in welcher durch die Heizanordnung 26, die so aufgebaut sein kann, wie vorangehend mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben, nur der zentrale Bereich 34 des porösen Verdampfermediums geheizt wird, kann dann vorgesehen sein, dass flüssiger Brennstoff nur über die Leitung 22 zugeführt wird. Erst dann, wenn zum Starten des Reformierungsprozesses oder ggf. eines Verbrennungsprozesses mit höherer Heizleistung eine größere Brennstoffmenge verdampft werden soll, kann dann Brennstoff auch in die Leitungen 22a bis 22d eingespeist werden.
Um dabei noch stärker Einfluss auf die Verteilung der Brennstoffeinspeisung nehmen zu können, kann, wie in 3 mit dicker Linie eingezeichnet, zwischen den Bereichen 34 und 38 des porösen Verdampfermediums 20 eine Trennung vorgesehen sein, so dass kein Brennstoff aus dem Bereich 34 in den Bereich 38 gelangen kann, und umgekehrt. Diese Trennung kann beispielsweise durch lokales Einprägen und somit Zerstören der Porenstruktur, durch Einbringen einer Trennwand, durch separates Ausgestalten und Zwischenschalten einer Trennwand, durch Einbringen eines die Poren verschließenden Mittels oder in sonstiger Weise vorgesehen werden. Weiter ist es selbstverständlich möglich, dass auch die Leitungen 22a bis 22d je nach gewünschtem oder erforderlichem Verdampfungsbetrieb mit gleichen oder unterschiedlichen Brennstoffmengen gespeist werden können.
Eine weitere abgewandelte Ausgestaltungsform ist in den 5 und 6 dargestellt. Ähnlich wie bei der vorangehend beschriebenen Ausgestaltungsform ist auch hier eine Aufgliederung der Brennstoffeinspeisung in den zentralen Bereich 34 und den radial äußeren Bereich 38 vorgesehen. Dieser radial äußere Bereich 38 ist jedoch, beispielsweise in Zuordnung zu den vier Brennstoffzuführleitungen 22a bis 22d, in vier Segmente 38a, 38b, 38c und 38d untergliedert. Jedes dieser Segmente 38a bis 38d wird also von einer dafür vorgesehenen Brennstoffzuführleitung 22a bis 22d mit Brennstoff versorgt. Auch kann es für eine weitere Beeinflussung der Brennstoffverteilung vorteilhaft sein, ähnlich wie vorangehend beschrieben, diese einzelnen Segmente oder Teilbereiche voneinander zu trennen, um dafür zu sorgen, dass in jedem der Teilbereiche 34, 38a bis 38d des porösen Verdampfermediums tatsächlich auch nur der Brennstoff verdampft wird, der durch die zugeordnete Brennstoffzuführleitung 22, 22a bis 22d dort eingespeist wird. Weiterhin weist bei der in 5 und 6 dargestellten Ausgestaltungsform die Heizanordnung 26 nicht nur in Zuordnung zu dem zentralen Bereich 34 eine Heizeinrichtung auf, die so ausgebildet sein kann, wie die in 2 gezeigte Heizeinrichtung 30, sondern weist darüber hinaus in Zuordnung zu mehreren, vorzugsweise allen der Segmente 38a bis 38 des radial äußeren Bereichs 38, weitere Heizeinrichtungen auf, von welchen in 6 nur die Heizeinrichtung 30d des Teilbereichs 38d dargestellt ist. Auch diese Heizeinrichtung 30d kann einen Heizleiter 28d aufweisen, der so verläuft bzw. gewunden ist, dass er im Wesentlichen den ihm zugeordneten Teilbereich 38d des porösen Verdampfermediums 20 überdeckt und somit im Wesentlichen nur in diesen Teilbereich Wärme einträgt.
Mit dieser Ausgestaltungsform wird es möglich, ein noch differenzierteres Verdampfungsverhalten zu erzielen, bei welchem nicht nur Teilbereiche des porösen Verdampfermediums separat gespeist werden können, sondern auch separat erwärmt werden können, um somit gezielt Einfluss auf das lokale Abdampfungsverhalten zu erlangen. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, in einer Startphase, in welcher dann lokal das poröse Verdampfermedium erwärmt werden soll, primär dort einzuspeisen, wo auch das Zündorgan 24 vorhanden ist, um in diesem lokalen Bereich nicht nur hohe Temperaturen, sondern auch die erforderliche Brennstoffdampfmenge bereitzustellen.
Bei der in den 5 und 6 dargestellten Ausgestaltungsvariante ist durch das Bereitstellen einer Vielzahl von Heizeinrichtungen für die verschiedenen Teilbereiche 34, 38a bis 38d des porösen Verdampfermediums 20 ebenfalls die Möglichkeit gegeben, dieses nur lokal durch Erregen der jeweils einem Teilbereich zugeordneten Heizeinrichtung zu erwärmen. D.h., auch hier besteht die Möglichkeit, in einer Startphase eine vergleichsweise geringe Brennstoffmenge zu verdampfen, mit der Folge, dass die dann startende und ablaufende Verbrennung zu einer vergleichsweise geringen Heizleistung führen wird. Damit kann insbesondere in Verbindung mit einer Reformeranordnung dafür gesorgt werden, dass diese allmählich mit zunächst vergleichsweise geringer Heizleistung erwärmt wird. Die Heizleistung bzw. Brennstoffdampfmenge kann beispielsweise dann dadurch erhöht werden, dass bei der in den 5 und 6 gezeigten Ausgestaltungsvariante sukzessive weitere Teilbereiche des porösen Verdampfermediums erwärmt und diesen dann über die jeweils zugeordnete Brennstoffzuführleitung Brennstoff zugeführt wird.
Eine weitere alternative Ausgestaltungsart ist in 7 gezeigt. Man erkennt hier eine Anordnung von mehreren koaxial zueinander liegenden Verdampfermediumbereichen mit dem zentralen Bereich 34 und mehreren diesen ringartig umgebenden Verdampfermediumbereichen 38a, 38b und 38c. Die Brennstoffzuführleitung 22 mündet in den zentralen Bereich 34 ein, dem auch wieder die Heizeinrichtung 30 in Form eines Heizleiters 38 zugeordnet ist. In diesem dargestellten Beispiel können auch zumindest einigen der ringartigen Bereiche 38a, 38b, 38c in 7 nicht weiter dargestellte Heizeinrichtungen zugeordnet sein, um auch diese Bereiche unabhängig von jeweils anderen Bereichen gezielt erwärmen zu können und somit dort die Brennstoffabdampfung unterstützen zu können. Von Bedeutung ist jedoch, dass der Verdampfermediumbereich, nämlich der zentrale Bereich 34, in welchem die Brennstoffeinspeisung stattfindet, separat von den anderen Bereichen geheizt werden kann. Selbstverständlich ist es hier auch möglich, den anderen, ringartig ausgestalteten Bereichen 38a, 38b, 38c zusätzlich weitere Brennstoffzuführleitungen zuzuordnen, die über den Umfang verteilt zueinander liegen können, um somit gezielt die Einspeisung des Brennstoffs beeinflussen zu können und in Abhängigkeit von der vorgenommenen Einspeisung auch gezielt lokal verschieden heizen zu können.

Claims

Verdampferbaugruppe zur Erzeugung von Brennstoffdampf, insbesondere für eine Reformeranordnung eines Brennstoffzellensystems oder ein Fahrzeugheizgerät, umfassend ein im Wesentlichen topfartiges Verdampfergehäuse (12) mit einer Umfangswandung (14) und einer Bodenwandung (16), wobei an einer Innenseite des Verdampfergehäuses (12) poröses Verdampfermedium (20) vorgesehen ist zur Aufnahme von flüssigem Brennstoff und zur Abgabe von Brennstoffdampf in das Gehäuseinnere (18), wobei dem porösen Verdampfermedium (20) eine elektrisch erregbare Heizanordnung (26) zugeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, bei Erregung einen Teilbereich des porösen Verdampfermediums (20) zu erwärmen.
Verdampferbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennstoffzuführleitung (22; 22a, 22b, 22c, 22d) vorgesehen ist zum Einleiten von flüssigem Brennstoff in das poröse Verdampfermedium (20) und dass die Heizanordnung (26) dazu ausgebildet ist, bei Erregung den Bereich des porösen Verdampfermediums (20) zu erwärmen, in welchem der flüssige Brennstoff aus der Brennstoffzuführleitung (22; 22a, 22b, 22c, 22d) in das poröse Verdampfermedium (20) eintritt.
Verdampferbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Verdampfermedium (20) eine Mehrzahl von Verdampfermediumbereichen (34, 38) umfasst und dass in Zuordnung zu jedem Verdampfermediumbereich wenigstens eine Brennstoffzuführleitung (22; 22a, 22b, 22c, 22d) vorgesehen ist zum Einleiten von flüssigem Brennstoff in den jeweils zugeordneten Verdampfermediumbereich (34, 38) und dass wenigstens einem Verdampfermediumbereich (34) eine Heizeinrichtung (30) der Heizanordnung (26) zugeordnet ist zur Erwärmung dieses Verdampfermediumbereichs (34) bei Erregung der ihm zugeordneten Heizeinrichtung (30) und wenigstens einem Verdampfermediumbereich (38) keine Heizeinrichtung zugeordnet ist.
Verdampferbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Verdampfermedium (20) eine Mehrzahl von Verdampfermediumbereichen (34, 38a, 38b, 38c, 38d) umfasst und dass in Zuordnung zu jedem Verdampfermediumbereich (34, 38a, 38b, 38c, 38d) wenigstens eine Brennstoffzuführleitung (22; 22a, 22b, 22c, 22d) vorgesehen ist zum Einleiten von flüssigem Brennstoff in den jeweils zugeordneten Verdampfermediumbereich (34, 38a, 38b, 38c, 38d) und dass jedem Verdampfermediumbereich (34, 38a, 38b, 38c, 38d) eine Heizeinrichtung (30, 30a, 30c, 30d) der Heizanordnung (26) zugeordnet ist zur Erwärmung eines jeweiligen Verdampfermediumbereichs (34, 38a, 38b, 38c, 38d) bei Erregung der ihm zugeordneten Heizeinrichtung (30, 30a, 30c, 30d), wobei wenigstens eine Heizeinrichtung (30, 30a, 30c, 30d) der Heizanordnung (26) unabhängig von anderen Heizeinrichtungen (30, 30a, 30c, 30d) der Heizanordnung (26) erregbar ist.
Verdampferbaugruppe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Verdampfermediumbereiche (34, 38; 34, 38a, 38b, 38c, 38d) gegen Austausch von Brennstoff voneinander getrennt sind.
Verdampferbaugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Verdampfermedium (20) einen zentralen Verdampfermediumbereich (34) und um den zentralen Verdampfermediumbereich (34) eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgenden ringsegmentartigen Verdampfermediumbereichen (38a, 38b, 38c, 38d) umfasst.
Verdampferbaugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Verdampfermedium (20) einen zentralen Verdampfermediumbereich (34) und um den zentralen Verdampfermediumbereich (34) wenigstens einen ringartigen Verdampfermediumbereich (38; 38a, 38b, 38c) umfasst.
Verdampferbaugruppe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in Zuordnung zu dem zentralen Verdampfermediumbereich (34) eine Brennstoffzuführleitung (22) oder/und eine Heizeinrichtung (30) vorgesehen ist.
Verdampferbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Verdampfermedium (20) an der Bodenwandung (16) des Verdampfergehäuses (12) vorgesehen ist.
Verdampferbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Verdampfermedium (20) die Bodenwandung (16) im Wesentlichen vollständig überdeckt.
Verdampferbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizanordnung (44) an einer vom Gehäuseinneren (18) abgewandten Rückseite (32) des porösen Verdampfermediums (20) angeordnet ist.