-
Die
Erfindung betrifft einen Flüssigkraftstoffbrenner
mit einem porenbehafteten Brennrohr.
-
Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines
Flüssigkraftstoffbrenners
mit einem porenbehafteten Brennrohr.
-
Moderne
Flüssigkraftstoffbrenner
weisen einen Brennraum auf, dem über
Durchbrüche
in einer den Brennraum zumindest teilweise umgebenden Ummantelung
Brennluft zugeführt
wird. Im Inneren der Brennkammer vermischt sich die zugeführte Brennluft
mit dem ebenfalls zugeführten
Brennstoff, wird verbrannt und verlässt den Brennraum über ein nachgeordnetes
Flammrohr. Bislang verwendete Brennrohre werden insbe sondere aus
einem halbseitig gelochten Metallblech gefertigt, welches zu einem Rohr
gerollt und verschweißt
wird, wobei die Lochung zur Zufuhr von Brennluft dient.
-
Nachteilig
bei dieser Konstruktion sind insbesondere die auftretenden starken
Rußabscheidungen
an der Brennrohrwand, die aufgrund der Kühlung durch die zugeführte Brennluft
insbesondere neben den Durchbrüchen
auftreten. Eine Selbstreinigungsfunktion des Brennrohrs in Form
eines selbsttätigen Rußabbrandes
ist nicht gegeben und weiterhin können starke Deformierungen
des Brennrohrs durch die thermische Beanspruchung zu Undichtigkeiten
und damit zu einem verschlechterten Brennverhalten führen.
-
Aus
der
WO 2006/056180
A1 ist bereits bekannt, Teile eines Brenners in einem Sinterprozess aus
einem hochfesten Fasergewebe herzustellen, wobei deren Oberfläche Poren
aufweisen kann.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkraftstoffbrenner mit einem
verbesserten Betriebsverhalten hinsichtlich des Rußabbrandes
bereitzustellen und eine bessere thermische Stabilität gegenüber Temperaturschwankungen
zu erreichen.
-
Diese
Aufgabe wird durch das Merkmal des unabhängigen Anspruchs gelöst.
-
Vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Der
erfindungsgemäße Flüssigkraftstoffbrenner
baut auf dem gattungsgemäßen Stand
der Technik dadurch auf, dass die in dem Brennrohr vorhandenen Poren
Luftkanäle
bilden, durch die Brennluft hindurchströmt. Durch die Kopplung einzelner Poren
zu das Brennrohr durchstoßenden
Luftkanälen wird
eine Sekundärströmung von
Brennluft neben den in dem Brennrohr vorhandenen Durchbrüchen erzeugt.
Auf diese Weise bildet sich an der der Brennkammer zugewandten Seite
des Brennrohrs eine dünne
Schicht ständig
nachströmender
Brennluft aus, die eine Anlagerung von Ruß an dem Brennrohr verhindert.
Falls dennoch Rufablagerungen auf dem Brennrohr entstehen, zum Beispiel
während
des Abschaltens des Flüssigkraftstoffbrenners,
kann der abgelagerte Ruß in
einfacher Weise von der durch die Luftkanäle strömenden Brennluft erreicht und
abgebrannt werden. Ein Brennrohr mit einer solchen offenen Porenstruktur
ist besser geeignet, thermischen Belastungen zu widerstehen, als
ein massiv gefertigtes Brennrohr. Durch die offene Porenstruktur
des Brennrohrs können
sich weniger Spannungen innerhalb des Brennrohrs aufbauen, wodurch
die Verformung bei Erwärmung
beziehungsweise Abkühlung geringer
ausfällt.
-
Besonders
bevorzugt ist dabei, dass die Zuführung von Brennluft in das
Brennrohr nur über
die Luftkanäle
bildenden Poren erfolgt. Wenn die durch die Poren gebildeten Luftkanäle zusammen
einen ausreichend großen
Strömungsquerschnitt
durch das Brennrohr bereitstellen beziehungsweise der an dem Brennrohr
abfallende Staudruck durch die Luftkanäle niedrig genug ist, können die
Durchbrüche
in Form von gebohrten Löchern
durch das Brennrohr entfallen und die Zuführung von Brennluft ausschließlich über die
Luftkanäle bildenden
Poren erfolgen. Dies bietet insbesondere bezüglich der Fertigung des Brennrohrs
Vorteile, da der zusätzliche
Fertigungsschritt zum Erzeugen der Durchbrüche, zum Beispiel das Lochen
eines das Brennrohr bildenden Blechs, entfallen kann.
-
Insbesondere
kann vorgesehen sein, dass das Brennrohr ein gesintertes Material
umfasst. Ein gesintertes Material weist üblicherweise eine Porenstruktur
auf, die je nach angewandtem Sinterverfahren und Ausgangsmaterial
offen oder geschlossen sein kann. Eine offene Porenstruktur ist
mit ausgebildeten Luftkanälen
zu identifizieren und erlaubt ein Durchströmen der Brennrohrwand. Als
zu sinterndes Material können
insbesondere temperaturbeständige keramische
oder auch metallische Werkstoffe verwendet werden.
-
Es
kann auch vorgesehen sein, dass das Brennrohr ein geschäumtes Material
umfasst. Auch durch das Schäumen,
zum Beispiel von Metall, können
poröse
Strukturen hergestellt werden, die im Falle einer offenen Porenstruktur
wiederum mit Luftkanälen
zu identifizieren sind.
-
Nützlicherweise
kann auch vorgesehen sein, dass das Brennrohr ein Fasergewebe umfasst.
Auch ein Fasergewebe, zum Beispiel ein Drahtgewebe, kann eine einem
gesinterten Material beziehungsweise einem geschäumten Material ähnliche
offene Porenstruktur aufweisen, die wiederum den Brennluft zuführenden
Luftkanälen
gleichzusetzen ist.
-
Ein
derartiger Brenner kann vorteilhafterweise in einem Zusatzheizgerät für ein Fahrzeug
verwendet werden.
-
Alternativ
kann ein derartiger Brenner auch als Bestandteil eines Reformers
für ein
Brennstoffzellensystem eingesetzt werden. Unter einem Reformer ist
dabei insbesondere eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Synthesegases
zu verstehen.
-
Das
gattungsgemäße Verfahren
wird dadurch weiterentwickelt, dass ein Verfahrensschritt vorgesehen
wird, in dem über
Luftkanäle
verbundene Poren in dem Brennrohr ausgebildet werden. Auf diese
Weise werden die Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Flüssigkraftstoffbrenners auch
im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Brenners
umgesetzt.
-
Dies
gilt auch für
die nachfolgend angegebenen besonders bevorzugten Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Dieses
wird nützlicherweise
dadurch weitergebildet, dass der Verfahrensschritt ein Sinterverfahren
umfasst.
-
Nützlichweise
kann vorgesehen sein, dass der Verfahrensschritt ein Aufschäumen umfasst.
-
Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass der Verfahrensschritt ein Anordnen eines
Fasergewebes umfasst.
-
Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand
besonders bevorzugter Ausführungsformen
beispielhaft erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Flüssigkraftstoffbrenners;
-
2 einen
Schnitt durch ein gesintertes Brennrohr mit einer offenen Porenstruktur;
-
3 einen
Schnitt durch ein geschäumtes Brennrohr
mit einer offenen Porenstruktur;
-
4 eine
Draufsicht auf ein aus einem Fasergewebe hergestelltes Brennrohr;
-
5 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Heizgerät und
-
6 eine
schematische Darstellung eins Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellensystem.
-
In
den folgenden Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche
oder gleichartige Teile.
-
1 zeigt
eine geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Flüssigkraftstoffbrenners. Ein
dargestellter Flüssigkraftstoffbrenner 10 ist
entlang seiner Längsachse
aufgeschnitten. Der dargestellte Flüssigkraftstoffbrenner 10 umfasst
eine Brennstoffzuführung 28,
ein Verdampfervlies 32, ein Brennrohr 12 mit Löchern 52,
das eine Brennkammer 60 begrenzt, eine Hülle 56 zur
Führung
von zugeführter Brennluft 58,
eine Drallscheibe 30 und ein Flammrohr 54 sowie
eine Zündeinrichtung 26 in
Form eines Glühstiftes.
-
Über die
Brennstoffzufuhr 28 zugeführter Brennstoff wird in dem
Verdampfervlies 32 verdampft und mischt sich mit zugeführter Brennluft 58,
die über Durchbrüche in Form
von Löchern 52 und
Luftkanäle 16 aus
dem Zwischenraum zwischen Brennrohr 12 und Hülle 56 in
die Brennkammer 60 eintritt. Die Verbrennung erfolgt innerhalb
der Brennkammer 60, wobei auch Flammen in das Flammrohr 54 hinausschlagen
können.
Aufgrund der hohen Verbrennungstemperaturen können insbesondere keramische
oder metallische Werkstoffe mit einer ausreichenden Temperaturbeständigkeit
zur Herstellung eines Brennrohres 12 verwendet werden.
Die Drallscheibe 30 versetzt in den Zwischenraum zwischen
dem Brennrohr 12 und der äußeren Hülle 56 eintretende
Brennluft 58 in Rotation um das Brennrohr 12.
Exemplarisch sind lediglich zwei Löcher 52 und zwei Luftkanäle 16,
die von zusammenhängenden
Poren in dem Brennrohr 12 gebildet werden eingezeichnet.
Sind ausreichend viele Luftkanäle 16 in
dem Brennrohr vorhanden, so dass der durch das Brennrohr 12 verursachte
Staudruck für
die zugeführte
Brennluft 58 beim Übertritt
in die Brennkammer 60 ausreichend klein ist, so kann die
Anzahl beziehungsweise Größe der Löcher 52, die
als Durchbrüche
in dem Brennrohr 12 zum Übertritt von Brennluft 58 in
die Brennkammer 60 dienen verringert werden. Bei einer
ausreichenden Anzahl von Luftkanälen 16 ist
somit insbesondere ein vollständiger
Verzicht auf Löcher 52 möglich.
-
2 zeigt
einen Schnitt durch ein gesintertes Brennrohr mit einer offenen
Porenstruktur. Vergrößert, nicht
maß stabsgetreu
dargestellt ist ein Schnitt durch die Wand eines Brennrohrs 12.
Von links strömt
Brennluft 58 auf das poröse Brennrohr 12, das
aus gesintertem Material 48 besteht. Die nicht von dem
gesinterten Material 48 ausgefüllten Bereiche bilden eine
so genannte offene Porenstruktur, die Luftkanäle 16, 16' und Poren 14, 14' umfasst. Durch
die Luftkanäle 16, 16' kann von links
anströmende
Brennluft 58 durch das Brennrohr 12 hindurchtreten
und in die nicht dargestellte Brennkammer gelangen.
-
3 zeigt
einen Schnitt durch ein geschäumtes
Brennrohr mit einer offenen Porenstruktur. Im Gegensatz zu 2 ist
das in 3 dargestellte Brennrohr 12 nicht gesintert
sondern geschäumt.
Analog zu 2 ist 3 nicht
maßstabsgetreu
und es bezeichnen die schwarzen Bereiche des Brennrohrs 12 das
in der Wand des Brennrohrs 12 vorhandene Material. Die
in dem Brennrohr 12 vorhandenen Poren 14, 14', 14'' können sich beispielsweise in
Form von Luftkanälen 16, 16' durch das Brennrohr 12 erstrecken
und zugeführter
Brennluft 58 den Eintritt in die Brennkammer 60 ermöglichen.
Die Poren in dem Brennrohr 12 können beispielsweise durch Ausgasungen
in einem erstarrenden Metall erzeugt werden.
-
4 zeigt
eine Draufsicht auf ein aus einem Fasergewebe hergestellten Brennrohr.
Im Gegensatz zu den 2 und 3 ist in 4 eine
vergrößerte Draufsicht
auf ein Brennrohr 12 dargestellt, das aus einem Fasergewebe 50 aufgebaut
ist. Unter dem Begriff Fasergewebe sollen dabei alle Materialien
fallen, die aus Fäden
unterschiedlicher Dicke und Stoffzusammensetzung bestehen. Zum Beispiel
ein Drahtgewebe oder eine Keramikmatte. Mehrere Schichten eines
Fasergewebes 50 werden übereinander
angeordnet, um das Brennrohr 12 zu bilden. Die sichtbaren
weißen
Bereiche sind Luftkanäle über die
Brennluft in die Brennkammer eintreten kann. Mit zunehmender Anzahl
von Faserschichten wächst
der Staudruck des Brennrohrs 12 an.
-
5 zeigt
eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Heizgerät. Das dargestellte
Fahrzeug 20 umfasst einen Kraftstofftank 34 von
dem über
eine Förderleitung 36 Kraftstoff
zu einem Zusatzheizgerät 18 mit
einem Flüssigkraftstoffbrenner 10 gefördert wird.
Der Flüssigkraftstoffbrenner 10 umfasst
ein poröses
Brennrohr 12 und erwärmt
zugeführte
Luft, die in Form beheizter Luft 38 einem Fahrerraum 40 zugeführt wird.
-
6 zeigt
eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellensystem. Das
dargestellte Fahrzeug 20 umfasst ein Brennstoffzellensystem 24 mit
einem Kraftstofftank 34 von dem über eine Förderleitung 36 Kraftstoff
einem Reformer 22 mit einem Flüssigkraftstoffbrenner 10 zugeführt wird.
Der dem Reformer 22 zugeführte Kraftstoff wird zusammen
mit Luft 44 zumindest teilweise verbrannt und zum Aufheizen
des Brennstoffzellensystems 24 auf Betriebstemperatur beziehungsweise
zum Bereitstellen von wasserstoffreichem Reformat 46 für einen Brennstoffzellenstapel 42 verwendet,
dem neben dem wasserstoffreichen Reformat 46 noch Luft 44 zugeführt wird.
-
Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den
Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
-
- 10
- Flüssigkraftstoffbrenner
- 12
- Brennrohr
- 14
- Pore
- 14'
- Pore
- 14''
- Pore
- 16
- Luftkanal
- 16'
- Luftkanal
- 18
- Zusatzheizgerät
- 20
- Fahrzeug
- 22
- Reformer
- 24
- Brennstoffzellensystem
- 26
- Zündeinrichtung
- 28
- Brennstoffzuführung
- 30
- Drallscheibe
- 32
- Verdampfervlies
- 34
- Kraftstofftank
- 36
- Förderleitung
- 38
- beheizte
Luft
- 40
- Fahrerraum
- 42
- Brennstoffzellenstapel
- 44
- Luft
- 46
- Reformat
- 48
- gesintertes
Material
- 50
- Fasergewebe
- 52
- Loch
- 54
- Flammrohr
- 56
- Hülle
- 58
- Brennluft
- 60
- Brennkammer