DE102011084868C5

DE102011084868C5 - Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät

Info

Publication number: DE102011084868C5
Application number: DE102011084868.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bauer
Original assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2020-07-23
Anticipated expiration: 2031-10-21
Also published as: DE102011084868B4; DE102011084868A1

Abstract

Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, umfassend eine Brennkammergehäuseanordnung (14) mit einer ersten Umfangswandung (16) und einem ersten Bodenbereich (18), wobei am ersten Bodenbereich (18) poröses Verdampfermedium vorgesehen ist zur Aufnahme von flüssigem Brennstoff aus einer Brennstoffleitung (40) und zur Abgabe von Brennstoffdampf in eine Brennkammer (24), wobei in der ersten Umfangswandung (16) wenigstens eine erste Verbrennungslufteinleitöffnung (66) vorgesehen ist zum Einleiten von Verbrennungsluft in die Brennkammer (24), ferner umfassend eine Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung (42) mit einer die erste Umfangswandung (16) wenigstens bereichsweise umgebenden zweiten Umfangswandung (48) und einem dem ersten Bodenbereich (18) wenigstens bereichsweise gegenüberliegenden zweiten Bodenbereich (46), wobei zwischen der Brennkammergehäuseanordnung (14) und der Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung (42) ein Verbrennungsluftströmungsraum (64) gebildet ist, wobei im zweiten Bodenbereich (46) wenigstens eine zweite Verbrennungslufteinleitöffnung (68) vorgesehen ist zum Einleiten von Verbrennungsluft in den Verbrennungsluftströmungsraum (64), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffleitung (40) eine zweite Verbrennungslufteinleitöffnung (68) durchsetzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampferbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei mit Verdampferbrennern aufgebauten Fahrzeugheizgeräten wird die Verbrennungsluft durch eine Verbrennungsluftförderanordnung, im Allgemeinen als Seitenkanalgebläse ausgebildet, in einen Verbrennungsluftförderraum geleitet, welcher die Brennkammergehäuseanordnung in ihrem ersten Bodenbereich und im Bereich der ersten Umfangswandung umgibt. In der Brennkammergehäuseanordnung sind in der ersten Umfangswandung oder im Bodenbereich beispielsweise an einem vom Bodenbereich nach innen in die Brennkammer abstehenden Verbrennungslufteinleitstutzen erste Verbrennungslufteinleitöffnungen gebildet, durch welche hindurch die in den Verbrennungsluftförderraum geförderte Luft in die Brennkammer eingeleitet werden kann. An der Innenseite der Brennkammergehäuseanordnung ist je nach Ort der Positionierung der ersten Verbrennungslufteinleitöffnungen entweder an der Umfangswandung oder am Bodenbereich poröses Verdampfermedium vorgesehen, welches flüssigen Brennstoff aus der Brennstoffleitung aufnimmt, ihn durch Kapillarförderwirkung zu seiner der Brennkammer zugewandt liegenden Oberfläche fördert, wo der Brennstoff dann in Dampfform in die Brennkammer abgegeben wird.
Mit dem Bestreben, Fahrzeugheizgeräte auch zur Bereitstellung vergleichsweise kleiner Heizleistungen, also mit Zufuhr nur kleiner Brennstoffmengen betreiben zu können, besteht zunehmend das Problem, dass vor allem bei Einsatz leicht siedender Brennstoffe aufgrund der kompakten Bauweise und somit der Konzentration der Wärme auf einen vergleichsweise kleinen Volumenbereich ein undefiniertes Verdampfen bzw. Sieden des Brennstoffs beispielsweise bereits im Innenbereich der Brennstoffleitung auftritt, was eine definierte Brennstoffmengenabgabe in die Brennkammer erschwert bzw. eine stabile Verbrennung bei kleinsten Heizleistungen nicht gewährleisten kann.
Die Druckschrift DE 10 2005 001 900 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines homogenen Gemisches aus Brennstoff und Oxidationsmittel, bei welcher in ein poröses Verdampfermedium eingespeister flüssiger Brennstoff verdampft und dabei in einer Mischkammer mit zugeführtem gasförmigem Oxidationsmittel (Luft) ein homogenes Luft-Brennstoff-Gemisch bildet. Dieses wird in einer an die Mischkammer angrenzenden gepackten Struktur oxidiert, so dass die Anzahl der langkettigen Kohlenwasserstoffe reduziert wird, um die Homogenität des Gemisches zu erhöhen. Dabei tritt in der Mischkammer keine Zündung des Gemisches auf.
Die Druckschrift DE 43 28 789 A1 offenbart einen brennstoffbetriebenen Verdampferbrenner, bei dem flüssiger Brennstoff über eine Brennstoffzuführleitung in ein in einer Brennkammer angeordnetes poröses Verdampfermedium eingespeist wird, wobei über entsprechende Luftzufuhröffnungen Verbrennungsluft in die Brennkammer eingespeist wird, so dass mit dem verdampften Brennstoff ein Luft-Brennstoff-Gemisch entsteht, welches mittels einer Glühkerze gezündet wird. Die dabei herangeförderte Verbrennungsluft gelangt über einen die Brennkammer wenigstens bereichsweise umgebenden Verbrennungsluftströmungsraum in die Brennkammer.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät vorzusehen, mit welchem auch bei kleinen Heizleistungen eine stabile Verbrennung gewährleistet werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Verdampferbrenner gemäß Anspruch 1, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, umfassend eine Brennkammergehäuseanordnung mit einer ersten Umfangswandung und einem ersten Bodenbereich, wobei am ersten Bodenbereich poröses Verdampfermedium vorgesehen ist zur Aufnahme von flüssigem Brennstoff aus einer Brennstoffleitung und zur Abgabe von Brennstoffdampf in eine Brennkammer, wobei in der ersten Umfangswandung wenigstens eine erste Verbrennungslufteinleitöffnung vorgesehen ist zum Einleiten von Verbrennungsluft in die Brennkammer, ferner umfassend eine Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung mit einer die erste Umfangswandung wenigstens bereichsweise umgebenden zweiten Umfangswandung und einem dem ersten Bodenbereich wenigstens bereichsweise gegenüberliegenden zweiten Bodenbereich, wobei zwischen der Brennkammergehäuseanordnung und der Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung ein Verbrennungsluftströmungsraum gebildet ist, wobei im zweiten Bodenbereich wenigstens eine zweite Verbrennungslufteinleitöffnung vorgesehen ist zum Einleiten von Verbrennungsluft in den Verbrennungsluftströmungsraum. Dabei ist, um eine baulich einfache Ausgestaltung zu realisieren, weiter vorgesehen, dass die Brennstoffleitung eine zweite Verbrennungslufteinleitöffnung durchsetzt.
Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau eines Verdampferbrenners ist durch das Bereitstellen des Verbrennungsluftströmungsraums dafür gesorgt, dass die zur Verbrennung in Richtung Brennkammer geförderte Verbrennungsluft zunächst zwangsweise denjenigen Bereich der Brennkammergehäuseanordnung umströmt, in welchem der Brennstoff eingeleitet wird, nämlich den ersten Bodenbereich mit dem daran vorgesehenen porösen Verdampfermedium. Somit ist gewährleistet, dass dieser Bereich durch die im Allgemeinen vergleichsweise kühle, weil von außen herangeförderte Verbrennungsluft gekühlt wird und eine undefinierte bzw. spontane Brennstoffverdampfung an ungewünschter Position vermieden wird. Vielmehr wird ein definierter Temperaturhaushalt insbesondere in demjenigen Bereich gewährleistet, in welchem flüssiger Brennstoff in die Brennkammergehäuseanordnung eingeleitet wird, im porösen Verdampfermedium durch Kapillarförderwirkung und ggf. auch Schwerkrafteinwirkung verteilt wird und dann in Richtung Brennkammer abgedampft wird. Dabei kann für eine gleichmäßige Verteilung der herangeförderten Verbrennungsluft auf den ersten Bodenbereich vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von zweiten Verbrennungslufteinleitöffnungen in Umfangsrichtung um eine Brennerlängsachse die Brennstoffleitung umgebend, aufeinander folgend vorgesehen ist. Um zu gewährleisten, dass die gesamte in den Verbrennungsluftströmungsraum eingeleitete Luft tatsächlich auch in die Brennkammer eintritt, wird vorgeschlagen, dass der Verbrennungsluftströmungsraum im Bereich der Umfangswandungen in Richtung einer Brennerlängsachse abgeschlossen ist. Um vermittels der Verbrennungsluft auch im zentralen, also einer Brennerlängsachse nahen bzw. diese umgebenden Bereich eine Kühlwirkung erreichen zu können, wird vorgeschlagen, dass eine zweite Verbrennungslufteinleitöffnung in einem zentralen Bereich des zweiten Bodenbereichs vorgesehen ist.
Um der in den Verbrennungsluftströmungsraum eintretenden Verbrennungsluft eine definierte Strömungsrichtung geben zu können, wird vorgeschlagen, dass wenigstens einer zweiten Verbrennungslufteinleitöffnung ein Verbrennungsluftleitelement zugeordnet ist.
Zur Weiterleitung der in der Brennkammer entstehenden Verbrennungsabgase zur thermischen Wechselwirkung mit einer Wärmetauscheranordnung kann ein Verbrennungsabgase aus der Brennkammer aufnehmendes Flammrohr vorgesehen sein. Dieses kann mit einem Endbereich einen Teil der zweiten Umfangswandung der Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung bereitstellen oder kann mit der zweiten Umfangswandung integral ausgebildet sein, so dass ein und dasselbe Bauteil sowohl die zweite Umfangswandung, diese auch ggf. integral mit dem zweiten Bodenbereich, und das Flammrohr bereitstellt.
Eine verbesserte thermische Wechselwirkung zwischen der Verbrennungsluft und dem ersten Bodenbereich durch Oberflächenvergrößerung kann dadurch erreicht werden, dass der erste Bodenbereich einen in Richtung von der Brennkammer weg gerichteten ersten kuppelartigen Erhöhungsbereich aufweist, wobei die Brennstoffleitung im ersten kuppelartigen Erhöhungsbereich in den ersten Bodenbereich einmündet.
Um dabei einen ausreichend großen Strömungsquerschnitt bereitstellen zu können, kann weiter vorgesehen sein, dass der zweite Bodenbereich einen dem ersten kuppelartigen Erhöhungsbereich im ersten Bodenbereich entsprechenden zweiten kuppelartigen Erhöhungsbereich aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeugheizgerät, umfassend einen erfindungsgemäßen Verdampferbrenner, eine Brennstoffförderanordnung zum Fördern von flüssigem Brennstoff in die Brennstoffleitung sowie eine Verbrennungsluftförderanordnung zum Fördern von Verbrennungsluft in einen die Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung umgebenden Verbrennungsluftförderraum.
Die Erfindung wird nachfolgend in Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:

1 in Längsschnittansicht ein Fahrzeugheizgerät mit einem Verdampferbrenner;
2 in axialer Ansicht einen Bodenbereich eines Verbrennungsluftführungsgehäuses des Verdampferbrenners der 1;
3 in axialer Ansicht einen Bodenbereich eines Verbrennungsluftführungsgehäuses des Verdampferbrenners der 1;
4 in axialer Ansicht einen Bodenbereich eines Verbrennungsluftführungsgehäuses des Verdampferbrenners der 1;
5 in axialer Ansicht einen Bodenbereich eines Verbrennungsluftführungsgehäuses des Verdampferbrenners der 1;
6 in axialer Ansicht einen Bodenbereich eines Verbrennungsluftführungsgehäuses des Verdampferbrenners der 1;
7 eine der 1 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausgestaltungsart.

In 1 ist ein Fahrzeugheizgerät allgemein mit 10 bezeichnet. Das Fahrzeugheizgerät 10 umfasst einen Verdampferbrenner 12 mit einer Brennkammergehäuseanordnung 14. Die Brennkammergehäuseanordnung 14 umfasst eine erste Umfangswandung 16, die in einem ihrer in Richtung einer Brennerlängsachse L gelegenen Endbereiche mit einem ersten Bodenbereich 18 verbunden ist und mit diesem eine allgemein topfartige Konfiguration bereitstellt. In ihrem anderen in Richtung der Längsachse L gelegenen Endbereich ist die erste Umfangswandung 16 nach radial innen abgekröpft und stellt eine Flammblende 20 mit einer zentralen Durchtrittsöffnung 22 bereit. Durch diese zentrale Öffnung 22 hindurch können Verbrennungsabgase eine in der Brennkammergehäuseanordnung 14 bereitgestellte Brennkammer 24 verlassen und in den von einem Flammrohr 26 umgebenen Raumbereich eintreten. Das Flammrohr 26 führt die Verbrennungsabgase in Richtung auf eine allgemein mit 28 bezeichnete Wärmetauscheranordnung zu, welche dem axial offenen Endbereich 30 des Flammrohrs 26 gegenüberliegt und dieses an seinem Außenumfang umgibt, wodurch ein Abgasströmungsraum 32 gebildet ist, in welchem die heißen Verbrennungsabgase in Richtung zu einem nicht dargestellten Verbrennungsabgasauslass strömen können.
Der erste Bodenbereich 18 ist ebenfalls topfartig, beispielsweise als Blechformteil ausgebildet und enthält ein in der 1 nicht erkennbares poröses Verdampfermedium, beispielsweise Schaumkeramik, Geflecht, Gewirk oder dgl. Der topfartige Verdampfermediumträger 34 des ersten Bodenbereichs 18 kann dabei axial an einem nach radial innen vorspringenden Anschlag 36 der Umfangswandung gehalten sein und in seinem zentralen, also der Brennerlängsachse L nahen Bereich mit einer ersten kuppelartigen Erhebung 38 ausgebildet sein. In diese mündet eine Brennstoffzuführleitung 40 ein. Durch die Brennstoffzuführleitung wird, gefördert durch eine nicht dargestellte Brennstoffförderanordnung, wie z. B. Dosierpumpe, flüssiger Brennstoff in den Verdampfermediumträger 34 eingeleitet, wobei beispielsweise vorgesehen sein kann, dass der gesamte Innenvolumenbereich des Verdampfermediumträgers 34 mit ggf. mehrfach geschichtetem, porösem Verdampfermedium gefüllt ist. Der flüssige Brennstoff verteilt sich im Innenvolumen des porösen Verdampfermediums und tritt in dampfartiger Form an einer der Brennkammer 24 zugewandten Seite desselben aus. Ebenso wie der Verdampfermediumträger 34 kann auch die erste Umfangswandung 16 als Blechformteil bereitgestellt sein. Insbesondere die erste Umfangswandung 16 kann jedoch auch als MIM- oder Gussbauteil aufgebaut sein.
Eine allgemein mit 42 bezeichnete Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung umgibt die Brennkammergehäuseanordnung 14 zumindest bereichsweise. Die Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung 42 umfasst ein ebenfalls im Wesentlichen topfartiges Gehäuseelement 44, welches einen dem ersten Bodenbereich 18 bzw. dem Verdampfermediumträger 34 im Wesentlichen in Richtung der Brennerlängsachse L gegenüberliegenden zweiten Bodenbereich 46 bereitstellt. Eine zweite Umfangswandung 48 der Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung 42 ist zum Teil bereitgestellt durch einen Umfangswandungsabschnitt 50 des Gehäuseelements 44, welcher Umfangswandungsabschnitt 50 integral mit dem zweiten Bodenbereich 46 ausgebildet sein kann. Auch das Gehäuseelement 42 kann als Blechformteil, als MIM- oder Gussteil aufgebaut sein.
Ein axialer Endbereich 52 des Flammrohrs 26 schließt im Wesentlichen bündig, d.h. mit gleichem Radialabstand zur Brennerlängsachse L, an den Umfangswandungsabschnitt 50 an und stellt somit gleichermaßen einen Teil der zweiten Umfangswandung 48 bereit. In einem Kröpfungsbereich 54 ist das Flammrohr 26 anschließend an den Endbereich 52 nach radial innen abgekröpft, bis es die Außenoberfläche der ersten Umfangswandung 16 berührt und damit beispielsweise durch Verschweißen, Verlöten, Presspassung oder dgl. verbunden ist. An seiner Außenseite ist der Endabschnitt 52 von einem im Längsschnitt L-förmig abgewinkelten, grundsätzlich die Brennerlängsachse L kreisförmig umgebenden Trägerteil 56 umgeben. Dieses kann mit dem Endabschnitt 52 des Flammrohrs 26 beispielsweise durch Verschweißen, Verlöten oder Presspassung fest verbunden sein und ist in seinem nach radial außen greifenden Bereich beispielsweise durch Verschraubung, Verschweißen oder Verlöten mit der Wärmetauscheranordnung 28 oder einem sonstigen Bauteil fest verbunden, wodurch gleichzeitig auch der Verdampferbrenner 12 bezüglich der Wärmetauscheranordnung 28 definiert positioniert ist. Am Umfangswandungsabschnitt 50 des Gehäuseelements 44 schließt ein beispielsweise kranzartig nach radial außen gebogener Verbindungsbereich 58 an, welcher mit dem Trägerteil 46 bzw. dessen nach radial außen greifenden Bereich verbunden sein kann bzw. zusammen damit, ggf. unter Zwischenlagerung jeweiliger Dichtungsformationen, an die Wärmetauscheranordnung 28 oder einen sonstigen Träger angebunden sein kann. Somit ist auch das Gehäuseelement 44 der Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung 42 definiert bezüglich der Brennkammergehäuseanordnung 14 positioniert.
Am zweiten Bodenbereich 46 des Gehäuseelements 44 sind in mehreren Umfangspositionen Ausformungen bzw. Ansätze 60 bereitgestellt. Diese pressen ein beispielsweise ringartig ausgebildetes Isolierelement 62 gegen den radial äußeren Bereich des ersten Bodenbereichs 18 bzw. des Verdampfermediumträgers 34, wodurch einerseits eine thermische Isolation zwischen dem Gehäuseelement 44 und der Brennkammergehäuseanordnung 14 realisiert ist und andererseits der erste Bodenbereich 18, d.h. der Verdampfermediumträger 34, auch durch axiale Abstützung am Anschlag 36 definiert bezüglich der ersten Umfangswandung 16 gehalten ist.
Zwischen der Brennkammergehäuseanordnung 14 und der Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung 42 ist ein Verbrennungsluftströmungsraum 64 gebildet. Dieser umfasst einen ringartigen, die Brennerlängsachse L umgebenden Volumenbereich, welche im Wesentlichen zwischen der ersten Umfangswandung 16 und der zweiten Umfangswandung 48, d.h. dem Umfangswandungsabschnitt 50 und dem Endabschnitt 52 bzw. auch dem Trägerteil 56 gebildet ist, und einen zweiten Volumenbereich, welcher im Wesentlichen senkrecht zur Brennerlängsachse L orientiert zwischen dem ersten Bodenbereich 18 der Brennkammergehäuseanordnung 14 und dem zweiten Bodenbereich 46 des Gehäuseelements 44, d.h. der Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung 42, begrenzt ist.
In der ersten Umfangswandung 16 sind beispielsweise gleichmäßig verteilt erste Verbrennungslufteinleitöffnungen 66 vorgesehen, durch welche hindurch eine Verbindung zwischen dem Verbrennungsluftströmungsraum 64 und der Brennkammer 24 gebildet ist. Im zweiten Bodenbereich 46 ist in dem in 1 dargestellten Ausgestaltungsbeispiel in einem zentralen, also die Brennerlängsachse L umgebenden bzw. dieser nahe liegenden Bereich eine zweite Verbrennungslufteinleitöffnung 68 gebildet. Durch diese erstreckt sich vorzugsweise zentrisch die Brennstoffleitung 40 hindurch. Über die zweite Verbrennungslufteinleitöffnung 68 ist der Verbrennungsluftströmungsraum 64 in Verbindung mit einem das Gehäuseelement 44 und damit auch den Verbrennungsluftströmungsraum 64 umgebenden Verbrennungsluftförderraum 70. Durch ein in 1 prinzipiell angedeutetes Verbrennungsluftgebläse 72, beispielsweise Seitenkanalgebläse, wird Verbrennungsluft von außen durch eine Förderöffnung 74 hindurch in den Verbrennungsluftförderraum 70 gefördert. Die Verbrennungsluft strömt dann weiter durch die zweite Verbrennungslufteinleitöffnung 68 in den Verbrennungsluftströmungsraum 64. Das Verbrennungsluftgebläse 72 bzw. ein dieses aufnehmendes Gehäuseelement kann gleichermaßen mit der Wärmetauscheranordnung 28 verbunden sein, um somit den Verbrennungsluftförderraum 70 abzuschließen. Diese Anbindung kann unter Zwischenlagerung eines Dichtungs-/Isolationselements 80 erfolgen, um einerseits einen luftdichten Anschluss und andererseits eine thermische Isolation des Verbrennungsluftgebläses 72 zu erreichen.
Da im zweiten Bodenbereich 46 in Entsprechung zu der ersten kuppelartigen Erhöhung 38 des ersten Bodenbereichs 18 eine zweite kuppelartige Erhöhung 76 ausgebildet ist, kann beispielsweise für den von einem zentralen Bereich nach radial außen führenden Strömungsbereich ein näherungsweise gleichmäßiger Strömungsquerschnitt bereitgestellt werden. Aufgrund der insbesondere im ersten kuppelartigen Erhöhungsbereich 38 gebildeten Schräge 78 des topfartig ausgebildeten Verdampfermediumträgers 34 besteht eine vergleichsweise große Oberfläche, in welcher die im Allgemeinen kühle Verbrennungsluft in thermische Wechselwirkung mit dem Verdampfermediumträger 34 treten kann. Die Verbrennungsluft strömt dann weiter nach radial außen in den zwischen der ersten Umfangswandung 16 und der zweiten Umfangswandung 48 begrenzten Volumenbereich und gelangt durch die ersten Verbrennungslufteinleitöffnungen 66 in die Brennkammer 24.
Durch den vorangehend beschriebenen Aufbau ist dafür gesorgt, dass die durch das Verbrennungsluftgebläse 72 geförderte Verbrennungsluft die Brennstoffleitung 40 in ihrem an den ersten Bodenbereich 18 anschließenden Bereich und im Wesentlichen den gesamten ersten Bodenbereich 18 umströmen kann, bevor sie durch die ersten Verbrennungslufteinleitöffnungen 66 in die Brennkammer gelangt. Dies führt dazu, dass in demjenigen Bereich, in welchem ein unkontrolliertes Sieden des Brennstoffs kritisch wäre, ein definierter thermischer Haushalt bereitgestellt ist, bei welchem der über die Brennstoffleitung 40 zugeführte Brennstoff unter seiner Siedetemperatur gehalten wird. Somit kann gewährleistet werden, dass auch bei Förderung von nur vergleichsweise kleinen Brennstoffmengen zum Erhalt einer kleinen Heizleistung eine definierte Brennstoffabdampfung und somit stabile Verbrennungsbedingungen erhalten werden können. Weiter von Vorteil ist dabei, dass die Ansätze 60 des Gehäuseelements 44 den Verdampfermediumträger 34 über das Isolationselement 62 beaufschlagen. Das Isolationselement 62 sorgt gleichzeitig auch für eine thermische Isolierung des radial äußeren Bereichs des Verdampfermediumträgers 34 und damit auch des darin aufgenommenen porösen Verdampfermediums, so dass, während der radial innere Bereich, also dort, wo die Brennstoffeinleitung stattfindet, gekühlt wird, im radial äußeren Bereich ein höheres Temperaturniveau gewährleistet und somit eine stabile Brennstoffabdampfung sichergestellt werden kann. Hierzu kann beispielsweise das Isolationselement 62 als in mehreren Schichten aufgebaute Glimmerdichtung ausgeführt sein, um eine ausreichend hohe thermische Stabilität desselben zu gewährleisten.
Die Strömungsverhältnisse im Verbrennungsluftströmungsraum 64 können insbesondere auch durch die Formgebung des Gehäuseelements 44 bzw. dessen Abstand zur Brennkammergehäuseanordnung 14 eingestellt werden. So kann beispielsweise im Übergangsbereich vom zweiten Bodenbereich 46 zum Umfangswandungsabschnitt 50 ggf. nur in einigen Umfangsbereichen ein vergleichsweise geringer Abstand vorgesehen werden, um dort einen Drosseleffekt zu generieren.
Wie bereits angesprochen, kann das Gehäuseelement 44 zusammen mit dem Trägerteil 56 an der Wärmetauscheranordnung 28 oder einem sonstigen Träger festgelegt sein. Hier können verschiedene Verbindungsarten, wie z. B. Verschraubung, Verschweißung, Verlötung, Verkleben oder Verpressen vorgesehen werden. Auch eine Punktverschweißung oder eine Clipverbindung, beispielsweise lokal auch mit der Brennkammergehäuseanordnung 14, ist möglich. Zwischen dem Gehäuseelement 44 und dem Trägerteil 56 oder/und zwischen dem Trägerteil 56 und der Wärmetauscheranordnung 28 können Dichtelemente positioniert sein, die je nach Bedarf eine hohe oder eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweisen können, um das Gehäuseelement 44 entweder thermisch vom Wärmetauscher 28 zu isolieren oder eine thermische Verbindung herzustellen und somit eine Erwärmung des Gehäuseelements 44 zu erreichen. Gleichzeitig ist jedoch durch das Dicht-/ Isolationselement 80 eine thermische Isolation des Verbrennungsluftgebläses 72 gewährleistet, welches ferner auch thermisch gekapselt ausgebildet sein kann, um einen Verzug bzw. ein Wandern des Förderrads desselben bei thermischer Belastung zu vermeiden.
Es ist weiter darauf hinzuweisen, dass an verschiedenen Positionen im Bereich der Brennkammergehäuseanordnung 14 bzw. auch der Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung 42 weitere Baugruppen, wie z.B. Temperaturmesselemente oder ein Zündorgan zum Bereitstellen zündfähiger Bedingungen in der Brennkammer 24, vorgesehen sein können.
In 2 ist in axialer Ansicht das Gehäuseelement 44 bzw. der daran bereitgestellte zweite Bodenbereich 46 erkennbar. Zentral daran ist die zweite Verbrennungslufteinleitöffnung 68 vorgesehen, welche beispielsweise konzentrisch zur Brennerlängsachse L angeordnet sein kann. Gleichermaßen konzentrisch zur Brennerlängsachse L angeordnet ist bei dieser Ausgestaltung auch die Brennstoffzuführleitung 40 mit ihrem in den ersten Bodenbereich 18 einmündenden Endbereich, welcher somit die zweite Verbrennungslufteinleitöffnung 68 zentral durchsetzt.
Eine alternative Konfiguration des zweiten Bodenbereichs 46 ist in 3 gezeigt. Man erkennt hier eine Mehrzahl von beispielsweise kreisartig ausgebildeten zweiten Verbrennungslufteinleitöffnungen 68, welche in einer ringartigen Konfiguration den zentralen Bereich, d.h. auch die Brennerlängsachse L, umgeben. Die Brennstoffleitung 40 durchsetzt diesen zentralen Bereich des zweiten Bodenbereichs 46 und ist somit durch die in ringartiger Konfiguration angeordneten zweiten Verbrennungslufteinleitöffnungen 68 umgeben.
Auch die 4 zeigt eine Konfiguration mit mehreren in ringartiger Konfiguration den zentralen Bereich und damit die Brennerlängsachse L umgebenden zweiten Verbrennungslufteinleitöffnungen 68 im zweiten Bodenbereich 46. Diese weisen eine viereckige, beispielsweise quadratische Konfiguration auf. Der Aufbau ist derart, dass bei dem beispielsweise als Blechformteil bereitgestellten Gehäuseelement 44 durch Einbringen U-förmiger Stanzungen Laschen 82 gebildet werden, die in mit Strichlinie dargestellten Verbindungsbereichen 84 an den zweiten Bodenbereich 46 angebunden sind. Diese Laschen 82 können beispielsweise in Richtung auf den ersten Bodenbereich 18 zu abgebogen sein, sich also in den Verbrennungsluftströmungsraum 64 hineinerstrecken und somit als Leitelemente wirksam sein. Die näherungsweise axial auf den zweiten Bodenbereich 46 auftreffende Verbrennungsluft wird durch diese Leitelemente bzw. Laschen 82 in Umfangsrichtung umgelenkt, so dass beim Eintritt in den Verbrennungsluftströmungsraum 64 eine Drallströmung bzw. Verwirbelung generiert wird, welche eine verstärkte thermische Wechselwirkung mit dem ersten Bodenbereich 18 gewährleistet.
Eine ähnliche Konfiguration ist in 5 dargestellt. Hier weisen die in ringartiger Konfiguration um die Brennstoffleitung 40 angeordneten zweiten Verbrennungslufteinleitöffnungen 68 eine dreieckige Form auf. Auch hier können durch Stanzen und Abbiegen gebildete Laschen 82 als Leitelemente für die in den Verbrennungsluftströmungsraum 64 eintretende Luft wirksam sein.
Bei der in 6 dargestellten Anordnung sind die zweiten Verbrennungslufteinleitöffnungen 68 mit halbkreisförmiger bzw. halbellipsenförmiger Konfiguration, beispielsweise wieder in Verbindung mit durch Ausstanzen und Abbiegen gebildeten Laschen 82 als Leitelemente aufgebaut.
Es sei hier darauf hingewiesen, dass in den 3 - 6 jeweils fünf bzw. sechs derartige zweite Verbrennungslufteinleitöffnungen 68 eine ringartige Konfiguration bildend dargestellt sind. Es ist selbstverständlich, dass hier auch andere Anzahlen an zweiten Verbrennungslufteinleitöffnungen bzw. zweite Verbrennungslufteinleitöffnungen mit anderer Formgebung gewählt werden können. Von Bedeutung ist jedoch, eine vergleichsweise gute Kühlwirkung für denjenigen Bereich, in welchem der flüssige Brennstoff in den ersten Bodenbereich 18 gefördert wird, durch Zufuhr der Verbrennungsluft in den Verbrennungsluftströmungsraum 64 in diesem Bereich, insbesondere also demjenigen Bereich, in welchem die Brennstoffleitung 14 einmündet, zu erreichen.
Eine alternative Ausgestaltungsform eines Heizgeräts 10 ist in 7 dargestellt. Hier sind Komponenten bzw. Baugruppen, welche vorangehenden Komponenten bzw. Baugruppen mit gleicher Funktion bzw. gleichem Aufbau entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Während bei dem vorangehenden mit Bezug auf die 1 beschriebenen Aufbau die zweite Umfangswandung 48 durch Abschnitte zweier verschiedener Bauteile, nämlich des Gehäuseelements 44 einerseits und des Flammrohrs 26 andererseits, bereitgestellt ist, ist bei dem in 7 dargestellten Aufbau die Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung 42 mit dem Flammrohr 26 integral ausgebildet. Das Gehäuseelement 44, welches den zweiten Bodenbereich 46 und auch die zweite Umfangswandung 48 bereitstellt, ist so ausgeführt, dass diese zweite Umfangswandung 48 sich in Richtung der Brennerlängsachse L über die erste Umfangswandung 16 bzw. die Brennkammergehäuseanordnung 14 hinauserstreckt und mit diesem Bereich das Flammrohr 26 bereitstellt. Die Brennkammergehäuseanordnung 14 bzw. die erste Umfangswandung 16 kann in demjenigen axialen Endbereich, in welchem auch die Flammblende 20 gebildet ist, nach radial außen erweitert sein und an der Innenoberfläche der zweiten Umfangswandung 48 anliegen bzw. dort durch Presspassung oder unter Einsatz einer materialschlüssigen Verbindung gehalten sein, um den Verbrennungsluftströmungsraum 64 in Richtung der Brennerlängsachse L luftdicht abzuschließen. Um diese Formgebung insbesondere der ersten Umfangswandung 16 zu gewährleisten, kann diese beispielsweise als MIM- oder Gussteil ausgeführt sein.
Durch das an der Außenseite des Gehäuseelements 44 beispielsweise durch Presspassung oder Materialschluss gehaltene Trägerteil 56 ist der Verdampferbrenner 12 in der vorangehend beschriebenen Art und Weise an der Wärmetauscheranordnung 28 oder einem sonstigen Träger gehalten. Die Verbindung kann in der vorangehend beschriebenen Art und Weise erfolgen.
Es ist selbstverständlich, dass die Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung 42 ebenso wie die Brennkammergehäuseanordnung 14 zur Bereitstellung der vorangehend erläuterten Verbrennungsluftströmung in der vorangehend mit Bezug auf die 1 detailliert beschriebenen Weise ausgebildet sein können.
Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau wird es möglich, bei sehr kompakter Bauart einen Verdampferbrenner auch mit geringer Heizleistung insbesondere auch unter Einsatz leicht siedender Brennstoffe, wie z.B. Benzin (E0, E5, E10) oder auch reinem Ethanol (E100), zu betreiben. Der Temperaturhaushalt kann durch definierte Einstellung der Strömungsverhältnisse, beispielsweise durch Auslegung der zweiten Verbrennungslufteinleitöffnung/en und auch der Formgebung des Verbrennungsluftströmungsraums, beeinflusst werden. Wärmeempfindliche Baugruppen, wie z.B. das Verbrennungsluftgebläse können thermisch isoliert sein, ebenso wie Bereiche, die vorteilhaft auf einem höheren thermischen Niveau sind wie der radial äußere Bereich des ersten Bodenbereichs bzw. des dort vorgesehenen porösen Verdampfermediums.

Claims

Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, umfassend eine Brennkammergehäuseanordnung (14) mit einer ersten Umfangswandung (16) und einem ersten Bodenbereich (18), wobei am ersten Bodenbereich (18) poröses Verdampfermedium vorgesehen ist zur Aufnahme von flüssigem Brennstoff aus einer Brennstoffleitung (40) und zur Abgabe von Brennstoffdampf in eine Brennkammer (24), wobei in der ersten Umfangswandung (16) wenigstens eine erste Verbrennungslufteinleitöffnung (66) vorgesehen ist zum Einleiten von Verbrennungsluft in die Brennkammer (24), ferner umfassend eine Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung (42) mit einer die erste Umfangswandung (16) wenigstens bereichsweise umgebenden zweiten Umfangswandung (48) und einem dem ersten Bodenbereich (18) wenigstens bereichsweise gegenüberliegenden zweiten Bodenbereich (46), wobei zwischen der Brennkammergehäuseanordnung (14) und der Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung (42) ein Verbrennungsluftströmungsraum (64) gebildet ist, wobei im zweiten Bodenbereich (46) wenigstens eine zweite Verbrennungslufteinleitöffnung (68) vorgesehen ist zum Einleiten von Verbrennungsluft in den Verbrennungsluftströmungsraum (64), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffleitung (40) eine zweite Verbrennungslufteinleitöffnung (68) durchsetzt.
Verdampferbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von zweiten Verbrennungslufteinleitöffnungen (68) in Umfangsrichtung um eine Brennerlängsachse (L) die Brennstoffleitung (40) umgebend, aufeinander folgend vorgesehen ist.
Verdampferbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsluftströmungsraum (64) im Bereich der Umfangswandungen (16, 48) in Richtung einer Brennerlängsachse (L) abgeschlossen ist.
Verdampferbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Verbrennungslufteinleitöffnung (68) in einem zentralen Bereich des zweiten Bodenbereichs (46) vorgesehen ist.
Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer zweiten Verbrennungslufteinleitöffnung (68) ein Verbrennungsluftleitelement (82) zugeordnet ist.
Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch ein Verbrennungsabgase aus der Brennkammer aufzunehmendes Flammrohr (26).
Verdampferbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr (26) mit einem Endbereich (52) einen Teil der zweiten Umfangswandung (48) der Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung (42) bereitstellt.
Verdampferbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr (26) mit der zweiten Umfangswandung (48) der Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung (42) integral ausgebildet ist.
Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bodenbereich (18) einen in Richtung von der Brennkammer (24) weggerichteten ersten kuppelartigen Erhöhungsbereich (38) aufweist, wobei die Brennstoffleitung (40) im ersten kuppelartigen Erhöhungsbereich (38) in den ersten Bodenbereich (18) einmündet.
Verdampferbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bodenbereich (16) einen dem ersten kuppelartigen Erhöhungsbereich (38) im ersten Bodenbereich (18) entsprechenden zweiten kuppelartigen Erhöhungsbereich (76) aufweist.
Fahrzeugheizgerät, umfassend einen Verdampferbrenner (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, eine Brenstoffförderanordnung zum Fördern von flüssigem Brennstoff in die Brennstoffleitung (40) sowie eine Verbrennungsluftförderanordnung (72) zum Fördern von Verbrennungsluft in einen die Verbrennungsluftführungsgehäuseanordnung (42) umgebenden Verbrennungsluftförderraum (70).