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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Verdampfungsbrenner für ein mit flüssigem Brennstoff
betriebenes Heizgerät,
das insbesondere als Fahrzeugzuheizgerät oder als Fahrzeugstandheizgerät vorgesehen
ist, mit einem Trägerbauteil,
an dem ein saugfähiges
Element angeordnet ist, und mit einer Brennstoffzuleitung zum Zuführen von
flüssigem
Brennstoff zu dem saugfähigen
Element. Ferner betrifft die Erfindung ein Heizgerät, das mit
einem solchen Verdampfungsbrenner versehen ist.
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Stand der Technik
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Aus
DE 198 48 149 A1 ist
ein gattungsgemäßer Brenner
eines Fahrzeugheizgeräts
bekannt, bei dem an einem Trägerbauteil
ein saugfähiger
Körper angeordnet
ist. Durch eine Brennstoffzuleitung wird flüssiger Brennstoff zu dem saugfähigen Körper zugeführt. In
bzw. an dem saugfähigen
Körper
wird der Brennstoff verteilt und verdampft. Der dampfförmige Brennstoff
verbrennt in einer Brennkammer, die vor dem Trägerbauteil und dem saugfähigen Körper ausgebildet
ist. Bei einem solchen Brenner tritt das Problem auf, dass es bei
bestimmten Betriebszuständen zu
einer ungleichmäßigen Verteilung
des Brennstoffs im saugfähigen
Körper
kommen kann. Die Folge ist eine ungenügende Verbrennung des Brennstoffs
unter Rauchbildung.
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Aus
DE 101 20 027 A1 ist
eine Heizung mit einem Kraftstoffausbreitungsmittel bekannt, in
dem Kraftstoffausbreitungsnuten und eine Kraftstoffausbreitungsplatte
mit einer großen
Anzahl von Bohrlöchern
ausgebildet sind. Vor der Kraftstoffausbreitungsplatte ist eine
Schicht in Form eines großflächigen Dochts
ausgebildet, an dem der Kraftstoff verdampft. Das Kraftstoffausbreitungsmittel
soll den Kraftstoff schnell der gesamten Fläche des Dochts zuführen können. In
der Herstellung ist ein solches Kraftstoffausbreitungsmittel jedoch
verhältnismäßig teuer.
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Aus
DE 44 01 799 C1 ist
ein Verdampfungsbrenner für
ein Heizgerät
bekannt, bei dem der saugfähige
Körper
aus einem Sinterkörper
aus metallischem Sintermaterial und aus einem als Metallfasermatte
ausgebildeten Metallkörper
gestaltet ist. Die Lebensdauer eines solchen Verdampfungsbrenners soll
weit über
den Werten liegen, die mit einem saugfähigen Körper aus Keramikvlies erreicht
werden können.
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Aus
DE 35 38 201 A1 ist
ein Verdampfungsbrenner bekannt, bei dem ein großvolumiger aktiver erster Verdampfungsteil
für die
leicht flüchtigen
Bestandteile des Brennstoffs und ein großflächiger zweiter Verdampfungsteil
für die
schwer flüchtigen Brennstoffbestandteile
vorgesehen ist. Die beiden Verdampfungsteile sind voneinander durch
ein brennstoffundurchlässiges
Material, wie Keramik getrennt, so dass sich eventuell ergebende
Koksbildungen am zweiten passiven Verdampfungsteil nicht zum ersten
Verdampfungsteil fortsetzen können.
Dadurch sollen die Betriebszuverlässigkeit und die Standzeit
eines solchen Verdampfungsbrenners verbessert werden.
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Aufgabenstellung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät der oben
genannten Art zu schaffen, bei dem auf kostengünstige Weise bei allen Betriebszuständen für eine gleichmäßig gute
und rauchfreie Verbrennung gesorgt ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem
Verdampfungsbrenner gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass es bei einem Verdampfungsbrenner
mit einem saugfähigen
Element aus rein metallischem Material deshalb zu einem ungleichmäßigen Brennverhalten kommen
kann, weil der Kraftstoff in dem metallischen Material verhältnismäßig schlecht
gespeichert wird. Der Kraftstoff strömt innerhalb des metallischen
Materials nach unten oder läuft
an Wänden
des Trägerbauteils
des Verdampfungsbrenners herunter, sammelt sich in einem unteren
Bereich des metallischen Materials und verbrennt stoßartig.
Dies kann zu Flammabrissen und zu Rauchbildung führen.
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Darüber hinaus
können
Bauteiltoleranzen von metallischen saugfähigen Elementen das Brennverhalten
erheblich beeinflussen. Ferner wirken sich bei saugfähigen Elementen
aus metallischem Material unterschiedliche Kraftstoffeigenschaften
(insbesondere das Siedeverhalten) besonders stark aus.
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Erfindungsgemäß wird ein
saugfähiges
Element vorgesehen, das zumindest aus einer ersten Schicht aus keramischem
Material und zumindest einer zweiten Schicht aus metallischem Material
aufgebaut ist. Damit wird erfindungsgemäß der Umstand genutzt, dass
ein saugfähiges
keramisches Material bzw. ein keramisches Verdampfervlies wegen
seiner vergleichsweise homogenen und saugfähigen Struktur besonders gut
zum Verteilen von Brennstoff geeignet ist. Die Funktion des Verdampfens
von Brennstoff ist erfindungsgemäß der Schicht
aus metallischem Material zugeordnet.
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Die
derart gestaltete funktionale Trennung der beiden Bereiche Brennstoffverteilung
und Brennstoffverdampfung mittels zweier unterschiedlicher Materialen
hat ferner den Vorteil, dass jedes einzelne der beiden Materialien
hinsichtlich der erforderlichen Eigenschaften ausgewählt und
abgestimmt werden kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegt die Schicht
aus keramischem Material an der Schicht aus metallischem Material
an. Durch den unmittelbaren Kontakt der beiden Schichten wird der Übertritt
des Brennstoffs erleichtert und es wird verhindert, dass sich Brennstoff
innerhalb des metallischen Materials lokal sammeln kann.
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Ferner
ist die Schicht aus keramischem Material vorteilhaft an der zur
Brennstoffzuleitung gewandten Seite des saugfähigen Elements und die Schicht
aus metallischem Material an der von der Brennstoffzuleitung abgewandten
Seite des saugfähigen
Elements angeordnet. Ein saugfähiges
Material aus Keramik bzw. ein keramisches Verdampfervlies zersetzt
sich grundsätzlich
besonders stark, wenn es direkt mit einer Flamme in Kontakt kommt. Der
Verdampfungsbrenner hätte
dann eine vergleichsweise geringe Lebensdauer. Durch Vorsehen einer
Schicht aus metallischem Material an der von der Brennstoffzuleitung
abgewandten Seite, also an der Seite, die der Flamme zugewandt ist,
ist hingegen ein wirksamer thermischer und mechanischer Schutz für die erfindungsgemäße Schicht
aus saugfähigem
keramischen Material geschaffen.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist die Schicht aus keramischem Material vorteilhaft scheibenförmig gestaltet
und liegt mit einer Seitenfläche
der Scheibe an einer Wand des Trägerbauteils
an. Die derart angelegte Scheibe aus keramischem Material nimmt
jenen Anteil an flüssigem
Brennstoff auf, der bei einem herkömmlichen Verdampfungsbrenner
an dessen Wand nach unten strömen
und sich sammeln würde. Erfindungsgemäß ist ein
Sammeln von flüssigem Brennstoff
in dem saugfähigen
Element hingegen verhindert und damit auch die Gefahr einer ungleichmäßigen Verbrennung
verringert.
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Grundsätzlich können erfindungsgemäß die feinen
Poren eines saugfähigen
keramischen Materials genutzt werden, um eine gleichmäßig gute
Verteilung von Brennstoff in dem Verdampfungsbrenner zu erzielen.
Feine Poren bringen jedoch zugleich den Nachteil mit sich, dass
sich in ihnen leicht jene Brennstoffrückstände absetzten, die vom flüssigen Brennstoff
in das saugfähige
Element gefördert
werden. Dieser Nachteil ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung dauerhaft ausgeschlossen, indem die Schicht aus keramischem
Material im Bereich um eine Mündungsöffnung der
Brennstoffzuleitung mit einer Aussparung versehen ist. An der Mündungsöffnung der
Brennstoffzuleitung würden
sich Brennstoffrückstände konzentrieren
und diese Rückstände könnten zu
einer Verstopfung der Schicht aus keramischem Material führen. Durch
die erfindungsgemäße Aussparung
wird der Brennstoff hingegen auf eine große Fläche verteilt, bevor er in das
keramische Material eintreten kann. Die vorgesehene Aussparung kann
verhältnismäßig klein
ausgebildet sein. Vorteilhaft ist aber auch eine Aussparung, deren
Fläche
betrachtet in einer Draufsicht etwa 1/10 bis 1/2 der gesamten Fläche der
Schicht aus keramischem Material umfasst.
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Vorteilhaft
ist insbesondere eine Gestaltung, bei der die Schicht aus keramischem
Material ringförmig
ausgebildet ist und insbesondere die Brennstoffzuleitung mit ihrer
Mündungsöffnung im
Zentrum des Rings und der damit gebildeten Aussparung endet. Der
Ring aus keramischem Material verhindert rings um die Mündungsöffnung herum,
dass sich je nach Lage des zugehörigen
Heizgeräts
im Verdampfungsbrenner lokal flüssiger
Brennstoff sammeln kann. Der flüssige
Brennstoff wird vielmehr durch das feinporige keramische Material
des Rings um den gesamten Umfang der Mündungsöffnung herum verteilt und so gleichmäßig über die
gesamte Verdampfungsfläche des
saugfähigen
Körpers
hinweg in die Brennkammer abgegeben.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Gestaltung des erfindungsgemäßen Verdampfungsbrenners
ist die Schicht aus metallischem Material mit mindestens zwei Lagen
gestaltet, von denen eine erste, zur Brennstoffzuleitung gewandte
Lage grobporiger als eine zweite, von der Brennstoffzuleitung abgewandte Lage
gestaltet ist. Bei dem derart ausgebildeten Verdampfungsbrenner übernimmt
die grobporige Lage den Brennstofftransport und zugleich die Brennstoffverteilung
in Richtung auf die Brennkammer des Verdampfungsbrenners. Die feinporige
Lage dient insbesondere zum Verdampfen des Brennstoffs. Die grobporige
Lage ist insbesondere mit einem Vlies aus Metallfäden gebildet,
die im Querschnitt nahezu kreisförmig
sind. Die feinporige Lage ist vorteilhaft aus einem Vlies gebildet,
das durch Pressen und Versintern von Metallbändern hergestellt ist. Die
Bänder
sind im Querschnitt vorteilhaft rechteckig, so dass insgesamt im
feinporigen Vlies eine besonders große Oberfläche geschaffen ist, über die
zum Verdampfen des Brennstoffs Wärme
abgegeben werden kann.
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Das
Trägerbauteil
des erfindungsgemäßen Verdampfungsbrenners
ist vorteilhaft mit einer im Wesentlichen scheibenförmigen Rückwand gestaltet, von
deren Rand eine Ringwand absteht. Die Schichten aus keramischem
und metallischem Material sind zugleich bevorzugt als Scheiben gestaltet,
die innerhalb der Ringwand eingelegt sind. Eine solche Anordnung
kann besonders kostengünstig
hergestellt und insbesondere montiert werden. Zugleich wird der zugeführte Brennstoff
gleichmäßig verteilt
und an eine große
Verdampfungsfläche
herangeführt.
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Die
erfindungsgemäßen Schichten
aus keramischem und metallischem Material sind in dem Verdampfungsbrenner
auf besonders kostengünstige Weise
gehaltert, indem vor ihnen an der Innenseite der Ringwand ein Haltering
eingesetzt ist.
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Ausführungsbeispiel
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Verdampfungsbrenners anhand
der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Verdampfungsbrenners
gemäß der Erfindung,
und
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2 den
Schnitt II-II in 1.
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Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In
den 1 und 2 ist ein Verdampfungsbrenner 10 eines
weiter nicht veranschaulichten Heizgeräts für eine Standklimaanlage eines
Personenkraftfahrzeugs dargestellt.
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Der
Verdampfungsbrenner 10 ist mit einem Trägerbauteil 12 versehen,
das aus einer im Wesentlichen kreisscheibenförmigen Rückwand 14 und einer
davon abstehenden Ringwand 16 ausgebildet ist.
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An
der Rückwand 14 endet
an der von der Ringwand 16 abgewandten Seite eine Brennstoffzuleitung 18 für flüssigen Brennstoff.
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Die
Ringwand 16 steht an dem äußeren Umfang der Rückwand 14 im
Wesentlichen senkrecht von dieser ab. An der Ringwand 16 ist
eine Halterung 20 zum Anbringen eines nicht veranschaulichten Flammwächters/Glühstifts
ausgebildet. Im Inneren der Ringwand 16 ist ein saugfähiges Element 22 angeordnet.
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Im
Betrieb des Verdampfungsbrenners 10 wird durch die Brennstoffzuleitung 18 flüssiger Brennstoff
durch die Rückwand 14 hindurch
zum saugfähigen
Element 22 gefördert.
In und an dem saugfähigen
Element 22 verdampft und verbrennt der Brennstoff. Die
dabei gebildete Flamme brennt an der von der Brennstoffzuleitung 18 abgewandten Seite
des Trägerbauteils 12 in
einer nicht dargestellten Brennkammer des Verdampfungsbrenners 10.
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Das
saugfähige
Element 22 ist im Wesentlichen kreisscheibenförmig gestaltet
und insgesamt aus drei Schichten aufgebaut. Eine erste Schicht liegt an
der Rückwand 14 an
und ist aus einem saugfähigen
keramischen Material bzw. keramischen Verdampfervlies, einem so
genannten Keramikfaserpapier bzw. Cerapapier 24 gebildet.
Eine zweite Schicht liegt an der ersten Schicht an und ist aus einem
saugfähigen
metallischen Material bzw. metallischen Verdampfervlies in Gestalt
eines grobporigen Metallfaservlieses 26 ausgebildet. Die
dritte Schicht liegt an dem grobporigen Metallfaservlies 26 an
und ist ebenfalls aus einem saugfähigen metallischen Material
als verhältnismäßig feinporiges
Metallfaservlies 28 ausgebildet.
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In
der Ringwand 16 ist an deren Innenseite eine umlaufende
Ringnut 30 ausgestaltet, in der ein Haltering 32 eingesetzt.
Der Haltering 32 ist nach seinem Einsetzten aufgespreizt
und dabei plastisch verformt worden. Der Haltering 32 hält die einzelnen Schichten 24, 26 und 28 des
saugfähigen
Elements 22 innerhalb der Ringwand 16 am Trägerbauteil 12.
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Die
Brennstoffzuleitung 18 mündet an dem Trägerbauteil 12 an
einer Mündungsöffnung 34.
Die Mündungsöffnung 34 befindet
sich im Zentrum der Rückwand 14 an
der Seite, die dem saugfähigen
Element 22 zugewandt ist. An dieser Seite liegt auch das Keramikfaserpapier 24 an
der Rückwand 14 an.
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Das
Keramikfaserpapier 24 ist um die Mündungsöffnung 34 herum mit
einer im Wesentlichen kreisförmigen
Aussparung 36 versehen, so dass sich unmittelbar vor und
neben der Mündungsöffnung 34 kein
keramisches Material befindet.
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Bei
dem derart gestalteten Verdampfungsbrenner 10 wird ein
Teil des flüssigen
Brennstoffs, der durch die Brennstoffzuleitung 18 an die
Mündungsöffnung 34 transportiert
worden ist, unmittelbar in das grobporige Metallfaservlies 26 ausgebracht.
Ein weiterer Teil des flüssigen
Brennstoffs gelangt entlang der Rückwand 14 zu dem ringförmigen Keramikfaserpapier 24.
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Das
Keramikfaserpapier 24 weist feine Poren auf, in denen der
flüssige
Brennstoff aufgrund von Kapillarwirkung besonders zügig weitertransportiert
wird. Der flüssige
Brennstoff verteilt sich auf diese Weise schnell und gleichmäßig über die
Fläche des
Keramikfaserpapiers 24 hinweg. Der derart verteilte Anteil
des Brennstoffs tritt in das grobporige Metallfaservlies 26 insbesondere
an dessen äußerem Randbereich
ein.
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In
dem grobporigen Metallfaservlies 26 wird der Brennstoff
weiter verteilt und zu dem feinporigen Metallfaservlies 28 transportiert.
An dem feinporigen Metallfaservlies 28 verdampft der Brennstoff.
Die Vorgänge
des Transportierens und des Verdampfens von Brennstoff gehen dabei
fließend
ineinander über.
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Insgesamt
wird mit dem derart gestalteten Verdampfungsbrenner 10 der
zugeführte
Brennstoff über
die gesamte Verdampfungsfläche
des feinporigen Metallfaservlieses 28 hinweg verteilt.
Lokale Ansammlungen von Brennstoff innerhalb des saugfähigen Elements 22 sind
hingegen vermieden. Insbesondere ist verhindert, dass je nach Lage
des Verdampfungsbrenners 10 in einem unteren Bereich der Ringwand 14 sich
jener Anteil des Brennstoffs anreichern kann, der entlang der Rückwand 14 nach
unten geflossen ist.
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Das
Keramikfaserpapier 24, das solchen Brennstoff verteilt,
ist durch die Metallfaservliese 26 und 28 thermisch
gegen eine direkte und unter Umständen schädigende Einwirkung der Flamme
und auch mechanisch gegen weitere Einflüsse geschützt. Zugleich sind sämtliche
Schichten des saugfähigen Elements 22 in
besonders einfacher und dauerhafter Weise von dem Haltering 32 in
der Ringwand 16 gehaltert.
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Die
Aussparung 36 in dem Keramikfaserpapier 24 verhindert,
dass sich Brennstoffrückstände, die
mit dem Brennstoff herantransportiert werden, in dem Keramikfaserpapier 24 anlagern
können.
Die Brennstoffrückstände treten
stattdessen durch die Aussparung 36 hindurch und strömen unmittelbar
in das grobporige Metallfaservlies 26 ein, wo sie weitertransportiert
und teilweise verdampft werden können.
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Der
Verdampfungsbrenner 10 weist daher insgesamt eine gleichmäßigere Brennstoffverteilung auf,
was zu einem kontinuierlicheren Brennverhalten gekennzeichnet durch
einen gleichmäßig niedrigen Kohlenmonoxidgehalt
in den Brenngasen führt.
Andere Einflüsse,
wie beispielsweise Bauteiltoleranzen oder Änderungen in der Brennstoffzusammensetzung
wirken sich ebenfalls weit weniger auf das Brennverhalten aus, als
bei herkömmlichen
Verdampfungsbrennern. Der Verdampfungsbrenner 10 besitzt
dabei zumindest die gleiche Lebensdauer, wie bekannte Verdampfungsbrenner
mit nur metallischen Verdampfervliesen.
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- 10
- Verdampfungsbrenner
- 12
- Trägerbauteil
- 14
- Rückwand
- 16
- Ringwand
- 18
- Brennstoffzuleitung
- 20
- Halterung
- 22
- saugfähiges Element
- 24
- Keramikfaserpapier
- 26
- grobporiges
Metallfaservlies
- 28
- feinporiges
Metallfaservlies
- 30
- Ringnut
- 32
- Haltering
- 34
- Mündungsöffnung
- 36
- Aussparung