EP1363070B1 - Verdampferbrenner und Verfahren zum Abtragen von Ablagerungen an einem Verdampferbrenner - Google Patents

Verdampferbrenner und Verfahren zum Abtragen von Ablagerungen an einem Verdampferbrenner Download PDF

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EP1363070B1
EP1363070B1 EP20030005259 EP03005259A EP1363070B1 EP 1363070 B1 EP1363070 B1 EP 1363070B1 EP 20030005259 EP20030005259 EP 20030005259 EP 03005259 A EP03005259 A EP 03005259A EP 1363070 B1 EP1363070 B1 EP 1363070B1
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EP
European Patent Office
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porous medium
combustion chamber
ignition
fuel
combustion
Prior art date
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EP20030005259
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English (en)
French (fr)
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EP1363070A1 (de
Inventor
Thomas Bauer
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Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
J Eberspaecher GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1363070A1 publication Critical patent/EP1363070A1/de
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Publication of EP1363070B1 publication Critical patent/EP1363070B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F23C99/006—Flameless combustion stabilised within a bed of porous heat-resistant material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D3/00—Burners using capillary action
    • F23D3/40—Burners using capillary action the capillary action taking place in one or more rigid porous bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/06—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs structurally associated with fluid-fuel burners
    • F23Q7/08—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs structurally associated with fluid-fuel burners for evaporating and igniting liquid fuel, e.g. in hurricane lanterns
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2207/00—Ignition devices associated with burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2212/00—Burner material specifications

Definitions

  • the present invention relates to an evaporator burner, in particular for a vehicle heater, which has a combustion chamber formed in a combustion chamber, in which via a first porous medium fuel is fed, according to the preamble of claim 1 and a method for removing deposits on an evaporator burner.
  • evaporator burners are generally constructed in such a way that, to start the combustion process, an ignition element protruding into the combustion chamber is provided, which generates correspondingly high temperatures by electrical excitation in its surroundings.
  • the fuel introduced into the combustion chamber via the first porous medium in the region near this ignition element and also vaporized there, provides an ignitable mixture which is initially ignited in the vicinity of the ignition element by the high temperatures prevailing there.
  • the combustion then generally spreads like a ring over the entire combustion chamber. If the combustion has then spread over the entire combustion chamber, the ignition device can be deactivated, since the combustion heat at the same time also provides sufficient energy to evaporate the fuel supplied via the porous fuel.
  • a disadvantage of such evaporator burners is the comparatively slow start procedure, as essential areas of the combustion chamber must be heated by the ignition, in order to generate the temperatures required for ignition can. This disadvantage could be compensated by a correspondingly high annealing power, which however increases the power consumption of the device.
  • Another disadvantage is that before and also after the operation of the evaporator burner, ie before the occurrence of the ignition and after the completion of the combustion, by the still prevailing high temperatures, a fuel outgassing can take place, which due to the combustion no longer exists in this state leads to a high exhaust emission and also can cause an inhomogeneous combustion, especially in the ignition process.
  • a generic, so constructed according to the preamble of claim 1 evaporator burner is from the US 6 027 334 A known.
  • a firing chamber arranged essentially tangentially relative to a combustion chamber opens into a circumferential wall of the combustion chamber housing.
  • an ignition element is arranged, which is surrounded by a porous medium.
  • liquid fuel is fed.
  • the DE 100 04 507 A1 discloses a vehicle heater, wherein in a nozzle receiving a Zündorgan acting as a porous medium screen element surrounding the ignition device is arranged.
  • This screen element has at least partially a circumferential distance to a nozzle inner wall.
  • the DE 195 07 556 A1 discloses an evaporator burner in which a substantially cup-shaped combustion chamber housing is lined on the inside of a peripheral wall with porous evaporator medium. In this peripheral wall opens to the combustion chamber substantially tangentially arranged approach, in which an ignition element is supported.
  • an evaporator burner in particular for a vehicle heater, comprising a combustion chamber formed in a combustion chamber, in which fuel is fed via a first porous medium, further comprising an ignition chamber open to the combustion chamber, in which fuel via a second porous medium is fed and in which an ignition is substantially completely absorbed.
  • the ignition device is no longer used to heat areas of the combustion chamber to provide the temperatures required for igniting an ignitable mixture, but in a separate, provided for this purpose Ignition chamber is effective, so that initially in this ignition chamber, the combustion will occur and then from the ignition chamber, the combustion will then spread into the combustion chamber, which communicates with the ignition chamber, will propagate.
  • the concentration of the heat energy provided for ignition is achieved in a relatively small volume range, especially with the result that the ignition process is much faster and thus the period in which an excessive exhaust emission occurs during the start phase, can be significantly reduced. As a result, the risk of deposits is significantly reduced.
  • a heater is associated with the second porous medium.
  • this heating device it is thus possible, in addition to the heat energy provided by the ignition device, to ensure that the fuel introduced into the second porous medium also evaporates better.
  • the heat energy provided by the ignition element can essentially be used to generate the temperatures required for ignition be used in its environment, while the heat of evaporation is provided by the heater.
  • the heating device is arranged surrounding the second porous medium on its side facing away from the ignition element.
  • the ignition chamber is formed in an ignition chamber housing connected to the combustion chamber housing.
  • the Zündschgeophuse is constructed of thermally insulating material and / or is connected to the combustion chamber housing in a thermally insulating manner.
  • the Zündschgeophuse be constructed of ceramic material.
  • the second porous medium, the ignition element is disposed at least in its thermally effective area while maintaining a gap.
  • the fuel can be introduced into the second porous medium via a fuel feed line.
  • the liquid medium is then preferably supplied to the first porous medium through the intermediary of the second porous medium.
  • At least one ignition air inlet opening can lead into the ignition chamber.
  • the combustion air required for the main combustion which takes place in the combustion chamber can then be supplied via a combustion air introduction arrangement arranged in a central region of the combustion chamber.
  • the object is achieved by a method for removing deposits on a generic or inventive evaporator burner, in which method after completion of a normal burner operation in the ignition chamber under fuel deficit in the combustion chamber propagating and deposits on the first porous medium burning off combustion is induced.
  • This procedure ensures that the combustion, which initially takes place under a fuel deficit, that is to say in the case of a lean mixture of vaporized fuel and combustion air, burns off, for example, soot-like deposits present in the region of the inner surface of the first porous medium.
  • the combustion during this cleaning or burning off process is preferably carried out at a lambda value of at least 2.
  • deposits are burnt off in the region of the second porous medium after completion of combustion of deposits on the first porous medium by termination of the fuel supply and excitation of the ignition element and the heating device.
  • an inventive evaporator burner is generally designated 10.
  • the evaporator burner 10 comprises a flame tube 12 which forms in a axial end region 15 a combustion chamber housing 14 for a combustion chamber 16 formed in the interior of the flame tube 12.
  • the inner wall of this combustion chamber 16 is lined with a porous medium 18, which may be formed, for example, of felt-like, braid-like or other pore-containing material, such as Schaumkermaik o. The like.
  • Combustion air is introduced into the combustion chamber 16 via a blower arrangement 20 shown only schematically and a combustion air inlet pipe 22 which is centrally arranged in the combustion chamber 16 and has a plurality of air inlet slots 24 at its peripheral area.
  • the axial end of the combustion chamber 16 essentially forms an annular flame trap 26, through which the combustion exhaust gases and the flame can extend into the remaining region of the flame tube 12.
  • a Zündschgepatuse 28 is attached laterally.
  • This approximately cylindrical Zündschgepatuse 28 can with the combustion chamber housing 14 and the end portion 15 of the flame tube 12th be provided with an intermediate storage of a heat and fuel resistant and preferably formed from thermally insulating material O-ring-like sealing element 30, so that in the transition region between the combustion chamber housing 14 and the Zündwaitgephaseuse 28 ensures good thermal insulation.
  • the Zündschbach for reasons described below, the Zündhuntgepatuse 28 of thermally insulating material, such as ceramic material, formed.
  • a generally designated 32 ignition chamber is formed, which is open in a junction region 34 to the combustion chamber 16 out.
  • this junction region 34 can also be partially provided by the material or wall region of the combustion chamber housing 14 adjoining the ignition chamber housing 28.
  • the porous medium 36 extends into the region of an annular fuel distribution groove 38 formed on the inside of the ignition chamber housing 28 into which a fuel supply line 40 opens.
  • the evaporator burner 10 can very quickly boil up to its rated power, so that the harmful emissions occurring in this run-up phase can be significantly reduced. It is also essential that the additional provision of the heating coil 54 in coordination with the respective fuel used in an optimal manner, the evaporation in the ignition chamber 32 can be promoted, without that for the provision of the ignition temperatures actually provided Glühzündit 46 excessively heat are withdrawn would.
  • the present embodiment of a heating burner it is thus possible to operate this at startup such that the startup to rated power only takes a very short time, whereby on the one hand electrical energy is saved, on the other hand, the harmful emissions occurring in this phase can be significantly reduced.
  • the organs which are effective for ignition can be completely deactivated. Due to the main combustion taking place in the heating burner, sufficient heat energy is provided for evaporating and burning the fuel supplied via the porous medium to the combustion chamber.
  • the shape and the positioning of the flame guide element 56 as in the above-described cleaning process, a significant influence on the propagation of the pilot flame can be taken in the Brennkamer so that depending on the required flame distribution here according to the shape or the positioning of the element 56 can be adjusted.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, welcher eine in einem Brennkammergehäuse gebildete Brennkammer aufweist, in welche über ein erstes poröses Medium Brennstoff eingespeist wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Abtragen von Ablagerungen an einem Verdampferbrenner.
    Derartige Verdampferbrenner sind im Allgemeinen so aufgebaut, dass zum Starten des Verbrennungsvorgangs ein in die Brennkammer ragendes Zündorgan vorgesehen ist, das durch elektrische Erregung in seiner Umgebung entsprechend hohe Temperaturen erzeugt. Der im Bereich nahe dieses Zündorgans über das erste poröse Medium in die Brennkammer eingeleitete und dort auch verdampfte Brennstoff sorgt für ein zündfähiges Gemisch, welches zunächst in der Umgebung des Zündorgans durch die dort vorherrschenden hohen Temperaturen gezündet wird. Die Verbrennung breitet sich dann im Allgemeinen ringartig über die gesamte Brennkammer aus. Hat sich die Verbrennung dann über die gesamte Brennkammer ausgebreitet, kann das Zündorgan deaktiviert werden, da durch die Verbrennungswärme gleichzeitig auch ausreichend Energie zum Verdampfen des über das poröse zugeführten Brennstoffs bereitgestellt wird.
  • Ein Nachteil derartiger Verdampferbrenner ist die vergleichsweise langsame Startprozedur, da durch das Zündorgan wesentliche Bereiche der Brennkammer erwärmt werden müssen, um die zum Zünden erforderlichen Temperaturen erzeugen zu können. Kompensiert werden könnte dieser Nachteil durch eine entsprechende hohe Glühleistung, was jedoch den Stromverbrauch des Geräts erhöht. Ein weiterer Nachteil ist, dass vor und auch nach dem Betrieb des Verdampferbrenners, also vor dem Auftreten der Zündung und nach dem Beenden der Verbrennung, durch die noch vorherrschenden hohen Temperaturen ein Brennstoffausgasen stattfinden kann, was auf Grund der in diesem Zustand nicht mehr vorhandenen Verbrennung zu einer hohen Abgasemission führt und überdies vor allem im Zündvorgang eine inhomogene Verbrennung nach sich ziehen kann.
  • Ein weiterer Nachteil bei derartigen Verdampferbrennern sind die vor allem auch auf Grund des Einsatzes verschiedener Brennstoffe sich bildenden Ablagerungen, die sich auf dem porösen Medium, über welches eigentlich der Brennstoff in die Brennkammer eingespeist werden soll, niederschlagen können. Vor allem schwer siedende Brennstoffe führen dazu, dass in bestimmten Gebieten auf Grund mangelnder Wärmezufuhr und auf Grund nicht ausreichender Luftumwälzung Ablagerungen anwachsen, die über die Betriebslebensdauer hinweg die Betriebseffizienz erheblich beeinträchtigen können.
  • Ein gattungsgemäßer, also gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgebauter Verdampferbrenner ist aus der US 6 027 334 A bekannt. Bei diesem bekannten Verdampferbrenner mündet eine bezüglich einer Brennkammer im Wesentlichen tangential angeordnete Zündkammer in eine Umfangswand des Brennkammergehäuses ein. In der Zündkammer ist ein Zündorgan angeordnet, das von einem porösen Medium umgeben ist. In das poröse Medium wird flüssiger Brennstoff eingespeist.
  • Die DE 100 04 507 A1 offenbart ein Fahrzeugheizgerät, bei welchem in einem ein Zündorgan aufnehmenden Stutzen ein als poröses Medium wirkendes Siebelement das Zündorgan umgebend angeordnet ist. Dieses Siebelement weist wenigstens bereichsweise einen Umfangsabstand zu einer Stutzeninnenwand auf.
  • Die DE 195 07 556 A1 offenbart einen Verdampferbrenner, bei welchem ein im Wesentlichen topfartig ausgebildetes Brennkammergehäuse an der Innenseite einer Umfangswandung mit porösem Verdampfermedium ausgekleidet ist. In diese Umfangswandung mündet ein zur Brennkammer im Wesentlichen tangential angeordneter Ansatz ein, in welchem ein Zündorgan getragen ist.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, und ein Verfahren zum Abtragen von Ablagerungen an einem Verdampferbrenner vorzusehen, mit welchen im Bereich eines Brenners auftretende Ablagerungen verringert werden können.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, umfassend eine in einem Brennkammergehäuse gebildete Brennkammer, in welche über ein erstes poröses Medium Brennstoff eingespeist wird, ferner umfassend eine zur Brennkammer offene Zündkammer, in welche Brennstoff über ein zweites poröses Medium eingespeist wird und in welcher ein Zündorgan im Wesentlichen vollständig aufgenommen ist.
  • Wesentlich ist bei dem erfindungsgemäßen Verdampferbrenner, dass das Zündorgan nicht mehr dazu dient, Bereiche der Brennkammer zu erwärmen, um die zum Zünden eines zündfähigen Gemisches erforderlichen Temperaturen bereitzustellen, sondern in einer separaten, hierfür bereitgestellten Zündkammer wirksam ist, so dass zunächst in dieser Zündkammer die Verbrennung auftreten wird und von der Zündkammer aus die Verbrennung sich dann in die Brennkammer, welche mit der Zündkammer in Verbindung steht, ausbreiten wird. Dadurch wird vor allem beim Zündvorgang die Konzentration der zum Zünden bereitgestellten Wärmeenergie auf einen vergleichsweise kleinen Volumenbereich erreicht, mit der Folge, dass der Zündvorgang wesentlich schneller abläuft und somit der Zeitraum, in welchem während der Startphase eine übermäßige Abgasemission auftritt, deutlich reduziert werden kann. Infolgedessen wird auch die Gefahr von Ablagerungen deutlich reduziert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist dem zweiten porösen Medium eine Heizeinrichtung zugeordnet. Durch diese Heizeinrichtung kann also zusätzlich zu der durch das Zündorgan bereitgestellten Wärmeenergie dafür gesorgt werden, dass der in das zweite poröse Medium eingeleitete Brennstoff auch besser abdampft. Im Zündvorgang kann also die vom Zündorgan bereitgestellte Wärmeenergie im Wesentlichen zur Erzeugung der zum Zünden erforderlichen Temperaturen in seiner Umgebung genutzt werden, während die Verdampfungwärme durch die Heizeinrichtung bereitgestellt wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung das zweite poröse Medium an seiner vom Zündorgan abgewandten Seite umgebend angeordnet ist.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Zündkammer in einem mit dem Brennkammergehäuse verbundenen Zündkammergehäuse ausgebildet ist. Um dabei die thermische Effizienz des Zündorgans noch weiter steigern zu können, wird vorgeschlagen, dass das Zündkammergehäuse aus thermisch isolierendem Material aufgebaut ist oder/und mit dem Brennkammergehäuse in thermisch isolierender Art und Weise verbunden ist. Beispielsweise kann das Zündkammergehäuse aus Keramikmaterial aufgebaut sein.
  • Um in der Umgebung des Zündorgans das Bereitstellen eines zündfähigen Gemisches aus verdampftem Brennstoff und Verbrennngsluft zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das zweite poröse Medium das Zündorgan wenigstens in seinem thermisch wirksamen Bereich unter Beibehalt eines Zwischenraums umgebend angeordnet ist.
  • Wie bereits ausgeführt, ist es vorteilhaft, wenn der Brennstoff über eine Brennstoffzuführleitung in das zweite poröse Medium eingeleitet werden kann. Dem ersten porösen Medium wird der flüssige Brennstoff dann vorzugsweise unter Vermittlung des zweiten porösen Mediums zugeführt.
  • Um die für den Zündvorgang erforderliche Luft zur Erzeugung eines zündfähigen Gemisches aus Verbrennungsluft und verdampftem Brennstoff bereitstellen zu können, kann wenigstens eine Zündlufteintrittsöffnung in die Zündkammer führen. Die für die Hauptverbrennung, welche in der Brennkammer abläuft, dann erforderliche Verbrennungsluft kann über eine in einem zentralen Bereich der Brennkammer angeordnete Verbrennungslufteinleitanordnung zugeführt werden.
  • Um beim Zündvorgang eine möglichst schnelle und gleichmäßige im Allgemeinen ringartige Ausbreitung der Verbrennung in der Brennkammer zu erzeugen, wird vorgeschlagen, dass ein Zündflammenablenkelement im Bereich der Einmündung der Zündkammer in die Brennkammer vorgesehen ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Abtragen von Ablagerungen an einem gattungsgemäßen oder erfindungsgemäßen Verdampferbrenner, bei welchem Verfahren nach Beendigung eines normalen Brennerbetriebs in der Zündkammer unter Brennstoffdefizit eine sich in die Brennkammer ausbreitende und Ablagerungen an dem ersten porösen Medium abbrennende Verbrennung induziert wird.
  • Durch diese Vorgehensweise wird sichergestellt, dass die zunächst unter einem Brennstoffdefizit, also bei einem mageren Gemisch aus verdampftem Brennstoff und Verbrennungsluft ablaufende Verbrennung die im Bereich der Innenoberfläche des ersten porösen Mediums vorhandenen beispielsweise rußartigen Ablagerungen abgebrannt werden.
  • Bei dieser Vorgehensweise wird vorzugsweise dafür gesorgt, dass durch gleichzeitige Erregung des Zündorgans und der Heizeinrichtung im Wesentlichen der gesamte in das zweite poröse Medium eingeleitete Brennstoff in der Zündkammer verdampft wird. Somit wird sichergestellt, dass bei dem Abbrennen der in der Brennkammer angesammelten Ablagerungen keine weiteren Ablagerungen mehr im Bereich des ersten porösen Mediums sich ansammeln können.
  • Die Verbrennung während dieses Reinigungs- bzw. Abbrennvorgangs erfolgt vorzugsweise bei einem Lambdawert von wenigstens 2.
  • Da insbesondere bei Durchführung des vorangehenden Reinigungs- oder Abbrennvorgangs, in welchem das poröse Medium in der Brennkammer gereinigt wird, auf Grund des im Wesentlichen vollständigen Verdampfens des Brennstoffs in der Zündkammer die grundsätzliche Gefahr besteht, dass im Bereich der Zündkammer Ablagerungen generiert werden, wird gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt vorgeschlagen, dass nach erfolgtem Abbrand von Ablagerungen am ersten porösen Medium durch Beendigung der Brennstoffzufuhr und Erregung des Zündorgans und der Heizeinrichtung Ablagerungen im Bereich des zweiten porösen Mediums abgebrannt werden. Durch das gleichzeitige Betreiben der Heizeinrichtung und des Zündorgans werden im Bereich der Zündkammer bei nicht mehr vorhandener Brennstoffeinspeisung so hohe Temperaturen erzeugt, dass die im Bereich des zweiten porösen Mediums vorhandenen Ablagerungen abgebrannt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detalliert beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Verdampferbrenners;
    Fig. 2
    eine Querschnittansicht des in Fig. 1 dargestellten Verdampferbrenners, geschnitten längs einer Linie II - II in Fig. 1;
    Fig. 3
    eine Schnittansicht des in Fig. 2 dargestellten Zündkammergehäuses, geschnitten längs einer Linie III - III in Fig. 2.
  • In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Verdampferbrenner allgemein mit 10 bezeichnet. Der Verdampferbrenner 10 umfasst ein Flammrohr 12, das in einem axialen Endbereich 15 ein Brennkammergehäuse 14 für eine im inneren, des Flammrohrs 12 dort ausgebildete Brennkammer 16 bildet. Die Innenwandung dieser Brennkammer 16 ist mit einem porösen Medium 18 ausgekleidet, das beispielsweise aus filzartigem, geflechtartigem oder sonstigem Poren aufweisenden Material, wie z.B. Schaumkermaik o. dgl., gebildet sein kann. Über eine nur schematisch dargestellte Gebläseanordnung 20 und einen Verbrennungslufteinlassstutzen 22, der in der Brennkammer 16 zentral angeordnet ist und eine Mehrzahl von Lufteintrittsschlitzen 24 an seinem Umfangsbereich aufweist, wird Verbrennungsluft in die Brennkammer 16 eingeleitet. Den axialen Abschlss der Brennkammer 16 bildet im Wesentlichen eine ringartig ausgebildete Flammblende 26, durch welche hindurch die Verbrennungsabgase und die Flamme sich in den verbleibenden Bereich des Flammrohrs 12 erstrecken können.
  • An den das Brennkammergehäuse bildenden Endbereich 15 des Flammrohrs 12 ist seitlich ein Zündkammergehäuse 28 angesetzt. Dieses näherungsweise zylindrisch ausgebildete Zündkammergehäuse 28 kann mit dem Brennkammergehäuse 14 bzw. dem Endabschnitt 15 des Flammrohrs 12 unter Zwischenlagerung eines hitze- und kraftstoffbeständigen und vorzugsweise aus thermisch isolierendem Material gebildeten O-ringartigen Dichtungselementes 30 verbunden sein, so dass im Übergangsbereich zwischen dem Brennkammergehäuse 14 und dem Zündkammergehäuse 28 für gute thermische Isolation gesorgt ist. Des Weiteren ist vorzusgweise aus nachfolgend noch beschriebenen Gründen das Zündkammergehäuse 28 aus thermisch isolierendem Material, wie z.B. Keramikmaterial, gebildet.
  • Im Zündkammergehäuse 28 ist eine allgemein mit 32 bezeichnete Zünkammer gebildet, die in einem Einmündungsbereich 34 zur Brennkammer 16 hin offen ist. Dieser Einmündungsbereich 34 kann im dargestellten Beispiel teilweise auch noch durch den an das Zündkammergehäuse 28 angrenzenden Material- oder Wandungsbereich des Brennkammergehäuses 14 bereitgestellt sein.
  • Am Innenumfang des Zündkammergehäuses 28 ist ein die Zündkammer 32 umgebendes bzw. auskleidendes poröses Medium 36 vorgesehen, das sich durch eine im Mündungsbereich 34 ausgebildete Öffnung 37 im Brennkammergehäuse 14 und eine entsprechende Öffnung im porösen Medium 18 des Brennkammergehäuses 14 hindurcherstreckt. In diesem Bereich besteht also eine Anlageverbindung zwischen den beiden porösen Medien 36, 18.
  • In seinem von der Brennkammer 16 entfernten Endbereich erstreckt sich das poröse Medium 36 bis in den Bereich einer an der Innenseite des Zündkammergehäuses 28 ausgebildeten ringartigen Brennstoffverteilungsnut 38, in welche eine Brennstoffzuführleitung 40 einmündet. In einem noch weiter in Richtung von der Brennkammer 16 weg liegenden Bereich des Zündkammergehäuses 28 sind, wie man auch in Fig. 3 erkennt, zwei zueinander bezüglich einer Längsmittenachse des Zündkammergehäuses 28 versetzt liegende und somit näherungsweise tangential oder sekantial in die Zündkammer 32 einmündende Zündlufteintrittsöffnungen 42, 44 ausgebildet. Zentral liegt im Zündkammergehäuse 28 bzw. der darin gebildeten Zündkammer 32 ein als Glühzündstift ausgebildetes Zündorgan 46, das im vom Brennkammergehäuse 14 entfernt liegenden Endbereich des Zündkammergehäuses 28 durch einen auch einen elektrischen Anschluss 48 aufweisenden Träger 50 am Zündkammergehäuse 28 getragen ist. Zwischen dem Außenumfangsbereich des sich im Wesentlichen durch die gesamte Zündkammer 32 hindurcherstreckenden Zündorgans 46 und dem porösen Medium 36 ist ein Zwischenraum 52 gebildet.
  • Man erkennt in Fig. 2 ferner, dass das poröse Medium 36 der Zündkammer 32 an seinem Außenumfangsbereich, d.h. an der vom Zündorgan 46 abgewandten Seite durch eine eine Heizeinrichtung für dieses poröse Medium 36 bereitstellende Heizwendel 54 umgeben ist. Sowohl die Heizwendel 54 als auch der Glühzündstift 46 sind elektrisch erregbar, so dass sie bei entsprechender Bestromung elektrische Energie in Wärmeenergie umsetzen.
  • Man erkennt in den Figuren 1 und 2 ferner, dass im Einmündunsbereich 34 ein schaufelartig ausgebildetes Zündflammenleitelement 56 vorgesehen ist. Durch dieses Zündflammenleitelement 56 wird sichergestellt, dass eine sich aus der Zündkammer 32 heraus in die Brennkammer 16 ausbreitende Zündflamme nicht direkt die Brennkammer 16 durchsetzt und dann innen auf den Verbrennungslufteinlassstutzen 22 auftrifft, sondern in Umfangsrichtung umgelenkt wird und somit für eine ringartige Verbrennungsausbreitung in der Brennkammer 16 sorgt.
  • Im Folgenden wird der Betrieb des vorangehend hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus detailliert beschriebenen Verdampferbrenners 10 beschrieben.
  • Zum Zünden des Verdampferbrenners 10 wird zunächst über die Brennstoffzuführleitung 40 dem porösen Medium 36 der Zündkammer 32 Brennstoff zugeführt. Dabei wird durch gleichzeitige Erregung der Heizwendel 54 und des Glühzündstifts 46 zum einen für eine sehr schnelle Abdampfung des in das poröse Medium 36 eingeleiteten Brennstoffs gesorgt, zum anderen wird gleichzeitig vor allem in dem ringartigen Raumbereich 52 sehr schnell eine ausreichend hohe Temperatur bereitgestellt, um in der Zündkammer 32 das dort vorhandene zündfähige Gemisch zu zünden. Hierfür ist wesentlich, dass die dabei zu erwärmenden Komponenten auf einen vergleichsweise kleinen thermisch gut isolierten bzw. isolierbaren Raumbereich begrenzt sind und nicht wesentliche Komponenten der Brennkammer 16 an sich miterwärmt werden müssen. Die Folge davon ist, dass die Verbrennung in der Zündkammer 32 sehr schnell auftreten wird und die dabei entstehende Zündflamme sich über den Mündungsbereich 34 in die Brennkammer 16 ausbreiten wird, wobei, wie vorangehend bereits beschrieben, unter Einsatz des Flammleitelements 56 für eine ringartige Ausbreitung der Flamme in der Brennkammer 16 gesorgt wird.
  • Bei diesem Zündvorgang wird eine derartige Brennstoffmenge zugeführt, dass nicht der gesamte Brennstoff in der Zündkammer 32 über das poröse Medium 36 verdampfen wird, sondern dass über das poröse Medium 36 auch Brennstoff in das poröse Medium 18 der Brennkammer 16 gelangt und sich in diesem über den Außenumfangsbereich der Brennkammer 16 verbreiten wird. Durch die sich in die Brennkammer 16 ausbreitende Zündflamme wird sehr schnell auch in der Brennkammer 16 der dort in dem porösen Medium 18 vorhandene Brennstoff erwärmt und verdampft, so dass auf Grund der auch während des Zündvorgangs bereits vorhandenen Verbrennungsluftzufuhr über den Stutzen 22 bzw. die Öffnungen 24 in der Brennkammer 16 ein zündfähiges Gemisch bereitgestellt wird, dass auch auf Grund der vermittels der Zündflamme bereitgestellten hohen Temperaturen sehr schnell zünden wird. Es sei hier erwähnt, dass durch die Verbrennungluftzufuhr über den Stutzen 22 im Bereich der Zündkammer 32 ein Unterdruck erzeugt wird, welcher das Nachströmen von Zündluft durch die Öffnungen 42, 44 zur Folge haben wird. Selbstverständlich ist es möglich, bei entsprechender Anforderung ein separates Zündluftgebläse zum Zuführen von Zündluft in die Zündkammer 32 bereitzustellen.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verdampferbrenners 10 kann also bei Durchführung eines Zündvorgangs sehr schnell ein Hochlaufen des Verdampferbrenners 10 auf seine Nennleistung erfolgen, so dass die in dieser Hochlaufphase auftretenden schädlichen Emissionen deutlich reduziert werden können. Wesentlich hierfür ist auch, dass durch das zusätzliche Bereitstellen der Heizwendel 54 auch in Abstimmung auf den jeweilig verwendeten Brennstoff in optimaler Weise die Verdampfung in der Zündkammer 32 gefördert werden kann, ohne dass hierfür dem zum Bereitstellen der Zündtemperaturen eigentlich vorgesehen Glühzündstift 46 übermäßig Wärme entzogen werden müsste. Des Weiteren kann durch die lokal begrenzte Erwärmung durch die Heizwendel 54 einerseits und den Glühzündstift 46 andererseits das sowohl beim Zündvorgang als auch beim Stillsetzen des Heizbrenners 10 ungewollte Abgasen von Brennstoffen weitgehend reduziert werden, da alleine durch das definierte Ansteuern der Heizwendel 54 und des Glühzündstifts 46 dafür gesorgt werden kann, dass in einem lokal stark begrenzten Bereich der dort vorhandene Brennstoff vollständig und sehr schnell verbrannt wird. Auch dies ist insbesondere mit Hinblick auf den Einsatz des erfindungsgemäßen Heizbrenners in Verbindung mit verschiedenen auch verschiedene Abdampfcharakteristiken aufweisenden Brennstoffen sehr vorteilhaft.
  • Beim Betreiben eines derartigen Heizbrenners besteht grundsätzlich die Gefahr, dass im Bereich der Brennkammer und auch im Bereich der Zündkammer Ablagerungen A bzw. B generiert werden. Um die übermäßige Ansammlung derartiger Ablagerungen zu vermeiden, kann der erfindungsgemäße Heizbrenner zur Durchführung der folgenden Reinigungsprozedur betrieben werden:
    • Zunächst wird beim Übergang von einem normalen Verbrennungsbetrieb in den Außerbetriebszustand durch reduzierte Brennstoffzufuhr dafür gesorgt, dass in der Zündkammer eine sehr magere Verbrennung induziert wird und sich eine entsprechend magere Ringflamme in die Brennkammer 16 ausbreiten wird. Auf Grund des dabei vorhandenen sehr hohen Strahlungswärmeanteils und des auf Grund der vorangehend durchgeführten Verbrennung noch immer sehr heißen Brennkammergehäuses 14 werden die im Bereich des porösen Mediums 18 angesammelten Ablagerungen A bei diesem Vorgang abgebrannt. Hier wird durch entsprechende Erregung des Glühzündstifts 46 bzw. der Heizwendel 54 dafür gesorgt, dass der gesamte zur Verfügung gestellte Brennstoff im Wesentlichen vollständig in der Zündkammer 32 verdampft, wodurch sichergestellt wird, dass bei diesem Vorgang keine weiteren Ablagerungen auf das poröse Medium 18 gelangen. Die zugeführte Brennstoffmenge wird im Verhältnis zur ebenfalls zugeführten Zündluftmenge so eingestellt, dass eine Verbrennung bei einem Lambdawert von etwa 2 ablaufen wird. Auf Grund dieser mageren Verbrennung werden dann die an dem porösen Medium 18 vorhandenen Ablagerungen aufoxidiert und abgebrannt. Dieser Vorgang ist besonders daher sehr effektiv, da die zum Abbrennen eingesetzte Zündflamme sich genau in demjenigen Bereich der Brennkammer 16 ringartig ausbreiten wird, in dem auch die Ablagerungen A vorhanden sein werden.
  • Auf Grund der im Wesentlichen vollständigen Verdampfung des zugeführten Brennstoffs in der Zündkammer 32 besteht vor allem bei diesem Vorgang jedoch die Gefahr, dass im Bereich der Zündkammer 32 die Ablagerungen B generiert werden. Diese werden in einem nachfolgenden Reinigungsverfahrensschritt dadurch dann abgebrannt, dass die Brennstoffzufuhr eingestellt wird, während weiterhin der Glühzündstift 46 und die Heizwendel 54 erregt werden und somit derartig hohe Temperaturen erzeugt werden, dass unter der immer noch anhaltenden Zündluftzufuhr nunmehr die Ablagerungen B abgebrannt werden. Auch dieser Vorgang ist sehr effizient, da durch die Heizwendel 54 einerseits und den Glühzündstift 46 andererseits die Ablagerungen B von beiden Seiten her erwärmt werden.
  • Durch die vorliegende Ausgestaltung eines Heizbrenners wird es also möglich, diesen beim Starten derart zu betreiben, dass das Hochfahren auf Nennleistung nur eine sehr kurze Zeit beansprucht, wodurch einerseits elektrische Energie eingespart wird, andererseits die in dieser Phase auftretenden schädlichen Emissionen deutlich reduziert werden können. Im normalen Verbrennungsbetrieb können die zum Zünden wirksamen Organe vollständig deaktiviert werden. Durch die im Heizbrenner ablaufende Hauptverbrennung wird ausreichend Wärmeenergie zum Verdampfen und Verbrennen des über das poröse Medium der Brennkammer zugeführten Brennstoffs bereitgestellt. Vor allem durch Auswahl der Form und der Positionierung des Flammenleitelements 56 kann beim Zündvorgang, ebenso wie bei dem vorangehend beschriebenen Reinigungsvorgang, ein wesentlicher Einfluss auf die Ausbreitung der Zündflamme in der Brennkamer genommen werden, so dass je nach geforderter Flammverteilung hier entsprechend die Form bzw. die Positionierung des Elements 56 angepasst werden kann.
  • Durch die erfindungsgemäß weiter durchzuführenden bzw. durchführbaren Reingungsprozeduren kann unter Ausnutzung der vorteilhaften konstruktiven Aspekte des erfindungsgemäßen Verdampferbrenners dafür gesorgt werden, dass sowohl im Bereich der Brennkammer an sich vorhandene Ablagerungen als auch im Bereich der Zündkammer möglicherweise erst beim Reinigungsvorgang der Brennkammer generierte Ablagerungen zuverlässig abgebrannt werden können. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verdampferbrenners ist dessen Einsetzbarkeit in Verbindung mit verschiedensten Brennstoffen, wobei in jedem Falle durch entsprechend angepasste Aktivierung der verschiedenen Heizorgane die hinsichtlich des schnellen Startvermögens einerseits und der geringeren Schadstoffemission andererseits vorhandenen Vorteile erhalten bleiben.

Claims (15)

  1. Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, umfassend eine in einem Brennkammergehäuse (14) gebildete Brennkammer (16), in welche über ein erstes poröses Medium (18) Brennstoff eingespeist wird, ferner umfassend eine zur Brennkammer (16) offene Zündkammer (32), in welche Brennstoff über ein zweites poröses Medium (36) eingespeist wird und in welcher ein Zündorgan (46) im Wesentlichen vollständig aufgenommen ist, gekennzeichnet durch eine dem zweiten porösen Medium (36) zugeordnete Heizeinrichtung (54).
  2. Verdampferbrenner nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkammer (32) in einem mit dem Brennkammergehäuse (14) verbundenen Zündkammergehäuse (28) ausgebildet ist.
  3. Verdampferbrenner nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Zündkammergehäuse (28) aus thermisch isolierendem Material aufgebaut ist oder/und mit dem Brennkammergehäuse (14) in thermisch isolierender Art und Weise verbunden ist.
  4. Verdampferbrenner nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Zündkammergehäuse (28) aus Keramikmaterial aufgebaut ist.
  5. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass das zweite poröse Medium (36) das Zündorgan (46) wenigstens in seinem thermisch wirksamen Bereich unter Beibehalt eines Zwischenraums (52) umgebend angeordnet ist.
  6. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1-5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (54) das zweite poröse Medium (36) an seiner vom Zündorgan (46) abgewandten Seite umgebend angeordnet ist.
  7. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    gekennzeichnet durch eine Brennstoffzuführleitung (40) zum Einleiten von flüssigem Brennstoff in das zweite poröse Medium (36).
  8. Verdampferbrenner nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten porösen Medium (18) flüssiger Brennstoff über das zweite poröse Medium (36) zugeführt wird.
  9. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    gekennzeichnet durch wenigstens eine in die Zündkammer (32) führende Zündlufteintrittsöffnung (42, 44).
  10. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass in einem zentralen Bereich (16) der Brennkammer eine Verbrennungslufteinleitanordnung (22, 24) angeordnet ist.
  11. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    gekennzeichnet durch ein Zündflammenablenkelement (56) im Bereich der Einmündung (34) der Zündkammer (32) in die Brennkammer (16).
  12. Verfahren zum Abtragen von Ablagerungen an einem Verdampferbrenner insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, umfassend eine in einem Brennkammergehäuse (14) gebildete Brennkammer (16), in welche über ein erstes poröses Medium (18) Brennstoff eingespeist wird, ferner umfassend eine zur Brennkammer (16) offene Zündkammer (32), in welche Brennstoff über ein zweites poröses Medium (36) eingespeist wird und in welcher ein Zündorgan (46) im Wesentlichen vollständig aufgenommen ist, insbesondere
    nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem Verfahren nach Beendigung eines normalen Brennerbetriebs in der Zündkammer (32) unter Brennstoffdefizit eine sich in die Brennkammer (16) ausbreitende und Ablagerungen an dem ersten porösen Medium (18) abbrennende Verbrennung induziert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass durch gleichzeitige Erregung des Zündorgans (46) und der Heizeinrichtung (54) im Wesentlichen der gesamte in das zweite poröse Medium (36) eingeleitete Brennstoff in der Zündkammer (32) verdampft wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung bei einem Lambdawert von wenigstens 2 erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgtem Abbrand von Ablagerungen am ersten porösen Medium (18) durch Beendigung der Brennstoffzufuhr und Erregung des Zündorgans (46) und der Heizeinrichtung (54) Ablagerungen im Bereich des zweiten porösen (36) Mediums abgebrannt werden.
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