EP1484552A1 - Brennkammeranordnung für einen Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät - Google Patents

Brennkammeranordnung für einen Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät Download PDF

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EP1484552A1
EP1484552A1 EP04013162A EP04013162A EP1484552A1 EP 1484552 A1 EP1484552 A1 EP 1484552A1 EP 04013162 A EP04013162 A EP 04013162A EP 04013162 A EP04013162 A EP 04013162A EP 1484552 A1 EP1484552 A1 EP 1484552A1
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EP
European Patent Office
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combustion chamber
heat transfer
arrangement according
chamber arrangement
transfer element
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EP04013162A
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English (en)
French (fr)
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EP1484552B1 (de
Inventor
Michael Humburg
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Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
J Eberspaecher GmbH and Co KG
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    • 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
    • F23D—BURNERS
    • F23D2207/00—Ignition devices associated with burner

Definitions

  • the present invention relates to a combustion chamber arrangement for a Vaporizer burner, in particular for a vehicle heater.
  • a combustion chamber arrangement for an evaporator burner in particular for a vehicle heater, comprising a combustion chamber housing providing a combustion chamber and one in the area of a wall of the combustion chamber housing provided heating / ignition device with an electrically excitable heating element and one in heat transfer contact with the heating element Heat transfer element, wherein the heat transfer element at least one ignition projection protruding towards the combustion chamber having.
  • the electrically excitable heating element takes over two functions. On the one hand, through its excitement, it serves the To increase the evaporation rate of the fuel, on the other hand it forms together with the at least one ignition projection a local area high temperature in the combustion chamber, so that by the electrically excitable heating element provided and via the heat transfer element transported in this at least one ignition projection Heat the temperatures required for ignition are provided can. There are not two separate and also separately controllable ones Heaters required.
  • one of the combustion chamber facing Side of the heat transfer element is a porous evaporator medium is provided and that the at least one ignition projection in a recess engages in the evaporator medium. It is also advantageous if the recess is open to the combustion chamber, so that the at least one ignition tab in direct contact with that in the combustion chamber and especially in the vicinity of the porous evaporator medium formed ignitable mixture can occur.
  • the Effect can be further improved in that the at least one Ignition projection extends beyond the evaporator medium into the combustion chamber extends.
  • the heating power required to generate the high ignition temperatures with the electrically excitable heating element can also result in that the heat transfer element is heated very strongly.
  • a very strong one or excessive heating of the heat transfer element can correspondingly strong, undesired heating of the evaporator medium have as a consequence.
  • the intermediate element can have a thermal conductivity in the range from 0.1 to 0.5 W / mK, preferably about 0.3 W / mK and can consist of one Ceramic material, commonly referred to as insulating ceramic can be built.
  • the wall is a bottom wall of the Evaporator case is.
  • the heat transfer element have a thermal conductivity or specific thermal conductivity in the range from 30 to 200 W / mK, preferably 100 to 180 W / mK.
  • the heat transfer element have a specific electrical resistance of at least 10 11 ⁇ cm, preferably at least 10 14 ⁇ cm.
  • the heat transfer element has ceramic material, for example aluminum nitride, silicon nitride or Silicon carbide.
  • a sink arrangement is provided in the heat transfer element in which the heating element is at least partially received.
  • the heating element is at least in the heat transfer element embedded in areas and the heat transfer surface accordingly increased.
  • the heating element between the heat transfer element and a closure element is included.
  • the end element is a has lower thermal conductivity than the heat transfer element.
  • the thermal conductivity of the termination element can be in the range of 0.02 to 0.06 W / mK, preferably about 0.04 W / mK.
  • This too End element can be formed, for example, from ceramic material.
  • the present invention further relates to a vehicle heater in which a combustion chamber arrangement according to the invention is provided.
  • a vehicle heater is generally designated 10.
  • Heater 10 can be used, for example, as an auxiliary heater or as an auxiliary heater be used in a vehicle.
  • the heater 10 includes one Combustion chamber arrangement 12, in which, as will be described in the following, thermal energy is provided by burning a fuel / air mixture is, as well as a heat exchanger assembly 14, in which this provided for combustion and transported in the combustion exhaust gases Heat on a medidum to be heated, for example air or also that circulating in a cooling system of an internal combustion engine Coolant can be transferred.
  • the combustor assembly 12 includes a combustor housing, generally designated 16.
  • This combustion chamber housing 16 is essentially pot-shaped and, with a cylindrical peripheral wall 18, for example, and a bottom wall 20, for example, integrally configured with it, defines a combustion chamber 22 which is open in the direction of the heat exchanger arrangement 14.
  • the air supply space 26 can be delimited by the combustion chamber housing 16 and an air guide housing 28 surrounding it.
  • the combustion air is conveyed into the air supply space 26 by an air conveying fan known per se, for example radially or possibly axially, with respect to a longitudinal axis A of the combustion chamber arrangement 12.
  • the combustion exhaust gases emerging from the combustion chamber 22 enter a flame tube 32 which is axially open on its side facing away from the combustion chamber 22.
  • the flame tube 32 is surrounded by the likewise substantially pot-shaped heat exchanger arrangement 12 or an inner heat exchanger housing 34 thereof.
  • a combustion exhaust gas flow space 36 is formed between this inner heat exchanger housing 34 and the flame tube 32, along which the combustion exhaust gases flow back towards the combustion chamber arrangement 12 and are then discharged to the environment or to an exhaust gas purification system, such as through an outlet 38 formed, for example, in the air guide housing 28 Arrow P 2 indicated.
  • a flow space 42 is formed by is flowed through the medium to be heated. This occurs in the area an inlet 44 in the heat exchanger assembly 14 and exits these in the area of an outlet 46.
  • a porous evaporator medium 50 is provided on a side 48 of the bottom wall 20 of the combustion chamber housing 16 facing the combustion chamber 22.
  • This porous evaporator medium which can be formed, for example, from foam ceramic, nonwoven material, braid material or the like, preferably covers the entire surface of the side 48 of the bottom wall 20.
  • a through opening for a fuel line 52 is formed in the bottom wall 20, which leads directly to the evaporator medium 50, so that fuel, as indicated by an arrow P 3 , can be introduced into the porous evaporator medium 50. It should be pointed out here that such fuel lines 52 can of course also lead to the porous evaporator medium 50 in several areas of the bottom wall 20.
  • a heater / igniter generally designated 56 is provided on the side 54 of the bottom wall facing away from the combustion chamber 22 20.
  • this comprises a plate-shaped heat transfer element 58, the its side 60 facing the side 54 of the bottom wall 20 via a Intermediate element 82 with the bottom wall 20 in heat transfer contact stands and on its side 62 facing away from the bottom wall 20 has an annular or spiral depression arrangement 64.
  • the electrically excitable heating element 66 is still on the side 62 by being in contact with the heating element 58 connected cover element 68 covers, so that it essentially, except for electrical supply areas, between this cover element 68 and the heat transfer element 58 is included.
  • the heat transfer element 58 has a substantially ring-like configuration on, and in the cover member 68 is for the or each conduit 52 there is an opening 70 also in the form of a connection piece 72, so that on the one hand the heat transfer element 58 also in the area this opening 70 through the nozzle-like section 72 of the cover element 68 is covered and on the other hand a separation between this Heat transfer element 58 and line 52 are made can.
  • the cover element 68 On the outer peripheral region, the cover element 68 has a cylindrical one or nozzle-like projection 74 of the heat transfer element 58 covers to the outside. Also the plate-like intermediate element 82 has one associated with the or each line 52 Opening 84, which is also designed in a substantially nozzle-like manner Approach 86 is formed. Together with the neck-like section 72 of the cover element 68 thus closes this socket 86 Heat transfer element 58 radially inward with respect to a fuel line 52 thermally.
  • the cover element 68 is preferably made of a thermally insulating material, such as. B. Ceramic material or the like, built. This ensures that in the area of the heating element 60 by electrical excitation of the same generated heat essentially completely and without major heat losses introduced into the evaporator medium 50 or the combustion chamber 22 becomes.
  • the heat transfer element 58 from a material which is a good thermal conductor.
  • a material which is a good thermal conductor has special ceramic material, such as.
  • aluminum nitride, silicon nitride or silicon carbide proven to be particularly advantageous, which has a specific thermal conductivity that is in the range of 30 to 180 W / mK and can therefore be significantly higher than the thermal conductivity of metal material, such as. B. steel.
  • this material also has a sufficiently high electrical resistivity in the range of, for example, 10 12 to 10 14 ohm-cm, so that equally good electrical insulation between the heating element 60 and the generally made of metal, for example aluminum or steel material combustor casing 16 produced provided is ,
  • the ignition protrusion 80 engages slightly in the combustion chamber 72 on.
  • the heating element 66 is excited by the good thermal conductivity of the heat transfer element 58 ensured that in Area of the ignition projection 78 in the combustion chamber 22 for ignition by fuel evaporation and combustion air injection formed ignitable mixture required high temperature provided becomes.
  • this ignition projection 80 extends very close to the porous evaporator medium 50 so that especially in the vicinity of this ignition projection 80 a strong atmosphere enriched with vaporized fuel can.
  • the Intermediate element 82 for example, from a so-called insulating ceramic be built up, the thermal conductivity or specific thermal conductivity in the range of 0.3 W / mK.
  • Such insulation materials are commercially available which are resistant to high temperatures, e.g. B. under the registered PROMAFELD 9 brand available.
  • the material or the thickness of the intermediate element 82 can be predefined here in a defined manner large the thermal conductivity in the heat transfer to the porous Evaporator medium 50 and thus what proportion of the heat in it porous evaporator medium on the one hand and the projection 80 on the other is transmitted.
  • heating / ignition device 56 a plurality of ignition projections 80 can be provided to be distributed over the area of the bottom wall 20 to provide several areas in which the ignition then occurs so that from the beginning of the combustion a very even one Distribution of the combustion in the combustion chamber 22 can be obtained can.
  • the heating element 66 can be operated such that it is initially more excited at the beginning of the start phase, i.e. warmed up more in order to achieve the required high levels in the area of the ignition projection 80 To be able to provide temperatures, and then when the combustion has been started, is operated with lower heating power, so that in Essentially, only the fuel evaporation is increasingly supported if necessary.
  • a conventional one Heating wire e.g. B. Kanthal can be used, the heat output of about 250 W can provide.
  • the above-mentioned intermediate element 82 or whose function of the additional heat transfer barrier through the Bottom wall 20 of the combustion chamber housing 16 itself taken over if the combustion chamber housing 16 or at least the bottom wall 20 of the same is constructed from a material that has a corresponding Heat transfer barrier created.
  • a difficult heat transfer between the heat transfer element 58 and the bottom wall 20 of the combustion chamber housing 16 can also by surface structuring in the area of at least one surface of these two components can be obtained, so that with appropriately roughened, ribbed or in otherwise structured surface the total contact area of these two components is reduced and a correspondingly reduced Heat transfer from the heat transfer element 58 to the bottom wall 20 of the combustion chamber housing 16 will be the result. It is too basically conceivable that between the heat transfer element and intermediate element provided to the porous evaporator medium, if this is not formed by the bottom wall 20 itself, between the bottom wall 20 and the porous evaporator medium 50 to arrange.
  • Heating / ignition device 56 can also be provided if in Area of the bottom wall 20 of the combustion chamber housing 16, a combustion air inlet connection is formed so that the combustion air in the Can flow into the combustion chamber 22 essentially radially from the inside or can additionally flow into the combustion chamber 22 from the radially inside.

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Abstract

Eine Brennkammeranordnung für einen Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, umfasst ein eine Brennkammer (22) vorsehendes Brennkammergehäuse (16) und eine im Bereich einer Wandung (20) des Brennkammergehäuses (16) vorgesehene Heiz/Zünd-Einrichtung (56) mit einem elektrisch erregbaren Heizelement (66) und einem mit dem Heizelement (66) in Wärmeübertragungskontakt stehenden Wärmeübertragungselement (58), wobei das Wärmeübertragungselement (58) wenigstens einen in Richtung zur Brennkammer (22) vorstehenden Zündvorsprung (80) aufweist. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammeranordnung für einen Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät.
Aus der DE 100 20 027 A1 ist eine Brennkammeranordnung für ein Fahrzeugheizgerät bekannt, bei welcher im Bereich einer Bodenwandung eines topfartig ausgestalteten Brennkammergehäuses ein poröses Verdampfermedium vorgesehen ist, in welches der mit Verbrennungsluft zusammen zu verbrennende flüssige Brennstoff eingespeist wird und aus welchem dieser flüssige Brennstoff dann in Richtung zur Brennkammer hin abdampft. Um die Abdampfungsrate zu erhöhen und somit auch die Startphase der Brennkammer zu verkürzen, ist diesem porösen verdampfermedium ein elektrisch erregbares Heizelement zugeordnet, um dieses schneller erwärmen zu können und somit die Abdampfungsrate steigern zu können. In Abstand zu dem porösen Verdampfermedium ist ein als Glühzündstift ausgestaltetes Zündorgan vorgesehen, das mit seinem zum Erzeugen der ausreichend hohen Temperaturen wirksamen Abschnitt im Wesentlichen radial in die Brennkammer ragt. Somit werden in der Startphase in geringem Abstand über dem porösen Verdampfermedium die Temperaturen erzeugt, welche das zündfähige Gemisch zünden und somit die Verbrennung in der Brennkammer starten können.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkammeranordnung für einen Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, vorzusehen, welches bei einfachem und kostengünstigem Aufbau die Realisierung einer kurzen Startphase ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Brennkammeranordnung für einen Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, umfassend ein eine Brennkammer vorsehendes Brennkammergehäuse und eine im Bereich einer Wandung des Brennkammergehäuses vorgesehene Heiz/Zünd-Einrichtung mit einem elektrisch erregbaren Heizelement und einem mit dem Heizelement in Wärmeübertragungskontakt stehenden Wärmeübertragungselement, wobei das Wärmeübertragungselement wenigstens einen in Richtung zur Brennkammer vorstehenden Zündvorsprung aufweist.
Bei der vorliegenden Erfindung übernimmt das elektrisch erregbare Heizelement zwei Funktionen. Zum einen dient es durch seine Erregung dazu, die Abdampfungsrate des Brennstoffs zu erhöhen, zum anderen bildet es zusammen mit dem wenigstens einen Zündvorsprung einen lokalen Bereich hoher Temperatur im Bereich der Brennkammer, so dass durch die vom elektrisch erregbaren Heizelement bereitgestellte und über das Wärmeübertragungselement in diesen wenigstens einen Zündvorsprung transportierte Wärme die zum Zünden erforderlichen Temperaturen bereitgestellt werden können. Es sind nicht zwei separate und auch separat anzusteuernde Heizorgane erforderlich.
Um die Verdampfungsrate in der Brennkammer weiter verbessern zu können, wird vorgeschlagen, dass an einer der Brennkammer zugewandten Seite des Wärmeübertragungselements ein poröses Verdampfermedium vorgesehen ist und dass der wenigstens eine Zündvorsprung in eine Aussparung in dem Verdampfermedium eingreift. Dabei ist es weiter vorteilhaft, wenn die Aussparung zur Brennkammer hin offen ist, so dass der wenigstens eine Zündvorsprung in direktem Kontakt mit dem in der Brennkammer und insbesondere in der Umgebung des porösen Verdampfermediums gebildeten zündfähigen Gemisch treten kann. Dabei kann die Wirkung weiter dadurch verbessert werden, dass der wenigstens eine Zündvorsprung sich über das Verdampfermedium hinaus in die Brennkammer erstreckt.
Um den Aufbau bzw. den Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Brennkammeranordnung sehr einfach gestalten zu können und insbesondere auch die im Bereich der Heiz/Zünd-Einrichtung vorhandenen Komponenten gegen übermäßig hohe, bei Verbrennung entstehende Temperaturen schützen zu können, wird vorgeschlagen, dass das Wärmeübertragungselement an einer von der Brennkammer abgewandten Seite der Wandung des Brennkammergehäuses in Wärmeübertragungskontakt mit diesem angeordnet ist und dass der wenigstens eine Zündvorsprung eine in der Wandung gebildete Öffnung durchsetzt.
Die zum Erzeugen der hohen Zündtemperaturen erforderliche Heizleistung bei dem elektrisch erregbaren Heizelement kann zur Folge haben, dass auch das Wärmeübertragungselement sehr stark erwärmt wird. Eine sehr starke bzw. zu starke Erwärmung des Wärmeübertragungselements kann eine entsprechend starke, ungewünschte Erwärmung des Verdampfermediums zur Folge haben. Es wird daher gemäß einem weiteren Aspekt vorgeschlagen, dass zwischen dem Wärmeübertragungselement und dem Verdampferelement ein Zwischenelement mit geringerer Wärmeleitfähigkeit als das Wärmeübertragungselement angeordnet ist. Durch dieses Zwischenelement wird dafür gesorgt, dass auch dann, wenn das Heizelement sehr stark erregt wird und entsprechend hohe Temperaturen erzeugt, im Bereich des wenigstens einen Zündvorsprungs diese hohen Temperaturen wirksam werden können, während in anderen Bereichen, also in denjenigen Bereiche, in welchen Wärme vom Wärmeübertragungselement in das Verdampfermedium transportiert werden soll, ein durch das Bereitstellen des Zwischenelements erzeugter verminderter Wärmeübertrag bzw. ein höherer Wärmeleitwiderstand bereitgestellt wird. Auf diese Art und Weise wird zwar das Verdampfermedium immer noch erwärmt, nicht aber so stark, dass Beschädigungen oder unerwünschte Reaktionen auftreten. Hier kann auch in dem Zwischenelement wieder eine Öffnung vorgesehen sein, die der wenigstens eine Zündvorsprung dann durchsetzen kann.
Das Zwischenelement kann eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,1 bis 0,5 W/mK, vorzugsweise etwa 0,3 W/mK aufweisen und kann aus einem Keramikmaterial, das im Allgemeinen als Isolierkeramik bezeichnet werden kann, aufgebaut sein.
Bei einer aus Fertigungsgründen besonders bevorzugten Ausgestaltungsform kann vorgesehen sein, dass die Wandung eine Bodenwandung des Verdampfergehäuses ist.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Wärmeübertragungselement eine Wärmeleitfähigkeit bzw. spezifische Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 30 bis 200 W/mK, vorzugsweise 100 bis 180 W/mK, aufweist. Um weiterhin eine elektrische Isolation des elektrisch erregbaren Heizelements beispielsweise bezüglich des im Allgemeinen aus Metall aufgebauten Brennkammergehäuses bereitstellen zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass das Wärmeübertragungselement einen spezifischen elektrischen Widerstand von wenigstens 1011Ωcm, vorzugsweise wenigstens 1014Ωcm, aufweist.
Als besonders bevorzugtes Material für das Wärmeübertragungselement hat sich Keramikmaterial, beispielsweise Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid, erwiesen.
Zum Verbessern des Wärmeübertrags vom elektrisch erregbaren Heizelement in das Wärmeübertragungselement wird weiter vorgeschlagen, dass in dem Wärmeübertragungselement eine Einsenkungsanordnung vorgesehen ist, in welcher das Heizelement wenigstens teilweise aufgenommen ist. Somit ist das Heizelement in das Wärmeübertragungselement zumindest bereichsweise eingebettet und die Wärmeübertragungsoberfläche entsprechend vergrößert.
Um Wärmeverluste so weit als möglich ausschließen zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass das Heizelement zwischen dem Wärmeübertragungselement und einem Abschlusselement eingeschlossen ist. Hierfür ist weiterhin vorzugsweise vorgesehen, dass das Abschlusselement eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Wärmeübertragungselement aufweist. Die Wärmeleitfähigkeit des Abschlusselements kann im Bereich von 0,02 bis 0,06 W/mK, vorzugsweise bei etwa 0,04 W/mK, liegen. Auch dieses Abschlusselement kann beispielsweise aus Keramikmaterial gebildet sein.
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeugheizgerät, bei dem eine erfindungsgemäße Brennkammeranordnung vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1
eine Längsschnittansicht eines Fahrzeugheizgeräts mit einer erfindungsgemäßen Brennkammeranordnung;
Fig. 2
eine Draufsicht bzw. Schnittansicht einer Heiz/Zünd-Einrichtung, geschnitten längs einer Linie II-II in Fig. 3;
Fig. 3
eine Längsschnittansicht der Heiz/Zünd-Einrichtung;
Fig. 4
eine Explosionsansicht der Heiz/Zünd-Einrichtung.
In Fig. 1 ist ein Fahrzeugheizgerät allgemein mit 10 bezeichnet. Ein derartiges Heizgerät 10 kann beispielsweise als Standheizung oder als Zuheizer in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Das Heizgerät 10 umfasst eine Brennkammeranordnung 12, in der, wie im Folgenden noch beschrieben, durch Verbrennen eines Brennstoff/Luft-Gemisches Wärmeenergie bereitgestellt wird, sowie eine Wärmetauscheranordnung 14, in welcher diese bei der Verbrennung bereitgestellte und in den Verbrennungsabgasen transportierte Wärme auf ein zu erwärmendes Medidum, beispielsweise Luft oder auch die in einem Kühlsystem einer Brennkraftmaschine zirkulierende Kühlflüssigkeit, übertragen werden kann.
Die Brennkammeranordnung 12 umfasst ein allgemein mit 16 bezeichnetes Brennkammergehäuse. Dieses Brennkammergehäuse 16 ist im Wesentlichen topfartig ausgebildet und begrenzt mit einer beispielsweise zylindrischen Umfangswandung 18 und einer mit dieser beispielsweise integral ausgestalteten Bodenwandung 20 eine in Richtung zur Wärmetauscheranordnung 14 hin offene Brennkammer 22. In der dargestellten Ausgestaltungsform sind in der Umfangswandung 18 mehrere Verbrennungsluft-Eintrittsöffnungen 24 ausgebildet, so dass die in einem Luftzuführraum 26 herangeförderte und symbolisch durch den Pfeil P1 angedeutete Verbrennungsluft in die Brennkammer 22 eingeleitet werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass der Luftzuführraum 26 durch das Brennkammergehäuse 16 und ein dieses umgebendes Luftführungsgehäuse 28 begrenzt sein kann. Die Verbrennungsluft wird in den Luftzuführraum 26 durch ein an sich bekanntes Luftfördergebläse, beispielsweise radial oder ggf. axial, bezogen auf eine Längsachse A der Brennkammeranordnung 12, gefördert.
Die aus der Brennkammer 22 austretenden Verbrennungsabgase treten nach dem Durchströmen einer Flammblende 30 in ein Flammrohr 32 ein, das an seiner von der Brennkammer 22 abgewandten Seite axial offen ist. Das Flammrohr 32 ist von der ebenfalls im Wesentlichen topfartig ausgebildeten Wärmetauscheranordnung 12 bzw. einem inneren Wärmetäuschergehäuse 34 derselben umgeben. Zwischen diesem inneren Wärmetauschergehäuse 34 und dem Flammrohr 32 ist ein Verbrennungsabgasströmungsraum 36 gebildet, entlang welchem die Verbrennungsabgase in Richtung zur Brennkammeranordnung 12 zurück strömen und dann durch einen beispielsweise in dem Luftführungsgehäuse 28 gebildeten Auslass 38 zur Umgebung oder zu einem Abgasreinigungssystem abgegeben werden, wie durch einen Pfeil P2 angedeutet.
Zwischen dem inneren Wärmetauschergehäuse 34 und einem äußeren Wärmetauschergehäuse 40 ist ein Strömungsraum 42 gebildet, der von dem zu erwärmenden Medium durchströmt wird. Dieses tritt im Bereich eines Einlasses 44 in die Wärmetauscheranordnung 14 ein und verlässt diese im Bereich eines Auslasses 46.
Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl die Wärmetauscheranordnung 14 als auch die Brennkammeranordnung 12, so wie sie vorangehend beschrieben worden sind und in der Fig. 1 dargestellt sind, beispielhaft für eine Vielzahl verschiedener Abwandlungsmöglichkeiten stehen.
An einer der Brennkammer 22 zugewandten Seite 48 der Bodenwandung 20 des Brennkammergehäuses 16 ist ein poröses Verdampfermedium 50 vorgesehen. Dieses poröse Verdampfermedium, das beispielsweise aus Schaumkeramik, Vliesmaterial, Geflechtmaterial oder dergleichen gebildet sein kann, bedeckt vorzugsweise die gesamte Oberfläche der Seite 48 der Bodenwandung 20. In der Bodenwandung 20 ist eine Durchtrittsöffnung für eine Brennstoffleitung 52 gebildet, die direkt zum Verdampfermedium 50 führt, so dass Brennstoff, wie durch einen Pfeil P3 angedeutet, in das poröse Verdampfermedium 50 eingeleitet werden kann. Es sei hier darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch an mehreren Bereichen der Bodenwandung 20 derartige Brennstoffleitungen 52 zum porösen Verdampfermedium 50 führen können. Weiterhin ist es selbstverständlich auch möglich, an der Innenseite der Umfangswandung 18 zumindest bereichsweise poröses Verdampfermedium vorzusehen, in welches dann entweder über das poröse Verdampfermedium 50 oder über separate Brennstoffleitungen flüssiger Brennstoff eingespeist werden kann.
An der von der Brennkammer 22 abgewandten Seite 54 der Bodenwandung 20 ist eine allgemein mit 56 bezeichnete Heiz/Zünd-Einrichtung vorgesehen. Diese umfasst, wie in den Fig. 2 bis 4 detaillierter zu erkennen, ein plattenartig ausgestaltetes Wärmeübertragungselement 58, das an seiner der Seite 54 der Bodenwandung 20 zugewandten Seite 60 über ein Zwischenelement 82 mit der Bodenwandung 20 in Wärmeübertragungskontakt steht und an seiner von der Bodenwandung 20 abgewandten Seite 62 eine ring- bzw. spiralartige Einsenkungsanordnung 64 aufweist. In dieser ist ein als Heizspirale oder Heizwendel oder dergleichen ausgebildetetes elektrisch erregbares Heizelement 66 im Wesentlichen so aufgenommen, dass es an der Seite 62 nicht über das Wärmeübertragungselement 58 hervorsteht. Das elektrisch erregbare Heizelement 66 ist an der Seite 62 weiterhin durch ein mit dem Heizelement 58 in Kontakt stehendes bzw. damit verbundenes Abdeckelement 68 überdeckt, so dass es im Wesentlichen, bis auf elektrische Zuführbereiche, zwischen diesem Abdeckelement 68 und dem Wärmeübertragungselement 58 eingeschlossen ist. Das Wärmeübertragungselement 58 weist eine im Wesentlichen ringartige Konfiguration auf, und in dem Abdeckelement 68 ist für die oder jede Leitung 52 eine auch in Form eines Stutzens 72 ausgestaltete Öffnung 70 vorhanden, so dass einerseits das Wärmeübertragungselement 58 auch im Bereich dieser Öffnung 70 durch den stutzenartigen Abschnitt 72 des Abdeckelements 68 überdeckt ist und andererseits eine Trennung zwischen diesem Wärmeübertragungselement 58 und der Leitung 52 hergestellt werden kann. Am Außenumfangsbereich weist das Abdeckelement 68 einen zylindrischen bzw. stutzenartigen Vorsprung 74 auf, der das Wärmeübertragungselement 58 nach außen hin abdeckt. Auch das plattenartige Zwischenelement 82 weist in Zuordnung zu der oder jeder Leitung 52 eine Öffnung 84 auf, die ebenfalls in einem im Wesentlichen stutzenartig ausgestalteten Ansatz 86 gebildet ist. Zusammen mit dem stutzenartigen Abschnitt 72 des Abdeckelements 68 schließt somit dieser Stutzen 86 das Wärmeübertragungselement 58 nach radial innen hin bezüglich einer Brennstoffleitung 52 thermisch ab.
Wie man in Fig. 1 erkennt, ergibt sich somit eine Konfiguration, bei welcher das Wärmeübertragungselement 58 lediglich in Wärmeübertragungskontakt mit dem Zwischenelement 85 und über dieses und die Bodenwandung 20 mit dem porösen Verdampfermedium 50 ist, während sowohl zur Brennstoffleitung 52 als auch zu einem über die Bodenwandung 20 hinaus verlängerten Abschnitt 75 der Umfangswandung 18 des Brennkammergehäuses 16 ein direkter Kontakt zwischen dem Wärmeübertragungselement 58 und anderen Komponenten nicht vorhanden ist. Das Abdeckelement 68 ist dabei vorzugsweise aus gut thermisch isolierendem Material, wie z. B. Keramikmaterial oder dergleichen, aufgebaut. Es wird somit sichergestellt, dass die im Bereich des Heizelements 60 durch elektrische Erregung desselben erzeugte Wärme im Wesentlichen vollständig und ohne größere Wärmeverluste in das Verdampfermedium 50 bzw. die Brennkammer 22 eingeleitet wird.
Um die gewünschten Wärmeübertragungsbedingungen bereitstellen zu können, ist es vorteilhaft, das Wärmeübertragungselement 58 aus gut thermisch leitendem Material herzustellen. Hier hat sich spezielles Keramikmaterial, wie z. B. Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid, als besonders vorteilhaft erwiesen, das eine spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweist, die im Bereich von 30 bis 180 W/mK liegt und somit wesentlich höher sein kann, als die Wärmeleitfähigkeit von Metallmaterial, wie z. B. Stahl. Weiterhin hat dieses Material auch einen ausreichend hohen spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von beispielsweise 1012 - 1014Ωcm, so dass gleichermaßen eine gute elektrische Isolation zwischen dem Heizelement 60 und dem im Allgemeinen aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahlmaterial, hergestellten Brennkammergehäuse 16 bereitgestellt ist.
Man erkennt vor allem in Fig. 1, dass in dem Zwischenelement 82, der Bodenwandung 20 des Brennkammergehäuses 16 und dem porösen Verdampfermedium 50 zueinander ausgerichtete Öffnungen 88, 76, 78 gebildet sind. Ein an dem Wärmeübertragungselement 58 gebildeter und über dessen der Brennkammer 22 zugewandt zu positionierenden Seite 60 vorstehender Zündvorsprung 80 durchsetzt bei am Brennkammergehäuse 16 getragener Heiz/Zünd-Einrichtung 56 diese Öffnungen 88, 76, 78. Vorzugsweise sind die Abmessung bzw. Formgebung dieser Öffnungen 88, 76, 78 so auf die Formgebung des Zündvorsprungs 80 abgestimmt, dass der Zündvorsprung 80 weder mit dem Zwischenelement 82 noch mit der Bodenwandung 20 noch mit dem porösen Verdampfermedium 50 in direktem Wärmeübertragungskontakt steht. Durch die Öffnungen 88, 76, 78 hindurch greift der Zündvorsprung 80 geringfügig in die Brennkammer 72 ein. Bei Erregung des Heizelements 66 wird somit durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Wärmeübertragungselements 58 dafür gesorgt, dass im Bereich des Zündvorsprungs 78 in der Brennkammer 22 die zum Zünden des durch Brennstoffabdampfung und durch Verbrennungslufteinspeisung gebildeten zündfähigen Gemisches erforderliche hohe Temperatur bereitgestellt wird. Hier ist von besonderem Vorteil, dass dieser Zündvorsprung 80 sich sehr nahe an dem porösen Verdampfermedium 50 erstreckt, so dass insbesondere in der nahen Umgebung dieses Zündvorsprungs 80 eine stark mit verdampftem Brennstoff angereicherte Atmosphäre bereigestellt werden kann. Insbesondere ist in dem im Wesentlichen ringartigen Zwischenraum zwischen dem Zündvorsprung 80 und dem porösen Verdampfermedium 50 eine derartige zu einer guten Zündcharakteristik führende Atmosphäre bereitgestellt, so dass es nicht zwingend erforderlich ist, den Zündvorsprung 80 so lange auszugestalten, dass er, wie dies in der Fig. 1 erkennbar ist, bis in die Brennkammer 22 reicht. Alleine durch das Hineinerstrecken in den Bereich der Öffnung 78 des porösen Verdampfermediums 50, welche Öffnung 78 zur Brennkammer 22 hin offen ist, kann es möglich sein, durch die Erzeugung lokal hoher Temperaturen und die Bereitstellung einer zum Zünden günstigen Atmosphäse das Heizgerät 10 bzw. die Brennanordnung 12 desselben bereits nach kurzer Vorerwärmungsphase zu zünden.
Um diese Temperaturen erzeugen zu können, kann es erforderlich sein, das Heizelement 66 vergleichsweise stark zu erregen, so dass in dem Wärmeübertragungselement 58 nicht nur im Bereich des Zündvorsprungs 80, sondern auch in den anderen zur Wärmeübertragung in das poröse Verdampfermedium 50 dienenden Bereichen sehr hohe Temperaturen enstehen. Um zu vermeiden, dass das poröse Verdampfermedium 50 mit derartig hohen Temperaturen beaufschlagt wird, ist das vorangehend bereits angesprochene Zwischenelement 82 vorgesehen, das dafür sorgt, dass zwar im Bereich eines jeweiligen Zündvorsprungs 80 diese hohen Temperaturen im Wärmeübertragungselement 58 unmittelbar genutzt werden können, während in den anderen zur Erwärmung des porösen Verdampfermediums 50 dieneden Bereiche durch zusätzliches Einfügen eines Wärmeleitendwiderstands ein verminderter Wärmeübertrag stattfinden wird. Hierzu kann das Zwischenelement 82 beispielsweise aus einer so genannten Isolierkeramik aufgebaut sein, die eine Wärmeleitfähigkeit bzw. spezifische Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,3 W/mK aufweist. Im Handel sind derartige Wärmedämmstoffe, die hochtemperaturfest sind, z. B. unter der registrierten Marke PROMAFELD 9 erhältlich. Durch das Einfügen dieses Zwischenelements 82 wird also die zum Zünden einerseits und Erwärmen des porösen Verdampfermediums 50 andererseits erforderliche Temperaturabstufung erreicht. Insbesondere kann durch Auswahl des Materials bzw. auch der Dicke des Zwischenelements 82 hier definiert vorgegeben werden, wie groß der Wärmeleitwiderstand bei der Wärmeübertragung zum porösen Verdampfermedium 50 ist und somit welcher Anteil der Wärme in dieses poröse Verdampfermedium einerseits und den zum Vorsprung 80 andererseits übertragen wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich bei der erfindungsgemäß vorzusehenden Heiz/Zünd-Einrichtung 56 mehrere Zündvorsprünge 80 vorgesehen sein können, um verteilt über den Bereich der Bodenwandung 20 mehrere Bereiche bereitzustellen, in welchen dann die Zündung aufreten wird, so dass vom Beginn der Verbrennung an bereits eine sehr gleichmäßige Verteilung der Verbrennung in der Brennkammer 22 erlangt werden kann. Ferner kann das Heizelement 66 derart betrieben werden, dass es zunächst am Beginn der Startphase stärker erregt wird, also stärker erwärmt wird, um im Bereich des Zündvorsprungs 80 die erfordrelich hohen Temperaturen bereitstellen zu können, und dann, wenn die Verbrennung gestartet worden ist, mit geringerer Heizleistung betrieben wird, so dass im Wesentlichen nur noch die Brennstoffabdampfung verstärkt unterstützt wird, sofern dies erforderlich ist. Hier kann beispielsweise ein herkömmlicher Heizdraht, z. B. Kanthal, eingesetzt werden, der eine Heizleistung von etwa 250 W bereitstellen kann.
Auch kann das vorangehend angesprochene Zwischenelement 82 bzw. dessen Funktion der zusätzlichen Wärmeübertragungsbarriere durch die Bodenwandung 20 des Brennkammergehäuses 16 selbst übernommen werden, wenn das Brennkammergehäuse 16 oder zumindest die Bodenwandung 20 desselben aus einem Material aufgebaut ist, das eine entsprechende Wärmeübertragungsbarriere erzeugt. Ein erschwerter Wärmeübertrag zwischen dem Wärmeübertragungselement 58 und der Bodenwandung 20 des Brennkammergehäuses 16 kann auch durch Oberflächenstrukturierung im Bereich zumindest einer Oberfläche dieser beiden Bauteile erlangt werden, so dass bei entsprechend aufgerauter, gerippter oder in sonstiger Weise strukturierter Oberfläche die Gesamtkontaktierungsfläche dieser beiden Bauteile verringert wird und ein entsprechend verminderter Wärmeübertrag vom Wärmeübertragungselement 58 auf die Bodenwandung 20 des Brennkammergehäuses 16 die Folge sein wird. Auch ist es grundsätzlich denkbar, das zwischen dem Wärmeübertragungselement und dem porösen Verdampfermedium vorgesehene Zwischenelement dann, wenn dieses nicht durch die Bodenwandung 20 selbst gebildet ist, zwischen der Bodenwandung 20 und dem porösen Verdampfermedium 50 anzuordnen.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäß vorzusehende Heiz/Zünd-Einrichtung 56 auch dann bereitgestellt werden kann, wenn im Bereich der Bodenwandung 20 des Brennkammergehäuses 16 ein Verbrennungslufteintrittsstutzen gebildet ist, so dass die Verbrennungsluft im Wesentlichen von radial innen her in die Brennkammer 22 einströmen kann oder zusätzlich von radial innen in die Brennkammer 22 einströmen kann. Weiterhin ist es selbstverständlich auch möglich, die erfindungsgemäße Anordnung so auszugestalten, dass sie nicht oder nicht nur an der Bodenkammer 20 des Brennkammergehäuses 16 positioniert ist, sondern beispielsweise auch im Bereich der Umfangswandung 18 positioniert ist. Weiterhin ist es grundsätzlich auch denkbar, die Heiz/Zünd-Einrichtung an der der Brennkammer 22 zugewandten Seite 48 der Bodenwandung 20 vorzusehen, also zwischen der Bodenwandung 20 und dem porösen Verdampfermedium 50, wenn dies aus Gründen der verbesserten Wärmeübertragung in das poröse Verdampfermedium 50 vorteilhaft ist.

Claims (19)

  1. Brennkammeranordnung für einen Verdampferbrenner, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät, umfassend ein eine Brennkammer (22) vorsehendes Brennkammergehäuse (16) und eine im Bereich einer Wandung (20) des Brennkammergehäuses (16) vorgesehene Heiz/Zünd-Einrichtung (56) mit einem elektrisch erregbaren Heizelement (66) und einem mit dem Heizelement (66) in Wärmeübertragungskontakt stehenden Wärmeübertragungselement (58), wobei das Wärmeübertragungselement (58) wenigstens einen in Richtung zur Brennkammer (22) vorstehenden Zündvorsprung (80) aufweist.
  2. Brennkammeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der Brennkammer (22) zugewandten Seite (60) des Wärmeübertragungselements (58) ein poröses Verdampfermedium (50) vorgesehen ist und dass der wenigstens eine Zündvorsprung (80) in eine Aussparung (78) in dem Verdampfermedium (50) eingreift.
  3. Brennkammeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (78) zur Brennkammer (22) hin offen ist.
  4. Brennkammeranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zündvorsprung (80) sich über das Verdampfermedium (50) hinaus in die Brennkammer (22) erstreckt.
  5. Brennkammeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (58) an einer von der Brennkammer (22) abgewandten Seite (54) der Wandung (20) des Brennkammergehäuses (16) angeordnet ist und dass der wenigstens eine Zündvorsprung (80) eine in der Wandung (20) gebildete Öffnung (76) durchsetzt.
  6. Brennkammeranordnung nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, sofern auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmeübertragungselement (58) und dem Verdampfermedium (50) ein Zwischenelement (82) mit geringerer Wärmeleitfähigkeit als das Wärmeübertragungselement (58) angeordnet ist.
  7. Brennkammeranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zündvorsprung (80) eine Öffnung (88) in dem Zwischenelement (82) durchsetzt.
  8. Brennkammeranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (82) eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,1 bis 0,5 W/mK, vorzugsweise etwa 0,3 W/mK, aufweist.
  9. Brennkammeranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (82) aus Keramikmaterial gebildet ist.
  10. Brennkammeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (20) eine Bodenwandung (20) des Brennkammergehäuses (16) ist.
  11. Brennkammeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (58) eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 30 bis 200 W/mK, vorzugsweise 100 bis 180 W/mK, aufweist.
  12. Brennkammeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (58) einen spezifischen elektrischen Widerstand von wenigstens 1011Ωcm, vorzugsweise wenigstens 1014Ωcm, aufweist.
  13. Brennkammeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (58) aus Keramikmaterial, vorzugsweise Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid, gebildet ist.
  14. Brennkammeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wärmeübertragungselement (58) eine Einsenkungsanordnung (64) vorgesehen ist, in welcher das Heizelement (66) wenigstens teilweise aufgenommen ist.
  15. Brennkammeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (66) zwischen dem Wärmeübertragungselement (58) und einem Abschlusselement (68) eingeschlossen ist.
  16. Brennkammeranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlusselement (68) eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Wärmeübertragungselement (58) aufweist.
  17. Brennkammeranordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlusselement (68) eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,02 bis 0,06 W/mK, vorzugsweise etwa 0,04 W/mK, aufweist.
  18. Brennkammeranordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlusselement (68) aus Keramikmaterial gebildet ist.
  19. Fahrzeugheizgerät, umfassend eine Brennkammeranordnung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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