EP1522788B1 - Verdampferbrenner - Google Patents

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Publication number
EP1522788B1
EP1522788B1 EP04012271.5A EP04012271A EP1522788B1 EP 1522788 B1 EP1522788 B1 EP 1522788B1 EP 04012271 A EP04012271 A EP 04012271A EP 1522788 B1 EP1522788 B1 EP 1522788B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
heat transfer
fuel
evaporator medium
evaporator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP04012271.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1522788A2 (de
EP1522788A3 (de
Inventor
Walter Blaschke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG filed Critical Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Publication of EP1522788A2 publication Critical patent/EP1522788A2/de
Publication of EP1522788A3 publication Critical patent/EP1522788A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1522788B1 publication Critical patent/EP1522788B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M20/00—Details of combustion chambers, not otherwise provided for, e.g. means for storing heat from flames
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/13003—Energy recovery by thermoelectric elements, e.g. by Peltier/Seebeck effect, arranged in the combustion plant

Definitions

  • the present invention relates to an evaporator burner according to the preamble of claim 1, comprising an evaporator medium for feeding fuel into a combustion chamber, a Zündsammlung adopted for igniting present in the combustion chamber fuel vapor / air mixture and a tempering device with at least one tempering to thermally influence the in the fuel to be fed to the combustion chamber and / or the evaporator medium and / or the air to be fed into the combustion chamber.
  • Such an evaporator burner is from the DE 101 30 638 A1 known.
  • a combustion chamber housing bounding the combustion chamber is substantially pot-shaped and has at the bottom region on the side facing the combustion chamber to an evaporator medium of porous material.
  • the liquid fuel is fed via a Brennstoffzumol für in this porous evaporator medium, is distributed under capillary action in the evaporator medium and then evaporated at the combustion chamber facing surface of the evaporator medium. It thus forms fuel vapor, which then forms an ignitable fuel vapor / air mixture together with the combustion air also fed into the combustion chamber.
  • evaporator burners are often used for auxiliary heaters and heaters, they are generally operated with the same fuel as the internal combustion engine of a vehicle. This will be especially when used as a heater in general diesel fuel.
  • this is assigned to an electrically operable heater.
  • the evaporator medium is heated at its side facing away from the combustion chamber side, so that together with the evaporator medium and the distributed therein under capillary fuel, so for example diesel fuel, is heated and shows an improved Abdampf .
  • a soldering or welding apparatus in which the combustion gas to be burned for generating a residual gas flame is electrolytically generated in a gas generator.
  • a proportion of vaporized evaporator liquid is added to the fuel gas. This is vaporized in the gas generator, wherein by using a heating or cooling device, this comprising a plurality of Peltier batteries, it is ensured that the temperature of the evaporator liquid to be evaporated in an evaporator container is kept approximately constant.
  • an evaporator burner according to claim 1.
  • This comprises an evaporator medium for feeding fuel into a combustion chamber, a Zündsammlung adopted for igniting present in the combustion chamber fuel vapor / air mixture and a tempering with at least one tempering for thermal influencing of in the fuel to be fed to the combustion chamber and / or the evaporator medium and / or the air to be fed into the combustion chamber.
  • the at least one tempering comprises a Peltier element.
  • At least one Peltier element is used as the electrically operable tempering device.
  • Such Peltier elements have the elementary characteristic that they work as heat pumps. That is, by energizing a Peltier element, it can be ensured that heat is transported from one side thereof to the other, that is cooled on one side, while the heat extracted during the cooling is then discharged on the other side. When reversing the direction of flow, the direction of heat transport also reverses.
  • the Charalterizing with such a Peltier element not only generate heat or to be able to provide on a surface, as is the case with a conventional electrically operable heater, but to remove heat on a surface and thus also a component in contact therewith, uses the present invention, for example, also operating state-dependent of the critical area, so for example, the evaporator medium or to be fed into this or already fed liquid fuel, heat withdraw.
  • the danger of too spontaneous evaporation therefore does not exist, especially in combustion mode, in which comparatively high temperatures are present due to the ongoing combustion.
  • the possible cooling using a Peltier element ensures that the first still liquid fuel, so for example, the critical in terms of Abdampfungs characterizing gasoline, evenly distributed in the evaporator medium and then discharged into the combustion chamber controlled. Furthermore, the use of such a Peltier element opens up the possibility of transferring the heat drawn off on one side, ie, for example, from the evaporator medium to the air to be fed into the combustion chamber, so that it already enters the combustion chamber preheated and then mixed with the already evaporated fuel combustion with reduced pollutant emissions allows.
  • Peltier element as described above, by defined control of the same, of course, the heating of the evaporator medium or the fuel to be evaporated, which is for example before starting at relatively low ambient temperatures of great advantage, since by this preheating a shorter Starting phase can be obtained and is burned during the start phase or at the beginning of the ignition already with reduced pollutant emissions.
  • the evaporator burner according to the invention is constructed such that a combustion chamber housing is provided with a heat transfer, that on one of the combustion chamber side facing the heat transfer wall, the evaporator medium is provided and that in the region in which the evaporator medium is provided, on a side facing away from the combustion chamber side Heat transfer wall, the at least one tempering is provided.
  • the at least one tempering element has a heat transfer surface formation on its side remote from the heat transfer wall.
  • the heat transfer surface formation rib-like is trained.
  • the combustion characteristic can be improved, in particular also with regard to the emission of pollutants in the inventive use of one or more Peltier elements, that the at least one tempering is brought on a side remote from the heat transfer in heat transfer interaction with the air to be fed into the combustion chamber.
  • the air to be introduced into the combustion chamber and combusted together with a fuel vapor can already be preheated when the Peltier element is operated so that it withdraws heat from the region of the combustion chamber, for example the region of the evaporator medium.
  • the at least one tempering element In order to make the flow around the at least one tempering element with the air to be fed into the combustion chamber as efficient as possible, it is proposed that the at least one tempering element with its side facing away from the heat transfer wall and / or with the heat transfer surface formation project into an air guiding space.
  • Peltier elements are generally configured as planar, planar components, according to another embodiment which is advantageous in terms of joining, it can be provided that the combustion chamber housing is pot-shaped with a circumferential wall and a bottom wall and that the bottom wall forms at least part of the heat transfer wall.
  • a method for operating an evaporator burner which method provides that before and / or during an ignition / start phase of the evaporator burner, at least one Peltier element is operated such that the fuel or fuel to be fed into the combustion chamber / And the evaporator medium is heated and that at or / and after ignition at least one Peltier element is operated such that the fuel to be fed into the combustion chamber and / or the evaporator medium is cooled.
  • a generally designated 10 heater is shown with its essential components.
  • This heater 10 comprises an evaporator burner 12, which is supplied via an air supply area 14, the air required for combustion.
  • the heat generated during combustion is then transferred to a medium to be heated, for example air or water, by means of a heat exchanger, generally designated 14.
  • a heat exchanger generally designated 14.
  • an inner pot-like housing part 16 is shown, which limits a flow space for the medium to be heated together with a non-illustrated and surrounding outside also pot-like housing part.
  • the evaporator burner 12 itself comprises a combustion chamber housing generally designated 18, which has a basically pot-like structure.
  • a peripheral wall 20 and a bottom portion 22 of the combustion chamber housing 18 are formed as separate components and connected to each other to provide the cup-like structure.
  • the peripheral wall 20 is further connected to a flame tube 24 into which the combustion exhaust gases flowing through an integral with the peripheral wall 20 to flow therein on the housing part 16 of the heat exchanger 14 and then along a formed between the flame tube 24 and the housing part 16 Return flow space 26 toward a combustion exhaust outlet 28 to flow, as indicated by arrows P 1 .
  • the evaporator burner 12 or the combustion chamber housing 18 of the same is supported on a plate-like support member 30, in particular to achieve the required tightness between the housing member 16 and this support member 30, a sealing member 32 may be provided.
  • This carrier component 30, together with a further housing part 34, also delimits an air flow space 36, through which the air to be combusted in a combustion chamber 38 flows as indicated by arrows P 2 under the conveying action of a blower (not shown ) .
  • a ring-like flow space 40 is formed, in which the air flowing in the air flow space 36 enters air and then via formed in the peripheral wall 20 openings 42 into the combustion chamber 38 arrived.
  • a fuel supply line 44 opens.
  • this liquid fuel such as gasoline
  • the inner side of the bottom region 22 of the combustion chamber housing 18 is covered with a porous evaporator medium 46 designed in two layers here. At the side facing away from the combustion chamber 38 side takes this evaporator medium 46, the liquid fuel and transports this under capillary action in its outermost edge regions.
  • a plate-like distribution element 48 can be arranged between the two layers of the porous evaporator medium in that region which covers the junction area of the fuel supply line 44, which ensures that the fuel entering the porous evaporator medium 46 does not exist there straight to the combustion chamber 38 facing side of the porous evaporator medium 46 can flow, but must first be deflected radially.
  • an ignition element 50 is further provided, which extends over the porous evaporator medium 46 into the combustion chamber 38 inside.
  • This designed for example as Glühzündux ignition element 50 serves to ignite by generating local areas of high temperature existing in the combustion chamber 38 fuel vapor / air mixture and thus to start the evaporator burner 12.
  • a tempering device indicated generally at 52.
  • this comprises a plurality of Peltier elements 54 provided on the bottom wall region 22 of the combustion chamber housing 18.
  • a depression can be provided on the bottom wall region 22 on the side facing away from the combustion chamber 38 in association with each Peltier element 54, so that there the material thickness of the bottom wall region is reduced for improved heat transfer.
  • corresponding recesses 30 are provided in the support member, so that the Peltier elements 54 basically with their from the combustion chamber 38 and thus also the bottom wall area 22 side facing away from the air flow space 36 are free.
  • the Peltier elements 54 also provided with ribs, so that a better heat transfer contact between the Peltier elements 54 and the tempering device 52 and the air flowing in the air flow space 36 air can be obtained.
  • the Peltier elements 54 can be operated such that they transport heat from the side facing the bottom wall region 22 to the side facing away from the bottom wall region 22 and facing the air flow space 36, or vice versa.
  • the region of the bottom wall region 22 in contact with the Peltier elements 54 is cooled, and the heat removed there is released via the ribs 56 to the air flowing in the air flow chamber 36.
  • the porous evaporator medium 36 in contact therewith or the liquid fuel present therein are cooled or heat is drawn off therefrom.
  • the Peltier elements can be operated in this way be that they preheat the combustion chamber housing 18 and the bottom wall portion 22 and thus also the porous evaporator medium 46.
  • the evaporator burner 12 is brought into a state in which, when the liquid fuel is introduced via the Brennstoffzumoltechnisch 44, due to the already slightly elevated temperatures an improved Brennstoffabdampfung takes place and thus there is a lower pollutant emissions in the starting phase or when igniting , If ignition then takes place, then the heat of combustion, as already mentioned above, rapidly heats up the various system areas, so that, for example, the Peltier elements 54 can be switched over or controlled differently in order to achieve the above-mentioned cooling effect ,
  • the arrangement according to the invention When using the arrangement according to the invention with a comparatively poorly evaporating fuel, for example diesel fuel, it is basically possible to operate the Peltier elements 54 as heating elements during normal combustion, so that heat is not extracted in the region of the combustion chamber housing 18, but is supplied , This results in a very simple construction of the advantage that the evaporator burner 12 according to the invention can be used for a variety of different fuel types, without having to make special structural adaptation measures.
  • the consideration of the type of fuel can be done by the adapted thereto manner of controlling the tempering 52.

Landscapes

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  • Wick-Type Burners And Burners With Porous Materials (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampferbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, umfassend ein Verdampfermedium zum Einspeisen von Brennstoff in eine Brennkammer, eine Zündheizeinrichtung zum Zünden von in der Brennkammer vorhandenem Brennstoffdampf/Luft-Gemisch sowie eine Temperiereinrichtung mit wenigstens einem Temperierelement zum thermischen Beeinflussen des in die Brennkammer einzuspeisenden Brennstoffs oder/und des Verdampfermediums oder/und der in die Brennkammer einzuspeisenden Luft.
  • Ein derartiger Verdampferbrenner ist aus der DE 101 30 638 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Verdampferbrenner ist ein die Brennkammer begrenzendes Brennkammergehäuse im Wesentlichen topfartig ausgebildet und weist an dem Bodenbereich an der der Brennkammer zugewandten Seite ein Verdampfermedium aus porösem Material auf. Der flüssige Brennstoff wird über eine Brennstoffzuführleitung in dieses poröse Verdampfermedium eingespeist, wird unter Kapillarwirkung in dem Verdampfermedium verteilt und dann an der der Brennkammer zugewandten Oberfläche des Verdampfermediums abgedampft. Es bildet sich somit Brennstoffdampf, der zusammen mit der in die Brennkammer auch eingespeisten Verbrennungsluft dann ein zündfähiges Brennstoffdampf/Luft-Gemisch bildet.
  • Da derartige Verdampferbrenner häufig für Standheizungen und Zuheizer eingesetzt werden, werden sie im Allgemeinen mit dem gleichen Brennstoff betrieben, wie die Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs. Dies wird insbesondere im Einsatz als Zuheizer im Allgemeinen Dieselkraftstoff sein. Um beim Einsatz derartigen Dieselkraftstoffs eine geeignete Abdampfung aus dem porösen Verdampfermedium sicherstellen zu können, ist diesem eine elektrisch betreibbare Heizeinrichtung zugeordnet. Durch Erregen dieser elektrisch betreibbaren Heizeinrichtung wird das Verdampfermedium an seiner von der Brennkammer abgewandt liegenden Seite erwärmt, so dass zusammen mit dem Verdampfermedium auch der darin unter Kapillarwirkung verteilte Brennstoff, also beispielsweise Dieselkraftstoff, erwärmt wird und ein verbessertes Abdampfverhalten zeigt. Dies ist besonders auch in der Startphase wichtig, da derartige Verdampferbrenner bzw. die diese aufweisende Heizgeräte im Allgemeinen betrieben werden, wenn vergleichsweise niedrige Umgebungstemperaturen vorliegen. Da in diesem Zustand vor dem Start der Verbrennung die verschiedenen Systemkomponenten im Allgemeinen ebenfalls vergleichsweise niedrige Temperaturen aufweisen werden, kann durch Erregen der elektrisch betreibbaren Heizeinrichtung eine Vorkonditionierung vorgenommen werden, so dass einerseits die Zündung schneller erfolgen kann und andererseits von Anbeginn der Verbrennung an mit geringerem Schadstoffausstoß verbrannt wird.
  • Werden derartige Verdampferbrenner mit einem anderen Brennstoff als Dieselkraftstoff betrieben, also beispielsweise mit Benzin, besteht das Problem, dass das unter Kapillarwirkung in dem Verdampfermedium verteilte Benzin insbesondere bei bereits erfolgter Zündung, also während des normalen Verbrennungsbetriebs, aufgrund seiner Verdampfungscharakteristik zu schnell bzw. zu spontan abdampft, d.h. eine sehr unkontrollierte und nur schwer durch Mengenbemessung zu kontrollierende Abdampfung erfolgt. Insbesondere besteht die Gefahr, dass aufgrund eines zu spontanen Abdampfens des Benzins eine gleichmäßige Verteilung des zunächst noch flüssigen Brennstoffs im porösen Verdampfermedium nicht auftreten wird. Dies und eine zu spontane bzw. unkontrollierte Abdampfung beeinträchtigt das Betriebsverhalten des Verdampferbrenners bzw. des gesamten Heizgeräts und kann insbesondere zu einem erhöhten und nicht akzeptierbaren Schadstoffausstoß führen.
  • Aus der DE 42 10 699 A1 ist eine Löt- oder Schweißvorrichtung bekannt, bei welcher das zur Erzeugung einer Restgasflamme zu verbrennende Brenngas in einem Gas-Generator elektrolytisch erzeugt wird. Zur gegebenenfalls erforderlichen Absenkung der Flammtemperatur auf einen gewünschten, zulässigen oder notwendigen Wert wird dem Brenngas ein Anteil von verdampfter Verdampferflüssigkeit beigemischt. Diese wird in dem Gas-Generator verdampft, wobei durch Einsatz einer Heiz- oder Kühleinrichtung, diese umfassend mehrere Peltier-Batterien, dafür gesorgt wird, dass die Temperatur der zu verdampfenden Verdampferflüssigkeit in einem Verdampferbehälter näherungsweise konstant gehalten wird.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Verdampferbrenner mit verbessertem Betriebsverhalten vorzusehen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Verdampferbrenner gemäß Anspruch 1. Dieser umfasst ein Verdampfermedium zum Einspeisen von Brennstoff in eine Brennkammer, eine Zündheizeinrichtung zum Zünden von in der Brennkammer vorhandenem Brennstoffdampf/Luft-Gemisch sowie eine Temperiereinrichtung mit wenigstens einem Temperierelement zum thermischen Beeinflussen des in die Brennkammer einzuspeisenden Brennstoffs oder/und des Verdampfermediums oder/und der in die Brennkammer einzuspeisenden Luft.
  • Dabei ist dann weiter vorgesehen, dass das wenigstens eine Temperierelement ein Peltier-Element umfasst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verdampferbrenner wird also als elektrisch betreibbare Temperiereinrichtung zumindest ein Peltier-Element eingesetzt. Derartige Peltier-Elemente weisen die elementare Charakteristik auf, dass sie als Wärmepumpen arbeiten. Das heißt, durch Bestromung eines Peltier Elements kann dafür gesorgt werden, dass Wärme von einer Seite desselben zur anderen transportiert wird, d.h. an einer Seite gekühlt wird, während die bei der Kühlung abgezogene Wärme dann an der anderen Seite abgegeben wird. Bei Stromrichtungsumkehr kehrt sich auch die Richtung des Wärmetransports um. Die Charalteristik, mit einem derartigen Peltier-Element nicht nur Wärme erzeugen bzw. an einer Oberfläche bereitstellen zu können, wie dies bei einer herkömmlichen elektrisch betreibbaren Heizeinrichtung der Fall ist, sondern an einer Oberfläche und somit auch einem damit in Kontakt stehenden Bauteil Wärme abzuziehen, nutzt die vorliegende Erfindung dazu, beispielsweise auch betriebszustandsabhängig von dem kritischen Bereich, also beispielsweise dem Verdampfermedium bzw. dem in dieses einzuspeisenden oder bereits eingespeisten flüssigen Brennstoff, Wärme abzuziehen. Die Gefahr einer zu spontanen Abdampfung besteht somit insbesondere auch im Verbrennungsbetrieb nicht, in dem aufgrund der ablaufenden Verbrennung vergleichsweise hohe Temperaturen vorliegen. Vielmehr sorgt die unter Einsatz eines Peltier-Elements mögliche Kühlung dafür, dass der zunächst noch flüssige Brennstoff, also beispielsweise das hinsichtlich der Abdampfungscharakteristik grundsätzlich kritische Benzin, sich im Verdampfermedium gleichmäßig verteilt und dann kontrolliert in die Brennkammer abgegeben wird. Weiterhin eröffnet der Einsatz eines derartigen Peltier-Elements die Möglichkeit, die an einer Seite, also beispielsweise von dem Verdampfermedium, abgezogene Wärme auf die in die Brennkammer einzuspeisende Luft zu übertragen, so dass diese bereits vorerwärmt in die Brennkammer eintritt und bei der dann erfolgenden Durchmischung mit dem bereits abgedampften Brennstoff eine Verbrennung mit vermindertem Schadstoffausstoß ermöglicht.
  • Weiterhin ermöglicht der Einsatz eines Peltier-Elements, wie vorangehend beschrieben, durch definierte Ansteuerung desselben, selbstverständlich auch das Heizen des Verdampfermediums bzw. des abzudampfenden Brennstoffs, was beispielsweise vor dem Start bei vergleichsweise niedrigen Umgebungstemperaturen von großem Vorteil ist, da durch diese Vorwärmung eine kürzere Startphase erlangt werden kann und während der Startphase bzw. am Beginn der Zündung bereits mit vermindertem Schadstoffausstoß verbrannt wird.
  • Der erfindungsgemäße Verdampferbrenner ist derart aufgebaut, dass ein Brennkammergehäuse mit einer Wärmeübertragungswandung vorgesehen ist, dass an einer der Brennkammer zugewandten Seite der Wärmeübertragungswandung das Verdampfermedium vorgesehen ist und dass in demjenigen Bereich, in dem das Verdampfermedium vorgesehen ist, an einer von der Brennkammer abgewandten Seite der Wärmeübertragungswandung das wenigstens eine Temperierelement vorgesehen ist. Um die in dem wenigstens einen Temperierelement transportierte Wärme möglichst effizient abgeben zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass das wenigstens eine Temperierelement an seiner von der Wärmeübertragungswandung abgewandten Seite eine Wärmeübertragungsflächenformation aufweist. Hier kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Wärmeübertragungsflächenformation rippenartig ausgebildet ist.
  • Wie bereits vorangehend ausgeführt, kann die Verbrennungscharakteristik insbesondere auch hinsichtlich des Schadstoffausstoßes bei dem erfindungsgemäßen Einsatz eines oder mehrerer Peltier-Elemente dadurch verbessert werden, dass das wenigstens eine Temperierelement an einer von der Wärmeübertragungswandung abgewandten Seite in Wärmeübertragungswechselwirkung mit in die Brennkammer einzuspeisender Luft bringbar ist. Auf diese Art und Weise kann die in die Brennkammer einzuleitende und zusammen mit einem Brennstoffdampf zu verbrennende Luft bereits vorerwärmt werden, wenn das Peltier-Element so betrieben wird, dass es Wärme aus dem Bereich der Brennkammer, also beispielsweise dem Bereich des Verdampfermediums, abzieht.
  • Um die Umströmung des wenigstens einen Temperierelements mit der in die Brennkammer einzuspeisenden Luft möglichst effizient zu gestalten, wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine Temperierelement mit seiner von der Wärmeübertragungswandung abgewandten Seite oder/und mit der Wärmeübertragungsflächenformation in einen Luftführungsraum ragt.
  • Da Peltier-Elemente im Allgemeinen als ebene, flächige Bauteile ausgestaltet sind, kann gemäß einer weiteren hinsichtlich des Zusammenfügens vorteilhaften Ausgestaltungsform vorgesehen sein, dass das Brennkammergehäuse topfartig ausgebildet ist mit einer Umfangswandung und einer Bodenwandung und dass die Bodenwandung wenigstens einen Teil der Wärmeübertragungswandung bildet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verdampferbrenners vorgeschlagen, bei welchem Verfahren vorgesehen ist, dass vor oder/und während einerZünd/Startphase des Verdampferbrenners wenigstens ein Peltier-Element derart betrieben wird, dass der in die Brennkammer einzuspeisende Brennstoff oder/und das Verdampfermedium erwärmt wird und dass bei oder/und nach erfolgter Zündung wenigstens ein Peltier-Element derart betrieben wird, dass der in die Brennkammer einzuspeisende Brennstoff oder/und das Verdampfermedium gekühlt wird.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Figur anhand einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines bei einem Fahrzeugheizgerät einzusetzenden Verdampferbrenners beschrieben.
  • In der Figur ist ein allgemein mit 10 bezeichnetes Heizgerät mit seinen wesentlichen Bestandteilen dargestellt. Dieses Heizgerät 10 umfasst einen Verdampferbrenner 12, welchem über einen Luftzuführbereich 14 die zur Verbrennung erforderliche Luft zugeführt wird. Die bei der Verbrennung erzeugte Wärme wird durch einen allgemein mit 14 bezeichneten Wärmetauscher dann auf ein zu erwärmende Medium, also beispielsweise Luft oder Wasser, übertragen. Von diesem Wärmetauscher 14 ist nur ein inneres topfartiges Gehäuseteil 16 gezeigt, das zusammen mit einem nicht dargestellten und dieses außen umgebenden ebenfalls topfartigen Gehäuseteil einen Strömungsraum für das zu erwärmende Medium begrenzt.
  • Der Verdampferbrenner 12 selbst umfasst ein allgemein mit 18 bezeichnetes Brennkammergehäuse, das eine grundsätzlich topfartige Struktur aufweist.
  • Im dargestellten Beispiel sind eine Umfangswandung 20 und ein Bodenbereich 22 des Brennkammergehäuses 18 als separate Bauteile ausgebildet und miteinander zum Bereitstellen der topfartigen Struktur verbunden. Die Umfangswandung 20 ist weiterhin mit einem Flammrohr 24 verbunden, in welches die eine mit der Umfangswandung 20 integral ausgestaltete Flammblende 26 durchströmende Verbrennungsabgase eintreten, darin auf das Gehäuseteil 16 des Wärmetauschers 14 zu strömen und dann entlang eines zwischen dem Flammrohr 24 und dem Gehäuseteil 16 gebildeten Rückströmungsraums 26 in Richtung zu einem Verbrennungsabgasauslass 28 strömen, wie durch Pfeile P1 angedeutet.
  • Ebenso wie das Gehäuseteil 16 bzw. gesamte der Wärmetauscher 14 ist der Verdampferbrenner 12 bzw. das Brennkammergehäuse 18 desselben an einem plattenartigen Trägerbauteil 30 getragen, wobei insbesondere zum Erlangen der erforderlichen Dichtigkeit zwischen dem Gehäusebauteil 16 und diesem Trägerbauteil 30 ein Dichtungselement 32 vorgesehen sein kann. Dieses Trägerbauteil 30 begrenzt zusammen mit einem weiteren Gehäuseteil 34 auch einen Luftströmungsraum 36, welchen die in einer Brennkammer 38 zu verbrennende Luft unter der Förderwirkung eines nicht dargestellten Gebläses wie durch Pfeile P2 angedeutet durchströmt. Zwischen dem Außenumfangsbereich der Umfangswandung 20 bzw. des Bodenbereits 22 des Brennkammergehäuses 18 und einem axialen Endbereich des Flammrohrs 24 ist ein ringartiger Strömungsraum 40 gebildet, in welchen die im Luftströmungsraum 36 strömende Luft eintritt und dann über in der Umfangswandung 20 gebildete Öffnungen 42 in die Brennkammer 38 gelangt.
  • Im zentralen Bereich des Bodenbereichs 22 des Brennkammergehäuses 18 mündet eine Brennstoffzuführleitung 44 ein. Durch diese wird flüssiger Brennstoff, beispielsweise Benzin, in Richtung zur Brennkammer 38 gefördert. Die Innenseite des Bodenbereichs 22 des Brennkammergehäuses 18 ist mit einem hier zweilagig ausgestalteten porösen Verdampfermedium 46 belegt. An der von der Brennkammer 38 abgewandten Seite nimmt dieses Verdampfermedium 46 den flüssigen Brennstoff auf und transportiert diesen unter Kapillarwirkung auch in seine äußersten Randbereiche. Um hier eine verbesserte Verteilungswirkung zu erlangen, kann zwischen den beiden Lagen des porösen Verdampfermediums in demjenigen Bereich, der den Einmündungsbereich der Brennstoffzuführleitung 44 überdeckt, ein plattenartiges Verteilungselement 48 angeordnet sein, welches dafür sorgt, dass der dort in das poröse Verdampfermedium 46 eintretende Brennstoff nicht geradlinig zu der der Brennkammer 38 zugewandten Seite des porösen Verdampfermediums 46 strömen kann, sondern zunächst radial abgelenkt werden muss.
  • Am Bodenbereich des Brennkammergehäuses 18 ist weiterhin ein Zündelement 50 vorgesehen, das sich über das poröse Verdampfermedium 46 hinweg in die Brennkammer 38 hinein erstreckt. Dieses beispielsweise als Glühzündstift ausgestaltete Zündelement 50 dient dazu, durch Erzeugung lokaler Bereiche mit hoher Temperatur das in der Brennkammer 38 vorhandene Brennstoffdampf/Luft-Gemisch zu zünden und somit den Verdampferbrenner 12 zu starten.
  • Es ist weiterhin eine allgemein mit 52 bezeichnete Temperiereinrichtung vorgesehen. Diese umfasst im dargestellten Beispiel mehrere an dem Bodenwandungsbereich 22 des Brennkammergehäuses 18 vorgesehene Peltier-Elemente 54. Hierzu kann beispielsweise in Zuordnung zu jedem Peltier-Element 54 am Bodenwandungsbereich 22 an der von der Brennkammer 38 abgewandten Seite desselben eine Einsenkung vorgesehen sein, so dass dort die Materialstärke des Bodenwandungsbereichs zur verbesserten Wärmeübertragung gemindert ist. In Zuordnung zu diesen Einsenkungen, die beispielsweise auch in Form einer ringartig umlaufenden Einsenkung am Bodenwandungsbereich 22 bereitgestellt sein können, sind in dem Trägerelement 30 entsprechende Aussparungen vorgesehen, so dass die Peltier-Elemente 54 grundsätzlich mit ihrer von der Brennkammer 38 und somit auch dem Bodenwandungsbereich 22 abgewandt liegenden Seite zum Luftströmungsraum 36 hin frei liegen. An dieser Seite sind die Peltier-Elemente 54 auch mit Rippen versehen, so dass ein besserer Wärmeübertragungskontakt zwischen den Peltier-Elementen 54 bzw. der Temperiereinrichtung 52 und der im Luftströmungsraum 36 strömenden Luft erlangt werden kann.
  • Je nach Bestromungsrichtung können die Peltier-Elemente 54 derart betrieben werden, dass sie Wärme von der den Bodenwandungsbereich 22 zugewandten Seite zu der vom Bodenwandungsbereich 22 abgewandten und dem Luftströmungsraum 36 zugewandten Seite transportieren, oder umgekehrt. Im ersten Falle wird also der mit den Peltier-Elementen 54 in Kontakt stehende Bereich des Bodenwandungsbereichs 22 gekühlt, und die dort abgezogene Wärme wird über die Rippen 56 an die im Luftströmungsraum 36 strömende Luft abgegeben. Dadurch wird erlangt, dass zusammen mit dem Bodenwandungsbereich 22 auch das damit in Kontakt stehende poröse Verdampfermedium 36 bzw. der in diesem vorhandene flüssige Brennstoff gekühlt werden bzw. Wärme von dort abgezogen wird. Dies ist insbesondere bei Einsatz von Benzin als Brennstoff vorteilhaft, da Benzin vergleichsweise leicht abdampft und die bei der Verbrennung in der Brennkammer 38 vorhandenen hohen Temperaturen zu spontanem, unkontrolliertem Abdampfen des Benzins aus dem porösen Verdampfermedium 46 führen könnten. Durch das gezielte Kühlen kann jedoch sichergestellt werden, dass die Abdampfung nur in demjenigen Ausmaß erfolgt, das für die korrekte Verbrennung auch erforderlich ist. Gleichzeitig wird die durch diese Kühlung aus dem Bereich des porösen Verdampfermediums 46 abgezogene Wärme auf die im Luftströmungsraum 36 und im Strömungsraum 40 strömende und dann in die Brennkammer 38 eingeleitete Luft übertragen, so dass diese bereits vorgewärmt ist und bei Durchmischung mit dem dann bereits abgedampften Brennstoffdampf zu einer schadstoffreduzierten Verbrennung beiträgt.
  • In der Startphase des Verdampferbrenners 12, also in einem Zustand, in dem die verschiedenen Systembereiche desselben noch vergleichsweise niedrige Temperaturen aufweisen, können die Peltier-Elemente so betrieben werden, dass sie das Brennkammergehäuse 18 bzw. den Bodenwandungsbereich 22 und somit auch das poröse Verdampfermedium 46 vorwärmen. Es wird somit der Verdampferbrenner 12 in einen Zustand gebracht, bei dem dann, wenn der flüssige Brennstoff über die Brennstoffzuführleitung 44 eingeleitet wird, aufgrund der bereits etwas angehobenen Temperaturen eine verbesserte Brennstoffabdampfung erfolgt und somit auch in der Startphase bzw. beim Zünden ein geringerer Schadstoffausstoß vorliegt. Ist die Zündung dann erfolgt, so sorgt die Verbrennungswärme, wie vorangehend bereits angesprochen, sehr rasch für eine Erwärmung der verschiedenen Systembereiche, so dass dann beispielsweise die Peltier-Elemente 54 umgeschaltet bzw. entsprechend anders angesteuert werden können, um die vorangehend angesprochene Kühlwirkung zu erlangen.
  • Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem vergleichsweise schlecht verdampfenden Brennstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, ist es grundsätzlich möglich, die Peltier-Elemente 54 auch während der normalen Verbrennung als Heizelemente zu betreiben, so dass im Bereich des Brennkammergehäuses 18 nicht Wärme entzogen wird, sondern zugeführt wird. Es ergibt sich somit bei sehr einfachem Aufbau der Vorteil, dass der erfindungsgemäße Verdampferbrenner 12 für eine Vielzahl verschiedener Brennstoffarten eingesetzt werden kann, ohne hierfür spezielle konstruktive Anpassungsmaßnahmen vornehmen zu müssen. Die Berücksichtigung der Brennstoffart kann durch die daran angepasste Art und Weise der Ansteuerung der Temperiereinrichtung 52 erfolgen.

Claims (7)

  1. Verdampferbrenner, umfassend:
    - ein Brennkammergehäuse (18) mit einer Wärmeübertragungswandung (22),
    - ein Verdampfermedium (46) zum Einspeisen von Brennstoff in eine Brennkammer (38), wobei das Verdampfermedium (46) an einer der Brennkammer (38) zugewandten Seite der Wärmeübertragungswandung (22), vorgesehen ist
    - eine Zündheizeinrichtung (50) zum Zünden von in der Brennkammer (38) vorhandenem Brennstoffdampf/Luft-Gemisch,
    - eine Temperiereinrichtung (52) mit wenigstens einem Temperierelement (54) zum thermischen Beeinflussen des in die Brennkammer (38) einzuspeisenden Brennstoffs oder/und des Verdampfermediums (46) oder/und der in die Brennkammer (38) einzuspeisenden Luft, wobei das wenigstens eine Temperierelement (54) in demjenigen Bereich, in dem das Verdampfermedium (46) vorgesehen ist, an einer von der Brennkammer (38) abgewandten Seite der Wärmeübertragungswandung (22) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Temperierelement (54) ein Peltier-Element umfasst.
  2. Verdampferbrenner nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Temperierelement (54) an seiner von der Wärmeübertragungswandung (22) abgewandten Seite eine Wärmeübertragungsflächenformation (56) aufweist.
  3. Verdampferbrenner nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsflächenformation (56) rippenartig ausgebildet ist.
  4. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Temperierelement (54) an einer von der Wärmeübertragungswandung (22) abgewandten Seite in Wärmeübertragungswechselwirkung mit in die Brennkammer (38) einzuspeisender Luft bringbar ist.
  5. Verdampferbrenner nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Temperierelement (54) mit seiner von der Wärmeübertragungswandung (22) abgewandten Seite oder/und mit der Wärmeübertragungsflächenformation (56) in einen Luftführungsraum (36) ragt.
  6. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkammergehäuse (18) topfartig ausgebildet ist mit einer Umfangswandung (20) und einer Bodenwandung (22) und dass die Bodenwandung (22) wenigstens einen Teil der Wärmeübertragungswandung (22) bildet.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Verdampferbrenners nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass vor oder/und während einer Zünd/Startphase des Verdampferbrenners (12) wenigstens ein Peltier-Element (54) derart betrieben wird, dass der in die Brennkammer (38) einzuspeisende Brennstoff oder/und das Verdampfermedium (46) erwärmt wird und dass bei oder/und nach erfolgter Zündung wenigstens ein Peltier-Element (54) derart betrieben wird, dass der in die Brennkammer einzuspeisende Brennstoff (38) oder/und das Verdampfermedium (46) gekühlt wird.
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