EP1612480A2 - Vaporizing Burner - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an evaporator burner, as it can be used for example in a vehicle heater.
- the initially liquid fuel is passed into a porous evaporator medium, distributed there under the influence of the capillary action and evaporated in the direction of a combustion chamber.
- a porous evaporator medium distributed there under the influence of the capillary action and evaporated in the direction of a combustion chamber.
- an electrically excitable heating device to the porous evaporator medium.
- an ignitable mixture of combustion air and fuel vapor should be provided only when locally sufficiently high temperatures have been provided by appropriate excitation of an ignition device or when the porous evaporator medium has been sufficiently heated by the associated heater. Furthermore, it is desirable to monitor the vaporization mode as well as the combustion mode in order to be informed early on the operating behavior possibly adversely affecting operating state changes.
- an evaporator burner comprising a porous evaporator medium, an electrically excitable heating device for the porous evaporator medium on a side thereof facing away from a combustion chamber, a fuel supply for introducing liquid fuel into the porous evaporator medium and a temperature sensor for detecting a temperature in the region of the porous evaporator medium.
- the operation of such an evaporator burner can be very precisely monitored in a wide variety of phases.
- the electrically energizable heating device as to whether or not it heats sufficiently, since this heating device is also effective in the region of the porous evaporator medium, that is to say also the detection range of the temperature sensor.
- the introduction of fuel into the porous evaporator medium can also be detected, since at fuel introduction due to the required heat of vaporization first a temperature drop will occur.
- the emergence or presence of a flame in the combustion chamber can of course be monitored with such a sensor.
- the temperature sensor and the heater form an assembly provided in a combustion chamber housing, which assembly may be provided between a wall of the combustion chamber housing and the porous evaporator medium.
- the assembly may form a temperature sensor formation, in which substantially the temperature sensor is arranged and which passes through an opening in the porous evaporator medium.
- a usable in a vehicle heater evaporator burner is generally designated 10.
- This evaporator burner 10 comprises a combustion chamber housing 12, which is essentially pot-shaped and has a peripheral wall 14 and a bottom wall 16.
- a porous evaporator medium 18 for example, almost completely covering it, is provided in the combustion chamber housing 12.
- This example of nonwoven material, braid, knitted fabric, foam ceramic or the like. constructed evaporator medium 18 receives liquid fuel from a fuel line 20 and distributes this in its internal volume range by Kapillarjanvier.
- an ignition member 22 is provided, for example, a Glühzündux, which serves to provide 24 locally high enough in a lying above the porous evaporator medium volume range of a combustion chamber 24 that the mixture formed from fuel vapor and combustion air is ignited.
- the combustion air can be introduced into the combustion chamber 24, for example via openings 26 provided in the circumferential wall 14.
- a generally designated 28 assembly comprising an electrically energizable heater 30 shown only schematically and a temperature sensor 32.
- This electrically energizable heater 30 may comprise, for example, a heating conductor of ceramic material or metal material.
- a heating wire of a nickel-chromium 80/20 alloy can be used, which has a substantially temperature-independent conductivity. This means that changing temperature conditions in the region of the combustion chamber 24 no significant repercussions on the conductivity of this heating wire and thus the heating power of the electrically excitable Heating device 30 have. This facilitates the driving to set a desired heat output.
- a heat conductor with PTC characteristic can also be used here.
- the temperature sensor 32 preferably also comprises a line element, for example constructed in a spiral or helical fashion, which has a temperature-dependent line characteristic. Changes in the temperature in the region of this temperature sensor 32 thus lead to changes in the electrical resistance of the same, which is recognizable by corresponding changes in the electrical current with applied voltage.
- the assembly 28 may have on the porous evaporator medium 18 side facing a plate-like cover 34 having a shell-like shape 36 for receiving the temperature sensor 32.
- This formation 36 may extend through an opening 38 in the porous evaporator medium 18 into the region of the combustion chamber 24.
- the temperature sensor 32 extends in the interior region of this formation 36 at least partially into the combustion chamber 24 and in the opening 38 in the porous evaporator medium 18 and thus is able to detect above all temperatures in a volume region near the porous evaporator medium 18.
- this cover 34 is preferably constructed of thermally highly conductive material, at the rear of this assembly 28 may be limited or covered by an insulating plate 40, the heat loss to the bottom wall 16 out as far as possible prevented.
- an opening is further provided in the assembly 28, as well as in the bottom wall 16 in order to bring the fuel line 20 to the porous evaporator medium 18 can.
- four ports 42 may be provided, in each case two for the heater 30 and two for the temperature sensor 32nd
- the temperature sensor 32 will detect, above all, temperatures or temperature changes which are present in a volume region near the porous evaporator medium 18 or else the heating device 30 associated therewith.
- a preliminary drowning will initially take place, for example, by simultaneously energizing the heating device 30 and the ignition element 22, which will naturally also lead to a corresponding heating of the temperature sensor 32. In this way, it can be seen whether sufficient heating will take place in this starting phase. If sufficiently high temperatures are present, for example also detected by the temperature sensor 32, then fuel can be introduced into the porous evaporator medium 18 by appropriately energizing a fuel pump.
- this initially liquid fuel absorbs heat for evaporation, the temperature will decrease locally in the region of the porous evaporator medium and thus also in the region of the temperature sensor 32, which in turn can be detected by the temperature sensor 32. If no corresponding change in the temperature in the region of the temperature sensor 32 is detected when the fuel pump is energized, then for example this pump can be activated at an increased frequency in order to obtain a higher delivery rate. If a mixture of fuel vapor and air is then provided in the combustion chamber 24, the ignition takes place at a correspondingly high temperature. This ignition leads to a further increase in temperature, which in turn can be indexed by a corresponding sensor signal of the temperature sensor 32.
- the above description thus shows that the provision of a temperature sensor 32 in the region of the porous evaporator medium 18 and also in the region of the electrically energizable heater 30 makes it possible to monitor the operation of the evaporator burner 10 in various phases and, if necessary, to provide correspondingly modified control measures , This also applies in particular to the switching off of the evaporator burner 10, which can be done based on the temperature information supplied by the temperature sensor 32.
- the heater 30 can be energized to evaporate any remaining fuel from the porous evaporator medium 18 and burn. A significant drop in temperature indicates that there is no more fuel and therefore no further combustion takes place.
- the ignition member is not part of the assembly 28 and is not integrated into this assembly 28 and the porous evaporator medium 18, but is disposed above the porous evaporator medium 18 and extends for example in the combustion chamber 24, the heating characteristics this ignition element 22 is also not adversely affected by the fuel evaporation, which is particularly advantageous in case of failure of the heater 30, since then a start of the evaporator burner 10 can be ensured.
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampferbrenner, wie er beispielsweise in einem Fahrzeugheizgerät eingesetzt werden kann.The present invention relates to an evaporator burner, as it can be used for example in a vehicle heater.
Bei derartigen Verdampferbrennern wird der zunächst flüssige Brennstoff in ein poröses Verdampfermedium geleitet, dort unter Einfluss der Kapillarförderwirkung verteilt und in Richtung zu einer Brennkammer abgedampft. Um diese Brennstoffabdampfung, also den Übergang in die Dampfphase, bei noch nicht ablaufender Verbrennung zu unterstützen, ist es bekannt, dem porösen Verdampfermedium eine elektrisch erregbare Heizeinrichtung zuzuordnen. Im Betrieb eines derartigen Verdampferbrenners, also sowohl im normalen Verbrennungsbetrieb, als auch in der Startphase, ist es erforderlich, verschiedenste Vorgänge aufeinander abzustimmen. So sollte ein zündfähiges Gemisch aus Verbrennungsluft und Brennstoffdampf erst dann bereitgestellt werden, wenn durch entsprechendes Erregen eines Zündorgans lokal ausreichend hohe Temperaturen bereitgestellt worden sind bzw. wenn das poröse Verdampfermedium durch die ihm zugeordnete Heizeinrichtung ausreichend erwärmt worden ist. Ferner ist es wünschenswert, den Verdampfungsbetrieb sowie auch den Verbrennungsbetrieb zu überwachen, um frühzeitig über das Betriebsverhalten möglicherweise nachteilhaft beeinträchtigende Betriebszustandsänderungen informiert zu sein.In such evaporator burners, the initially liquid fuel is passed into a porous evaporator medium, distributed there under the influence of the capillary action and evaporated in the direction of a combustion chamber. In order to support this fuel evaporation, ie the transition into the vapor phase, with combustion not yet proceeding, it is known to assign an electrically excitable heating device to the porous evaporator medium. In the operation of such an evaporator burner, so both in normal combustion operation, as well as in the starting phase, it is necessary to match a variety of processes to each other. Thus, an ignitable mixture of combustion air and fuel vapor should be provided only when locally sufficiently high temperatures have been provided by appropriate excitation of an ignition device or when the porous evaporator medium has been sufficiently heated by the associated heater. Furthermore, it is desirable to monitor the vaporization mode as well as the combustion mode in order to be informed early on the operating behavior possibly adversely affecting operating state changes.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdampferbrenner bereitzustellen, mit welchem in einfacher und zuverlässiger Art und Weise die Überwachung des Betriebszustands ermöglicht ist.It is therefore the object of the present invention to provide an evaporator burner, with which in a simple and reliable way the monitoring of the operating state is possible.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Verdampferbrenner, umfassend ein poröses Verdampfermedium, eine elektrisch erregbare Heizeinrichtung für das poröse Verdampfermedium an einer von einer Brennkammer abgewandten Seite desselben, eine Brennstoffzufuhr zum Einleiten von flüssigem Brennstoff in das poröse Verdampfermedium sowie einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur im Bereich des porösen Verdampfermediums.According to the invention, this object is achieved by an evaporator burner, comprising a porous evaporator medium, an electrically excitable heating device for the porous evaporator medium on a side thereof facing away from a combustion chamber, a fuel supply for introducing liquid fuel into the porous evaporator medium and a temperature sensor for detecting a temperature in the region of the porous evaporator medium.
Durch das Bereitstellen eines Temperatursensors, der dazu in der Lage ist, die Temperatur im Bereich des porösen Verdampfermediums zu erfassen, kann der Betrieb eines derartigen Verdampferbrenners in verschiedensten Phasen sehr präzise überwacht werden. So ist es einerseits möglich, die elektrisch erregbare Heizeinrichtung dahingehend zu überwachen, ob sie ausreichend heizt oder nicht, da auch diese Heizeinrichtung im Bereich des porösen Verdampfermediums, also auch dem Erfassungsbereich des Temperatursensors wirksam ist. Die Einleitung von Brennstoff in das poröse Verdampfermedium kann ebenfalls erfasst werden, da bei Brennstoffeinleitung aufgrund der erforderlichen Verdampfungswärme zunächst ein Temperaturabfall auftreten wird. Auch das Entstehen oder Vorhandensein einer Flamme in der Brennkammer kann selbstverständlich mit einem derartigen Sensor überwacht werden.By providing a temperature sensor which is capable of detecting the temperature in the region of the porous evaporator medium, the operation of such an evaporator burner can be very precisely monitored in a wide variety of phases. Thus, on the one hand, it is possible to monitor the electrically energizable heating device as to whether or not it heats sufficiently, since this heating device is also effective in the region of the porous evaporator medium, that is to say also the detection range of the temperature sensor. The introduction of fuel into the porous evaporator medium can also be detected, since at fuel introduction due to the required heat of vaporization first a temperature drop will occur. The emergence or presence of a flame in the combustion chamber can of course be monitored with such a sensor.
Um den Aufbau weiter zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, dass der Temperatursensor und die Heizeinrichtung eine in einem Brennkammergehäuse vorgesehene Baugruppe bilden, wobei diese Baugruppe zwischen einer Wandung des Brennkammergehäuses und dem porösen Verdampfermedium vorgesehen sein kann.To further simplify the construction, it is proposed that the temperature sensor and the heater form an assembly provided in a combustion chamber housing, which assembly may be provided between a wall of the combustion chamber housing and the porous evaporator medium.
Beispielsweise kann die Baugruppe eine Temperatursensorausformung bilden, in welcher im Wesentlichen der Temperatursensor angeordnet ist und welche eine Öffnung in dem porösen Verdampfermedium durchsetzt.For example, the assembly may form a temperature sensor formation, in which substantially the temperature sensor is arranged and which passes through an opening in the porous evaporator medium.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
- Fig. 1
- eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Verdampferbrenners;
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Baugruppe mit Heizeinrichtung und Temperatursensor.
- Fig. 1
- a longitudinal sectional view of an evaporator burner according to the invention;
- Fig. 2
- a plan view of an assembly according to the invention with heater and temperature sensor.
In Fig. 1 ist ein in einem Fahrzeugheizgerät einsetzbarer Verdampferbrenner allgemein mit 10 bezeichnet. Dieser Verdampferbrenner 10 umfasst ein Brennkammergehäuse 12, das im Wesentlichen topfartig ausgestaltet ist und eine Umfangswandung 14 und eine Bodenwandung 16 aufweist. Im Bereich der Bodenwandung 16 ist in dem Brennkammergehäuse 12 ein diese beispielsweise nahezu vollständig überdeckendes poröses Verdampfermedium 18 vorgesehen. Dieses beispielsweise aus Vliesmaterial, Geflecht, Gewirk, Schaumkeramik o.dgl. aufgebaute Verdampfermedium 18 nimmt flüssigen Brennstoff von einer Brennstoffleitung 20 auf und verteilt diesen in seinem Innenvolumenbereich durch Kapillarförderwirkung. In der Umfangswandung 14 ist ein Zündorgan 22 vorgesehen, beispielsweise ein Glühzündstift, das dazu dient, lokal in einem über dem porösen Verdampfermedium 18 liegenden Volumenbereich einer Brennkammer 24 so hohe Temperaturen bereitzustellen, dass das aus Brennstoffdampf und Verbrennungsluft gebildete Gemisch gezündet wird. Dabei kann die Verbrennungsluft beispielsweise über in der Umfangswandung 14 vorgesehene Öffnungen 26 in die Brennkammer 24 eingeleitet werden.In Fig. 1, a usable in a vehicle heater evaporator burner is generally designated 10. This evaporator burner 10 comprises a
Zwischen der Bodenwandung 16 des Brennkammergehäuses 12 und dem porösen Verdampfermedium 18 liegt eine allgemein mit 28 bezeichnete Baugruppe, die eine nur schematisch dargestellte elektrisch erregbare Heizeinrichtung 30 sowie einen Temperatursensor 32 umfasst. Diese elektrisch erregbare Heizeinrichtung 30 kann beispielsweise einen Heizleiter aus Keramikmaterial oder Metallmaterial umfassen. Hier kann beispielsweise ein Heizdraht aus einer Nickel-Chromium 80/20-Legierung eingesetzt werden, der eine im Wesentlichen temperaturunabhängige Leitfähigkeit aufweist. Das heißt, dass sich ändernde Temperaturverhältnisse im Bereich der Brennkammer 24 keine wesentlichen Rückwirkungen auf die Leitfähigkeit dieses Heizdrahtes und somit die Heizleistung der elektrisch erregbaren Heizeinrichtung 30 haben. Dies erleichtert das Ansteuern zur Einstellung einer gewünschten Heizleistung. Selbstverständlich kann hier auch ein Heizleiter mit PTC-Charakteristik zum Einsatz gelangen.Between the
Der Temperatursensor 32 umfasst vorzugsweise ebenfalls ein Leitungselement, beispielsweise spiral- oder wendelartig aufgebaut, das eine temperaturabhängige Leitungscharakteristik aufweist. Änderungen der Temperatur im Bereich dieses Temperatursensors 32 führen somit zu Änderungen im elektrischen Widerstand desselben, was durch entsprechende Änderungen des elektrischen Stroms bei angelegter Spannung erkennbar wird.The
Die Baugruppe 28 kann an der dem porösen Verdampfermedium 18 zugewandten Seite eine plattenartige Abdeckung 34 aufweisen, die eine schalenartige Ausformung 36 zur Aufnahme des Temperatursensors 32 aufweist. Diese Ausformung 36 kann sich durch eine Öffnung 38 im porösen Verdampfermedium 18 hindurch in den Bereich der Brennkammer 24 erstrecken. Somit erstreckt sich auch der Temperatursensor 32 im Innenbereich dieser Ausformung 36 zumindest bereichsweise in die Brennkammer 24 bzw. in der Öffnung 38 im porösen Verdampfermedium 18 und ist somit dazu in der Lage, vor allem Temperaturen in einem Volumenbereich nahe dem porösen Verdampfermedium 18 zu erfassen. Während diese Abdeckung 34 vorzugsweise aus thermisch gut leitendem Material aufgebaut ist, kann an der Rückseite diese Baugruppe 28 begrenzt oder abgedeckt sein durch eine Isolierplatte 40, die Wärmeverluste zur Bodenwandung 16 hin soweit als möglich unterbindet. Um die Zuführung von Brennstoff zum porösen Verdampfermedium 18 zu ermöglichen, ist weiterhin in der Baugruppe 28 eine Öffnung vorgesehen, ebenso wie in der Bodenwandung 16, um die Brennstoffleitung 20 an das poröse Verdampfermedium 18 heranführen zu können.The
Zur elektrischen Kontaktierung der elektrisch erregbaren Heizeinrichtung 30 einerseits und des Temperatursensors 32 andererseits können vier Anschlüsse 42 vorgesesehen sein, jeweils zwei für die Heizeinrichtung 30 und zwei für den Temperaturfühler 32.For electrical contacting of the electrically
Im Betrieb des Verdampferbrenners 10 wird also der Temperaturfühler 32 vor allem Temperaturen oder Temperaturänderungen erfassen, die in einem Volumenbereich nahe dem porösen Verdampfermedium 18 bzw. auch der diesem zugeordneten Heizeinrichtung 30 vorhanden sind. In der Startphase des Verdampferbrenners 10 wird also zunächst beispielsweise durch gleichzeitiges Erregen der Heizeinrichtung 30 und des Zündorgans 22 eine Vorkonditonierung stattfinden, die selbstverständlich auch zu einer entsprechenden Erwärmung des Temperaturfühlers 32 führen wird. Auf diese Art und Weise wird erkennbar, ob in dieser Startphase ausreichend erwärmt wird. Liegen ausreichend hohe Temperaturen vor, beispielsweise ebenfalls erfasst durch den Temperatursensor 32, kann dann durch entsprechendes Erregen einer Brennstoffpumpe Brennstoff in das poröse Verdampfermedium 18 eingeleitet werden. Da dieser zunächst noch flüssige Brennstoff zur Abdampfung Wärme aufnimmt, wird lokal im Bereich des porösen Verdampfermediums und somit auch im Bereich des Temperaturfühlers 32 die Temperatur abnehmen, was wiederum durch den Temperaturfühler 32 erfasst werden kann. Wird bei Erregen der Brennstoffpumpe keine entsprechende Änderung in der Temperatur im Bereich des Temperaturfühlers 32 erkannt, so kann beispielsweise diese Pumpe mit erhöhter Frequenz angesteuert werden, um eine höhere Förderleistung zu erlangen. Wird dann in der Brennkammer 24 ein Gemisch aus Brennstoffdampf und Luft bereitgestellt, so erfolgt bei entsprechend hoher Temperatur die Zündung. Auch diese Zündung führt zu einem weiteren Temperaturanstieg, der wiederum durch ein entsprechendes Sensorsignal des Temperatursensors 32 indiziert werden kann. Hat sich beispielsweise nach erfolgter Zündung dann eine näherungsweise konstante Temperatur eingestellt, so ist dies ein Hinweis darauf, dass eine normale Verbrennung abläuft und dass das weitere Erregen des Zündorgans 22 bzw. auch der elektrisch erregbaren Heizeinrichtung 30 nicht erforderlich ist. Auch Änderungen im Verbrennungsstatus, beispielsweise ein Flammabriss durch Brennstoffmangel, können durch den Temperatursensor 32 erfasst werden.During operation of the evaporator burner 10, therefore, the
Die vorangehende Schilderung zeigt also, dass durch das Vorsehen eines Temperatursensors 32 im Bereich des porösen Verdampfermediums 18 und auch im Bereich der elektrisch erregbaren Heizeinrichtung 30 die Möglichkeit geschaffen wird, den Betrieb des Verdampferbrenners 10 in verschiedensten Phasen zu überwachen und ggf. entsprechend geänderte Ansteuermaßnahmen vorzusehen. Dies betrifft insbesondere auch das Abschalten des Verdampferbrenners 10, das, beruhend auf der vom Temperatursensor 32 gelieferten Temperaturinformation erfolgen kann. So kann beispielsweise beim Beenden der Brennstoffzufuhr die Heizeinrichtung 30 erregt werden, um noch vorhandenen Brennstoff aus dem porösen Verdampfermedium 18 auszudampfen und zu verbrennen. Ein deutlicher Abfall der Temperatur gibt zu erkennen, dass kein weiterer Brennstoff vorhanden ist und aufgrund dessen auch keine weitere Verbrennung stattfindet.The above description thus shows that the provision of a
Da weiterhin bei dem erfindungsgemäßen Verdampferbrenner 10 das Zündorgan nicht Teil der Baugruppe 28 ist und nicht in diese Baugruppe 28 und auch das poröse Verdampfermedium 18 integriert ist, sondern über dem porösen Verdampfermedium 18 angeordnet ist und sich beispielsweise in die Brennkammer 24 erstreckt, wird die Heizcharakteristik dieses Zündorgans 22 auch nicht nachteilhaft durch die Brennstoffabdampfung beeinträchtigt, was insbesondere beim Ausfall der Heizeinrichtung 30 von Vorteil ist, da auch dann ein Start des Verdampferbrenners 10 sichergestellt werden kann.Further, since in the evaporator burner 10 according to the invention, the ignition member is not part of the
Claims (4)
dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (32) und die Heizeinrichtung (30) eine in einem Brennkammergehäuse (12) vorgesehene Baugruppe (28) bilden.Evaporator burner according to claim 1,
characterized in that the temperature sensor (32) and the heating device (30) form an assembly (28) provided in a combustion chamber housing (12).
dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (28) zwischen einer Wandung (16) des Brennkammergehäuses (12) und dem porösen Verdampfermedium (18) vorgesehen ist.Evaporator burner according to claim 2,
characterized in that the assembly (28) between a wall (16) of the combustion chamber housing (12) and the porous evaporator medium (18) is provided.
dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (28) eine Temperatursensorausformung (36) bildet, in welcher im Wesentlichen der Temperatursensor (32) angeordnet ist und welche eine Öffnung (38) in dem porösen Verdampfermedium (18) durchsetzt.Evaporator burner according to claim 2 or 3,
characterized in that the assembly (28) forms a Temperatursensorausformung (36) in which substantially the temperature sensor (32) is arranged and which passes through an opening (38) in the porous evaporator medium (18).
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