EP1647769A1 - Verdampferanordnung, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät oder einen Reformer - Google Patents

Verdampferanordnung, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät oder einen Reformer Download PDF

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EP1647769A1
EP1647769A1 EP05020241A EP05020241A EP1647769A1 EP 1647769 A1 EP1647769 A1 EP 1647769A1 EP 05020241 A EP05020241 A EP 05020241A EP 05020241 A EP05020241 A EP 05020241A EP 1647769 A1 EP1647769 A1 EP 1647769A1
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EP
European Patent Office
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evaporator
evaporator medium
region
medium region
liquid
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EP05020241A
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French (fr)
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EP1647769B1 (de
Inventor
Wolfgang Pfister
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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

Definitions

  • the present invention relates to an evaporator arrangement, in particular for a vehicle heater or a reformer, comprising an evaporator housing surrounding a evaporation chamber with a peripheral wall and a bottom wall, on a inside of the peripheral wall a porous evaporator medium and a liquid feed arrangement for introducing liquid to be evaporated in the evaporator medium.
  • Such an evaporator arrangement is known from DE 195 29 994 A1.
  • the evaporator arrangement known from this document provides with its evaporation chamber a combustion chamber for a vehicle heater.
  • the evaporator medium is provided as a porous, cylindrical lining which covers the peripheral wall substantially at its entire inner surface.
  • the size of the evaporator medium and thus also the surface exposed to the evaporation chamber depend on the amount of liquid vapor to be supplied. For example, when used in a heater, this amount is determined by the required heating power. The higher this heating power, the greater the amount of fuel vapor to be provided per unit of time. Accordingly, the surface of the evaporator medium which is exposed to the evaporation chamber or combustion chamber in this case must also be selected such that the required amount of fuel vapor can be released in total per unit of time.
  • an evaporator arrangement in particular for a vehicle heater or a reformer, comprising an evaporation chamber surrounding an evaporation chamber with a peripheral wall and a bottom wall, on an inner side of the peripheral wall, a porous evaporator medium and a liquid feed arrangement for introducing liquid to be evaporated in the evaporator medium ,
  • the evaporator medium has a first evaporator medium region and, separated therefrom by a flow barrier, a second evaporator medium region.
  • the first evaporator medium region and the second evaporator medium region follow one another in the direction of a housing longitudinal axis surrounded by the circumferential wall.
  • the first evaporator medium region is closer to the bottom wall than the second evaporator medium region and that the liquid supply line arrangement opens into the first evaporator medium region.
  • the liquid supply line arrangement opens into the first evaporator medium region.
  • the first evaporator medium region or / and the second evaporator medium region can be of annular design, so that over the entire circumference a very uniform evaporation behavior can be achieved.
  • the first evaporator medium region and the second evaporator medium region have different thickness and / or different length with respect to a housing longitudinal axis surrounded by the peripheral wall and / or different material.
  • the flow barrier between the two evaporator medium regions can be formed for example by a gap. In this intermediate space itself, there is no direct connection between the two evaporator medium regions, so that the capillary flow which promotes the liquid in the interior volume region of the evaporator medium is interrupted here.
  • At least one flow connection region bridging the flow barrier and connecting the first evaporator medium region and the second evaporator medium region is provided. This means that certain volume regions are present, in which nevertheless a capillary flow is present between the first evaporator medium region and the second evaporator medium region, due to the clearly reduced cross section, however, only a comparatively small amount can be delivered.
  • the greater part of the liquid transported from the first evaporator medium region to the second evaporator medium region is then transported in the direction of the second evaporator medium region, in particular in the case of a high required rate of evaporation, in liquid form and not conveyed by capillary conveying action.
  • the present invention further relates to a vehicle heater with an evaporator arrangement according to the invention for generating and combustion of a fuel / air mixture.
  • a vehicle heater can be used for example as a heater or heater.
  • the invention relates to a reformer with an evaporator arrangement according to the invention.
  • a reformer may then be provided a hydrocarbon / air mixture which is decomposed by a catalytic reaction and thus provides hydrogen by hydrogen abstraction.
  • The then can be used for example in a fuel cell.
  • an evaporator assembly according to the invention is generally designated 10.
  • this evaporator assembly 10 will be described with reference to use in a vehicle heater.
  • the liquid to be supplied and vaporized will be fuel, for example gasoline, diesel or vegetable methyl ester.
  • the same structural and functional measures can also be provided when the evaporator assembly 10 is used in a reformer to provide hydrogen gas.
  • the evaporator arrangement 10 comprises an evaporator housing 12 with a substantially cylindrical peripheral wall 14 provided with a circular cross-section and a bottom wall 16.
  • the circumferential wall 14 is elongate in the direction of a longitudinal axis A or surrounds it concentrically, for example.
  • an evaporation chamber 18 is limited, which is then effective as a combustion chamber in the case of a vehicle heater.
  • This evaporation chamber 18 is open via a flame cover 20 in the direction of a flame tube 22.
  • the combustion product or mixture of vaporized liquid and air flows in the evaporator housing 12 substantially in the direction of the longitudinal axis A.
  • porous evaporator medium On an inner side 28 of the peripheral wall 14 is a generally designated 30 provided porous evaporator medium.
  • This porous evaporator medium can be formed, for example, from braided, knitted, foamy or other porous material. Porous here means that in the volume range of this evaporator medium 30 cavities are formed, whose cross-section is dimensioned such that, taking into account the physical properties of the liquid to be introduced and vaporized a Kapillar once bin is achieved. As a result of this capillary-conveying effect, the liquid fed once into the interior volume region of the evaporator medium 30 is conveyed forward and distributed more or less evenly.
  • the evaporator medium 30 is subdivided into two evaporator medium regions 32, 34.
  • the two evaporator medium regions 32, 34 are substantially ring-like and therefore extend in the circumferential direction about the longitudinal axis A essentially completely on the inner side 28 of the circumferential wall 14.
  • the two evaporator medium regions 32, 34 can be provided by cutting or punching out the required material sections from a sheet-like blank and curved insertion into the evaporation chamber 18. It can of course be provided that the evaporator medium regions 32, 34 are locked on the inside 28 of the peripheral wall 14, for example by gluing or in any other way.
  • the first evaporator medium region 32 is arranged such that it lies, for example, directly in the region in which the peripheral wall 14 and the bottom wall 16 adjoin one another. That is, this first evaporator medium portion 32 may extend along a portion of the axial length of the evaporation chamber 18 from the bottom wall 16. In the example shown, this axial extent of the first evaporator medium region 32 is somewhat smaller than the axial extent of the air inlet nozzle 24, viewed in each case from the bottom wall 16. In the region of the first evaporator medium region 32 Furthermore, an ignition element 33, which is indicated only schematically, is provided, which serves to ignite a mixture of fuel and liquid generated in the evaporation chamber 18 by generating locally high temperatures.
  • a flow barrier formed in the form of a gap 36 is provided between the first evaporator medium region 32 and the second evaporator medium region 34. That There is no direct physical contact between the two evaporator medium regions 32, 34, so that no direct capillary flow transition between these two evaporator medium regions 32, 34 can take place.
  • the axial extent of this gap 36 may be in the range of 1 mm to 5 mm.
  • the second evaporator medium region 34 is then in the illustrated example in the length range of the evaporation chamber 18, which is located between the axial end of the air inlet nozzle 24 and the flame cover 20.
  • the two evaporator medium regions 32, 34 differ with regard to their axial extension length L 1 and L 2 and also with regard to their thickness D 1 and D 2 .
  • the first evaporator medium region 32 has a greater axial length L 1 , but is designed with a smaller thickness D 1 than the second evaporator medium region 34. This can of course also be reversed.
  • a portion of the liquid fuel must be supplied in the region of the ignition device 33 via a so-called candle neck.
  • the ignition element For example, a glow plug of metallic or ceramic design.
  • the supply line 38 can pass through the peripheral wall 14 and open, for example, in an annular groove which is provided on the inner side 28 of the peripheral wall 14.
  • the liquid fuel can then be distributed in the circumferential direction before it enters the interior volume region of the first evaporator medium region 32.
  • a very uniform distribution of the liquid to be evaporated is achieved.
  • the evaporator arrangement 10 shown in FIG. 1 takes effect as follows:
  • first evaporator medium region 32 If only a comparatively small quantity of liquid or fuel is to be vaporized, then, after being introduced into the first evaporator medium region 32, it will distribute under the aforementioned capillary action in the first evaporator medium region and will also reach the surface exposed to the evaporation chamber 18. The entire fuel distributed by capillary action is transferred into the vapor phase in the region of the first evaporator medium region 32, namely by removing the required heat of vaporization from the first evaporator medium region 32. This heat of vaporization, in turn, is provided by the combustion taking place in the region of the evaporation chamber 18.
  • the amount of liquid fuel supplied must also be increased accordingly.
  • the entire liquid fuel can no longer be transferred from the first evaporator medium region 32 into the vapor phase.
  • the flow barrier ie in FIG. 1 the intermediate space 36
  • This suction effect results from the fact that the second evaporator medium region 34 also provides a capillary action for the liquid fuel to be delivered.
  • the evaporator arrangement 10 In order to achieve this transition between the two evaporator medium regions 32, 34, it is advantageous to arrange the evaporator arrangement 10 such that the longitudinal axis A is substantially horizontal or even inclined somewhat downwards starting from the bottom wall 16, so that the one from the first evaporator medium region 32 leaking liquid then gravity flow over the gap 36 away in the direction of the second evaporator medium region 34 will flow.
  • the dimensions of the various evaporator medium regions 32, 34 can be selected and optimized as a function of the specific requirements or also of the dimensions of the evaporator housing 12.
  • the material used can also differ in the two evaporator medium regions 32, 34, so that an optimization can also take place here. In particular, this selection of the dimensions and also of the material can be made depending on the type of fuel or for which type of liquid to be delivered the insert is provided.
  • FIG. 2 shows an embodiment in which, compared to FIG. 1, a significantly different dimensioning is present.
  • the two evaporator medium regions 32, 34 are designed here with the same thickness D, but in turn have a different amount L 1 and L 2 .
  • the second evaporator medium region 34 is significantly longer than the first evaporator medium region 32.
  • a plurality of flow connection sections 40 are provided between the two evaporator medium regions 32, 34. These sections 40 formed integrally with the two evaporator medium regions 32, 34 bridge the flow barrier generated by the intermediate space 36 at some peripheral regions and ensure that at least a small amount of the liquid to be evaporated can flow into the second evaporator medium region 34 under capillary action.
  • the number and the flow cross section of the sections 40 can, of course, also be selected here so that the desired evaporation behavior or the desired distribution between the two evaporator medium regions 32, 34 is achieved. In this embodiment, it makes sense to provide the two evaporator medium regions 32, 34 with the same thickness D, since these can then be cut or punched out with the sections 40 from a single sheet-like piece of material having a uniform thickness.
  • the flow barrier may not or not necessarily be provided by a gap 36. It is also conceivable, for example, to locally influence a continuous material body of the evaporator medium 30 in a different manner such that a flow barrier for the capillary flow is present. This can be done, for example, by introducing material that closes the pores locally, for example adhesive, but can also be done, for example, by local compression and thus sealing the pores are made.
  • an evaporator arrangement With the embodiment of an evaporator arrangement according to the invention, it is possible to provide a much longer service life with significantly lower deposition of combustion products by more uniform liquid or fuel evaporation and, in particular, avoidance of local overheating of the evaporator medium. Also, the adaptability of the volume used for evaporation as a function of the amount of liquid fed in a significantly better controllability of the evaporation behavior and thus a significantly better controllability of heating performance achieved in heaters.
  • supply lines are provided separately for each of the evaporator medium regions, so that activation or deactivation of the respective evaporator medium regions can take place by directly feeding or not feeding fuel into them. This allows greater freedom in the installation position of the evaporator arrangement, since then the transition of the liquid between the two evaporator medium areas by gravity flow is no longer required.

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Abstract

Eine Verdampferanordnung, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät oder einen Reformer, umfasst ein eine Verdampfungskammer (18) umgebendes Verdampfergehäuse (12) mit einer Umfangswandung (14) und einer Bodenwandung (16), an einer Innenseite (28) der Umfangswandung (14) ein poröses Verdampfermedium (30) und eine Flüssigkeitszuführanordnung (38) zum Einleiten von zu verdampfender Flüssigkeit in das Verdampfermedium (30), wobei das Verdampfermedium (30) einen ersten Verdampfermediumbereich (32) und davon durch eine Strömungsbarriere (36) getrennt einen zweiten Verdampfermediumbereich (34) aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampferanordnung, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät oder einen Reformer, umfassend ein eine Verdampfungskammer umgebendes Verdampfergehäuse mit einer Umfangswandung und einer Bodenwandung, an einer Innenseite der Umfangswandung ein poröses Verdampfermedium und eine Flüssigkeitszuführanordnung zum Einleiten von zu verdampfender Flüssigkeit in das Verdampfermedium.
  • Eine derartige Verdampferanordnung ist aus der DE 195 29 994 A1 bekannt. Die aus dieser Druckschrift bekannte Verdampferanordnung stellt mit ihrer Verdampfungskammer eine Brennkammer für ein Fahrzeugheizgerät bereit. Das Verdampfermedium ist als poröse, zylindrische Auskleidung bereitgestellt, welche die Umfangswandung im Wesentlichen an ihrer gesamten Innenoberfläche überdeckt.
  • Bei derartigen Verdampferanordnungen besteht grundsätzlich das Problem, dass die Größe des Verdampfermediums und somit auch die zur Verdampfungskammer hin frei liegende Oberfläche desselben in Abhängigkeit von der bereitzustellenden Menge des Flüssigkeitsdampfes abhängt. Beispielsweise bei Einsatz in einem Heizgerät ist diese Menge bestimmt durch die erforderliche Heizleistung. Je höher diese Heizleistung ist, desto größer ist die pro Zeiteinheit bereitzustellende Menge des Brennstoffdampfes. Dementsprechend muss auch die zur Verdampfungskammer bzw. in diesem Falle Brennkammer hin frei liegende Oberfläche des Verdampfermediums so gewählt werden, dass pro Zeiteinheit insgesamt die erforderliche Brennstoffdampfmenge abgegeben werden kann. Dies jedoch führt zu dem Problem, dass dann, wenn geringere Heizleistungen bereitgestellt werden sollen, eine entsprechend geringere Brennstoffmenge in das Verdampfermedium eingeleitet wird. Durch die Kapillarwirkung verteilt sich diese Brennstoffmenge im Innenvolumenbereich des Verdampfermediums und wird durch Wärmeaufnahme aus dem Verdampfermedium in die Dampfphase überführt. Da zum Verdampfen einer geringeren Brennstoffmenge jedoch dem Verdampfermedium weniger darin aufgenommene Wärme entzogen wird, kann es bei für diesen Betriebszustand an sich zu groß dimensioniertem Verdampfermedium zu einer Überhitzung desselben kommen. Dies ist insbesondere in demjenigen Bereich kritisch, in dem der Brennstoff bzw. generell die zu verdampfende Flüssigkeit in das Verdampfermedium eingeleitet wird. Dadurch sind die Brennstoffverteilung bzw. die Verbrennung unsymmetrisch.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verdampferanordnung, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät oder einen Reformer bereitzustellen, mit welcher eine verbesserte Anpassbarkeit des Verdampfungsvorgangs an die zu verdampfende Flüssigkeitsmenge erreichbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Verdampferanordnung, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät oder einen Reformer, umfassend ein eine Verdampfungskammer umgebendes Verdampfergehäuse mit einer Umfangswandung und einer Bodenwandung, an einer Innenseite der Umfangswandung ein poröses Verdampfermedium und eine Flüssigkeitszuführanordnung zum Einleiten von zu verdampfender Flüssigkeit in das Verdampfermedium.
  • Dabei ist weiter vorgesehen, dass das Verdampfermedium einen ersten Verdampfermediumbereich und davon durch eine Strömungsbarriere getrennt einen zweiten Verdampfermediumbereich aufweist.
  • Durch das Bereitstellen zweier voneinander getrennter Vedampfermediumbereiche, von welchen jeder zur Flüssigkeitsverdampfung genutzt werden kann, aber nicht benutzt werden muss, wird es möglich, je nach zugeführter Brennstoffmenge verschieden große Volumenbereiche des Verdampfermediums zur Flüssikeitsabdampfung zu nutzen. Ist nur eine geringere Dampfmenge erforderlich, so kann die Flüssigkeitsabdampfung im Wesentlichen über einen der Verdampfermediumbereiche erfolgen, während der andere hierzu nicht genutzt wird. Da die dann zu verdampfende vergleichsweise geringe Flüssigkeitsmenge einem kleineren Volumenbereich des Verdampfermediums zugeführt und darin verdampft wird, wird dem zur Flüssigkeitsabdampfung dann genutzten Volumenbereich deutlich mehr Wärme entzogen, als dies der Fall wäre, wenn die gleiche Flüssigkeitsmenge auf einen größeren Volumenbereich des Verdampfermediums verteilt wäre. Ferner lässt sich durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Verdampfermediums auf mehrere Verdampfermediumbereiche ein deutlich besseres Verteilungsverhalten der zu verdampfenden Flüssigkeit in dem zur Verdampfung genutzten Volumenbereich des Verdampfermediums erzielt. Dies führt beispielsweise bei Einsatz in einem Fahrzeugheizgerät zu einer deutlich gleichmäßigeren Verbrennung mit deutlich weniger sich an der Innenoberfläche niederschlagenden Verbrennungsrückständen.
  • Bei einer hinsichtlich des Verdampfungsverhaltens besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform wird vorgeschlagen, dass der erste Verdampfermediumbereich und der zweite Verdampfermediumbereich in Richtung einer von der Umfangswandung umgebenen Gehäuselängsachse aufeinander folgen.
  • Dabei kann dann vorgesehen sein, dass der erste Verdampfermediumbereich näher an der Bodenwandung liegt, als der zweite Verdampfermediumbereich und dass die Flüssigkeitszuführteitungsanordnung in den ersten Verdampfermediumbereich einmündet. Auf diese Art und Weise wird erreicht, dass durch Einspeisen von zu verdampfender Flüssigkeit nur in den ersten Verdampfermediumbereich bei vergleichsweise geringer Flüssigkeitseinspeisungsmenge ein Übergang in die Dampfphase auch nur im Volumenbereich des ersten Verdampfermediumbereichs auftritt. Ist eine größere Flüssigkeitsdampfmenge erforderlich, so wird eine entsprechend größere Flüssigkeitsmenge eingespeist. Diese kann dann jedoch nicht mehr vollständig in dem ersten Verdampfermediumbereich in die Dampfphase übergehen und wird an verschiedenen Obertlächenbereichen auch in flüssiger Form wieder aus diesem austreten und sich dabei über die Strömungsbarriere hinweg in den zweiten Verdampfermediumbereich bewegen. Dieser nimmt die Flüssigkeit auf und verteilt sie in seinem Innenvolumenbereich durch die Kapillarförderwirkung. Es tritt somit in Abhängigkeit von der zugeführten Flüssigkeitsmenge ein Umschalten zwischen einem Zustand auf, in welchem nur der erste Verdampfermediumbereich zur Flüssigkeitsabdampfung genutzt wird, nämlich bei kleinerer zugeführter Flüssigkeitsmenge, und einem Zustand, in dem auch der zweite Verdampfermediumbereich zur Flüssigkeitsabdampfung genutzt wird, nämlich bei größerer zugeführter Flüssigkeitsmenge.
  • Der erste Verdampfermediumbereich oder/und der zweite Verdampfermediumbereich können ringartig ausgebildet sein, so dass über den gesamten Umfang ein sehr gleichmäßiges Abdampfungsverhalten erzielt werden kann.
  • Um das Abdampfungsverhalten in definierter Art und Weise beeinflussen zu können, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der erste Verdampfermediumbereich und der zweite Verdampfermediumbereich unterschiedliche Dicke oder/und unterschiedliche Länge bezüglich einer von der Umfangswandung umgebenen Gehäuselängsachse oder/und unterschiedliches Material aufweisen.
  • Die Strömungsbarriere zwischen den beiden Verdampfermediumbereichen kann beispielsweise durch einen Zwischenraum gebildet sein. In diesem Zwischenraum selbst besteht keine direkte Verbindung zwischen den beiden Verdampfermediumbereichen, so dass die die Flüssigkeit im Innenvolumenbereich des Verdampfermediums voranfördernde Kapillarströmung hier unterbrochen ist.
  • Um beim Übertritt von Flüssigkeit aus dem ersten Verdampfermediumbereich in den zweiten Verdampfermediumbereich eine gleichmäßigere Einleitung der Flüssigkeit in den zweiten Verdampfermediumbereich erlangen zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass wenigstens ein die Strömungsbarriere überbrückender und den ersten Verdampfermediumbereich und den zweiten Verdampfermediumbereich verbindender Strömungsverbindungsbereich vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass gewisse Volumenbereiche vorhanden sind, in welchen gleichwohl eine Kapillarströmung zwischen dem ersten Verdampfermediumbereich und dem zweiten Verdampfermediumbereich vorhanden ist, auf Grund des deutlich reduzierten Querschnitts, jedoch nur eine vergleichsweise kleine Menge gefördert werden kann. Der größere Teil der vom ersten Verdampfermediumbereich zum zweiten Verdampfermediumbereich transportierten Flüssigkeit wird insbesondere bei hoher erforderlicher Abdampfungsrate dann in flüssiger und nicht durch Kapillarförderwirkung transportierter Form in Richtung zweiter Verdampfermediumbereich gelangen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeugheizgerät mit einer erfindungsgemäßen Verdampferanordnung zur Erzeugung und Verbrennung eines Brennstoff/Luft-Gemisches. Ein derartiges Fahrzeugheizgerät kann beispielsweise als Standheizung oder Zuheizer eingesetzt werden.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung einen Reformer mit einer erfindungsgemäßen Verdampferanordnung. In einem derartigen Reformer kann dann ein Kohlenwasserstoff/Luft-Gemisch bereitgestellt werden, das durch eine katalytische Reaktion zersetzt wird und somit durch Wasserstoffabspaltung Wasserstoff bereitstellt. Der dann beispielsweise in einer Brennstoffzelle genutzt werden kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    in schematischer Art und Weise eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Verdampferanordnung;
    Fig. 2
    eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer alternativen Ausge- staltungsvariante der erfindungsgemäßen Verdampferanordnung.
  • In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Verdampferanordnung allgemein mit 10 bezeichnet. Im Folgenden wird diese Verdampferanordnung 10 mit Bezug auf den Einsatz bei einem Fahrzeugheizgerät beschrieben. Dies bedeutet also, dass die zuzuführende und zu verdampfende Flüssigkeit Brennstoff, beispielsweise Benzin, Diesel oder Pflanzenmethylester, sein wird. Es ist selbstverständlich, dass die gleichen konstruktiven und funktionalen Maßnahmen auch vorgesehen werden können, wenn die Verdampferanordnung 10 bei einem Reformer zur Bereitstellung von Wasserstoffgas eingesetzt wird.
  • Die Verdampferanordnung 10 umfasst ein Verdampfergehäuse 12 mit einer im Wesentlichen zylindrischen und mit kreisrundem Querschnitt bereitgestellten Umfangswandung 14 und einer Bodenwandung 16. Die Umfangswandung 14 ist in Richtung einer Längsachse A langgestreckt bzw. umgibt diese beispielsweise konzentrisch. Durch die Umfangswandung 14 und die Bodenwandung 16 ist eine Verdampfungskammer 18 begrenzt, die im Falle eines Fahrzeugheizgeräts dann als Brennkammer wirksam ist. Diese Verdampfungskammer 18 ist über eine Flammblende 20 in Richtung zu einem Flammrohr 22 hin offen. Die Verbrennungsprodukte bzw. das Gemisch aus verdampfter Flüssigkeit und Luft strömt in dem Verdampfergehäuse 12 im Wesentlichen in der Richtung der Längsachse A.
  • Von der Bodenwandung 16 geht ein ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteter Lufteinleitstutzen 24 aus. Dieser weist an seinem von der Bodenwandung 16 entfernt liegenden axialen Endbereich eine Mehrzahl von Lufteintrittsöffnungen 26 auf. Die unter der Förderwirkung eines nicht dargestellten Gebläses vorangeförderte Luft tritt über diese Lufteintrittsöffnungen 26 in die Verdampfungskammer bzw. Brennkammer 18 in axialem Abstand zur Bodenwandung 16 ein.
  • An einer Innenseite 28 der Umfangswandung 14 ist ein allgemein mit 30 bezeichnetes poröses Verdampfermedium vorgesehen. Dieses poröse Verdampfermedium kann beispielsweise aus geflechtartigem, gewirkartigem, schaumartigem oder sonstigem porösen Material gebildet sein. Porös bedeutet hier, dass im Volumenbereich dieses Verdampfermediums 30 Hohlräume gebildet sind, deren Querschnitt derart dimensioniert ist, dass unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften der einzuleitenden und zu verdampfenden Flüssigkeit ein Kapillarfördereffekt erzielt wird. Durch diesen Kapillarfördereffekt wird die einmal in den Innenvolumenbereich des Verdampfermediums 30 gespeiste Flüssigkeit vorangefördert und sich mehr oder weniger gleichmäßig verteilen.
  • Man erkennt in Fig. 1, dass das Verdampfermedium 30 aufgeteilt ist in zwei Verdampfermediumbereiche 32, 34. Die beiden Verdampfermediumbereiche 32, 34 sind im Wesentlichen ringartig ausgestaltet und erstrecken sich somit in Umfangsrichtung um die Längsachse A im Wesentlichen vollständig an der Innenseite 28 der Umfangswandung 14. Beispielsweise können die beiden Verdampfermediumbereiche 32, 34 durch Ausschneiden oder Ausstanzen der erforderlichen Materialabschnitte aus einem flächenartigen Rohling und gekrümmtes Einlegen in die Verdampfungskammer 18 bereitgestellt werden. Dabei kann selbstverständlich vorgesehen sein, dass die Verdampfermediumbereiche 32, 34 an der Innenseite 28 der Umfangswandung 14 beispielsweise durch Verklebung oder in sonstiger Weise arretiert werden.
  • Der erste Verdampfermediumbereich 32 ist so angeordnet, dass er beispielsweise unmittelbar in demjenigen Bereich liegt, in dem die Umfangswandung 14 und die Bodenwandung 16 aneinander angrenzen. D.h. dieser erste Verdampfermediumbereich 32 kann ausgehend von der Bodenwandung 16 sich entlang eines Teils der axialen Länge der Verdampfungskammer 18 erstrecken. Im dargestellten Beispiel ist diese axiale Erstreckung des ersten Verdampfermediumbereichs 32 etwas geringer, als die axiale Erstreckung des Lufteinlassstutzens 24, jeweils betrachtet von der Bodenwandung 16 aus. Im Bereich des ersten Verdampfermediumbereichs 32 ist ferner ein nur schematisch angedeutetes Zündorgan 33 vorgesehen, das dazu dient, durch Erzeugung lokal hoher Temperaturen ein in der Verdampfungskammer 18 generiertes Gemisch aus Brennstoff und Flüssigkeit zu zünden.
  • Zwischen dem ersten Verdampfermediumbereich 32 und dem zweiten Verdampfermediumbereich 34 ist eine in Form eines Zwischenraums 36 hier ausgebildete Strömungsbarriere vorgesehen. D.h. es besteht hier kein direkter körperlicher Kontakt zwischen den beiden Verdampfermediumbereichen 32, 34, so dass auch kein unmittelbarer Kapillarströmungsübergang zwischen diesen beiden Verdampfermediumbereichen 32, 34 stattfinden kann. Die axiale Erstreckung dieses Zwischenraums 36 kann im Bereich von 1 mm bis 5 mm liegen.
  • Der zweite Verdampfermediumbereich 34 liegt dann im dargestellten Beispiel in dem Längenbereich der Verdampfungskammer 18, der zwischen dem axialen Ende des Lufteinlassstutzens 24 und der Flammblende 20 liegt.
  • Man erkennt in Fig. 1 weiter, dass die beiden Verdampfermediumbereiche 32, 34 sich hinsichtlich ihrer axialen Erstreckungslänge L1 und L2 und auch hinsichtlich ihrer Dicke D1 und D2 unterscheiden. Der erste Verdampfermediumbereich 32 weist beispielsweise eine größere axiale Länge L1 auf, ist dafür jedoch mit einer geringeren Dicke D1 ausgebildet ist, als der zweite Verdampfermediumbereich 34. Dies kann selbstverständlich auch umgekehrt sein.
  • Eine allgemein mit 38 bezeichnete Flüssigkeitszuführleitung, im Falle des Einsatzes bei einem Fahrzeugheizgerät also Brennstoffzuführleitung, speist die Flüssigkeit im Bereich des ersten Verdampfermediumbereichs 32 ein. Ein Teil des flüssigen Brennstoffs muss im Bereich des Zündorgans 33 über einen so genannten Kerzenstutzen zugeführt werden. In diesem Kerzenstutzen, der ebenfalls aus porösem Material aufgebaut sein kann bzw. damit ausgekleidet sein kann, befindet sich das Zündorgan, beispielsweise eine Glühstiftkerze metallischer oder keramischer Bauart. Durch die Zufuhr von flüssigem Brennstoff in diesen Bereich wird dafür gesorgt, dass insbesondere in diesem lokalen Bereich ein zündfähiges Gemisch bereitgestellt werden kann, um die Verbrennung starten zu können. Die Zuführleitung 38 kann die Umfangswandung 14 durchsetzen und beispielsweise in eine Ringnut einmünden, die an der Innenseite 28 der Umfangswandung 14 vorgesehen ist. In dieser Ringnut kann der flüssige Brennstoff sich dann in Umfangsrichtung verteilen, bevor er in den Innenvolumenbereich des ersten Verdampfermediumbereichs 32 eintritt. Somit wird eine über den Umfang sehr gleichmäßige Verteilung der zu verdampfenden Flüssigkeit erzielt. Selbstverständlich ist es alternativ oder zusätzlich auch möglich, an mehreren Umfangspositionen und selbstverständlich auch an mehreren axialen Positionen über jeweilige Leitungsabschnitte Flüssigkeit in den Innenvolumenbereich des ersten Verdampfermediumbereichs einzuleiten.
  • Im Verbrennungsbetrieb bzw. Verdampfungsbetrieb wird die in Fig. 1 dargestellte Verdampferanordnung 10 wie folgt wirksam:
  • Ist nur eine vergleichsweise geringe Flüssigkeits- bzw. Brennstoffmenge zu verdampfen, so wird diese nach Einleitung in den ersten Verdampfermediumbereich 32 sich unter der angesprochenen Kapillarförderwirkung im ersten Verdampfermediumbereich verteilen und auch zu der zur Verdampfungskammer 18 hin frei liegenden Oberfläche desselben gelangen. Der gesamte durch Kapillarförderwirkung verteilte Brennstoff wird im Bereich des ersten Verdampfermediumbereichs 32 in die Dampfphase überführt, und zwar dadurch, dass dem ersten Verdampfermediumbereich 32 die erforderliche Verdampfungswärme entzogen wird. Diese Verdampfungswärme wiederum wird bereitgestellt durch die im Bereich der Verdampfungskammer 18 ablaufende Verbrennung.
  • Wird eine größere Heizleistung erforderlich, so muss dementsprechend auch die zugeführte Menge des flüssigen Brennstoffs erhöht werden. Dies führt jedoch dazu, dass auf Grund des begrenzten Volumens des ersten Verdampfermediumbereichs 32 nicht mehr der gesamte flüssige Brennstoff aus dem ersten Verdampfermediumbereich 32 in die Dampfphase überführt werden kann. Da also ständig ein Überschuss an flüssigem Brennstoff eingespeist wird, wird dieser auch in flüssiger Form aus dem ersten Verdampfermediumbereich 32 austretende Brennstoff über die Strömungsbarriere, also in Fig. 1 den Zwischenraum 36, dann primär gefördert durch Schwerkraftwirkung, in Richtung zum zweiten Verdampfermediumbereich 34 gelangen und von diesem aufgenommen bzw. aufgesaugt. Dieser Saugeffekt entsteht dadurch, dass auch der zweite Verdampfermediumbereich 34 eine Kapillarförderwirkung für den zu fördernden flüssigen Brennstoff bereitstellt. Dies bedeutet also, dass diejenige Brennstoff- bzw. Flüssigkeitsmenge, die im ersten Verdampfermediumbereich 32 nicht in die Dampfphase überführt werden kann, sich in Richtung zum zweiten Verdampfermediumbereich 34 unter Überwindung der Strömungsbarriere 36, die hier also eine Kapillarströmungsbarriere darstellt, bewegen wird und dann nach Verteilen im Innenvolumenbereich des zweiten Verdampfermediumbereichs 34 über diesen zweiten Verdampfermediumbereich 34 in die Dampfphase überführt und somit in die Verdampfungskammer 18 abgegeben wird. Um diesen Übergang zwischen den beiden Verdampfermediumbereichen 32, 34 zu erlangen, ist es vorteilhaft, die Verdampferanordnung 10 so anzuordnen, dass die Längsachse A im Wesentlichen horizontal liegt oder ausgehend von der Bodenwandung 16 sogar etwas abwärts geneigt ist, so dass die aus dem ersten Verdampfermediumbereich 32 austretende Flüssigkeit dann schwerkraftbedingt über den Zwischenraum 36 hinweg in Richtung zum zweiten Verdampfermediumbereich 34 strömen wird.
  • Durch diesen vorangehend beschriebenen Aufbau und die Funktionalität desselben wird es möglich, allein durch die Vorgabe der pro Zeiteinheit in einen der Verdampfermediumbereiche eingeleiteten Brennstoffmenge zu bestimmen, ob nur dieser unmittelbar, also direkt aus der Zuführleitung 38 versorgte Verdampfermediumbereich 32 zur Flüssigkeitsabdampfung wirksam ist, oder ob auch der andere, hier also der zweite Verdampfermediumbereich 34, wirksam werden soll. Dadurch wird ein an die Menge der zu verdampfenden Flüssigkeit angepasster Volumenbereich des porösen Verdampfermediums 30 genutzt. Es ergeben sich daraus sowohl hinsichtlich der gleichmäßigeren Flüssigkeitsverteilung in dem jeweiligen Innenvolumenbereich als auch hinsichtlich der Wärmeaufnahme, die zur Flüssigkeitsabdampfung erforderlich ist, wesentliche Betriebsvorteile, die vor allem eine deutlich schadstoffarmere und zu geringeren Verbrennungsrückständen führende Verbrennung mit sich bringen.
  • Die Dimensionierungen der verschiedenen Verdampfermediumbereiche 32, 34, also die Länge und die Dicke derselben, können in Abhängigkeit von den konkreten Anforderungen bzw. auch von der Dimensionierung des Verdampfergehäuses 12 an sich ausgewählt und optimiert werden. Auch das eingesetzte Material kann sich bei den beiden Verdampfermediumbereichen 32, 34 unterscheiden, so dass auch hier eine Optimierung erfolgen kann. Insbesondere kann diese Auswahl der Dimensionierungen und auch des Materials in Abhängigkeit davon getroffen werden, für welche Brennstoffart bzw. für welche Art der zu fördernden Flüssigkeit der Einsatz vorgesehen ist.
  • Die Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltungsform, bei welcher im Vergleich zur Fig. 1 eine deutlich unterschiedliche Dimensionierung vorhanden ist. So sind die beiden Verdampfermediumbereiche 32, 34 hier mit der gleichen Dicke D ausgestaltet, weisen jedoch wiederum eine unterschiedliche Menge L1 bzw. L2 auf. Hier ist nunmehr der zweite Verdampfermediumbereich 34 deutlich länger, als der erste Verdampfermediumbereich 32. Weiter erkennt man, dass zwischen den beiden Verdampfermediumbereichen 32, 34 mehrere Strömungsverbindungsabschnitte 40 vorgesehen sind. Diese integral mit den beiden Verdampfermediumbereichen 32, 34 ausgebildeten Abschnitte 40 überbrücken die durch den Zwischenraum 36 generierte Strömungsbarriere an einigen Umfangsbereichen und sorgen dafür, dass zumindest eine geringe Menge der zu verdampfenden Flüssigkeit auch unter Kapillarförderwirkung in den zweiten Verdampfermediumbereich 34 strömen kann. Somit wird ein Betriebsverhalten erzielt, bei dem bei sehr geringer eingespeister Flüssigkeitsmenge primär der erste Verdampfermediumbereich 32 zur Verdampfung wirksam sein soll. Wird diese Menge etwas erhöht, so wird verstärkt flüssiger Brennstoff über die Abschnitte 40 durch Kapillarförderwirkung auch in den zweiten Verdampfermediumbereich 34 gelangen und von dort abgedampft werden. Eine weitere Erhöhung der Flüssigkeitsmenge hat zur Folge, dass einerseits diese gesamte Flüssigkeit nicht mehr ausschließlich im ersten Verdampfermediumbereich 32 abgedampft werden kann und dass andererseits, bedingt durch den reduzierten Strömungsquerschnitt, auch die Abschnitte 40 nicht mehr dazu in der Lage sind, den gesamten Flüssigkeitsüberschuss zum zweiten Verdampfermediumbereich 34 abzuführen. Es wird also auch hier ein Teil der zugeführten Flüssigkeit in flüssiger Form aus dem ersten Verdampfermediumbereich 32 austreten und über den Zwischenraum 36 hinweg in Richtung zum zweiten Verdampfermediumbereich 34 strömen, von diesem aufgesaugt werden und dann in Richtung zur Verdampfungskammer 18 abgedampft werden.
  • Die Anzahl und der Strömungsquerschnitt der Abschnitte 40 können auch hier selbstverständlich so ausgewählt werden, dass das gewünschte Verdampfungsverhalten bzw. die gewünschte Verteilung zwischen den beiden Verdampfermediumbereichen 32, 34 erzielt wird. Bei dieser Ausgestaltungsform bietet sich das Bereitstellen der beiden Verdampfermediumbereiche 32, 34 mit der gleichen Dicke D daher an, da diese mit den Abschnitten 40 dann aus einem einzigen flächenartigen Materialstück mit gleichmäßiger Dicke ausgeschnitten oder ausgestanzt werden können.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich die Strömungsbarriere nicht nur oder nicht notwendigerweise durch einen Zwischenraum 36 bereitgestellt werden kann. Es ist beispielsweise auch denkbar, in anderer Art und Weise einen durchgehenden Materialkörper des Verdampfermediums 30 lokal so zu beeinflussen, dass eine Strömungsbarriere für die Kapillarströmung vorhanden ist. Dies kann beispielsweise durch Einbringen von die Poren lokal verschließendem Material, beispielsweise Klebstoff, erfolgen, kann aber auch beispielsweise durch lokales Verpressen und somit Abschließen der Poren erfolgen.
  • Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Verdampferanordnung wird es möglich, durch gleichmäßigere Flüssigkeits- bzw. Brennsttoffabdampfung und insbesondere Vermeidung einer lokalen Überhitzung des Verdampfermediums eine wesentlich höhere Standzeit bei deutlich geringerer Ablagerung von Verbrennungsprodukten bereitzustellen. Auch wird durch die Anpassbarkeit des zur Verdampfung genutzten Volumens in Abhängigkeit von der eingespeisten Flüssigkeitsmenge eine deutlich bessere Regelbarkeit des Verdampfungsverhaltens und somit bei Heizgeräten eine deutlich besserer Regelbarkeit der Heizleistung erzielt.
  • Bei einer weiteren abgewandelten Ausgestaltungsform könnte vorgesehen sein, dass für jeden der Verdampfermediumbereiche separat Zuführleitungen vorgesehen sind, so dass die Aktivierung oder die Deaktivierung der jeweiligen Verdampfermediumbereiche dadurch erfolgen kann, dass in diese direkt Brennstoff eingespeist oder nicht eingespeist wird. Dies ermöglicht eine größere Freiheit bei der Einbaulage der Verdampferanordnung, da dann der Übergang der Flüssigkeit zwischen den beiden Verdampfermediumbereichen durch Schwerkraftströmung nicht mehr erforderlich ist.

Claims (9)

  1. Verdampferanordnung, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät oder einen Reformer, umfassend ein eine Verdampfungskammer (18) umgebendes Verdampfergehäuse (12) mit einer Umfangswandung (14) und einer Bodenwandung (16), an einer Innenseite (28) der Umfangswandung (14) ein poröses Verdampfermedium (30) und eine Flüssigkeitszuführanordnung (38) zum Einleiten von zu verdampfender Flüssigkeit in das Verdampfermedium (30),
    dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfermedium (30) einen ersten Verdampfermediumbereich (32) und davon durch eine Strömungsbarriere (36) getrennt einen zweiten Verdampfermediumbereich (34) aufweist.
  2. Verdampferanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdampfermediumbereich (32) und der zweite Verdampfermediumbereich (34) in Richtung einer von der Umfangswandung (14) umgebenen Gehäuselängsachse (A) aufeinander folgen.
  3. Verdampferanordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdampfermediumbereich (32) näher an der Bodenwandung (16) liegt, als der zweite Verdampfermediumbereich (34), und dass die Flüssigkeitszuführleitungsanordnung (38) in den ersten Verdampfermediumbereich (32) einmündet.
  4. Verdampfermedium nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdampfermediumbereich (32) oder/und der zweite Verdampfermediumbereich (34) ringartig ausgebildet ist.
  5. Verdampfermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdampfermediumbereich (32) und der zweite Verdampfermediumbereich (34) unterschiedliche Dicke (D) oder/und unterschiedliche Länge (L) bezüglich einer von der Umfangswandung (14) umgebenen Gehäuselängsachse (A) oder/und unterschiedliches Material aufweisen.
  6. Verdampfermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbarriere (36) durch einen Zwischenraum (36) zwischen dem ersten Verdampfermediumbereich (32) und dem zweiten Verdampfermediumbereich (34) gebildet ist.
  7. Verdampfermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein die Strömungsbarriere (36) überbrückender und den ersten Verdampfermediumbereich (32) und den zweiten Verdampfermediumbereich (34) verbindender Strömungsverbindungsbereich (40) vorgesehen ist.
  8. Fahrzeugheizgerät, umfassend eine Verdampferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Erzeugung und Verbrennung eines Brennstoff/Luftgemisches.
  9. Reformer, umfassend eine Verdampferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Erzeugung eines zur Wasserstoffabspaltung nutzbaren Kohlenwasserstoff/Luft-Gemisches.
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