EP3320263A1 - Poröses brennstoffaufbereitungselement - Google Patents
Poröses brennstoffaufbereitungselementInfo
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- EP3320263A1 EP3320263A1 EP16736777.0A EP16736777A EP3320263A1 EP 3320263 A1 EP3320263 A1 EP 3320263A1 EP 16736777 A EP16736777 A EP 16736777A EP 3320263 A1 EP3320263 A1 EP 3320263A1
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Classifications
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- F23D3/40—Burners using capillary action the capillary action taking place in one or more rigid porous bodies
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Definitions
- the present invention relates to a porous fuel treatment element for an evaporator burner with at least one fiber-formed layer.
- liquid fuel heaters such as are used in particular as auxiliary heaters or auxiliary heaters in vehicles
- evaporator burner are used in which the liquid fuel evaporates, then with supplied combustion air to a fuel-air Mixture prepared and then reacted in an exothermic reaction.
- a liquid fuel of the fuel used which is also used to operate an internal combustion engine of the vehicle, in particular, for example. Diesel, gasoline, ethanol and the like.
- the liquid fuel is usually first fed to a porous fuel treatment element which serves to store, disperse and vaporize the fuel.
- a porous fuel treatment element which serves to store, disperse and vaporize the fuel.
- a plurality of porous fuel treatment elements may be provided which are each adapted to these different functions.
- WO 2012/155897 A1 describes an evaporator arrangement for an evaporator burner for a mobile heater, in which an evaporator body has at least one layer of a metal fabric of interwoven metal wires. It is further described to provide a multi-layered structure using e.g. a layer of a metal fabric is combined with another layer of a metal fleece.
- the porous fuel processing element for an evaporator burner has at least one layer formed of fibers.
- the fibers have basalt fibers.
- the fibers of the at least one layer may in particular be formed by basalt fibers, for example.
- basalt fibers for example.
- the entire fuel treatment element may be formed of basalt fibers or at least be formed of one or more layers having basalt fibers.
- the porous fuel conditioning element additionally to have one or more layers which contain no basalt fibers.
- Basalt fibers in this application have distinct advantages over conventional fibrous materials used for porous fuel treatment elements. As compared to, for example, glass fibers or asbestos fibers, basalt fibers have superior physical, mechanical and chemical properties with respect to use in a porous fuel processing element. Basalt fibers are a very strong, yet flexible fiber material, which is particularly easy to form into textile fabrics, in particular a felt, a fleece, a needle mat, a scrim, a woven fabric, a knitted fabric, a knitted fabric or a braid can process. The material is particularly suitable for evaporator burners, which are designed for very high operating temperatures, since basalt fibers have an extremely high temperature resistance, especially in comparison to conventional materials, in particular metal fleeces and metal fabrics. Furthermore, a very low tendency for deposit formation is achieved and it can still provide a high storage or buffering effect
- liquid fuel can be provided. Furthermore, it is a very inexpensive and harmless material.
- the at least one layer comprises a textile fabric, in particular a felt, a fleece, a needle mat, a scrim, a woven fabric, a knitted fabric, a knitted fabric or a braid.
- the properties of the fuel processing element can be specified in a very targeted manner by the selection of the textile fabric.
- the fibers of the textile fabric have a diameter distribution in the range between 5 ⁇ and 35 ⁇ . In this case, a very well-defined distribution of the diameter of the fibers is given, so that the properties of the fuel processing element can be adjusted specifically. Furthermore, it is reliably ensured with such a well-defined diameter distribution that no health risks are associated with the handling of the fibers.
- the fibers have a length of at least 150 ⁇ , preferably a length of at least 200 ⁇ , health hazards in handling can be excluded particularly reliable.
- the basalt fibers can be present in the porous fuel preparation selement particularly preferably as so-called endless fibers with a very large length, which can be produced technically in a known manner.
- the porous fuel treatment element may have at least one layer of basalt wool.
- the aforesaid at least one layer may comprise basalt wool or it may be e.g. but also be provided in addition one or more other layers that have basalt wool or are formed from basalt wool.
- the use of basalt wool allows a particularly cost-effective production.
- the porous fuel treatment element has at least one further layer formed from fibers.
- the fibers of the at least one further layer may preferably also comprise basalt fibers.
- a particularly advantageous, in particular temperature-resistant, design is given.
- the at least one further layer it is e.g. however, it is also possible for the at least one further layer to comprise other fibers, e.g. in particular metal fibers or metal wires.
- the fibers of the at least one layer have a glassy, amorphous structure.
- the fibers of the at least one layer are sintered together. In this case, a particularly robust and dimensionally stable realization of the fuel treatment element is possible, which in turn allows easy handling during assembly of the evaporator burner. Furthermore, in this case can be dispensed with an additional separate support structure, which would cause further costs and labor.
- the fibers are formed by fiber bundles, multifilaments and / or rovings.
- the object is also achieved by an evaporator burner for a mobile fuel heater operated with liquid fuel with such a porous fuel treatment element.
- the object is also achieved by a heater with an evaporator burner, which has such a porous fuel processing element.
- FIG. 1 is a schematic illustration of a portion of an evaporator combustor having a porous fuel treatment element in a mobile fuel-fired heater according to an embodiment
- Fig. 2 a is a schematic representation of an evaporator receptacle with a
- Fig. 2 b is a schematic representation of an evaporator receptacle with a
- Fig. 3 a is a schematic representation of an evaporator receptacle with a
- a fuel processing element according to a third modification of the embodiment.
- Fig. 3 b is a schematic representation of an evaporator receptacle with a
- a fuel processing element according to a fourth modification of the embodiment.
- Fig. 3 c is a schematic representation of an evaporator receptacle with a
- a fuel processing element according to a fifth modification of the embodiment.
- FIG. 4 is a view of a fuel processing element according to a first embodiment
- FIG. 5 is a view of a fuel processing element according to a second
- Fig. 6 a) - g) are schematic representations of various textile fabrics, as which the fuel processing element can be realized.
- Fig. 7 is a schematic exploded view for explaining the arrangement of the fuel processing element in an evaporator receptacle.
- Fig. 8 is a schematic exploded view for explaining the arrangement of the fuel processing element in the evaporator receptacle in a
- FIG. 1 schematically shows a region of an evaporator receptacle 2 and a burner cap 3 of an evaporator burner 1 for a mobile heating appliance.
- Fig. 1 is a schematic representation in a plane containing a main axis Z of the evaporator burner.
- the evaporator burner can, for example, essentially have a rotational symmetry with respect to the main axis Z.
- the evaporator burner 1 may be formed, for example, for a vehicle heater, in particular an auxiliary heater or a heater.
- the evaporator burner 1 is designed in particular to implement in a combustion chamber 4, a mixture of vaporized fuel and combustion air, so a fuel-air mixture, releasing heat.
- the reaction can be carried out in particular in a flaming combustion, but a partial or fully catalytic conversion is also possible.
- the released heat is in a (not shown) heat exchanger on a medium to be heated, which may be formed, for example, by air or a cooling liquid transferred.
- the heat exchanger, the discharge for the hot combustion gases, the likewise provided combustion air delivery device (eg a fan), the fuel delivery device (eg a metering pump), the control unit for controlling the evaporator burner, etc. are not shown in the schematic representation of FIG. These components are well known and well described in the art.
- the evaporator burner 1 has an evaporator receptacle 2, in which a porous fuel treatment element 5 is arranged.
- the evaporator receptacle 2 has in the embodiment on a substantially cup-shaped shape.
- the fuel conditioning element 5 is received in the pot-like depression of the evaporator receptacle 2 and in particular can be held firmly in this, for example by welding, soldering, jamming or with the aid of a suitable securing element.
- the design of the fuel processing element 5 will be described in more detail below.
- a fuel supply line 6 for supplying liquid fuel to the fuel preparation element 5 is provided.
- the fuel supply line 6 opens into the evaporator receptacle 2 and communicates with a (not shown) fuel delivery device, via which liquid fuel can be conveyed through the fuel supply line 6 to a predetermined extent, as shown schematically by an arrow F.
- the fuel supply line 6 is, e.g. by welding or soldering, firmly connected to the evaporator receptacle 2.
- the combustion chamber 4 is circumferentially bounded by a combustion chamber 7, e.g. may be formed by a substantially cylindrical member made of a temperature-resistant steel.
- the combustion chamber 7 is provided with a plurality of holes 7a, via which combustion air can be fed into the combustion chamber 4, as shown schematically in FIG. 1 by arrows.
- the holes 7a are part of a combustion air supply L, is supplied via the combustion air to a side facing away from the fuel supply line 6 side of the fuel processing element 5.
- the evaporator burner 1 is designed such that liquid fuel can be supplied to the fuel processing element 5 via the fuel supply line 6 during operation.
- the Brennstoffaufleung selement 5 has a substantially circular cross-sectional shape, in the center of which the main axis Z of the evaporator burner 1 extends.
- the fuel processing element 5 may also have other cross-sectional shapes.
- the evaporator burner 1 is designed such that in the fuel processing element 5 and at its surface evaporation or evaporation of the liquid fuel takes place and the vaporized fuel only at the exit from the fuel processing element 5, ie combustion chamber side, with the supplied combustion air to a fuel-air - Mixture is mixed.
- the supply of liquid fuel and combustion air thus takes place on different sides of the fuel processing element 5.
- the implementation of the fuel-air mixture in an exothermic reaction does not take place in the fuel treatment element 5, but in the downstream combustion chamber 4.
- liquid fuel and fuel vapor are present in the fuel processing element 5 during operation of the evaporator burner 1 and, due to the evaporation or evaporation process, any initially existing air is expelled from the fuel processing element 5.
- the fuel conditioning element 5 has a construction with a plurality of functional regions, which in the example shown concretely comprises a first region B1 and a second region B2 having one of the structure in the first region B. 1 divergent structure is divided.
- the second region B2 is arranged in the embodiment of the fuel supply line 6 facing and the first region B 1 is arranged facing the combustion chamber 4.
- the fuel conditioning element 5 does not have a plurality of different functional regions, but only a first region B1 is given.
- the fuel conditioning element 5 has a stepped design with a total of three regions B 1, B 2, B 3 and the evaporator receptacle 2 is designed accordingly.
- the different areas B 1, B 2, B 3 can be designed specifically with regard to different functions of the fuel conditioning element 5.
- the second region B2 may be optimized for fuel delivery via capillary forces and fuel buffering
- the third region B3 may be optimized for lateral distribution of fuel and serve as tolerance compensation
- the first region B1 may be fuel vaporized Be optimized or fuel evaporation.
- the different areas B 1, B 2, B 3 can in this case in particular they differ from each other in their structure, structure, material and / or thickness, etc.
- FIGS. 3 a, 3 b and 3 c Further possible embodiments of fuel treatment elements 5 with a plurality of functional areas B 1, B 2, B 3 are shown schematically in FIGS. 3 a, 3 b and 3 c. Although in FIGS. 3a, 3b and 3c, the fuel supply line 6 and other components are not shown again, it is understood that these other components are also present in these other modifications.
- the structure of the fuel processing element 5, as it can be used in the embodiment and the modifications described above, will be described in more detail.
- the embodiment described below can be used for each of the individual areas B 1, B 2 and B 3, in particular e.g. even in cases where only one such area exists.
- the layer 8 shows a layer 8 formed of fibers 10 of a porous fuel treatment element 5 according to a first embodiment.
- the layer 8 is formed in the embodiment of a fabric whose fibers have 10 basalt fibers.
- the fabric is formed in particular from basalt fibers which are woven together.
- these may also be formed, for example, from such a fabric.
- the fibers 10 within the layer 8 formed may also be fiber bundles, multifilaments or rovings.
- 5 shows a layer 8 formed of fibers 10 of a porous fuel treatment element 5 according to a second embodiment.
- the sheet 8 is formed in the second embodiment as a nonwoven fabric having basalt fibers.
- the nonwoven is formed in particular from basalt fibers.
- the porous fuel treatment element 5 has one or more further layers 9, these may also be formed, for example, from such a nonwoven.
- one or more layers may also be formed as a textile fabric in a porous fuel treatment element 5, as will generally be described below with reference to FIGS. 6 a) to 6 g). It should be noted that, in particular, any desired combinations of such textile fabrics can be used in a porous fuel treatment element.
- FIGS. 6 a) to g Various realizations of the at least one layer 8 (or possibly also the further layer 9) of the porous fuel treatment element 5 are shown in FIGS. 6 a) to g).
- the various implementations have the common feature that the fibers 10 each have base fibers.
- the fibers 10 may each be formed by basalt fibers.
- Fig. 6a is a schematic representation of a web as a textile fabric for the layer 8 or 9, as has also been described with reference to FIG. 5.
- Fig. 6b is a schematic representation of an alternative in which the textile fabric for the layer 8 or 9 is formed by a felt.
- FIG. 6c is a schematic representation of a textile fabric formed as a fabric of basalt fibers for the layer 8 or 9, as was also described with reference to FIG. 4.
- Fig. 6d shows schematically a formation of the layer 8 or 9 as a knit.
- Fig. 6e shows schematically a formation of the layer 8 or 9 as a braid.
- Fig. 6f shows schematically a formation of the layer 8 or 9 as a knitted fabric.
- Fig. 6g shows schematically a formation of the layer 8 or 9 as a scrim.
- the various fabrics described with reference to FIGS. 6 a) to 6 g) can be combined with one another in almost any desired manner in a porous fuel treatment element 5.
- the fibers 10, ie the basalt fibers in the specific embodiment have a very narrow diameter distribution with diameters in the range between 5 ⁇ and 35 ⁇ and the fibers 10 each have a length greater than 150 ⁇ , Favor greater than 200 ⁇ have.
- the fibers 10 in this case for example, be designed as so-called continuous fibers.
- the fibers 10 have an amorphous, glassy structure.
- the surface of the fibers 10 may be treated with a size during manufacture to achieve improved machinability.
- the layer 8 or 9 may also comprise basalt wool, which enables a particularly cost-effective production.
- the integration of the previously described fuel conditioning element 5 with at least one layer 8 or 9, which comprises basalt fibers, into an evaporator assembly of an evaporator burner 1 will be briefly described below with reference to the schematic exploded view in FIG.
- the previously described fuel treatment element 5 is inserted into the pot-like depression of the evaporator receptacle 2.
- a support structure 11 is applied to the combustion chamber side of the fuel treatment element 5, which is e.g. In particular, may be formed by a temperature-resistant metal mesh or metal fabric.
- the retaining ring 12 may be formed in particular in a conventional manner as a snap ring, which is jammed or caulked to the evaporator receptacle 2, or it can eg a connection of the retaining ring 12 with the evaporator receptacle 2 by welding or soldering done.
- the evaporator assembly formed in this way can then be integrated into the evaporator burner 1 in a simple manner.
- the mechanical stability of the porous treatment element 5 is increased by bonding the fibers 10 together by sintering.
- the sintering can eg by a purely thermal process, in which the formation of the compound takes place only by providing an elevated temperature and, if appropriate, additional compression of the fibers 10.
- this modification achieves an increased mechanical stability of the fuel conditioning element 5, so that the additional support structure 11 can be dispensed with in the construction of the evaporator assembly.
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Abstract
Es wird ein poröses Brennstoffaufbereitungselement für einen Verdampferbrenner mit zumindest einer aus Fasern (10) gebildete Lage (8) bereitgestellt. Die Fasern (10) weisen Basaltfasern auf.
Description
Poröses Brennstoffaufbereitungselement
Die vorliegende Erfindung betrifft ein poröses Brennstoffaufbereitungselement für einen Verdampferbrenner mit zumindest einer aus Fasern gebildeten Lage.
Bei mobilen, mit flüssigem Brennstoff betriebenen Heizgeräten, wie sie insbesondere als Standheizungen oder Zusatzheizungen in Fahrzeugen zum Einsatz kommen, werden neben ebenfalls teilweise zum Einsatz kommenden Zerstäuberbrennern häufig Verdampferbrenner genutzt, bei denen der flüssige Brennstoff verdampft, anschließend mit zugeführter Brennluft zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch aufbereitet und anschließend in einer exothermen Reaktion umgesetzt wird. Insbesondere bei einem Einsatz in Fahrzeugen kommt dabei häufig als flüssiger Brennstoff der Kraftstoff zum Einsatz, der auch zum Betreiben eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs genutzt wird, insbesondere z.B. Diesel, Benzin, Ethanol und ähnliches.
In derartigen Verdampferbrennern wird der flüssige Brennstoff üblicherweise zunächst einem porösen Brennstoffaufbereitungselement zugeführt, das dazu dient, den Brennstoff zu speichern, zu verteilen und zu verdampfen. Es können insbesondere z.B. auch mehrere poröse Brennstoffaufbereitungselemente vorgesehen sein, die jeweils an diese verschiedenen Funkti- onen angepasst sind.
WO 2012/155897 AI beschreibt eine Verdampferanordnung für einen Verdampferbrenner für ein mobiles Heizgerät, bei der ein Verdampferkörper zumindest eine Schicht aus einem Metallgewebe aus miteinander verwebten Metalldrähten aufweist. Es ist ferner beschrieben, ei- nen mehrlagigen Aufbau vorzusehen, bei dem z.B. eine Schicht aus einem Metallgewebe mit einer weiteren Schicht aus einem Metallvlies kombiniert ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes poröses Brennstoffaufbereitungselement, einen verbesserten Verdampferbrenner und ein verbessertes Heizgerät bereitzustel- len.
Die Aufgabe wird durch ein poröses Brennstoffaufbereitungselement gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das poröse Brennstoffaufbereitungselement für einen Verdampferbrenner weist zumindest eine aus Fasern gebildete Lage auf. Die Fasern weisen Basaltfasern auf. Die Fasern der zumindest einen Lage können dabei insbesondere z.B. durch Basaltfasern gebildet sein. Es ist jedoch z.B. auch möglich, dass neben Basaltfasern auch noch weitere Fasern vorhanden sind Dabei kann z.B. das gesamte Brennstoffaufbereitungselement aus Basaltfasern gebildet sein oder zumindest aus einer oder mehreren Lagen gebildet sein, die Basaltfasern aufweisen. Es ist z.B. aber auch möglich, dass das poröse Brennstoffaufbereitungselement zusätzlich auch noch eine oder mehrere Lagen aufweist, die keine Basaltfasern enthalten. Gegenüber den herkömmlich zum Einsatz kommenden Faserwerkstoffen für poröse Brennstoffaufbereitungselemente haben Basaltfasern in dieser Anwendung deutliche Vorteile. Gegenüber z.B. Glasfasern oder Asbestfasern weisen Basaltfasern überlegene physikalische, mechanische und chemische Eigenschaften in Bezug auf eine Verwendung in einem porösen Brennstoffaufbereitungselement auf. Bei Basaltfasern handelt es sich um ein sehr festes, aber dennoch biegsames Fasermaterial, das sich insbesondere in einfacher Weise zu textilen Flächengebilden, wie insbesondere einem Filz, einem Vlies, einer Nadelmatte, einem Gelege, einem Gewebe, einem Gewirke, einem Gestrick oder einem Geflecht verarbeiten lässt. Das Material ist dabei insbesondere auch für Verdampferbrenner geeignet, die für sehr hohe Betriebstemperaturen ausgelegt sind, da Basaltfasern eine extrem hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen, insbesondere auch im Vergleich zu herkömmlichen Materialien, wie insbesondere Metallvliesen und Metallgeweben. Ferner wird eine sehr niedrige Neigung zur Ablagerungsbildung erreicht und es kann eine hohe Speicher- bzw. Pufferwirkung für noch
unverdampften, flüssigen Brennstoff bereitgestellt werden. Ferner handelt es sich um ein sehr kostengünstiges und gesundheitlich unbedenkliches Material.
Gemäß einer Weiterbildung weist die zumindest eine Lage ein textiles Flächengebilde auf, insbesondere ein Filz, ein Vlies, eine Nadelmatte, ein Gelege, ein Gewebe, ein Gewirke, ein Gestrick oder ein Geflecht. In diesem Fall können die Eigenschaften des Brennstoffaufbereitungselementes sehr gezielt durch die Auswahl des textilen Flächengebildes vorgegeben wer- den. Ferner ist es z.B. auch möglich, verschiedene Arten textiler Flächengebilde miteinander zu kombinieren, z.B. eine oder mehrere Lagen aus Vlies mit einer oder mehreren Lagen aus Gewebe, etc.
Gemäß einer Weiterbildung weisen die Fasern des textilen Flächengebildes eine Durchmesserverteilung im Bereich zwischen 5 μιη und 35 μιη auf. In diesem Fall ist eine sehr wohldefinierte Verteilung des Durchmessers der Fasern gegeben, sodass die Eigenschaften des Brennstoffaufbereitungselementes gezielt eingestellt werden können. Ferner ist bei einer solchen wohldefinierten Durchmesserverteilung zuverlässig sichergestellt, dass keine gesundheitlichen Risiken mit der Handhabung der Fasern verbunden sind.
Insbesondere wenn die Fasern eine Länge von zumindest 150 μιη aufweisen, bevorzugt eine Länge von zumindest 200 μιη, können Gesundheitsgefahren bei der Handhabung besonders zuverlässig ausgeschlossen werden. Die Basaltfasern können bei dem porösen Brennstoffaufbereitung selement insbesondere bevorzugt als sogenannte Endlosfasern mit einer sehr großen Länge vorliegen, die sich technisch in bekannter Weise herstellen lassen.
Gemäß einer Weiterbildung kann das poröse Brennstoffaufbereitungselement zumindest eine Lage aus Basaltwolle aufweisen. Insbesondere kann die zuvor genannte zumindest eine Lage Basaltwolle aufweisen oder es können z.B. aber auch zusätzlich eine oder mehrere weitere Lagen vorgesehen sein, die Basaltwolle aufweisen oder aus Basaltwolle gebildet sind. Die Verwendung von Basaltwolle ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung. Gemäß einer Weiterbildung weist das poröse Brennstoffaufbereitungselement zumindest eine weitere aus Fasern gebildete Lage auf. Bevorzugt können auch die Fasern der zumindest einen weiteren Lage Basaltfasern aufweisen. In diesem Fall ist eine besonders vorteilhafte, insbesondere temperaturbeständige, Ausgestaltung gegeben. Alternativ ist es z.B. jedoch auch möglich, dass die zumindest eine weitere Lage andere Fasern, wie z.B. insbesondere Metall- fasern bzw. Metalldrähte, aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung weisen die Fasern der zumindest einen Lage eine glasartige, amorphe Struktur auf. Gemäß einer Weiterbildung sind die Fasern der zumindest einen Lage miteinander versintert. In diesem Fall ist eine besonders robuste und formbeständige Realisierung des Brennstoffaufbereitungselementes ermöglicht, was wiederum eine einfache Handhabung bei der Montage des Verdampferbrenners erlaubt. Ferner kann in diesem Fall auf eine zusätzliche separate Stützstruktur verzichtet werden, die weitere Kosten und Arbeitsaufwand verursachen würde.
Gemäß einer Weiterbildung sind die Fasern durch Faserbündel, Multifilamente und/oder Rovings gebildet.
Die Aufgabe wird auch durch einen Verdampferbrenner für ein mobiles, mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät mit einem solchen porösen Brennstoffaufbereitungselement gelöst.
Ferner wird die Aufgabe auch durch ein Heizgerät mit einem Verdampferbrenner, der ein solches poröses Brennstoffaufbereitungselement aufweist, gelöst.
Weitere Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Teils eines Verdampferbrenners mit einem porösen Brennstoffaufbereitungselement in einem mobilen, brennstoffbetriebenen Heizgerät gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 2 a) ist eine schematische Darstellung einer Verdampferaufnahme mit einem
Brennstoffaufbereitungselement gemäß einer ersten Abwandlung der Ausführungsform;
Fig. 2 b) ist eine schematische Darstellung einer Verdampferaufnahme mit einem
Brennstoffaufbereitungselement gemäß einer zweiten Abwandlung der Ausführungsform;
Fig. 3 a) ist eine schematische Darstellung einer Verdampferaufnahme mit einem
Brennstoffaufbereitungselement gemäß einer dritten Abwandlung der Ausführungsform;
Fig. 3 b) ist eine schematische Darstellung einer Verdampferaufnahme mit einem
Brennstoffaufbereitungselement gemäß einer vierten Abwandlung der Ausführungsform;
Fig. 3 c) ist eine schematische Darstellung einer Verdampferaufnahme mit einem
Brennstoffaufbereitungselement gemäß einer fünften Abwandlung der Ausführungsform;
Fig. 4 ist eine Ansicht eines Brennstoffaufbereitungselements gemäß einer ersten
Au sführung sf orm,
Fig. 5 ist eine Ansicht eines Brennstoffaufbereitungselements gemäß einer zweiten
Au sführung sf orm,
Fig. 6 a) - g) sind schematische Darstellungen verschiedener textiler Flächengebilde, als welche das Brennstoffaufbereitungselement realisiert sein kann. Fig. 7 ist eine schematische Explosionsdarstellung zur Erläuterung der Anordnung des Brennstoffaufbereitungselements in einer Verdampferaufnahme.
Fig. 8 ist eine schematische Explosionsdarstellung zur Erläuterung der Anordnung des Brennstoffaufbereitungselementes in der Verdampferaufnahme bei einer
Abwandlung.
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine erste Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 eingehender beschrieben.
In Fig. 1 ist schematisch ein Bereich einer Verdampferaufnahme 2 und eines Brennerdeckels 3 eines Verdampferbrenners 1 für ein mobiles Heizgerät dargestellt. Fig. 1 ist eine schematische Darstellung in einer Ebene, die eine Hauptachse Z des Verdampferbrenners enthält. Der Verdampferbrenner kann z.B. im Wesentlichen eine Rotationssymmetrie bezüglich der Hauptachse Z aufweisen. Der Verdampferbrenner 1 kann z.B. für ein Fahrzeugheizgerät, insbesondere eine Zusatzheizung oder eine Standheizung ausgebildet sein. Der Verdampferbrenner 1 ist dabei insbesondere dazu ausgebildet, in einem Brennraum 4 eine Mischung von verdampftem Brennstoff und Brennluft, also ein Brennstoff-Luft-Gemisch, unter Freisetzung von Wärme umzusetzen. Die Umsetzung kann dabei insbesondere in einer flammenden Verbren- nung erfolgen, eine teil- oder vollkatalytische Umsetzung ist aber auch möglich. Die freigesetzte Wärme wird in einem (nicht dargestellten) Wärmetauscher auf ein zu erwärmendes Medium, das z.B. durch Luft oder eine Kühlflüssigkeit gebildet sein kann, übertragen. In der schematischen Darstellung von Fig. 1 sind insbesondere der Wärmetauscher, die Ableitung für die heißen Verbrennungsabgase, die ebenfalls vorgesehene Brennluftfördervorrichtung (z.B. ein Gebläse), die Brennstofffördervorrichtung (z.B. eine Dosierpumpe), die Steuereinheit zur Ansteuerung des Verdampferbrenners etc. nicht dargestellt. Diese Komponenten sind wohlbekannt und im Stand der Technik ausführlich beschrieben.
Der Verdampferbrenner 1 weist eine Verdampferaufnahme 2 auf, in der ein poröses Brennstoffaufbereitungselement 5 angeordnet ist. Die Verdampferaufnahme 2 weist bei dem Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen topfförmige Form auf. Das Brennstoffaufbereitungselement 5 ist in der topfartigen Vertiefung der Verdampferaufnahme 2 aufgenommen und kann insbesondere fest in dieser gehalten sein, z.B. durch Verschweißen, Verlöten, Verklemmen oder unter Zuhilfenahme eines geeigneten Sicherungselements. Die Ausgestaltung des Brennstoffaufbereitungselementes 5 wird im Folgenden noch eingehender beschrieben.
Es ist eine Brennstoffzufuhrleitung 6 zum Zuführen von flüssigem Brennstoff zu dem Brenn- Stoffaufbereitungselement 5 vorgesehen. Die Brennstoffzufuhrleitung 6 mündet in die Verdampferaufnahme 2 und steht mit einer (nicht dargestellten) Brennstofffördervorrichtung in Verbindung, über die in einem vorgegebenen Maß flüssiger Brennstoff durch die Brennstoffzufuhrleitung 6 gefördert werden kann, wie schematisch durch einen Pfeil F dargestellt ist. Die Brennstoffzufuhrleitung 6 ist, z.B. durch Verschweißen oder Verlöten, fest mit der Ver- dampferaufnahme 2 verbunden.
Der Brennraum 4 ist umfangsseitig durch eine Brennkammer 7 begrenzt, die z.B. durch ein im Wesentlichen zylindrisches Bauteil aus einem temperaturbeständigen Stahl gebildet sein kann. Die Brennkammer 7 ist mit einer Mehrzahl von Löchern 7a versehen, über die Brenn- luft in den Brennraum 4 zuführbar ist, wie in Fig. 1 schematisch durch Pfeile dargestellt ist.
Die Löcher 7a sind dabei Teil einer Brennluftzuführung L, über die Brennluft zu einer von der Brennstoffzufuhrleitung 6 abgewandten Seite des Brennstoffaufbereitungselements 5 zugeführt wird. Der Verdampferbrenner 1 ist derart ausgebildet, dass im Betrieb flüssiger Brennstoff über die Brennstoffzufuhrleitung 6 zu dem Brennstoffaufbereitungselement 5 zuführbar ist. In und an dem Brennstoffaufbereitungselement 5 erfolgt einerseits durch eine Vielzahl von Hohlräumen eine Verteilung des Brennstoffs über die gesamte Breite des Brennstoffaufbereitungselementes 5 und andererseits auf der dem Brennraum 4 zugewandten Seite ein Verdampfen bzw. Verdunsten des Brennstoffs. Bei der dargestellten Ausführungsform weist das Brennstoffaufbereitung selement 5 eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsform auf, in deren Zentrum die Hauptachse Z des Verdampferbrenners 1 verläuft. Das Brennstoffaufbereitungselement 5 kann jedoch auch andere Querschnittsformen aufweisen.
Der Verdampferbrenner 1 ist derart ausgebildet, dass in dem Brennstoffaufbereitungselement 5 und an dessen Oberfläche ein Verdampfen bzw. Verdunsten des flüssigen Brennstoffs erfolgt und der verdampfte Brennstoff erst bei dem Austritt aus dem Brennstoffaufbereitungselement 5, d.h. brennraumseitig, mit der zugeführten Brennluft zu einem Brennstoff-Luft- Gemisch vermischt wird. Die Zuführung von flüssigem Brennstoff und Brennluft erfolgt somit auf verschiedenen Seiten des Brennstoffaufbereitungselements 5. Die Umsetzung des Brennstoff-Luft-Gemisches in einer exothermen Reaktion findet dabei nicht in dem Brennstoffaufbereitungselement 5, sondern in dem nachgeordneten Brennraum 4 statt. In dem Brennstoffaufbereitungselement 5 befinden sich somit im Betrieb des Verdampferbrenners 1 flüssiger Brennstoff und Brennstoffdampf und aufgrund des Verdampfungs- bzw. Verdunstungsprozesses wird gegebenenfalls anfänglich vorhandene Luft aus dem Brennstoffaufbereitungselement 5 ausgetrieben.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Brennstoffaufbe- reitungselement 5 einen Aufbau mit mehreren funktionalen Bereichen auf, der in dem konkret dargestellten Beispiel in einen ersten Bereich B l und einen zweiten Bereich B2 mit einer von der Struktur in dem ersten Bereich B 1 abweichenden Struktur untergliedert ist. Der zweite Bereich B2 ist bei dem Ausführungsbeispiel der Brennstoffzufuhrleitung 6 zugewandt angeordnet und der erste Bereich B 1 ist dem Brennraum 4 zugewandt angeordnet.
Bei der in Fig. 2a) schematisch dargestellten ersten Abwandlung der Ausführungsform weist das Brennstoffaufbereitungselement 5 keine Mehrzahl von verschiedenen funktionalen Bereichen auf, sondern es ist lediglich ein erster Bereich B l gegeben. Bei der in Fig. 2b) schematisch dargestellten zweiten Abwandlung der Ausführungsform weist das Brennstoffaufbereitungselement 5 eine abgestufte Gestaltung mit insgesamt drei Bereichen B l, B2, B3 auf und die Verdampferaufnahme 2 ist entsprechend ausgebildet. In einem solchen Fall können z.B. die verschiedenen Bereiche B l, B2, B3 gezielt im Hinblick auf verschiedene Funktionen des Brennstoffaufbereitungselementes 5 ausgelegt sein. Z.B. kann der zweite Bereich B2 für eine Brennstoffförderung über Kapillarkräfte und eine Brenn- stoffzwischenspeicherung optimiert sein, der dritte Bereich B3 kann im Hinblick auf eine Brennstoffverteilung in der Querrichtung optimiert sein und als Toleranzausgleich dienen und der erste Bereich B l kann im Hinblick auf die Brennstoffverdampfung bzw. Brennstoffverdunstung optimiert sein. Die verschiedenen Bereiche B l, B2, B3 können sich dabei insbeson-
dere im Hinblick auf ihren Aufbau, die Struktur, das Material und/oder die Dicke, etc. voneinander unterscheiden.
Weitere mögliche Ausgestaltungen von Brennstoffaufbereitungselementen 5 mit mehreren funktionalen Bereichen B l, B2, B3 sind schematisch in den Fig. 3a, 3b und 3c dargestellt. Obwohl in den Fig. 3a, 3b und 3c die Brennstoffzufuhrleitung 6 und weitere Komponenten nicht erneut dargestellt sind, versteht es sich, dass diese weiteren Komponenten auch bei diesen weiteren Abwandlungen jeweils vorhanden sind.
Im Folgenden wird der Aufbau des Brennstoffaufbereitungselementes 5, wie es bei der Ausführungsform und den zuvor beschriebenen Abwandlungen zum Einsatz kommen kann, eingehender beschrieben. Die im Folgenden beschriebene Ausgestaltung kann dabei für jeden einzelnen der Bereiche B l, B2 und B3 zum Einsatz kommen, insbesondere z.B. auch in den Fällen, in denen nur ein solcher Bereich gegeben ist.
Fig. 4 zeigt eine aus Fasern 10 gebildete Lage 8 eines porösen Brennstoffaufbereitungselements 5 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Lage 8 ist bei der Ausführungsform aus einem Gewebe gebildet, dessen Fasern 10 Basaltfasern aufweisen. Bei der konkret dargestellten Ausführungsform ist das Gewebe dabei insbesondere aus Basaltfasern gebildet, die miteinander verwebt sind. In dem Fall, dass das poröse Brennstoffaufbereitungselement 5 eine oder mehrere weitere Lagen 9 aufweist, können auch diese z.B. aus einem solchen Gewebe gebildet sein. Bei den Fasern 10 innerhalb der gebildeten Lage 8 kann es sich auch um Faserbündel, Multifilamente bzw. Rovings handeln. Fig. 5 zeigt eine aus Fasern 10 gebildete Lage 8 eines porösen Brennstoffaufbereitungselements 5 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Lage 8 ist bei der zweiten Ausführungsform als ein Vlies gebildet, das Basaltfasern aufweist. Bei der konkret dargestellten Ausführungsform ist das Vlies dabei insbesondere aus Basaltfasern gebildet. In dem Fall, dass das poröse Brennstoffaufbereitungselement 5 eine oder mehrere weitere Lagen 9 aufweist, können auch diese z.B. aus einem solchen Vlies gebildet sein. Ferner ist es z.B. auch möglich, eine oder mehrere Lagen aus einem solchen Vlies mit einer oder mehreren Lagen aus einem zuvor beschriebenen Gewebe in einem Brennstoffaufbereitungselement 5 zu kombinieren.
Ferner können in einem porösen Brennstoffaufbereitungselement 5 auch eine oder mehrere Lagen als textile Flächengebilde ausgebildet werden, wie sie allgemein im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 6 a) bis Fig. 6 g) beschrieben werden. Es ist zu beachten, dass dabei insbesondere beliebige Kombinationen solcher textilen Flächengebilde in einem porösen Brennstoffaufbereitungselement zum Einsatz kommen können.
In den Fig. 6 a) bis g) sind verschiedene Realisierungen der zumindest einen Lage 8 (bzw. ggfs. auch der weiteren Lage 9) des porösen Brennstoffaufbereitungselementes 5 dargestellt. Die verschiedenen Realisierungen haben die Gemeinsamkeit, dass die Fasern 10 jeweils Ba- saltfasern aufweisen. Insbesondere können die Fasern 10 jeweils durch Basaltfasern gebildet sein.
Fig. 6a) ist eine schematische Darstellung eines Vlieses als textiles Flächengebilde für die Lage 8 bzw. 9, wie es auch unter Bezug auf Fig. 5 beschrieben wurde.
Fig. 6b) ist eine schematische Darstellung einer Alternative, bei der das textile Flächengebilde für die Lage 8 bzw. 9 durch einen Filz gebildet ist.
Fig. 6c) ist eine schematische Darstellung eines als Gewebe aus Basaltfasern gebildeten texti- len Flächengebildes für die Lage 8 bzw. 9, wie es auch mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben wurde.
Fig. 6d) zeigt schematisch eine Ausbildung der Lage 8 bzw. 9 als ein Gestrick. Fig. 6e) zeigt schematisch eine Ausbildung der Lage 8 bzw. 9 als Geflecht. Fig. 6f) zeigt schematisch eine Ausbildung der Lage 8 bzw. 9 als Gewirke. Fig. 6g) zeigt schematisch eine Ausbildung der Lage 8 bzw. 9 als Gelege.
Es ist zu beachten, dass die verschiedenen anhand der Fig. 6a) bis 6g) beschriebenen textilen Flächengebilde in nahezu beliebiger Weise in einem porösen Brennstoffaufbereitungselement 5 miteinander kombiniert werden können. Bei den zuvor beschriebenen textilen Flächengebilden ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Fasern 10, d.h. die Basaltfasern bei der konkreten Ausgestaltung, eine sehr enge Durchmesserverteilung mit Durchmessern im Bereich zwischen 5 μιη und 35 μιη aufweisen und die Fasern 10 jeweils eine Länge größer als 150 μηι, bevorzug größer als 200 μιη aufweisen. Besonders bevorzugt können die Fasern 10
dabei z.B. als sogenannte Endlosfasern ausgeführt sein. Die Fasern 10 weisen dabei eine amorphe, glasartige Struktur auf. Bevorzugt kann die Oberfläche der Fasern 10 z.B. bei der Fertigung mit einer Schlichte behandelt werden, um eine verbesserte Bearbeitbarkeit zu erzielen.
Alternativ zu den zuvor beschriebenen textilen Flächengebilden bzw. auch zusätzlich dazu kann die Lage 8 bzw. 9 auch Basaltwolle aufweisen, was eine besonders kostengünstige Herstellung ermöglicht. Die Integration des zuvor beschriebenen Brennstoffaufbereitungselementes 5 mit zumindest einer Lage 8 bzw. 9, die Basaltfasern aufweist, in eine Verdampferbaugruppe eines Verdampferbrenners 1 wird im Folgenden kurz unter Bezugnahme auf die schematische Explosionsdarstellung in Fig. 7 beschrieben. Wie in Fig. 7 schematisch dargestellt ist, wird das zuvor beschriebene Brennstoff aufberei- tungselement 5 in die topfartige Vertiefung der Verdampferaufnahme 2 eingelegt. Um eine ausreichende mechanische Stabilität auf Dauer auch bei hohen Temperaturen zu gewährleisten, wird brennraumseitig auf das Brennstoffaufbereitungselement 5 eine Stützstruktur 11 aufgebracht, die z.B. insbesondere durch ein temperaturbeständiges Metallgitter oder Metall- gewebe gebildet sein kann. Es erfolgt eine Befestigung des Brennstoffaufbereitungselementes 5 und der Stützstruktur 11 in der Verdampferaufnahme 2 über einen Haltering 12. Der Haltering 12 kann dabei insbesondere in an sich bekannter Weise als Sprengring ausgebildet sein, der sich an der Verdampferaufnahme 2 verklemmt bzw. verstemmt, oder es kann z.B. eine Verbindung des Halterings 12 mit der Verdampferaufnahme 2 durch Verschweißen oder Ver- löten erfolgen. Die derart gebildete Verdampferbaugruppe kann dann in einfacher Weise in den Verdampferbrenner 1 integriert werden.
ABWANDLUNG
Bei einer Abwandlung der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird die mechanische Stabilität des porösen Aufbereitungselementes 5 dadurch erhöht, dass die Fasern 10 durch Sintern miteinander verbunden werden. Bei diesem Verfahren bildet sich an den Kreuzungspunkten der Fasern 10 eine feste Verbindung zwischen diesen aus. Das Versintern kann dabei z.B.
durch einen rein thermischen Prozess erfolgen, bei dem das Ausbilden der Verbindung nur durch Bereitstellen einer erhöhten Temperatur und gegebenenfalls zusätzliches Zusammenpressen der Fasern 10 erfolgt. Alternativ zu einem solchen rein thermischen Prozess ist es aber z.B. auch möglich, den Sinterprozess durch chemische Prozesse zu unterstützen, indem zusätzliche Bindemittel/Sinterhilfsmittel auf die Fasern aufgebracht werden.
Wie in Fig. 8 schematisch dargestellt ist, wird mit dieser Abwandlung eine erhöhte mechanische Stabilität des Brennstoffaufbereitungselementes 5 erzielt, sodass bei dem Aufbau der Verdampferbaugruppe auf die zusätzliche Stützstruktur 11 verzichtet werden kann.
Claims
Poröses Brennstoffaufbereitungselement (5) für einen Verdampferbrenner (1), aufweisend:
zumindest eine aus Fasern (10) gebildete Lage (8),
wobei die Fasern (10) Basaltfasern aufweisen.
Poröses Brennstoffaufbereitungselement nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Lage (8) ein textiles Flächengebilde aufweist.
Poröses Brennstoffaufbereitungselement nach Anspruch 2, wobei das textile Flächengebilde ein Filz, ein Vlies, eine Nadelmatte, ein Gelege, ein Gewebe, ein Gewirke, ein Gestrick oder ein Geflecht ist.
Poröses Brennstoffaufbereitungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fasern (10) des textilen Flächengebildes eine Durchmesserverteilung im Bereich zwischen 5 μιη und 35 μιη aufweisen.
Poröses Brennstoffaufbereitungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fasern (10) eine Länge von zumindest 150 μιη aufweisen, bevorzugt eine Länge von zumindest 200 μιη.
Poröses Brennstoffaufbereitungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das poröse Brennstoffaufbereitungselement (5) zumindest eine Lage (8, 9) aus Basaltwolle aufweist.
Poröses Brennstoffaufbereitungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit zumindest einer weiteren aus Fasern (10) gebildeten Lage (9).
Poröses Brennstoffaufbereitungselement nach Anspruch 7, wobei auch die Fasern (10) der zumindest einen weiteren Lage (9) Basaltfasern aufweisen.
Poröses Brennstoffaufbereitungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fasern (10) eine glasartige, amorphe Struktur aufweisen.
Poröses Brennstoffaufbereitungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche wobei die Fasern (10) der zumindest einen Lage (8) miteinander versintert sind.
11. Poröses Brennstoffaufbereitungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fasern (10) durch Faserbündel, Multifilamente und/oder Rovings gebildet sind.
Verdampferbrenner (1) für ein mobiles, mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät mit einem porösen Brennstoffaufbereitungselement (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
13. Heizgerät mit einem Verdampferbrenner (1), der ein poröses Brennstoffaufbereitungselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
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