EP4191136A1 - Combustion device - Google Patents

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EP4191136A1
EP4191136A1 EP21212185.9A EP21212185A EP4191136A1 EP 4191136 A1 EP4191136 A1 EP 4191136A1 EP 21212185 A EP21212185 A EP 21212185A EP 4191136 A1 EP4191136 A1 EP 4191136A1
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EP
European Patent Office
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evaporation element
fuel
combustion device
combustion
ignition
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EP21212185.9A
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German (de)
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Silent Power Ag
Original Assignee
Silent Power Ag
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Publication date
Application filed by Silent Power Ag filed Critical Silent Power Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D3/00—Burners using capillary action
    • F23D3/40—Burners using capillary action the capillary action taking place in one or more rigid porous bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q3/00—Igniters using electrically-produced sparks
    • F23Q3/008—Structurally associated with fluid-fuel burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2207/00—Ignition devices associated with burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/05002—Use of porous members to convert liquid fuel into vapor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/31022—Alcohol vapour burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/36—Spark ignition, e.g. by means of a high voltage

Definitions

  • the present invention relates to a combustion device and a heating device comprising such a combustion device.
  • Combustion devices also referred to as burners, are usually used to burn liquid fuels. Such burners are used, for example, in gas grills or in heating elements such as patio heaters.
  • Liquid fuels such as alcohols or hydrocarbon liquids in general must be in gaseous form to ignite because only a gas will burn in the presence of an oxidizer such as air or oxygen.
  • the liquid fuels must therefore be converted into the gas phase by evaporation. If the correct ignitable fuel/oxidizer ratio is present, the gaseous fuel/oxidizer mixture can be ignited via an energy input. This takes place, for example, via an ignition spark. From this initial ignition, self-sustaining combustion then develops in the form of a flame.
  • the temperature at which a liquid fuel has sufficient vapor pressure to form an ignitable mixture with air or another oxidant is referred to as the flash point.
  • the fuel in order to get a permanent flame, the fuel must have reached a slightly higher temperature, namely the fire point.
  • the fire point of a substance is the temperature at which the vapor pressure is so high that the air-gas mixture can be ignited with an initial ignition and the combustion continues when the ignition source is removed.
  • any liquid fuel or fuel mixture whose temperature is below the flash point must be specifically vaporized by external influences such as heat in order to obtain an ignitable fuel or an ignitable fuel mixture.
  • the flash point of methanol is 11°C. Below an ambient or outside temperature of 11° C, an accumulation of liquid, in particular a pool of methanol, cannot be ignited without massive additional heat input, which causes the necessary additional evaporation of methanol.
  • methanol burns cleanly to form water and carbon dioxide.
  • methanol is therefore very interesting.
  • the comparatively high flash point of methanol means that when the outside temperature is low, methanol hardly vaporizes, so that even if initial ignition of methanol is successful, it is difficult to maintain a durable flame.
  • the object is achieved by a combustion device comprising a fuel supply for liquid fuel, an evaporation element, an ignition device and a combustion zone, wherein the evaporation element has a porous surface at least in sections and the ignition device is designed to generate an arc that hits a section of the porous surface works.
  • the invention is based on the finding that an ignitable fuel-gas-air mixture is formed even with a low vapor pressure below the flash point if the liquid fuel is distributed over a large surface.
  • the porous surface means that the fuel on the surface is distributed comparatively quickly over the surface due to the capillary effect of the pores and thus forms a large surface itself. Thus, even at ambient temperatures below the flash point, a comparatively large amount of fuel can be provided in a gaseous state. It goes without saying that the porosity of the surface is selected in such a way that the liquid fuel is distributed over the surface of the evaporation element at a comparatively high speed.
  • an ignition device that is designed to generate an arc causes an initial ignition and initiates a continuous combustion process even at ambient temperatures that are below the flash point.
  • the fuel on the surface is heated by the arc, causing both the liquid fuel and the vaporized fuel to rise from the flash point temperature to the fire point temperature. Due to the ignition, a continuous combustion process is created.
  • the evaporating element is a plate having at least one porous surface.
  • a large surface can be achieved by means of the plate.
  • the porous surface causes the liquid fuel to spread quickly across the plate.
  • the plate can be flat or curved.
  • the panel has a lower layer made of a liquid-impermeable material and an upper layer made of a porous material, so that the evaporation of the gas takes place only on one side of the panel.
  • the panel has a bottom layer made of a liquid-permeable material and a top layer made of a porous material.
  • the evaporation of the gas can take place on both sides of the plate.
  • the lower layer can be perforated or porous, with the porosity of the lower layer being able to differ from the porosity of the upper layer or the porosity of the lower layer being identical to the porosity of the upper layer.
  • the upper and lower layers are understood to mean the layers that face outwards.
  • one or more middle layers which are liquid-permeable or liquid-impermeable can additionally be provided.
  • the evaporation element is designed as a three-dimensional body which has a porous surface at least in sections.
  • the evaporation element can thus have the shape of a body of revolution, such as a sphere or a cylinder, or the shape of a polyhedron, for example a cuboid or a pyramid.
  • the ignition device has proven to be advantageous for the ignition device to have two electrodes, with the evaporation element being arranged at a distance from the two electrodes between the two electrodes, as a result of which the arc is either guided through the evaporation element or directly around it.
  • the ignition spark is like this strong or the temperature of the ignition spark is so high that the fuel can be heated to the flash point even at low temperatures in order to generate an initial ignition.
  • the ignition device can have two electrodes, with the evaporation element being electrically conductively connected to one electrode.
  • the evaporating element acts as an electrode, so that the arc comes very close to the liquid layer on the evaporating element, allowing a very intense effect of the arc on the fuel.
  • the vaporization element In order to generate an effective arc, it is advantageous for the vaporization element to be made of an electrically conductive material, in particular metal, at least in the section in which the arc acts on the vaporization element, with the vaporization element preferably being made entirely of an electrically conductive material , In particular metal is made.
  • the evaporation element is a plate with a sintered surface, in particular a metal plate with a sintered surface.
  • the evaporation element has an entry point for the fuel guided from the fuel supply, the entry point being located at a distance from the section on which the arc generated by the ignition device acts.
  • the fuel supply In order to regulate or control the amount of fuel impinging on the evaporation element, it is advantageous for the fuel supply to include a dosing device, with the dosing device preferably being controllable.
  • the subject matter of the present invention is also a heating device comprising the combustion device described.
  • the heating device comprises a fuel line connected to a public supply line or a fuel tank connected to the fuel supply.
  • a hydrocarbon liquid for example, in particular an alcohol such as methanol, is located in the fuel line or the fuel tank.
  • the combustion device 10 comprises a fuel supply 12 for liquid fuel, an evaporation element 14 and an ignition device 16.
  • the fuel supply 12 is designed as a fuel line 18 with a metering device 20.
  • the dosing device 20 can have a controllable valve, for example.
  • Above the evaporation element 14 is a combustion zone 15.
  • the vaporization element 14 is plate-shaped and comprises two layers 22, 24.
  • the lower layer 22 is a continuous metal plate made of copper, for example, and is liquid-impermeable.
  • the upper layer 24 consists of a porous material and is made of, for example, a sintered material, the material being a metal such as copper.
  • the upper layer 24 is firmly connected, in particular in one piece, to the lower layer.
  • the top layer 24 is sintered onto the bottom layer 22 .
  • the porosity of the upper layer 24 is very high and selected in such a way that the liquid fuel can spread over the plate-shaped evaporation element 14 at a high speed due to the capillary effect of the selected porosity.
  • the ignition device 16 has two electrodes 30 between which the evaporation element 14 is arranged. In this case, one electrode 30 points to the upper layer 24 and the other electrode 30 to the lower layer 22. The ignition device 16 generates an arc which passes through the vaporization element 14 or is guided around the vaporization element 14.
  • the fuel emerging from the fuel line 12 reaches the evaporation element 14 at a first section 32 of the evaporation element 14.
  • An entry point 33 for the liquid fuel is thus formed at this first section 32.
  • the ignition device 16 is located on a second section 34 of the evaporation element 14, the ignition device 16 and the entry point 33 for the liquid fuel being arranged at a large distance, in particular at approximately the maximum possible distance from one another on the plate-shaped evaporation element 14.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the ignition process.
  • liquid fuel reaches the vaporization element 14 from the fuel line 18 at the entry point 33 .
  • the entire upper layer 24 of the evaporation element 14 is saturated with liquid fuel.
  • a certain amount of gaseous fuel is located above the evaporation element 14, in particular above the porous upper layer 24, depending on the outside temperature.
  • the ignition device 16 If the ignition device 16 is actuated so that an arc is generated between the two electrodes 30, the gas located in the area of the electrodes 30 ignites as soon as the temperature of the gas has reached the flash point. If energy continues to be supplied by the arc and/or the enthalpy of combustion of the incipient flame, the temperature of the gas increases to the fire point, resulting in a permanent flame.
  • the combustion zone 15 of the combustion device 10 is then located above the evaporation element 14, in particular above the porous upper layer 24.
  • the evaporation element 14 is made entirely of metal, in particular copper. In an embodiment that is not shown, only part of the evaporation element is made of metal.
  • the evaporation element 14 itself can form an electrode of the ignition device 16 in that one of the two electrodes of the ignition device is electrically conductive with the evaporation element connected is.
  • the heating device 50 comprises a housing 52, which consists of three parts, a lower housing part 54, a middle housing part 56 and an upper housing part 58.
  • the combustion device 10 In the upper housing part 58 is the combustion device 10.
  • ventilation slots 64 provided In the lower housing part 54, the supply devices necessary for the combustion device 10, namely a fuel tank 60 and the power supply 62 for the ignition device 16 are attached.
  • the fuel lines 18 and power lines 66 for connecting the combustion device to the fuel tank 20 and the power supply 62 are passed through the central housing part 56 .
  • In the fuel tank 60 is methanol.
  • combustion device 10 described can also be used in gas grills or in other heating devices than in patio heaters.
  • combustion device 10 can also be used in thermodynamic machines such as engines.
  • an evaporation element with a continuous, in the sense of liquid-impermeable lower layer an evaporation element with a liquid-permeable, in particular perforated or porous lower layer can also be used.
  • the evaporation element is designed as a flat plate.
  • the plate can also be curved.
  • the evaporation element can also be designed in the form of a three-dimensional body which has a porous surface at least in sections.
  • bodies of revolution such as a sphere or a cylinder are used as well as polyhedrons, for example in the form of cuboids or pyramids.
  • the combustion device described has the advantage that at low ambient temperatures, even those fuels can be made to burn which, like methanol, have a high
  • this combustion device allows fuels to be used even at ambient temperatures, in particular at outside temperatures that are below the flash point of the fuel, in order to generate heat.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennvorrichtung umfassend eine Brennstoffzufuhr (12) für flüssigen Brennstoff, ein Verdampfungselement (14), eine Zündvorrichtung (16) und eine Verbrennungszone (15), wobei das Verdampfungselement (14) zumindest abschnittsweise eine poröse Oberfläche aufweist und dass die Zündvorrichtung (16) ausgelegt ist, einen Lichtbogen zu erzeugen, der auf einen ersten Abschnitt (34) der porösen Oberfläche wirkt.The present invention relates to a combustion device comprising a fuel supply (12) for liquid fuel, an evaporation element (14), an ignition device (16) and a combustion zone (15), the evaporation element (14) having a porous surface at least in sections and the ignition device (16) is adapted to generate an arc acting on a first portion (34) of the porous surface.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennvorrichtung sowie eine Heizvorrichtung umfassend eine solche Brennvorrichtung.The present invention relates to a combustion device and a heating device comprising such a combustion device.

Zur Verbrennung von flüssigen Brennstoffen werden üblicherweise Brennvorrichtungen, auch als Brenner bezeichnet, verwendet. Solche Brenner werden beispielsweise in Gasgrills oder auch in Heizelementen wie etwa Heizpilzen eingesetzt.Combustion devices, also referred to as burners, are usually used to burn liquid fuels. Such burners are used, for example, in gas grills or in heating elements such as patio heaters.

Flüssige Brennstoffe wie etwa Alkohole oder allgemein Flüssigkeiten aus Kohlenwasserstoff müssen zur Zündung gasförmig vorliegen, denn nur ein Gas brennt in Gegenwart eines Oxidators wie etwa Luft oder Sauerstoff. Die flüssigen Brennstoffe müssen daher durch Verdampfung in die Gasphase überführt werden. Liegt das richtige zündfähige Brennstoff-Oxidator-Verhältnis vor, kann das gasförmige Brennstoff- Oxidator-Gemisch über einen Energieeintrag gezündet werden. Dies erfolgt beispielsweise über einen Zündfunken. Aus dieser Initialzündung entwickelt sich dann die selbsterhaltende Verbrennung in Form einer Flamme.Liquid fuels such as alcohols or hydrocarbon liquids in general must be in gaseous form to ignite because only a gas will burn in the presence of an oxidizer such as air or oxygen. The liquid fuels must therefore be converted into the gas phase by evaporation. If the correct ignitable fuel/oxidizer ratio is present, the gaseous fuel/oxidizer mixture can be ignited via an energy input. This takes place, for example, via an ignition spark. From this initial ignition, self-sustaining combustion then develops in the form of a flame.

Die Temperatur, bei der ein flüssiger Brennstoff über ausreichenden Dampfdruck verfügt, so dass sich mit Luft oder einem sonstigen Oxidator ein zündfähiges Gemisch bildet (unterer Zündpunkt), wird als Flammpunkt bezeichnet. Um jedoch eine dauerhafte Flamme zu erhalten, muss der Brennstoff eine etwas höhere Temperatur, nämlich den Brennpunkt erreicht haben. Als Brennpunkt eines Stoffes wird die Temperatur bezeichnet, bei der der Dampfdruck so hoch ist, dass sich das Luft-Gas-Gemisch mit einer Initialzündung entzünden lässt und die Verbrennung weiter fortschreitet, wenn die Zündquelle entfernt wird.The temperature at which a liquid fuel has sufficient vapor pressure to form an ignitable mixture with air or another oxidant (lower ignition point) is referred to as the flash point. However, in order to get a permanent flame, the fuel must have reached a slightly higher temperature, namely the fire point. The fire point of a substance is the temperature at which the vapor pressure is so high that the air-gas mixture can be ignited with an initial ignition and the combustion continues when the ignition source is removed.

So muss bei jedem flüssigen Brennstoff bzw. Brennstoffgemisch, dessen Temperatur unterhalb des Flammpunkts liegt, dieser/dieses durch äußere Einwirkungen wie etwa Wärme gezielt verdampft werden, um einen zündfähigen Brennstoff bzw. ein zündfähiges Brennstoffgemisch zu erhalten.For example, any liquid fuel or fuel mixture whose temperature is below the flash point must be specifically vaporized by external influences such as heat in order to obtain an ignitable fuel or an ignitable fuel mixture.

Beispielsweise beträgt der Flammpunkt von Methanol 11°C. Unterhalb einer Umgebungs- bzw. Außentemperatur von 11° C lässt sich eine Flüssigkeitsansammlung, insbesondere eine Methanollache nicht ohne massiven zusätzlichen Wärmeeintrag, der die notwendige, zusätzliche Verdampfung von Methanol bewirkt, zünden.For example, the flash point of methanol is 11°C. Below an ambient or outside temperature of 11° C, an accumulation of liquid, in particular a pool of methanol, cannot be ignited without massive additional heat input, which causes the necessary additional evaporation of methanol.

Methanol hat den Vorteil, dass es sauber zu Wasser und Kohlendioxid verbrennt. Auf der Suche nach emissionsfreien alternativen Energiequellen ist Methanol daher sehr interessant. Allerdings führt der vergleichsweise hohe Flammpunkt von Methanol dazu, dass bei tiefen Außentemperaturen Methanol kaum verdampft, so dass, selbst wenn es gelungen ist, eine Initialzündung von Methanol zu bewirken, es schwierig ist, eine dauerhafte Flamme aufrechtzuerhalten.The advantage of methanol is that it burns cleanly to form water and carbon dioxide. In the search for emission-free alternative energy sources, methanol is therefore very interesting. However, the comparatively high flash point of methanol means that when the outside temperature is low, methanol hardly vaporizes, so that even if initial ignition of methanol is successful, it is difficult to maintain a durable flame.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennvorrichtung bereitzustellen, welche es ermöglicht, auch Gase mit einem im Vergleich zur Umgebungsbedingung vergleichsweise hohen Flammpunkt, wie etwa Methanol, zuverlässig zu zünden und einer dauerhaften Verbrennung zuzuführen.It is the object of the present invention to provide a combustion device which makes it possible to reliably ignite even gases with a comparatively high flash point compared to the ambient conditions, such as methanol, and to supply them with permanent combustion.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Brennvorrichtung umfassend eine Brennstoffzufuhr für flüssigen Brennstoff, ein Verdampfungselement, eine Zündvorrichtung und eine Verbrennungszone, wobei das Verdampfungselement zumindest abschnittsweise eine poröse Oberfläche aufweist und die Zündvorrichtung ausgelegt ist, einen Lichtbogen zu erzeugen, der auf einen Abschnitt der porösen Oberfläche wirkt.According to the invention, the object is achieved by a combustion device comprising a fuel supply for liquid fuel, an evaporation element, an ignition device and a combustion zone, wherein the evaporation element has a porous surface at least in sections and the ignition device is designed to generate an arc that hits a section of the porous surface works.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auch bei geringem Dampfdruck unterhalb des Flammpunkts ein zündfähiges Brennstoffgas-Luft- Gemisch entsteht, wenn der flüssige Brennstoff auf einer großen Oberfläche verteilt ist. Die poröse Oberfläche führt dazu, dass sich der auf der Oberfläche befindliche Brennstoff aufgrund der Kapillarwirkung der Poren vergleichsweise schnell über die Oberfläche verteilt und somit selbst eine große Oberfläche bildet. Somit kann selbst bei Umgebungstemperaturen, die unterhalb des Flammpunkts liegen, eine vergleichsweise große Menge an Brennstoff in einem gasförmigen Zustand bereitgestellt werden. Es versteht sich, dass die Porosität der Oberfläche so gewählt ist, dass sich der flüssige Brennstoff mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit über die Oberfläche des Verdampfungselements verteilt.The invention is based on the finding that an ignitable fuel-gas-air mixture is formed even with a low vapor pressure below the flash point if the liquid fuel is distributed over a large surface. The porous surface means that the fuel on the surface is distributed comparatively quickly over the surface due to the capillary effect of the pores and thus forms a large surface itself. Thus, even at ambient temperatures below the flash point, a comparatively large amount of fuel can be provided in a gaseous state. It goes without saying that the porosity of the surface is selected in such a way that the liquid fuel is distributed over the surface of the evaporation element at a comparatively high speed.

Weiterhin wurde erkannt, dass bei dieser Anordnung eine Zündvorrichtung, die ausgelegt ist, einen Lichtbogen zu erzeugen, auch bei Umgebungstemperaturen, die unterhalb des Flammpunkts liegen, eine Initialzündung bewirkt und einen kontinuierlichen Brennvorgang einleitet. Der sich auf der Oberfläche befindliche Brennstoff wird durch den Lichtbogen erwärmt, was dazu führt, dass sowohl der flüssige Brennstoff als auch der verdampfte Brennstoff von der Temperatur des Flammpunkts auf die Temperatur des Brennpunkts angehoben wird. Aufgrund der Zündung entsteht somit ein kontinuierlicher Brennvorgang.Furthermore, it was recognized that with this arrangement, an ignition device that is designed to generate an arc causes an initial ignition and initiates a continuous combustion process even at ambient temperatures that are below the flash point. The fuel on the surface is heated by the arc, causing both the liquid fuel and the vaporized fuel to rise from the flash point temperature to the fire point temperature. Due to the ignition, a continuous combustion process is created.

Unter Lichtbogen wird hier der Lichtbogen im eigentlichen technischen Sinn verstanden und nicht ein einfacher Zündfunken.Under arc here the arc is understood in the actual technical sense and not a simple ignition spark.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verdampfungselement eine Platte mit wenigstens einer porösen Oberfläche. Mittels der Platte lässt sich eine große Oberfläche erreichen. Die poröse Oberfläche bewirkt eine schnelle Verteilung des flüssigen Brennstoffes über die Platte. Die Platte kann hierbei flach oder gekrümmt ausgebildet sein.In a preferred embodiment, the evaporating element is a plate having at least one porous surface. A large surface can be achieved by means of the plate. The porous surface causes the liquid fuel to spread quickly across the plate. The plate can be flat or curved.

Beispielsweise weist die Platte eine untere Schicht auf, die aus einem flüssigkeitsundurchlässigen Material hergestellt ist, und eine obere Schicht, die aus einem porösen Material hergestellt ist, so dass die Verdampfung des Gases nur auf einer Seite der Platte stattfindet.For example, the panel has a lower layer made of a liquid-impermeable material and an upper layer made of a porous material, so that the evaporation of the gas takes place only on one side of the panel.

Alternativ weist die Platte eine untere Schicht auf, die aus einem flüssigkeitsdurchlässigen Material hergestellt ist, und eine obere Schicht, die aus einem porösen Material hergestellt ist. In diesem Fall kann die Verdampfung des Gases auf beiden Seiten der Platte erfolgen. Die untere Schicht kann hierbei gelocht oder porös ausgebildet sein, wobei sich die Porosität der unteren Schicht von der Porosität der oberen Schicht unterscheiden kann oder die Porosität der unteren Schicht mit der Porosität der oberen Schicht identisch ist.Alternatively, the panel has a bottom layer made of a liquid-permeable material and a top layer made of a porous material. In this case, the evaporation of the gas can take place on both sides of the plate. The lower layer can be perforated or porous, with the porosity of the lower layer being able to differ from the porosity of the upper layer or the porosity of the lower layer being identical to the porosity of the upper layer.

Unter der oberen und der unteren Schicht werden die Schichten verstanden, die nach außen weisen.The upper and lower layers are understood to mean the layers that face outwards.

Bei einer weiteren Ausführungsform können zusätzlich eine oder mehrere Mittelschichten vorgesehen sein, die flüssigkeitsdurchlässig oder flüssigkeitsundurchlässig sind.In a further embodiment, one or more middle layers which are liquid-permeable or liquid-impermeable can additionally be provided.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Verdampfungselement als dreidimensionaler Körper ausgebildet, der zumindest abschnittsweise eine poröse Oberfläche aufweist. So kann das Verdampfungselement die Form eines Rotationskörpers wie etwa eine Kugel oder ein Zylinder oder die Form eines Polyeders, beispielsweise ein Quader oder eine Pyramide aufweisen.In an alternative embodiment, the evaporation element is designed as a three-dimensional body which has a porous surface at least in sections. The evaporation element can thus have the shape of a body of revolution, such as a sphere or a cylinder, or the shape of a polyhedron, for example a cuboid or a pyramid.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Zündvorrichtung zwei Elektroden aufweist, wobei das Verdampfungselement mit Abstand von den beiden Elektroden zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist, wodurch der Lichtbogen entweder durch das Verdampfungselement hindurchgeführt oder unmittelbar um dieses herumgeführt wird. Hierdurch ist der Zündfunke so stark bzw. die Temperatur des Zündfunkens so hoch, dass der Brennstoff auch bei tiefen Temperaturen auf den Flammpunkt erwärmt werden kann, um eine Initialzündung zu erzeugen.It has proven to be advantageous for the ignition device to have two electrodes, with the evaporation element being arranged at a distance from the two electrodes between the two electrodes, as a result of which the arc is either guided through the evaporation element or directly around it. As a result, the ignition spark is like this strong or the temperature of the ignition spark is so high that the fuel can be heated to the flash point even at low temperatures in order to generate an initial ignition.

Alternativ kann die Zündvorrichtung zwei Elektroden aufweisen, wobei das Verdampfungselement elektrisch leitend mit einer Elektrode verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform wirkt das Verdampfungselement als Elektrode, so dass der Lichtbogen der Flüssigkeitsschicht auf dem Verdampfungselement sehr nahe kommt, wodurch eine sehr intensive Wirkung des Lichtbogens auf den Brennstoff möglich ist.Alternatively, the ignition device can have two electrodes, with the evaporation element being electrically conductively connected to one electrode. In this embodiment, the evaporating element acts as an electrode, so that the arc comes very close to the liquid layer on the evaporating element, allowing a very intense effect of the arc on the fuel.

Um einen effektiven Lichtbogen zu erzeugen, ist es von Vorteil, dass das Verdampfungselement zumindest in dem Abschnitt, in dem der Lichtbogen auf das Verdampfungselement wirkt, aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall hergestellt ist, wobei vorzugsweise das Verdampfungselement vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall hergestellt ist.In order to generate an effective arc, it is advantageous for the vaporization element to be made of an electrically conductive material, in particular metal, at least in the section in which the arc acts on the vaporization element, with the vaporization element preferably being made entirely of an electrically conductive material , In particular metal is made.

Um eine möglichst hochporöse Oberfläche zu erhalten, die geeignet ist, den flüssigen Brennstoff mit einer hohen Geschwindigkeit über die Oberfläche zu verteilen, ist das Verdampfungselement eine Platte mit einer gesinterten Oberfläche, insbesondere eine Metallplatte mit einer gesinterten Oberfläche.In order to obtain a surface that is as highly porous as possible and is suitable for distributing the liquid fuel over the surface at a high speed, the evaporation element is a plate with a sintered surface, in particular a metal plate with a sintered surface.

Aus Sicherheitsgründen ist es bevorzugt, dass das Verdampfungselement eine Eintrittsstelle für den aus der Brennstoffzufuhr geführten Brennstoff aufweist, wobei sich die Eintrittsstelle mit Abstand von dem Abschnitt befindet, auf den der von der Zündvorrichtung erzeugte Lichtbogen wirkt.For safety reasons, it is preferred that the evaporation element has an entry point for the fuel guided from the fuel supply, the entry point being located at a distance from the section on which the arc generated by the ignition device acts.

Um die auf das Verdampfungselement auftreffende Brennstoffmenge zu regeln bzw. zu steuern, ist es von Vorteil, dass die Brennstoffzufuhr eine Dosiervorrichtung umfasst, wobei die Dosiervorrichtung vorzugsweise steuerbar ist.In order to regulate or control the amount of fuel impinging on the evaporation element, it is advantageous for the fuel supply to include a dosing device, with the dosing device preferably being controllable.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Heizvorrichtung umfassend die beschriebene Brennvorrichtung.The subject matter of the present invention is also a heating device comprising the combustion device described.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Heizvorrichtung eine mit einer öffentlichen Versorgungsleitung verbundene Brennstoffleitung oder einen Brennstoffbehälter, der mit der Brennstoffzufuhr verbunden ist.In a preferred embodiment, the heating device comprises a fuel line connected to a public supply line or a fuel tank connected to the fuel supply.

In der Brennstoffleitung bzw. dem Brennstoffbehälter befindet sich beispielsweise eine Kohlenwasserstoffflüssigkeit, insbesondere ein Alkohol wie etwa Methanol.A hydrocarbon liquid, for example, in particular an alcohol such as methanol, is located in the fuel line or the fuel tank.

Bevorzugte Ausführungsformen werden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

Fig. 1
eine schematische Darstellung einer Brennvorrichtung im Querschnitt;
Fig. 2
eine schematische Darstellung des Zündvorgangs;
Fig. 3
eine schematische Darstellung einer Heizvorrichtung.
Preferred embodiments are explained in more detail with reference to the accompanying drawings, which show:
1
a schematic representation of a combustion device in cross section;
2
a schematic representation of the ignition process;
3
a schematic representation of a heating device.

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Brennvorrichtung im Querschnitt 10 gezeigt.In 1 a schematic representation of a combustion device in cross section 10 is shown.

Die Brennvorrichtung 10 umfasst eine Brennstoffzufuhr 12 für flüssigen Brennstoff, ein Verdampfungselement 14 und eine Zündvorrichtung 16. Die Brennstoffzufuhr 12 ist als eine Brennstoffleitung 18 mit einer Dosiervorrichtung 20 ausgebildet. Die Dosiervorrichtung 20 kann beispielsweise ein steuerbares Ventil aufweisen. Oberhalb des Verdampfungselements 14 befindet sich eine Verbrennungszone 15.The combustion device 10 comprises a fuel supply 12 for liquid fuel, an evaporation element 14 and an ignition device 16. The fuel supply 12 is designed as a fuel line 18 with a metering device 20. The dosing device 20 can have a controllable valve, for example. Above the evaporation element 14 is a combustion zone 15.

Das Verdampfungselement 14 ist plattenförmig ausgebildet und umfasst zwei Schichten 22, 24. Die untere Schicht 22 ist eine durchgehende Metallplatte, die beispielsweise aus Kupfer hergestellt und flüssigkeitsundurchlässig ist. Die obere Schicht 24 besteht aus einem porösen Material und ist zum Beispiel aus einem gesinterten Material hergestellt, wobei es sich bei dem Material um ein Metall wie etwa Kupfer handelt. Die obere Schicht 24 ist fest, insbesondere einstückig mit der unteren Schicht verbunden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die obere Schicht 24 auf die untere Schicht 22 aufgesintert.The vaporization element 14 is plate-shaped and comprises two layers 22, 24. The lower layer 22 is a continuous metal plate made of copper, for example, and is liquid-impermeable. The upper layer 24 consists of a porous material and is made of, for example, a sintered material, the material being a metal such as copper. The upper layer 24 is firmly connected, in particular in one piece, to the lower layer. In the illustrated embodiment, the top layer 24 is sintered onto the bottom layer 22 .

Die Porosität der oberen Schicht 24 ist sehr hoch und so gewählt, dass sich der flüssige Brennstoff aufgrund der Kapillarwirkung der gewählten Porosität mit einer hohen Geschwindigkeit über das plattenförmige Verdampfungselement 14 ausbreiten kann.The porosity of the upper layer 24 is very high and selected in such a way that the liquid fuel can spread over the plate-shaped evaporation element 14 at a high speed due to the capillary effect of the selected porosity.

Die Zündvorrichtung 16 weist zwei Elektroden 30 auf, zwischen denen das Verdampfungselement 14 angeordnet ist. Hierbei weist eine Elektrode 30 auf die obere Schicht 24 und die andere Elektrode 30 auf die untere Schicht 22. Die Zündvorrichtung 16 erzeugt einen Lichtbogen, der durch das Verdampfungselement 14 hindurchgeht oder um das Verdampfungselement 14 herumgeführt wird.The ignition device 16 has two electrodes 30 between which the evaporation element 14 is arranged. In this case, one electrode 30 points to the upper layer 24 and the other electrode 30 to the lower layer 22. The ignition device 16 generates an arc which passes through the vaporization element 14 or is guided around the vaporization element 14.

An einem ersten Abschnitt 32 des Verdampfungselements 14 gelangt der aus der Brennstoffleitung 12 austretende Brennstoff auf das Verdampfungselement 14. An diesem ersten Abschnitt 32 ist somit eine Eintrittsstelle 33 für den flüssigen Brennstoff ausgebildet. Die Zündvorrichtung 16 befindet sich an einem zweiten Abschnitt 34 des Verdampfungselements 14, wobei die Zündvorrichtung 16 und die Eintrittsstelle 33 für den flüssigen Brennstoff mit großem Abstand, insbesondere mit annähernd maximal möglichem Abstand voneinander auf dem plattenförmigen Verdampfungselement 14 angeordnet sind.The fuel emerging from the fuel line 12 reaches the evaporation element 14 at a first section 32 of the evaporation element 14. An entry point 33 for the liquid fuel is thus formed at this first section 32. The ignition device 16 is located on a second section 34 of the evaporation element 14, the ignition device 16 and the entry point 33 for the liquid fuel being arranged at a large distance, in particular at approximately the maximum possible distance from one another on the plate-shaped evaporation element 14.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Zündvorgangs. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, gelangt flüssiger Brennstoff aus der Brennstoffleitung 18 an der Eintrittsstelle 33 auf das Verdampfungselement 14. Der flüssige Brennstoff verteilt sich über die Oberfläche des plattenförmigen Verdampfungselements 14, indem es durch die Poren der porösen oberen Schicht 24 geführt wird. Nach kurzer Zeit ist die gesamte obere Schicht 24 des Verdampfungselements 14 mit flüssigem Brennstoff getränkt. Oberhalb des Verdampfungselements 14, insbesondere oberhalb der porösen oberen Schicht 24 befindet sich in Abhängigkeit von der Außentemperatur eine gewisse Menge gasförmigen Brennstoffes. 2 shows a schematic representation of the ignition process. As in 2 As can be seen, liquid fuel reaches the vaporization element 14 from the fuel line 18 at the entry point 33 . After a short time, the entire upper layer 24 of the evaporation element 14 is saturated with liquid fuel. A certain amount of gaseous fuel is located above the evaporation element 14, in particular above the porous upper layer 24, depending on the outside temperature.

Wird die Zündvorrichtung 16 betätigt, so dass zwischen den beiden Elektroden 30 ein Lichtbogen erzeugt wird, entzündet sich das im Bereich der Elektroden 30 befindliche Gas, sobald die Temperatur des Gases den Flammpunkt erreicht hat. Wird weiterhin Energie durch den Lichtbogen und/oder die Verbrennungsenthalpie der beginnenden Flamme zugeführt, erhöht sich die Temperatur des Gases auf den Brennpunkt, so dass eine dauerhafte Flamme entsteht.If the ignition device 16 is actuated so that an arc is generated between the two electrodes 30, the gas located in the area of the electrodes 30 ignites as soon as the temperature of the gas has reached the flash point. If energy continues to be supplied by the arc and/or the enthalpy of combustion of the incipient flame, the temperature of the gas increases to the fire point, resulting in a permanent flame.

Hat sich ein stabiler Brennvorgang eingestellt, befindet sich die Verbrennungszone 15 der Brennvorrichtung 10 dann oberhalb des Verdampfungselements 14, insbesondere oberhalb der porösen oberen Schicht 24.Once a stable combustion process has been established, the combustion zone 15 of the combustion device 10 is then located above the evaporation element 14, in particular above the porous upper layer 24.

Wie bereits oben angeführt, ist das Verdampfungselement 14 vollständig aus Metall, insbesondere aus Kupfer hergestellt. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist nur ein Teil des Verdampfungselements aus Metall hergestellt.As already mentioned above, the evaporation element 14 is made entirely of metal, in particular copper. In an embodiment that is not shown, only part of the evaporation element is made of metal.

Ist bei einer nicht dargestellten Ausführungsform zumindest der zweite Abschnitt 34 des Verdampfungselements 14, an dem die Zündvorrichtung 16 angreift, aus Metall ausgebildet, kann das Verdampfungselement 14 selbst eine Elektrode des Zündvorrichtung 16 bilden, indem eine der beiden Elektroden der Zündvorrichtung elektrisch leitend mit dem Verdampfungselement verbunden ist.If, in an embodiment that is not shown, at least the second section 34 of the evaporation element 14, on which the ignition device 16 acts, is made of metal, the evaporation element 14 itself can form an electrode of the ignition device 16 in that one of the two electrodes of the ignition device is electrically conductive with the evaporation element connected is.

Fig. 3 zeigt eine Anwendung der Brennvorrichtung 10 beispielhaft in einer Heizvorrichtung 50 in der Form eines Heizpilzes. Die Heizvorrichtung 50 umfasst ein Gehäuse 52, welches aus drei Teilen besteht, einem unteren Gehäuseteil 54, einem mittleren Gehäuseteil 56 und einem oberen Gehäuseteil 58. In dem oberen Gehäuseteil 58 befindet sich die Brennvorrichtung 10. Zur Versorgung der Flamme mit Luft sind in dem oberen Gehäuseteil 58 Lüftungsschlitze 64 vorgesehen In dem unteren Gehäuseteil 54 sind die für die Brennvorrichtung 10 notwendigen Versorgungsvorrichtungen, nämlich ein Brennstoffbehälter 60 sowie die Stromversorgung 62 für die Zündvorrichtung 16 angebracht. Durch das mittlere Gehäuseteil 56 werden die Brennstoffleitungen 18 bzw. Stromleitungen 66 zur Verbindung der Brennvorrichtung mit dem Brennstoffbehälter 20 bzw. der Stromversorgung 62 durchgeführt. 3 shows an application of the combustion device 10 by way of example in a heating device 50 in the form of a patio heater. The heating device 50 comprises a housing 52, which consists of three parts, a lower housing part 54, a middle housing part 56 and an upper housing part 58. In the upper housing part 58 is the combustion device 10. To supply the flame with air are in the upper Housing part 58 ventilation slots 64 provided In the lower housing part 54, the supply devices necessary for the combustion device 10, namely a fuel tank 60 and the power supply 62 for the ignition device 16 are attached. The fuel lines 18 and power lines 66 for connecting the combustion device to the fuel tank 20 and the power supply 62 are passed through the central housing part 56 .

In dem Brennstoffbehälter 60 befindet sich Methanol.In the fuel tank 60 is methanol.

Wenn auch nicht dargestellt, so ist die beschriebene Brennvorrichtung 10 auch in Gasgrills oder auch in anderen Heizapparaten als in Heizpilzen einsetzbar. Darüber hinaus kann die Brennvorrichtung 10 auch in thermodynamischen Maschinen wie etwa Motoren eingesetzt werden.Although not shown, the combustion device 10 described can also be used in gas grills or in other heating devices than in patio heaters. In addition, the combustion device 10 can also be used in thermodynamic machines such as engines.

Anstelle eines Verdampfungselements mit einer durchgehenden, im Sinne von flüssigkeitsundurchlässigen unteren Schicht, kann auch ein Verdampfungselement mit einer flüssigkeitsdurchlässigen, insbesondere gelochten oder porösen unteren Schicht verwendet werden.Instead of an evaporation element with a continuous, in the sense of liquid-impermeable lower layer, an evaporation element with a liquid-permeable, in particular perforated or porous lower layer can also be used.

Darüber hinaus ist es möglich, anstelle eines Verdampfungselements mit einer unteren Schicht aus Metall auch ein Verdampfungselement mit einer unteren Schicht aus Keramik einzusetzen.In addition, it is possible to use an evaporation element with a lower layer made of ceramic instead of an evaporation element with a lower layer made of metal.

Das Verdampfungselement ist bei der dargestellten Ausführungsform als ebene Platte ausgebildet. Alternativ kann die Platte auch gekrümmt ausgebildet sein.In the illustrated embodiment, the evaporation element is designed as a flat plate. Alternatively, the plate can also be curved.

Wenn auch nicht dargestellt, so kann das Verdampfungselement auch in Form eines dreidimensionalen Körpers, der zumindest abschnittsweise eine poröse Oberfläche aufweist, ausgebildet sein. Hierbei kommen Rotationskörpers wie etwa eine Kugel oder ein Zylinder genauso zum Einsatz wie Polyeder, beispielsweise in Form von Quadern oder Pyramiden.Although not shown, the evaporation element can also be designed in the form of a three-dimensional body which has a porous surface at least in sections. Here, bodies of revolution such as a sphere or a cylinder are used as well as polyhedrons, for example in the form of cuboids or pyramids.

Die beschriebene Brennvorrichtung hat den Vorteil, dass bei niedrigen Umgebungstemperaturen auch solche Brennstoffe zum Brennen gebracht werden können, die wie Methanol einen hohenThe combustion device described has the advantage that at low ambient temperatures, even those fuels can be made to burn which, like methanol, have a high

Flammpunkt haben. Konkret ermöglicht diese Brennvorrichtung den Einsatz von Brennstoffen auch bei Umgebungstemperaturen, insbesondere bei Außentemperaturen, die unterhalb des Flammpunkts des Brennstoffes liegen, um Wärme zu erzeugen.have flash point. Specifically, this combustion device allows fuels to be used even at ambient temperatures, in particular at outside temperatures that are below the flash point of the fuel, in order to generate heat.

Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auch Ausführungsformen umfasst, bei denen einzelne beschriebene Merkmale weggelassen sind oder in einer anderen Weise als der beschriebenen kombiniert sind.It goes without saying that the present invention also encompasses embodiments in which individual features described are omitted or are combined in a manner different from that described.

Claims (15)

Brennvorrichtung umfassend eine Brennstoffzufuhr (12) für flüssigen Brennstoff, ein Verdampfungselement (14), eine Zündvorrichtung (16) und eine Verbrennungszone (15), dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungselement (14) zumindest abschnittsweise eine poröse Oberfläche aufweist und dass die Zündvorrichtung (16) ausgelegt ist, einen Lichtbogen zu erzeugen, der auf einen ersten Abschnitt (34) der porösen Oberfläche wirkt.Combustion device comprising a fuel supply (12) for liquid fuel, an evaporation element (14), an ignition device (16) and a combustion zone (15), characterized in that the evaporation element (14) has a porous surface at least in sections and that the ignition device (16 ) is adapted to generate an arc acting on a first portion (34) of the porous surface. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungselement (14) eine Platte mit wenigstens einer porösen Oberfläche ist.Combustion device according to Claim 1, characterized in that the evaporation element (14) is a plate with at least one porous surface. Brennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte eine untere Schicht (22) aufweist, die aus einem flüssigkeitsundurchlässigen Material hergestellt ist, und eine obere Schicht (24), die aus einem porösen Material hergestellt ist.Combustion device according to claim 2, characterized in that the plate has a lower layer (22) made of a liquid-impermeable material and an upper layer (24) made of a porous material. Brennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Platte eine untere Schicht (22) aufweist, die aus einem flüssigkeitsdurchlässigen Material hergestellt ist, und eine obere Schicht (24), die aus einem porösen Material hergestellt ist.Burning device according to claim 2, characterized in that the plate comprises a lower layer (22) made of a liquid-permeable material and an upper layer (24) made of a porous material. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungselement als dreidimensionaler Körper mit wenigstens einer porösen Oberfläche ausgebildet ist.Combustion device according to Claim 1, characterized in that the evaporation element is designed as a three-dimensional body with at least one porous surface. Brennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung zwei Elektroden (30) aufweist, wobei das Verdampfungselement (14) mit Abstand von den beiden Elektroden (30) zwischen den beiden Elektroden (30) angeordnet istCombustion device according to one of the preceding claims, characterized in that the ignition device has two electrodes (30), the evaporation element (14) being arranged at a distance from the two electrodes (30) between the two electrodes (30). Brennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung zwei Elektroden aufweist, wobei das Verdampfungselement elektrisch leitend mit einer Elektrode verbunden ist.Combustion device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the ignition device has two electrodes, the evaporation element being electrically conductively connected to one electrode. Brennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungselement (14) zumindest in dem ersten Abschnitt (34), in dem der Lichtbogen auf das Verdampfungselement (14) wirkt, aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall hergestellt ist, wobei vorzugsweise das Verdampfungselement (14) vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall hergestellt ist.Combustion device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporation element (14) is made of an electrically conductive material, in particular metal, at least in the first section (34) in which the arc acts on the evaporation element (14), wherein preferably the evaporation element (14) is made entirely of an electrically conductive material, in particular metal. Brennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungselement (14) eine Platte mit einer gesinterten Oberfläche, insbesondere eine Metallplatte mit einer gesinterten Oberfläche ist.Combustion device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporation element (14) is a plate with a sintered surface, in particular a metal plate with a sintered surface. Brennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungselement (14) eine Eintrittsstelle (33) für den aus der Brennstoffzufuhr (12) geführten Brennstoff aufweist, wobei sich die Eintrittsstelle (33) mit Abstand von dem ersten Abschnitt (34) befindet, auf den der von der Zündvorrichtung (16) erzeugte Lichtbogen wirkt.Combustion device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporation element (14) has an entry point (33) for the fuel fed from the fuel supply (12), the entry point (33) being located at a distance from the first section (34). , on which the arc generated by the ignition device (16) acts. Brennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhr (12) eine Dosiervorrichtung (20) umfasst, wobei die Dosiervorrichtung vorzugsweise steuerbar ist.Combustion device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas supply (12) comprises a dosing device (20), the dosing device preferably being controllable. Heizvorrichtung umfassend eine Brennvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.A heating device comprising a combustion device (10) according to any one of claims 1 to 11. Heizvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzufuhr (12) mit einer Brennstoffleitung einer öffentlichen Versorgung oder einem Brennstoffbehälter (60) verbunden ist.Heating device according to Claim 12, characterized in that the fuel supply (12) is connected to a fuel line of a public supply or to a fuel tank (60). Heizvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Brennstoffleitung oder in dem Brennstoffbehälter (60) eine Kohlenwasserstoffflüssigkeit, insbesondere ein Alkohol befindet.Heating device according to Claim 13, characterized in that there is a hydrocarbon liquid, in particular an alcohol, in the fuel line or in the fuel tank (60). Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Brennstoffleitung oder in dem Brennstoffbehälter (60) Methanol befindet.Heating device according to one of Claims 13 or 14, characterized in that there is methanol in the fuel line or in the fuel tank (60).
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