WO2022238578A2 - Mobile heizvorrichtung und verfahren zum betreiben einer mobilen heizvorrichtung - Google Patents

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WO2022238578A2
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Alexander Kruse
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2241/00—Applications
    • F23N2241/14—Vehicle heating, the heat being derived otherwise than from the propulsion plant

Definitions

  • the invention relates to a mobile heating device with a fuel supply line and a method for operating a mobile heating device.
  • Burners in particular evaporator burners, are used in particular in auxiliary and/or auxiliary heaters operated with liquid fuel, in particular for vehicles.
  • liquid fuel is introduced into an evaporator via a fuel supply line.
  • a fuel supply line As an evaporator itself z. B. metal fiber fleeces are used.
  • the vaporizer imbibes liquid fuel via capillary action and disperses liquid fuel.
  • Liquid fuel is vaporized and ignited by means of the heat provided by a glow plug or an ignition element, so that combustion of the fuel can take place with the supply of air.
  • air supply openings are arranged in a peripheral wall. Such an arrangement is known, for example, from DE 102018 111 636 A1.
  • DE 102018 104517 discloses a combustion air fan, in particular for a side channel fan for a fuel-operated vehicle heater, comprising a fan housing, with an air flow space through which combustion air to be conveyed is formed being formed in the fan housing and air flowing into the air flow space via an entry area a delivery area comprising a delivery wheel, at least one hydrocarbon storage element for storing gaseous hydrocarbons present in the air flow space being arranged in the air flow space.
  • the purpose of the hydrocarbon reservoir is to ensure that when the vehicle heater is deactivated and the combustion air fan is deactivated accordingly, hydrocarbons are absorbed and thus not escaped to the outside as unburned fuel. 2
  • DE 10 2004 041 202 C5 discloses a method for switching off a motor vehicle heater, which is intended to prevent the development of smoke and unpleasant odors when the vehicle heater is started.
  • a fuel in the fuel line is heated when the metering pump is switched off and burned off during an early burn-out phase.
  • a heating coil provided in the fuel supply is proposed for heating.
  • DE 10 2014 103 815 A1 discloses an evaporator burner for a mobile heater.
  • the evaporator has a carrier body made of a non-porous material, which comes into contact with liquid fuel on a side facing the combustion chamber.
  • This page is a fuel preparation interface.
  • the fuel processing surface has a surface structure.
  • the surface structuring of the fuel processing surface can include, for example, elongated grooves and elevations as rib-like projections.
  • the fuel processing surface can be both perpendicular and parallel to a bottom side of the evaporator mount.
  • DE 8403269 U1 discloses using a wire-shaped throttle in a supply line of a heating device with a combustion chamber.
  • a throttle is formed by a smooth wire and serves in particular to reduce a remaining cross-section of the supply line and thus to increase the flow rate during operation and to avoid the formation of vapor bubbles.
  • the object of the invention is to provide an improved mobile, fuel-powered Schuvorrich device, and to give a method for operating a mobile heating device.
  • undefined states should be avoided during the operation and idle phase of the heating device.
  • the mobile heating device comprises a heater assembly with a combustion chamber and a fuel supply line.
  • the fuel supply line is suitable for supplying fuel to the heater assembly, in particular to its combustion chamber.
  • Fuel supply line includes a supply tube having an input for inputting fuel and an output for outputting fuel to the combustor.
  • the fuel supply line also includes an emptying device for partially or completely emptying the fuel supply line through the outlet.
  • the emptying device By means of the emptying device, the fuel supply line can be emptied, in particular at the end of the heating process when no more fuel is supplied through the input.
  • the fuel supply line is put into a state in which uncontrolled emptying is avoided for a rest state.
  • an evaporative emission in particular an evaporative emission of hydrocarbons, is avoided and the development of smoke or unpleasant odors when the heating device is started again are avoided.
  • the supply pipe can be either a straight pipe or a bent pipe or pipe provided with bends.
  • the emptying device is designed in particular in such a way that, given a typical fuel flow rate, it has no function during normal operation of the heating device and only becomes functional when a fuel inflow is shut off upstream.
  • the heating device can in particular be a heating device with a evaporator burner.
  • the heater assembly includes a vaporizer receptacle assembly for vaporizing liquid fuel.
  • the evaporator receptacle assembly includes an evaporator receptacle body for receiving an evaporator element for diffusing and evaporating liquid fuel.
  • the heating device can be a vehicle heating device.
  • An evaporator element can, for example, have or consist of a metal grid, a fleece made of metal and/or rock fibers and/or a porous material. Such materials effectively provide a large surface area for liquid fuel to vaporize.
  • the evaporator receiving body has a bottom area and a peripheral wall in order with a plurality of air supply openings.
  • the air supply openings can in particular be arranged in one or more rows in a peripheral wall.
  • a receptacle for a glow plug is expediently provided in the evaporator receptacle body, by means of which the vaporized fuel can be ignited.
  • Heat conduction also serves as a heat source that also heats the fuel flowing through the fuel supply line.
  • the emptying device expediently comprises a nucleation device which comprises at least one rough and/or structured nucleation surface for the formation of boiling bubbles.
  • the rough and/or structured nucleation surface comprises, in particular, elevations and/or depressions with a height of at least 0.006 mm.
  • the rough and/or structured nucleation surface causes gas bubbles to form heterogeneously from the liquid fuel, in particular from the low-boiling fuel fractions. This function is only achieved when the flow rate of the fuel is reduced compared to a functional state of the heating device due to a longer dwell time of the fuel on the nucleation surface (at a given temperature). Due to the longer dwell time, the fuel heats up to a higher temperature than during normal operation, so that gas bubbles can form.
  • a burnout can take place after the fuel flow is shut off upstream, in which a combustion air fan of the heater assembly group continues to be operated and fuel that remains and is subsequently ejected continues to be burned.
  • the gas bubbles also push liquid parts of the fuel out of the fuel feed line, so that the fuel feed line is at least partially emptied.
  • the nucleation device can be designed as a separate component which is interposed between two sections of the fuel supply line or is designed as an outlet of the fuel supply line.
  • the nucleation device can be a component that is arranged between two feed pipe sections.
  • the nucleation surface is arranged on an inner lateral surface of the feed pipe and/or on an inner surface of a connecting piece arranged at the inlet of the feed pipe.
  • the nucleation surface extends in particular over the entire inner lateral surface of the feed pipe.
  • the nucleation surface can also be arranged only in a partial area of the inner lateral surface, for example in an area of the feed pipe close to the inlet.
  • ribs can also be placed on the inner lateral surface and/or jumps in the cross section of the feed pipe can be provided.
  • the nucleation surface expediently extends at least over a length of at least 0.3 - 5 - cm, in particular at least 0.5 cm, in particular at least 0.8 cm along the flow direction of the fuel.
  • the degree of emptying of the fuel supply line can be controlled by positioning the nucleation surface in the fuel feed line, in particular in the feed pipe or connecting piece, since the nucleation surface is used to empty the area of the nucleation surface and downstream of the nucleation surface.
  • the nucleation surface expediently extends from a section or completely along the entire circumference of the feed pipe in the circumferential direction in order.
  • the nucleation surface can be in the form of one or more disturbances, which are predominantly oriented in the longitudinal direction, of an otherwise sufficiently smooth surface or lateral surface, for example in the form of one or more longitudinal grooves.
  • connection piece is equipped with a non-return valve, e.g. in the form of a pressure relief valve or pressure relief valve, to prevent fuel from accidentally escaping.
  • a blocking device and/or suction device can be provided in the fuel feed line, preferably upstream of the feed pipe
  • the nucleation surface is arranged in particular in a close-up area to the exit, with the close-up area being in particular a maximum of 1.10 m, in particular a maximum of 1 m, in particular a maximum of 0.9 m away from the exit.
  • the outlet itself can be an area in which the fuel supply pipe is connected in a fixed or detachable manner to the actual heating device, in particular to a wall of the combustion chamber or an evaporator.
  • a fixed connection is in particular a welded connection.
  • a connecting piece, a quick-release fastener or a screw cap can be provided at the outlet of the fuel supply line.
  • a further element is arranged in the fuel feed line, in particular in the feed pipe, which element has the nucleation surface alternatively or additionally as a further nucleation surface.
  • the further element is designed in particular as a displacer wire.
  • Such a displacement wire is basically used to reduce a cross section of the fuel feed line and thus to increase a flow rate of the fuel when the heating device is switched on. Due to the nucleation surface on the displacer wire, at least partial emptying of the fuel supply line can be achieved upon completion of the heating process.
  • the wire can be a flat wire, ie flattened round wire, roughened 6
  • the nucleation surface is expediently produced by means of mechanical deformation and/or by applying a coating and/or by means of milling and/or by means of an etching process. It is therefore, for example, a mechanically or chemically roughened surface.
  • the nucleation surface can be provided with ridges or notches, which in particular have been introduced mechanically.
  • the nucleation surface can be produced by direct treatment of the surface to be roughened or indirectly by deformation, in particular of the displacement wire, in which cracks are produced in a targeted manner on a lateral surface or surface. Furthermore, as described above, it can be a knurled wire or a polygonal wire, e.g. star-shaped wire.
  • the structures can be regular or irregular structures.
  • the component In one configuration with a separate component which is connected to the fuel feed line, the component therefore has an input which is connected to a first section of the fuel feed line, in particular a first feed pipe. Furthermore, the component has an outlet which is connected to a second section of the fuel feed line, in particular a second feed pipe.
  • the first and second sections of the feed pipe are thus fluidly connected by the component.
  • the component can in particular be a shell-shaped housing which is preferably at least partially cylindrical.
  • An inner surface of the component can serve as a nucleation surface.
  • one or more bodies can be arranged in the component, which are preferably made of glass or ceramic and/or are present in the form of small plates, rods, sleeves, tubes, pearls and/or stones.
  • the nucleation surface can thus include the surface or lateral surface of the body.
  • the bodies can be part of the further element described above.
  • the emptying device can alternatively or additionally include a heat supply element, which is arranged on an outer lateral surface of the feed pipe and/or on an outer surface of a connecting piece arranged at the inlet of the feed pipe.
  • the temperature is increased by the supply of heat, and thus the heterogeneous and homogeneous nucleation of boiling bubbles is facilitated. 7
  • the heat supply element comprises an active heating element, for example in the form of a heating jacket.
  • the fuel supply line is designed to run from a fuel source to the heating device for supplying fuel to the heating device and has a first and a second zone.
  • the fuel supply line in the first zone has a suction device that includes a fuel reservoir, the suction device being designed to suck fuel from the second zone, in particular completely, back into the first zone by means of a change in volume of the fuel reservoir.
  • the fuel delivery pipe of the above embodiments is arranged exclusively in the second zone of the fuel delivery pipe.
  • the fuel reservoir is expediently formed by at least one cavity and at least one movable piston, such that the fuel sucked back from the second zone can be at least partially accommodated in the fuel reservoir.
  • the suck-back device expediently has an actuator, in particular with a servomotor or binary switching device for changing the volume of the fuel reservoir.
  • the fuel reservoir is formed by at least one deformable feed line section, which is preferably arranged serially in the fuel feed line, such that the fuel sucked back from the second zone can be at least partially accommodated in the fuel reservoir.
  • the deformable supply line section can comprise a shape memory device and/or a piezoelectric switching device.
  • the suck-back device comprises a controller or is connected to one.
  • the controller is particularly suitable for dampening or suppressing any overshooting of the system during fuel recirculation.
  • the heat supply element comprises a passive thermally conductive element, which conducts heat from a heat source to the outer lateral surface or outer surface.
  • the passive thermally conductive element can in particular include or be a hose clamp. 8th
  • the fuel supply line in particular the fuel supply pipe, is connected to the evaporator ferfiguration Economics, suitably welded to the evaporator receiving body.
  • the method according to the invention for operating a mobile heating device in particular for a heating device with an evaporator combustor, in which a complete or partial emptying of a fuel supply line of the heating device takes place, the heating device having a supply pipe with an inlet for introducing fuel and an outlet for discharging fuel fuel to a combustion chamber, the method comprising the following steps: a) initiating the termination of a heating process, b) terminating a fuel feed through the inlet of the feed tube, c) after step b), formation of boiling bubbles in the fuel, in particular at a nucleation surface , and transferring at least part of the fuel contained in the fuel feed line by means of the boiling bubbles into the combustion chamber, d) burning off the transferred part of the fuel in the combustion chamber.
  • the method is particularly usable with the above heating device.
  • the method can also include the following steps, in particular:
  • FIG. 2 exploded drawing of an evaporator receiving arrangement
  • Fig. 3 cross-section through a tube with a nucleation surface on the inner surface of the jacket
  • Fig. 4a cross-section through a tube with a nucleation surface on an additional element
  • Fig. 10 shows an embodiment of a fuel supply line with a Raggvor direction
  • FIG. 11 shows the exemplary embodiment according to FIG. 1, with an enlarged fuel reservoir of the suck-back device and an emptied second zone of the fuel supply line,
  • FIG. 12 shows a further exemplary embodiment of a fuel supply line with a serially or in-line arranged suck-back device
  • FIG. 13 shows the exemplary embodiment according to FIG. 12, with an enlarged fuel reservoir of the serially arranged suck-back device and an emptied second zone of the fuel feed line, and 10
  • FIG. 14 shows an exemplary embodiment of a system comprising a fuel feed line with a high-temperature area and a low-temperature area.
  • the evaporator receiving arrangement comprises an evaporator receiving body 2 and a section of the fuel supply line 4.
  • the evaporator receiving body 2 is designed to receive an evaporator element 3 for distributing and evaporating liquid fuel.
  • An evaporator element 3 can be formed of, for example, a metal mesh or a porous material with a large surface area.
  • the evaporator receiving body 2 has a bottom area 6 and a peripheral wall 8 with a plurality of air supply openings 41 .
  • the air supply openings 41 can be arranged in particular in the peripheral wall 8 in one or more rows.
  • the evaporator element 3 can be inserted and fastened into the evaporator receiving body 2 by means of a fastening element 40 .
  • a Ausneh determination 42 is also provided for a glow plug.
  • the fuel feed line 4 comprises a feed pipe 5.
  • the fuel feed line 4 and the feed pipe 5 can be integrally or cohesively connected to one another.
  • fuel supply line 4 and supply pipe 5 can (initially) represent separate modules that are connected to one another (during assembly).
  • the feed pipe 5 and the fuel feed line 4 can be inserted (inserted) into one another at least in sections and connected in a sealing manner.
  • the feed pipe 5 has an inlet 14 and an outlet 16 .
  • the inlet 14 is provided with a connecting piece 18 and the outlet 16 of the feed pipe 5 opens centrally into the bottom area 6 of the evaporator receiving body 2 .
  • the feed pipe 5 is welded to the evaporator receiving body 2 .
  • the fuel feed line 4, in particular the fuel feed pipe 5, is provided with a nucleation device 20.
  • Fig. 3 shows a first embodiment of a nucleation device 20.
  • the fuel supply pipe 5 has an inner lateral surface 11 and a 11 outer lateral surface 12 on.
  • the inner lateral surface 11 has a nucleation surface 22 .
  • the nucleation surface 22 extends in the circumferential direction over the entire surface of the inner lateral surface.
  • Such a nucleation surface 22 has projections and/or depressions which serve as nucleation sites for the heterogeneous nucleation of gas bubbles, in particular from low-boiling components of the fuel.
  • the nucleation surface 22 is in particular a rough or structured surface, as shown by way of example in FIGS.
  • FIG. 5a to f. 5a shows a surface which is provided with regular structures. This structure essentially has angular structures with peaks. In particular, it can be a knurled surface.
  • Fig. 5b shows a first corrugated surface with a first amplitude and wavelength.
  • FIG. 5c shows another surface provided with regular structures which, in contrast to FIG. 5a, has flattened tips. However, due to the flattening on the surface, the number of nucleation points of each structural unit increases.
  • FIG. 5d shows a surface similar to the surface in FIG. 5b, but with a lower wavelength and amplitude.
  • 5e and 5f show irregular surface structures, which are shown in FIG. 5e essentially with spikes and in FIG. 5f essentially with rounded structures.
  • FIG. 4a shows a further configuration of a fuel feed line.
  • another element 24 is arranged in the form of a displacer wire 26 in the supply pipe 5 at.
  • a displacement wire 26 extends over part or all of the supply pipe 5 and is fixed in place in it.
  • This further element 24 is provided with a nucleation surface 22, which is in particular a rough or structured surface as shown by way of example in FIGS. 5a to f.
  • the nucleation surface can be formed exclusively on the further element 24, or further nucleation surfaces 22, as shown in FIG. 3, can be present.
  • the nucleation surface 22 can be arranged on all surfaces of the displacement wire 26 that extend parallel to a longitudinal axis of the displacement wire 26, or only on part of it, in particular on one side or two sides.
  • the fuel supply line 4 comprises a first supply pipe 5a and a second supply pipe 5b.
  • a component 32 is switched on in the fuel feed line 4 .
  • the component 32 has a cylindrical interior. An inner diameter is shown smaller here 12 than that of the first lead pipe 5a and the second lead pipe 5b. However, this is optional and could also be the same or larger.
  • On an interior surface of device 32 is a nucleation surface 22, as in the previously described embodiments.
  • one or more bodies can be arranged in the component, which are preferably made of glass or ceramic and/or are present in the form of small plates, rods, sleeves, tubes, beads and/or stones.
  • FIG. 6 schematically shows an embodiment of an evaporator receiving device.
  • the evaporator receiving body 2 has a central opening on the bottom, which is covered by the evaporator element 3 .
  • FIG. 7 shows an example of an embodiment in which a heat supply element 28 is arranged on an outer lateral surface 12 of the feed pipe 4 .
  • the heat supply element 28 is designed in particular as a passive element or active heating element 30 .
  • a heat supply element 28 can also be arranged on the outer surface 19 of the connecting piece 18 shown in FIG.
  • the feed pipe 5 can also be connected to the evaporator receiving body 2 in a known manner.
  • the evaporator receiving body 2 can in particular have a pipe connection piece with a connecting device.
  • Reference number 50 designates a fuel source, in particular a metering pump connected to a fuel tank.
  • the fuel supply line 4 is arranged between the fuel source 50 and the heating device 100 .
  • a connecting piece 18 is arranged at an inlet 14 of a feed pipe 5 .
  • the connecting piece 18 is also connected to a flexible line 48 or to a rigid line.
  • the emptying device 10 is arranged in the supply pipe 5 , which here, for example, comprises a component 32 which is connected into the supply pipe 5 .
  • the component 32 can include the nucleation device 20, as also shown in FIG. 4b.
  • the nucleation device 20 can also be provided by nucleation surfaces 22 arranged in the feed pipe 5, as shown, for example, in FIGS. 3 or 4a.
  • the emptying device 10 can also be a heating - 13 - include mezu operationselement 28, which is arranged in particular on the feed pipe 5, for example, alternatively to the component 32 as well.
  • the evaporator receiving body 2 connects.
  • the evaporator receptacle body 2 has a bottom region 6 and a peripheral wall 8.
  • an evaporator element 3 is arranged in the evaporator receptacle body 2.
  • Air supply openings 41 are arranged downstream in the peripheral wall 8 and are used to direct combustion air into the combustion chamber 9 .
  • the combustion air can example, in an area around the supply pipe 5 in an antechamber 43 and then passed through another chamber 44 to the air supply openings 41 and further into the combustion chamber 9 are passed. Heat exchangers and an exhaust gas duct are not shown.
  • the proportions and pipe lengths shown are not limiting, but can be adapted to the actual lengths and proportions.
  • the pipes can also have bends, which can be necessary when laying them, e.g. in the vehicle.
  • FIG. 9 shows the course of the method according to the invention.
  • step a a termination of a heating process is initiated. This can be done, for example, by a user input command or time-controlled.
  • step b the fuel supply through the inlet 14 of the feed pipe 5 is ended det.
  • an upstream metering pump can be switched off or an upstream shut-off valve can be closed.
  • a flow rate of the fuel is reduced.
  • step c) boiling bubbles are formed in the fuel, in particular on a nucleation surface 22, and at least part of the fuel in the fuel feed line is transferred into the combustion chamber 9 by means of the boiling bubbles.
  • boiling bubbles are formed homogeneously by supplying heat, for example via the waste heat from the burner and possibly one or more heat supply elements 28 and/or heterogeneously on the rough or structured nucleation surface 22 . This heating of the fuel only comes into play at the lower flow rate of the fuel.
  • the formation of boiling bubbles leads to an increase in volume of the fuel in the fuel feed line 4, in particular the feed pipe 5, so that fuel flows through the outlet of the feed pipe 5, in particular into an evaporator element. - 14 - is pressed.
  • step d) the transferred part of the fuel is burned in the combustion chamber 9 of the heating device.
  • the fuel supply line is at least partially emptied.
  • FIG. 10 shows an exemplary embodiment of a fuel feed line 4 of a heating device 100 with a suck-back device 60 .
  • the heating device 100 is connected to a fuel source 50 here.
  • the fuel supply line 4 runs from a fuel source 50 to a heater assembly 1.
  • the fuel supply line 4 is designed to run as a fuel supply for the heater assembly 1 from the fuel source 50 to the heating assembly 1 in order to supply the heating device 100 with fuel B from the fuel source 50.
  • the heater assembly 1 and the fuel feed line 4 are designed as described above in the exemplary embodiments.
  • the fuel source 50 includes a fuel tank 51 and a metering pump 52.
  • the fuel tank 51 is filled or can be filled with fuel B.
  • This fuel B can be supplied from the fuel tank 51 with the metering pump 52 to the fuel supply line 4 in order to be conveyed to the heater assembly 1 via the fuel supply line 4 .
  • the fuel feed line 4 has a first zone 4a and a second zone 4b.
  • a separation of the two zones 4a, 4b is illustrated in FIGS. 10 to 14 by a thick dashed black line.
  • the feed pipe with a nucleating device is arranged in zone 4b.
  • the fuel suck-back device 60 which has a fuel reservoir AV, is arranged in the first zone 4a of the fuel feed line.
  • the suck-back device 60 is designed to suck fuel B from the second zone 4b back into the first zone 4a - in particular at least for the most part into the fuel reservoir AV - by means of a change in volume or an increase in volume of the fuel reservoir AV, in order to fill the second zone 4b substantially completely empty (of fuel B).
  • the fuel return device 60 or its fuel reservoir AV is formed by a cavity 61 and a piston 62 that is movably mounted therein.
  • the cavity 61 and the plunger 62 form a device that essentially resembles the principle of a syringe.
  • the fuel B can be sucked out of the second zone 4b in order to essentially completely empty the second zone 4b.
  • the fuel suck-back device 60 can have at least one (electric) actuator—for example a servomotor.
  • the fuel return device 60 can have an (electrical) binary switching device—for example, a magnetic switch—to move the piston 62 or to change the volume of the fuel reservoir AV.
  • an (electrical) binary switching device for example, a magnetic switch
  • the fuel B can be pushed out of the fuel reservoir AV back into the fuel feed line 4 and into the second zone 4b (towards the heater assembly 1) by means of an opposite volume change or reduction in volume of the fuel reservoir AV via a corresponding movement of the piston 62 .
  • the change in volume of the fuel reservoir AV can optionally be controlled in a targeted manner, e.g. by means of a control device, in such a way that an oscillating system is avoided and it can be ensured that essentially all of the fuel is sucked out of (or into) the second zone 4b in a controlled and defined manner is introduced) and/or that no bubbles can form in fuel B when fuel B is sucked back or pushed out.
  • the fuel B is pushed out and/or sucked back in a time window of at least 0.3 s, preferably at least 0.5 s, more preferably at least 1 s. - 16 -
  • an inner diameter of the fuel feed line 4 can vary.
  • an inside diameter of the fuel supply lines 4 can be between 0.5 mm and 4 mm, preferably from 1 mm to 4 mm, more preferably from 1 mm to 3 mm.
  • a distance or line length between the suck-back device 60 and the heater assembly 1 is at most 1 m, preferably at most 0.8 m, more preferably at most 0.6 m.
  • the second zone 4b of the fuel supply line 4 a smaller line volume than the first zone 4a.
  • the maximum change in volume of the fuel reservoir AV is dimensioned such that it contains at least the line volume of the second zone 4b.
  • the fuel suck-back device 60 is connected to the fuel supply line 4 via a single T-connector, for example, in such a way that the fuel reservoir AV forms a partial volume of the fuel supply line 4 .
  • the fuel suck-back device 60 can be integrally formed on the fuel feed line 4 .
  • FIG. 11 shows the exemplary embodiment of the fuel feed line 4 with a suck-back device 60 described above in connection with FIG. 10 in a different state.
  • 2 shows a state of the fuel feed line 4 in which all of the fuel B has been sucked out of the second zone 4b of the fuel feed line 4 back into the first zone 4a.
  • the major part of the sucked-back fuel B is taken up in the fuel reservoir AV of the suck-back device 60 .
  • a significant proportion of the sucked-back fuel B means at least 80%, preferably at least 90%, more preferably at least 95% of the line volume of the second section 4b. - 17 -
  • the fuel B By reducing the volume of the fuel reservoir AV, the fuel B can be pushed back into the second zone 4b of the fuel feed line 4 in order to start a heating process with the heater assembly 1 .
  • the fuel recirculation device 60 may be located near a connection to the fuel source 50, particularly near the metering pump 52.
  • the second zone 4b of the fuel feed line 4 is formed by an entire line section between the heater assembly 1 and the metering pump 52 .
  • an entire line section between Schuerbau group 1 and metering pump 52 can be completely emptied by means of the fuel return device 60 surfaces inommetli.
  • Fig. 12 shows a further exemplary embodiment of a fuel supply line 4 with an alternative design of a suck-back device 60.
  • the fuel supply line 4 has a suction device 60 which is formed by a (reversibly) deformable supply line section 63 in the fuel supply line 4 .
  • the deformable lead portion 63 has a shape memory device such as a shape memory alloy on a corresponding jacket portion of the fuel lead 4 .
  • a shape memory device such as a shape memory alloy on a corresponding jacket portion of the fuel lead 4 .
  • the corresponding casing section of the fuel feed line 4 (directly) can consist of or be formed from the shape memory device.
  • the deformable feed line section 63 has at least one piezoelectric switching device for changing the volume of the fuel reservoir AV.
  • the deformable lead portion 63 is configured to change its shape (based on a received electrical signal) and thus its volume. - 18 -
  • the deformable feed line section 63 can thus form or enlarge or reduce a fuel reservoir AV (serially in the fuel feed line 4).
  • a possible enlargement of the deformable feed line section 63 or of the corresponding fuel reservoir AV is indicated by dashed lines.
  • a change in volume or an increase in the deformable feed section 63 or its fuel reservoir AV allows fuel B to be sucked back from the second zone 4b of the fuel feed line 4 into the first zone 4a (particularly largely into the fuel reservoir AV).
  • the fuel supply line 4 can be designed with a suction device 60 as a single, unbranched fluid line.
  • Fig. 13 the fuel feed line 4 according to the embodiment of FIG. 12 is shown in a state with an enlarged fuel reservoir or enlarged deformable feed line section 63.
  • a significant proportion of the sucked-back fuel B means at least 80%, preferably at least 90%, more preferably at least 95% of the line volume of the second section 4b.
  • the fuel B By reducing the volume of the fuel reservoir AV, the fuel B can be pushed back into the second zone 4b of the fuel feed line 4 in order to start a heating process with the heater assembly 1 .
  • FIG. 14 shows an exemplary embodiment of a heating device 100 with a heater assembly 1 and a fuel feed line 4, which are arranged in a system.
  • the system can be part of a (motor) vehicle, for example. - 19 -
  • the heater 100 like the system, has a high temperature area HT and a low temperature area NT.
  • the high-temperature area HT is characterized in that the devices or devices that produce waste heat are arranged in this high-temperature area. In particular, such that a temperature in the high-temperature range HT is above a boiling point of the fuel B used.
  • the heater assembly 1 is arranged in the high-temperature region HT.
  • the high-temperature area HT can have further heat-radiating devices 70, 80, such as a vehicle engine.
  • the low-temperature range NT is characterized in that a predominantly prevailing temperature therein is below a boiling point of the boiling range of the fuel B used.
  • the second zone 4b of the fuel supply line 4 is thus so long that during operation of the heater assembly 1 a boiling point or boiling range of the fuel B used can be reached at least temporarily.
  • the first zone 4a is at such a distance from the heater assembly 1 and possibly other heat sources that a temperature predominantly prevailing therein is below a boiling point or boiling range of the fuel B used.
  • the fuel feed line 4 includes a suction device 60 in the first zone 4a.
  • the suck-back device 60 is designed to suck fuel B from the second zone 4b back into the first zone 4a - in particular at least for the most part into the fuel reservoir AV - by means of a change in volume or an increase in volume of the fuel reservoir AV, in order to fill the second zone 4b substantially completely empty (of fuel B).
  • the suck-back device 60 can suck the fuel B back from a high-temperature area HT into a low-temperature area NT.
  • the fuel source 50 is arranged in the low-temperature area NT in FIG. 15, it may alternatively be outside the low-temperature area NT.
  • decision 20 dend is (only) the arrangement of the suck-back device 60 in the/a low-temperature range NT.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mobile Heizvorrichtung (100), insbesondere mobile Fahrzeugheizvorrichtung, umfassend eine Heizerbaugruppe (1) mit einer Brennkammer (9) und eine Brennstoffzuleitung (4) zum Zuführen flüssigen Brennstoffs zur Heizerbaugruppe (1), wobei die Heizerbaugruppe (1) insbesondere eine Verdampferaufnahmeanordnung für die Verdampfung von flüssigem Brennstoff umfassend einen Verdampferaufnahmekörper (2) zum Aufnehmen eines Verdampferelements (2) zum Verteilen und Verdampfen flüssigen Brennstoffs (B) umfasst, wobei die Brennstoffzuleitung (4) ein Zuleitungsrohr (5) mit einem Eingang (14) zum Eingeben von Brennstoff und einem Ausgang (16) zum Ausgeben von Brennstoff zur Brennkammer (9) umfasst, wobei die Brennstoffzuleitung (4) weiterhin eine Entleerungseinrichtung (10) zur teilweisen oder vollständigen Entleerung der Brennstoffzuleitung (4) durch den Ausgang (16) aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer mobilen Heizvorrichtung.

Description

- 1 -
Mobile Heizvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer mobilen Heizvorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine mobile Heizvorrichtung mit einer Brennstoffzuleitung und ein Verfahren zum Betreiben einer mobilen Heizvorrichtung.
Brenner, insbesondere Verdampferbrenner, werden insbesondere in mit flüssigem Kraft stoff betriebenen Stand- und /oder Zusatzheizungen, insbesondere für Fahrzeuge, einge setzt. In solchen Verdampferbrennern wird flüssiger Brennstoff über eine Brennstoffzufuhr leitung in einen Verdampfer eingeleitet. Als Verdampfer selbst können z. B. Metallfaser vliese eingesetzt werden. Der Verdampfer saugt sich insbesondere über Kapillarwirkung mit flüssigem Brennstoff voll und verteilt flüssigen Brennstoff. Mittels der Wärme, die durch einen Glühstift oder ein Zündelement bereitgestellt wird, wird flüssiger Brennstoff ver dampft und gezündet, so dass eine Verbrennung des Brennstoffes unter Zufuhr von Luft erfolgen kann. Dazu sind Luftzufuhröffnungen in einer Umfangswandung angeordnet. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der DE 102018 111 636 A1 bekannt.
Die DE 102018 104517 offenbart ein Verbrennungsluftgebläse, insbesondere für ein Sei tenkanalgebläse für ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät, umfassend ein Geblä segehäuse, wobei in dem Gebläsegehäuse ein von zu fördernder Verbrennungsluft durch- strömbarer Luftströmungsraum gebildet ist und über einen Eintrittsbereich in den Luftströ mungsraum strömende Luft zu einem ein Förderrad umfassenden Förderbereich strömt, wobei in dem Luftströmungsraum wenigstens ein Kohlenwasserstoffspeicherelement zur Speicherung von im Luftströmungsraum vorhandenem gasförmigem Kohlenwasserstoff angeordnet ist. Der Kohlenwasserstoffspeicher dient dazu, dass bei deaktiviertem Fahr zeugheizgerät und einem entsprechend deaktiviertem Verbrennungsluftgebläse Kohlen wasserstoff absorbiert wird und somit nicht als unverbrannter Brennstoff nach außen ge langt. 2
Die DE 10 2004 041 202 C5 offenbart ein Verfahren zum Abschalten eines Kraftfahrzeug heizgeräts, durch welches eine Qualmentwicklung und Geruchsbelästigung bei Start der Fahrzeugheizung vermieden werden soll. Dabei wird ein Kraftstoff in der Kraftstoffleitung bei abgeschalteter Dosierpumpe erwärmt und während einer frühen Ausbrennphase ab gebrannt. Zur Erwärmung wird eine in der Kraftstoffzuführung vorgesehene Heizwendel vorgeschlagen.
Aus der DE 10 2014 103 815 A1 ist ein Verdampferverbrenner für ein mobiles Heizgerät bekannt. Der Verdampfer weist einen Trägerkörper aus einem nichtporösem Material auf, der mit einer dem Brennraum zugewandten Seite mit flüssigem Brennstoff in Berührung kommt. Diese Seite ist eine Brennstoffaufbereitungsoberfläche. Die Brennstoffaufberei tungsoberfläche weist eine Oberflächenstrukturierung auf. Als Oberflächenstrukturierung kann die Brennstoffaufbereitungsoberfläche beispielweise längliche Rille und Erhebungen als rippenartige Vorsprünge umfassen. Die Brennstoffaufbereitungsoberfläche kann so wohl senkrecht als auch parallel zu einer Bodenseite der Verdampferaufnahme angeord net sein.
Die DE 8403269 U1 offenbart in einer Zuleitung eines Heizgeräts mit einer Brennkammer eine drahtförmige Drossel einzusetzen. Eine solche Drossel ist durch einen glatten Draht gebildet und dient insbesondere dazu einen verbleibenden Querschnitt der Zuleitung zu verringern und somit die Strömungsgeschwindigkeit im Betrieb zu erhöhen und eine Dampfblasenbildung zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte mobile, brennstoffbetriebene Heizvorrich tung anzugeben, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer mobilen Heizvorrichtung anzu geben. Insbesondere sollen Undefinierte Zustände während Betrieb und Ruhephase der Heizvorrichtung vermieden werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird hinsichtlich der mobilen Heizvorrichtung durch die Merk male des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 14 gelöst. Zweckdienliche Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprü chen.
Die erfindungsgemäße mobile Heizvorrichtung umfasst eine Heizerbaugruppe mit einer Brennkammer und eine Brennstoffzuleitung. Die Brennstoffzuleitung ist zum Zuführen von Brennstoff zur Heizerbaugruppe, insbesondere zu deren Brennkammer geeignet. Die 3
Brennstoffzuleitung umfasst ein Zuleitungsrohr mit einem Eingang zum Eingeben von Brennstoff und einem Ausgang zum Ausgeben von Brennstoff zur Brennkammer. Die Brennstoffzuleitung umfasst weiterhin eine Entleerungseinrichtung zur teilweisen oder vollständigen Entleerung der Brennstoffzuleitung durch den Ausgang. Mittels der Entleer vorrichtung kann insbesondere bei Beendigung des Heizvorgangs, wenn kein Brennstoff mehr durch den Eingang zugeführt wird, die Brennstoffzuleitung entleert werden. Somit wird die Brennstoffzuleitung für einen Ruhezustand in einen Zustand versetzt, in dem eine unkontrollierte Entleerung vermieden wird. Somit wird zum einen eine Verdunstungsemis sion, insbesondere eine Verdunstungsemission von Kohlenwasserstoffen, vermieden als auch eine Qualmentwicklung oder Geruchsbelästigung bei einem erneuten Start der Heiz vorrichtung vermieden. Bei dem Zuleitungsrohr kann es sich sowohl um ein gerades als auch ein gebogenes beziehungsweise mit Biegungen versehenes Rohr handeln. Die Ent leervorrichtung ist insbesondere so ausgelegt, dass sie bei einem typischen Brenn stoffdurchfluss während des normalen Betriebs der Heizvorrichtung funktionslos ist und erst bei stromaufwärtiger Absperrung eines Brennstoffzuflusses eine Funktion entfaltet.
Bei der Heizvorrichtung kann es sich insbesondere um eine Heizvorrichtung mit Ver dampferverbrenner handeln. In dieser Ausführung weist die Heizerbaugruppe eine Ver dampferaufnahmeanordnung für die Verdampfung von flüssigem Brennstoff auf. Die Ver dampferaufnahmeanordnung umfasst einen Verdampferaufnahmekörper zum Aufnehmen eines Verdampferelements zum Verteilen und Verdampfen von flüssigem Brennstoff.
Bei der Heizvorrichtung kann es sich um eine Fahrzeugheizvorrichtung handeln.
Ein Verdampferelement kann zum Beispiel ein Metallgitter, ein Vlies aus Metall und/oder Gesteinsfasern und/oder ein poröses Material aufweisen oder daraus bestehen. Solche Materialien bilden effektiv eine große Oberfläche aus, an der flüssiger Brennstoff ver dampfen kann. Der Verdampferaufnahmekörper weist einen Bodenbereich und eine Um fangswandung mit einer Mehrzahl von Luftzufuhröffnungen auf. Die Luftzufuhröffnungen können insbesondere in einer Umfangswandung in einer oder mehreren Reihen angeord net sein.
Im Verdampferaufnahmekörper ist zweckmäßigerweise eine Aufnahme für einen Glühstift vorgesehen, mittels dessen der verdampfte Brennstoff gezündet werden kann. Dieser Glühstift bzw. die durch den Verbrennungsprozess hervorgerufene Wärmefreisetzung und - 4 -
Wärmeleitung dient auch als Wärmequelle, die auch den durch die Brennstoffzuleitung fließenden Brennstoff erwärmt.
Die Entleerungseinrichtung umfasst zweckmäßigerweise eine Nukleationseinrichtung, welche zur Bildung von Siedeblasen zumindest eine raue und/oder strukturierte Nuklea- tionsoberfläche umfasst. Die raue und/oder strukturierte Nukleationsoberfläche umfasst insbesondere Erhebungen und/oder Vertiefungen mit einer Höhe von mindestens 0,006 mm. Durch die raue und/oder strukturierte Nukleationsoberfläche wird eine hetero gene Keimbildung von Gasblasen aus dem flüssigen Brennstoff, insbesondere aus den leicht siedenden Brennstoffanteilen, bewirkt. Diese Funktion wird erst bei einer gegenüber einem Funktionszustand der Heizvorrichtung reduzierten Durchflussgeschwindigkeit des Brennstoffs durch eine längere Verweilzeit des Brennstoffs an der Nukleationsoberfläche (bei gegebener Temperatur) erreicht. Durch die längere Verweilzeit erhitzt sich der Brenn stoff auf eine höhere Temperatur als während des normalen Betriebs, so dass Gasblasen gebildet werden können. Dazu kann insbesondere ein Ausbrennen nach stromaufwärtiger Absperrung des Brennstoffflusses erfolgen, bei dem ein Brennluftgebläse der Heizerbau gruppe weiter betrieben wird und verbliebener sowie in der Folge ausgeschobener Brenn stoff weiterhin verbrannt wird. Die Gasblasen schieben auch flüssige Anteile des Brenn stoffes aus der Brennstoffzuleitung aus, so dass zumindest eine teilweise Entleerung der Brennstoffzuleitung erfolgt.
Die Nukleationseinrichtung kann in einer Ausgestaltung als separates Bauteil ausgestaltet sein, welches zwischen zwei Teilstücke der Brennstoffzuleitung zwischengeschaltet ist oder als Ausgang der Brennstoffzuleitung ausgestaltet ist. So kann die Nukleationseinrich tung zum Beispiel ein Bauteil sein, welches zwischen zwei Zuleitungsrohrabschnitten an geordnet ist.
In einer Ausgestaltung ist die Nukleationsoberfläche auf einer inneren Mantelfläche des Zuleitungsrohrs und/oder auf einer inneren Oberfläche eines am Eingang des Zuleitungs rohrs angeordneten Anschlussstutzens angeordnet. Die Nukleationsoberfläche erstreckt sich insbesondere über die gesamte innere Mantelfläche des Zuleitungsrohrs. Alternativ kann die Nukleationsoberfläche auch nur in einem Teilbereich der inneren Mantelfläche, zum Beispiel in einem eingangsnahen Bereich des Zuleitungsrohres angeordnet sein. Da zu können beispielsweise auch Rippen auf die innere Mantelfläche aufgesetzt sein und/oder Querschnittssprünge des Zuleitungsrohrs vorgesehen sein. Die Nukleationsober fläche erstreckt sich zweckmäßigerweise zumindest über eine Länge von zumindest 0,3 - 5 - cm, insbesondere zumindest 0,5 cm, insbesondere zumindest 0,8 cm entlang der Fließ richtung des Brennstoffes. Über die Positionierung der Nukleationsoberfläche in der Brennstoffzuleitung, insbesondere im Zuleitungsrohr oder Anschlussstutzen kann ein Ent leerungsgrad der Brennstoffzuleitung gesteuert werden, da mittels der Nukleationsoberflä che eine Entleerung im Bereich der Nukleationsoberfläche und stromabwärts der Nuklea tionsoberfläche erfolgt. Zweckmäßigerweise erstreckt sich die Nukleationsoberfläche ab schnittsweise oder ganz entlang des gesamten Umfangs des Zuleitungsrohres in Um fangsrichtung. Die Nukleationsoberfläche kann als eine oder mehrere überwiegend in Längsrichtung ausgerichtete Störungen einer ansonsten hinreichend glatten Ober- oder Mantelfläche, z.B. in Form einer oder mehrerer Längsriefen, ausgebildet sein.
Der optional vorgesehene Anschlussstutzen ist insbesondere mit einem Rückschlagventil, z.B. in Form eines Druckbegrenzungsventils oder Überdruckablassventils, versehen, um ein unbeabsichtigtes Ausfließen von Brennstoff zu verhindern. Weiterhin kann eine Ab sperrvorrichtung und/oder Rücksaugvorrichtung in der Brennstoffzuleitung vorzugsweise stromaufwärts des Zuleitungsrohrs vorgesehen sein
Die Nukelationsoberfläche ist insbesondere in einem Nahbereich zum Ausgang angeord net, wobei der Nahbereich insbesondere maximal 1,10 m, insbesondere maximal 1 m, insbesondere maximal 0,9 m vom Ausgang entfernt ist. Bei dem Ausgang selbst kann es sich um einen Bereich handeln, in dem das Brennstoffzuleitungsrohr mit der eigentlichen Heizvorrichtung, insbesondere einer Wandung der Brennkammer oder einem Verdamp feraufnahmekörper fix oder lösbar verbunden ist. Bei einer fixen Verbindung handelt es sich insbesondere um eine Schweißverbindung. Für eine alternative lösbare Verbindung kann am Ausgang der Brennstoffzuleitung insbesondere ein Anschlussstutzen, ein Schnellverschluss oder ein Schraubverschluss vorgesehen sein.
In einerweiteren Ausgestaltung ist in der Brennstoffzuleitung, insbesondere im Zuleitungs rohr, ein weiteres Element angeordnet, welches die Nukleationsoberfläche alternativ oder als weitere Nukleationsoberfläche zusätzlich aufweist. Das weitere Element ist insbeson dere als Verdrängerdraht ausgebildet. Ein solcher Verdrängerdraht wird grundsätzlich da für eingesetzt, einen Querschnitt der Brennstoffzuleitung zu verringern und somit eine Fließgeschwindigkeit des Brennstoffes bei eingeschalteter Heizeinrichtung zu erhöhen. Durch die Nukleationsoberfläche auf dem Verdrängerdraht kann bei Beendigung des Heizvorgangs eine zumindest teilweise Entleerung der Brennstoffzuleitung erzielt werden. Insbesondere kann der Draht ein Flachdraht, d.h. geplätteter Runddraht, aufgerauter 6
Draht, Draht mit Riefen oder Kerben, gerändelter Draht, Mehrkantdraht, Profildraht, che misch oder elektrochemisch behandelter Draht, z.B. geätzter Draht oder beschichteter Draht, sein.
Die Nukleationsoberfläche ist zweckmäßigerweise mittels mechanischer Verformung und/oder mittels Aufbringen einer Beschichtung und/oder mittels Fräsen und/oder mittels eines Ätzprozesses erzeugt worden. Es handelt sich somit beispielsweise um eine me chanisch oder chemisch aufgeraute Oberfläche. Die Nukleationsoberfläche kann mit Rie fen oder Kerben versehen sein, welche insbesondere mechanisch eingebracht worden sind. Die Nukleationsoberfläche kann durch eine direkte Behandlung der aufzurauenden Oberfläche erzeugt werden oder indirekt durch eine Verformung, insbesondere des Ver drängerdrahtes, bei der auf einer Mantelfläche oder Oberfläche gezielt Risse erzeugt wer den. Weiterhin kann es sich wie oben beschrieben um einen gerändelten Draht oder um einen Mehrkantdraht, z.B. sternförmigen Draht, handeln. Bei den Strukturen kann es sich um regelmäßige oder unregelmäßige Strukturen handeln.
In einer Ausgestaltung mit einem separaten Bauteil, welches in die Brennstoffzuleitung eingeschaltet ist, weist das Bauteil also einen Eingang auf, welcher mit einem ersten Ab schnitt der Brennstoffzuleitung, insbesondere einem ersten Zuleitungsrohr verbunden ist. Weiterhin weist das Bauteil einen Ausgang auf, welcher mit einem zweiten Abschnitt der Brennstoffzuleitung, insbesondere einem zweiten Zuleitungsrohr verbunden ist. Erster und zweiter Abschnitt des Zuleitungsrohrs sind somit durch das Bauteil fluidverbunden. Bei dem Bauteil kann es sich insbesondere um ein schalenförmiges Gehäuse, welches vor zugsweise zumindest abschnittsweise zylindrisch ist, handeln. Eine innere Oberfläche des Bauteils kann als Nukleationsoberfläche dienen. Alternativ oder zusätzlich können in dem Bauteil ein oder mehrere Körper angeordnet sein, welche vorzugsweise aus Glas oder Keramik gebildet sind und/oder in Form von Plättchen, Stäbchen, Hülsen, Röhrchen, Per len und/oder Steinen vorliegen. Die Nukleationsoberfläche kann somit die Oberfläche oder Mantelfläche der Körper umfassen. Alternativ oder zusätzlich können die Körper Teil des oben beschriebenen weiteren Elements sein.
Die Entleerungseinrichtung kann alternativ oder zusätzlich ein Wärmezuführelement um fassen, welches an einer äußeren Mantelfläche des Zuleitungsrohrs und/oder an einer Außenfläche eines am Eingang des Zuleitungsrohrs angeordnete Anschlussstutzens an geordnet ist. Durch die Zuführung von Wärme wird die Temperatur erhöht, und somit die heterogene und homogene Keimbildung von Siedeblasen erleichtert. 7
Das Wärmezuführelement umfasst in einer Alternative ein aktives Heizelement, z.B. in Form einer Heizmanschette.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Brennstoffzuleitung für eine Brennstoffversorgung der Heizvorrichtung von einer Brennstoffquelle zu der Heizvorrichtung verlaufend ausge bildet und weist eine erste und eine zweite Zone auf. Die Brennstoffzuleitung in der ersten Zone weist eine Rücksaugvorrichtung auf, die ein Brennstoffreservoir umfasst, wobei die Rücksaugvorrichtung dazu ausgebildet ist, mittels einer Volumenänderung des Brennstoff reservoirs, Brennstoff aus der zweiten Zone, insbesondere vollständig, in die erste Zone zurück zu saugen. Das Brennstoffzuleitungsrohr der obigen Ausgestaltungen ist insbe sondere ausschließlich in der zweiten Zone der Brennstoffzuleitung angeordnet.
Das Brennstoffreservoir ist zweckmäßigerweise durch mindestens einen Hohlraum sowie mindestens einen beweglichen Kolben ausgebildet, derart, dass der aus der zweiten Zone zurückgesaugte Brennstoff zumindest teilweise in dem Brennstoffreservoir aufnehmbar ist. Dazu weist die Rücksaugvorrichtung zweckmäßigerweise einen Aktuator, insbesondere mit Stellmotor oder Binärschalteinrichtung zur Volumenänderung des Brennstoffreservoirs auf.
Alternativ ist das Brennstoffreservoir durch mindestens einen verformbaren Zuleitungsab schnitt, der vorzugsweise seriell in der Brennstoffzuleitung angeordnet ist, ausgebildet, derart, dass der aus der zweiten Zone zurückgesaugte Brennstoff zumindest teilweise in dem Brennstoffreservoir aufnehmbar ist. Dabei kann der verformbare Zuleitungsabschnitt eine Formgedächtniseinrichtung und/oder piezoelektrische Schalteinrichtung umfassen.
Die Rücksaugvorrichtung umfasst in einer Ausgestaltung eine Steuerung oder ist mit einer solchen verbunden. Die Steuerung ist insbesondere dazu geeignet, ein mögliches Über schwingen des Systems bei der Brennstoffrücksaugung zu dämpfen bzw. zu unterdrü cken.
Das Wärmezuführelement umfasst in einer anderen oder zusätzlichen Alternative ein pas sives wärmeleitfähiges Element, welches Wärme von einer Wärmequelle zur äußeren Mantelfläche oder Außenfläche leitet. Das passive wärmeleitfähige Element kann insbe sondere eine Schlauchschelle umfassen oder sein. 8
Die Brennstoffzuleitung, insbesondere das Brennstoffzuleitungsrohr, ist mit dem Verdamp feraufnahmekörper verbunden, zweckmäßigerweise mit dem Verdampferaufnahmekörper verschweißt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer mobilen Heizvorrichtung, insbe sondere für eine Heizvorrichtung mit einem Verdampferverbrenner, bei dem eine vollstän dige oder teilweise Entleerung einer Brennstoffzuleitung der Heizvorrichtung erfolgt, wobei die Heizvorrichtung ein Zuleitungsrohr mit einem Eingang zum Eingeben von Brennstoff und einen Ausgang zum Ausgeben von Brennstoff zu einer Brennkammer umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Einleiten der Beendigung eines Heizvorgangs, b) Beenden einer Brennstoffzufuhr durch den Eingang des Zuleitungsrohrs, c) Nach Schritt b), Bildung von Siedeblasen im Brennstoff, insbesondere an einer Nukleationsoberfläche, und Überführen zumindest eines Teils des in der Brenn stoffzuleitung befindlichen Brennstoffes mittels der Siedeblasen in die Brennkam mer, d) Abbrennen des überführten Teils des Brennstoffes in der Brennkammer.
Das Verfahren ist insbesondere mit der obigen Heizvorrichtung verwendbar.
Das Verfahren kann weiterhin, insbesondere nachfolgend, die Schritte umfassen:
Rücksaugen von in einer zweiten Zone der Brennstoffzuleitung verbliebenem Brennstoff in eine erste Zone der Brennstoffzuleitung, durch eine Volumenänderung eines Brennstoffreservoirs, das in der ersten Zone der Brennstoffzuleitung angeordnet ist, sowie optional nach dem Rücksaugen
Einleiten eines weiteren Heizvorgangs mit der Heizvorrichtung;
Ausschieben des Brennstoffs aus dem Brennstoffreservoir in die Brennstoffzulei tung; und
Abbrennen zumindest eines Teils des ausgeschobenen Brennstoffes, insbesonde re des ganzen ausgeschobenen Brennstoffes.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils in einer Prinzipskizze:
Fig. 1 Verdampferaufnahmeanordnung in einer ersten Ausgestaltung, - 9 -
Fig. 2 Explosionszeichnung einer Verdampferaufnahmeanordnung,
Fig. 3 Querschnitt durch ein Rohr mit einer Nukleationsoberfläche an der Mantel innenfläche,
Fig. 4a Querschnitt durch ein Rohr mit einer Nukleationsoberfläche an einem zu sätzlichen Element,
Fig. 4b Querschnitt durch ein Rohr mit einem zwischengeschalteten Bauteil mit Nukleationsoberfläche,
Fig. 5 Beispiele von Oberflächenmodifikationen,
Fig. 6 Verdampferaufnahmeanordnung in einer zweiten Ausgestaltung,
Fig. 7 Verdampferaufnahmeanordnung in einer dritten Ausgestaltung,
Fig. 8 Heizvorrichtung, und
Fig. 9 Verfahrensablauf
Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzuleitung mit einer Rücksaugvor richtung,
Fig. 11 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, mit vergrößertem Brennstoffreser voir der Rücksaugvorrichtung und entleerter zweiter Zone der Brennstoffzu leitung,
Fig. 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzuleitung mit einer seriell bzw. in-line angeordneten Rücksaugvorrichtung,
Fig. 13 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12, mit vergrößertem Brennstoffreser voir der seriell angeordneten Rücksaugvorrichtung und entleerter zweiter Zone der Brennstoffzuleitung, und 10
Fig. 14 ein Ausführungsbeispiel eines Systems umfassend eine Brennstoffzuleitung mit einem Hochtemperaturbereich und einem Niedertemperaturbereich.
Fig. 1 zeigt eine Verdampferaufnahmeanordnung als Teil einer Heizvorrichtung 100 in einer ersten Ausgestaltung. Die Verdampferaufnahmeanordnung umfasst einen Verdamp feraufnahmekörper 2 und einen Abschnitt der Brennstoffzuleitung 4. Der Verdampferauf nahmekörper 2 ist zum Aufnehmen eines Verdampferelements 3 zum Verteilen und Ver dampfen flüssigen Brennstoffs ausgelegt. Ein Verdampferelement 3 kann zum Beispiel aus einem Metallgitter oder einem porösen Material mit einer großen Oberfläche gebildet sein. Der Verdampferaufnahmekörper 2 weist einen Bodenbereich 6 und eine Umfangs wandung 8 mit einer Mehrzahl von Luftzufuhröffnungen 41 auf. Die Luftzufuhröffnungen 41 können insbesondere in der Umfangswandung 8 in einer oder mehreren Reihen ange ordnet sein.
Das Verdampferelement 3 kann, wie in der Explosionszeichnung in Fig. 2 dargestellt, mit tels eines Befestigungselements 40 in den Verdampferaufnahmekörper 2 eingelegt und befestigt werden.
In der Umfangswandung 8 des Verdampferaufnahmekörpers 2 ist weiterhin eine Ausneh mung 42 für einen Glühstift vorgesehen.
Die Brennstoffzuleitung 4 umfasst ein Zuleitungsrohr 5. Dabei können die Brennstoffzulei tung 4 und das Zuleitungsrohr 5 in einem Ausführungsbeispiel integral bzw. stoffschlüssig miteinander verbunden sein. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können Brenn stoffzuleitung 4 und Zuleitungsrohr 5 (zunächst) separate Module darstellen, die (bei der Montage) miteinander verbunden werden. Beispielsweise können Zuleitungsrohr 5 und Brennstoffzuleitung 4 zumindest abschnittsweise in einander eingeführt (eingesteckt) wer den und abdichtend verbunden werden. Das Zuleitungsrohr 5 weist einen Eingang 14 und einen Ausgang 16 auf. Der Eingang 14 ist mit einem Anschlussstutzen 18 versehen und der Ausgang 16 des Zuleitungsrohrs 5 mündet zentral in den Bodenbereich 6 des Ver dampferaufnahmekörpers 2. In der dargestellten Ausführungsform ist das Zuleitungsrohr 5 mit dem Verdampferaufnahmekörper 2 verschweißt.
Die Brennstoffzuleitung 4, insbesondere das Brennstoffzuleitungsrohr 5, ist mit einer Nuk- leationseinrichtung 20 versehen. Fig. 3 zeigt eine erste Ausgestaltung einer Nukleations- einrichtung 20. Das Brennstoffzuleitungsrohr 5 weist eine innere Mantelfläche 11 und eine 11 äußere Mantelfläche 12 auf. Die innere Mantelfläche 11 weist eine Nukleationsoberfläche 22 auf. In der hier gezeigten Darstellung erstreckt sich die Nukleationsoberfläche 22 in Umfangsrichtung vollflächig über die innere Mantelfläche. Eine solche Nukleationsoberflä che 22 weist Vorsprünge und/oder Vertiefungen auf, welche als Keimstellen zur heteroge nen Nukleation von Gasblasen, insbesondere aus leichtsiedenden Bestandteilen des Brennstoffs, dienen. Die Nukleationsoberfläche 22 ist insbesondere eine wie in Fig. 5 a bis f beispielhaft dargestellte raue oder strukturierte Oberfläche. Dabei zeigt Fig. 5a eine Oberfläche, die mit regelmäßigen Strukturen versehen ist. Diese Struktur weist im We sentlichen kantige Strukturen mit Spitzen auf. Es kann sich dabei insbesondere um eine gerändelte Oberfläche handeln. Fig. 5b zeig eine erste gewellte Oberfläche mit einer ers ten Amplitude und Wellenlänge. Fig. 5c zeigt eine weitere mit regelmäßigen Strukturen versehene Oberfläche, welche im Gegensatz zur Fig. 5a abgeflachte Spitzen hat. Durch die Abflachung an der Oberfläche erhöht sich jedoch die Anzahl der Nukleationspunkte jeder Struktureinheit. Fig. 5d zeigt eine Oberfläche ähnlich der Oberfläche in Fig. 5b, je doch mit einer geringeren Wellenlänge und Amplitude.
Fig. 5e und 5f zeigen unregelmäßige Oberflächenstrukturen, welche in Fig. 5e im Wesent lichen mit Zacken und in Fig. 5f im Wesentlichen mit abgerundeten Strukturen dargestellt sind.
Fig. 4a zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Brennstoffzuleitung. In dieser Ausgestaltung ist ein weiteres Element 24 in Form eines Verdrängerdrahtes 26 im Zuleitungsrohr 5 an geordnet. Ein solcher Verdrängerdraht 26 erstreckt sich über einen Teil oder das gesamte Zuleitungsrohr 5 und ist in diesem ortsfest befestigt. Dieses weitere Element 24 ist mit einer Nukleationsoberfläche 22 versehen, welche insbesondere eine wie in Fig. 5 a bis f beispielhaft dargestellte raue oder strukturierte Oberfläche ist. Dabei kann ausschließlich auf dem weiteren Element 24 die Nukleationsoberfläche ausgebildet sein, oder es können weitere Nukleationsoberflächen 22, wie in Fig. 3 dargestellt vorhanden sein. Die Nuklea tionsoberfläche 22 kann auf allen Oberflächen des Verdrängerdrahtes 26, die sich parallel zu einer Längsachse des Verdrängerdrahtes 26 erstrecken, angeordnet sein, oder nur auf einem Teil davon, insbesondere einseitig oder zweiseitig.
Fig. 4b zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Brennstoffzuleitung. In dieser Ausgestaltung umfasst die Brennstoffzuleitung 4 ein erstes Zuleitungsrohr 5a und ein zweites Zuleitungs rohr 5b. In die Brennstoffzuleitung 4 ist ein Bauelement 32 eingeschaltet. Das Bauelement 32 hat einen zylindrischen Innenraum. Ein innerer Durchmesser ist hier geringer darge- 12 stellt als der des ersten Zuleitungsrohrs 5a und des zweiten Zuleitungsrohrs 5b. Dieses ist jedoch optional und könnte auch gleich oder größer sein. Auf einer inneren Oberfläche des Bauelements 32 ist eine Nukleationsoberfläche 22, wie bei den vorherbeschriebenen Ausgestaltungen. Alternativ oder zusätzlich können in dem Bauteil ein oder mehrere Kör per angeordnet sein, welche vorzugsweise aus Glas oder Keramik gebildet sind und/oder in Form von Plättchen, Stäbchen, Hülsen, Röhrchen, Perlen und/oder Steinen vorliegen.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Ausgestaltung von einer Verdampferaufnahmeeinrichtung. Der Verdampferaufnahmekörper 2 weist bodenseitig eine zentrale Öffnung auf, welche von dem Verdampferelement 3 überlagert wird. Dabei ist das Zuleitungsrohr 5 der Brenn stoffzuleitung 4 in Fig. 6 am Ausgang 16 des Zuleitungsrohrs 5 direkt mit dem Bodenbe reich 6 des Verdampferaufnahmekörpers 2 verschweißt.
Fig. 7 zeigt beispielhaft eine Ausgestaltung in der an einer äußeren Mantelfläche 12 des Zuleitungsrohrs 4 ein Wärmezuführelement 28 angeordnet ist. Das Wärmezuführelement 28 ist insbesondere als passives Element oder aktives Heizelement 30 ausgestaltet. Alter nativ kann ein Wärmezuführelement 28 auch an der in Fig. 1 dargestellten Außenfläche 19 des Anschlussstutzens 18 angeordnet sein. Neben der gezeigten einstückigen Ausgestal tung von Verdampferaufnahmekörper 2 und Zuleitungsrohr 5 kann das Zuleitungsrohr 5 auch in bekannter Weise mit dem Verdampferaufnahmekörper 2 verbunden sein. Dazu kann der Verdampferaufnahmekörper 2 insbesondere ein Rohranschlussstück mit einer Verbindungsvorrichtung aufweisen.
Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung 100 mit einer Heizerbaugruppe 1 mit einem Verdampferverbrenner. Mit dem Bezugszeichen 50 ist eine Brennstoffquelle, insbe sondere eine mit einem Brennstofftank verbundene Dosierpumpe bezeichnet. Zwischen Brennstoffquelle 50 und Heizvorrichtung 100 ist die Brennstoffzuleitung 4 angeordnet. Ein Anschlussstutzen 18 ist an einem Eingang 14 eines Zuleitungsrohrs 5 angeordnet. Der Anschlussstutzen 18 ist weiterhin mit einer flexiblen Leitung 48 oder mit einer starren Lei tung verbunden. Im Zuleitungsrohr 5 ist die Entleervorrichtung 10 angeordnet, welche hier beispielhaft ein in das Zuleitungsrohr 5 eingeschaltetes Bauteil 32 umfasst. Das Bauteil 32 kann die Nukleationseinrichtung 20 umfassen, wie auch in Fig. 4b dargestellt. Wenn kein Bauteil 32 als separates Bauteil vorgesehen ist, kann die Nukleationseinrichtung 20 auch durch im Zuleitungsrohr 5 angeordnete Nukleationsoberflächen 22, wie z.B. in den Fig. 3 oder 4a dargestellt, vorgesehen sein. Die Entleervorrichtung 10 kann weiterhin ein Wär- - 13 - mezuführelement 28 umfassen, welches insbesondere am Zuleitungsrohr 5 z.B. auch al ternativ zum Bauteil 32 angeordnet ist.
Am Ausgang 16 des Zuleitungsrohrs 5 schließt sich der Verdampferaufnahmekörper 2 an. Der Verdampferaufnahmekörper 2 weist einen Bodenbereich 6 auf und eine Umfangs wandung 8. In dem Verdampferaufnahmekörper 2 ist ein Verdampferelement 3 angeord net. Stromabwärts sind in der Umfangswandung 8 Luftzufuhröffnungen 41 angeordnet, mittels derer Brennluft in die Brennkammer 9 geleitet wird. Die Brennluft kann beispiels weise in einem Bereich um das Zuleitungsrohr 5 in eine Vorkammer 43 und dann über eine weitere Kammer 44 zu den Luftzuführöffnungen 41 geleitet und weiter in die Brenn kammer 9 geleitet werden. Wärmetauscher und eine Abgasführung sind nicht dargestellt.
Die dargestellten Größenverhältnisse und Rohrlängen sind nicht limitierend, sondern kön nen an die tatsächlichen Längen und Größenverhältnisse angepasst werden. Insbesonde re können die Rohre auch Biegungen aufweisen, welche bei der Verlegung z.B. im Fahr zeug notwendig sein können.
Fig. 9 stellt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. In Schritt a) wird eine Be endigung eines Heizvorgangs eingeleitet. Dieses kann z.B. durch einen Nutzereingabebe fehl oder zeitgesteuert erfolgen.
In Schritt b) wird die Brennstoffzufuhr durch den Eingang 14 des Zuleitungsrohrs 5 been det. Dazu kann insbesondere eine stromaufwärtige Dosierpumpe ausgeschaltet werden oder ein stromaufwärtiges Absperrventil geschlossen. Somit wird eine Fließgeschwindig keit des Brennstoffes reduziert.
Nach Schritt b) werden in Schritt c) Siedeblasen im Brennstoff, insbesondere an einer Nukleationsoberfläche 22 gebildet und zumindest ein Teil des in der Brennstoffzuleitung befindlichen Brennstoffes mittels der Siedeblasen in die Brennkammer 9 überführt. Dabei werden Siedeblasen homogen durch eine Wärmezufuhr z.B. über die Abwärme des Bren ners und ggf. einem oder mehreren Wärmezuführelementen 28 und/oder heterogen an der rauen oder strukturierten Nukleationsoberfläche 22 gebildet. Diese Erwärmung des Brennstoffes kommt nur bei der geringeren Fließgeschwindigkeit des Brennstoffes zum Tragen. Die Bildung von Siedeblasen führt zu einer Volumenvergrößerung des Brennstof fes in der Brennstoffzuleitung 4, insbesondere dem Zuleitungsrohr 5, so dass Brennstoff durch den Ausgang des Zuleitungsrohrs 5 insbesondere in ein Verdampferelement ge- - 14 - drückt wird. In Schritt d) wird der überführte Teil des Brennstoffes in der Brennkammer 9 der Heizvorrichtung verbrannt. Somit wird die Brennstoffzuleitung zumindest teilweise ent leert.
In Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzuleitung 4 einer Heizvorrichtung 100 mit einer Rücksaugvorrichtung 60 gezeigt. Die Heizvorrichtung 100 ist hier mit einer Brennstoffquelle 50 verbunden.
Die Brennstoffzuleitung 4 verläuft von einer Brennstoffquelle 50 zu einer Heizerbaugruppe 1. Dabei ist die Brennstoffzuleitung 4 als eine Brennstoffversorgung der Heizerbaugruppe 1 von der Brennstoffquelle 50 zu der Heizbaugruppe 1 verlaufend ausgebildet, um die Heizvorrichtung 100 mit Brennstoff B aus der Brennstoffquelle 50 zu versorgen.
Die Heizerbaugruppe 1 sowie die Brennstoffzuleitung 4 ist prinzipiell dergestalt, wie in den Ausführungsbeispielen zuvor beschreiben.
Die Brennstoffquelle 50 umfasst einen Brennstofftank 51 sowie eine Dosierpumpe 52.
Der Brennstofftank 51 ist mit Brennstoff B befüllt oder befüllbar. Dieser Brennstoff B kann aus dem Brennstofftank 51 mit der Dosierpumpe 52 der Brennstoffzuleitung 4 zugeführt werden, um über die Brennstoffzuleitung 4 zu der Heizerbaugruppe 1 befördert zu werden.
Die Brennstoffzuleitung 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine erste Zone 4a und eine zweite Zone 4b auf. In den Figuren 10 bis 14 ist eine Trennung der beiden Zonen 4a, 4b durch eine dicke gestrichelte schwarze Linie verdeutlicht. Das Zuleitungsrohr mit einer Nukleationsvorrichtung ist insbesondere in der Zone 4b angeordnet.
In der ersten Zone 4a der Brennstoffzuleitung ist die Brennstoffrücksaugvorrichtung 60 angeordnet, die ein Brennstoffreservoir AV aufweist.
Die Rücksaugvorrichtung 60 ist dazu ausgebildet, mittels einer Volumenänderung bzw. einer Volumenvergrößerung des Brennstoffreservoirs AV, Brennstoff B aus der zweiten Zone 4b, in die erste Zone 4a - insbesondere zumindest größtenteils in das Brennstoffre servoir AV - zurück zu saugen, um die zweite Zone 4b im Wesentlichen vollständig (von Brennstoff B) zu entleeren. - 15 -
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 ist die Brennstoffrücksaugvorrichtung 60 bzw. deren Brennstoffreservoir AV durch einen Hohlraum 61 und einen darin beweglich gela gerten Kolben 62 ausgebildet.
Beispielsweise bilden der Hohlraum 61 und der Kolben 62 eine Vorrichtung, die im We sentlichen dem Prinzip einer Spritze ähnelt.
Über eine Volumenänderung bzw. eine Volumenvergrößerung des Brennstoffreservoirs AV durch Bewegen des Kolbens 62 kann der Brennstoff B aus der zweiten Zone 4b abge saugt werden, um die zweite Zone 4b im Wesentlichen vollständig zu entleeren.
Zur Bewegung des Kolbens 62 bzw. zur Änderung des Volumens des Brennstoffreservoirs AV kann die Brennstoffrücksaugvorrichtung 60 mindestens einen (elektrischen) Aktuator - beispielsweise einen Stellmotor- aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Brennstoffrücksaugvorrichtung 60 eine (elektrische) Binärschalteinrichtung - beispielsweise einen Magnetschalter - zur Bewegung des Kol bens 62 bzw. zur Änderung des Volumens des Brennstoffreservoirs AV aufweisen.
Mittels einer entgegengesetzten Volumenänderung bzw. Volumenverkleinerung des Brennstoffreservoirs AV über eine entsprechende Bewegung des Kolbens 62 kann der Brennstoff B aus dem Brennstoffreservoir AV zurück in die Brennstoffzuleitung 4 und in die zweite Zone 4b (zur Heizerbaugruppe 1 hin) ausgeschoben werden.
Die Volumenänderung des Brennstoffreservoirs AV kann optional z.B. mittels einer Steu ereinrichtung gezielt so gesteuert werden, dass dadurch ein schwingendes System ver mieden wird und sichergestellt werden kann, dass im Wesentlichen der gesamte Brenn stoff kontrolliert und definiert aus der zweiten Zone 4b abgesaugt (oder in diese einge bracht) wird und/oder dass beim Zurücksaugen oder beim Ausschieben von Brennstoff B keine Blasen im Brennstoff B entstehen können. Dazu erfolgt gemäß dem Ausführungs beispiel das Ausschieben und/oder das Rücksaugen des Brennstoffs B in einem Zeitfens ter von mindestens 0,3 s, vorzugsweise mindestens 0,5 s, weiter vorzugsweise von min destens 1 s. - 16 -
Je nach eingesetztem Brennstoff B, kann ein Innendurchmesser der Brennstoffzuleitung 4 variieren. Beispielsweise kann ein Innendurchmesser der Brennstoffzuleitungen 4 zwi schen 0,5 mm und 4 mm, vorzugsweise von 1 mm bis 4 mm, weiter vorzugsweise von 1 mm bis 3 mm liegen.
Ein Abstand bzw. eine Leitungslänge zwischen der Rücksaugvorrichtung 60 und der Hei zerbaugruppe 1 beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel höchstens 1 m, vorzugs weise höchstens 0,8 m, weiter vorzugsweise höchstens 0,6 m. Zudem weist vorzugsweise die zweite Zone 4b der Brennstoffzuleitung 4 ein kleineres Leitungsvolumen auf als die erste Zone 4a.
Insgesamt ergibt sich in diesem Ausführungsbeispiel dadurch eine maximale Volumenän derung des Brennstoffreservoirs AV der Rücksaugvorrichtung 60 von mindestens 6 ml, vorzugsweise mindestens 8 ml, weiter vorzugsweise mindestens 10 ml.
Die maximale Volumenänderung des Brennstoffreservoirs AV ist jedenfalls so dimensio niert, dass es mindestens das Leitungsvolumen der zweiten Zone 4b fasst.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffrücksaugvorrichtung 60 beispiels weise über ein einziges T-Verbindungsstück mit der Brennstoffzuleitung 4 verbunden, derart, dass das Brennstoffreservoir AV ein Teilvolumen der Brennstoffzuleitung 4 bildet.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Brennstoffrücksaugvorrichtung 60 in tegral an die Brennstoffzuleitung 4 angeformt sein.
Fig. 11 zeigt das zuvor im Zusammenhang mit Fig. 10 beschriebene Ausführungsbeispiel der Brennstoffzuleitung 4 mit einer Rücksaugvorrichtung 60 in einem anderen Zustand. In Fig. 2 ist ein Zustand der Brennstoffzuleitung 4 dargestellt, in dem der gesamte Brennstoff B aus der zweiten Zone 4b der Brennstoffzuleitung 4 zurück in die erste Zone 4a gesaugt wurde. Der wesentliche Anteil des zurückgesaugten Brennstoffs B wird dabei in das Brennstoffreservoir AV der Rücksaugvorrichtung 60 aufgenommen. Unter einem wesentli chen Anteil des zurückgesaugten Brennstoffs B ist mindestens 80%, vorzugsweise min destens 90%, weiter vorzugsweise mindestens 95% des Leitungsvolumens des zweiten Abschnitts 4b zu verstehen. - 17 -
Durch eine Volumenverkleinerung des Brennstoffreservoirs AV kann der Brennstoff B zu rück in die zweite Zone 4b der Brennstoffzuleitung 4 ausgeschoben werden, um einen Heizvorgang mit der Heizerbaugruppe 1 zu starten.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Brennstoffrücksaugvorrichtung 60 in der Nähe einer Verbindung zur Brennstoffquelle 50, insbesondere in der Nähe der Dosier pumpe 52, angeordnet sein. Derart wird die zweite Zone 4b der Brennstoffzuleitung 4 durch einen gesamten Leitungsabschnitt zwischen Heizerbaugruppe 1 und Dosierpumpe 52 gebildet. Auf diese Weise kann ein gesamter Leitungsabschnitt zwischen Heizerbau gruppe 1 und Dosierpumpe 52 mittels der Brennstoffrücksaugvorrichtung 60 im Wesentli chen vollständig entleert werden.
Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzuleitung 4 mit einer alter nativen Ausgestaltung einer Rücksaugvorrichtung 60.
Anstelle einer Rücksaugvorrichtung 60 mit einem Hohlraum 61 und darin beweglichen Kolben 62, weist die Brennstoffzuleitung 4 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Rück saugvorrichtung 60 auf, die durch einen (reversibel) verformbaren Zuleitungsabschnitt 63 in der Brennstoffzuleitung 4 ausgebildet ist.
Für die prinzipielle Funktionsweise und weitere Merkmale der Brennstoffzuleitung wird explizit auf das zuvor in Fig. 10 und 11 beschriebene Ausführungsbeispiel verwiesen.
Der verformbare Zuleitungsabschnitt 63 weist eine Formgedächtniseinrichtung, wie bei spielsweise eine Formgedächtnislegierung, auf einem entsprechenden Mantelabschnitt der Brennstoffzuleitung 4 auf. Alternativ kann der entsprechende Mantelabschnitt der Brennstoffzuleitung 4 (direkt) aus der Formgedächtniseinrichtung bestehen bzw. daraus ausgebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich weist der verformbare Zuleitungsabschnitt 63 mindestens eine piezoelektrische Schalteinrichtung zur Volumenänderung des Brennstoffreservoirs AV auf.
Allgemein ist der verformbare Zuleitungsabschnitt 63 so ausgebildet, dass er (basierend auf einem empfangenen elektrischen Signal) seine Form und somit sein Volumen verän dern kann. - 18 -
Insbesondere kann der verformbare Zuleitungsabschnitt 63 so ein Brennstoffreservoir AV (seriell in der Brennstoffzuleitung 4) ausbilden bzw. vergrößern oder verkleinern.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 ist eine mögliche Vergrößerung des verform baren Zuleitungsabschnitts 63 bzw. des entsprechenden Brennstoffreservoirs AV mit ge strichelten Linien angedeutet.
Durch eine Volumenänderung bzw. eine Vergrößerung des verformbaren Zuleitungsab schnitts 63 bzw. dessen Brennstoffreservoirs AV kann Brennstoff B aus der zweiten Zone 4b der Brennstoffzuleitung 4 in die erste Zone 4a (insbesondere größtenteils in das Brennstoffreservoir AV) zurückgesaugt werden.
Auf diese Weise kann die Brennstoffzuleitung 4 mit einer Rücksaugvorrichtung 60 als eine einzige unverzweigte Fluidleitung ausgebildet sein.
In Fig. 13 ist die Brennstoffzuleitung 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 12 in ei nem Zustand mit vergrößertem Brennstoffreservoir bzw. vergrößertem verformbaren Zulei tungsabschnitt 63 dargestellt.
Auf diese Weise ist der gesamte Brennstoff B aus der zweiten Zone 4b der Brennstoffzu leitung 4 zurück in die erste Zone 4a gesaugt. Der wesentliche Anteil des zurückgesaug ten Brennstoffs B wird dabei in das Brennstoffreservoir AV der Rücksaugvorrichtung 60 aufgenommen. Unter einem wesentlichen Anteil des zurückgesaugten Brennstoffs B ist mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 90%, weiter vorzugsweise mindestens 95% des Leitungsvolumens des zweiten Abschnitts 4b zu verstehen.
Durch eine Volumenverkleinerung des Brennstoffreservoirs AV kann der Brennstoff B zu rück in die zweite Zone 4b der Brennstoffzuleitung 4 ausgeschoben werden, um einen Heizvorgang mit der Heizerbaugruppe 1 zu starten.
In Fig. 14 ist ein Ausführungsbeispiel einer Heizvorrichtung 100 mit einer Heizerbaugruppe 1 und einer Brennstoffzuleitung 4 dargestellt, welche in einem System angeordnet sind.
Das System kann beispielweise Teil eines (Kraft-)Fahrzeugs sein. - 19 -
Die Heizvorrichtung 100 wie auch das System weist einen Hochtemperaturbereich HT und einen Niedertemperaturbereich NT auf. Wobei der Hochtemperaturbereich HT dadurch gekennzeichnet ist, dass in diesem Hochtemperaturbereich diejenigen Geräte oder Vor richtungen angeordnet sind, die Abwärme produzieren. Insbesondere derart, dass eine Temperatur in dem Hochtemperaturbereich HT über einem Siedepunkt des verwendeten Brennstoffs B liegt. Beispielsweise ist die Heizerbaugruppe 1 in dem Hochtemperaturbe- riech HT angeordnet. Zudem kann der Hochtemperaturbereich HT weitere wärmeabstrah- lende Vorrichtungen 70, 80 wie beispielsweise einen Fahrzeugmotor aufweisen.
Der Niedertemperaturbereich NT ist dadurch gekennzeichnet, dass eine darin überwie gend vorherrschende Temperatur unterhalb eines Siedepunktes Siedebereichs des ver wendeten Brennstoffs B liegt.
Die zweite Zone 4b der Brennstoffzuleitung 4 ist somit so lang, dass während eines Be triebs der Heizerbaugruppe 1 ein Siedepunkt bzw. Siedebereich des verwendeten Brenn stoffs B zumindest temporär erreicht werden kann. Die erste Zone 4a hat einen solchen Abstand von der Heizerbaugruppe 1 und ggf. weiteren Wärmequellen, dass eine darin überwiegend vorherrschende Temperatur unterhalb eines Siedepunktes bzw. Siedebe reichs des verwendeten Brennstoffs B liegt. Die Brennstoffzuleitung 4 umfasst in der ers ten Zone 4a eine Rücksaugvorrichtung 60.
Die Rücksaugvorrichtung 60 ist dazu ausgebildet, mittels einer Volumenänderung bzw. einer Volumenvergrößerung des Brennstoffreservoirs AV, Brennstoff B aus der zweiten Zone 4b, in die erste Zone 4a - insbesondere zumindest größtenteils in das Brennstoffre servoir AV - zurück zu saugen, um die zweite Zone 4b im Wesentlichen vollständig (von Brennstoff B) zu entleeren.
Derart kann die Rücksaugvorrichtung 60 den Brennstoff B aus einem Hochtemperaturbe- reich HT in einen Niedertemperaturbereich NT zurücksaugen.
So wird es ermöglicht, ein Verdampfen von in der Brennstoffzuleitung 4 verbliebenem Brennstoff B (beispielsweise nach Beenden eines Heizvorgangs) zu vermeiden.
Obwohl in Fig. 15 die Brennstoffquelle 50 in dem Niedertemperaturbereich NT angeordnet ist, kann sie alternativ auch außerhalb des Niedertemperaturbereichs NT sein. Entschei- 20 dend ist (lediglich) die Anordnung der Rücksaugvorrichtung 60 in dem/einen Niedertempe raturbereich NT.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich allei- ne gesehen und in jeder Kombination, insbesondere der in den Zeichnungen dargestellten Details als erfindungswesentlich beansprucht werden.
- 21
Bezugszeichenliste
1 Heizerbaugruppe
2 Verdampferaufnahmekörper
3 Verdampferelement
4 Brennstoffzuleitung
5 Zuleitungsrohr
6 Bodenbereich
8 Umfangswandung
9 Brennkammer
10 Entleerungseinrichtung
11 innere Mantelfläche
12 äußere Mantelfläche
14 Eingang
16 Ausgang
18 Anschlussstutzen
19 Außenfläche des Anschlussstutzens
20 Nukleationseinrichtung
22 Nukleationsoberfläche
24 weiteres Element
26 Verdrängerdraht
28 Wärmezuführelement
30 Heizelement
32 Bauteil
40 Befestigungselement
41 Luftzufuhröffnung
42 Ausnehmung
43 Vorkammer
44 weitere Kammer
B Brennstoff
50 Brennstoffquelle
51 Brennstofftank
52 Dosierpumpe
60 Rücksaugvorrichtung 22
AV Brennstoffreservoir
61 Hohlraum
62 Kolben
63 verformbarer Zuleitungsabschnitt 70, 80 wärmeabstrahlende Vorrichtung(en)
100 Heizvorrichtung
HT Hochtemperaturbereich
NT Niedertemperaturbereich

Claims

- 23 - Ansprüche
1. Mobile Heizvorrichtung (100), insbesondere mobile Fahrzeugheizvorrichtung, um fassend eine Heizerbaugruppe (1) mit einer Brennkammer (9) und eine Brennstoffzuleitung (4) zum Zuführen flüssigen Brennstoffs zur Heizer baugruppe (1), wobei die Heizerbaugruppe (1) insbesondere eine Verdampferaufnahmeanordnung für die Verdampfung von flüssigem Brennstoff umfassend einen Verdampferaufnahmekör per (2) zum Aufnehmen eines Verdampferelements (2) zum Verteilen und Verdampfen flüssigen Brennstoffs umfasst, wobei die Brennstoffzuleitung (4) ein Zuleitungsrohr (5) mit einem Eingang (14) zum Eingeben von Brennstoff und einem Ausgang (16) zum Ausgeben von Brennstoff zur Brennkammer (9) umfasst, wobei die Brennstoffzuleitung (4) weiterhin eine Entleerungseinrichtung (10) zur teilweisen oder vollständigen Entleerung der Brennstoffzuleitung (4) durch den Ausgang (16) aufweist.
2. Heizvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Entleerungseinrichtung (10) eine Nukleationseinrichtung (20) umfasst, welche zur Bildung von Siedeblasen zumindest eine raue und/oder strukturierte Nukleationsoberfläche (22) umfasst.
3. Heizvorrichtung (100)nach Anspruch 2, wobei die Nukleationsoberfläche (22) auf einer inneren Mantelfläche (11) des Zuleitungsrohrs (5) und/oder auf einer inneren Ober fläche eines am Eingang (14) des Zuleitungsrohrs (5) angeordneten Anschlussstutzens (18) angeordnet ist und/oder in einem in die Brennstoffzuleitung (4) eingeschalteten Bau teil (32) angeordnet ist, wobei bei sich die Nukleationsoberfläche (22) insbesondere über die gesamte in nere Mantelfläche (11) des Zuleitungsrohrs (5) erstreckt. - 24 -
4. Heizvorrichtung (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei in der Brennstoffzuleitung (4), insbesondere im Zuleitungsrohr (5), ein weiteres Element (24) angeordnet ist, welches die Nukleationsoberfläche (22) aufweist, wobei das weitere Element (24) insbesondere als Verdrängerdraht (26) ausgebildet ist.
5. Heizvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Nukleations oberfläche (22) mittels mechanischer Verformung und/oder mittels Aufbringen einer Be schichtung und/oder mittels Fräsen und/oder mittels eines Ätzprozesses erzeugt worden ist.
6. Heizvorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei das Zuleitungsrohr (5) ein erstes Zuleitungsrohr (5a) und ein zweites Zuleitungsrohr (5b) umfasst und das Bauteil (32) zwi schen dem ersten Zuleitungsrohr (5a) und dem zweiten Zuleitungsrohr (5b) angeordnet ist und/oder wobei das Bauteil (32) einen oder mehrere darin angeordnete Körper, insbeson dere Körper aus Glas oder Keramik, umfasst, wobei eine Oberfläche des oder der Körper Teil der Nukleationsoberfläche (22) sind.
7. Heizvorrichtung (100) nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei die Ent leerungseinrichtung (10) ein Wärmezuführelement (28) umfasst, welches an einer äuße ren Mantelfläche (12) des Zuleitungsrohrs (5) und/oder an einer Außenfläche (19) eines am Eingang (14) des Zuleitungsrohrs (5) angeordneten Anschlussstutzens (18) angeord net ist.
8. Heizvorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei das Wärmezuführelement (28) ein aktives Heizelement umfasst.
9. Heizvorrichtung (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Wärmezuführelement (28) ein passives wärmeleitfähiges Element umfasst, welches Wärme von einer Wärme quelle zur äußeren Mantelfläche (12) oder Außenfläche (19) leitet, wobei das passive wärmeleitfähige Element, insbesondere eine Schlauchschelle, umfasst.
10. Heizvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffzuleitung (4) als Brennstoffversorgung der Heizvorrichtung (100) von einer Brennstoffquelle (50) zu der Heizvorrichtung (100) verlaufend ausgebildet ist und eine ers te (4a) und eine zweite Zone (4b) aufweist, wobei die Brennstoffzuleitung (4) in der ersten Zone (4a) eine Rücksaugvorrichtung (60) aufweist, die ein Brennstoffreservoir (AV) um- - 25 - fasst, wobei die Rücksaugvorrichtung (60) dazu ausgebildet ist, mittels einer Volumenän derung des Brennstoffreservoirs (AV), Brennstoff (B) aus der zweiten Zone (4b), insbe sondere vollständig, in die erste Zone (4a) zurück zu saugen.
11. Heizvorrichtung (100) nach Anspruch 10, wobei das Brennstoffreservoir (AV) durch mindestens einen Hohlraum (61) sowie mindestens einen beweglichen Kolben (62) aus gebildet ist, derart, dass der aus der zweiten Zone (4b) zurückgesaugte Brennstoff (B) zumindest teilweise in dem Brennstoffreservoir (AV) aufnehmbar ist oder wobei das Brennstoffreservoir (AV) durch mindestens einen verformbaren Zuleitungsabschnitt (63), der vorzugsweise seriell in der Brennstoffzuleitung (4) angeordnet ist, ausgebildet ist, der art, dass der aus der zweiten Zone (4b) zurückgesaugte Brennstoff (B) zumindest teilwei se in dem Brennstoffreservoir (AV) aufnehmbar ist.
12. Heizvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Rücksaug vorrichtung (60) eine Steuerung umfasst oder damit verbunden ist.
13. Heizvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffzuleitung (4) mit dem Verdampferaufnahmekörper (2) verschweißt ist.
14. Verfahren zum Betreiben einer mobilen Heizvorrichtung (100), insbesondere für eine Heizvorrichtung (100) mit einem Verdampferverbrenner, insbesondere einer Heizvor richtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine vollständige oder teilweise Entleerung einer Brennstoffzuleitung (4) der Heizvorrichtung (100) erfolgt, wobei die Heizvorrichtung (100) ein Zuleitungsrohr (5) mit einem Eingang (14) zum Eingeben von Brennstoff und einen Ausgang (16) zum Ausgeben von Brennstoff (B) zu einer Brenn kammer (9) umfasst, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a) Einleiten der Beendigung eines Heizvorgangs, b) Beenden einer Brennstoffzufuhr durch den Eingang (14) des Zuleitungs rohrs (5), c) Nach Schritt b), Bildung von Siedeblasen im Brennstoff (B), insbesondere an einer Nukleationsoberfläche (22), und Überführen zumindest eines Teils des in der Brennstoffzuleitung (4) befindlichen Brennstoffes mittels der Siedeblasen in die Brenn kammer (9), d) Abbrennen des überführten Teils des Brennstoffes (B) in der Brennkammer
(9). - 26 -
15. Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin umfassend:
Rücksaugen von in einer zweiten Zone (4b) der Brennstoffzuleitung (4) verbliebenem Brennstoff (B) in eine erste Zone (4a) der Brennstoffzuleitung (4), durch eine Volumenän- derung eines Brennstoffreservoirs (AV), das in der ersten Zone (4a) der Brennstoffzulei tung (4) angeordnet ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Verfahren nach dem Rücksaugen die Schritte umfasst: e) Einleiten eines weiteren Heizvorgangs mit der Heizvorrichtung (100); f) Ausschieben des Brennstoffs (B) aus dem Brennstoffreservoir (AV) in die Brennstoffzuleitung (4); g) Ausschieben zumindest eines Teils des ausgeschobenen Brennstoffes (B), insbesondere des ganzen ausgeschobenen Brennstoffes (B).
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