DE102011050025A1

DE102011050025A1 - Verdampferbrenner für ein mobiles Heizgerät

Info

Publication number: DE102011050025A1
Application number: DE102011050025A
Authority: DE
Inventors: Steffen Weber
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2011-04-30
Filing date: 2011-04-30
Publication date: 2012-10-31
Also published as: RU2013153267A; RU2567343C2; KR101538568B1; WO2012149928A1; EP2705299A1; US20140193759A1; EP2705299B1; CN103502731B; KR20140039207A; CN103502731A

Abstract

Es wird ein Verdampferbrenner (1) für ein mobiles Heizgerät bereitgestellt mit: einer Brennkammer (7), die einen Brennraum (4) zur Umsetzung von Brennstoff mit Brennluft umgibt; einer Verdampferaufnahme (2) zur Aufnahme eines Verdampferkörpers (5) zum Verdampfen flüssigen Brennstoffs, die an einer Rückseite des Brennraums (4) angeordnet ist; einem Brennerdeckel (8), der den Brennraum (4) rückseitig der Verdampferaufnahme (2) verschließt und der mit der Brennkammer (7) verbunden ist; und einem Brennstoffrohr (6) zum Zuführen des Brennstoffs zu dem Verdampferkörper (5), das in die Verdampferaufnahme (2) mündet. Das Brennstoffrohr (6) ist thermisch an den Brennerdeckel (8) angekoppelt und der Brennerdeckel (8) ist mit einem Luftwärmetauscher (8b) zur Kühlung des Brennerdeckels (8) versehen, über den im Betrieb zugeführte Brennluft leitbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampferbrenner für ein mobiles Heizgerät.
Es sind mobile Heizgeräte bekannt, die z.B. als Fahrzeugheizgeräte zum Beheizen eines Fahrzeugs zum Einsatz kommen können. Bei Anwendungen in einem Fahrzeug werden derartige mobile Heizgeräte z.B. als Zuheizer, die bei laufendem Antriebsmotor des Fahrzeugs zusätzlich Wärme bereitstellen können, oder als Standheizer, die sowohl bei laufendem als auch bei ruhendem Antriebsmotor Wärme zu Heizzwecken bereitstellen können, eingesetzt.
Unter einem „mobilen Heizgerät“ wird in diesem Zusammenhang ein Heizgerät verstanden, das für den Einsatz in mobilen Anwendungen ausgelegt und dementsprechend angepasst ist. Dies bedeutet insbesondere, dass es transportabel ist (ggf. in einem Fahrzeug fest eingebaut oder lediglich für den Transport darin untergebracht) und nicht ausschließlich für einen dauerhaften, stationären Einsatz, wie es beispielsweise bei der Beheizung eines Gebäudes der Fall ist, ausgelegt ist. Dabei kann das mobile Heizgerät auch fest in einem Fahrzeug (Landfahrzeug, Schiff, etc.), insbesondere in einem Landfahrzeug, installiert sein. Insbesondere kann es zur Beheizung eines Fahrzeug-Innenraums, wie beispielsweise eines Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugs, sowie eines teiloffenen Raumes, wie er beispielsweise auf Schiffen, insbesondere Yachten, aufzufinden ist, ausgelegt sein. Das mobile Heizgerät kann auch vorübergehend stationär eingesetzt werden, wie beispielsweise in großen Zelten, Containern (zum Beispiel Baucontainern), etc.. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das mobile Heizgerät als Stand- oder Zuheizer für ein Landfahrzeug, wie beispielsweise für einen Wohnwagen, ein Wohnmobil, einen Bus, einen Pkw, etc., ausgelegt.
Bei mobilen Heizgeräten, die einen Verdampferbrenner aufweisen, wird oftmals flüssiger Brennstoff, der z.B. dem Kraftstoff entsprechen kann, der auch für einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs zum Einsatz kommt, wie z.B. Benzin, Diesel oder Ethanol, über ein Brennstoffrohr einem Verdampferkörper zugeführt, der aus einem porösen, saugfähigen Material besteht. An dem Verdampferkörper wird der Brennstoff verdampft. Der Brennstoff wird mit ebenfalls zugeführter Brennluft durchmischt und in einer exothermen Reaktion unter Freisetzung von Wärme umgesetzt. Die Verdampferbrenner werden dabei üblicherweise nicht kontinuierlich betrieben, sondern je nach Heizleistungsbedarf relativ häufig an- und wieder ausgeschaltet. Bei einem Ausschalten wird dabei üblicherweise zuerst durch Ausschalten einer Brennstoffförderpumpe die Brennstoffzufuhr beendet und zunächst weiterhin Brennluft zugeführt, um ein möglichst rückstandsfreies, sauberes Ausbrennen zu ermöglichen. Dadurch ist bereits während des Ausbrennens, bei dem in einem Brennraum des Brenners noch eine hohe Temperatur vorliegt, eine stehende Brennstoffsäule in dem Brennstoffrohr vorhanden. Wenn eine relativ gute thermische Verbindung zwischen dem Brennraum und dem Brennstoffrohr besteht, kann insbesondere in dem Zeitraum unmittelbar nach dem Unterbrechen der Brennstoffzufuhr eine hohe Wärmeeinwirkung auf eine stehende Brennstoffsäule in dem Brennstoffrohr erfolgen. Infolgedessen kann z.B. eine Polymerisation von Brennstoffbestandteilen in dem Brennstoffrohr erfolgen, die zu Ablagerungen in dem Brennstoffrohr führen kann, die in dem unveränderten Brennstoff nicht löslich sind. Diese Ablagerungen können zu einem Anstieg des Strömungswiderstands in dem Brennrohr und schließlich zu einem Verstopfen der Brennstoffzuführung führen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Verdampferbrenner für ein mobiles Heizgerät bereitzustellen, bei dem insbesondere die Gefahr von Verstopfungen in dem Brennstoffrohr vermindert ist.
Die Aufgabe wird durch einen Verdampferbrenner für ein mobiles Heizgerät nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Verdampferbrenner weist auf: eine Brennkammer, die einen Brennraum zur Umsetzung von Brennstoff mit Brennluft umgibt; eine Verdampferaufnahme zur Aufnahme eines Verdampferkörpers zum Verdampfen flüssigen Brennstoffs, die an einer Rückseite des Brennraums angeordnet ist; einen Brennerdeckel, der den Brennraum rückseitig der Verdampferaufnahme verschließt und der mit der Brennkammer verbunden ist; und ein Brennstoffrohr zum Zuführen des Brennstoffs zu dem Verdampferkörper, das in die Verdampferaufnahme mündet. Das Brennstoffrohr ist thermisch an den Brennerdeckel angekoppelt und der Brennerdeckel ist mit einem Luftwärmetauscher zur Kühlung des Brennerdeckels versehen, über den im Betrieb zugeführte Brennluft leitbar ist.
Durch die thermische Ankopplung des Brennstoffrohres an den Brennerdeckel kann eine effiziente Wärmeabfuhr von dem Brennstoffrohr zu dem Brennerdeckel erfolgen, also das Brennstoffrohr gekühlt werden. Dabei kann der Brennerdeckel über den Luftwärmetauscher effizient durch Wärmeübertragung auf die zugeführte Brennluft auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau gehalten werden. Da der Brennerdeckel als Wärmesenke für das Brennstoffrohr genutzt wird, kann auf eine zusätzliche, als separates Bauteil ausgebildete Wärmesenke für das Brennstoffrohr verzichtet werden, was eine kostengünstige und kompakte Gestaltung ermöglicht. Da ein unerwünscht hoher Temperaturanstieg im Bereich des Brennrohres verhindert werden kann, ist die Gefahr von Verstopfungen in dem Brennstoffrohr vermindert. Der Luftwärmetauscher kann z.B. als separates Bauteil ausgebildet sein oder aber einstückig mit dem Brennerdeckel aus dem Material des Brennerdeckels gebildet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der Brennerdeckel mit der Brennkammer nur über eine im Wesentlichen linienförmige Kontaktstelle verbunden. In diesem Fall ist die Wärmeleitung von der Brennkammer zu dem Brennerdeckel unterdrückt, da die linienförmige Kontaktstelle allenfalls eine schwache Wärmeleitung in Richtung zu dem Brennerdeckel ermöglicht. Der Brenndeckel kann somit zuverlässig auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau gehalten werden und bildet eine zuverlässige Wärmesenke für das Brennstoffrohr. Es ist z.B. aber auch möglich, den Brennerdeckel in anderer Weise thermisch von der Brennkammer und anderen heißen Bauteilen isoliert auszugestalten.
Gemäß einer Ausgestaltung weist der Luftwärmetauscher eine Mehrzahl von Wärmetauscherrippen auf. In diesem Fall wird durch eine große Oberfläche eine gute Wärmeübertragung auf die zugeführte Brennluft erzielt, sodass effizient Wärme von dem Brennerdeckel abgeführt werden kann. Die Wärmetauscherrippen können verschiedene Formen aufweisen.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der Luftwärmetauscher in der Brennluftzuführung stromaufwärts des Brennraums angeordnet. Insbesondere kann der Luftwärmetauscher unmittelbar stromaufwärts des Brennraums angeordnet sein, um einen besonders kompakten Aufbau zu erzielen. Durch die Anordnung stromaufwärts des Brennraums kann die Brennluft vor dem Eintritt in den Brennraum durch die Wärmeübertragung vorgewärmt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der Brennerdeckel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt. Im Vergleich zu einer Ausgestaltung, bei der der Brennerdeckel z.B. aus Edelstahl gefertigt ist, wird bei dieser Ausgestaltung aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminium oder Aluminiumlegierungen eine effiziente Wärmeverteilung und -ableitung in dem Brennerdeckel bereitgestellt, sodass die abzuführende Wärme effizient zu dem Luftwärmetauscher abgeführt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung sind der Brennerdeckel und die Verdampferaufnahme als separate Bauteile ausgebildet. In diesem Fall kann zuverlässig auch ein unerwünscht hoher Wärmeeintrag aus der Verdampferaufnahme in den Brennerdeckel verhindert werden, sodass der Brennerdeckel als Wärmesenke auf einer niedrigen Temperatur gehalten werden kann. Wenn der Brennerdeckel und die Verdampferaufnahme räumlich voneinander beabstandet angeordnet sind, wird ein unerwünschter Wärmeeintrag von der Verdampferaufnahme in den Brennerdeckel besonders zuverlässig verhindert.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Brennkammer eine Mehrzahl von Löchern zur Zuführung von Brennluft in den Brennraum auf.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur.
1 ist eine schematische Darstellung eines Verdampferbrenners für ein mobiles Heizgerät im Bereich einer Verdampferaufnahme und eines Brennerdeckels.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform unter Bezug auf die 1 beschrieben. In 1 ist schematisch ein Bereich einer Verdampferaufnahme 2 und eines Brennerdeckels 8 eines Verdampferbrenners 1 für ein mobiles Heizgerät dargestellt. Bei der Darstellung von 1 ist eine schematische Schnittdarstellung in einer Ebene dargestellt, die eine Hauptachse Z des Verdampferbrenners 1 enthält. Der Verdampferbrenner 1 kann z.B. im Wesentlichen eine Rotationssymmetrie bezüglich der Hauptachse Z aufweisen. Der Verdampferbrenner 1 kann z.B. für ein Fahrzeugheizgerät, insbesondere eine Zuheizung oder eine Standheizung ausgebildet sein. Der Verdampferbrenner 1 ist dabei insbesondere dazu ausgebildet, in einem Brennraum 4 eine Mischung von verdampftem Brennstoff und Brennluft unter Freisetzung von Wärme umzusetzen. Die freigesetzte Wärme wird in einem (nicht dargestellten) Wärmetauscher auf ein zu erwärmendes Medium, das z.B. durch Luft oder eine Kühlflüssigkeit gebildet sein kann, übertragen. In der schematischen Darstellung von 1 sind insbesondere der Wärmetauscher, die Ableitung für die heißen Verbrennungsabgase, die ebenfalls vorgesehene Brennluftfördervorrichtung (z.B. ein Gebläse), die Brennstofffördervorrichtung (z.B. eine Dosierpumpe), die Steuereinheit zur Ansteuerung des Verdampferbrenners 1, etc. nicht dargestellt. Diese Komponenten sind wohlbekannt und im Stand der Technik ausführlich beschrieben.
Der Verdampferbrenner 1 weist eine Verdampferaufnahme 2 auf, in der ein poröser, saugfähiger Verdampferkörper 5 angeordnet ist. Die Verdampferaufnahme 2 weist bei dem Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen topfförmige Form mit einem Loch im Boden auf. Der Verdampferkörper 5 ist in der topfartigen Vertiefung der Verdampferaufnahme 2 aufgenommen und kann insbesondere fest in dieser gehalten sein, z.B. durch Verschweißen, Verlöten, Verklemmen oder unter Zuhilfenahme eines geeigneten Sicherungselements. Der Verdampferkörper 5 kann z.B. insbesondere durch ein Metallfaservlies oder eine Mehrzahl von Lagen aus Metallfaservlies gebildet sein.
Es ist ein Brennstoffrohr 6 zum Zuführen von Brennstoff zu dem Verdampferkörper 5 vorgesehen. Das Brennstoffrohr 6 mündet in die Verdampferaufnahme 2 und steht mit einer (nicht dargestellten) Brennstofffördervorrichtung in Verbindung, über die in einem vorgegebenen Maß Brennstoff durch das Brennstoffrohr 6 gefördert werden kann, wie schematisch durch einen Pfeil B dargestellt ist. Das Brennstoffrohr 6 ist, z.B. durch Verschweißen oder Verlöten fest mit der Verdampferaufnahme 2 verbunden.
Der Brennraum 4 ist umfangsseitig durch eine Brennkammer 7 begrenzt, die z.B. durch ein im Wesentlichen zylindrisches Bauteil aus einem temperaturbeständigen Stahl gebildet sein kann. Die Brennkammer 7 ist mit einer Mehrzahl von Löchern 7a versehen, über die Brennluft in den Brennraum 4 zuführbar ist, wie in 1 schematisch durch verzweigte Pfeile L dargestellt ist.
Es ist ferner ein Brennerdeckel 8 vorgesehen, der den Brennraum 4 rückseitig der Verdampferaufnahme 2 verschließt. Der Brennerdeckel 8 ist aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt und kann z.B. in einem Gussverfahren hergestellt sein. Der Brennerdeckel 8 weist ebenfalls eine im Wesentlichen topfartige Form auf und ist derart angeordnet, dass eine umlaufende Seitenwand die Verdampferaufnahme 2 umgreift. Der Brennerdeckel 8 und die Verdampferaufnahme 2 sind dabei als separate Bauteile ausgebildet, die räumlich voneinander beabstandet angeordnet sind. In einem Bodenbereich des Brennerdeckels 8 ist eine Durchtrittsöffnung vorgesehen, durch die das Brennstoffrohr 6 hindurchtritt. Die Brennkammer 7 ist fest mit dem Brennerdeckel 8 verbunden, sodass der Brennraum 4 rückseitig verschlossen ist.
Die Brennkammer 7 ist bei der Ausführungsform allerdings nur über eine im Wesentlichen linienförmige Kontaktstelle mit dem Brennerdeckel 8 verbunden. Bei dem Ausführungsbeispiel weist die umlaufende Seitenwand des Brennerdeckels 8 eine umlaufende, schmale, vorspringende Rippe 8a auf, an der die Brennkammer 7 im Wesentlichen linienförmig befestigt ist. Die Brennkammer 7 kann z.B. durch Verschweißen, Verlöten oder Verstemmen mit der vorspringenden Rippe 8a verbunden sein. Durch die Verbindung der Brennkammer 7 mit dem Brennerdeckel 8 nur über die vorspringende Rippe 8a, ist eine Wärmeübertragung durch Wärmeleitung von der Brennkammer 7 auf den Brennerdeckel 8 unterdrückt bzw. stark reduziert, sodass die vorspringende Rippe 8a als thermische Isolierung für den Brennerdeckel 8 dient.
Das Brennstoffrohr 6 ist thermisch an den Brennerdeckel 8 angekoppelt, sodass eine Wärmeübertragung von dem Brennstoffrohr 6 auf den Brennerdeckel 8 erfolgen kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Brennstoffrohr 6 einen umlaufenden Vorsprung 6a auf, über den das Brennstoffrohr 6 wärmeleitend mit dem Brennerdeckel 8 verbunden ist. Die Verbindung kann z.B. durch Verlöten oder Verschweißen realisiert sein. Anstelle eines umlaufenden Vorsprungs 6a kann das Brennstoffrohr 6 auch in anderer Weise wärmeleitend mit dem Brennerdeckel 8 verbunden sein. Es kann z.B. zwischen dem Brennstoffrohr 6 und dem Brennerdeckel 8 auch ein wärmeleitendes Element, wie z.B. ein Wärmeleitpad, zur Wärmeübertragung vorgesehen sein.
Der Brennerdeckel 8 ist mit einem Luftwärmetauscher 8b zur Kühlung bzw. Abführung von Wärme von dem Brennerdeckel 8 versehen. Der Luftwärmetauscher 8b weist eine Mehrzahl von Wärmetauscherrippen (bevorzugt eine Vielzahl von Wärmetauscherrippen) auf, die über den Außenumfang des Brennerdeckels 8 verteilt sind. Die Wärmetauscherrippen ragen in den Brennluftstrom in einer Brennluftzuführung stromaufwärts des Brennraums 4. Die Wärmetauscherrippen werden im Betrieb von der zugeführten Brennluft umströmt, wie in 1 durch Pfeile L schematisch dargestellt ist, sodass Brennluft über den Luftwärmetauscher 8b geleitet wird und dieser Weise der Brennerdeckel 8 gekühlt wird. Der Luftwärmetauscher 8b kann z.B. einstückig mit dem Brennerdeckel 8 aus dem Material des Brennerdeckels 8 gebildet sein oder aber auch als separates Bauteil wärmeleitend an den Brennerdeckel 8 angekoppelt sein. Z.B. kann der Luftwärmetauscher 8b durch an der Außenwand des Brennerdeckels 8 angeformte Wärmetauscherrippen gebildet sein.
Bei der Ausführungsform ist durch die beschriebene Gestaltung das Brennstoffrohr 6 thermisch an den Brennerdeckel 8 angebunden, sodass der Brennerdeckel 8 als Wärmesenke für das Brennstoffrohr 6 dient. Aufgrund der Ausgestaltung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung weist der Brennerdeckel 8 eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und die Wärme wird effizient zu dem Luftwärmetauscher 8b geleitet, an dem sie an die zugeführte Brennluft abgegeben wird. Ferner wird die Temperatur des Brennerdeckels 8 im Betrieb dadurch möglichst gering gehalten, dass eine thermische Isolation des Brennerdeckels 8 von heißen Bauteilen bereitgestellt ist. Dies wird z.B. dadurch erreicht, dass die Brennkammer 7 nur über eine im Wesentlichen linienförmige Kontaktstelle mit dem Brennerdeckel 8 verbunden ist und nicht über eine flächige Auflage.
Da der Brennerdeckel 8 in der beschriebenen Weise effektiv als Wärmesenke für das Brennstoffrohr 6 dient, kann ein Verkleben bzw. Verstopfen von Brennstoff in dem Brennstoffrohr 6 durch eine unerwünscht hohe Wärmeeinwirkung zuverlässig verhindert werden, ohne dass eine separate Wärmesenke als separates, weiteres Bauteil vorgesehen zu werden braucht.
Obwohl dies in 1 nicht dargestellt ist und auch nicht ausdrücklich beschrieben wurde, ist der Brennraum 4 in bekannter Weise von einem Wärmetauscher zur Übertragung der freigesetzten Wärme auf ein zu erwärmendes Medium, wie z.B. Luft oder eine Flüssigkeit, umgeben. Ferner ist in an sich bekannter Weise ein Gehäuse vorgesehen, in dem der Verdampferbrenner aufgenommen ist und das eine adäquate Luftführung für die Brennluftzufuhr bereitstellt.

Claims

Verdampferbrenner (1) für ein mobiles Heizgerät mit: einer Brennkammer (7), die einen Brennraum (4) zur Umsetzung von Brennstoff mit Brennluft umgibt; einer Verdampferaufnahme (2) zur Aufnahme eines Verdampferkörpers (5) zum Verdampfen flüssigen Brennstoffs, die an einer Rückseite des Brennraums (4) angeordnet ist; einem Brennerdeckel (8), der den Brennraum (4) rückseitig der Verdampferaufnahme (2) verschließt und der mit der Brennkammer (7) verbunden ist; und einem Brennstoffrohr (6) zum Zuführen des Brennstoffs zu dem Verdampferkörper (5), das in die Verdampferaufnahme (2) mündet; wobei das Brennstoffrohr (6) thermisch an den Brennerdeckel (8) angekoppelt ist und der Brennerdeckel (8) mit einem Luftwärmetauscher (8b) zur Kühlung des Brennerdeckels (8) versehen ist, über den im Betrieb zugeführte Brennluft leitbar ist.
Verdampferbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerdeckel (8) mit der Brennkammer (7) nur über eine im Wesentlichen linienförmige Kontaktstelle verbunden ist.
Verdampferbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftwärmetauscher (8b) eine Mehrzahl von Wärmetauscherrippen aufweist.
Verdampferbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftwärmetauscher (8b) in der Brennluftzuführung stromaufwärts des Brennraums (4) angeordnet ist.
Verdampferbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerdeckel (8) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist.
Verdampferbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerdeckel (8) und die Verdampferaufnahme (2) als separate Bauteile ausgebildet sind.
Verdampferbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerdeckel (8) und die Verdampferaufnahme (2) räumlich voneinander beabstandet angeordnet sind.
Verdampferbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (7) eine Mehrzahl von Löchern (7a) zur Zuführung von Brennluft in den Brennraum (4) aufweist.