EP1860379A2 - Verdampferbaugruppe, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät oder eine Reformeranordnung eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

Verdampferbaugruppe, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät oder eine Reformeranordnung eines Brennstoffzellensystems Download PDF

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EP1860379A2
EP1860379A2 EP07010216A EP07010216A EP1860379A2 EP 1860379 A2 EP1860379 A2 EP 1860379A2 EP 07010216 A EP07010216 A EP 07010216A EP 07010216 A EP07010216 A EP 07010216A EP 1860379 A2 EP1860379 A2 EP 1860379A2
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air
air inlet
arrangement
evaporator
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J Eberspaecher GmbH and Co KG
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Definitions

  • the present invention relates to an evaporator assembly, in particular for a vehicle heater or a reformer assembly of a fuel cell system comprising a evaporation chamber enclosing wall assembly having a peripheral wall and a bottom wall, wherein on the bottom wall extending in the direction of a Wandungsl Kunststoffsachse Beerteinleitansatz is provided with a plurality of first Guteinleitö réelleen and wherein on the evaporation chamber facing side of the wall assembly at least partially porous Verdieresmedium is provided.
  • Such evaporator assemblies are used, for example, for evaporator burners in vehicle heaters.
  • the liquid fuel generally the fuel also used in a vehicle
  • the liquid fuel is fed into the porous evaporator medium via a supply line arrangement, distributed in this porous evaporator medium by capillary action and possibly by gravity, and then on the side of the porous evaporator medium exposed to the evaporation chamber evaporated.
  • the air required for mixing with the fuel vapor is introduced via the air introduction approach in a central region of the evaporation chamber. This results in a comparatively good mixing of the introduced air and the fuel vapor, so that a combustible mixture can be provided substantially over the entire volume range of the evaporation chamber.
  • This is then ignited or burned in heating operation, wherein the heat produced during combustion is then transferred to a heat transfer medium, for example in a vehicle interior air to be introduced or a liquid medium.
  • such an evaporator assembly can also be used to provide a fuel or hydrocarbon vapor-containing mixture in a reformer arrangement, which is then converted in the ongoing reforming process of a catalyst material to a hydrogen-containing gas.
  • the evaporator assembly is used to transfer a liquid initially supplied and hydrocarbon-containing medium, which may for example also be used in a vehicle fuel, in the vapor phase.
  • a liquid initially supplied and hydrocarbon-containing medium which may for example also be used in a vehicle fuel
  • an evaporator assembly in particular for a vehicle heater or a reformer assembly of a fuel cell system, comprising a evaporation chamber enclosing wall assembly having a peripheral wall and a bottom wall, wherein on the bottom wall extending in the direction of a Wandungsl Kunststoffsachse Beerteinleitansatz with a plurality of first Guteinleitö réelleen is provided and wherein at the evaporation chamber facing side of the wall assembly at least partially porous evaporator medium is provided, further comprising a beauticiansan kann with at least one second air inlet opening in the wall assembly.
  • the air introduced for the mixture formation is not only spread over the bottom wall provided and introduced into the evaporation chamber extending air inlet approach, but is additionally introduced via at least one in the region of the wall assembly, ie the bottom wall and / or the peripheral wall, provided opening.
  • This in particular in connection with the selection of the position and the shape of such an additional opening, advantageously influences the flow within the evaporation chamber and leads to a more even and better mixing of the fuel vapor with the introduced air and reduces the risk of deposits if such an evaporation chamber also used for combustion operation.
  • such an opening in the wall assembly constitutes an interruption, which greatly affects the heat flow in the wall assembly, which is generally constructed of metal material. In this way, it becomes possible to decouple regions of the wall assembly, which are to be protected from excessive heating, more thermally from other, more heated areas.
  • the additional air opening arrangement comprises at least one second air inlet opening in the circumferential wall.
  • the porous evaporator medium is provided substantially in the region of the peripheral wall lying in the axial extension region of the air introduction approach.
  • the peripheral wall comprises two wall components following one another in the direction of the wall longitudinal axis and fixedly connected to one another, and that the additional air opening arrangement comprises at least one second air inlet opening formed by a gap between the wall components.
  • the two wall components are firmly connected to one another at several peripheral areas with intermediate storage of spacers and that a second air inlet opening is formed at least in a region between two spacers which follow one another in the circumferential direction.
  • the additional air opening arrangement may comprise at least one second air inlet opening in the bottom wall in a region surrounding the air inlet insert.
  • a particularly strong and advantageous influencing of the air flow and the thermal behavior of the evaporator assembly according to the invention can be obtained by the additional air opening arrangement comprising a plurality of circumferentially successive second air inlet openings.
  • At least one second air inlet opening is elongated.
  • the provision of elongate air inlet openings for the additional air opening arrangement leads to a comparatively large opening cross section to a very strong thermal decoupling of different areas of the wall assembly.
  • evaporator assembly may further be provided for supplying air to be introduced into the evaporation chamber in the direction of the bottom wall of the wall assembly, an air supply arrangement.
  • the additional air opening arrangement comprises at least one second air inlet opening in the peripheral wall
  • the air feed arrangement is further designed to supply air in the direction of the circumferential wall of the wall arrangement.
  • an evaporator assembly is generally designated 10.
  • This evaporator assembly 10 which can be used, for example, for an evaporator burner of a vehicle heater, in which the heat produced by combustion is transferred to a heat transfer medium comprises a generally designated 12 wall assembly having a peripheral wall 14 and a bottom wall 16.
  • the peripheral wall 14 and the bottom wall 16 of the wall assembly 12 form a cup-like and elongated in the direction of a Wandungsl Kunststoffsachse L assembly.
  • the peripheral wall 14 and the bottom wall 16 are formed as integral parts of the wall assembly 12, which can be made for example in a casting process of metal material.
  • the peripheral wall could 14 and the bottom wall 16 are provided as separate components and subsequently joined together.
  • an air introduction projection 18 extends from the latter in the direction of the longitudinal wall axis L.
  • This can, as well as the peripheral wall 14, be of cylindrical, for example circular cylindrical shape and extends into an enclosed by the peripheral wall 14 and the bottom wall 16 evaporation chamber 20, which, when the evaporator assembly 10 is used in an evaporator burner, also referred to as the combustion chamber can be.
  • porous evaporator medium 26 On a side facing the evaporation chamber 20 side of the peripheral wall 14, a porous evaporator medium 26 is provided.
  • This porous, for example, wire mesh, Drahtgewirk, ceramic foam or the like constructed porous evaporator medium 26 extends along the peripheral wall 14, starting from the bottom wall 16 approximately in the axial region in which the air introduction lug 18 extends.
  • the porous evaporator medium 26 is formed so that it in the circumferential direction, the entire peripheral wall 14 in covered axial region.
  • liquid fuel or hydrocarbon is introduced into this porous evaporator medium 26, is distributed in the inner volume region by Kapillarré Sign and then discharged at the evaporation chamber 20 towards the exposed side of the porous evaporator medium 26.
  • the peripheral wall 14 one or more, for example, tangentially from this peripheral wall 14 outwardly extending approaches could be provided, which may also be lined with porous evaporator medium and for receiving an ignition or for the introduction of the fuel can serve.
  • a flame cover 28 having a central opening 30 is provided on the inside of the circumferential wall 14.
  • this flame arrester 28 substantially limits the vaporization chamber or combustor 20 and the combustion effluent or flame will move into a subsequent section of the peripheral wall, which is also commonly referred to as the flame tube 32.
  • the flame tube 32 can be formed integrally with the region of the circumferential wall 14 surrounding the evaporation chamber 20, but of course can also be designed as a separate component.
  • an additional air opening arrangement 34 with a plurality of second air inlet openings 36 provided here in the circumferential wall 14 is provided in addition to the air introduction projection 18.
  • These second air inlet openings 36 may be provided in the circumferential direction about the wall longitudinal axis L sequentially approximately in the same axial region of the peripheral wall 14, in that area which is no longer covered by the porous evaporator medium 26. It can be seen in Fig. 1 that the second Heileinleitö réelleen 36 different shapes can have. Thus, they may, as shown in the upper part of Fig. 1, be elongated in the circumferential direction, or may, as shown in the lower part of Fig. 1, be circular. A combination of elongated and circular second Heileinleitö réelleen 36 is of course possible, as well as a combination of lying in different axial regions of the peripheral wall 14 second air inlet openings.
  • the air feed arrangement 25 furthermore comprises an outer wall or an outer housing 38, which surrounds the circumferential wall 14 with this one, for example annular, flow space 40.
  • This annular flow space 40 leads to the second air inlet openings 36 of the additional air opening arrangement 34, so that the air conveyed by the air conveying fan 24, as indicated by flow arrows, can also enter the evaporation chamber 20 through the second air inlet openings 36.
  • the circulating the peripheral wall 14 leads via the second air inlet openings 36 into the evaporation chamber 20 air to be introduced through the annular flow space 40 therethrough Additional cooling of that portion of the peripheral wall 14, in which the porous evaporator medium 26 is provided and also the fuel is introduced.
  • the risk of boiling of fuel is also counteracted, while at the same time the air to be introduced into the evaporation chamber 20 can be heated when flowing through the flow space 40.
  • FIG. 2 shows a modification of the embodiment shown in FIG. 1, in which an additional air opening arrangement 34 is likewise provided in the region of the circumferential wall 14.
  • the wall arrangement 12 here comprises two wall components 42, 44, of which the wall component 42 provides the bottom wall 16 and an adjoining section of the circumferential wall 14. This is in particular also the region of the peripheral wall 14 in which the porous evaporator medium 26 is arranged.
  • the Wandungsbauteil 44 connects axially to the Wandungsbauteil 42 and therefore also provides a portion of the peripheral wall 14 and the effective also as a flame tube 32 portion of the peripheral wall 14 ready.
  • the flame cover 28 may be provided in this Wandungsbauteil 44.
  • the two wall components 42, 44 are provided with radially outwardly directed flange portions 46, 48.
  • the two wall components 42, 44 are fastened to each other at a plurality of circumferential positions by connecting elements 50, for example screws or rivet bolts or the like, schematically interposed by spacers 52.
  • connecting elements 50 for example screws or rivet bolts or the like
  • FIGS. 3 and 4 A further embodiment of an evaporator assembly with an additional air opening arrangement is shown in FIGS. 3 and 4.
  • the additional air opening arrangement 34 is now formed in the region of the bottom wall 16 with its second air inlet openings 36.
  • the second air inlet openings 36 are located in the annular region of the bottom wall 16 surrounding the air inlet approach 18 and thus form, as in FIG. 4 recognizable, likewise a sequence of circumferentially around the Wandungslnaturesachse L successive openings.
  • these second air inlet openings may be elongated in the circumferential direction, as shown in the left part of Fig. 4, or may, for example, be circular, as shown in the right part of Fig. 4.
  • an evaporator assembly 10 constructed in this way provides for improved evaporation or mixing properties, with incipient combustion for lower pollutant emissions and lower deposits of combustion residues. Furthermore, the selection of the number, the selection of the shape and the selection of the positioning of the second air inlet openings 36 of the thermal budget can be greatly influenced, especially in the area in which the fuel is to be fed and vaporized. This makes it possible to design such an evaporator assembly in coordination with a fuel to be used so that for this fuel optimized evaporation characteristics can be achieved. This is particularly advantageous when biological fuels, such as PME or rapeseed oil or the like, are used, the evaporation characteristics of which differs significantly from those of conventional fuels, such as gasoline.

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Abstract

Eine Verdampferbaugruppe, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät oder eine Reformeranordnung eines Brennstoffzellensystems, umfasst eine eine Verdampfungskammer (20) umschließende Wandungsanordnung (12) mit einer Umfangswandung (14) und einer Bodenwandung (16), wobei an der Bodenwandung (16) ein sich in Richtung einer Wandungslängsachse (L) erstreckender Lufteinleitansatz (18) mit einer Mehrzahl von ersten Lufteinleitöffnungen (22) vorgesehen ist und wobei an der der Verdampfungskammer (20) zugewandten Seite der Wandungsanordnung (12) wenigstens bereichsweise poröseses Verdampfermedium (26) vorgesehen ist, ferner umfassend eine Zusatzluftöffnungsanordnung (34) mit wenigstens einer zweiten Lufteinleitöffnung (36) in der Wandungsanordnung (12).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampferbaugruppe, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät oder eine Reformeranordnung eines Brennstoffzellensystems, umfassend eine eine Verdampfungskammer umschließende Wandungsanordnung mit einer Umfangswandung und einer Bodenwandung, wobei an der Bodenwandung ein sich in Richtung einer Wandungslängsachse erstreckender Lufteinleitansatz mit einer Mehrzahl von ersten Lufteinleitöffnungen vorgesehen ist und wobei an der der Verdampfungskammer zugewandten Seite der Wandungsanordnung wenigstens bereichsweise poröseses Verdampfermedium vorgesehen ist.
  • Derartige Verdampferbaugruppen werden beispielsweise für Verdampferbrenner in Fahrzeugheizgeräten eingesetzt. Dabei wird der flüssige Brennstoff, im Allgemeinen der in einem Fahrzeug auch genutzte Kraftstoff, über eine Zuführleitungsanordnung in das poröse Verdampfermedium eingespeist, in diesem porösen Verdampfermedium durch Kapillarförderwirkung und ggf. auf der Schwerkraftwirkung verteilt und dann an der zur Verdampfungskammer hin freiliegenden Seite des porösen Verdampfermediums abgedampft. Die zur Vermischung mit dem Brennstoffdampf erforderliche Luft wird über den Lufteinleitansatz in einen zentralen Bereich der Verdampfungskammer eingeleitet. Dies hat eine vergleichsweise gute Durchmischung der eingeleiteten Luft und des Brennstoffdampfs zur Folge, so dass im Wesentlichen über den gesamten Volumenbereich der Verdampfungskammer ein verbrennungsfähiges Gemisch bereitgestellt werden kann. Dieses wird im Heizbetrieb dann gezündet bzw. verbrannt, wobei die bei der Verbrennung entstehende Wärme dann auf ein Wärmeträgermedium, beispielsweise in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft oder ein flüssiges Medium, übertragen wird.
  • Ferner kann eine derartige Verdampferbaugruppe auch eingesetzt werden, um in einer Reformeranordnung ein Brennstoff- bzw. Kohlenwasserstoffdampf enthaltendes Gemisch bereitzustellen, das bei ablaufendem Reformierungsprozess dann an einem Katalysatormaterial zu einem Wasserstoff enthaltenden Gas umgesetzt wird. Auch hier dient also die Verdampferbaugruppe dazu, ein zunächst flüssig zugeführtes und Kohlenwasserstoff enthaltendes Medium, das beispielsweise ebenfalls der in einem Fahrzeug genutzte Kraftstoff sein kann, in die Dampfphase zu überführen. Selbstverständlich ist es bei Einsatz einer derartigen Verdampferbaugruppe in einer Reformeranordnung auch möglich, beispielsweise in der Startphase den erzeugten Kohlenwasserstoffdampf mit ebenfalls eingeleiteter Luft zu durchmischen und zu verbrennen, um die zum Start des Reformierungsprozesses erforderlichen hohen Temperaturen insbesondere im Bereich des Katalysatormaterials der Reformeranordnung bereitstellen zu können.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine derartige Verdampferbaugruppe so auszugestalten, dass der Gemischbildungsprozess und der thermische Haushalt der Baugruppe verbessert werden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Verdampferbaugruppe, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät oder eine Reformeranordnung eines Brennstoffzellensystems, umfassend eine eine Verdampfungskammer umschließende Wandungsanordnung mit einer Umfangswandung und einer Bodenwandung, wobei an der Bodenwandung ein sich in Richtung einer Wandungslängsachse erstreckender Lufteinleitansatz mit einer Mehrzahl von ersten Lufteinleitöffnungen vorgesehen ist und wobei an der der Verdampfungskammer zugewandten Seite der Wandungsanordnung wenigstens bereichsweise poröseses Verdampfermedium vorgesehen ist, ferner umfassend eine Zusatzluftöffnungsanordnung mit wenigstens einer zweiten Lufteinleitöffnung in der Wandungsanordnung.
  • Bei der erfindungsgemäßen Verdampferbaugruppe wird also die zur Gemischbildung eingeleitete Luft nicht nur über den an der Bodenwandung vorgesehenen und in die Verdampfungskammer sich erstreckenden Lufteinleitansatz eingeleitet, sondern wird zusätzlich über zumindest eine im Bereich der Wandungsanordnung, also der Bodenwandung oder/und der Umfangswandung, vorgesehene Öffnung eingeleitet. Dies beeinflusst insbesondere in Verbindung mit der Auswahl der Position und der Formgebung einer derartigen zusätzlichen Öffnung die Strömung innerhalb der Verdampfungskammer vorteilhaft und führt zu einer gleichmäßigeren und besseren Durchmischung des Brennstoffdampfes mit der eingeleiteten Luft und vermindert die Gefahr des Entstehens von Ablagerungen, wenn eine derartige Verdampfungskammer auch für den Verbrennungsbetrieb genutzt wird. Weiterhin stellt eine derartige Öffnung in der Wandungsanordnung eine Unterbrechung dar, was den Wärmefluss in der Wandungsanordnung, die im Allgemeinen aus Metallmaterial aufgebaut ist, stark beeinflusst. Auf diese Art und Weise wird es möglich, Bereiche der Wandungsanordnung, welche vor übermäßiger Erhitzung geschützt werden sollen, thermisch stärker von anderen, stärker erwärmten Bereichen zu entkoppeln.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Zusatzluftöffnungsanordnung wenigstens eine zweite Lufteinleitöffnung in der Umfangswandung umfasst.
  • Um dabei die Einleitung der Luft durch die wenigstens eine zweite Lufteinlassöffnung hindurch möglichst wenig zu beeinträchtigen, wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Teil des porösen Verdampfermediums an der Umfangswandung vorgesehen ist und dass die wenigstens eine zweite Lufteinleitöffnung in einem nicht von dem porösen Verdampfermedium überdeckten Bereich der Umfangswandung vorgesehen ist.
  • Beispielsweise ist es möglich, dass das poröse Verdampfermedium im Wesentlichen in dem im axialen Erstreckungsbereich des Lufteinleitansatzes liegenden Bereich der Umfangswandung vorgesehen ist.
  • Zum Verbessern der thermischen Entkopplung unter gleichzeitiger Bereitstellung der wenigstens einen zweiten Lufteinleitöffnung wird vorgeschlagen, dass die Umfangswandung zwei in Richtung der Wandungslängsachse aufeinander folgende und miteinander fest verbundene Wandungsbauteile umfasst und dass die Zusatzluftöffnungsanordnung wenigstens eine durch einen Zwischenraum zwischen den Wandungsbauteilen gebildete zweite Lufteinleitöffnung umfasst.
  • Hier kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zwei Wandungsbauteile an mehreren Umfangsbereichen unter Zwischenlagerung von Abstandshaltern fest miteinander verbunden sind und dass wenigstens in einem Bereich zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Abstandshaltern eine zweite Lufteinleitöffnung gebildet ist.
  • Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Zusatzluftöffnungsanordnung wenigstens eine zweite Lufteinleitöffnung in der Bodenwandung in einem den Lufteinleiteinsatz umgebenden Bereich umfasst.
  • Eine besonders starke und vorteilhafte Beeinflussung der Luftströmung und des thermischen Verhaltens der erfindungsgemäßen Verdampferbaugruppe kann dadurch erhalten werden, dass die Zusatzluftöffnungsanordnung eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgenden zweiten Lufteinleitöffnungen umfasst.
  • Weiterhin ist es möglich, dass wenigstens eine zweite Lufteinleitöffnung langgestreckt ist. Insbesondere das Bereitstellen langgestreckter Lufteinleitöffnungen für die Zusatzluftöffnungsanordnung führt bei vergleichsweise großem Öffnungsquerschnitt zu einer sehr starken thermischen Entkopplung verschiedener Bereiche der Wandungsanordnung.
  • Bei der erfindungsgemäßen Verdampferbaugruppe kann weiterhin eine Luftzuführanordnung vorgesehen sein zum Zuführen von in die Verdampfungskammer einzuleitender Luft in Richtung zur Bodenwandung der Wandungsanordnung.
  • Insbesondere dann, wenn die Zusatzluftöffnungsanordnung wenigstens eine zweite Lufteinleitöffnung in der Umfangswandung umfasst, ist es vorteilhaft, wenn die Luftzuführanordnung ferner zum Zuführen von Luft in Richtung zur Umfangswandung der Wandungsanordnung ausgebildet ist.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten Verdampferbaugruppe;
    Fig. 2
    eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer alternativ aufgebauten Verdampferbaugruppe;
    Fig. 3
    eine weitere der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer alternativ aufgebauten Verdampferbaugruppe;
    Fig. 4
    eine Querschnittsansicht der in Fig. 3 dargestellten Verdampferbaugruppe, geschnitten längs einer Linie IV-IV in Fig. 3.
  • In Fig. 1 ist eine Verdampferbaugruppe allgemein mit 10 bezeichnet. Diese Verdampferbaugruppe 10, welche beispielsweise für einen Verdampferbrenner eines Fahrzeugheizgeräts eingesetzt werden kann, in welchem die durch Verbrennung entstehende Wärme auf ein Wärmeträgermedium übertragen wird, umfasst eine allgemein mit 12 bezeichnete Wandungsanordnung mit einer Umfangswandung 14 und einer Bodenwandung 16. Die Umfangswandung 14 und die Bodenwandung 16 der Wandungsanordnung 12 bilden eine topfartige und in Richtung einer Wandungslängsachse L langgestreckte Baugruppe. Im dargestellten Beispiel sind die Umfangswandung 14 und die Bodenwandung 16 als integrale Bestandteile der Wandungsanordnung 12 ausgebildet, die beispielsweise in einem Gießprozess aus Metallmaterial hergestellt werden kann. Selbstverständlich könnten die Umfangswandung 14 und die Bodenwandung 16 als separate Bauteile bereitgestellt und nachfolgend zusammengefügt werden.
  • Im zentralen Bereich der Bodenwandung 16 geht von dieser in Richtung der Wandungslängsachse L ein Lufteinleitansatz 18 aus. Dieser kann, ebenso wie die Umfangswandung 14, von zylindrischer, beispielsweise kreiszylindrischer Formgebung sein und erstreckt sich in eine von der Umfangswandung 14 und der Bodenwandung 16 umschlossene Verdampfungskammer 20, welche dann, wenn die Verdampferbaugruppe 10 in einem Verdampferbrenner eingesetzt wird, auch als Brennkammer bezeichnet werden kann.
  • In dem Lufteinleitansatz 18 sind mehrere beispielsweise ebenfalls in Richtung der Wandungslängsachse L sich erstreckende, schlitzartige erste Lufteinleitöffnungen 22 vorgesehen, über welche, wie durch Strömungspfeile angedeutet, die von einem Luftfördergebläse 24 einer allgemein mit 25 bezeichneten Luftförderanordnung herangeförderte Luft in die Verdampfungskammer 20 einströmen kann. Es sei hier darauf hingewiesen, dass das Luftfördergebläse 24 nur symbolisch dargestellt ist und beispielsweise als Seitenkanalgebläse ausgebildet sein könnte. Ferner ist es möglich, dass im Bereich der Bodenwandung 16 an ihrer von der Verdampfungskammer 20 abgewandten Seite eine Luftleitanordnung mit mehreren spiralartig sich erstreckenden Schaufeln vorgesehen ist, so dass der in den Lufteinleitansatz 18 einströmenden Luft zusätzlich noch ein Drall gegeben werden kann.
  • An einer der Verdampfungskammer 20 zugewandten Seite der Umfangswandung 14 ist ein poröses Verdampfermedium 26 vorgesehen. Dieses beispielsweise aus Drahtgeflecht, Drahtgewirk, Schaumkeramik oder dergleichen aufgebaute poröse Verdampfermedium 26 erstreckt sich entlang der Umfangswandung 14 ausgehend von der Bodenwandung 16 näherungsweise in dem axialen Bereich, in welchem auch der Lufteinleitansatz 18 sich erstreckt. Vorzugsweise ist das poröse Verdampfermedium 26 so ausgebildet, dass es in Umfangsrichtung die gesamte Umfangswandung 14 im dargestellten axialen Bereich überdeckt.
  • Über eine nicht dargestellte Brennstoffleitungsanordnung wird flüssiger Brennstoff bzw. Kohlenwasserstoff in dieses poröse Verdampfermedium 26 eingeleitet, wird in dessen Innenvolumenbereich durch Kapillarförderwirkung verteilt und dann an der zur Verdampfungskammer 20 hin freiliegenden Seite des porösen Verdampfermediums 26 abgegeben. Es sei hier darauf hingewiesen, dass beispielsweise an der Umfangswandung 14 ein oder mehrere sich beispielsweise tangential von dieser Umfangswandung 14 nach außen weg erstreckende Ansätze vorgesehen sein könnte, die ebenfalls mit porösem Verdampfermedium ausgekleidet sein können und zur Aufnahme eines Zündorgans bzw. zur Einleitung des Brennstoffs dienen können.
  • In einem von der Bodenwandung 16 weiter entfernt liegenden Bereich ist an der Innenseite der Umfangswandung 14 eine Flammblende 28 mit einer zentralen Öffnung 30 vorgesehen. Bei ablaufender Verbrennung begrenzt diese Flammblende 28 im Wesentlichen die Verdampfungskammer bzw. Brennkammer 20 und die Verbrennungsabgase bzw. die Flamme werden sich in einen folgenden Abschnitt der Umfangswandung, welcher allgemein auch als Flammrohr 32 bezeichnet wird, hineinbewegen. Es ist selbstverständlich, dass das Flammrohr 32, so wie dargestellt, integral mit dem die Verdampfungskammer 20 umgebenden Bereich der Umfangswandung 14 ausgebildet sein kann, selbstverständlich aber auch als separates Bauteil gestaltet sein kann.
  • Bei der Verdampferbaugruppe 10 ist neben dem Lufteinleitansatz 18 weiterhin eine Zusatzluftöffnungsanordnung 34 mit mehreren hier in der Umfangswandung 14 vorgesehenen zweiten Lufteinleitöffnungen 36 vorgesehen. Diese zweiten Lufteinleitöffnungen 36 können in Umfangsrichtung um die Wandungslängsachse L aufeinander folgend näherungsweise im gleichen axialen Bereich der Umfangswandung 14 vorgesehen sein, und zwar in demjenigen Bereich, der nicht mehr von dem porösen Verdampfermedium 26 überdeckt ist. Man erkennt in Fig. 1, dass die zweiten Lufteinleitöffnungen 36 verschiedene Formgebung haben können. So können sie, wie im oberen Teil der Fig. 1 dargestellt, in Umfangsrichtung langgestreckt sein, oder können, wie im unteren Teil der Fig. 1 dargestellt, kreisartig sein. Eine Kombination langgestreckter und kreisartiger zweiter Lufteinleitöffnungen 36 ist selbstverständlich möglich, ebenso wie eine Kombination von in verschiedenen axialen Bereichen der Umfangswandung 14 liegenden zweiten Lufteinleitöffnungen.
  • Um die von dem Luftfördergebläse 24 in Richtung zur Wandungsanordnung 12 geförderte Luft nicht nur zur Bodenwandung 16 und somit in den Lufteinleitansatz 18 leiten zu können, sondern auch zur Zusatzluftöffnungsanordnung 34 leiten zu können, umfasst die Luftzuführanordnung 25 ferner eine Außenwandung bzw. ein Außengehäuse 38, welches die Umfangswandung 14 umgebend mit dieser einen beispielsweise ringartigen Strömungsraum 40 bereitstellt. Dieser ringartige Strömungsraum 40 führt zu den zweiten Lufteinleitöffnungen 36 der Zusatzluftöffnungsanordnung 34, so dass die durch das Luftfördergebläse 24 geförderte Luft, wie durch Strömungspfeile angedeutet, auch durch die zweiten Lufteinleitöffnungen 36 in die Verdampfungskammer 20 eintreten kann.
  • Mit dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau einer Verdampferbaugruppe werden im Verdampfungs- bzw. Verbrennungsbetrieb verschiedene Vorteile erlangt. So wird durch das zusätzliche Einleiten von Luft eine deutlich bessere Durchmischung des über das poröse Verdampfermedium 26 abgegebenen Brennstoffdampfes mit der eingeleiteten Luft erlangt. Infolgedessen wird die in der Verdampfungskammer 20 ablaufende bzw. gestartete Verbrennung mit höherer Qualität und mithin geringerer Schadstoffbildung ablaufen. Weiterhin wird die Gefahr von Brennstoffablagerungen bzw. der Ablagerung von Verbrennungsrückständen gemindert. Durch das Bereitstellen der Zusatzluftöffnungsanordnung 34 wird ferner eine stärkere körperliche Trennung der an beiden axialen Seiten der zweiten Lufteinleitöffnungen 36 liegenden Abschnitte der Umfangswandung 14 erzielt. Da bei ablaufender Verbrennung der in der Darstellung der Fig. 1 rechts von den zweiten Lufteinleitöffnungen 36 und somit in Strömungsrichtung der Verbrennungsabgase weiter stromabwärts liegende Bereich der Umfangswandung 14, welcher auch als Flammrohr 32 dient, stark erwärmt wird, wird durch die Unterbrechungen in der Umfangswandung 14 eine stärkere thermische Entkopplung des vor allem auch das poröse Verdampfermedium 26 umgebenden Bereichs der Umfangswandung 14 bzw. der Wandungsanordnung 12 erlangt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn leicht siedende Brennstoffe eingesetzt werden. Das Ausmaß der thermischen Entkopplung kann hier selbstverständlich stark beeinflusst werden durch die Größe der in Umfangsrichtung gebildeten Unterbrechungen in der Wandungsanordnung 12. Weiterhin führt das Umströmen der Umfangswandung 14 mit über die zweiten Lufteinleitöffnungen 36 in die Verdampfungskammer 20 einzuleitender Luft durch den ringartigen Strömungsraum 40 hindurch zu einer zusätzlichen Kühlung desjenigen Bereichs der Umfangswandung 14, in welchem das poröse Verdampfermedium 26 vorgesehen ist und auch der Brennstoff eingeleitet wird. Somit wird ebenfalls der Gefahr des Siedens von Brennstoff entgegengewirkt, wobei gleichzeitig noch die in die Verdampfungskammer 20 einzuleitende Luft beim Durchströmen durch den Strömungsraum 40 erwärmt werden kann.
  • In Fig. 2 ist eine Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Ausgestaltungsform gezeigt, bei welcher ebenfalls eine Zusatzluftöffnungsanordnung 34 im Bereich der Umfangswandung 14 vorgesehen ist. Man erkennt, dass die Wandungsanordnung 12 hier zwei Wandungsbauteile 42, 44 umfasst, von welchen das Wandungsbauteil 42 die Bodenwandung 16 und einen daran anschließenden Abschnitt der Umfangswandung 14 bereitstellt. Dies ist insbesondere auch der Bereich der Umfangswandung 14, in welchem das poröse Verdampfermedium 26 angeordnet ist. Das Wandungsbauteil 44 schließt axial an das Wandungsbauteil 42 an und stellt mithin ebenfalls einen Bereich der Umfangswandung 14 bzw. den auch als Flammrohr 32 wirksamen Bereich der Umfangswandung 14 bereit. Weiterhin kann in diesem Wandungsbauteil 44 die Flammblende 28 vorgesehen sein.
  • Die beiden Wandungsbauteile 42, 44 sind mit nach radial außen gerichteten Flanschabschnitten 46, 48 versehen. Im Bereich dieser Flanschabschnitte 46, 48 sind an mehreren Umfangspositionen die beiden Wandungsbauteile 42, 44 durch in Fig. 2 schematisch angedeteute Verbindungselemente 50, beispielsweise Schrauben oder Nietbolzen oder dergleichen unter Zwischenlagerung von Abstandshaltern 52 miteinander fest verbunden. Es entsteht somit zwischen den beiden Wandungsbauteilen 42, 44 ein ringartiger und durch die Abstandshalter 52 unterbrochener Spalt, wobei die in Umfangsrichtung zwischen aufeinander folgenden Abstandshaltern 52 gebildeten Spaltabschnitte die zweiten Lufteinleitöffnungen 36 der Zusatzluftöffnungsanordnung 34 bereitstellen. Es ist somit wiederum die Möglichkeit geschaffen, durch mehrere in Umfangsrichtung aufeinander folgende, langgestreckte zweite Lufteinleitöffnungen 36 in der Umfangswandung 14 Luft in den Bereich der Verdampfungskammer 20 zu leiten. Es ergeben sich hinsichtlich der Vermischung mit dem abgedampften Brennstoff und auch der thermischen Entkopplung die gleichen Vorteile wie vorangehend dargelegt. Insbesondere wird die thermische Entkopplung jedoch dadurch noch besser erreichbar, dass für die Abstandshalter 52, welche Wärmebrücken zwischen den beiden Wandungsbauteilen 42, 44 erzeugen, schlecht wärmeleitende Materialien eingesetzt werden. Auch hier kann selbstverständlich durch die Ausgestaltung der Abstandshalter 52 bzw. eines möglicherweise ringartig ausgestalteten und mit Durchgangsöffnungen zum Bereitstellen der zweiten Lufteinleitöffnungen 36 ausgebildeten Abstandshalters wieder ein starker Einfluss auf die Strömungsverhältnisse und die thermische Entkopplung genommen werden.
  • Eine weitere Ausgestaltungsform einer Verdampferbaugruppe mit einer Zusatzluftöffnungsanordnung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Man erkennt hier grundsätzlich einen ähnlichen Aufbau, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Zusatzluftöffnungsanordnung 34 ist mit ihren zweiten Lufteinleitöffnungen 36 nunmehr jedoch im Bereich der Bodenwandung 16 ausgebildet. Die zweiten Lufteinleitöffnungen 36 liegen in dem den Lufteinleitansatz 18 umgebenden, ringartigen Bereich der Bodenwandung 16 und bilden somit, wie in Fig. 4 erkennbar, ebenfalls eine Abfolge von in Umfangsrichtung um die Wandungslängsachse L aufeinander folgenden Öffnungen. Auch hier ist, wie in Fig. 4 angedeutet, eine Vielzahl an Formgebungen bzw. Dimensionierungen der zweiten Lufteinleitöffnungen möglich. So können diese zweiten Lufteinleitöffnungen in Umfangsrichtung langgestreckt sein, wie im linken Teil der Fig. 4 dargestellt, oder können beispielsweise kreisartig ausgestaltet sein, wie im rechten Teil der Fig. 4 gezeigt.
  • Auch mit dieser Ausgestaltung der Zusatzluftöffnungsanordnung 34 wird eine deutlich bessere Durchmischung des abdampfenden Brennstoffs mit der eingeleiteten Luft erzielbar. Von wesentlichem Vorteil ist, dass ausgehend von der Bodenwandung 16 ein Luftstrom im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des porösen Verdampfermediums 26 bereitgestellt wird, der den von dort abdampfenden Brennstoff in den axial folgenden Bereich der Verdampfungskammer 20 transportiert. Auch wird hier der Wärmetransport der im Bereich des Lufteinleitansatzes 18 bei ablaufender Verbrennung aufgenommenen Wärme in Richtung zu demjenigen Bereich der Umfangswandung 14, in welchem das poröse Verdampfermedium 26 vorgesehen ist, erschwert, so dass auch hier die Gefahr eines zu starken oder zu frühen Siedens von Brennstoff beseitigt werden kann.
  • Durch das Bereitstellen der Zusatzluftöffnungsanordnung 34 wird bei einer so aufgebauten Verdampferbaugruppe 10 für verbesserte Verdampfungs- bzw. Durchmischungseigenschaften, bei ablaufender Verbrennung für geringere Schadstoffemissionen und geringere Ablagerungen von Verbrennungsrückständen gesorgt. Weiterhin kann durch die Auswahl der Anzahl, die Auswahl der Formgebung und die Auswahl der Positionierung der zweiten Lufteinleitöffnungen 36 der thermische Haushalt stark beeinflusst werden, insbesondere in demjenigen Bereich, in welchem der Brennstoff eingespeist und verdampft werden soll. Dies ermöglicht es, eine derartige Verdampferbaugruppe in Abstimmung auf einen einzusetzenden Brennstoff so zu gestalten, dass für diesen Brennstoff optimierte Verdampfungscharakteristiken erzielt werden können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn biologische Brennstoffe, wie z.B. PME bzw. Rapsöl oder dergleichen, eingesetzt werden, deren Verdampfungscharakteristik sich von derjenigen, herkömmlicher Brennstoffe, wie z.B. Benzin, deutlich unterscheidet.

Claims (11)

  1. Verdampferbaugruppe, insbesondere für ein Fahrzeugheizgerät oder eine Reformeranordnung eines Brennstoffzellensystems, umfassend eine eine Verdampfungskammer (20) umschließende Wandungsanordnung (12) mit einer Umfangswandung (14) und einer Bodenwandung (16), wobei an der Bodenwandung (16) ein sich in Richtung einer Wandungslängsachse (L) erstreckender Lufteinleitansatz (18) mit einer Mehrzahl von ersten Lufteinleitöffnungen (22) vorgesehen ist und wobei an der der Verdampfungskammer (20) zugewandten Seite der Wandungsanordnung (12) wenigstens bereichsweise poröseses Verdampfermedium (26) vorgesehen ist, ferner umfassend eine Zusatzluftöffnungsanordnung (34) mit wenigstens einer zweiten Lufteinleitöffnung (36) in der Wandungsanordnung (12).
  2. Verdampferbaugruppe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzluftöffnungsanordnung (34) wenigstens eine zweite Lufteinleitöffnung (36) in der Umfangswandung (14) umfasst.
  3. Verdampferbaugruppe nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des porösen Verdampfermediums (26) an der Umfangswandung (14) vorgesehen ist und dass die wenigstens eine zweite Lufteinleitöffnung (36) in einem nicht von dem porösen Verdampfermedium (26) überdeckten Bereich der Umfangswandung (14) vorgesehen ist.
  4. Verdampferbaugruppe nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Verdampfermedium (26) im Wesentlichen in dem im axialen Erstreckungsbereich des Lufteinleitansatzes (18) liegenden Bereich der Umfangswandung (14) vorgesehen ist.
  5. Verdampferbaugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswandung (14) zwei in Richtung der Wandungslängsachse (L) aufeinander folgende und miteinander fest verbundene Wandungsbauteile (42, 44) umfasst und dass die Zusatzluftöffnungsanordnung (34) wenigstens eine durch einen Zwischenraum zwischen den Wandungsbauteilen (42, 44) gebildete zweite Lufteinleitöffnung (36) umfasst.
  6. Verdampferbaugruppe nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Wandungsbauteile (42, 44) an mehreren Umfangsbereichen unter Zwischenlagerung von Abstandshaltern (52) fest miteinander verbunden sind und dass wenigstens in einem Bereich zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Abstandshaltern (52) eine zweite Lufteinleitöffnung (36) gebildet ist.
  7. Verdampferbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzluftöffnungsanordnung (34) wenigstens eine zweite Lufteinleitöffnung (36) in der Bodenwandung (16) in einem den Lufteinleiteinsatz (18) umgebenden Bereich umfasst.
  8. Verdampferbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzluftöffnungsanordnung (34) eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgenden zweiten Lufteinleitöffnungen (36) umfasst.
  9. Verdampferbaugruppe nach einem der Ansprüche bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Lufteinleitöffnung (36) langgestreckt ist.
  10. Verdampferbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftzuführanordnung (25) vorgesehen ist zum Zuführen von in die Verdampfungskammer (20) einzuleitender Luft in Richtung zur Bodenwandung (16) der Wandungsanordnung (12).
  11. Verdampferbaugruppe nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführanordnung (25) ferner zum Zuführen von Luft in Richtung zur Umfangswandung (14) der Wandungsanordnung (12) ausgebildet ist.
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