DE10347509B4

DE10347509B4 - Heizgerät mit einer Zerstäuberdüse

Info

Publication number: DE10347509B4
Application number: DE10347509A
Authority: DE
Inventors: Josef Waronitza; Michael Dr. Keppler; Michael Nothen; Jan Steffens
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2003-10-13
Filing date: 2003-10-13
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2023-10-14
Also published as: US20050079458A1; FR2860859A1; DE10347509A1

Abstract

Heizgerät (10), insbesondere für mobile Anwendungen, mit
einem Brenner (12) zum Verbrennen eines fossilen, flüssigen Brennstoffs,
einer am Brenner angeordneten Zerstäuberdüse (24), mit der während des Betriebs des Brenners (12) der flüssige Brennstoff in feinste Brennstofftröpfchen zerstäubt werden kann, und einer Brennstoffzuführung (34, 36), mit der der flüssige Brennstoff zur Zerstäuberdüse (24) zugeführt werden kann,
dadurch gekennzeichnet, dass an der Zerstäuberdüse (24) eine Heizeinrichtung (60) vorgesehen ist, mit der während des Betriebs des Brenners (12) der flüssige Brennstoff vor und/oder während seines Austretens aus der Zerstäuberdüse (24) zeitweise verdampft werden kann.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere für mobile Anwendungen, mit einem Brenner zum Verbrennen eines fossilen, flüssigen Brennstoffs, einer am Brenner angeordneten Zerstäuberdüse zum Zerstäuben des flüssigen Brennstoffs in feinste Brennstofftröpfchen und einer Brennstoffzuführung zum Zuführen des flüssigen Brennstoffs zur Zerstäuberdüse. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Heizgerät sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, bei dem mit einer Brennstoffzuführung zu einer Zerstäuberdüse ein flüssiger, fossiler Brennstoff zugeführt wird.
Bei Heizgeräten für mobile Anwendungen werden Brenner zum Verbrennen von fossilen, flüssigen Brennstoffen verwendet, die hinsichtlich der Art der Verbrennung in Zerstäuber-Brenner und Verdampfer-Brenner unterschieden werden.
Die Zerstäuber-Brenner werden in zwei Gruppen, so genannte Niederdruck- und so genannte Hochdruck-Zerstäuber-Brenner, eingeteilt. Bei Hochdruck-Zerstäuber-Brennern wird der flüssige Brennstoff mit einer Brennstoffzuführung mit hohem Druck zu einer Zerstäuberdüse gefördert, an der der Brennstoff in einem so genannten Spray in feinste Tröpfchen zerrissen wird, die durch ihre große spezifische Oberfläche leicht verdampfen und einfach gezündet werden können.
Niederdruck-Zerstäuber-Brenner fördern den flüssigen Brennstoff nahezu drucklos in einen Brennluftstrahl, der eine hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweist und in dem der Brennstoff dann ein Spray bildet, dessen Tröpfchengröße breit verteilt ist. Zur Brennluft-Zuführung werden Zerstäuberdüsen verwendet, in denen die Brennluft kontrolliert um den Injektionspunkt des Brennstoffs geführt wird. Bedingt durch den niedrigen Brennluft- und Brennstoffdruck im Bereich von < 100 mBar ist bei Niederdruck-Zerstäuber-Brennern das erzeugte Spray – insbesondere bei tiefen Temperaturen – zündunwillig und muss im Allgemeinen durch vorgewärmte Brennerbauteile vorgewärmt werden. Dies gedingt eine relativ lange Vorwärmphase, welche den Startvorgang verlangsamt.
Verdampfer-Brenner sind mit einem Verdampferkörper aus Flies oder Gitter versehen, in dem der flüssige Brennstoff auf einer vergleichsweise großen Oberfläche verteilt wird und von dieser abdampft.
Die bekannten Zerstäuber- und Verdampfer-Brenner sind oftmals mit einer Zündeinrichtung versehen, mit der durch eine hohe Glühtemperatur oder einen Funken der flüssige Brennstoff während einer Startphase des zugehörigen Heizgerätes erhitzt und danach gezündet wird.
Es sind ferner Einrichtungen zum Vorwärmen von flüssigem Brennstoff bekannt, bei denen jedoch stets die Gefahr einer Gasblasenbildung im flüssigen Brennstoff und damit einer nicht unerheblichen Störung der Verbrennung während der Start- und Betriebsphase eines Brenners besteht.
Bei Kraftfahrzeugen, in welche die oben genannten Heizgeräte verbaut werden, sind derzeit und in Zukunft hohe gesetzliche Anforderungen hinsichtlich eines besonders geringen Ausstoßes von teil- und unverbrannten Kohlenwasserstoffen sowie Russpartikeln zu erfüllen (z.B. Aerosole und Rauch). Ferner muss im Stand beispielsweise ein Abdampfen von flüssigem Brennstoff am Fahrzeug zwingend verhindert werden.

Aus DE 37 25 473 C2 ist ein mit flüssigem Brennstoff gespeister Brenner für ein Heizgerät bekannt, bei der ein Zerstäuber mit einem Zerstäuberrohr und einer Einspritzöffnung gestaltet ist. Das Zerstäuberrohr ist von einem Glühkörper umgeben, durch den der flüssige Brennstoff aufgeheizt und zerstäubt wird, so dass der zerstäubte Brennstoff von der Einspritzöffnung eingespritzt wird.

Aus DE 102 10 034 A1 ist ein mobiles Heizgerät mit einer Brennstoffversorgung bekannt, bei dem ein Venturiröhrchen zum Zuführen von flüssigem Brennstoff vorgesehen ist. Um das Venturiröhrchen herum ist ein Ringraum ausgebildet, durch den ein gasförmiger Brennstoff zugeführt werden kann.

Zugrundeliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit einem Heizgerät zu schaffen, das auch bei Kälte sehr schnell startet und gleichzeitig hinsichtlich des Ausstoßes von teil- und unverbrannten Kohlenwasserstoffen den derzeitigen und künftigen gesetzlichen Anforderungen genügt und, wenn möglich, diese noch übertrifft.

Erfindungsgemäße Lösung

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Heizgerät gemäß Anspruch 1, einem Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes gemäß Anspruch 9 sowie einem Fahrzeug gemäß Anspruch 17 gelöst.

Erfindungsgemäß ist in der Brennstoffzuführung eines Brenners für einen flüssigen, fossilen Brennstoff eine Heizeinrichtung angeordnet, mittels der der durchströmende Brennstoff erhitzt und weitestgehend vollständig von der Flüssig- in die Gasphase überführt wird.

Diese Art der Brennstoffaufbereitung steht grundsätzlich im Gegensatz zu einer Brennstoffvorwärmung von bekannten Heizgeräten, denn bei diesen soll eine Bildung von Dampf oder Gasblasen im flüssigen Brennstoff gerade vermieden werden.

Ferner steht die Erfindung eigentlich im Gegensatz zu der am erfindungsgemäßen Brenner vorgesehenen Zerstäuberdüse und deren Funktion, denn die Zerstäuberdüse kann bzw. wird den erfindungsgemäß verdampften, gasförmigen Brennstoff nicht mehr zerstäuben, sondern bringt diesen lediglich als Gasstrahl in den Brennraum des Brenners ein. Es hat sich aber gezeigt, dass der Gasstrahl aus verdampftem bzw. vorvergastem Brennstoff hinsichtlich der Bildung eines Gemisches mit der zugeführten Brennluft bei bestimmten Betriebszuständen eines Heizgerätes besondere Vorteile mit sich bringt, so dass – obwohl die Funktion der Zerstäuberdüse aufgehoben ist – Brennstoff und Brennluft besonders gleichmäßig durchmischt werden. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Heizgerätes entfallen daher die oben genannten Schwierigkeiten der Brennstoff-Aufbereitung und Gemischbildung, wie sie insbesondere für einen Kaltstart eines Niederdruck-Zerstäuberbrenners typisch sind.

Erfindungsgemäß kann daher ein sehr viel schnellerer Startablauf realisiert werden und ein Brenner gemäß der Erfindung erreicht viel schneller das Volllast-Regime.

Aufgrund der stark verbesserten Gemischbildung im kalten Brennraum bei einem Kaltstart sind erfindungsgemäß auch Emissionen wie Qualm, Geruch, Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid stark reduziert.

Darüber hinaus hat sich an dem erfindungsgemäßen Heizgerät auch gezeigt, dass der Gesamtbedarf an elektrischer Energie für das Zünden des Brenners im Vergleich zu konventionellen Brennern mit einem Glühstift geringer ist, insbesondere wenn das Verdampfen des Brennstoffs durch elektrische Beheizung geschieht, die verwendete Heizeinrichtung schon kurz nach dem Start deaktiviert wird und der erwärmte Brenner wieder in seiner ursprünglichen Funktion als Niederdruck-Zerstäuber arbeitet. Diese Energieeinsparung beruht darauf, dass gemäß der Erfindung nur ein sehr begrenzter Abschnitt der Brennstoffzuführung erhitzt wird, während bei konventionellen Brennern auch Bleche und weitere Bauteile des Brenners mit dem Glühstift aufgeheizt werden müssen, um die erforderliche Verdampfungs- und Zündtemperatur zu erreichen.

Schließlich führt die Erfindung noch zu einem weiteren vorteilhaften Effekt, indem der mit der Heizeinrichtung verdampfte Brennstoff ein Gasvolumen an der Brennstoffzuführung erzeugt, das als effektiver Dämpfer gegen Druck-Pulsationen beispielsweise einer Dosierpumpe der Brennstoffzuführung wirkt. Erfindungsgemäß wird die Brennstoffzufuhr insbesondere in der kritischen Startphase daher gleichmäßiger.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Brenner als Venturi-Brenner mit einer Venturi-Düse, als Prefilming-Brenner mit einer Prefilming-Düse oder als Rotations-Zerstäuberbrenner mit einer Rotationszerstäuber-Düse ausgebildet, die als Zerstäuberdüse wirkt. Insbesondere Venturi-Düsen werden im Bereich von Heizgeräten für mobile Anwendungen für die Zerstäubung von insbesondere Dieselkraftstoffen seit längerem mit großem Erfolg verwendet. In Kombination mit dem erfindungsgemäßen Vorgehen hat sich gezeigt, dass eine solche Venturi-Düse zu einer vollständigen und besonders gleichmäßigen Gemischbildung von Brennstoff und Brennluft führt, wenn der Brennstoff in ihr als Gasphase eingebracht wird. Diese Gasphase kann dabei – und das ist besonders wichtig – durch ein an der Venturi-Düse vorgesehenes Brennstoffröhrchen eingebracht werden, welches auch für das Zuführen der Flüssigphase bzw. den flüssigen Brennstoff Verwendung findet. Es ist keine zusätzliche Brennstoffzuführung mit einem Verdampferkörper oder dergleichen erforderlich.

Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist vorteilhaft mit mindestens einem Heizelement versehen, das mit elektrischer Energie betrieben wird. Ein elektrisches Heizelement kann mit einem Steuergerät bekannter Heizgeräte vergleichsweise leicht angesteuert und geregelt werden. Als Heizelement kann besonders vorteil haft ein Heizelement mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Element) vorgesehen sein, mit dem eine Selbstregelung auf eine vorbestimmte Temperatur geschaffen werden kann. Ein PTC-Element kann auch weitere Funktionen wie beispielsweise eine Gasblasendetektion im flüssigen Brennstoff übernehmen. Darüber hinaus können vorteilhaft zwei Heizelemente in Reihe geschaltet sein, von denen eines einen vergleichsweise niedrigen und eines einen vergleichsweise hohen Temperaturkoeffizienten aufweist. Bei einer solchen Schaltungsanordnung wird mit dem Element mit niedrigem Temperaturkoeffizienten ein schnelles Aufheizen realisiert, während mit dem Element mit hohem Temperaturkoeffizienten eine vorbestimmte Idealtemperatur eingeregelt wird. Dies ist möglich, indem z.B. die Selbstregelungswirkung eines positiven (und genügend hohen) Temperaturkoeffizienten ausgenutzt wird oder der Gesamtwiderstand der Anordnung, welcher ein Maß für die Temperatur ist, durch Regeln der zugeführten elektrischen Leistung bei einem vorbestimmten Wert gehalten wird.

Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist ferner vorteilhaft mit einem Widerstandsdraht als Heizelement ausgebildet, mit dem eine gezielte Zufuhrt von Heizenergie in den strömenden Brennstoff möglich ist.

Die Heizeinrichtung kann auch in herkömmlicher Weise als Keramik-Glühstift ausgebildet sein, wobei zu beachten ist, dass mit dem Glühstift gemäß der Erfindung gezielt flüssiger Brennstoff bis in die gasförmige Phase überführt und dann durch eine Zerstäuberdüse eines Brenners zugeführt wird.

Die Heizeinrichtung kann ferner ein Heizelement umfassen, das in Gestalt einer Wendel in einem Rohrabschnitt angeordnet ist, durch den der flüssige Brennstoff geleitet wird. Mit der Wendel kann auf geringem Bauraum ein hoher Energieeintrag in den strömenden Brennstoff realisiert werden, da die beheizte Oberfläche der Wendel relativ groß ist.

Die Wendel kann zentrisch in einem zylinderförmigen Rohrabschnitt befestigt sein, derart dass zwischen der Außenseite der Wendel und der Innenseite des Rohrabschnitts ein gewisser Spalt bleibt. Durch den Spalt kann dann der flüssige Brennstoff zugeführt und erhitzt werden. Eine solche Wendel kann insbesondere vergleichsweise leicht in bestehende Brenner und deren Brennstoffzuführung integrierte werden.

Damit die Kontaktfläche zwischen Wendel und flüssigem Brennstoff besonders groß ist, sollte die Wendel im Zentrum mit einer Durchgangsöffnung zum Durchtreten von Brennstoff versehen sein.

Die erfindungsgemäße Vorvergasung des flüssigen Brennstoffs sollte insbesondere vor und/oder während einer Startphase des Heizgerätes genutzt werden. Wie oben bereits erwähnt worden ist, kann erfindungsgemäß ein sehr viel schnellerer Startablauf realisier werden und der Brenner erreicht viel schneller das Volllast-Regime. Darüber hinaus führt die Erfindung besonders während Startphasen zu einer erheblichen Emissionsreduzierung.

Die erfindungsgemäße Art der Brennstoffzuführung mit einer Dampfphase und einer nachfolgenden Flüssigphase kann auch genutzt werden, um eine Art "Blitzstart" zu erzeugen. Bei einem solchen Start wird die Brennstoffzuführung während der Startphase beispielsweise unmittelbar an der Zerstäuberdüse zunächst gesperrt und erst geöffnet, nachdem mit der Heizeinrichtung eine vorbestimmte Menge flüssigen Brennstoffs in den im Wesentlichen gasförmigen Zustand überführt worden ist. Das Gasvolumen kann z.B. in der Zerstäuberdüse vor einem elektrisch betätigten Sperrventil erzeugt werden und tritt dann erst nach dem Öffnen des Ventils in die Brennkammer des Heizgerätes ein. Das derart verdampfte, vorgeheizte und aufgestaute Gasvolumen wird in der Brennkammer beispielsweise mit Hilfe eines herkömmlichen Glühstifts gezündet und führt dann aufgrund der im Gasvolumen gespeicherten, vergleichsweise großen Energiemenge zu einer schnellen und umfassenden Aufwärmung des Heizgeräte-Brenners. Die Erwär mung des Brenners wird also aus der chemischen Energie des Brennstoffs gespeist und nicht etwa aus der elektrischen Energie eines herkömmlichen Glühstifts.

Die erfindungsgemäße zumindest teilweise oder abschnittsweise Überführung von flüssigem Brennstoff in die Gasphase kann vorteilhaft auch während einer Heizphase des Heizgerätes genutzt werden. Mit der Erfindung können nämlich kleine Leistungs-Stufen des Heizgerätes, die eigentlich nicht mehr genug Energie zum sicheren Aufrechterhalten der Verbrennung zur Verfügung stellen, durch eine "Stütz-Heizung" bzw. unterstützende Verdampfung des flüssigen Brennstoffs stabilisiert werden. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Vorgehen genutzt werden, um Ablagerungen am bzw. im Brenner abzubauen. So kann erfindungsgemäß beispielsweise zeitweise die Flammlage am Brenner durch das Einbringen von vorverdampftem Brennstoff geändert werden. Zugleich kann das Brennluft/Brennstoff-Verhältnis in Richtung auf eine erhöhte Flammtemperatur geändert werden. Auf diese Weise können gezielt Temperaturen über 600 °C erreicht werden, die beispielsweise zu einem Abbau von Verkokungen führen, welche sich bei der Verbrennung von Brennstoff aus der Flüssigphase heraus am Brenner oder an dessen Wärmeübertrager gebildet haben.

Neben den oben genannten Einsatzbereichen der Erfindung kann der flüssige Brennstoff auch während oder nach einer Stoppphase des Heizgerätes in den im Wesentlichen gasförmigen Zustand überführt werden. Ein solches Vorgehen kann sinnvoll sein, denn eine Verbrennungsunterbrechung oder ein Flammabbruch während der Verbrennung eines flüssigen Brennstoff-Sprays bringt vergleichsweise viele unverbrannte Brennstofftröpfchen und einen entsprechenden Schadstoffausstoß mit sich. Wenn hingegen mit der Zerstäuberdüse kurzzeitig ein Gasstrahl ausgebracht wird und die Verbrennung währenddessen unterbrochen wird, so befindet sich an der Zerstäuberdüse vergleichsweise wenig Brennstoff und dieser ist noch dazu fein verteilt. Der wenige, gasförmige Brennstoff verbrennt daher vergleichsweise emissionsarm.

Die oben genannte Emissionsreduzierung während einer Stoppphase kann weiter gesteigert werden, indem die Brennstoffzuführung während der Stoppphase zunächst geöffnet ist und erst gesperrt wird, nachdem mit der Heizeinrichtung eine vorbestimmte Menge flüssigen Brennstoffs in den im Wesentlichen gasförmigen Zustand überführt worden ist. Durch das Absperren der Brennstoffzuführung ist ein weiteres Abdampfen von flüssigem Brennstoff sicher verhindert. Mit dem in der versperrten Brennstoffleitung verbliebenen Gas ist ein Druck-Ausgleichsvolumen geschaffen, welches insbesondere verhindert, dass flüssiger Brennstoff aufgrund einer temperaturbedingten Druckerhöhung in der Brennstoffleitung durch die Absperreinrichtung gedrückt wird. Darüber hinaus ist mit dem in der Brennstoffzuführung verbliebenen Gasvolumen die Grundlage für einen baldigen Neustart des Brenners auf der Basis der erfindungsgemäßen Vorverdampfung von flüssigem Brennstoff geschaffen.

Bei der erfindungsgemäßen teilweisen Vergasung des ansonsten flüssig zugeführten Brennstoffs sollte dem flüssigen Brennstoff mit der Heizeinrichtung pro Zeiteinheit derart viel Energie zugeführt werden, dass die Energiedichte an der Oberfläche der Heizeinrichtung unter einer vorbestimmten kritischen Grenze bleibt (Leidenfrost'sches Phänomen des Filmsiedens). Auf diese Weise kann die Energie effizient in den Brennstoff eingebracht und chemische Zersetzungsprozesse im Brennstoff können vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich sollte die Temperatur des beheizten Brennstoffs innerhalb eines vorbestimmten Temperaturintervalls sein. Dieses Temperaturintervall ist von der Art des Brennstoffs abhängig und beträgt bei Diesel beispielsweise ca. 170 °C bis 400 °C. Eine chemische Zersetzung des Brennstoffs kann auf diese Weise vermieden werden.

Zum Verdampfen des flüssigen Brennstoffs kann die erfindungsgemäße Heizeinrichtung vorteilhaft vor einer Zufuhr von flüssigem Brennstoff während einer Zeitdauer von ca. 2 bis 10 Sekunden, insbesondere von ca. 2 bis 6 Sekunden und am Bevorzugtesten von ca. 5 Sekunden vorgeheizt werden. Eine derartige Vorheizzeit stellt sicher, dass die Heizeinrichtung die erforderliche Energiemenge für ein schnelles und umfassendes Verdampfen einer vorbestimmten Menge an flüssigem Brennstoff bereitstellt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizgerätes anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine teilweise geschnittene schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heizgerätes und
2 eine geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Zerstäuberdüse eines erfindungsgemäßen Heizgerätes gemäß 1.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein Heizgerät 10 veranschaulicht, das als wesentliches Bauelement einen Brenner 12 zum Verbrennen eines Brennstoff/Brennluft-Gemisches enthält. Das Heizgerät 10 umfasst ferner ein Ringkanalgebläse 14 mit einem Gebläsemotor 16, mit dem über einen Lufteintrittsstutzen 18 Brennluft 20 angesaugt und druckseitig in einen Brennluftsammelraum 22 eingeblasen wird. Ein Teil der in dem Brennluftsammelraum 22 zur Verfügung gestellten Brennluft wird als Primärluft durch eine Zerstäuberdüse 24, die im vorliegenden Fall als Venturi-Düse ausgebildet ist, in eine Brennkammer 26 gefördert. Der verbleibende Teil der Brennluft im Brennluftsammelraum 22 wird als Sekundärluft durch Sekundärluftbohrungen 28 in die Brennkammer 26 gefördert. Die Aufteilung der Brennluft in Primärluft und Sekundärluft ist nützlich, um am nachfolgend noch genauer erläuterten Austritt der Zerstäuberdüse 24 ein zündwilliges Gemisch bereitzustellen.
Die Zerstäuberdüse 24 umfasst eine Eingangszone 30 und einen Diffusor 32, mit dem der Venturi-Effekt erzeugt wird. Im Inneren der Zerstäuberdüse 24 ist eine Brennstoffnadel 34 angeordnet, die über eine Brennstoffleitung 36 mit flüssigem, fossilem Brennstoff, insbesondere mit Dieselkraftstoff versorgt wird. In der Eingangszone 30 wird die Primärluft mit hoher Strömungsgeschwindigkeit bereitgestellt und zugleich der flüssige Brennstoff aus der Brennstoffnadel 34 annähernd drucklos ausgebracht. Der austretende Brennstoff wird dabei in Fäden gezogen.
Bei der weiteren Strömung der Brennluft durch den Diffusor 32 wird die Brennstoff/Brennluft-Geschwindigkeit zunächst drastisch erhöht wodurch die oben genannten Brennstoff-Fäden in Tröpfchen zerrissen werden.
Nachfolgend wird die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der Aufweitung des Diffusors 32 wieder drastisch verringert, wodurch Druck rückgewonnen und ein Ausbilden einer Pilotflamme unterstützt wird. Die Pilotflamme wird mit einem Glühstift 38 gezündet, der vor dem Ausgang des Diffusors 32 angeordnet ist.
In der Brennkammer 26 ist eine Prallscheibe 40 angeordnet, an der das aus der Zerstäuberdüse 24 austretende Brennstoff/Brennluft-Gemisch radial nach außen gedrängt und durchmischt wird. Der Bereich zwischen der Zerstäuberdüse 24 und der Prallscheibe 40 dient somit als Mischzone 42, während der Bereich hinter der Prallscheibe 40 als Reaktionszone 44 dient. Im weiteren Verlauf eines die Prallscheibe 40 umgebenden Brennrohres 46 wird das Brennstoff/Brennluft-Gemisch vollständig verbrannt und durch einen abgasführenden Teil aus dem Heizgerät 10 geleitet. Durch die vom Abgas abgegebene Wärmeenergie wird ein in das Heizgerät 10 eintretendes Wasser 48 als Wärmeträger an den abgasführenden Teilen und einem daran ausgebildeten Wärmeübertrager erwärmt, so dass warmes Wasser 50 aus dem Heizgerät 10 austritt. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Wärmeträger anstelle des Wassers Luft verwendet.
In 2 ist die Zerstäuberdüse 24 näher veranschaulicht. Die Zerstäuberdüse 24 umfasst einen Düsenkörper 52, an dem mittels einer Durchgangsöffnung ein Lufteintrittsbereich 54 und ein Luftaustrittsbereich 56 ausgebildet sind. Der Lufteintrittsbereich 54 und der Luftaustrittsbereich 56 sind über eine Strömungsweg 58 miteinander verbunden. Dieser Strömungsweg 58 ist in die oben genannte Eingangszone 30 und den Diffusor 32 unterteilt. Der Düsenkörper 52 dient ferner als Halterung für den Glühstift 38.
Im Zentrum der Eingangszone 30 ist entlang der Längsachse des Strömungsweges 58 die Brennstoffnadel 34 in Gestalt eines Rohres bzw. Röhrchens ausgebildet. In der Brennstoffnadel 34 ist an dem vom Düsenkörper 52 abgewandten Endbereich eine Ausweitung ausgebildet, innerhalb derer ein Heizelement 60 vorgesehen ist. Das Heizelement 60 ist als Widerstandsdraht-Wendel 62 aus einem Material mit positivem Temperatur-Koeeffizienten gestaltet.
Mit dem Heizelement 60 wird der durch die Brennstoffnadel 34 geförderte Brennstoff im Bedarfsfall im Wesentlichen in einen gasförmigen Zustand überführt, so dass er als Gasstrahl aus der Brennstoffnadel 34 austritt und in den Strömungsweg 58 gelangt. Auf diese Weise können während verschiedener Betriebsphasen des Heizgerätes 10 die oben genannten erfindungsgemäßen Vorteile erzielt werden.
Die Wendel 62 ist derart in dem Röhrchen der Brennstoffnadel 34 angeordnet, dass zwischen der Außenseite der Wendel 62 und der Innenseite der Brennstoffnadel 34 ein vergleichsweise dünner Spalt 64 bereitgestellt ist, durch den der Brennstoff gefördert und dabei erhitzt wird.
Außer dem Spalt 64 steht dem flüssigen Brennstoff auch eine Durchgangsöffnung 66 als Strömungsweg bereit, die im Inneren der Wendel 62 in Längsrichtung der Brennstoffnadel 34 ausgespart ist.
Abschließend sei angemerkt, dass sämtlichen Merkmalen, die in den Anmeldungsunterlagen und insbesondere in den abhängigen Ansprüchen genannt sind, trotz dem vorgenommenen formalen Rückbezug auf einen oder mehrere bestimmte Ansprüche, auch einzeln oder in beliebiger Kombination eigenständiger Schutz zukommen soll.

10: Heizgerät
12: Brenner
14: Ringkanalgebläse
16: Gebläsemotor
18: Lufteintrittsstutzen
20: Brennluft
22: Brennluftsammelraum
24: Zerstäuberdüse
26: Brennkammer
28: Sekundärluftbohrung
30: Eingangszone
32: Diffusor
34: Brennstoffnadel
36: Brennstoffleitung
38: Glühstift
40: Prallscheibe
42: Mischzone
44: Reaktionszone
46: Brennrohr
48: eintretendes Wasser
50: austretendes Wasser
52: Düsenkörper
54: Lufteintrittsbereich
56: Luftaustrittsbereich
58: Strömungsweg
60: Heizelement
62: Wendel
64: Spalt
66: Durchgangsöffnung

Claims

Heizgerät (10), insbesondere für mobile Anwendungen, mit einem Brenner (12) zum Verbrennen eines fossilen, flüssigen Brennstoffs, einer am Brenner angeordneten Zerstäuberdüse (24), mit der während des Betriebs des Brenners (12) der flüssige Brennstoff in feinste Brennstofftröpfchen zerstäubt werden kann, und einer Brennstoffzuführung (34, 36), mit der der flüssige Brennstoff zur Zerstäuberdüse (24) zugeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zerstäuberdüse (24) eine Heizeinrichtung (60) vorgesehen ist, mit der während des Betriebs des Brenners (12) der flüssige Brennstoff vor und/oder während seines Austretens aus der Zerstäuberdüse (24) zeitweise verdampft werden kann.
Heizgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (12) als Venturi-Brenner mit einer Venturi-Düse, als Prefilming-Brenner mit einer Prefilming-Düse oder als Rotations-Zerstäuberbrenner mit einer Rotationszerstäuber-Düse ausgebildet ist, die als Zerstäuberdüse (24) wirkt.
Heizgerät gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (60) mindestens ein Heizelement (60), insbesondere ein PTC-Element, umfasst, das mit elektrischer Energie betrieben wird.
Heizgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung mit einem Widerstandsdraht als Heizelement (60) ausgebildet ist.
Heizgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung als Keramik-Glühstift ausgebildet ist.
Heizgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung ein Heizelement (60) umfasst, das in Gestalt einer Wendel (62) in einem Rohrabschnitt (34) angeordnet ist, durch den der flüssige Brennstoff geleitet wird.
Heizgerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (62) zentrisch in dem Rohrabschnitt (34) angeordnet ist und zwischen der Wendel (62) und einer Innenfläche des Rohrabschnitts (34) ein vergleichsweise dünner Spalt (64) zum Durchtreten von Brennstoff ausgebildet ist.
Heizgerät gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (62) im Zentrum mit einer Durchgangsöffnung (66) zum Durchtreten von Brennstoff versehen ist.
Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes (10), bei dem während des Betriebs eines Brenners (12) mit einer Brennstoffzuführung (34, 36) zu einer Zerstäuberdüse (24) ein flüssiger, fossiler Brennstoff zugeführt und dort zerstäubt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Brenners (12) der zugeführte Brennstoff vor und/oder während seines Austretens aus der Zerstäuberdüse (24) zeitweise mittels einer Heizeinrichtung (60) in einen im Wesentlichen gasförmigen Zustand überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Brennstoff vor und/oder während einer Startphase des Heizgerätes (10) in den im Wesentlichen gasförmigen Zustand überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführung (34, 36) zur Zerstäuberdüse (24) während der Startphase zunächst gesperrt ist und erst geöffnet wird, nachdem mit der Heizeinrichtung (60) eine vorbestimmte Menge flüssigen Brennstoffs in den im Wesentlichen gasförmigen Zustand überführt worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Brennstoff während einer Heizphase des Heizgerätes (10) in den im Wesentlichen gasförmigen Zustand überführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Brennstoff während oder nach einer Stoppphase des Heizgerätes (10) in den im Wesentlichen gasförmigen Zustand überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführung (34, 36) zur Zerstäuberdüse (24) während der Stoppphase zunächst geöffnet ist und erst gesperrt wird, nachdem mit der Heizeinrichtung (60) eine vorbestimmte Menge flüssigen Brennstoffs in den im Wesentlichen gasförmigen Zustand überführt worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem flüssigen Brennstoff mit der Heizeinrichtung (60) pro Zeiteinheit derart viel Energie zugeführt wird, dass die Energiedichte an der Oberfläche der Heizeinrichtung (60) bzw. des Brennstoffs unter einer vorbestimmten kritischen Grenze bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (60) zum Verdampfen des flüssigen Brennstoffs vor einer Zufuhr von flüssigem Brennstoff während einer Zeitdauer von ca. 2 bis 10 Sekunden, insbesondere von ca. 2 bis 6 Sekunden und am Bevorzugtesten von ca. 5 Sekunden vorgeheizt wird.
Fahrzeug mit einem Heizgerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.