Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampferbrenner für ein mobiles Heizgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Verdampferbrenners eines mobilen Heizgerätes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.

In mobilen Heizgeräten, insbesondere in Standheizern und/oder Zuheizern für Fahrzeuge, wie beispielsweise für motorbetriebene Landfahrzeuge, werden Verdampferbrenner eingesetzt. Solche Verdampferbrenner weisen einen Verdampfer auf, der aus einer durchströmbaren, mit einer Vielzahl von Hohlräumen durchsetzten Struktur gebildet wird, um eine effektive Verdampfung von flüssigem Brennstoff zu erzielen. Häufig eingesetzte Strukturen sind gepresste Metallfasern in regelloser Anordnung (auch als Vlies bezeichnet) sowie Metallgitter und Metallgestricke, wobei sich die eingesetzten Strukturen je nach Anwendung und Einsatzzweck unterscheiden können. Ferner weisen Verdampferbrenner eine Brennkammer auf, die in der Regel zumindest teilweise durch ein Brennrohr begrenzt wird und die in axialer Richtung angrenzend an den Verdampfer ausgebildet ist.

Im Einsatz wird dem Verdampfer von der der Brennkammer abgewandten Seite flüssiger Brennstoff über eine Dosierpumpe zugeführt. Die Kapillarwirkung des Verdampfers sorgt für eine Durchdringung des Verdampfers mit Brennstoff sowohl in radialer als auch in axialer Richtung. Die zum Verdampfen von Brennstoff benötigte Wärme wird beim Starten des Heizgerätes durch einen Glühstift, der in der Regel auf der der Brennkammer zugewandten Seite des Verdampfers angeordnet ist, bereitgestellt. Nach einer Startphase kann dann der Glühstift abgeschaltet werden und die zum Verdampfen erforderliche Wärme wird durch den Verbrennungsvorgang von Brennstoff mit Brennluft in der Brennkammer bereitgestellt. Häufig wird der Glühstift auch als Flammwächter eingesetzt. Hierbei wird der Widerstand des Glühstiftes, der sich mit der Temperatur ändert, gemessen und über den erfassten Widerstandswert kann auf die Temperatur innerhalb der Brennkammer, insbesondere ob eine flammende Verbrennung stattfindet, geschlossen werden.

Bei den bisher eingesetzten Verdampferbrennern erfolgt die Zuführung von Brennluft in die Brennkammer ausschließlich stromabwärts von dem Verdampfer. Hierbei ist bekannt, in dem Brennrohr radiale Öffnungen, die insbesondere gleichmäßig über den Umfang desselben ver- teilt sind, in einer oder mehreren Reihen vorzusehen. Teilweise sind auch in einer Verdamp- feraufhahme Öffnungen zur Zuführung von Brennluft vorgesehen. Die Verdampferaufnahme wird dabei in der Regel durch ein schalenförmiges Gehäusebauteil gebildet, das einen Boden und eine umlaufende Wand, die gegebenenfalls abgestuft ist, aufweist. Im Bereich des Bodens ist dabei der Verdampfer angeordnet, während sich die umlaufende Wand in Richtung zu der Brennkammer über den Verdampfer hinaus erstreckt. Bei bekannten Verdampferbrennern sind teilweise in dem Bereich der umlaufenden Wand stromabwärts von dem Verdampfer ebenfalls Öffnungen zur Zuführung von Brennluft vorgesehen.

Bei bekannten Verdampferbrennern sind der Verdampfer, die Verdampferaufnahme sowie der Glühstift teilweise sehr hohen Temperaturen ausgesetzt. Diese hohen Temperaturen sind dadurch bedingt, dass die Diffusionsflamme, die bei der nicht vorgemischten Verbrennung von Brennstoff mit Brennluft in der Brennkammer entsteht, direkt angrenzend an dem Verdampfer ausgebildet wird. Insbesondere nach längeren Einsatzzeiten besteht dabei die Neigung, dass sich aufgrund der hohen Temperaturen die Verpressung des Verdampfer-Metallfaserverbundes (bei Faserverdampfern) durch Wärmeausdehnung oder aber durch Entstehung und Einlagerung von thermischem Koks (Rußbildung unter Luftmangel) reduziert wird. Teilweise führt dies zu einer Aufwölbung des Verdampfers und/oder zu einem Lösen einzelner Fasern des Verdampfers. Auch im Bereich der elektrischen Kontaktstellen und der mechanischen Befestigung des Glühstiftes an der Verdampferaufnahme besteht die Neigung, dass sich diese teilweise lösen oder lockern. Um eine derartige Materialermüdung im Bereich des Verdampfers und der daran angrenzenden Bauteile zu vermeiden, müssen bisher speziell für hohe Temperaturbelastungen ausgelegte Materialien eingesetzt werden und/oder es muss eine zusätzliche Luftkühlung für diese Bauteile vorgesehen werden. Dies ist mit erhöhten Kosten und Aufwand verbunden.

Ferner wird bei bisherigen Heizgeräten der Modulationsbereich, über den die Heizleistung geregelt werden kann, teilweise dadurch begrenzt, dass sich bei niedrigen Heizleistungen die Verbrennungseigenschaften verschlechtern. Insbesondere bei einem Betrieb des Heizgerätes an der unteren Grenze des Modulationsbereiches tritt das Problem auf, dass in dem Bereich angrenzend an den Verdampfer ein Mangel an Sauerstoff auftritt, was dazu führt, dass die Kohlenstoffverbindungen des Brennstoffes nur teilweise oxidiert werden. Dies führt zu einer erhöhten CO-Bildung (CO: Kohlenmonoxid) sowie zu der Entstehung von langkettigen Ruß- Clustern über teiloxidierte Benzolradikale. Teilweise werden diese Rußcluster noch in den luftreichen Zonen der Brennkammer verbrannt. Es besteht dabei die Neigung, dass sich diese im Bereich des Verdampfers und an den Wänden der Brennkammer ablagern und so zu einer Verschlechterung der Verdampfungseigenschaften infolge einer reduzierten verfügbaren Verdampferoberfläche sowie einem durch Isolation bedingten reduzierten Wärmeeintrag in das Verdampfermaterial führen. Zum anderen besteht die Neigung, dass diese die Luftführung im Brennraum und damit die Vermischung von verdampftem Brennstoff und zugeführter Brennluft negativ beeinflussen. Ferner sind bei einem Betrieb des Heizgerätes an der unteren Grenze des Modulationsbereiches sowohl die Brennstoff- als auch die Brennluft-Zufuhr reduziert. Dies führt teilweise dazu, dass die radial zugeführte Brennluft aufgrund der niedrigeren Strömungsgeschwindigkeit nicht oder nur zu einem geringen Anteil bis in den zentralen Bereich der Brennkammer gelangt. Aufgrund eines lokalen Sauerstoffmangels tritt in diesem zentralen Bereich der Brennkammer dann verstärkt eine CO- und Rußbildung auf.

Weiterhin wurde bei einem Betrieb des Heizgerätes an der unteren Grenze des Modulationsbereiches beobachtet, dass, sofern keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden, aufgrund der dadurch bedingten, geringeren Brennstoff-Förderfrequenz (durch die Dosierpumpe) die Diffusionsflamme in der Brennkammer mit der Frequenz der Dosierpumpe zu pulsieren beginnt. Ursache hierfür ist, dass die Diffusionsflamme stark von der Menge an verdampftem Brennstoff abhängt, so dass sie empfindlich auf einen zeitlich variierenden Verlauf der Brennstoff- Zufuhr reagiert. Insbesondere bei Mehrkomponentengemischen, wie beispielsweise Benzin, tritt dieses Problem des Pulsierens verstärkt auf. Aufgrund der unterschiedlichen Siedepunkte verdampfen Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt bereits früher als Bestandteile mit hohem Siedepunkt. Dies führt insbesondere im Teillast-Betrieb dazu, dass die Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt aufgrund der hohen Temperaturen innerhalb des Verdampfers sehr früh verdampfen und nicht verdampfte, flüssige Bestandteile mit in die Brennkammer mitreißen. Auf diese Weise werden kurzzeitig hohe Mengen an dampfförmigem (und teilweise versprühtem) Brennstoff aus dem Verdampfer in die Brennkammer gefördert und dort verbrannt. Bis zu dem nächsten Brennstoff-Dosierpumpentakt besteht daraufhin in dem Verdampfer ein Mangel an zu verdampfendem Brennstoff, so dass währenddessen auch in der Brennkammer die Diffusionsflamme reduziert ist. Das Problem des Pulsierens kann zwar durch den Einsatz von externen Pulsationsdämpfera reduziert werden, dies ist jedoch mit erhöhten Kosten und Aufwand verbunden. Dementsprechend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Verdampferbrenner für ein mobiles Heizgerät bereitzustellen, der über den gesamten Heizlast- Modulationsbereich des Heizgerätes mit guten Verbrennungseigenschaften über die vorgesehene Nutzungsdauer betreibbar ist und der zudem einen möglichst breiten Heizlast- Modulationsbereich aufweist.

Die Aufgabe wird durch einen Verdampferbrenner für ein mobiles Heizgerät gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines Verdampferbrenners eines mobilen Heizgerätes gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verdampferbrenner für ein mobiles Heizgerät bereitgestellt, der einen Verdampfer zur Verdampfung von zugefuhrtem, flüssigem Brennstoff, wobei der Verdampfer eine durchströmbare, mit einer Vielzahl von Hohlräumen durchsetzte Struktur aufweist, und eine, in axialer Richtung zu dem Verdampfer angeordnete Brennkammer zur Verbrennung von verdampftem Brennstoff und zugeführter Brennluft aufweist. Dabei weist der Verdampfer mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal zur Zuführung von Brennluft in die Brennkammer auf, der einen, gegenüber der Struktur des Verdampfers reduzierten Strömungswiderstand für Brennlufit aufweist und der sich zumindest teilweise, insbesondere vollständig, durch den Verdampfer derart erstreckt, dass Brennluft von einer, von der Brennkammer abgewandten Seite des Verdampfers über den mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal durch den Verdampfer hindurch in die Brennkammer zufuhrbar ist.

Durch die Zufuhrung von Brennluft durch den Verdampfer hindurch wird eine Kühlung des Verdampfers erzielt. Dies führt insbesondere bei Mehrkomponentengemischen dazu, dass die Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt nicht deutlich früher als die Bestandteile mit hohem Siedepunkt verdampfen, so dass das Pulsieren auch bei einem Betrieb an der unteren Grenze des Modulationsbereiches reduziert bzw. beseitigt werden kann. In der Regel kann hierdurch auf den Einsatz eines externen Pulsationsdämpfers verzichtet werden. Ferner wird durch die Zuführung von Brennluft durch den mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal eine höhere Strömungsgeschwindigkeit in axialer Richtung erzielt. Dadurch wird erreicht, dass sich die Diffusionsflamme nicht direkt angrenzend an dem Verdampfer sondern beabstandet von die- sem ausbildet und die Bauteile im Bereich des Verdampfers gleichzeitig durch die axial zugeführte Luft gekühlt werden. Dieser Effekt führt zu niedrigeren Temperaturen im Bereich des Verdampfers, des Glühstiftes und der Verdampferaufnahme. Der Einsatz einer zusätzlichen Luftkühlung ist dabei in der Regel nicht mehr erforderlich. Auch müssen die Materialien des Verdampfers, der Verdampferaufnahme und der angrenzenden Bauteile nicht mehr so hohen Temperaturbelastungen standhalten, so dass kostengünstigere Materialien eingesetzt werden können.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch die erfmdungsge- mäße Zuführung von Brennluft eine gute Durchmischung von Brennstoff und Brennluft erzielt wird. Dadurch kann auch bei Teillast-Betrieb eine gute und stabile Verbrennung mit geringer CO- und Ruß-Bildung erreicht werden. Ferner kann die Heizleistung durch die Erzielung einer gleichmäßigen, stabilen Verbrennung, insbesondere im Teillast-Betrieb, über einen weiteren Bereich als bisherige Heizgeräte entsprechender Bauart geregelt werden. Beispielsweise konnte bei Heizgeräten eines Typs, deren Heizleistung bisher im Bereich von 3-5 kW (Kilowatt) modulierbar bzw. regelbar war, durch die erfindungsgemäße Ausbildung derselben eine Erweiterung dieses Bereiches auf 1-5 kW erzielt werden. Dementsprechend wird durch die erfindungsgemäße, axiale Luftzuführung eine über den gesamten Modulationsbereich qualitativ hochwertige Verbrennungsreaktion sichergestellt.

Ferner kann durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Verdampferbrenners im Bereich des mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanals auch eine teilweise Zerstäubung von Brennstoff erzielt werden. Insbesondere wird in diesem Fall Brennstoff im Bereich des Übergangs zwischen Verdampfer und Brennluft-Zufuhrkanal von der Brennluft in Form von feinen Tröpfchen mitgerissen und in die Brennkammer gefördert. Auf diese Weise muss nicht sämtlicher Brennstoff verdampft werden, sondern ein Teil des zugeführten Brennstoffs gelangt in Form von fein verteilten Tröpfchen in die Brennkammer. Dadurch kann eine effektive Verdampfung und/oder Zerstäubung von Brennstoff erzielt werden.

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 dau- erhaften, 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 ist 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. 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.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erstreckt sich der mindestens eine Brennluft-Zufuhrkanal zumindest teilweise durch den Verdampfer. Vorzugsweise erstreckt sich der mindestens eine Brennluft-Zuführkanal vollständig (bezüglich der axialen Richtung) durch den Verdampfer, so dass für die zugeführte Brennluft nur ein geringer Strömungswiderstand bei dem Transport durch den Verdampfer hindurch auftritt und die Brennluft nicht durch die Struktur des Verdampfers selbst hindurchströmen muss. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Brennluft-Zufuhrkanal entlang der axialen Richtung verläuft, d.h. nicht gebogen und/oder schräg zu dieser axialen Richtung verläuft. Solch ein Verlauf genau entlang der axialen Richtung ist aber nicht zwingend erforderlich. Insbesondere kann der mindestens eine Brennluft-Zuführkanal auch gekrümmt verlaufen oder die Gesamt- Erstreckungsrichtung des Brennluft-Zufuhrkanals kann schräg zu der axialen Richtung verlaufen. Gemäß der vorliegenden Erfindung muss sich der Brennluft-Zufuhrkanal lediglich derart erstrecken, dass Brennluft von einer, von der Brennkammer abgewandten Seite des Verdampfers über den mindestens einen Brennluft-Zuführkanal durch den Verdampfer hindurch in die Brennkammer zuführbar ist.

Grundsätzlich ist erfindungsgemäß mindestens ein Brennluft-Zufuhrkanal vorgesehen. Um eine gleichmäßige Brennluft-Zuführung über eine Fläche quer zu der axialen Richtung zu erzielen und damit ein homogenes Brennstoff-Brennluft-Gemisch innerhalb der Brennkammer zu erhalten, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eine Mehrzahl von Brennluft- Zufuhrkanälen vorgesehen. In der vorliegenden Anmeldung wird durch die Bezugnahme auf „mindestens einen Brennluft-Zuführkanal" jeweils auch auf die vorteilhafte Variante der Vor- sehung einer Mehrzahl von Brennluft-Zufiihrkanälen Bezug genommen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die einzelnen Brennluft-Zufuhrkanäle über eine Fläche des Verdampfers, die im Wesentlichen quer zu der axialen Richtung verläuft, verteilt.

Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der mindestens eine Brennluft- Zufuhrkanal einen, gegenüber der Struktur des Verdampfers reduzierten Strömungswiderstand für Brennluft aufweist. Insbesondere kann im Bereich des Brennluft-Zufuhrkanals beispielsweise eine durchströmbare Struktur vorgesehen sein, die einen geringeren Strömungswiderstand als die Struktur des Verdampfers aufweist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der mindestens eine Brennluft-Zufuhrkanal einen freien Strömungsquerschnitt für Brennluft auf, der Brennluft-Zufuhrkanal ist also nicht mit einer Struktur ausgefüllt. Dementsprechend kann die zugeführte Brennluft in dem Brennluft-Zufuhrkanal frei strömen.

Als Strukturen für Verdampfer, die durchströmbar sind und mit einer Vielzahl von Hohlräumen durchsetzt sind, sind verschiedene Strukturen einsetzbar. Wesentlich ist, dass diese Strukturen eine große Oberfläche aufweisen und für Brennstoff durchströmbar sind, so dass eine effektive Verdampfung von Brennstoff erzielbar ist. Hierfür eignen sich insbesondere poröse Strukturen. Eingesetzte Strukturen sind beispielsweise wabenförmig, quaderförmig, schaumartig (z.B. Metallschaum), etc.. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Struktur des Verdampfers durch einen Faserstruktur, insbesondere durch eine Metallfaserstruktur, gebildet. Solch eine Faserstruktur, die teilweise auch als Vlies bzw. Verdampfervlies bezeichnet wird, hat sich im Einsatz besonders bewährt. Insbesondere werden teilweise Strukturen aus gepressten Metallfasern in regelloser Anordnung eingesetzt, wobei je nach Anforderungen verschiedene Faserstrukturen und/oder Fasergeometrien verwendet werden.

Auch bei der äußeren Form des Verdampfers sind verschiedene Strukturen möglich. Die äußere Form sollte insbesondere gewährleisten, dass zugeführter Brennstoff zunächst den Verdampfer passieren muss, bevor er die Brennkammer erreicht. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Verdampfer flächig, insbesondere scheibenförmig, ausgebildet, wobei sich die Fläche des Verdampfers im Wesentlichen senkrecht zu der axialen Richtung erstreckt. Ferner sind gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung Brennluft dem mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal und Brennstoff dem Verdampfer jeweils auf der von der Brennkammer ab- gewandten Seite des Verdampfers zufuhrbar.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Verdampfer in einer schalenförmigen Verdampferaufnahme aufgenommen und in einem Boden der Verdampferaufnahme ist mindestens eine Durchgangsöffnung, die zu dem mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal fuhrt, ausgebildet. Der Verdampferbrenner wird in der Regel zumindest teilweise von einem Gehäuse umgeben. Das Gehäusebauteil, in dem der Verdampfer aufgenommen ist, wird dabei als Ver- dampferaufhahme bezeichnet, während das sich daran anschließende Gehäusebauteil, das (zumindest teilweise) die Brennkammer umgibt, als Brennrohr bezeichnet wird. Die Ver- dampferaufnahme bildet dabei in der Regel die Form einer Schale, die einen Boden und eine, gegebenenfalls abgestufte, umlaufende Wand aufweist. Dabei wird der Verdampfer in der Verdampferaufnahme in der Regel derart aufgenommen, dass die Seite bzw. Fläche des Verdampfers, die von der Brennkammer abgewandt ist, an dem Boden der Verdampferaufnahme anliegt. Über die Durchgangsöffhung(en) wird durch die Verdampferaufnahme hindurch eine Zufuhr von Brennluft in den mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal ermöglicht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der mindestens eine Brennluft-Zufuhrkanal eine Hülse auf, die sich (vorzugsweise in axialer Richtung) zumindest teilweise durch den Verdampfer erstreckt. Beispielsweise kann die Hülse durch einen zylindrischen Rohrabschnitt gebildet werden. Durch die Vorsehung solch einer Hülse wird in deren Bereich ein Kontakt zwischen dem Brennstoff innerhalb des Verdampfers und der Brennluft innerhalb des mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanals verhindert. Ferner wird durch Vorsehung einer oder mehrerer Hülsen die Stabilität innerhalb des Verdampfers erhöht. Insbesondere wird verhindert, dass Material des Verdampfers über die Zeit den mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal zusetzt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die mindestens eine Hülse integral in einer Verdampferaufnahme ausgebildet, wobei die Verdampferaufnahme schalenförmig ausgebildet und in dieser der Verdampfer aufgenommen ist. Durch solch eine integrale Ausbildung kann die Anzahl der Bauteile reduziert, der Fertigungsprozess vereinfacht und die Stabilität der Anordnung erhöht werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verdampferaufnahme ein durch ein MIM- Herstellungsverfahren (MIM: Metal Injection Moulding; deutsch: pulvermetallurgisches Spritzgießen) gebildetes Bauteil. Das MIM-Herstellungsverfahren ist dabei für die Herstellung der Verdampferaufnahme, gegebenenfalls mit integral ausgebildeten Hülsen, besonders gut geeignet, da sich durch dieses Verfahren komplexe, metallische Bauteilgeometrien herstellen lassen. Bei dem MIM-Herstellungsverfahren wird zunächst im Spritzgussverfahren ein Grünling hergestellt, der danach den Schritten der Entbinderung und anschließend der Sinterung unterzogen wird.

Wird die für den Verbrennungsprozess benötigte Brennluft vollständig über den mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal zugeführt, so besteht die Gefahr, dass die, innerhalb der Brennkammer ausgebildete Diffusionsflamme zu weit von dem Verdampfer abhebt und/oder durch die einströmende Brennluft gelöscht wird. Dementsprechend wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung die Brennkammer zumindest teilweise durch ein Brennrohr, das sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckt, begrenzt, wobei in dem Brennrohr radial Brennluft- Zufuhröffnungen zur zusätzlichen Zuführung von Brennluft in die Brennkammer vorgesehen sind. Beispielsweise können in dem Brennrohr eine oder mehrere umlaufende Reihen von Brennluft-Zufuhröffnungen vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ können auch in der umlaufenden Wand einer Verdampferaufnahme Brennluft-Zufuhröffnungen vorgesehen sein, wobei diese Brennluft-Zufuhröffnungen dann, wie im einleitenden Teil erläutert wird, stromabwärts von dem Verdampfer angeordnet sind. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass über die Verdampferaufnahme, abgesehen von der Brennluft-Zufuhr zu dem mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal, keine Brennluft in die Brennkammer zufuhrbar ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Öffnungsquerschnitte der Brennluft- Zufuhröffnungen und des mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanals derart angepasst und/oder ist die Brennluft-Zufuhr an die Brennluft-Zufuhröffnungen und den mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal derart angepasst, dass im Einsatz über die Brennluft-Zufuhröffnungen ein Anteil im Bereich von 20-40% und über den mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal ein Anteil im Bereich von 60-80% der zugeführten Brennluft in die Brennkammer zugeführt werden. In diesem Bereich, insbesondere bei einem Verhältnis der über den mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal zugeführten Brennluft zu der über die Brennluft-Zufuhröffnungen zugeführten Brennluft von 70:30, konnten sehr gute Verbrennungseigenschaften beobachtet werden. Ein gewünschtes Verhältnis der zugeführten Brennluft kann ausschließlich durch eine entsprechende Anpassung der Öffnungsquerschnitte der jeweiligen Öffnungen bzw. Kanäle (unter Berücksichtigung des Strömungswiderstandes der jeweiligen Zuleitungen) erzielt werden. Zusätzlich oder alternativ können zur Erzielung dieses Verhältnisses auch Ventile und/oder Pumpen eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein mobiles Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeug- Heizgerät, wie beispielsweise einen Stand- und/oder Zuheizer, das/der einen Verdampferbrenner gemäß einer der oberhalb erläuterten Varianten aufweist.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Verdampferbrenners eines mobilen Heizgerätes, wobei der Verdampferbrenner einen Verdampfer zur Verdampfung von zugeführtem, flüssigem Brennstoff und eine, in axialer Richtung zu dem Verdampfer angeordnete Brennkammer zur Verbrennung von verdampftem Brennstoff und zugeführter Brennluft aufweist, wobei der Verdampfer eine durchströmbare, mit einer Vielzahl von Hohlräumen durchsetzte Struktur aufweist. Das Verfahren weist dabei nachfolgenden Schritt auf: Zuführen zumindest eines Teils der Brennluft durch mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal, der einen, gegenüber der Struktur des Verdampfers reduzierten Strömungswiderstand für Brennluft aufweist und der sich zumindest teilweise, insbesondere vollständig, durch den Verdampfer derart erstreckt, dass Brennluft von einer, von der Brennkammer abgewandten Seite des Verdampfers über den mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal durch den Verdampfer hindurch in die Brennkammer geführt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden im Wesentlichen die oberhalb, in Bezug auf den erfmdungsgemäßen Verdampferbrenner erläuterten Vorteile erzielt. Ferner sind bei dem erfϊndungsgemäßen Verfahren die oberhalb, in Bezug auf den Verdampferbrenner erläuterten Weiterbildungen in entsprechender Weise realisierbar, wobei die jeweils angegebenen Vorteile erzielt werden.

Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Von den Figuren zeigen: Fig.l: eine schematische Querschnittsansicht eines mobilen Heizgerätes mit einem erfindungsgemäßen Verdampferbrenner;

Fig. 2: eine schematische Querschnittsansicht in einer Ebene entlang der axialen Richtung eines Verdampferbrenners gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in abgebrochener Darstellung;

Fig. 3: eine schematische Querschnittsansicht in einer Ebene entlang der axialen Richtung eines Verdampferbrenners gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform der Erfindung in abgebrochener Darstellung; und

Fig. 4: eine schematische Draufsicht von oben auf einen Verdampferbrenner mit abgenommenem Brennrohr gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines mobilen, brennstoffbetriebenen Heizgerätes 2, das einen Standheizer für ein motorbetriebenes Landfahrzeug bildet, dargestellt. Die Schnittebene verläuft dabei entlang einer Achse 3, welche eine axiale Richtung definiert. Als wesentliche Bauelemente weist das Heizgerät 2 einen Verdampferbrenner 4, ein Brennluftgebläse 6 zur Zuführung von Brennluft an den Verdampferbrenner 4 und einen, den Verdampferbrenner 4 umgebenden Wärmetauscher 8, in dem Wärme von den Verbrennungsgasen auf ein zweites Medium, wie beispielsweise auf eine Flüssigkeit oder auf Luft, übertragen wird, auf.

Der Verdampferbrenner 4 weist mehrere Brenner-Gehäusebauteile auf, die eine Brennkammer 10 begrenzen. Insbesondere weist der Verdampferbrenner 4 als Brenner-Gehäusebauteil eine schalenförmige Verdampferaufnahme 12 auf, in welcher ein Verdampfer 14, der aus einer durchströmbaren, mit einer Vielzahl von Hohlräumen durchsetzten Struktur gebildet wird, angeordnet ist. In dem vorliegenden Ausfϊihrungsbeispiel wird der Verdampfer 14 durch einen scheibenförmigen Metallfaserverdampfer gebildet, der angrenzend an einem Boden 18 der schalenförmigen Verdampferaufnahme 12 angeordnet ist. Die Verdampferaufnahme 12 weist eine zylindrische, umlaufende Wand 16 auf, die abgestuft ist und die sich nach oben (bzgl. der Darstellung in Fig. 1) über den Verdampfer 14 hinaus erstreckt. An den Boden 18 der Verdampferaufnahme 12 führt zentral ein Anschluss für eine Brennstoff-Zufuhrleitung 20, über die dem Verdampfer 14 mittels einer (nicht dargestellten) Dosierpumpe flüssiger Brennstoff zufuhrbar ist. Innerhalb des Verdampfers 14 verdampft der Brennstoff und tritt auf der, der Brennkammer 10 zugewandten Seite des Verdampfers 14 aus dem Verdampfer 14 aus. Innerhalb der Verdampferaufhahme 12 ist in der Nähe des Verdampfers 14 stromabwärts desselben (in Fig. 1 oberhalb von dem Verdampfer 14) ein Glühstift 21 angeordnet, der in einer (nicht dargestellten) Glühstift- Aufnahmeöffnung der Verdampferaufnahme 12 gehalten wird. Wie oberhalb beschrieben ist, stellt der Glühstift 21 während einer Startphase des Heizgerätes 2 die zum Verdampfen von Brennstoff benötigte Wärme bereit. Nach der Startphase kann über den Glühstift 21 die Temperatur innerhalb der Brennkammer überwacht werden, so dass der Glühstift 21 dann als Flammwächter dient.

An der schalenförmigen Verdampferaufhahme 12 ist als weiteres Brenner-Gehäusebauteil ein zylindrisches Brennrohr 22 angeschweißt, so dass innerhalb der Verdampferaufnahme 12 und dem Brennrohr 22 eine im Wesentlichen zylindrische Brennkammer 10 gebildet wird. Am (in Fig. 1) oberen Ende des Brennrohres 22 weist dieses einen Auslass 24 für die Verbrennungsgase auf, so dass die Verbrennungsgase nach Verlassen der Brennkammer 10 durch den Auslass 24 in den Wärmetauscher 8 eintreten können. Das Brennrohr 22 und die Verdampferaufnahme 12 sind in der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen konzentrisch zu der Achse 3, d.h. zu der axialen Richtung, ausgebildet. Ferner ist, wie anhand der Fig. 1 ersichtlich ist, die Brennkammer 10 in axialer Richtung angrenzend an den Verdampfer 14 angeordnet.

Die Zuführung der Brennluft, die über das Brennluftgebläse 6 gefördert wird, in die Brennkammer 10 ist in Fig. 1 nicht im Detail dargestellt. Hierbei ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Brennluft durch mindestens einen (in Fig. 1 nicht dargestellten) Brennluft- Zufuhrkanal in die Brennkammer 10 zugeführt wird. Der Brennluft-Zufuhrkanal weist dabei gegenüber der Struktur des Verdampfers 14 einen reduzierten Strömungswiderstand für Brennluft auf und erstreckt sich zumindest teilweise, insbesondere vollständig, durch den Verdampfer 14 derart, dass Brennluft von einer, von der Brennkammer 10 abgewandten Seite des Verdampfers 14 über den mindestens einen Brennluft-Zufuhrkanal durch den Verdampfer 14 hindurch in die Brennkammer 10 zufuhrbar ist. Zusätzlich kann auch ein Teil der zugeführten Brennluft stromabwärts von dem Verdampfer 14 in die Brennkammer 10 zugeführt werden. Insbesondere können in dem Brennrohr 22 Brennluft-Zufuliröffnungen vorgesehen sein, über die radial Brerinluft in die Brennkammer 10 zuführbar ist. Dies ist in Fig. 1 schematisch durch Öffnungen 26 dargestellt, die in einer Reihe, die sich in Umfangsrichtung um das Brennrohr 22 erstreckt, angeordnet sind. Ferner können in der umlaufenden Wand 16 der Verdampferaufhahme 12 in einem Bereich, der stromabwärts (in Fig. 1 oberhalb) von dem Verdampfer 14 angeordnet ist, Brennluft-Zufuhröffnungen vorgesehen sein, über die radial Brennluft in die Brennkammer 10 zuführbar ist. Dies ist in Fig. 1 schematisch durch Öffnungen 28 dargestellt, die in einer Reihe, die sich in Umfangsrichtung um die umlaufende Wand 16 erstreckt, angeordnet sind.

Verschiedene Varianten der Brennluft-Zuführung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 4 erläutert. Dabei werden in den Figuren 2 bis 4 für gleiche Bauteile jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet. Auf einer erneute Erläuterung von bereits beschriebenen Bauteilen wird verzichtet. In den Figuren 2 und 3 sind dabei jeweils ein Abschnitt der Brennstoff-Zufuhrleitung 20, die Verdampferaufhahme 12 (Fig. 2), 12' (Fig. 3), 12" (Fig. 4), in der jeweils der Verdampfer 14 aufgenommen ist, der Glühstift 21 und ein Abschnitt des Brennrohrs 22 dargestellt. Die Brennstoff- Zufuhrleitung 20 endet dabei plan an dem Boden 18 der Verdampferaufnahme 12, so dass flüssiger Brennstoff über eine entsprechende, im Bereich der Brennstoff-Zufuhrleitung 20 vorgesehene Öffnung des Bodens 18 in den Verdampfer 14 zuführbar ist. Der Verdampfer 14 weist in der Regel eine besonders saugfähige Struktur, wie beispielsweise eine Faserstruktur, die auch als Verteilervlies bezeichnet wird, auf, die für eine gute Verteilung des flüssigen Brennstoffs in radialer Richtung sorgt.

Bei den Ausfuhrungsformen der Figuren 2 bis 4 sind in dem Verdampfer 14 jeweils eine Mehrzahl von Brennluft-Zufuhrkanälen 30 (Fig. 2), 30' (Fig. 3) und 30" (Fig. 4) vorgesehen, die sich jeweils parallel zu der Achse 3, also entlang der axialen Richtung, vollständig durch den Verdampfer 14 erstrecken und die jeweils einen freien Strömungsquerschnitt für Brennluft aufweisen. Die einzelnen Brennluft-Zufuhrkanäle 30, 30' und 30" sind jeweils im Wesentlichen gleichmäßig über die Fläche des Verdampfers 14, die senkrecht zu der Achse 3 verläuft, verteilt. Über diese Brennluft-Zufuhrkanäle 30, 30' und 30" ist jeweils Brennluft von einer, von der Brennkammer 10 abgewandten Seite des Verdampfers 14 (in den Fig. 2 und 3 jeweils unterhalb des Verdampfers 14) durch den Verdampfer 14 hindurch in die Brennkammer 10 zuführbar. In dem Boden 18 der Verdampferaufnahme 12, 12' und 12" sind jeweils entsprechende Öffnungen 32 vorgesehen, die zu den Brennluft-Zufuhrkanälen 30, 30' und 30" fuhren. Auf die verschiedenen, in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Varianten der Brennluft-Zuführung wird nachfolgend eingegangen.

In Fig. 2 werden die verschiedenen Brennluft-Zufuhrkanäle 30 jeweils durch zylindrische Hülsen 34 bzw. Rohrabschnitte gebildet, die integral in der Verdampferaufnahme 12 ausgebildet sind und die sich entlang der axialen Richtung erstrecken. Auf diese Weise wird im Bereich des Verdampfers 14 eine vollständige Trennung zwischen Brennstoff und Brennluft erzielt. Ferner wird verhindert, dass sich die einzelnen Brennluft-Zufuhrkanäle 30 über die Zeit mit Material des Verdampfers 14 zusetzen. Ein Teil der zugeführten Brennluft wird dabei über die Brennluft-Zufuhrkanäle 30 zugeführt, was in Fig. 2 schematisch durch die Pfeile 36 dargestellt ist. Ferner wird der restliche Teil der zugeführteil Brennluft radial, stromabwärts von dem Verdampfer 14 über Brennluft-Zufuhröffhungen, die in dem Brennrohr 22 in Um- fangsrichtung angeordnet sind, zugeführt. Dies ist in Fig. 2 schematisch durch die Pfeile 38 dargestellt. Diese Brennluft-Zufuhröffhungen können beispielsweise entsprechend den, in Fig. 1 dargestellten Öffnungen 26 ausgebildet und angeordnet sein. Die Art der Verteilung der Brennluft auf die Brennluft-Zufuhrkanäle 30 und die Brennluft-Zufuhröffhungen in dem Brennrohr 22 ist in Fig. 2 nicht dargestellt, sie kann aber beispielsweise über eine gemeinsame Kammer, über mehrere Versorgungsleitungen, etc., erfolgen.

In Fig. 3 werden die verschiedenen Brennluft-Zufuhrkanäle 30' jeweils durch Durchgangsöffnungen bzw. Bohrungen gebildet, die sich durch den Verdampfer 14 hindurch erstrecken. Hülsen oder Rohrabschnitte zur Begrenzung der Brennluft-Zufuhrkanäle 30' sind dabei nicht vorgesehen. Dementsprechend wird bei dieser Ausfuhrungsform bereits im Bereich des Verdampfers 14 ein Kontakt zwischen Brennstoff und Brennluft ermöglicht. Insbesondere kann auf diese Weise bereits im Bereich der Brennluft-Zufuhrkanäle 30' ein Teil des Brennstoffs verdampft und/oder von der Brennluft zerstäubt und mitgerissen werden. Ein Teil der zugeführten Brennluft wird bei dieser Ausführungsform über die Brennluft-Zufuhrkanäle 30' zugeführt, was in Fig. 3 schematisch durch die Pfeile 36 dargestellt ist. Der restliche Teil der zugeführten Brennluft wird radial, stromabwärts von dem Verdampfer 14 über Brennluft- Zufuhröffhungen, die zum Einen in dem Brennrohr 22 radial in Umfangsrichtung angeordnet sind und die zum Anderen in der umlaufenden Wand 16 der Verdampferaufnahme 12 stromabwärts von dem Verdampfer 14 in Umfangsrichtung angeordnet sind, zugeführt. Die Brennluft-Zufuhröffhungen in dem Brennrohr 22 können wiederum entsprechend den, in Fig. 1 dar- gestellten Öffnungen 26 ausgebildet sein, während die Brennluft-Zufuhröfϊhungen in der Verdampferaufhahme 12 entsprechend den in Fig.l dargestellten Öffnungen 28 ausgebildet sein können. Die Zuführung von Brennluft über Brennluft-Zufuhröffhungen in dem Brenn- rohr 22 ist in Fig. 3 wiederum schematisch durch die Pfeile 38 dargestellt, während die Zuführung von Brennluft über Brennluft-Zufuhröffhungen in der umlaufenden Wand 16 der Verdampferaufnahme 12 in Fig. 3 schematisch durch Pfeile 40 dargestellt ist. Die Art der Verteilung der Brennluft auf die Brennluft-Zufuhrkanäle 30 und die Brennluft- Zufuhröffhungen in dem Brennrohr 22 und in der umlaufenden Wand 16 ist in Fig. 3 nicht dargestellt, sie kann aber beispielsweise über eine gemeinsame Kammer, über mehrere Versorgungsleitungen, etc., erfolgen.

In der Draufsicht von Fig. 4 ist beispielhaft eine Anordnung einer Mehrzahl (hier: 13) von Brennluft-Zufuhrkanälen 30" über die (im Wesentlichen kreisförmige) Fläche des Verdampfers 14 dargestellt. Wie anhand der Figur 4 ersichtlich ist, sind die Brennluft-Zufuhrkanäle 30" auf zwei konzentrisch zu der Achse 3 angeordneten Kreisen 42, 44 angeordnet, wobei auf dem äußeren Kreis 42 acht Brennluft-Zufuhrkanäle 30" gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt sind, während auf dem inneren Kreis 44 fünf Brennluft-Zufuhrkanäle 30" gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt sind. Auf diese Weise kann eine, über die Querschnittsfläche der Brennkammer 10 im Wesentlichen gleichmäßig verteilte Zuführung von Brennluft erzielt werden. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform weisen die einzelnen Brennluft- Zufuhrkanäle 30" jeweils einen Durchmesser von 1,6 mm auf. Die Brennluft-Zufuhrkanäle 30" können entsprechend den Brennluft-Zufuhrkanälen 30 der Fig. 2 oder entsprechend den Brennluft-Zufuhrkanälen 30' der Fig. 3 ausgebildet sein. Auch kann eine zusätzliche Brennluft-Zufuhr radial über das Brennrohr 22 und/oder über eine umlaufende Wand 16 der Verdampferaufnahme 12 erfolgen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist eine, im Wesentlichen konzentrische Ausrichtung der Bauteile des Verdampferbrenners 4 zu der Achse 3 nicht zwingend erforderlich. Auch ist der axiale Verlauf der Brennluft-Zufuhrkanäle nicht zwingend erforderlich. Wie im allgemeinen Beschreibungsteil erläutert wird, können die Brennluft-Zufuhrkanäle (und gegebenenfalls die zugehörigen Hülsen) beispielsweise auch schräg zu der axialen Richtung und/oder gekrümmt verlaufen. Ferner können verschiedene Ausbildungen der Brennluft-Zufuhrkanäle (vgl. Figu- ren 2 bis 4) jeweils mit unterschiedlichen, zusätzlichen Zuführungen von Brennluft stromabwärts des Verdampfers (vgl. Figuren 2 und 3) kombiniert werden. Auch die Brennluft- Zufuhrung zu den einzelnen Brennluft-Zufuhrkanälen sowie gegebenenfalls zu den Brennluft- Zufuhröfmungen kann auf verschiedene Weise (beispielsweise über zugehörige Leitungen oder über eine gemeinsame Kammer, die an die Brennluft-Zufuhrkanäle und/oder die Brenn- luft-Zufuhröfmungen angrenzt), erfolgen.