Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vorwärmung von flüssigem Brennstoff, insbesondere flüssi¬ gem Brennstoff für ein Heizgerät, mit einem Brennstofflei- tungsabschnitt und einem in dem Brennstoffleitungsab- schnitt angeordneten elektrischen Heizelement. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Heizgerät, insbesondere ein Kraftfahrzeugzusatzheizgerät und/oder ein Kraftfahr¬ zeugstandheizgerät, das die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist.

Beispielsweise im Zusammenhang mit der Vorwärmung von flüssigem Brennstoff für Fahrzeugheizgeräte ist es be¬ kannt, den Brennstoff indirekt in einem von dem Brennstoff durchströmten Vorwärmer zu erwärmen. Das Vorwärmer-Bauteil wird durch eine in den Vorwärmer integrierte Heizpatrone aufgeheizt und erwärmt seinerseits den von Brennstoff durchströmten Bereich. Die Heizpatrone selbst wird dabei nicht von Brennstoff berührt. Ein Beispiel für eine derar- tige Lösung ist die aus der DE 39 18 663 Al bekannte An¬ ordnung zur Brennstoffvorwärmung für einen Ultraschallzer¬ stäuber für Heizgeräte.

Nachteilig bei dieser Art der Brennstoffvorwärmung sind das langsame Ansprechverhalten und der niedrige Wirkungs¬ grad des Vorwärmers. Das langsame Ansprechverhalten ergibt

sich daraus, dass eine große Bauteilmasse erwärmt werden muss, bevor die brennstoffführenden Wände auf die erfor¬ derliche Temperatur gebracht sind. Diese große thermische Trägheit kann nur durch eine entsprechend hohe Leistung der Heizpatrone kompensiert werden. Diese Maßnahme hat a- ber den Nachteil hoher Bauteilkosten und eines hohen Startenergieverbrauchs. Weiterhin erschwert die große thermische Trägheit eine schnelle Regelung des Vorwärmers. Eine schnelle Regelung ist jedoch vorteilhaft, um schwie- rig zu handhabende Betriebszustände wirksam steuern zu können, beispielsweise eine nicht-anliegende Brennstoff¬ säule, ein Auftreten großer Blasen in der Brennstofflei- tung und so weiter. Der niedrige Wirkungsgrad der oben be¬ schriebenen Vorwärmtechnik ergibt sich daraus, dass der Vorwärmer als Ganzes mehr oder weniger isotherm aufgewärmt wird. Daraus resultieren hohe Oberflächentemperaturen, die wiederum hohe Verluste bewirken (Wärmestrahlung, konvekti- ve Kühlung durch den Vorwärmer überströmende Brennluft und so weiter) .

Zur Lösung dieses Problems ist es aus der DE 35 05 206 Al bereits bekannt, das Heizaggregat in Form eines innerhalb des vom Kraftstoff durchströmten Leitungshohlraums ange¬ ordneten Heizstabes auszubilden.

Diese Lösung erzielt zwar ein schnelleres Ansprechverhal¬ ten und ergibt auch einen besseren Wirkungsgrad, führt a- ber zu neuen Problemen. Denn durch Totzonen in der Strö¬ mung, Rückströmgebiete und ähnliches besteht das Risiko, dass Brennstoff über längere Zeit mit der heißen Oberflä-

che des Heizelements in Kontakt bleibt und deshalb zu Ab¬ lagerungen führt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Risiko der Bildung von Ablagerungen zu beseitigen oder zu¬ mindest deutlich zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Er¬ findung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vorwärmung von flüs- sigem Brennstoff baut auf den gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass zwischen einem Außenumfangsbe- reich des Heizelements und einem Innenumfangsbereich des Brennstoffleitungsabschnitts Mittel zur Umlenkung einer BrennstoffStrömung vorgesehen sind. Dabei tritt der Brenn- stoff vorzugsweise an dem heißeren Ende des Heizelements ein, und am anderen, vorzugsweise kühleren Ende des Heiz¬ elements wieder aus. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Mit¬ tel zur Umlenkung der BrennstoffStrömung führen zu einer zwangsgeführten Strömung zwischen dem Einlass und dem Aus- lass. Auf diese Weise werden Totzonen in der Strömung, Rückströmgebiete und ähnliches sicher vermieden, so dass das Risiko der Bildung von Ablagerungen beseitigt oder zu¬ mindest deutlich gesenkt wird.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Mittel zur Umlenkung der BrennstoffStrömung eine im We-

sentlichen spiralförmige Umlenkung von Brennstoff bewirken können. Ein niedriger Strδmungswiderstand/Druckverlust wird erreicht, wenn die Steigung der Spirale sowie der Querschnitt des resultierenden Strömungskanals groß ist.

In diesem Zusammenhang wird weiterhin bevorzugt, dass die spiralförmige Umlenkung in Windungen um die Brennstofflei- tungsabschnittslängsachse herum erfolgt. Der bestmögliche Wirkungsgrad hinsichtlich des Wärmeübergangs wird dabei erreicht, wenn die Steigung der Spirale sowie der Quer¬ schnitt des gebildeten Strömungskanals klein sind, was da¬ zu führt, dass die Strömungsgeschwindigkeit und der Wärme¬ übergang groß sind. Daraus ergibt sich, dass ein Kompro- miss zwischen optimalem Wärmeübergang und niedrigem Strö- mungswiderstand zu wählen ist, der alle Anforderungen er¬ füllt.

Bei bestimmten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Um- lenkung der BrennstoffStrömung zumindest eine in einem zwischen dem Außenumfangsbereich des Heizelements und dem Innenumfangsbereich des Brennstoffleitungsabschnitts ge¬ bildeten Ringspalt angeordnete Spiralfeder umfassen. Bei dieser Spiralfeder handelt es sich vorzugsweise um eine Drahtfeder, die zusätzlich als wärmeübertragendes Element wirken kann.

In diesem Zusammenhang wird es als vorteilhaft erachtet, dass die Spiralfeder zumindest abschnittsweise mit einem Außenumfangsbereich des Heizelements und/oder einem Innum- fangsbereich des Brennstoffleitungsabschnitts verbunden

ist. Die Feder muss nicht notwendigerweise längs der ge¬ samten Berührungslinie mit dem Heizelement verbunden sein. Eine thermische Anbindung der Feder steigert jedoch den Wirkungsgrad, da in diesem Fall der Wärmeeintrag in den flüssigen Brennstoff zu einem besonders großen Teil über die Feder erfolgen kann.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Umlen¬ kung der BrennstoffStrömung zumindest ein auf dem Außenum- fangsbereich des Heizelements vorgesehenes Außengewinde umfassen. In diesem Fall bildet der Boden der spiralförmi¬ gen Gewindenut den Außenumfangsbereich des Heizelements, während der spiralförmige Steg des Gewindes die Mittel zum Umlenken der BrennstoffStrömung darstellt.

Es ist ebenfalls möglich, dass die Mittel zur Umlenkung der BrennstoffStrömung zumindest ein auf dem Innenumfangs¬ bereich des Brennstoffleitungsabschnitts vorgesehenes Innengewinde umfassen. In diesem Fall bildet der Boden der spiralförmigen Gewindenut den Innenumfangsbereich des Brennstoffleitungsabschnitts, während der spiralförmige Gewindesteg die Mittel zur Umlenkung der BrennstoffStrö¬ mung darstellt. Bei dieser, wie auch bei allen anderen Ausführungsformen, wird bevorzugt, dass die Mittel zur Um- lenkung der BrennstoffStrömung möglichst unter Abdichtung mit dem Außenumfangsbereich des Heizelements und dem In¬ nenumfangsbereich des Brennstoffleitungsabschnitts in Ver¬ bindung stehen, damit ein Kurzschlussstrom beziehungsweise ein Bypass in axialer Richtung vermieden werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zur Umlenkung der Brennstoff¬ strömung zwei oder mehr voneinander getrennte Strömungska¬ näle bilden. Auf diese Weise kann der Strömungswiderstand beziehungsweise der Druckverlust weiter reduziert werden.

Dabei wird besonders bevorzugt, dass die zumindest zwei der zwei oder mehr voneinander getrennten Strömungskanäle im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Beispiels- weise kann ein zwei- oder mehrgängiges Gewinde beziehungs¬ weise eine doppelt oder mehrfach gewickelte Feder verwen¬ det werden.

Weiterhin wird bevorzugt, dass der Brennstoffleitungsab- schnitt einen größeren Außenumfang als andere Brennstoff- leitungsabschnitte aufweist. Eine derartige Vergrößerung des Außenumfangs ermöglicht den Einsatz eines Heizelements mit einer vergleichbar großen wirksamen Oberfläche ohne zu große Druckverluste zu erzeugen.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass sie eine Einlassöffnung aufweist, die im Bereich des Anfangs zumindest eines durch die Mittel zur Umlenkung der BrennstoffStrömung gebildeten Kanals angeordnet ist. Auch dadurch werden Totzonen ver¬ mieden, die wegen möglicher Ablagerung von mitgeführten Schmutzpartikeln, der Bildung von Brennstoffablagerungen in Folge hoher Verweilzeit des Brennstoffs oder des Ver- harrens und Ansammeins von Luftbläschen ungünstig sind.

Aus dem gleichen Grund wird bevorzugt, dass die Vorrich¬ tung eine Auslassöffnung aufweist, die im Bereich des En¬ des zumindest eines durch die Mittel zur Umlenkung der BrennstoffStrömung gebildeten Kanals angeordnet ist.

Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Heizelements kann vorgesehen sein, dass der Außenumfangs- bereich des Heizelements zumindest abschnittsweise durch eine Hülse gebildet ist. In diesem Fall wird die Heizele- mentoberflache nicht direkt überströmt, weil die Hülse den Brennstoff und das eigentliche Heizelement trennt. Die Wandstärke der Hülse ist dabei vorzugsweise so niedrig zu halten, dass die Wärmekapazität der Hülse kleiner als die Wärmekapazität des in der Vorrichtung befindlichen Brenn- Stoffs ist.

Jedes Heizgerät, insbesondere jedes Kraftfahrzeugzusatz- heizgerät und/oder jedes Kraftfahrzeugstandheizgerät, das die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist, fällt in den Schutzbereich der zugehörigen Ansprüche.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass sich durch die vorliegende Erfindung insbesondere die folgenden Vorteile ergeben:

hoher Wirkungsgrad des Vorwärmers bei gleichzeitig kleiner Baugröße;

kleine Wärmekapazität und damit schnelles Ansprech- verhalten und gute Regelbarkeit des Vorwärmers;

einstellbarer Druckverlust im Vorwärmer durch geeig¬ nete Wahl des Querschnitts und der Länge des Strö¬ mungskanals beziehungsweise der Strömungskanäle;

- geringes Flüssigkeitsvolumen und damit geringes Volu¬ men an Brennstoff, das bei der Vorheizung des Vorwär¬ mers (Brennstoffmassenstrom Null) infolge thermischer Ausdehnung des Brennstoffs ausgefördert wird;

- geringes Risiko der Bildung von Ablagerungen aufgrund der Vermeidbarkeit von Totzonen und Rückströmgebie¬ ten;

einfacher Aufbau, der zu niedrigen Bauteilkosten führt; und

bei der Variante der in die Hülse eingesteckten Heiz¬ patrone wird der Kontakt von Brennstoff und Heizele¬ ment vermieden, was eine besonders einfache Lösung für die Abdichtung des Vorwärmers darstellt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfol¬ gend anhand der zugehörigen Zeichnungen beispielhaft er¬ läutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Vorrichtung;

Figur 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemä¬ ßen Vorrichtung;

Figur 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung;

Figur 4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemä¬ ßen Vorrichtung;

Figur 5 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemä¬ ßen Vorrichtung;

Figur 6 eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemä¬ ßen Vorrichtung;

Figur 7 eine siebte Ausführungsform der erfindungsgemä¬ ßen Vorrichtung;

Figur 8 eine achte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Figur 9 eine schematische Darstellung einer Ausführungs- form des erfindungsgemäßen Heizgeräts.

In den Figuren 1 bis 9 sind gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei allen in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Ausfüh¬ rungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Vorwär- mung von flüssigem Brennstoff ist ein im Wesentlichen zy¬ linderförmiges elektrisches Heizelement 14 coaxial in ei-

nem ebenfalls im Wesentlichen zylindrischen Brennstofflei- tungsabschnitt 12 angeordnet, wobei die nur teilweise dar¬ gestellten elektrischen Anschlussleitungen mit 54 bezeich¬ net sind. Die BrennstoffStrömungsrichtung ist durch jewei- lige Pfeile dargestellt, die am Ein- beziehungsweise Aus- lass das Bezugszeichen 36 tragen. Weiterhin ist den in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Ausführungsformen gemeinsam, dass die jeweiligen Mittel 20 bis 34 zur Umlenkung der BrennstoffStrömung 36 eine im Wesentlichen spiralförmige Umlenkung von Brennstoff bewirken, wobei die spiralförmige Umlenkung in Windungen um die Brennstoffleitungsabschnitt- längsachse herum erfolgt, wie es durch die jeweiligen Pfeile angedeutet ist.

Nachfolgend werden die jeweiligen Besonderheiten der ein¬ zelnen Ausführungsformen erläutert.

Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind die Mittel zur Umlenkung der BrennstoffStrömung 36 durch eine Spiralfeder 20 gebildet, die in einem Ringspalt 38 ange¬ ordnet ist, der zwischen dem Außenumfangsbereich 16 des Heizelements 14 und dem Innenumfangsbereich 18 des Brenn¬ stoffleitungsabschnitts 12 gebildet wird. Die vorzugsweise aus Draht hergestellte Spiralfeder 20 ist thermisch an das elektrische Heizelement 14 angebunden, so dass die aktive Heizoberfläche vergrößert wird.

Gemäß der Ausführungsform von Figur 2 sind die Mittel zur Umlenkung der BrennstoffStrömung 36 durch ein auf dem Au- ßenumfangsbereich 16 des Heizelements 14 vorgesehenes Au¬ ßengewinde 22 gebildet, das aufgeprägt oder geschnitten

sein kann. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich ein op¬ timaler Wirkungsgrad, da die Außenfläche des Heizelements 14 und somit die für die Wärmeübertragung wirksame Ober¬ fläche besonders groß ist. Bei dieser Ausführungsform bil- det der Boden der Gewindenut den Außenumfangsbereich 16 des Heizelements 14, während der Gewindesteg die Mittel zur Umlenkung der BrennstoffStrömung 36 darstellt. Vor¬ zugsweise steht der Gewindesteg unter Abdichtung mit dem Innenumfangsbereich 18 des Brennstoffleitungsabschnitts 12 in Verbindung.

Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform sind die Mittel zur Umlenkung der BrennstoffStrömung 36 durch ein auf dem Innenumfangsbereich 18 des Brennstoffsleitungsab- Schnitts 12 vorgesehenes Innengewinde 24 gebildet. In die¬ sem Fall bildet der Boden der Gewindenut den Innenumfangs¬ bereich 18 des Brennstoffleitungsabschnitts 12, und der Gewindesteg stellt die Mittel zur Umlenkung der Brenn¬ stoffStrömung 36 dar. Der Gewindesteg steht dabei vorzugs- weise unter Abdichtung mit dem Außenumfangsbereich 16 des

Heizelements 14 in Verbindung.

Gemäß der Ausführungsform von Figur 4 sind die Mittel zur Umlenkung der BrennstoffStrömung 36 durch eine doppelt ge- wickelte Spiralfeder 26 gebildet, so dass sich zwei paral¬ lele spiralförmige Strömungskanäle ergeben. Durch den Ein¬ satz von zwei oder mehr vorzugsweise parallelen Strömungs¬ kanälen kann der Strömungswiderstand in vorteilhafter Wei¬ se gesenkt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Brennstoff längs der Vorwärmerachse ein- und ausgeleitet wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 sind die Mittel zur Umlenkung der BrennstoffStrömung 36 ebenfalls durch eine in diesem Fall kurze Spiralfeder 28 gebildet. Dabei zeigt Figur 5 eine bevorzugte Anordnung einer Auslassδffnung 50 im Bereich des Endes des durch die Feder 28 gebildeten Strömungskanals. Durch eine derartige Auslassöffnung 50 werden Totvolumen und die damit verbundenen, bereits er¬ läuterten Nachteile minimiert. Figur 5 ist ebenfalls zu entnehmen, dass der Außenumfang des Brennstoffleitungsab- schnitts 12 größer als der Außenumfang von anderen Brenn¬ stoffleitungsabschnitten 46 ist.

Bei der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform sind die Mittel zur Umlenkung der BrennstoffStrömung 36 ebenfalls durch eine Spiralfeder gebildet, die in diesem Fall mit dem Bezugszeichen 30 versehen ist. Figur 6 ist eine beson¬ ders bevorzugte Anordnung der Einlassöffnung 48 zu entneh¬ men. Die Einlassöffnung 48 ist dabei im Bereich des An- fangs des durch die Feder 30 gebildeten Strömungskanals angeordnet, um eingangsseitig nachteilige Totvolumen zu vermeiden. Weiterhin ist Figur 6 zu entnehmen, dass auch die Brennstoffzuführleitung 44 einen geringeren Quer¬ schnitt als der Brennstoffleitungsabschnitt 12 aufweist.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 7 bildet wieder eine Spiralfeder 32 die Mittel zur Umlenkung der Brennstoff¬ strömung 36, wobei der Brennstoff in diesem Fall in axia¬ ler Richtung zugeführt wird, wodurch sich eine sehr gute Anströmung des Ringspalts 38 ergibt.

Bei der in Figur 8 dargestellten Ausführungsform ist der Außenumfangsbereich 16 des Heizelements 14 durch eine Hül¬ se 52 gebildet, das heißt der Brennstoff kommt nicht di¬ rekt mit dem eigentlichen Heizelement 14 in Kontakt. Dabei ist die Wandstärke der Hülse 52 so niedrig gehalten, dass die Wärmekapazität der Hülse 52 kleiner als die Wärmekapa¬ zität des im Vorwärmer befindlichen Brennstoffs ist. Als Mittel zur Umlenkung der BrennstoffStrömung 36 dient auch in diesem Fall eine Spiralfeder, die mit 34 bezeichnet ist.

Figur 9 zeigt eine stark vereinfachte schematische Dar¬ stellung eines Heizgeräts 100, das eine Brennkammer 110 aufweist. Der Brennkammer 110 wird über eine hier nicht näher interessierende Düsenanordnung 112 flüssiger Brenn- ■ Stoff zugeführt. Der flüssige Brennstoff gelangt über ei¬ nen Brennstoffleitungsabschnitt 44 zu einer Vorrichtung 10 zur Vorwärmung des flüssigen Brennstoffs. Die Vorrichtung 10 kann irgendeiner der vorstehen erläuterten Ausführungs- formen entsprechen. Der vorgewärmte Brennstoff gelangt ü- ber einen Brennstoffleitungsabschnitt 46 zu der Düsenan¬ ordnung 112. Insgesamt führt die Vorwärmung des Brenn¬ stoffs dazu, dass dieser leichter verdampft werden kann, was das Brennverhalten positiv beeinflusst.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste:

10 Vorrichtung zur Vorwärmung von Brennstoff 12 Brennstoffleitungsabschnitt

14 Heizelement

16 Außenumfangsbereich

18 Innenumfangsbereich

20 Spiralfeder 22 Außengewinde

24 Innengewinde

26 doppelt gewickelte Spiralfeder

28 Spiralfeder

30 Spiralfeder 32 Spiralfeder

34 Spiralfeder

36 BrennstoffStrömung

38 Ringspalt

40 Strömungskana1 42 Strömungskana1

44 Brennstoffzuführleitung

46 anderer Brennstoffleitungsabschnitt

48 Einlassöffnung

50 Auslassöffnung 52 Hülse

^• 54 Anschlussleitungen

100 Heizgerät

110 Brennkammer

112 Düsenanordnung