Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen eines Fluids, das dazu ein Wärmebett durchströmt und dem mindestens ein Brennstoff zugeführt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Fluids.

Verfahren der eingangs genannten Art sind bekannt und werden beispielsweise im Rahmen einer Abgasreinigung eingesetzt. Dabei wird zunächst das Wärmebett auf eine bestimmte Temperatur gebracht und nachfolgend von dem Fluid, insbesondere Abgas, durchströmt. Das Wärmebett gibt bei dem Durchströmungsvorgang Wärme an das Fluid ab, wodurch dieses auf ein höheres Temperaturlevel gebracht wird. Es ist üblich, dem erwärmten Fluid nach dem Durch- strömen des Wärmebetts Brennstoff zuzuführen und das Fluid- Brennstoff-Gemisch in einer Brennkammer zur Zündung zu bringen. Damit werden in dem Fluid enthaltene, möglicherweise gesundheitsschädliche Stoffe verbrannt beziehungsweise oxidiert und das Fluid kann nachfolgend in die Umgebung abgelassen werden, ohne dass Beeinträchtigungen der Umwelt durch die im Fluid enthaltenen Stoffe auftreten. Dabei kann das Fluid aus beliebigen Quellen stammen. Häufig sind die genannten Verfahren im Bereich der chemischen Stoffverarbeitung zu finden. In den letzten Jahren ist die Bedeutung dieser Verfahren stetig angestiegen, da die Notwendigkeit, verschie- dene Stoffe aus dem Fluid herauszufiltern, inzwischen vielerseits anerkannt ist. Ein üblicher Ansatz hierzu ist, wie beschrieben, eine Oxidation durch Verbrennung. Die Verbrennung wird in einer Brennkammer durchgeführt. Dazu muss das Fluid einen ausreichend hohen Sauerstoff-Anteil sowie eine ausreichende hohe Temperatur aufweisen. Die zur Oxidation notwendige Energie kann über einen in die Brennkammer zugeführten Brennstoff eingebracht werden, worauf das daraus entstehende Fluid-Brennstoff-Gemisch nachfolgend durch einen Zündmechanismus gezündet wird. Da bei einer alleini- gen Zuführung der zur Oxidation notwendigen Energie über Brennstoff eine große Menge an Brennstoff benötigt wird, ist es sinnvoll, das Fluid vor dem Erreichen der Brennkammer vorzuwärmen und möglichst nahe an eine Temperatur zu bringen, ab der bereits eine Oxidationsreaktion ablaufen kann. Dies kann durch ein Durchströ- men des Fluids durch ein vorher aufgeheiztes Wärmebett erreicht werden.

Die beschriebene Vorgehensweise bedingt jedoch eine relativ große Brennkammer, die dem Wärmebett nachgeschaltet sein muss, um eine vollständige Reaktion des Fluid-Brennstoff-Gemischs zu ermög- liehen, wozu eine möglichst lange Aufenthaltszeit innerhalb der Brennkammer vonnöten ist. Ist die Brennkammer dagegen zu klein ausgelegt, so wird aufgrund einer geringen Verweilzeit des Ge- mischs in der Brennkammer möglicherweise nicht die zu einer Oxidation der Schadstoffe benötigte Temperatur erreicht oder die Ver- brennung des Fluid-Brennstoff-Gemischs verläuft nur unvollständig. In diesen Fällen können entweder nicht oxidierte Schadstoffe oder unverbrannter Brennstoff in die Umgebung gelangen, was dem Sinn eines solchen Verfahrens widersprechen würde.

Als Produkte der Verbrennung beziehungsweise Oxidation entstehen üblicherweise Stoffe, die größtenteils als harmlos angesehen werden können, beispielsweise Kohlenstoffdioxid oder Wasserdampf. Somit wird durch ein solches Verfahren der Anteil der Schadstoffe in dem Fluid zumindest stark reduziert, wenn nicht vollständig beseitigt. Nachteilig ist die bereits erwähnte hohe Baugröße der Brennkammer und damit der Vorrichtung, die zur Umsetzung des Verfahrens verwendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren zum Erwärmen eines Fluids bereitzustellen, das im Vergleich zum Stand der Technik eine verbesserte Erwärmung des Fluids gewährleistet und gleichzeitig in einer Vorrichtung mit geringer Baugröße umgesetzt werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass dem Fluid beim Durchströmen des Wärmebetts der Brennstoff zugeführt wird. Das bedeutet, dass der Brennstoff dem Fluid nicht erst in einer Brennkammer zugeführt wird, sondern bereits zu einem früheren Zeitpunkt, also in dem Wärmebett. Damit durchströmt der Brennstoff zusammen mit dem Fluid das Wärmebett. Daraus ergeben sich zu- nächst zwei Vorteile. Zum einen wird der Brennstoff ebenso wie das Fluid erwärmt, das heißt, dass das Fluid-Brennstoff-Gemisch bereits eine gleichmäßige hohe Temperatur aufweist. Zum anderen findet eine Vermischung des Brennstoffs mit dem Fluid nicht erst in der Brennkammer statt, so dass das Fluid-Brennstoff-Gemisch beim Er- reichen der Brennkammer eine homogene Vermischung aufweist und damit effektiver verbrannt werden kann. Der Brennstoff kann ein beliebiger organischer Stoff mit beliebigem Brennwert sein, sofern er in das Wärmebett eingebracht und eine Reaktion im Wärmebett und/oder der Brennkammer erzielt werden kann.

Auch muss die (Oxidations-) Reaktion nicht, wie üblicherweise vorgesehen, durch Verbrennung erfolgen, es kann vielmehr auch eine Reaktion beziehungsweise Oxidation ohne Verbrennung vorliegen, die zumindest teilweise bereits in dem Wärmebett ablaufen kann, also vor dem Erreichen der Brennkammer. Durch diese Verlagerung der Reaktion entgegen der Strömungsrichtung in das Wärmebett ist eine längere Reaktionszeit möglich. Die homogene Vermischung des Fluids mit Brennstoff, die Erwärmung des Brennstoffs durch das Wärmebett als auch die zumindest teilweise Verlagerung der Reaktion in das Wärmebett haben maßgeblichen Einfluss auf eine zur Umsetzung des Verfahrens benötigte Vorrichtung, bei der die Brennkammer nun deutlich kleiner ausfallen kann. Bei geeigneter Fluid- Brennstoff-Kombination ist es möglich, die Oxidation vollständig in dem Wärmebett ablaufen zu lassen, so dass keine oder lediglich eine sehr kleine Brennkammer notwendig sein kann. Das Verfahren kann somit vorteilhaft zur Wärmeerzeugung beziehungsweise Wär- mespeicherung eingesetzt werden. Dabei wird durch Zuführen des Brennstoffs in das Wärmebett und die ablaufende Oxidation Wärme erzeugt, die beliebigen Einsatzzwecken zugänglich gemacht werden kann.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Fluid ein Abgas verwendet wird. Das Abgas kann dabei Stoffe enthalten, die eine Oxidation ermöglichen oder diese anfachen. Es ist also beispielsweise möglich, eine Oxidation ohne Zuführen des Brennstoffs oder unter Zuführen einer sehr geringen Brennstoffmenge durchzuführen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass es zur Reinigung des Fluids eingesetzt wird. Wenn in dem Fluid Stoffe enthalten sind, die, beispielsweise aufgrund einer gesundheitschädlichen Wirkung, nicht in die Umgebung gelangen dürfen, muss das Fluid gereinigt werden, bevor es in die Umgebung entlassen wird. Zu diesem Zweck kann das Fluid mittels dem Verfahren zum Erwärmen eines Fluids erwärmt beziehungsweise erhitzt werden, bis die nicht gewünschten Stoffe oxidieren und damit unschädlich gemacht sind. Es kann auch vorgesehen sein, das Verfahren lediglich zum Erwärmen des Fluids einzusetzen, wobei die Oxidation in der Brennkammer ablaufen kann.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur im Wärmebett ermittelt wird. Eine Temperaturbestimmung im Wärmebett ermöglicht eine zielgerichtete Einbringung von Brennstoff in das Wärmebett. Beispielsweise kann eine zugeführte Menge des Brenn- Stoffs geregelt werden. Möglich ist auch eine Anpassung der Position einer Einbringstelle des Brennstoffs in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur im Wärmebett.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur in unmittelbarer Nachbarschaft zu einer Einbringstelle des Brennstoffs ermittelt wird. Es ist beispielsweise bereits bekannt, die Temperatur in der Brennkammer zu bestimmen und anhand dieses Parameters die Brennstoffeinbringung zu steuern. Allerdings kann bei dieser Vorgehensweise der lokale Einfluss an der Einbringstelle des Brennstoffs nicht erfasst werden, womit nur eine Erfassung integraler Grö- ßen, also Größen, die stellvertretend für den Zustand der gesamten Anlage stehen, möglich ist. Durch das Ermitteln der Temperatur in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Einbringstelle des Brennstoffs wird eine feine Abstimmung der eingebrachten Brennstoffmenge, der Brennstoffzusammensetzung, der Einbringposition und ähnlichen Parametern möglich. Damit kann die Effizienz des Verfahrens weiter gesteigert werden, womit die Baugröße der Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens verkleinert werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Temperaturermittlung durch Temperaturmessung, das bedeutet, dass die Temperatur über ein Messverfahren bestimmt wird, zu dessen Umsetzung üblicherweise eine Messvorrichtung, insbesondere eine Temperaturmessvorrichtung, vorgesehen ist. Beispielsweise kann ein Thermoelement als Temperaturmessvorrichtung eingesetzt werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Druck des Fluids im Wärmebett, insbesondere in unmittelbarer Nachbarschaft zu einer Einbringstelle des Brennstoffs, ermittelt wird, insbesondere durch Druckmessung. Neben der bereits vorstehend beschriebenen Temperaturermittlung wird auch der Druck des Fluids im Wärmebett bestimmt. Dieser ist neben der Temperatur ein weiterer wichtiger Parameter, über den die Brennstoffzufuhr, also insbesondere Brennstoffmenge, Brennstoffzusammensetzung und/oder Brennstoffdruck, dahingehend beeinflusst werden, dass ein möglichst effizienter Ver- brennungs- beziehungsweise Oxidationsprozess des Fluids ablaufen kann. Ein Ergebnis der Messungen, also sowohl der Temperatur- als auch der Druckmessung, kann beispielsweise auch dazu herangezogen werden, einen Zustand zu erkennen, in dem das Verfahren nicht optimal umgesetzt werden kann, beispielsweise in einem Über- lastungszustand oder einem Zustand, in dem der Verbrennungs- beziehungsweise Oxidationsprozess nicht mit einem optimalen Wirkungsgrad ablaufen kann. Dementsprechend können die gewonnenen Messdaten nicht nur zur Regelung der Brennstoffeinbringung, sondern auch zur Regelung anderer Größen, beispielsweise der Fluidmenge, herangezogen werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Probenentnahme von Fluid im Wärmebett, insbesondere in unmittelbarer Nachbarschaft zu einer Einbringstelle des Brennstoffs, erfolgt. Über die Probenentnahme kann beispielsweise die Zusammensetzung des Fluids oder das Mischungsverhältnis zwischen Fluid und Brennstoff ermittelt werden. Die nachfolgend der Probenentnahme durch eine Messung gewonnenen Messwerte deuten beispielsweise auf eine Menge der in dem Fluid enthaltenen Schadstoffe hin, worauf eine Brennstoffeinbringung auf diesen Wert eingestellt werden kann, um möglichst eine vollständige Verbrennung beziehungsweise Oxi- dation der Schadstoffe zu erreichen. Auch hier ist es vorteilhaft, die Probenentnahme in der Nähe der Einbringstelle des Brennstoffs durchzuführen, da somit die lokal vorliegende Brennstoffmenge sehr gut auf die Ergebnisse der Probenentnahme eingestellt werden kann.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Brennstoff gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff verwendet wird/werden. Durch das in dem Wärmebett erfolgende Erwärmen des eingeleiteten Brennstoffs kann sowohl gasförmiger als auch flüssiger Brennstoff verwendet werden. Wird flüssiger Brennstoff eingebracht, so wird dieser nach dem Einbringvorgang aufgeheizt und möglicherweise verdampft, so dass ebenso wie bei gasförmigem Brennstoff eine gu- te Vermengung mit dem Fluid möglich wird. Es ist auch vorstellbar, dass der Brennstoff bereits in der Einbringeinrichtung derart erwärmt wird, dass flüssiger Brennstoff verdampft, so dass an einer Einbringstelle des Brennstoffs der flüssige Brennstoff bereits in gasförmiger Form vorliegt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Einbringungsmenge des Brennstoffs in das Wärmebett in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur, dem gemessenen Druck und/oder der Zu- sammensetzung des durch Probenentnahme gewonnenen Fluids erfolgt.

Die Erfindung umfasst ferner eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Fluids, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Vorrichtung mindestens ein von Fluid durchströmbares Wärmebett und eine Brennstoffeinbringvorrichtung aufweist, bei der der Brennstoff aus mindestens einer Brennstoffaustrittsöffnung austritt. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffaustrittsöffnung im Inneren des Wärmebetts angeordnet ist. Damit werden die vorstehend genannten Vorteile erreicht. Die Brennstoffaustrittsöffnung kann an beliebiger Position im Inneren des Wärmebetts angeordnet sein, sie ist jedoch vorteilhafterweise derart positioniert, dass eine optimale Vermischung des Brennstoffs mit dem Fluid und eine Aufheizung des ein- geleiteten Brennstoffs möglich ist. Dazu ist vorteilhafterweise die Brennstoffaustrittsöffnung relativ weit vorne bezogen auf die Fluid- strömungsrichtung vorzusehen. Es kann eine beliebige Anzahl an Brennstoffaustrittsöffnungen vorgesehen sein. Dabei ist es nicht notwendig, dass alle Brennstoffaustrittsöffnungen im Inneren des Wärmebetts angeordnet sind. Beispielsweise ist auch eine Brennstoffaustrittsöffnung in der Brennkammer der Vorrichtung vorsehbar.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Einbringvorrichtung ein mit mindestens einer Brennstoffaustrittsöffnung versehenes Einbringrohr ist. Die Einbringung des Brennstoffs erfolgt mittels einer Einbringvorrichtung, die als Rohr ausgebildet sein kann. Dieses Einbringrohr weist mindestens eine Brennstoffaustrittsöffnung auf. Das heißt, dass das Einbringrohr nur eine Brennstoffaustrittsöffnung aufweisen kann, mit der Brennstoff zielgerichtet an einer einzigen Stelle in das Wärmebett eingebracht werden kann. Andererseits kann das Einbringrohr auch eine Vielzahl von Brennstoffaustrittsöffnungen aufweisen, um an mehreren Positionen Brennstoff einzubringen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Brennstoffein- bringvorrichtung eine Brennstofflanze ist, die endseitig die Brennstoffaustrittsöffnung aufweist. Das bedeutet, dass eine Brennstoffeinbringung durch eine Endfläche der Brennstofflanze und damit gewöhnlicherweise in einer Richtung, die der Ausrichtung der Brennstofflanze entspricht, erfolgt. Es kann vorgesehen sein, dass die Brennstofflanze lediglich die eine endseitige Brennstoffaustrittsöffnung aufweist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Brennstofflanze über weitere Brennstoffaustrittsöffnungen verfügt, die über einen Mantel der Brennstofflanze verteilt sind. Über die Ausrichtung der Brennstoffaustrittsöffnungen auf dem Mantel der Brenn- stofflanze kann die Austrittsrichtung des Brennstoffs beeinflusst werden. Über eine Größe der Austrittsöffnungen kann eine Verteilung des Brennstoffs (sowohl für das Einbringrohr als auch die Brennstofflanze) auf die einzelnen Brennstoffaustrittsöffnungen beeinflusst werden. Vorteilhafterweise ist die Brennstoffeinbringvorrichtung aus einem Keramikwerkstoff gefertigt, womit eine hohe Temperaturbeständigkeit gegeben ist. Es kann aber auch ein beliebiger anderer Werkstoff, beispielsweise eine Eisenlegierung beziehungsweise Edelstahl, vorgesehen sein. Während des Betriebs ist es auch vorstellbar, dass die Brennstoffeinbringvorrichtung mit einem von dem Brennstoff unterschiedlichen Gas gespült wird, um eine vollständige Entleerung von Brennstoff aus der Einbringvorrichtung zu bewirken. Dabei kann Umgebungsluft, aber auch ein Gas, insbesondere ein Edelgas, vorgesehen sein. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in unmittelbarer Nachbarschaft zur Brennstoffaustrittsöffnung ein Temperaturmesssensor einer Temperaturmesseinrichtung angeordnet ist. Vorzugsweise ist darauf zu achten, dass die Ausrichtung der Brennstoffaus- trittsöffnung nicht direkt auf den Temperaturmesssensor beziehungsweise die Temperaturmesseinrichtung gerichtet ist, um eine Beeinflussung der Temperaturmessung durch einen Brennstoffstrom auszuschließen. Es kann insbesondere auch vorgesehen sein, zwischen Temperaturmesseinrichtung und Brennstoffaustrittsöffnung eine Trenneinrichtung, insbesondere ein Hitzeschild, vorzusehen, um den Temperaturmesssensor von dem aus der Brennstoffaustrittsöffnung austretenden Brennstoff beziehungsweise einer eventuell ablaufenden chemischen Reaktion abzuschirmen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass Brenn- Stoffeinbringeinrichtung und Temperaturmesseinrichtung als gemeinsames Modul integral ausgebildet sind. Das gemeinsame Modul erlaubt zum einen eine einfache Montage von Brennstoffeinbringvorrichtung und Temperaturmesseinrichtung und sorgt gleichzeitig dafür, dass eine definierte Ausrichtung und ein definierter Abstand von Brennstoffeinbringvorrichtung zu Temperaturmesseinrichtung gegeben sind. Auch erlaubt die Ausbildung als gemeinsames Modul eine räumlich sehr kompakte Ausbildung und insbesondere einen geringen Abstand zwischen Brennstoffeinbringeinrichtung und Temperaturmesseinrichtung.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in unmittelbarer Nachbarschaft zur Brennstoffaustrittsöffnung ein Druckmesssensor einer Druckmesseinrichtung angeordnet ist. Vorteilhafterweise sind dabei die Brennstoffeinbringvorrichtung und die Druckmesseinrich- tung als gemeinsames Modul integral ausgebildet. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht außerdem vor, dass in unmittelbarer Nachbarschaft zur Brennstoffaustrittsöffnung eine Probenentnahmeöffnung einer Probenentnahmeeinrichtung vorgesehen ist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Brennstoffeinbringvorrichtung und die Probenentnahmeeinrichtung integral ausgebildet sind. Für die Druckmesseinrichtung und die Probenentnahmeeinrichtung gilt ebenfalls das für die Temperaturmesseinrichtung bereits ausgeführte.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Wärmebett Keramiksteine aufweist. Keramiksteine sind äußerst hitzebeständig und können außerdem eine hohe Wärmekapazität aufweisen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Wärmebett Formsteine, vorzugsweise aus Keramik, aufweist. Durch die Ver- wendung von Formsteinen wird die für die Wärmeübertragung zwischen Wärmebett und Fluid beziehungsweise Brennstoff äußerst relevante Oberfläche des Wärmebetts stark vergrößert. Damit kann das Wärmebett auf sehr effiziente Weise Wärme an das Fluid beziehungsweise den Brennstoff abgeben. Vorzugsweise können die Formsteine als Wabensteine ausgebildet sein.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Keramik- und/oder Formsteine mit einer Beschichtung versehen sind. Dabei kann die Beschichtung für verschiedene Einsatzzwecke ausgelegt sein. Zum einen kann beispielsweise durch eine Beschichtung eine weitere Vergrößerung der Oberfläche des Keramik- und/oder Formsteins ausgebildet werden, anderseits kann die Beschichtung auch katalytische Eigenschaften aufweisen und so die Verbrennung be¬

ll ziehungsweise Oxidation vorteilhaft beeinflussen. Insbesondere wird durch eine katalytische Beschichtung die zu einer Reaktion benötigte Temperatur abgesenkt, so dass weniger Brennstoff eingebracht werden muss. Durch eine solche Beschichtung ist es auch möglich, dass sich ein Reaktionsstartpunkt nach vorne verlagert. Das bedeutet, dass die Reaktion relativ zu einer Fluidstromrichtung stromauf- wärtig beginnt. Durch die Verlagerung des Reaktionsstartpunktes nach vorne ist weiterhin eine längere Reaktionszeit möglich, wodurch die Vorrichtung, insbesondere die Brennkammer, verkleinert werden kann.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung als Nanobeschichtung ausgebildet ist. Die Nanobeschichtung kann Nanoteilchen enthalten oder aus diesen bestehen. Wie bereits vorstehend ausgeführt, kann durch eine Beschichtung sowohl eine grö- ßere Oberfläche als auch eine katalytische Wirkung erzielt werden. Mit Hilfe der Nanobeschichtung können diese Vorteile noch weitaus ausgeprägter genutzt werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Wärmebett mindestens einen Kanal für die Brennstoffeinbringvorrichtung, Tem- peraturmesseinrichtung, Druckmesseinrichtung und/oder Probenentnahmeeinrichtung aufweist. Durch den Kanal werden die genannten Elemente innerhalb des Wärmebetts positioniert. Der Kanal ist vorteilhafterweise derart positioniert, dass eine Brennstoffeinbringungsposition optimal, also gemäß den vorstehenden Ausführungen, gele- gen ist. Ein Kanalboden des Kanals kann dabei eine Beschichtung, insbesondere eine Nanobeschichtung, aufweisen. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kanal randoffen in dem Wärmebett ausgebildet ist. Somit ist eine Zuführung der Brennstoffeinbringvorrichtung, Temperaturmesseinrichtung, Druckmesseinrichtung und/oder Probenentnahmeeinrichtung von außen in das Wärmebett möglich.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Keramiksteine oder die Formsteine Standfüße aufweisen, zwischen denen der Kanal ausgebildet ist. Somit ergibt sich eine Anordnung, in der der Kanal für die Brennstoffeinbringvorrichtung und die Messeinrichtungen durch einfaches Anordnen der Keramik- oder der Formsteine entsteht. Dies ist vorteilhaft beim Aufbau der Vorrichtung, da auf diese Weise kein getrennter Arbeitsschritt für die Erstellung des Kanals vorgesehen werden muss. Soll der Kanalboden beschichtet werden, ist es vorstellbar, dass eine Beschichtung vor einer Montage der Vor- richtung zumindest auf einen Teil einer Oberseite der Keramik- oder Formsteine aufgebracht. Daraus ergibt sich nach der Montage, das heißt einem Anordnen der Keramik- oder Formsteine eine Beschichtung des Kanalbodens.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen eines Fluids soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, verdeutlicht werden. Dabei zeigen:

Figur 1 eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Fluids mit Wärmebetten und einer Brennkammer,

Figur 2 eine Anordnung von mehreren Formsteinen mit einer zur Brennstoffeinbringung verwendeten Brennstofflanze, Figur 3 eine Brennstoffeinbringeinrichtung und eine Temperaturmesseinrichtung, die auf einem gemeinsamen Befestigungselement angeordnet sind, und

Figur 4 die als gemeinsames Modul ausgebildeten Brennstoff- einbringeinrichtung und Temperaturmesseinrichtung.

Die Figur zeigt eine Vorrichtung 1 zum Erwärmen eines Fluids, die von einem Fluidstrom in Richtung der Pfeile 2 durchströmbar ist. Die Vorrichtung 1 ist Teil einer nicht dargestellten thermisch regenerativen oder thermisch katalytischen Abgasreinigungsvorrichtung, das Fluid ist also ein Abgas. Die Vorrichtung 1 weist eine Brennkammer 3, sowie ein stromaufseitiges Wärmebett 4a und ein stromabseitiges Wärmebett 4b auf. Die Wärmebetten 4a, 4b werden in diesem Fall durch Formsteine 5 gebildet, die eine wabenförmige Struktur 8 aufweisen, dessen Oberfläche mit einer Nanobeschichtung versehen ist. Diese Nanobeschichtung enthält Nanopartikel und ist derart ausgebildet, dass sie zum Einen eine Oberfläche der Wabenstruktur vergrößert, sodass ein effizienterer Wärmeübergang stattfinden kann, und zum Anderen eine katalytische Wirkung aufweist. In den Formsteinen 5 sind Brennstoffeinbringvorrichtungen 6 vorgesehen, die über Kanäle 7 in die Wärmebetten 4a, 4b eingebracht werden, wie in Figur 2 ersichtlich. In Figur 2 ist auch die wabenförmige Struktur 8 der Formsteine 5 zu erkennen. Die Brennstoffeinbringvorrichtung ist in diesem Beispiel als Brennstofflanze 9 ausgebildet, die endseitig eine Brennstoffaustrittsöffnung 10 aufweist. Aus Figur 2 ist auch erkennbar, dass das Wärmebett 4a, 4b nicht aus einem einzelnen Formstein 5 aufgebaut sein muss, sondern dass eine Anordnung von Formsteinen 5 verwendet werden kann. Dabei können die Formsteine 5 sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung kombiniert werden. Zur Anordnung in vertikaler Richtung weisen die Formsteine 5 Standfüße 11 beziehungsweise Standflächen auf. Durch diese kann auch, wie in dem dargestellten Beispiel illustriert, der Kanal 7 ausgebildet sein. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Kanal 7 in einem Formsteinrand offen ausgebildet ist, das heißt eine Öffnung 12 in einer Seitenfläche 13 des Formsteins 5 aufweist.

Zur Bestimmung eines lokalen Zustands in dem Wärmebett 3 ist es vorgesehen, in unmittelbarer Nachbarschaft zur Brennstoffaustritts- Öffnung 10 eine Messvorrichtung 14 zu positionieren. Diese kann durch eine Temperaturmesseinrichtung 15 ausgebildet sein, die einen Temperaturmesssensor 16 aufweist.

Figur 3 zeigt eine Anordnung aus Brennstofflanze 9 und Messvorrichtung 14, wobei die Brennstofflanze 9 und die Messvorrichtung 14 als getrennte Bauteile ausgeführt sind. Beide sind in einem Halteelement 17 befestigt, so dass eine Relativposition zueinander bekannt ist. Vorzugsweise ist dabei auch eine Sicherung gegen eine Verschiebung in axialer Richtung vorzusehen. Es ist zu erkennen, dass die Brennstofflanze 9 aus einem Einbringrohr 18 und einer Vor- richtung, die in Form einer Düse 19 ausgebildet sein kann, besteht. Die Düse 19 weist dabei die Brennstoffaustrittsöffnung 10 auf. Die Messvorrichtung 14 setzt sich aus einem Rohr 20, einer Befestigungsvorrichtung 21 für den Temperaturmesssensor 16 und dem Temperaturmesssensor 16 zusammen. Dabei ist die Befestigungs- Vorrichtung 21 an dem Rohr 20 befestigt, welches vorzugsweise frontseitig verschlossen ist. Die Messvorrichtung 14 weist außerdem eine Schutzvorrichtung 22 auf, welche als Hitzeschild 23 ausgebildet sein kann. Der Hitzeschild 23 ist derart ausgelegt, dass es den Tem- peraturmesssensor 16 beispielsweise vor einem direkten Einfluss von Strahlungswärme oder einer Beeinflussung durch eine Strömungsgeschwindigkeit des Abgases abschirmt. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Hitzeschild 23 den Temperaturmesssensor 16 nur teilweise umgibt und insbesondere in Richtung der Brennstoffaustrittsöffnung 10 ausgerichtet ist. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass der Hitzeschild 23 den Temperaturmesssensor

16 umfänglich vollständig umgibt, und der Temperatursensor 16 lediglich über beispielsweise eine offene Frontfläche des Hitzeschilds 23 oder Bohrungen in dem Hitzeschild 23 mit der Umgebung in Fluidkontakt treten kann. Die Düse 19 beziehungsweise die Brennstoff austrittsöffnung 10 der Brennstofflanze 9 ist derart ausgerichtet, dass sie nicht in Richtung des Temperaturmesssensors zeigt, um eine Temperaturmessung nicht durch eingebrachten Brennstoff 24, der häufig eine andere Temperatur als das Abgas aufweist, zu beeinflussen. Zu diesem Zweck kann das Einbringrohr 18 an beliebigen Stellen abgewinkelt sein. Die Position, an der über die Düse 19 Brennstoff 24 durch die Brennstoffaustrittsöffnung 10 in den Kanal 7 eingebracht wird, wird als Einbringstelle 25 bezeichnet.

Bei der in Figur 3 gezeigten Anordnung von Brennstofflanze 9 und Messvorrichtung 14, bei der eine Befestigung an einem Halteelement 17 vorgesehen ist, ist darauf zu achten, dass sich die Temperaturmesseinrichtung 15 in unmittelbarer Nähe der Brennstoffaustrittsöffnung 10 befindet, um den lokalen Zustand in der Nähe der Brennstoffaustrittsöffnung 10 bestimmen zu können. Diese Anordnung aus Brennstofflanze 9, Messvorrichtung 14 und Halteelement

17 wird nun, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, in dem Kanal 7 des Formsteins 5 positioniert. In Figur 4 ist eine alternative Anordnung von Brennstoffeinbringvorrichtung 6 und Messvorrichtung 14 gezeigt. Diese sind in ein gemeinsames Modul 26 integriert. Dabei kann ein Rohr 27 vorgesehen sein, in dem sowohl der Brennstoff 24 an die Einbringstelle 25 ge- bracht wird, als auch die Temperaturmesseinrichtung 15 vorgesehen ist. Alternativ kann das Rohr 27 sowohl das Einbringrohr 18 beziehungsweise die Brennstofflanze 9 und das Rohr 20, in welchem die Messvorrichtung 14 vorgesehen ist, enthalten. Diese Anordnung bietet gegenüber der in Figur 3 gezeigten vor allem eine Raumerspar- nis. Auch hier zeigt die Brennstoffaustrittsöffnung 10 vorzugsweise von dem Temperaturmesssensor 16 weg. Der Temperaturmesssensor 16 ist hier beispielhaft endseitig an dem Rohr 27 befestigt, wobei diese Endseite vorzugsweise verschlossen ist und die Befestigungsvorrichtung 21 hält. Die Befestigungsvorrichtung 21 beziehungsweise der Temperaturmesssensor 16 können aber auch an beliebiger anderer Stelle des Rohres 27 vorgesehen sein, solange sich diese in der Nähe der Brennstoffaustrittsöffnung 10 befindet.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass eine Bodenfläche 28 des Kanals 7 eine Beschichtung, insbesondere eine katalytische Beschich- tung, aufweist. Es kann auch eine gesamte Oberfläche des Formsteins 5 beschichtet sein.

Anstelle der vorstehend beschriebenen Temperaturmesseinrichtung 15 kann auch eine beliebige andere Messvorrichtung 14 vorgesehen sein. Beispielsweise kann anstatt der Temperaturmesseinrichtung 15 eine Druckmesseinrichtung mit einem Druckmesssensor oder eine Probeentnahmeeinrichtung mit einer Probenentnahmeöffnung vorgesehen sein. Die Messvorrichtung 14 ist vorzugsweise an ein nicht dargestelltes Steuergerät angeschlossen, über welches verschiedene Parameter der Vorrichtung 1 steuerbar sind.

Im Betrieb der Vorrichtung 1 ergibt sich folgende Funktion: Wie in Figur 1 erkennbar strömt im Betrieb der Vorrichtung 1 Abgas entlang der durch die Pfeile 2 angedeuteten Strömungsrichtung. Das Abgas tritt zunächst in das Wärmebett 4a ein, wird dort erwärmt und über die Brennstoffaustrittsöffnung 10 mit Brennstoff 24 angereichert. Gleichzeitig wird über die Messvorrichtung 14 beispielsweise eine Temperatur über die Temperaturmesseinrichtung 15 beziehungswei- se den Temperaturmesssensor 16 bestimmt und an ein nicht dargestelltes Steuergerät geleitet. Dieses Steuergerät kann aufgrund dieser Information eine eingebrachte Menge des Brennstoffs 24 beeinflussen oder auf übrige Parameter der Vorrichtung 1 Einfluss nehmen beispielsweise auf eine eingeleitete Abgasmenge. Der in den Formstein 5 des Wärmebetts 3 eingebrachte Brennstoff 24 vermischt sich mit dem in Richtung des Pfeils 2 geleiteten Abgas. Das daraufhin entstehende Abgas-Brennstoff-Gemisch bewegt sich weiter in Richtung des Pfeils 2. Innerhalb des Wärmebetts 4a beginnt das Abgas mit der darin enthaltenen Luft und dem zugeführten Brennstoff 24 zu reagieren, wodurch die Temperatur ansteigt. Diese Reaktion wird insbesondere durch eine möglicherweise vorgesehene Beschichtung, insbesondere katalytische Beschichtung, der Formsteine 5 beschleunigt. Nach Durchlaufen des Formsteins 5 tritt das Abgas-Brennstoff-Gemisch in die Brennkammer 3 ein. Dort sind vor- zugsweise eine nicht dargestellte Brennstoffeinbringvorrichtung sowie ein ebenfalls nicht dargestellter Zündmechanismus vorgesehen. Nach Durchlaufen der Brennkammer 3 tritt das Abgas in das Wärmebett 4b ein, das ebenfalls aus einem Formstein 5 besteht, und verläset nach Durchlaufen dessen die Vorrichtung 1. Innerhalb des Wärmebetts 4b beziehungsweise des entsprechenden Formsteins 5, kann eine weitere Brennstoffeinbringvorrichtung 6 und/oder eine Messvorrichtung 14 vorgesehen sein. Damit kann eine weitere Einbringung von Brennstoff 24 erfolgen, sollten die Abgase nach Durch- laufen des Wärmebetts 4a und der Brennkammer 3 noch nicht vollständig von Schadstoffen gereinigt sein.

Zusammenfassend ergeben sich aus der beschriebenen Vorrichtung 1 zum Erwärmen eines Fluids folgende Vorteile: Innerhalb der Vorrichtung 1 können vergleichsweise hohe Temperaturen innerhalb der gesamten Vorrichtung 1 realisiert werden. Gleichzeitig sinkt die Maximaltemperatur, welche normalerweise in der Brennkammer 3 vorliegt, da ein Teil der chemischen Reaktion bereits in dem Wärmebett 4a beziehungsweise 4b abläuft. Auch liegt eine längere Reaktionszeit innerhalb der Vorrichtung 1 vor, da die chemische Reaktion nicht lediglich in der Brennkammer 3 abläuft, sondern bereits ein Strömungsweg innerhalb der Wärmebetten 4a, 4b genutzt wird. Daraus ergibt sich, dass eine geometrische Ausbildung der Brennkammer 3 vergleichsweise klein sein kann.