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DE102011087971B4 - Verfahren zum Betreiben eines mit Kohlenwasserstoff-Brennstoff betreibbaren Heizgeräts - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines mit Kohlenwasserstoff-Brennstoff betreibbaren Heizgeräts Download PDF

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DE102011087971B4
DE102011087971B4 DE102011087971.4A DE102011087971A DE102011087971B4 DE 102011087971 B4 DE102011087971 B4 DE 102011087971B4 DE 102011087971 A DE102011087971 A DE 102011087971A DE 102011087971 B4 DE102011087971 B4 DE 102011087971B4
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Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines mit Kohlenwasserstoff-Brennstoff betreibbaren Heizgeräts, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend die Maßnahmen:a) Für einen Verbrennungsbetrieb, Bereitstellen eines unterstöchiometrischen Luft/Brennstoff-Gemisches in einer Vorverbrennungskammer (18),b) Durchführen einer Kalte-Flamme-Verbrennung in der Vorverbrennungskammer (18),c) Zuführen der in der Vorverbrennungskammer (18) bei der Kalte-Flamme-Verbrennung entstehenden Vorverbrennungsprodukte zu einer Katalysatoranordnung (32) und Durchführen einer partiellen katalytischen Oxidation zur Erzeugung eines Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Gases,d) Zuführen des bei der partiellen katalytischen Oxidation erzeugten Gases zu einer Hauptverbrennungskammer (34) zur Erzeugung eines Wasserstoff/Kohlenmonoxid/Luft-Gemisches,e) Verbrennen des Wasserstoff/Kohlenmonoxid/Luft-Gemisches in der Hauptverbrennungskammer (34), dadurch gekennzeichnet, dass bei der Maßnahme a) Wasserdampf dadurch in die Vorverbrennungskammer (18) eingespeist wird, dass ein Teilstrom des bei der Maßnahme e) entstehenden Gases in die Vorverbrennungskammer (18) geleitet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mit Kohlenwasserstoff-Brennstoff betreibbaren Heizgeräts, sowie ein derartiges Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug.
  • In Fahrzeugen werden mit Kohlenwasserstoff-Brennstoff betriebene Heizgeräte als Standheizungen oder Zuheizer eingesetzt, um verschiedene Bereiche eines Fahrzeugs, insbesondere auch einen Fahrzeuginnenraum, zu erwärmen. Die Funktionalität als Zuheizer wird auch bei brennkraftgetriebenen Fahrzeugen mehr und mehr erforderlich, da moderne Brennkraftmaschinen aufgrund des vergleichsweise hohen Wirkungsgrads nicht mehr ausreichend Wärme zur Erwärmung des Fahrzeuginnenraums bereitstellen. Bei elektromotorisch betriebenen Fahrzeugen entsteht im Antriebsaggregat selbst praktisch keine Abwärme, so dass die zur Erwärmung des Fahrzeuginnenraums erforderliche Wärmeenergie durch ein zusätzliches, beispielsweise mit Kohlenwasserstoff-Brennstoff betriebenes Heizgerät zu erzeugen ist.
  • Die DE 10 2007 002 653 A1 offenbart ein Brennstoffzellensystem, bei welchem einem Reformer Brennstoff und Luft als Oxydator zugeführt werden. In einer Gemischbildungskammer wird unter Einsatz des Kalte-Flamme-Prozesses ein einer Katalysatoranordnung zuzuführendes Gemisch erzeugt. In der Katalysatoranordnung wird dieses Gemisch durch partielle Oxydation zu einem Reformat umgesetzt, welches wiederum in eine Brennstoffzelle zur Erzeugung elektrischer Energie eingespeist wird. Das die Brennstoffzelle verlassende Abgas wird zusammen mit Luft einem Restgasbrenner zugeführt und darin verbrannt. In dem den Restgasbrenner verlassenden Abgas enthaltenes Wasser wird in einem Kondensator ausgeschieden und in die der Gemischbildungskammer zuführende Luft eingedüst.
  • Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Heizgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 sind aus der DE 10 2007 053 487 A1 bekannt.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines mit Kohlenwasserstoff-Brennstoff betriebenen Heizgeräts bzw. ein derartiges Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, bereitzustellen, mit welchen bei hohem Wirkungsgrad ein geringer Schadstoffausstoß erreichbar ist.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines mit Kohlenwasserstoff-Brennstoff betreibbaren Heizgeräts, insbesondere für ein Fahrzeug, gemäß Anspruch 1. Dieses Verfahren umfasst die Maßnahmen:
    1. a) Für einen Verbrennungsbetrieb, Bereitstellen eines unterstöchiometrischen Luft/Brennstoff-Gemisches in einer Vorverbrennungskammer,
    2. b) Durchführen einer Kalte-Flamme-Verbrennung in der Vorverbrennungskam mer,
    3. c) Zuführen der in der Vorverbrennungskammer bei der Kalte-Flamme-Verbrennung entstehenden Vorverbrennungsprodukte zu einer Katalysatoranordnung und Durchführen einer partiellen katalytischen Oxidation zur Erzeugung eines Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Gases,
    4. d) Zuführen des bei der partiellen katalytischen Oxidation erzeugten Gases zu einer Hauptverbrennungskammer zur Erzeugung eines Wasserstoff/Kohlenmonoxid/Luft-Gem isches,
    5. e) Verbrennen des Wasserstoff/Kohlenmonoxid/Luft-Gemisches in der Hauptverbrennungskammer.
  • Eine Rußbildung bei zu geringem Lambda-Wert einerseits und eine thermische Zerstörung des Katalysatormaterials in der Katalysatoranordnung bei zu hohem Lambda-Wert andererseits kann durch Einstellen eines Lambda-Wertes in einem vergleichsweise kleinen Lambda-Fenster erreicht werden. Es hat sich gezeigt, dass dieses Fenster dadurch erweitert werden kann, dass bei der Maßnahme a) Wasserdampf in die Vorverbrennungskammer eingespeist wird. Dazu kann ist vorgesehen, dass ein Teil der bei der Maßnahme e) entstehenden Hauptverbrennungsprodukte in Form eines Teilstroms des bei der Maßnahme e) entstehenden Gases in die Vorverbrennungskammer geleitet wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das unterstöchiometrische Luft/Brennstoff-Gemisch zunächst im Kalte-Flamme-Prozess voroxidiert, wobei die langkettigen Kohlenwasserstoff-Brennstoffmoleküle aufgespalten werden. Diese werden zusammen mit dem im Kalte-Flamme-Prozess nicht umgesetzten Luftsauerstoff der partiellen katalytischen Oxidation zugeführt. Bei der Kalte-Flamme-Verbrennung wird eine außerordentlich gute Durchmischung der kürzerkettigen Kohlenwasserstoffmoleküle mit dem Luftsauerstoff erreicht, wodurch die Effizienz der in der Katalysatoranordnung durchzuführenden partiellen katalytischen Oxidation weiter gesteigert werden kann. Bei diesem katalytisch durchgeführten Oxidationsprozess wird Kohlenwasserstoff und Sauerstoff im Wesentlichen zu Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (molekularer Wasserstoff, H2) umgesetzt. Das den molekularen Wasserstoff, also H2, und Kohlenmonoxid enthaltende Gas wird dann in einer auf die Katalysatoranordnung folgenden Hauptverbrennungskammer zusammen mit in diese Hauptverbrennungskammer auch eingespeister Luft bzw. dem darin enthaltenden Sauerstoff verbrannt, so dass als Verbrennungsprodukt dieses in der Hauptverbrennungskammer ablaufenden Hauptverbrennungsprozesses Wasser bzw. Wasserdampf erzeugt wird. Das in der Katalysatoranordnung auch erzeugte Kohlenmonoxid wird in der Hauptverbrennungskammer mit einem Teil des darin enthaltenen Sauerstoffs zu Kohlendioxid (CO2) umgesetzt.
  • Eine einfach zu realisierende, gleichwohl jedoch zuverlässige Möglichkeit zur Erzeugung von gasförmigem Brennstoff kann vorsehen, dass die Maßnahme a) das Zuführen von flüssigem Brennstoff zu einem porösen Verdampfermedium und das Abgeben von Brennstoffdampf aus dem porösen Verdampfermedium in die Vorverbrenungskammer umfasst.
  • Um bei der Maßnahme a) das unterstöchiometrische Luft/BrennstoffGemisch erzeugen zu können, kann Luft in die Vorverbrennungskammer eingeleitet werden.
  • Das unterstöchiometrische Gemisch aus Luft und Brennstoff kann mit einem Lambda-Wert im Bereich von 0,3 bis 0,5 bereitgestellt werden.
  • Um bei Betriebaufnahme, also vor dem eigentlichen Verbrennungsbetrieb in einer Startphase, die verschiedene Systembereiche, insbesondere die Katalysatoranordnung, auf eine Betriebstemperatur zu bringen, welche das Ablaufen der erforderlichen Reaktionen, insbesondere auch der katalytisch unterstützten Reaktion, sicherstellt, wird vorgeschlagen, dass in einer Startphase vor dem Verbrennungsbetrieb ein überstöchiometrisches Luft/Brennstoff-Gemisch in der Vorverbrennungskammer bereitgestellt und verbrannt wird.
  • Der Verbrennungsprozess insbesondere in der Vorverbrennungskammer kann vermittels einer Zündeinrichtung gestartet werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Heizgerät gemäß Anspruch 7, insbesondere für ein Fahrzeug, welches Heizgerät beispielsweise zur Durchführung des vorangehend erläuterten Verfahrens ausgebildet sein kann und umfasst:
    • - eine Vorverbrennungskammer,
    • - eine Brennstoffzufuhr zum Zuführen von Kohlenwasserstoff-Brennstoff zu der Vorverbrennungskammer,
    • - eine primäre Verbrennungsluftzufuhr zum Zuführen von Verbrennungsluft zu der Vorverbrennungskammer,
    • - stromabwärts der Vorverbrennungskammer, eine Katalysatoranordnung zur Aufnahme von Vorverbrennungsprodukten aus der Vorverbrennungskammer und zur Erzeugung eines Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Gases vermittels partieller katalytischer Oxidation,
    • - stromabwärts der Katalysatoranordnung, eine Hauptverbrennungskammer zur Aufnahme des Gases von der Katalysatoranordnung,
    • - eine sekundäre Verbrennungsluftzufuhr zum Zuführen von Verbrennungsluft zu der Hauptverbrennungskammer,
    wobei die primäre Verbrennungsluftzufuhr oder/und die Brennstoffzufuhr zum Bereitstellen eines unterstöchiometrischen Luft/Brennstoff-Gemisches in der Vorverbrennungskammer für einen Verbrennungsbetrieb ausgebildet sind.
  • Zur Verbesserung der Qualität insbesondere auch der katalytischen Reaktion in der Katalysatoranordnung ist eine Wasserdampfzufuhr zum Zuführen von Wasserdampf zu der Vorverbrennungskammer vorgesehen. Hierzu ist die Wasserdampfzufuhr zum Leiten eines Teils der die Hauptverbrennungskammer verlassenden Hauptverbrennungsprodukte in Form eines Teilstroms des die Hauptverbrennungskammer verlassenden Gases in die Vorverbrennungskammer ausgebildet. Dies vermeidet die Notwendigkeit einer zusätzlichen Vorrichtung, welche Wasserdampf erzeugt und diesen in die Vorverbrennungskammer speist.
  • Um in der Vorverbrennungskammer den mit der Verbrennungsluft zu mischenden Brennstoff bereitstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzufuhr eine Brennstoffförderanordnung zum Fördern von flüssigem Brennstoff und ein flüssigen Brennstoff aufnehmendes poröses Verdampfermedium umfasst.
  • Eine baulich einfache Realisierung insbesondere hinsichtlich der Verbrennungsluftzufuhr kann vorsehen, dass die primäre Verbrennungsluftzufuhr und die sekundäre Verbrennungsluftzufuhr ein gemeinsames Verbrennungsluftgebläse umfassen.
  • Die Verbrennung insbesondere in der Vorverbrennungskammer kann beispielsweise durch eine dieser zugeordnete Zündeinrichtung gestartet werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende 1 detailliert beschrieben, welche in prinzipieller Längsschnittdarstellung ein Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, zeigt.
  • Das in 1 in prinzipieller Darstellung und im Längsschnitt gezeigte Heizgerät 10 umfasst ein beispielsweise rohrartig und in Richtung einer Längsmittenachse A langgestrecktes Gehäuse 12, das in dem in 1 links liegenden Endbereich durch einen Bodenbereich 14 abgeschlossen ist. Beispielsweise am Bodenbereich 14 anliegend ist ein poröses Verdampfermedium 16 vorgesehen. Dieses kann als Schaumkeramik, Metallschaum, Geflecht, Gewirk oder in sonstiger Weise porös ausgebildetes Material vorgesehen sein. An der von einer Vorverbrennungskammer 18 abgewandt liegenden Rückseite des Bodenbereichs 14 bzw. des porösen Verdampfermediums 16 kann eine elektrisch erregbare Heizeinrichtung 20, beispielsweise in Form einer Heizwendel, vorgesehen sein, um das poröse Verdampfermedium zu erwärmen. Vermittels einer beispielsweise als Dosierpumpe ausgebildeten Brennstoffförderanordnung 22 und einer Brennstoffleitung 24 kann flüssiger Kohlenwasserstoff-Brennstoff, im Folgenden nur Brennstoff genannt, in das poröse Verdampfermedium 16 eingeleitet werden. Unterstützt durch die Erregung der Heizeinrichtung 20 kann der im Innenvolumenbereich des porösen Verdamfpermediums 16 durch Kapillarförderwirkung vorangeförderte Brennstoff in Richtung zur Vorverbrennungskammer 18 in Dampfform abgegeben werden.
  • Eine allgemein mit 26 bezeichnete Verbrennungsluftförderanordnung beispielsweise Seitenkanalgebläse oder dergleichen, fördert Luft beispielsweise in einen das Gehäuse 12 umgebenden Kanalbereich 28. Im Gehäuse 12 können im axialen Bereich der Vorverbrennungskammer 18 Lufteintrittsöffnungen vorgesehen sein, durch welche hindurch ein Teil L1 der in die Kanalanordnung 28 geförderten Luft L in die Vorverbrennungskammer 18 eintreten kann.
  • Der Vorverbrennungskammer 18 ist ferner eine Zündeinrichtung 30, beispielsweise Glühzündstift oder dergleichen, zugeordnet, um das darin bereitzustellende Luft/Brennstoff-Gemisch zu zünden und damit die Verbrennung zu starten.
  • In Richtung der Längsmittenachse A auf die Vorverbrennungskammer 18 folgend und somit stromabwärts bezüglich dieser angeordnet ist eine allgemein mit 32 bezeichnete Katalysatoranordnung vorgesehen. Diese kann einen mit Katalysatormaterial überzogenen oder aufgebauten Körper umfassen. Zur Vergrößerung der katalytisch wirksamen Oberfläche kann dieser Körper mit einer Vielzahl von beispielsweise in Richtung der Längsmittenachse A diesen durchsetzenden Öffnungen ausgebildet sein. Die Katalysatoranordnung 32 bzw. das an dieser vorgesehene Katalysatormaterial bildet einen CPOX-(Catalytic Partial Oxidation)-Katalysator.
  • In Richtung der Längsmittenachse A auf die Katalysatoranordnung 32 folgend und somit stromabwärts bezüglich dieser ist eine Hauptverbrennungskammer 34 vorgesehen. Im Gehäuse 12 sind Durchtrittsöffnungen vorgesehen, durch welche hindurch der verbleibende Teil L2 der in die Kanalanordnung 28 geförderten Luft L in die Hauptverbrennungskammer 34 eintreten kann. Es kann somit ein Gemisch dieser Luft L2 mit dem die Katalysatoranordnung 32 verlassenden Gas in der Hauptverbrennungskammer 34 erzeugt werden.
  • An einem beispielsweise axial offenen Endbereich 36 des Gehäuses 12 treten die das Gehäuse 12 durchströmenden Gase aus dem Gehäuse 12 aus und in einen Rückströmraum 38 ein. In diesem Rückströmraum 38 strömen die Gase in einer zur Strömungsrichtung im Inneren des Gehäuses 12 im Wesentlichen entgegengesetzten Strömungsrichtung zu einem Auslass 40. Der Rückströmraum 38 kann von einer nur in Form einer Wandung angedeuteten Wärmetauscheranordnung 42 umgeben sein, um in den das Gehäuse 12 verlassenden Gasen transportierte Wärme auf ein Wärmeträgermedium zu übertragen.
  • Bei dem in 1 beschriebenen Aufbau stellt die Brennstoffförderanordnung 22 zusammen mit der Brennstoffleitung 24 im Wesentlichen eine Brennstoffzufuhr 43 bereit, über welche der Brennstoff B in den Bereich der Vorverbrennungskammer 18 gespeist wird. Die Verbrennungsluftförderanordnung 26 stellt zusammen mit der Kanalanordnung 28 und den den Luftanteil L1 in die Vorverbrennungskammer 18 lassenden Öffnungen im Wesentlichen eine primäre Verbrennungsluftzufuhr 44 bereit, während die Verbrennungsluftförderanordnung 26 zusammen mit der Kanalanordnung 28 und den den Luftanteil L2 in die Hauptverbrennungskammer 34 lassenden Öffnungen im Wesentlichen eine sekundäre Verbrennungsluftzufuhr 46 bereitstellt. Das Verhältnis des Luftanteils L1 zum Luftanteil L2 kann beispielsweise durch die Strömungsquerschnitte der diese Luftanteile jeweils durchlassenden Öffnungen bzw. auch die Querschnittsgestaltung der Kanalanordnung 28 eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich könnten Ventilanordnungen vorgesehen sein, durch welche auch im Betrieb dieses Verhältnis der Luftanteile L1 und L2 zueinander beeinflussbar ist.
  • Um in einem Fahrzeug, beispielsweise einem elektromotorisch betriebenen Fahrzeug, Wärme bereitzustellen, werden in einer dem normalen Verbrennungsbetrieb vorgeschalteten Startphase Brennstoff B und Verbrennungsluft L in derartigen Mengen gefördert und damit auch in der Vorverbrennungskammer 18 bereitgestellt, dass in der Vorverbrennungskammer 18 ein überstöchiometrisches Gemisch aus Luft bzw. Sauerstoff und Brennstoff vorhanden ist. Dieses Gemisch wird durch Erregen der Zündeinrichtung 30 gezündet und durch die Katalysatoranordnung 32 und die Hauptverbrennungskammer 34 hindurch in Richtung zum Auslass 40 gefördert. Durch das Betreiben des Heizgeräts 10 mit überstöchiometrischem Luft/Brennstoff-Gemisch kann in der Startphase das Heizgerät 10 und insbesondere dessen Katalysatoranordnung 32 erwärmt werden, um eine ausreichend hohe Betriebstemperatur zum Sicherstellen einer katalytischen Umsetzung im nachfolgenden Verbrennungsbetrieb zu erreichen. Ist eine ausreichende Erwärmung sichergestellt, wird von dem Zustand, in welchem ein überstöchiometrisches Luft/Brennstoff-Gemisch bereitgestellt wird, in einen Zustand übergegangen, in welchem ein unterstöchiometrisches Verhältnis in der Vorverbrennungskammer 18 erzeugt wird. Dabei kann vorzugsweise ein Lamda-Wert im Bereich von 0,3 bis 0,5 eingestellt werden. Durch das Arbeiten in einem unterstöchiometrischen Bereich geht die Verbrennung in der Vorverbrennungskammer 18 in eine so genannte Kalte-Flamme-Verbrennung über. Dabei wird der im Luft/Brennstoff-Gemisch enthaltene Brennstoff nicht vollständig oxidiert. Vielmehr findet lediglich eine Teil- bzw. Voroxidation statt, bei welcher auch die langkettigen Kohlenwasserstoffmoleküle aufgebrochen und in kürzere Ketten zerlegt werden. Bei dieser Kalte-Flamme-Verbrennung findet gleichzeitig eine sehr intensive Durchmischung des zuvor durch Abdampfung bereitgestellten Brennstoffs mit der Verbrennungsluft statt, wodurch gewährleistet ist, dass in nachfolgenden Reaktionen eine sehr effiziente Umsetzung der beteiligten Reaktionspartner stattfinden kann.
  • Die bei der Kalte-Flamme-Verbrennung in der Vorverbrennungskammer 18 entstehenden Vorverbrennungsprodukte, welche kurzkettigere Kohlenwasserstoffmoleküle und nicht umgesetzten Luftsauerstoff enthalten, gelagen in die stromabwärts positionierte Katalysatoranordnung 32. In der Katalysatoranordnung 32 findet eine partielle katalytische Oxidation statt, bei welcher der Kohlenwasserstoff und der mit diesem transportierte Sauerstoff im Wesentlichen zu Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) umgesetzt werden. Aufgrund der sehr guten Durchmischung des Brennstoffs mit dem Luftsauerstoff und den kurzkettigen Kohlenwasserstoffen kann hier eine nahezu vollständige Umsetzung erreicht werden, so dass das die Katalysatoranordnung 32 in Richtung zur Hauptverbrennungskammer 34 verlassende Gas im Wesentlichen nur Kohlenmonoxid und Wasserstoff, also molekularen Wasserstoff (H2), enthält.
  • In der Hauptverbrennungskammer 34 wird das aus der Katalysatoranordnung 32 austretende Gas mit dem in die Hauptverbrennungsanordnung 34 eingeleiteten Luftanteil L2 durchmischt, das so erzeugte Gemisch aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid und Sauerstoff (O2) zündet aufgrund der vergleichsweise hohen Temperaturen selbständig und kann somit im Wesentlichen vollständig zu Wasser bzw. Wasserdampf und Kohlendioxid verbrannt werden. Die die Hauptverbrennungskammer 34 in Richtung zum Rückströmraum 38 verlassenden Hauptverbrennungsprodukte enthalten somit im Wesentlichen Wasser bzw. Wasserdampf und Kohlendioxid.
  • Um den bei der unterstöchiometrischen Verbrennung in der Vorverbrennungskammer 18 nutzbaren Lambda-Wertebereich vergrößern zu können, ist vorgesehen, dass ein Teil der die Hauptverbrennungskammer 34 verlassenden Hauptverbrennungsprodukte, also ein Teilstrom des aus dem Auslass 40 beispielsweise in Richtung zu einem Auspuffsystem oder dergleichen strömenden Gases, über eine in 1 mit Strichlinie angedeutete Rückführleitung 48 in die Vorverbrennungskammer 18 eingeleitet wird. Dieses Gas enthält Wasser bzw. Wasserdampf. Somit kann die Gefahr, dass aufgrund eines zu niedrigen Lambda-Wertes eine starke Rußbildung auftritt oder aufgrund eines zu hohen Lambda-Wertes das Katalysatormaterial der Katalysatoranordnung 32 thermisch geschädigt wird, vermieden werden. Hier könnte beispielsweise vorgesehen sein, dass die Leitung 48 in Richtung zur Verbrennungsluftförderanordnung 26 führt, also der in die Vorverbrennungskammer 18 zu fördernde Anteil der Abgase von der Verbrennungsluftförderanordnung 26 angesaugt wird und zusammen mit der Luft L in Richtung zur Vorverbrennungskammer 18 gefördert wird. Um die Fördermenge dieses rückgespeisten Abgasanteils einstellen zu können, kann in der Leitung 48 eine variable oder fest eingestellte Drossel vorgesehen sein.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau eines Heizgeräts bzw. der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann der zur Bereitstellung von Wärmeenergie eingesetzte Kohlenwasserstoff-Brennstoff in sehr effizienter Art und Weise genutzt werden, da in der Vorverbrennungskammer 18 durch die darin ablaufende Kalte-Flamme-Verbrennung einerseits eine sehr gute Durchmischung der Verbrennungsluft mit dem Brennstoff erreicht wird, andererseits durch das Aufspalten der langkettigen Kohlenwasserstoffmoleküle die Reaktionseffizienz in der Katalysatoranordnung 32 erhöht wird. Da weiterhin in der Hauptverbrennungskammer bei der primär dann zur Wärmeerzeugung ablaufenden Verbrennung als wesentlicher Abgasbestandteil Wasser bzw. Wasserdampf erzeugt wird, wird gleichzeitig eine sehr schadstoffarme Umsetzung des Kohlenwasserstoff-Brennstoffs bei der Wärmeerzeugung gewährleistet. Da insbesondere über die Einstellung der Lambda-Werte in der Vorverbrennungskammer 18 und auch der Hauptverbrennungskammer 34 die Abgaswerte beeinflussbar sind, kann das erfindungsgemäß aufgebaute bzw. arbeitende Heizgerät 10 in Verbindung mit den heute üblicherweise in Fahrzeugen eingesetzten Wärmeträgermedien, also beispielsweise Wasser oder dergleichen, genutzt werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines mit Kohlenwasserstoff-Brennstoff betreibbaren Heizgeräts, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend die Maßnahmen: a) Für einen Verbrennungsbetrieb, Bereitstellen eines unterstöchiometrischen Luft/Brennstoff-Gemisches in einer Vorverbrennungskammer (18), b) Durchführen einer Kalte-Flamme-Verbrennung in der Vorverbrennungskammer (18), c) Zuführen der in der Vorverbrennungskammer (18) bei der Kalte-Flamme-Verbrennung entstehenden Vorverbrennungsprodukte zu einer Katalysatoranordnung (32) und Durchführen einer partiellen katalytischen Oxidation zur Erzeugung eines Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Gases, d) Zuführen des bei der partiellen katalytischen Oxidation erzeugten Gases zu einer Hauptverbrennungskammer (34) zur Erzeugung eines Wasserstoff/Kohlenmonoxid/Luft-Gemisches, e) Verbrennen des Wasserstoff/Kohlenmonoxid/Luft-Gemisches in der Hauptverbrennungskammer (34), dadurch gekennzeichnet, dass bei der Maßnahme a) Wasserdampf dadurch in die Vorverbrennungskammer (18) eingespeist wird, dass ein Teilstrom des bei der Maßnahme e) entstehenden Gases in die Vorverbrennungskammer (18) geleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme a) das Zuführen von flüssigem Brennstoff zu einem porösen Verdampfermedium (16) und das Abgeben von Brennstoffdampf aus dem porösen Verdampfermedium (16) in die Vorverbrennungskammer (18) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme a) das Zuführen von Luft in die Vorverbrennungskammer (18) umfasst.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Maßnahme a) Luft und Brennstoff zum Erhalt eines Lambda-Wertes im Bereich von 0,3 bis 0,5 zugeführt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Startphase vor dem Verbrennungsbetrieb ein überstöchiometrisches Luft/BrennstoffGemisch in der Vorverbrennungskammer (18) bereitgestellt und verbrannt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsvorgang vermittels einer Zündeinrichtung (30) gestartet wird.
  7. Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend: - eine Vorverbrennungskammer (18), - eine Brennstoffzufuhr (43) zum Zuführen von Kohlenwasserstoff-Brennstoff zu der Vorverbrennungskammer (18), - eine primäre Verbrennungsluftzufuhr (44) zum Zuführen von Verbrennungsluft (L1) zu der Vorverbrennungskammer (18), - stromabwärts der Vorverbrennungskammer (18), eine Katalysatoranordnung (32) zur Aufnahme von Vorverbrennungsprodukten aus der Vorverbrennungskammer (18) und zur Erzeugung eines Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Gases vermittels partieller katalytischer Oxidation, - stromabwärts der Katalysatoranordnung (32), eine Hauptverbrennungskammer (34) zur Aufnahme des Gases von der Katalysatoranordnung (32), - eine sekundäre Verbrennungsluftzufuhr (46) zum Zuführen von Verbrennungsluft (L2) zu der Hauptverbrennungskammer (34), wobei die primäre Verbrennungsluftzufuhr (44) oder/und die Brennstoffzufuhr (43) zum Bereitstellen eines unterstöchiometrischen Luft/Brennstoff-Gemisches in der Vorverbrennungskammer (18) für einen Verbrennungsbetrieb ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserdampfzufuhr (48) zum Zuführen von Wasserdampf (W) zu der Vorverbrennungskammer (18) vorgesehen ist, wobei die Wasserdampfzufuhr (48) zum Leiten eines Teilstroms des die Hauptverbrennungskammer (34) verlassenden Gases in die Vorverbrennungskammer (18) ausgebildet ist.
  8. Heizgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzufuhr (43) eine Brennstoffförderanordnung (22) zum Fördern von flüssigem Brennstoff (B) und ein den flüssigen Brennstoff (B) aufnehmendes poröses Verdampfermedium (16) umfasst.
  9. Heizgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Verbrennungsluftzufuhr (44) und die sekundäre Verbrennungsluftzufuhr (46) ein gemeinsames Verbrennungsluftgebläse (26) umfassen.
  10. Heizgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverbrennungskammer (18) eine Zündeinrichtung (30) zugeordnet ist.
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