DE10063925A1

DE10063925A1 - Heizgerät für ein Fahrzeug mit einem Überhitzungssensor

Info

Publication number: DE10063925A1
Application number: DE10063925A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bleeker
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2002-07-11

Abstract

Das Heizgerät weist eine Wandung (16) eines Wärmetauschers (14) auf, um erhitztes Brenngas von einem Wärmeträger zu trennen, und einen Überhitzungssensor, um die Temperatur der Wandung (16) zu ermitteln. Damit die Gefahr des Überhitzens des Heizgerätes zuverlässiger erkannt wird, ist der Überhitzungssensor ein Infrarotsensor (19), der derart angeordnet ist, daß er die von einer Stelle (21) der Wandung (16) des Wärmetauschers (14) ausgehende Infrarotstrahlung erfaßt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere ein Zusatzheizgerät für ein Fahrzeug, mit einer Wandung eines Wärmetauschers, um erhitztes Brenngas bzw. Abgas von einem Wärmeträger zu trennen, und einem Überhitzungssensor, um die Temperatur der Wandung zu ermitteln.

Als Wärmeträger für Heizgeräte dieser Art wird allgemein Heizluft eines Fahrga straumes bzw. diesem zugeführte Frischluft oder Kühlwasser eines Verbren nungsmotors verwendet. Im ersten Fall handelt es sich um ein sogenanntes Luft heizgerät, im zweiten Fall um ein Wasserheizgerät.

Bei einem Heizgerät, insbesondere einem Luftheizgerät, ist die Bestimmung der Temperatur der Wandung des Wärmetauschers von besonderer Bedeutung, weil die Wandung durch Überhitzung erweichen und leck werden kann, so daß eine Trennung von Brenngas und Wärmeträger im Wärmetauscher nicht mehr ge währleistet ist. In einem solchen Fall kann giftiges Abgas oder eine durchschla gende Flamme in den Fahrgastraum gelangen.

Damit eine solche, überaus gefährliche Vermischung von Brenngas und Wärme träger sicher verhindert ist, wird seit langem versucht, die Temperatur der Wandung des Wärmetauschers zuverlässig zu messen, um im Fall einer Überhitzung das Heizgerät herabzuregeln.

Aus DE 43 11 080 C1 ist ein motorunabhängiges Fahrzeugheizgerät bekannt, bei dem ein Temperaturfühler zum Ermitteln der Temperatur der Wandung verwendet wird. Der Temperaturfühler ist als separates Bauteil an die Wandung ange schraubt. Das zugehörige Steuergerät ist vom Wärmetauscher entfernt angeord net. Daher ist eine zusätzliche Verkabelung erforderlich.

Aus DE 44 33 210 A1 ist ein Fahrzeugzusatzheizgerät mit einem Wärmetauscher bekannt, bei dem ein separater Temperaturfühler derart zwischen einer Brenn kammer und einer Wärmeträgeraustrittsöffnung angebracht ist, daß er zugleich als Überhitzungsschutz und als Flammwächter dient.

Die beiden genannten Temperaturfühler weisen den Nachteil auf, daß sie die Temperatur der Wandung ungenau messen, wenn sie beispielsweise bei einer Reparatur unsachgemäß montiert werden. Im ungünstigsten Fall liegt die Real temperatur über der Erweichungstemperatur der Wandung und die gemessene Temperatur unterhalb der Abschaltschwelle des Heizgerätes.

Aus DE 196 45 179 A1 ist ein Heizgerät mit einer Temperatursicherungseinrich tung bekannt, bei der ein erster Temperaturfühler auf einer Platine eines Steuer gerätes in unmittelbarer Nähe eines Außengehäuses des Wärmetauschers posi tioniert ist. Die Wärmeübertragung zwischen dem Temperaturfühler und dem Au ßengehäuse erfolgt mittels Konvektion, Wärmestrahlung oder Wärmeleitung. Ein derartiger Temperaturfühler ist zwar montagefreundlich, liefert aber nur eine gro be Information über die Temperatur im Wärmetauscher. Bei dem Heizgerät wird daher für die Temperatursicherungseinrichtung zusätzlich ein zweiter Tempera turfühler verwendet, der zum Regeln dieses Heizgerätes ohnehin vorhanden ist. Dieser zweite Temperaturfühler mißt zusätzlich die Temperatur des flüssigen Wärmeträgers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Gefahr des Überhitzens des Heizgerätes mit größe rer Zuverlässigkeit erkannt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Überhitzungssensor ein Infrarotsensor ist, der derart angeordnet ist, daß er die von einer Stelle der Wandung des Wärmetauschers ausgehende Infrarotstrahlung erfaßt.

Wesen der Erfindung ist, daß zum Ermitteln einer Überhitzungsgefahr des Wär metauschers nicht wie bisher ein Temperaturfühler zum Einsatz kommt, sondern daß eine berührungslose Temperaturmessung eingesetzt wird, die auch über ei ne größere Entfernung zwischen Meßstelle und Sensor zu einem präzisen Me ßergebnis führt. Der hierfür verwendete Infrarotsensor mißt unmittelbar an der Wandung des Wärmetauschers, insbesondere an einer bei Überhitzung beson ders temperaturbelasteten Stelle. Diese Messung ist weitestgehend unabhängig von Lagefehlern des Infrarotsensors, wie sie bei Montage und Wartung entstehen können.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Heizgerät einen Brenner und ein Steuergerät auf, das mit dem Brenner und dem Infrarotsensor betrieblich gekoppelt ist, und das dazu eingerichtet ist, den vom Infrarotsensor erfaßten Ist-Infrarotstrahlungswert mit einem Soll-Infrarotstrahlungswert zu ver gleichen und den Brenner in Abhängigkeit dieses Vergleiches zu steuern, insbe sondere abzuregeln oder abzuschalten. Die vorgeschlagene Regelung basiert allein auf einem Ist-Soll-Vergleich und kann daher von dem in herkömmlichen Heizgeräten vorhandenen Steuergerät ausgeführt werden.

Der Infrarotsensor ist besonders vorteilhaft in oder an dem Steuergerät ange bracht, da er dann gemeinsam mit dem Steuergerät montiert werden kann, so daß Montagefehler ausgeschlossen sind. Ferner entfällt eine zusätzliche Verka belung zwischen Infrarotsensor und Steuergerät.

Damit der Infrarotsensor von der Meßstelle entfernt angeordnet werden kann und dabei der Meßstrahl auch andere Bauteile umgehen kann, ist bei einer vorteil haften Weiterbildung in der Strecke zwischen dem Infrarotsensor und der Wan dung des Wärmetauschers wenigstens ein Spiegel angeordnet, der Infrarot strahlung von der Wandung zum Infrarotsensor umlenkt.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung ist nahezu ohne Zu satzaufwand erweitert, indem das Steuergerät einen nichtflüchtigen Speicher aufweist, in dem für den Soll-Infrarotstrahlungswert mindestens ein Toleranzbe reich hinterlegt ist, der einem Lastzustand des Heizgerätes, insbesondere einer Vollast oder mindestens einer Teillast des Heizgerätes, zugeordnet ist. Solange der gemessene Ist-Infrarotstrahlungswert und damit die Temperatur der Wandung unterhalb der oberen Grenze des Toleranzbereichs liegt, ist eine ausreichende Strömung von Wärmeträgermasse durch den Wärmetauscher sichergestellt. Der Wärmetauscher ist, wie erläutert, vor Überhitzung geschützt. Die untere Grenze des Toleranzbereiches stellt sicher, daß die Temperatur nicht zu niedrig ist. Dies könnte der Fall sein, wenn die Regelung der Fördereinrichtung oder des Brenners des Heizgerätes defekt ist oder die Lastzustände von Brenner und Förderein richtung für den Wärmeträger schlecht aufeinander abgestimmt sind. Der Infrarot sensor kann in diesem Zusammenhang auch die Funktion eines Flammwächters übernehmen.

Der erfindungsgemäße Infrarotsensor wird besonders vorteilhaft bei einem Heiz gerät verwendet, bei dem der Wärmeträger Luft ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizgerätes anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Luftheizgerät.

Das in Fig. 1 dargestellte Heizgerät 1 ist als Luftheizgerät für ein Fahrzeug ge staltet. Als Wärmeträger wird entsprechend Luft verwendet, die in der Regel aus der Umgebung des Fahrzeugs angesaugt und nach dem Erwärmen einem Fahr gastraum des Fahrzeugs zugeführt wird.

Ein rohrförmiges Gehäuse 2 weist an seiner linken Stirnseite eine Heizluftein trittsöffnung 3 und an seiner entgegengesetzten, rechten Stirnseite eine Heizluf taustrittsöffnung 4 auf. Das Gehäuse 2 bildet einen Heizluftkanal 5, in dessen Mittelbereich auf einer Längsachse 6 aufeinanderfolgend die wesentlichen Bau teile des Heizgerätes 1 zum Fördern und Erwärmen der Heizluft angeordnet sind:
Nahe der Heizlufteintrittsöffnung 3 befindet sich ein Heizluftgebläse 7, das von einem daneben angeordneten Elektromotor 8 angetrieben wird. Der Elektromotor 8 treibt ferner ein Brennluftgebläse 9, das sich neben ihm, etwa im Zentrum des Heizgerätes befindet. Das Brennluftgebläse 9 saugt durch eine Brennluftleitung 10, die das Gehäuse 2 radial durchsetzt, Brennluft an und fördert sie zu einem daneben angeordneten Brenner 11. Dem Brenner 11 wird ferner durch eine Brennstoffleitung 12 flüssiger Brennstoff zugeführt, der im Brenner 11 verdampft und sich mit der Brennluft vermischt. Das Gemisch verbrennt in einer Brennkam mer 13, die von einem Wärmetauscher 14 umgeben ist. Das entstehende Abgas gelangt durch eine Abgasleitung 15 radial aus dem Außengehäuse. Beim Ver brennen gibt das Gemisch Wärmeenergie an eine Wandung 16 des Wärmetau schers 14 ab, die die Brennkammer 13 vom oben genannten Heizluftkanal 5 trennt. Die durch den Heizluftkanal 5 geförderte Heizluft wird ihrerseits von der Wandung 16 erwärmt.

Im Heizgerät 1 ist ferner im Bereich des Elektromotors 8 ein Steuergerät 17 an gebracht, das über im einzelnen nicht dargestellte Leitungen den Elektromotor 8 und eine außerhalb des Gehäuses 2 angeordnete Brennstoffdosierpumpe 18 an steuert.

Bei herkömmlichen Heizgeräten wird als Schutzeinrichtung gegen Überhitzen des Wärmetauschers 14 an der Wandung 16 ein Temperatursensor angebracht.

Das dargestellte Heizgerät 1 weist hingegen zum Schutz vor Überhitzen einen Infrarotsensor 19 auf, der im Heizluftkanal 5 an der dem Wärmetauscher 14 zu gewandten Seite des Steuergerätes 17 angebracht ist. Ferner ist ein Spiegel 20 im Heizluftkanal 5 etwa in der Mitte der Längserstreckung der Wandung 16 an der Innenwand des Gehäuses 2 im Heizluftkanal 5 befestigt. Der Spiegel 20 ist derart geneigt ausgerichtet, daß von der Wandung 16 an einer Meßstelle 21 abgegebe ne Infrarotstrahlung an ihm reflektiert und zum Infrarotsensor 19 umgelenkt wird. Beispielhaft ist in Fig. 1 ein einzelner Infrarotstrahl gestrichelt eingezeichnet.

Durch die Anbringung des Infrarotsensors 19 unmittelbar am Steuergerät 17, ist eine Fehlmontage ausgeschlossen, und es muß kein elektrisches Kabel verlegt werden. Der Infrarotsensor 19 kann alternativ im Bereich des Spiegels 20 oder z. B. an der dem Steuergerät 17 diametral entgegengesetzten Seite des Elektro motors 8 angeordnet sein, wo ebenfalls ausreichend Bauraum zur Verfügung steht. Wichtig ist dabei nur, daß die zu erfassende Infrarotstrahlung ungehindert zum Infrarotsensor gelangen kann.

Der Infrarotsensor 19 erfaßt im Betrieb des Heizgerätes 1 die von der Wandung 16 am Meßpunkt 21 abgegebene Infrarotstrahlung. Dies erfolgt durch einen Infra rotfilter, der am Strahleneingang des Infrarotsensors 19 angebracht sind. Die Wellenlänge der erfaßten Strahlung liegt im Bereich zwischen 4 und 10 Mikro meter.

Aus der ermittelten Infrarotstrahlung errechnet das Steuergerät 17 einen Tempe raturwert der Wandung 16. Dieser aktuelle Temperaturwert wird anschließend mit einem Toleranzbereich für einen Soll-Temperaturwert verglichen und der Brenner 11 im Bedarfsfall nachgeregelt.

Bei normalem Betrieb des Heizgerätes 1 liegt der Temperaturwert je nach Last zustand innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches. Wird jedoch bei spielsweise die Heizluftaustrittsöffnung 4 verdämmt, weil ein Fahrgast die Hei zung im Fahrgastraum des Fahrzeugs schließt, so verringert sich der geförderte Heizluft-Massenstrom nahezu schlagartig. Diese Verringerung des Massenstroms führt zu einer Erhöhung der Temperatur der Wandung 16, was vom Infrarotstrah lungssensor mit hoher Genauigkeit erkannt wird. Das Steuergerät 17 kann den Brenner 11 daher entsprechend genau abregeln.

Bezugszeichenliste

1

Heizgerät

2

Gehäuse

3

Heizlufteintrittsöffnung

4

Heizluftaustrittsöffnung

5

Heizluftkanal

6

Längsachse

7

Heizluftgebläse

8

Elektromotor

9

Brennluftgebläse

10

Brennluftleitung

11

Brenner

12

Brennstoffleitung

13

Brennkammer

14

Wärmetauscher

15

Abgasleitung

16

Wandung des Wärmetauschers

17

Steuergerät

18

Brennstoffdosierpumpe

19

Infrarotstrahlungssensor

20

Spiegel

21

Meßstelle

Claims

1. Heizgerät (1), insbesondere Zusatzheizgerät für ein Fahrzeug, mit
einer Wandung (16) eines Wärmetauschers (14), um erhitztes Brenngas von einem Wärmeträger zu trennen, und
einem Überhitzungssensor, um die Temperatur der Wandung (16) zu er mitteln,
dadurch gekennzeichnet, daß der Überhitzungssensor ein Infrarotsensor (19) ist, der derart angeordnet ist, daß er die von einer Stelle (21) der Wandung (16) des Wärmetauschers (14) ausgehende Infrarotstrahlung erfaßt.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät (1) einen Brenner (11) und ein Steuergerät (17) aufweist, das mit dem Brenner (11) und dem Infrarotsensor (19) betrieblich gekoppelt ist, und das dazu eingerichtet ist, den vom Infrarotsensor (19) erfaßten Ist- Infrarotstrahlungswert mit einem Soll-Infrarotstrahlungswert zu vergleichen und den Brenner (11) in Abhängigkeit dieses Vergleiches zu steuern, ins besondere abzuregeln oder abzuschalten.

3. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarot sensor (19) in oder an dem Steuergerät (17) angebracht ist.

4. Heizgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecke zwischen Infrarotsensor (19) und Wandung (16) des Wärmetau schers (14) verkleidet ist.

5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strecke zwischen dem Infrarotsensor (19) und der Wandung (16) des Wärmetauschers (14) ein Spiegel (20) angeordnet ist, der Infra rotstrahlung von der Wandung (16) zum Infrarotsensor (19) umlenkt.

6. Heizgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerge rät (17) einen nichtflüchtigen Speicher aufweist, in dem für den Soll- Infrarotstrahlungswert mindestens ein Toleranzbereich hinterlegt ist, der einem Lastzustand des Heizgerätes (1), insbesondere einer Vollast oder mindestens einer Teillast des Heizgerätes (1), zugeordnet ist.

7. Heizgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger Luft ist.