DE102005019844A1

DE102005019844A1 - Heizgerät, Wärmetauscheranordnung und Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes

Info

Publication number: DE102005019844A1
Application number: DE200510019844
Authority: DE
Inventors: Harald Miethe; Burkhard Böhme; Mirko Linscheidt
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät mit einem Flammbereich (10), in dem sich im Betrieb des Heizgerätes eine Flamme ausbildet, und einem den Flammbereich zumindest teilweise umgebenden Wärmeträgerbereich (12), der im Betrieb des Heizgerätes von einem flüssigen Wärmeträger (14) durchströmt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Wandung (18) des Wärmeträgerbereiches direkt an den Flammbereich angrenzt und dass ein den Wärmeträgerbereich zumindest teilweise umgebender Abgasbereich (20) vorgesehen ist, über den im Betrieb des Heizgerätes im Flammbereich entstehendes Abgas (16) zu einem Abgasaustritt (36) strömt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät mit einem Flammbereich, in dem sich im Betrieb des Heizgerätes eine Flamme ausbildet, und einem den Flammbereich zumindest teilweise umgebenden Wärmeträgerbereich, der im Betrieb des Heizgerätes von einem flüssigen Wärmeträger durchströmt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Wärmetauscheranordnung für ein Heizgerät sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes.

Gattungsgemäße Heizgeräte kommen insbesondere in Kraftfahrzeugen als Zuheizer und/oder Standheizungen zum Einsatz. Die Heizgeräte weisen einen Brenner auf, in dem eine Flamme durch Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches erzeugt wird. Zur Ausbildung der Flamme ist an dem Brenner beziehungsweise der Brennkammer ein Flammrohr angebracht. Dieses Flammrohr ist von einem Wärmetauscher umgeben, wobei die durch die Verbrennung entstehende Wärmeenergie durch die entstehenden heißen Abgase auf den Wärmetauschermantel und somit auf das den Wärmetauscher durchströmende flüssige Wärmeträgermedium, das heißt insbesondere Wasser, übertragen wird. Das aus dem Wärmetauscher ausströmende heiße Wärmeträgermedium kann dann zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums verwendet werden.

Derartige Heizgeräte haben somit einen relativ komplizierten Aufbau, insbesondere was die Anordnung des Wärmetauschers in Bezug auf das Flammrohr betrifft. Außerdem besteht Verbesserungsbedarf im Hinblick auf die Aufheizgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums sowie den Wirkungsgrad der Heizgeräte.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät mit einfacherem Aufbau und verbesserten Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf den Wirkungsgrad und die Aufheizgeschwindigkeit, zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Heizgerät dadurch auf, dass eine Wandung des Wärmeträgerbereiches direkt an den Flammbereich angrenzt und dass ein den Wärmeträgerbereich zumindest teilweise umgebender Abgasbereich vorgesehen ist, über den im Betrieb des Heizgerätes im Flammbereich entstehendes Abgas strömt und dann zu einem Abgasaustritt gelangt. Durch das direkte Angrenzen der Wandung des Wärmeträgerbereiches an den Flammbereich ist ein separates Flammrohr entbehrlich. Das Flammrohr wird durch den Wärmetauscher gebildet. Weiterhin erfolgt ein verbesserter Wärmeübergang auf den Wärmeträger, da nun Wärme direkt von der Flamme auf den Wärmeträger übertragen wird, das heißt insbesondere nicht nur über den Umweg des heißen Abgases. Da der Wärmeträgerbereich aber auch von dem Abgasbereich umgeben wird, findet zusätzlich die Übertragung von Wärme über das Abgas auf den Wärmeträger statt. Insgesamt kommt es so zu einer schnelleren Aufheizung des Wärmeträgers und zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Heizgerätes. Durch die Integration von Wärmetauscher und Flammrohr ist das erfindungsgemäße Heizgerät einfacher aufgebaut als die Heizgeräte des Standes der Technik.

Nützlicherweise ist vorgesehen, dass der Wärmeträgerbereich durch eine wendelförmige Wärmeträgerleitung gebildet ist. Durch eine wendelförmige Wärmeträgerleitung ist die Strömungsrichtung des Wärmeträgers definiert, anders als beim Stand der Technik, wo ein undefiniertes Durchströmen des Wärmetauschers erfolgt. Bei gegebener Fördergeschwindigkeit der Wärmeträgerpumpe ist so auch die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums definiert. Folglich kann das Heizgerät durch Einstellung dieser Strömungsgeschwindigkeit im Wirkungsgrad weiter optimiert werden. Durch den definierten Strömungsweg erfolgt ein gleichmäßiges Erwärmen des Wärmeträgers, so dass insbesondere lokale Temperaturspitzen vermieden werden können.

Die Erfindung ist in besonders bevorzugter Weise dadurch weitergebildet, dass benachbarte Abschnitte der wendelförmigen Wärmeträgerleitung zumindest teilweise aneinander anliegen. Durch das Aneinanderliegen benachbarter Abschnitte der wendelförmigen Wärmeträgerleitung wird ein Flammrohr entbehrlich, denn die Wärmeträgerleitung selbst umschließt ein rohrförmiges Inneres, das als Flammrohr dienen kann. Gleichwohl bleibt festzuhalten, dass es im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt, die wendelförmige Wärmeträgerleitung um ein separates Flammrohr zu legen, wobei dieses separate Flammrohr dann die Wandung des Wärmeträgerbereiches im Sinne der vorliegenden Offenbarung bildet.

Beispielsweise ist vorgesehen, dass die wendelförmige Wärmeträgerleitung zumindest abschnittweise einen runden, ovalen, rechteckigen und/oder quadratischen Querschnitt aufweist. Dabei handelt es sich um praktikable Querschnitte, wobei allerdings auch zahlreiche andere hier nicht genannte Querschnitte für die Realisierung der vorliegenden Erfindung in Frage kommen.

Es ist bevorzugt, dass ein den Abgasbereich zumindest teilweise umgebender Isolierraum vorgesehen ist. Dieser Isolierraum dient in erster Linie dazu, das Äußere des Heizgerätes nicht zu überhitzen, insbesondere um eine Verletzungsgefahr beim Anfassen des Heizgerätes sowie eine Be schädigung von Komponenten, die dem Heizgerät benachbart sind, zu vermeiden.

Zu diesem Zweck ist nützlicherweise vorgesehen, dass der Isolierraum zumindest teilweise mit einem wärmedämmenden Material gefüllt ist.

In Weiterbildung der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass an einem Wärmeträgereintritt des Wärmeträgerbereiches und/oder an einem Wärmeträgeraustritt des Wärmeträgerbereiches eine Verzweigung vorgesehen ist, über die der flüssige Wärmeträger teilweise in den Isolierraum eintreten beziehungsweise aus diesem austreten kann. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Heizgerätes nochmals erhöht werden, da das den Abgasraum durchströmende Abgas sowohl nach innen als auch nach außen Wärme abgibt. Demgemäß wird die Abgastemperatur am Abgasaustritt verringert.

Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass der Isolierraum von einem flüssigen Wärmeträger eines Wärmeträgerkreislaufs durchströmt wird, der von dem den Wärmeträgerbereich einschließenden Wärmeträgerkreislauf getrennt ist. Man hat somit zwei verschiedene Wärmeträgerkreisläufe, die unterschiedlich verwendet werden können, wobei insbesondere unterschiedliche Wärmeträgertemperaturen in den einzelnen Kreisläufen realisiert werden können.

Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass der Isolierraum von Luft durchströmt wird. Die durch den Isolierraum strömende Luft kann dann direkt durch das den Abgasraum durchströmende Abgas erwärmt werden. Im Ergebnis erhält man so ein Heizgerät, das die Kombination eines Wasserheizgerätes mit einem Luftheizgerät realisiert. Die erwärmte Luft kann beispielsweise direkt ohne Zwischenschaltung eines weiteren Wärmeübertragers in den Innenraum des Fahrzeugs geleitet werden. Gleichwohl ist es aber auch möglich, die erwärmte Luft nochmals einem Wärmeübertrager zuzuführen, beispielsweise um während der Startphase des Heizgerätes den noch kühlen flüssigen Wärmeträger durch die sich rasch aufheizende Luft schneller zu erwärmen.

Es ist nützlich, dass die Strömung des Wärmeträgers mit einer Strömungsrichtung sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom zur Flammrichtung möglich ist. Ein erfindungsgemäßes Heizgerät kann sowohl für eine der genannten Strömungsrichtungen ausgelegt als auch durch geeignete Mittel zwischen den genannten Betriebsarten umschaltbar sein.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.

Dabei zeigt:
1 eine perspektivische teilweise geschnittene Darstellung eines den Flammbereich und den Wärmeträgerbereich enthaltenden Teils eines erfindungsgemäßen Heizgerätes.
Die in 1 dargestellte Anordnung weist eine Schnittstelle 30 auf, über die sie mit einem Brenner eines Heizgerätes verbunden werden kann. Zum Zwecke dieser Verbindung sind Befestigungsmittel 32 vorgesehen. Es ist aber auch möglich, dass die dargestellte oder eine ähnliche Anordnung untrennbar mit dem Brenner verbunden ist.
Ausgehend von der Schnittstelle 30 erstreckt sich ein sich verjüngendes Rohr 34, das als Anfangsbereich des Flammrohrs bezeichnet werden kann. Am verjüngten Bereich dieses Rohres 34 beginnt dann eine wendelförmig ausgebildete Wärmeträgerleitung 22, deren benachbarte Abschnitte, beispielsweise die Abschnitte 24, 26, aneinander anliegen. Das verjüngte Flammrohr 34 kann somit bei der axialen Koordinate aufhören, an der die Wärmeträgerleitung 22 beginnt. Ebenfalls ist es möglich, dass sich das Flammrohr noch weiter in axiale Richtung fortsetzt, im Extremfall über die gesamte Länge oder noch weiter als die Wärmeträgerleitung 22. Die Wärmeträgerleitung 22 hat im vorliegenden Beispiel einen rechteckigen Querschnitt. Andersartige Querschnitte, beispielsweise runde, ovale oder quadratische Querschnitte sind ebenfalls möglich. Die Wärmeträgerleitung 22 wird im Betrieb des Heizgerätes von einem flüssigem Wärmeträger 14 durchströmt. Die Strömung des Wärmeträgers kann prinzipiell in beide Richtungen durch die Wärmeträgerleitung 22 erfolgen, je nach Anschluss der Wärmeträgerzu- beziehungsweise -abführung. Im Inneren der wendelförmigen Wärmeträgerleitung 22 bildet sich im Betrieb des Heizgerätes eine Flamme aus, so dass die innere Wandung 18 der Wärmeträgerleitung direkt an den Flammbereich 10 angrenzt. Die durch die Verbrennung entstehenden Abgase 16 strömen dann durch einen Abgasbereich 20, der die wendelförmige Wärmeträgerleitung 22 umgibt. Das Abgas 16 wird schließlich über einen Abgasaustritt 36 aus dem Heizgerät abgeführt.
Durch diese Anordnung von Flammbereich 10, Wärmeträgerleitung 22 und Abgasbereich 20 findet ein Wärmeübertritt auf den Wärmeträger 14 sowohl von innen als auch von außen statt. Folglich wird die bei der Verbrennung entstehende Wärmeenergie besser ausgenutzt als bei herkömmlichen Heizgeräten, bei denen ein Wärmeübertritt nur von innen über die Abgase auf den außenliegenden Wärmeträger erfolgt.
Außerhalb des Abgasbereiches 20 ist ein Isolierraum 28 vorgesehen, der eine übermäßige Erhitzung der Außenfläche der Anordnung verhindert. Zu diesem Zweck können in dem Isolierraum 28 wärmedämmende Materialien vorgesehen sein. Der Isolierraum kann aber auch noch auf andere Weise genutzt werden, indem nämlich auch durch den Isolierraum flüssiges Wärmeträgermedium strömt. Dieses kann über Abzweigungen aus dem die Wärmeträgerleitung 22 durchströmenden Wärmeträgerkreis entnommen und in diese zurückgeführt werden, insbesondere in deren Eintrittsbereich oder Austrittsbereich. Ebenfalls ist es möglich, einen separaten Wärmeträgerkreislauf vorzusehen, der den Isolierraum 28 durchströmt. In weiterer Fortbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Isolierraum 28 von Luft durchströmt wird, die dann wiederum direkt oder indirekt zur Beheizung verwendet werden kann.
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.

10: Flammbereich
12: Wärmeträgerbereich
14: Wärmeträger
16: Abgas
18: Wandung
20: Abgasbereich
22: Wärmeträgerleitung
24: Abschnitt
26: Abschnitt
28: Isolierraum
30: Schnittstelle
32: Befestigungsmittel
34: Flammrohr
36: Abgasaustritt

Claims

Heizgerät mit – einem Flammbereich (10), in dem sich im Betrieb des Heizgerätes eine Flamme ausbildet, und – einem den Flammbereich zumindest teilweise umgebenden Wärmeträgerbereich (12), der im Betrieb des Heizgerätes von einem flüssigen Wärmeträger (14) durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass eine Wandung (18) des Wärmeträgerbereiches direkt an den Flammbereich angrenzt und – dass ein den Wärmeträgerbereich zumindest teilweise umgebender Abgasbereich (20) vorgesehen ist, über den im Betrieb des Heizgerätes im Flammbereich entstehendes Abgas (16) strömt und dann zu einem Abgasaustritt (36) gelangt.
Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerbereich (22) durch eine wendelförmige Wärmeträgerleitung gebildet ist.
Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Abschnitte (24, 26) der wendelförmigen Wärmeträgerleitung (22) zumindest teilweise aneinander anliegen.
Heizgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wendelförmige Wärmeträgerleitung (22) zumindest abschnittweise einen runden, ovalen, rechteckigen und/oder quadratischen Querschnitt aufweist.
Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Abgasbereich (20) zumindest teilweise umgebender Isolierraum (28) vorgesehen ist.
Heizgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierraum (28) zumindest teilweise mit einem wärmedämmenden Material gefüllt ist.
Heizgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Wärmeträgereintritt des Wärmeträgerbereiches und/oder an einem Wärmeträgeraustritt des Wärmeträgerbereiches eine Verzweigung vorgesehen ist, über die der flüssige Wärmeträger teilweise in den Isolierraum eintreten beziehungsweise aus diesem austreten kann.
Heizgerät nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierraum von einem flüssigen Wärmeträger eines Wärmeträgerkreislaufs durchströmt wird, der von dem den Wärmeträgerbereich einschließenden Wärmeträgerkreislauf getrennt ist.
Heizgerät nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierraum von Luft durchströmt wird.
Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des Wärmeträgers (14) mit einer Strömungsrichtung sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom zur Flammrichtung möglich ist.
Wärmetauscheranordnung für ein Heizgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 10.