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Die
Erfindung betrifft eine Brenneranordnung, vorzugsweise für Heiz-/Klimageräte von Fahrgasträumen.
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In
den nachfolgenden Ausführungen
gelten folgende Begriffsdefinitionen:
| Heizgerät: | Gerät zur Aufheizung
und Belüftung
des Fahrgastraumes, |
| Klimagerät: | Gerät zur Aufheizung,
Belüftung,
Abkühlung
und |
| | Entfeuchtung
des Fahrgastraumes, |
| Zusatzheizung: | System
zur Beheizung des Innenraumes, als Ergänzung |
| | der
Funktion des Heiz-/Klimagerätes. |
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Vorbekannt
ist aus der
US 4,146,176 ein
Heizsystem für
ein Klimagerät,
bei welchem die Abgaswärme genutzt
wird, um den Fahrzeuginnenraum zu beheizen. Es wird vorgeschlagen,
eine sogenannte „Heat
Pipe" zu nutzen,
um Wärme
aus der Katalysatorregion abzuführen
und dem Fahrzeuginnenraum zuzuführen.
Die „Heat
Pipe", welche weiterhin
als Wärmerohr
bezeichnet wird, besteht aus einem geschlossenen System zur Wärmeübertragung,
an dessen Enden Einrichtungen zum Wärmetransfer vorgesehen sind,
wobei einseitig Wärme
vom Wärmerohr,
hier aus dem Abgassystem des Motors, aufgenommen wird und diese
aufgenommene Wärme
eine Flüssigkeit
im Wärmerohr
verdampft, welche am kalten Ende des Wärmerohrs kondensiert und damit
die gespeicherte Wärmeenergie
abgibt und innerhalb des Wärmerohrs
zurückfließt. In einer
möglichen Ausführungsform
der Wärmerohre
sind diese in ihrem Innenraum mit einem Geflecht, vorzugsweise einem
metallischen Geflecht, versehen und mit einem kondensierbaren Arbeitsmedium
gefüllt.
Für eine
effiziente Wärmeübertragung
ist hierbei die für
einen guten Wärmeübergang
notwendige Ankopplung an die Wärmequelle notwendig.
Für eine
Anwendung im Fahrzeug ist insbesondere beginnend mit dem Fahrzeugstart
eine Aufheizung des Innenraums notwendig, um beispielsweise ein
Beschlagen der Scheiben oder deren Einfrieren zu verhindern. Bei
Motorstart steht im Abgassystem nicht genügend Wärme zur Verfügung, um
ausreichend Wärme
zum Fahrzeuginnenraum zu transportieren. Weiterhin soll in diesem
Betriebsbereich kurz nach Motorstart ein möglichst schnelles „Anspringen" des Katalysators
gewährleistet
werden, so dass dieser teilweise sogar separat aufgeheizt wird oder
der Motor in einem Sonderbetriebsbereich betrieben wird, bei welchem
durch eine späte
Einspritzung eine erhöhte
Abgastemperatur gesichert wird. Es steht damit nach Betriebsstart
des Motors nicht genug Abgaswärme
zur Verfügung
und eine Nutzung zur Innenraumklimatisierung ist ungünstig.
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Vorbekannt
sind weiterhin Zusatzheizungen für
die einem Fahrzeuginnenraum zuzuführende Luft. Hier zeigt beispielsweise
die
DE 102 27 623
A1 ein Heiz-/Klimagerät für einen
Fahrzeuginnenraum, welches mit einer brennstoffbetriebenen Zusatzheizung
ausgestattet ist, welche einen gesonderten Flüssigkeitskreislauf aufheizt,
der teilweise zur Innenraumheizung und zur Aufheizung der Motorkühlflüssigkeit
genutzt werden kann. Nachteilig ist die aufwändige Ausgestaltung der Verbindung
zur Wärmetauscheranordnung
mit einem gesonderten Heizkreislauf. Die Gestaltung des Wärmetauscherkreislaufes
benötigt
durch die bevorzugte Anordnung des Brenners außerhalb des Innenraums hinter
der Feuerschutzwand erhebliche Leitungslängen zur Wärmeübertragung, wobei die Aufheizung
durch das darin zirkulierende Medium verzögert wird und gleichfalls das
zirkulierende Medium eine Wärmeabgabe
an die Umwelt bedingt, so dass der zusätzlich zur Aufheizung benötigte Kraftstoff
nicht optimal zur Innenraumaufheizung genutzt wird.
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Weiterhin
vorbekannt sind aus der
DE
101 57 400 A1 Wärmetauscher
zur Fahrzeugklimatisierung, welche mit verschiedenen Wärmezuführmodulen
gekoppelt werden können.
Als Wärmezuführmodule
sind elektrische Heizquellen, Abgaswärmenutzung und Brenngeräte genannt.
Elektrische Quellen sind für
die Aufheizung des Fahrzeuges jedoch ungünstig, da gerade nach dem Fahrzeugkaltstart,
bei welchem gewöhnlich die
größte Heizleistung
erforderlich ist, nicht genügend
Energie zur Verfügung
steht, da, hervorgerufen durch den Startvorgang, eine erhebliche
Energiemenge aus dem Akkumulator entnommen wurde und weiterhin eine Priorisierung
der Elektrogeräte
nach dem Start vorgenommen wird, wobei sicherheitsrelevante Baugruppen
(z. B. Licht, Heckscheibenheizung etc.) nach dem Motorstart zuerst
den vollen Energiebedarf erhalten, was für einen PTC-Zuheizer zur Folge
hat, dass dieser zeitverzögert
mit voller Leistung arbeiten kann. Weiterhin muss für den Motorstillstand
eine große
Energiereserve vorgehalten werden, was zu einer nur in wenigen Betriebsbereichen
benötigten Überdimensionierung
des Akkumulators sowie des Generators führt. Die Verwendung der Abgasenergie
ist, wie oben bereits beschrieben, ebenfalls im Kaltstartbetrieb
ungeeignet. Die Auswahl eines Brenners für eine Zusatzheizung ist daher,
insbesondere beim Kaltstart des Motors besonders günstig. Aufgrund
der Verwendung eines Brenners ergeben sich jedoch auch erhebliche
Probleme für
die Fahrzeugintegration und die ungünstige Anordnung eines Wärmeübertragers
sowie für
den verlustarmen Betrieb.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Brenneranordnung so auszubilden, dass
diese eine gute Ankopplung für
die Wärmeübertragung
aufweist und eine verlustarme schnelle Wärmeübertragung gewährleistet,
wobei das Modul für
ein Klima- und Heizgerät
von Fahrgasträumen,
z. B. für
Fahrzeuge, nutzbar sein soll.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
erfolgt die Ankopplung von Wärmerohren
im Gehäuse
eines vorzugsweise kraftstoffbetriebenen Brenners, so dass die vom
Brenner erzeugte Wärme
durch das zur Abschirmung des Brenners vorgesehene Gehäuse an die
Wärmerohre
abgegeben wird. Die Wärmerohre
werden somit einerseits vor dem direkten Kontakt mit den Brennerabgasen
geschützt
und andererseits für
eine verlustarme Wärmeübertragung
günstig
an das Brennergehäuse
angebunden.
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Als
Wärmerohr
wird hierbei ein geschlossenes System bezeichnet, in welchem sich
ein bei den erreichten Temperaturen im Wärmerohr verdampfendes Medium
befindet, wobei das Wärmerohr
so ausgelegt ist, dass das Medium an der dem Brenner abgewandten
Seite kondensiert und innerhalb des Wärmerohres zurückströmt. Es besteht
somit innerhalb des Wärmerohres
ein Gegenstrom von verdampfendem Medium und rückgeführter Flüssigkeit.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
ist das Brennergehäuse
im abgasbeaufschlagten Abschnitt mit Aufnahmen versehen, in welche
die Wärmerohre
eingebracht werden, wobei die Ankopplung direkt mit einer die Wärmeausdehnung berücksichtigenden
Passung erfolgt oder die Wärmerohre
in ein flüssiges
oder fluides Wärme übertragendes
Medium eingesetzt sind.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
wird bei der Anordnung der Wärmerohre
im Brennergehäuse
ein kompakter Aufbau erreicht, wobei auf eine Ausbildung von die
Oberfläche
erweiterten Rippen, wie es bei direktem Beaufschlagen mit Brennerabgas
für eine
gute Wärmeübertragung
notwendig wäre,
verzichtet werden kann.
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In
einer vorteilhaften Ausbildung der Brenneranordnung ist wenigstens
ein Wärmerohr
im Gehäuse angeordnet,
wobei bei der Anordnung mehrerer Wärmerohre diese den Brenner
umgebend angeordnet sind. Die Wärmerohre
umgeben den Brenner vorzugsweise ringförmig, um einerseits die Wärmeabfuhr
vom Gehäuse
zu beschleunigen und andererseits größere Wärmemengen vom Brenner abführen zu
können.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist das Brennergehäuse eine
Führung
für einen
weiteren Fluidkreislauf auf, wobei hierbei ein weiterer Wärmetauscher
angekoppelt werden kann oder in einem bevorzugten Einsatz des Brenners
in einer Zusatzheizung für
ein Fahrzeug ein Teil des Kühlmittels
des Motorkühlkreislaufes
durch das Brennergehäuse
geführt
werden kann. In dieser Konfiguration kann zusätzlich ein Aufheizen des Kühlwassers
durch den Brenner erfolgen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben.
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Hierbei
zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch die erfindungsgemäße Brenneranordnung,
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2 eine
Draufsicht von der Brennerseite,
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3 eine
mögliche
Kombination des Brenners mit einem Heiz-/Klimagerät eines
Fahrzeuges.
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Die 1 zeigt
eine Brenneranordnung mit einem kraftstoffbetriebenen Brenner 1,
der über
eine Brennstoffzuführung 2 mit
Kraftstoff und einen Verbrennungslufteintritt 9 mit Luft
versorgt wird. Der Brenner wird über
eine Steuereinheit 3 gesteuert. Der Kraftstoff wird im
Brenner 1 an dessen Oberfläche verbrannt, wobei die entstehenden
heißen
Abgase über
eine Abgasführung 4 mit
großer
Oberfläche
geleitet werden und diese und damit das umliegende Gehäuse 5 erhitzen.
Die Abgase des Brenners 1 werden über einen Abgasaustritt 8 abgeführt. Das
Gehäuse 5 weist
Aufnahmen auf, in weichen Wärmerohre 6 wärmeleitend
zu diesem angeordnet sind. Die Wärmerohre 6 erstrecken
sich weitgehend über
die Bereiche des Brennergehäuses,
in welchem sich die Abgasführung 4 der
heißen
Abgase befindet. Die Wärmerohre 6 sind
entweder passgenau in die Aufnahmen eingesetzt und weisen bei Betriebstemperatur
des Brenners 1 eine optimale Anlage an die Wände der
Aufnahmen auf, oder sind über
ein den Zwischenraum elastisch ausfüllendes festes oder fluides Medium
thermisch an das Brennergehäuse
gekoppelt.
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Zusätzlich zur
Ankopplung der Wärmerohre 6 kann
in einer gesonderten Ausführungsform
eine weitere Führung 7 für ein Kühlmedium
vorgesehen sein, welcher als konventioneller Medienkreislauf ausgeführt ist.
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2 zeigt
die Brenneranordnung in einer Sicht auf die Schnittlinie A-A. Im
Gehäuse 5 sind
die umfangsverteilt angeordneten Wärmerohre 6 dargestellt,
welche den Bereich der Abgasführung 4 ringförmig umgeben.
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3 zeigt
die mögliche
Kombination eines Heiz-/Klimagerätes
mit einer auf der beschriebenen Brenneranordnung basierenden Zusatzheizung.
Der Brenner 1 ist dabei, wie bereits beschrieben, wärmeleitend
an die Wärmerohre 6 gekoppelt,
welche über
einen Zusatzwärmetauscher 10 Wärme an die
Umgebung abgeben können.
Der Zusatzwärmetauscher 10 ist
in ein Heiz-/Klimagrät 11 integriert
und ist in dem durch ein Gebläse 15 angetriebenen
Luftstrom in Strömungsrichtung
hinter einem Verdampfer 13 und einem Heizungswärmetauscher 12 angeordnet.
In der gezeigten Ausführung
befindet sich das Heiz-/Klimagerät 11 innerhalb
des Fahrgastraumes, der durch die angedeutete Grenze 14 abgeteilt
wird, wobei der Brenner 1 außerhalb des Fahrgastraumes
angeordnet sein soll. Das Heiz- /Klimagerät 11 kann
aus Bauraumgründen
ebenfalls die Grenze 14 zum Fahrgastraum durchreichend
ausgeführt
sein.
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- 1
- Brenner
- 2
- Brennstoffzuführung
- 3
- Steuereinheit
- 4
- Abgasführung
- 5
- Gehäuse
- 6
- Wärmerohr
- 7
- Führung für Kühlmedium
- 8
- Abgasaustritt
- 9
- Verbrennungslufteintritt
- 10
- Zusatzwärmetauscher
- 11
- Heiz-/Klimagerät
- 12
- Heizungswärmetauscher
- 13
- Verdampfer
zur Luftkühlung
- 14
- Grenze
des Fahrgastraumes
- 15
- Gebläse