-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein mobiles Heizgerät, insbesondere
ein Fahrzeug-Heizgerät, das einen Brenner, in dem Brennstoff
mit Brennluft unter Erzeugung von Wärme umsetzbar ist,
und einen Wärmetauscher, durch den bei der Umsetzung entstehende
Abgase leitbar sind, aufweist.
-
Derartige
Heizgeräte werden unter anderem in Fahrzeugen, insbesondere
in motorgetriebenen Landfahrzeugen, als Standheizer oder Zuheizer
zur Beheizung eines Fahrzeug-Innenraumes und/oder von Kühlwasser
des Fahrzeuges eingesetzt. Standheizer (bzw. Standheizungen) werden
sowohl bei ruhendem als auch bei laufendem Fahrzeug-Verbrennungsmotor
betrieben, während Zuheizer nur bei laufendem Fahrzeug-Verbrennungsmotor
betrieben werden. In solchen Heizgeräten wird in einem
Brenner in einer flammenden Verbrennung Brennstoff und Brennluft
unter Erzeugung von Wärme, die als Heizwärme genutzt
wird, umgesetzt. Die bei dem Verbrennungsprozess entstehenden, heißen
Abgase werden in der Regel über einen (oder mehrere) Wärmetauscher
geleitet, in denen Wärme auf ein zweites Medium (oder gegebenenfalls
auch mehrere zweite Medien) übertragen wird. Je nach Ausbildung
des Wärmetauschers kann das zweite Medium gasförmig,
wie beispielsweise Luft (bei einem Luft-Luft-Wärmetauscher),
oder flüssig, wie beispielsweise Kühlwasser (bei
einem Luft-Kühlwasser-Wärmetauscher), sein.
-
Zur
katalytischen Nachbehandlung der Abgase können in solchen
Heizgeräten Katalysatoren eingesetzt werden, die zur Beseitigung
von schädlichen Bestandteilen der Abgase, wie beispielsweise NOx, CO, etc., dienen. Zur Reduzierung der
Verbrennungsgeräusche werden bei den bisher üblichen Heizgeräten,
insbesondere bei den oberhalb genannten Standheizern, Schalldämpfer
eingesetzt. Bisher werden diese Katalysatoren und Schalldämpfer
jeweils als separates Bauteil extern von dem Heizgerät
in einer Abgasleitung des Heizgerätes eingebaut. Dadurch
ist ein relativ großer Platzbedarf erforderlich. Dies ist
insbesondere bei einem Einsatz in modernen Kraftfahrzeugen (bspw.
motorgetriebenen Landfahrzeugen) nachteilig, da in modernen Kraftfahrzeugen
der zur Verfügung stehende Raum für solche Heizgeräte
immer kleiner wird. Ferner ist die oberhalb beschriebene Ausbildung
eines Katalysators und eines Schalldämpfers als jeweils
separates Bauteil in der Abgasleitung mit erhöhten Kosten
verbunden, da diese Bauteile separat hergestellt und montiert werden
müssen.
-
In
der Druckschrift
DE
37 13 476 A1 ist ein Heizgerät beschrieben, bei
dem in der Brennkammer des Heizgerätes ein Schalldämpfer
vorgesehen ist oder die Brennkammer selbst als Schalldämpfer
ausgebildet ist. Zusätzlich kann der Schalldämpfer
gemäß der
DE
37 13 476 A1 auch derart ausgelegt sein, dass er die Abgase
katalytisch reinigt. Der Schalldämpfer, bzw. gegebenenfalls
der Schalldämpfer und der Katalysator, ist/sind aufgrund
der Anordnung innerhalb der Brennkammer relativ hohen Temperaturen
ausgesetzt, was eine erhöhte Beanspruchung der jeweils
verwendeten Materialien bedingt. Insbesondere dann, wenn der Schalldämpfer
gleichzeitig als Katalysator ausgebildet ist, besteht die Gefahr,
dass die katalytischen Materialien den hohen Temperaturen nicht
standhalten und die Lebensdauer des Katalysators erheblich verkürzt
wird.
-
Demgemäß besteht
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein mobiles Heizgerät,
insbesondere ein Fahrzeug-Heizgerät, bereitzustellen, das
kostengünstig ist, eine raumsparende Unterbringung ermöglicht
und eine lange Lebensdauer bei voller Funktionsfähigkeit
aufweist.
-
Die
Aufgabe wird durch ein mobiles Heizgerät gemäß Anspruch
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird ein mobiles Heizgerät, insbesondere
ein Fahrzeug-Heizgerät, bereitgestellt, das einen Brenner,
in dem Brennstoff mit Brennluft unter Erzeugung von Wärme umsetzbar
ist, und einen Wärmetauscher, durch den bei der Umsetzung
entstehende Abgase leitbar sind, aufweist. Der Wärmetauscher
weist in dem Strömungspfad der Abgase einen Katalysator
und einen Schalldämpfer auf.
-
Durch
die Anordnung des Katalysators und des Schalldämpfers innerhalb
des Heizgerätes können im Vergleich zu einer Anordnung
derselben innerhalb einer Abgasleitung die Anzahl der Bauteile sowie
der erforderliche Montageaufwand reduziert werden. Dadurch können
Kosten eingespart werden. Ferner gelingt durch die integrale Ausbildung
innerhalb des Heizgerätes eine raumsparende Unterbringung.
Auch können durch den Schalldämpfer die Verbrennungsgeräusche
in unmittelbarer Nähe zu deren Entstehungsort gedämpft
werden, so dass die Verbrennungsgeräusche effektiv reduziert
werden. Im Gegensatz zu einer Anordnung des Katalysators und des
Schalldämpfers in dem Brenner des Heizgerätes sind
die Temperaturen in dem Wärmetauscher deutlich niedriger.
Dadurch können für den Katalysator und den Schalldämpfer
weniger hitzebeständige Materialien eingesetzt werden,
wodurch wiederum Kosten eingespart werden. Ferner sind der Katalysator und
der Schalldämpfer niedrigeren Temperaturen und damit auch
niedrigeren Temperaturschwankungen ausgesetzt, wodurch deren Lebensdauer
erhöht wird.
-
Unter
einem „mobilen Heizgerät” wird in dem vorliegenden
Zusammenhang ein Heizgerät verstanden, das für
den Einsatz in mobilen Anwendungen ausgelegt und dementsprechend
angepasst ist. Dies bedeutet insbesondere, dass es transportabel
ist (ggf. in einem Fahrzeug eingebaut oder lediglich für den
Transport darin untergebracht) und nicht ausschließlich
für einen dauerhaften, stationären Einsatz, wie
es beispielsweise bei der dauerhaften Installation einer Gebäudeheizung
in einem Gebäude der Fall ist, ausgelegt ist. Das mobile
Heizgerät ist insbesondere zur Beheizung eines Fahrzeug-Innenraums,
wie beispielsweise eines Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugs, sowie
eines teiloffenen Raumes, wie er beispielsweise auf Schiffen, insbesondere
Yachten, aufzufinden ist, ausgelegt. Ferner kann das mobile Heizgerät
auch vorübergehend stationär eingesetzt werden,
wie beispielsweise in großen Zelten, Container, wie beispielsweise
Baucontainern, etc.. Vorzugsweise ist das mobile Heizgerät
als Standheizer für Kraftfahrzeuge, insbesondere für
motorgetriebene Landfahrzeuge, ausgebildet.
-
Als „Brenner” wird
allgemein ein Bauteil bezeichnet, in dem Brennstoff (gasförmig
oder flüssig) mit Brennluft in einer flammenden Verbrennung
unter Freisetzung von Wärme umgesetzt wird. Beispielsweise
kann als Brenner ein Verdampfungsbrenner oder ein Brenner mit Zerstäuberdüse
eingesetzt werden. In einem Verdampfungsbrenner wird (flüssiger) Brennstoff
auf einer (in der Regel porösen) Oberfläche verdampft
und mit zugeführter Brennluft in einer flammenden Verbrennung
umgesetzt. In einem Brenner mit Zerstäuberdüse
wird (flüssiger) Brennstoff durch die zugeführte
Brennluft in der Zerstäuberdüse zerstäubt
und mit der Brennluft in einer flammenden Verbrennung umgesetzt.
-
Vorzugsweise
wird in dem mobilen Heizgerät flüssiger Brennstoff
eingesetzt. Dieser kann beispielsweise einem Brennstoff-Tank des
Kraftfahrzeuges entnommen werden.
-
Als
Wärmetauscher wird allgemein ein Bauteil bezeichnet, das
einen ersten Strömungspfad, durch den im Einsatz Abgase
geleitet werden, und mindestens einen, hiervon unterteilten, zweiten
Strömungspfad, durch den im Einsatz ein zweites Medium
(gasförmig oder flüssig) geleitet wird, aufweist. Der
erste und der zweite Strömungspfad sind dabei derart angeordnet, dass
in dem Wärmetauscher Wärme von den Abgasen auf
das zweite Medium (d. h. von dem ersten Strömungspfad auf
den zweiten Strömungspfad) übertragbar, insbesondere
leitbar, ist. In dem ersten Strömungspfad des Wärmetauschers
sind gemäß der vorliegenden Erfindung der Katalysator
und der Schalldämpfer angeordnet. In der Regel wird der
erste Strömungspfad durch eine Trennwand von dem zweiten
Strömungspfad (oder gegebenenfalls auch von mehreren, zweiten
Strömungspfaden mehrerer Medien) getrennt. Um eine möglichst
effektive Übertragung der Wärme zu ermöglichen,
weist die Trennwand dabei vorzugsweise eine gute Wärmeleitfähigkeit
und eine möglichst große Kontaktfläche
zu dem ersten und dem zweiten Strömungspfad auf. Insbesondere
kann die Trennwand hierzu Rippen oder anderweitige Vorsprünge aufweisen,
die in den ersten und/oder in den zweiten Strömungspfad
ragen. Um eine raumsparende Unterbringung des Heizgerätes
und eine möglichst effektive Wärmeübertragung
zu erreichen, ist der Wärmetauscher bei Heizgeräten
mit Brenner in der Regel in der Form eines rohrförmigen,
insbesondere zylindrischen, Bauteils ausgebildet und umgibt den
Brenner.
-
Vorzugsweise
ist der Schalldämpfer als Absorptions-Schalldämpfer
ausgebildet. Im Gegensatz zu einem Reflexions-Schalldämpfer
ermöglicht die Ausbildung als Absorptions-Schalldämpfer
eine raumsparende Unterbringung.
-
Der
Katalysator und der Schalldämpfer können dabei
durch jeweils unterschiedliche Strukturen (und gegebenenfalls auch
Materialien) gebildet werden. Diese können beispielsweise
an verschiedenen Abschnitten des Wärmetauschers oder schichtweise aufgebaut
sein.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung sind der Katalysator und der Schalldämpfer
jedoch in einer gemeinsamen Struktur als kombinierter Katalysator/Schalldämpfer
ausgebildet. Sowohl für eine katalytische Reinigung der
Abgase als auch für eine Schalldämpfung bestehen
hinsichtlich der Struktur teilweise die gleichen Anforderungen.
Insbesondere sind Strukturen, die eine große Oberfläche
(im Verhältnis zu deren Volumen) aufweisen, wie beispielsweise
poröse Strukturen, gut geeignet. Die Ausbildung des Katalysators
und des Schalldämpfers in einer gemeinsamen Struktur ist
folglich im Hinblick auf eine raumsparende Unterbringung und auch
im Hinblick auf eine Kosteneinsparung vorteilhaft. Als „kombinierter
Katalysator/Schalldämpfer” werden nachfolgend
der Katalysator und der Schalldämpfer bezeichnet, sofern
diese in einer gemeinsamen Struktur ausgebildet sind.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist/sind der Katalysator und/oder der
Schalldämpfer, insbesondere der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer,
derart ausgebildet, dass sie einen Speicher für unverbrannte
Kohlenwasserstoffe (HC) bilden. Mobile Heizgeräte der oberhalb
angegebenen Art emittieren insbesondere beim und nach dem Abschalten
unverbrannte Kohlenwasserstoffe, die schädlich für
die Umwelt sind. Werden diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe in
dem Katalysator und/oder Schalldämpfer, insbesondere in
dem kombinierten Katalysator/Schalldämpfer, gespeichert,
so wird die Belastung der Umwelt reduziert. Ferner werden sie bei
einem nächsten Einsatz des Heizgerätes zumindest
teilweise wieder freigesetzt und können mit Stickstoffoxiden
NOx, die in den Abgasen enthalten sind,
reagieren. Auf diese Weise kann zusätzlich der in den Abgasen
enthaltene Anteil an Stickstoffoxiden (NOx)
verringert werden. Für die Speicherung solcher unverbrannter
Kohlenwasserstoffe sind im Stand der Technik verschiedene geeignete
Materialien und Strukturen bekannt, die in Kombination mit dem Katalysator
und/oder Schalldämpfer, insbesondere in Kombination mit
dem kombinierten Katalysator/Schalldämpfer, eingesetzt
werden können.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung weist der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer eine
(für Gase) durchströmbare Struktur mit einer großen
Oberfläche im Verhältnis zu deren Volumen auf.
Wie oberhalb bereits angegeben wurde, ist solch eine Struktur sowohl
hinsichtlich der katalytischen Wirkung als auch hinsichtlich der
Schalldämpfung vorteilhaft.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung weist der Katalysator, insbesondere
der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer, eine Trägerstruktur
mit einer katalytischen Beschichtung auf. In entsprechender Weise
ist wiederum vorzugsweise vorgesehen, dass die Trägerstruktur
eine große Oberfläche im Verhältnis zu
deren Volumen aufweist und dass sie als durchströmbare
Struktur ausgebildet ist. Als Trägerstruktur können
beispielsweise eine Metallfolie, die in einer wabenförmigen
oder quaderförmigen Struktur ausgebildet ist, ein Metallschaum,
ein Keramikmonolith, etc., eingesetzt werden. Die katalytische Beschichtung
kann beispielsweise eine katalytische Beschichtung auf Platinbasis
sein.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer,
insbesondere eine Trägerstruktur des kombinierten Katalysator/Schalldämpfers,
ganz oder teilweise in einer porösen Struktur, insbesondere
in einer Schaumstruktur, in einer Wabenstruktur oder einer Faserstruktur,
ausgebildet. Unter einer „porösen Struktur” wird
in diesem Zusammenhang eine Struktur verstanden, die von einer Vielzahl
von Hohlräumen durchsetzt ist.
-
Hierbei
können unter anderem Strukturen eingesetzt werden, die
allgemein bei Katalysatoren verwendet werden. Insbesondere können
eine Schaumstruktur (z. B. Metallschaum), eine Wabenstruktur (mit
z. B. quaderförmigen oder wabenförmigen Hohlräumen),
eine Faserstruktur (z. B. Wolle, in Harz getränkte Vliesfasern,
dünne Metalldrähte, etc.) als kombinierter Katalysator/Schalldämpfer
bzw. als Trägerstruktur (mit einer entsprechenden katalytischen
Beschichtung) eingesetzt werden.
-
Gemäß einer
Weiterbildung liegt die Porengröße in einem Bereich
von 20 bis 600 cpsi (cells per square inch; Zellen pro Quadratzoll;
entspricht 3,1 bis 93,0 Zellen pro cm2)
vorzugsweise in einem Bereich von 100 bis 200 cpsi (cells per square
inch; Zellen pro Quadratzoll; entspricht 15,5 bis 31,0 Zellen pro
cm2). Diese Bereiche sind insbesondere bei
wabenförmigen oder quaderförmigen Strukturen sowie
bei Schaumstrukturen bevorzugt.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung bildet der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer
einen Filter für Rußpartikel. Diese Weiterbildung
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in dem Heizgerät
Diesel-Brennstoff als Brennstoff eingesetzt wird.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung sind der Katalysator und der Schalldämpfer
jeweils vollständig in dem Wärmetauscher angeordnet.
Insbesondere erstrecken sie sich nicht bis in den Brenner, so dass
sie nicht den hohen, in dem Brenner herrschenden Temperaturen ausgesetzt
sind. Ferner kann dabei vorgesehen sein, dass der Katalysator und
der Schalldämpfer, insbesondere der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer,
jeweils in einem Abschnitt des Wärmetauschers angeordnet
ist/sind, der nicht unmittelbar an den Brenner angrenzt, so dass die
thermische Belastung weiter reduziert wird.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung weist der Wärmetauscher eine
Trennwand, durch die ein erster, innerhalb des Wärmetauschers
verlaufender Strömungspfad der Abgase von (mindestens)
einem zweiten Strömungspfad (mindestens) eines zweiten
Mediums, auf das im Einsatz des Wärmetauschers Wärme übertragen
wird, unterteilt wird, und eine Mehrzahl von Vorsprüngen,
die von der Trennwand in den ersten Strömungspfad der Abgase
vorstehen, auf. Ferner können in entsprechender Weise auch
Vorsprünge vorgesehen sein, die sich in den (mindestens
einen) zweiten Strömungspfad des (mindestens einen) zweiten
Mediums erstrecken und dadurch eine gute Wärmeübertragung
von der Trennwand auf das (mindestens eine) zweite Medium ermöglichen.
Diese Vorsprünge können dabei in entsprechender
Weise aus gebildet sein, wie es in Bezug auf die Vorsprünge,
die sich in den ersten Strömungspfad erstrecken, erläutert
wird.
-
Je
nach Ausbildung des Heizgerätes und/oder des Brenners kann
die Trennwand unterschiedliche Formen aufweisen. Vorzugsweise weist der
Wärmetauscher eine rohrförmige Trennwand auf. In
diesem Fall ist vorzugsweise der gesamte Wärmetauscher
als rohrförmiges, insbesondere als zylindrisches, Bauteil
ausgebildet oder weist zumindest einen rohrförmigen, insbesondere
zylindrischen, Abschnitt auf. Dadurch kann der Wärmetauscher
um den Brenner des mobilen Heizgerätes herum angeordnet
werden und es gelingt eine raumsparende Anordnung der Bauteile des
mobilen Heizgerätes. Bei solch einer Anordnung verläuft
der erste Strömungspfad der Abgase vorzugsweise zwischen
der Trennwand und dem Brenner. Ferner kann vorgesehen sein, dass
sich der (in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung
der Abgase in dem Wärmetauscher erstreckende) Querschnitt
der rohrförmigen Trennwand entlang der Strömungsrichtung
der Abgase ändert. Dies ist insbesondere dann der Fall,
wenn sich auch der Querschnitt des Brenners, der innerhalb des Wärmetauschers
angeordnet ist, entlang dieser Richtung ändert.
-
Unter
einer „rohrförmigen” Trennwand wird dabei
eine Trennwand verstanden, die in Bezug auf einen senkrecht zur
Strömungsrichtung (der Abgase in dem Wärmetauscher)
ausgerichteten Querschnitt eine geschlossene Form aufweist. Vorzugsweise weist
die Trennwand im Querschnitt eine kreisförmige Form auf,
so dass sie ein zylindrisches Bauteil bildet oder zumindest einen
zylindrischen Abschnitt aufweist. Alternativ kann die Trennwand
im Querschnitt aber auch andere geschlossene Formen, wie beispielsweise
eine ovale, eine elliptische oder auch eine eckige, wie beispielsweise
eine quaderförmige Form, aufweisen. Vorzugsweise erstrecken
sich die Vorsprünge senkrecht von der Trennwand, insbesondere
radial, in den ersten Strömungspfad (der Abgase). Dadurch
wird eine effektive Wärmeübertragung von den Abgasen
auf die Trennwand erzielt.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung erstrecken sich die Vorsprünge
im Wesentlichen entlang einer Strömungsrichtung der Abgase,
insbesondere in Form von Rippen. Die Ausbildung von Vorsprüngen
in Form von Rippen ist unter anderem im Hinblick auf eine effektive
Wärmeübertragung von den Abgasen auf die Trennwand
als auch im Hinblick auf die Strömungseigenschaften innerhalb
des ersten Strömungspfades vorteilhaft. Dabei können
sich die Rippen durchgehend über die gesamte Länge des
ersten Strömungspfades erstrecken, oder sie könne über
diese Länge auch jeweils unterteilt und gegebenenfalls
auch zueinander versetzt (insbesondere in Umfangsrichtung zueinander
versetzt) sein.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung wird eine Mehrzahl der Vorsprünge
durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer gebildet
und die Vorsprünge sind an der Trennwand befestigt. Dadurch
wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass der kombinierte
Katalysator/Schalldämpfer gleichmäßig
von den Abgasen umströmt und gegebenenfalls durchströmt
wird. Vorzugsweise ist der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer
dabei in einer durchströmbaren Struktur, die eine große
Oberfläche im Verhältnis zu deren Volumen aufweist,
insbesondere in einer porösen Struktur, ausgebildet. Es
müssen dabei nicht zwingend sämtliche der Vorsprünge,
die in den ersten Strömungspfad der Abgase vorstehen, durch
den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer gebildet werden.
Beispielsweise kann auch ein Teil der Vorsprünge aus dem
Material der Trennwand gebildet sein. Je nachdem, aus welchem Material
der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer beziehungsweise
dessen Trägerstruktur gebildet wird, können die
Vorsprünge an der Trennwand auf verschiedene Weise befestigt
werden, wie beispielsweise angeschweißt, angeklebt, etc.
werden. Vorzugsweise werden die betreffenden Vorsprünge,
insbesondere Rippen, jeweils vollständig durch den kombinierten
Katalysator/Schalldämpfer gebildet. Alternativ kann auch vorgesehen
sein, dass jeweils nur ein, dem ersten Strömungspfad der
Abgase zugewandter Abschnitt der Vorsprünge durch den kombinierten
Katalysator/Schalldämpfer gebildet wird und dieser Abschnitt auf
einen kleineren Vorsprung, der integral an der Trennwand ausgebildet
ist, aufgesetzt ist.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung weist der Wärmetauscher einen
rohrförmigen Einsatz in der rohrförmigen Trennwand
auf, der durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer
gebildet wird. Dabei sind eine Mehrzahl von Vorsprüngen,
die zumindest teilweise durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer
gebildet werden, integral an dem rohrförmigen Einsatz ausgebildet
und erstrecken sich von diesem nach Innen (d. h. in den ersten Strömungspfad
der Abgase). Durch die integrale Ausbildung der Vorsprünge
an dem Einsatz werden die Herstellungskosten reduziert, da die jeweiligen Vorsprünge
(die den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer bilden)
nicht einzeln an der Trennwand befestigt werden müssen.
Vorzugsweise ist der rohrförmige Einsatz passgenau innerhalb
der rohrförmigen Trennwand angeordnet. Je nach Materialien des
Einsatzes und der Trennwand kann der Einsatz auf verschiedene Arten
an der Trennwand befestigt werden, wie beispielsweise durch Kleben,
durch vorheriges Abkühlen des Einsatzes und/oder vorheriges Erwärmen
der Trennwand und durch anschließendes Zusammenführen
der Bauteile (Aufschrumpfen), etc.. Wie oberhalb erläutert
wird, erstrecken sich die Vorsprünge vorzugsweise im Wesentlichen
senkrecht zu der Trennwand, insbesondere radial (bei einer zylindrisch
ausgebildeten Trennwand), nach Innen. Vorzugsweise sind die Vorsprünge
in Form von Rippen ausgebildet. Wie oberhalb in Bezug auf die einzeln
an der Trennwand befestigten Vorsprünge erläutert
wird, können die Vorsprünge, insbesondere Rippen,
jeweils vollständig durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer
gebildet werden. Alternativ kann wiederum vorgesehen sein, dass
jeweils nur ein, dem ersten Strömungspfad der Abgase zugewandter
Abschnitt der Vorsprünge durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer
gebildet wird und dieser Abschnitt auf einen kleineren Vorsprung,
der integral an der Trennwand ausgebildet ist, aufgesetzt ist.
-
Alternativ
zu der oberhalb erläuterten Weiterbildung kann auch die
rohrförmige Trennwand einen Einsatz in einen rohrförmigen,
kombinierten Katalysator/Schalldämpfer bilden und die Vorsprünge
können sich von dem kombinierten Katalysator/Schalldämpfer
nach Außen erstrecken. In diesem Fall würde der
erste Strömungspfad der Abgase außerhalb von der
Trennwand verlaufen. Die oberhalb erläuterten Varianten
sind in entsprechender Weise auch bei solch einer Anordnung realisierbar.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist der innerhalb des Wärmetauschers
verlaufende Strömungspfad der Abgase, der zumindest teilweise durch
die Trennwand und gegebenenfalls durch die Vorsprünge begrenzt
wird, ganz oder teilweise durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer
ausgefüllt. Dadurch kann bei einer raumsparenden Anordnung
gleichzeitig eine hohe katalytische und schalldämpfende
Wirkung erzielt werden. Vorzugsweise ist dabei der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer
in einer durchströmbaren Struktur ausgebildet. Neben der
Trennwand (die gegebenenfalls Vorsprünge aufweist) können
auch noch weitere Wände, etc. vorgesehen sein, durch die
der erste Strömungspfad begrenzt wird und die gegebenenfalls
durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer beschichtet
sein können. Ist die Trennwand beispielsweise rohrförmig ausgebildet,
so sind in der Regel noch eine zweite rohrförmige Wand,
die außerhalb oder vorzugsweise innerhalb der Trennwand
angeordnet ist, und ein Deckel (bzw. Boden), durch den der Zwischenraum
zwischen der Trennwand und der zweiten rohrförmigen Wand
zu einer Seite hin abgeschlossen wird, vorgesehen. Wird der Strömungspfad
der Abgase über den gesamten Strömungsquerschnitt
entlang des gesamten Strömungspfades oder auch nur eines
Abschnittes des Strömungspfades durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer
ausgefüllt, so muss die Struktur des kombinierten Katalysa tor/Schalldämpfers
derart ausgebildet sein, dass eine ausreichende Durchströmbarkeit
gewährleistet ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein,
dass der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer den Strömungspfad
der Abgase nur über einen Teil des Strömungsquerschnittes
ausfüllt. Dadurch verbleibt ein Freiraum, in dem die Abgase
frei strömen können.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer
als Beschichtung mindestens einer Wand, durch die der innerhalb
des Wärmetauschers verlaufende Strömungspfad der
Abgase zumindest teilweise begrenzt wird, ausgebildet. Als „Beschichtung” wird
in diesem Zusammenhang eine Lage auf der betreffenden Wand bezeichnet,
die eine derartige Dicke und Struktur aufweist, dass sie als Katalysator
und als Schalldämpfer wirkt. Solch eine „Beschichtung”,
die insbesondere in einer porösen Struktur ausgebildet
ist, ist dabei in der Regel deutlich dicker als beispielsweise eine
katalytische Beschichtung aus einem katalytischen Material auf einer
Trägerstruktur, wie sie bei Katalysatoren häufig
eingesetzt wird.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer eine
Trennwand, insbesondere eine rohrförmige Trennwand, durch
die ein erster, innerhalb des Wärmetauschers verlaufender
Strömungspfad der Abgase von einem zweiten Strömungspfad
eines zweiten Mediums, auf das im Einsatz des Wärmetauschers Wärme übertragen
wird, unterteilt wird, ganz oder teilweise beschichtet. Weist die
Trennwand Vorsprünge, insbesondere Rippen, auf, die integral
an der Trennwand und gegebenenfalls auch aus dem Material der Trennwand
ausgebildet sind, so können auch diese Vorsprünge
durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer beschichtet
sein. Alternativ können auch nur die Abschnitte der Trennwand,
die jeweils zwischen den Vorsprüngen angeordnet sind, durch
den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer beschichtet
sein. Zusätzlich oder alternativ zu einer Beschichtung
der Trennwand können auch noch weitere Wände,
durch die der erste Strömungspfad der Abgase begrenzt wird,
durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer beschichtet
sein. Insbesondere dann, wenn die Trennwand rohrförmig
ausgebildet ist, kann/können zusätzlich oder alternativ
zu der Trennwand auch eine zweite rohrförmige Wand, die außerhalb
oder vorzugsweise innerhalb der Trennwand angeordnet ist, und/oder
ein Deckel (bzw. Boden), durch den der Zwischenraum zwischen der Trennwand
und der zweiten rohrförmigen Wand zu einer Seite hin abgeschlossen
wird, durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer
beschichtet sein.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere
ein motorgetriebenes Landfahrzeug, wie beispielsweise einen Pkw,
einen Lkw, einen Bus, ein Wohnmobil, etc., das ein mobiles Heizgerät,
wie es oberhalb beschrieben ist, aufweist.
-
Weitere
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben
sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Von den Figuren
zeigen:
-
1:
eine schematische Darstellung eines mobilen Heizgerätes
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
-
2:
eine schematische Querschnittansicht des mobilen Heizgerätes
der 1 entlang der Ebene II-II;
-
3:
eine schematische Querschnittansicht eines mobilen Heizgerätes
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung; und
-
4:
eine schematische Querschnittansicht eines mobilen Heizgerätes
gemäß einer dritten Ausführungsform der
Erfindung.
-
In 1 ist
ein mobiles, brennstoffbetriebenes Heizgerät 2,
das eine Standheizung für ein motorbetriebenes Landfahrzeug
bildet, dargestellt. In der schematischen Darstellung sind Bauteile,
die für die Funktionsweise gemäß der
vorliegenden Erfindung nicht relevant sind, zum Teil weggelassen
und werden nicht erläutert. Das Heizgerät 2 weist
einen Brenner 4 und einen Wärmetauscher 6 auf.
Der Brenner 4 weist eine Brennkammer 8, ein Flammrohr 10, das
der Brennkammer 8 in Bezug auf eine Strömungsrichtung
der Gase nachgeordnet ist, und eine Zerstäuberdüse 12 auf.
-
In
dem Brenner 4 wird im Einsatz Brennstoff (hier: flüssiger
Kraftstoff des Kraftfahrzeuges) zusammen mit Brennluft unter Freisetzung
von Wärme in einer flammenden Verbrennung umgesetzt. Die Brennluft
wird dem Brenner 4 druckbeaufschlagt über eine
Brennluft-Zuleitung 14 zugeführt. Der Brennstoff
wird dem Brenner 4 über eine Brennstoff-Zuleitung 16 zugeführt.
In der Zerstäuberdüse 12 sorgt die zugeführte
Brennluft für eine Zerstäubung des Brennstoffs
und für eine Durchmischung der Brennluft und der Brennstoff-Tröpfchen.
Der Brennstoff wird in der Brennkammer 8 mit der Brennluft
in einer flammenden Verbrennung unter Freisetzung von Wärme
umgesetzt. Die bei der Verbrennung entstehenden Gase (Abgase) strömen
dann über das Flammrohr 10 in den Wärmetauscher 6.
-
In
dem Wärmetauscher 6 wird ein erster Strömungspfad 18 für
die Abgase gebildet. Die Abgase strömen innerhalb des Wärmetauschers 6 entlang des
ersten Strömungspfads 18 zu einer Abgas-Ableitung 20, über
welche die Abgase nach Außen geführt werden. Ferner
ist ein zweiter Strömungspfad 22 innerhalb des
Wärmetauschers 6 vorgesehen, in dem Kühlwasser
des Kraftfahrzeuges geführt wird. Wie nachfolgend noch
im Detail erläutert wird, sind der erste 18 und
der zweite 22 Strömungspfad dabei derart angeordnet,
dass im Einsatz Wärme effektiv von den Abgasen auf das
Kühlwasser übertragen wird. In dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel sind die Strömungsrichtung
der Abgase und die Strömungsrichtung des Kühlwassers
in dem Wärmetauscher 6 entgegengesetzt zueinander
ausgerichtet, wie in 1 schematisch durch die Pfeile
dargestellt ist. Das erwärmte Kühlwasser wird über
einen weiteren Wärmetauscher (Kühlwasser-Luft-Wärmetauscher)
zur Beheizung von Luft, die dem Fahrzeug-Innenraum zugeführt
wird, geleitet. Ferner wird durch das Kühlwasser der Motor
des Kraftfahrzeuges vorgewärmt.
-
Der
erste Strömungspfad 18 wird nach Innen (in Bezug
auf eine Symmetrieachse der Brennkammer und des Flammrohrs) durch
einen zylindrischen Wandabschnitt des Flammrohrs 10, einen
zylindrischen Wandabschnitt der Brennkammer 8 und einen kegelstumpfförmigen
Wandabschnitt, der den Übergang zwischen den beiden zylindrischen Wandabschnitten
bildet, begrenzt. Ferner ist eine rohrförmige Trennwand 24 vorgesehen,
die um den Brenner 4 herum angeordnet ist und deren äußere Form
der oberhalb beschriebenen Kontur des Brenners 4 angepasst
ist. Insbesondere weist auch die Trennwand 24 einen, um
die Brennkammer 8 herum angeordneten, zylindrischen Wandabschnitt,
einen daran angrenzenden, kegelstumpfförmigen Wandabschnitt
und einen um das Flammrohr 10 herum angeordneten zylindrischen
Wandabschnitt auf. Die einzelnen Wandabschnitte der Trennwand 24 sind
dabei im Querschnitt (in einer Ebene senkrecht zu der Strömungsrichtung
betrachtet) jeweils größer als die entsprechenden
Wandabschnitte des Brenners 4, so dass zwischen dem Brenner 4 und
der Trennwand 24 ein rohrförmiger Zwischenraum
gebildet wird, innerhalb dem der erste Strömungspfad 18 verläuft.
Ferner ist ein Deckel (bzw. Boden) 26 vorgesehen, durch
den der Zwischenraum zwischen der Trennwand 24 und dem
Brenner 4 zu der Seite hin, zu der die Abgase aus dem Flammrohr 10 in
den Wärmetauscher 6 ausströmen, abgeschlossen
wird. Dementsprechend strömen die Abgase 10 aus
dem Flammrohr 10 aus, werden durch den De ckel 26 umgelenkt
und strömen anschließend durch den Zwischenraum
zwischen der Trennwand 24 und dem Brenner 4 zu
der Abgas-Ableitung 20.
-
Um
die Trennwand 24 und den Deckel 26 herum ist wiederum
eine Außenwand 28 vorgesehen, die der Kontur der
Trennwand 24 und des Deckels 26 angepasst und
zu diesen beabstandet ist. Zwischen der Trennwand 24 und
dem Deckel 26 einerseits und der Außenwand 28 andererseits
wird ein Zwischenraum gebildet, innerhalb dem der zweite Strömungspfad 22 verläuft.
Das Kühlwasser wird dabei über einen Kühlwasser-Einlass 30 in
den Zwischenraum eingeführt und über einen Kühlwasser-Auslass 32 ausgelassen.
Der Kühlwasser-Auslass 32 ist dabei in dem Bereich
des Deckels 26 angeordnet, während der Kühlwasser-Einlass
(in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kühlwassers
innerhalb des Wärmetauschers 6) an einem gegenüberliegenden
Ende des Zwischenraumes angeordnet ist.
-
In
dem Wärmetauscher 6 sind in dem ersten Strömungspfad 18 (der
Abgase) ein Katalysator und ein Schalldämpfer vorgesehen.
Der Katalysator und der Schalldämpfer sind dabei integral
als kombinierter Katalysator/Schalldämpfer 34 in
einer gemeinsamen Struktur ausgebildet. Der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer 34 wird
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine poröse,
durchströmbare Struktur, wie beispielsweise eine Wabenstruktur,
gebildet, deren Material gleichzeitig eine gute Wärmeleitfähigkeit
aufweist. Der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer 34 ist
in den 1 und 2 jeweils durch die Schraffierung
dargestellt. 2 ist dabei eine Querschnittansicht
entlang der Ebene II-II, die in 1 dargestellt
ist und senkrecht zu der Strömungsrichtung (der Abgase
und des Kühlwassers innerhalb des rohrförmigen
Abschnittes des Wärmetauschers 6) verläuft.
-
Der
kombinierte Katalysator/Schalldämpfer 34 ist sowohl
in einem Abschnitt des ersten Strömungspfades 18 im
Bereich des Deckels 26 als auch in dem rohrförmigen
Abschnitt des ersten Strömungspfades 18 im Bereich
der Trennwand 24 ausgebildet. In beiden Abschnitten erstreckt
sich der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer 34 jeweils über
den gesamten Strömungsquerschnitt, der zwischen dem Brenner 4 und
der Trennwand 24 sowie zwischen dem Brenner 4 und
dem Deckel 26 gebildet wird. Die durchströmbare
Struktur des kombinierten Katalysator/Schalldämpfers 34 ist
dabei derart ausgebildet, dass deren Strömungswiderstand
in einem akzeptablen Bereich liegt und eine Abführung der
Abgase durch diese Struktur hindurch ermöglicht wird.
-
Im
Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 3 und 4 zwei
weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.
Für gleiche Bauteile werden wiederum die gleichen Bezugszeichen
verwendet. Im Folgenden wird jeweils vorwiegend auf die Unterschiede
gegenüber er ersten Ausführungsform eingegangen.
In den 3 und 4 ist jeweils eine Querschnittansicht
eines Heizgerätes dargestellt, wobei die Querschnittsebene
im Wesentlichen der in 1 dargestellten Ebene II-II entspricht.
-
Bei
der in 3 dargestellten Ausführungsform weist
die Trennwand 24 integral ausgebildete Rippen 36 auf,
die jeweils von der Trennwand 24 radial nach Außen
in den zweiten Strömungspfad 22 des Kühlwassers
vorstehen und sich jeweils entlang der Strömungsrichtung
des Kühlwassers erstrecken. Die Rippen 36 sind
dabei aus dem gleichen Material wie die Trennwand 24 gebildet.
Dadurch wird eine gute Wärmeübertragung von der
Trennwand 24 auf das Kühlwasser erzielt.
-
In
dem ersten Strömungspfad 18 der Abgase ist wiederum
ein kombinierter Katalysator/Schalldämpfer 38 vorgesehen.
Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform erstreckt sich
der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer 38 nur über
einen Teil des Strömungsquerschnittes, der zwischen dem
Brenner 4 und der Trennwand 24 gebildet wird.
Insbesondere werden durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer 38 eine
Mehrzahl von Rippen 40 gebildet, die an der Trennwand 24 befestigt
sind. Diese sind in 3 schraffiert dargestellt. Die
Rippen 40 stehen von der Trennwand 24 jeweils
radial nach Innen in den ersten Strömungspfad 18 der
Abgase vor und erstrecken sich entlang der Strömungsrichtung
der Abgase innerhalb des rohrförmigen Abschnittes des ersten
Strömungspfades 18. In dem Abschnitt des ersten
Strömungspfades 18, der an den Abgas-Auslass des
Flammrohrs 10 angrenzt, d. h. der im Bereich des Deckels 26 angeordnet
ist, ist kein kombinierter Katalysator/Schalldämpfer vorgesehen.
Wiederum sind die Rippen 40 jeweils in einer durchströmbaren,
porösen Struktur ausgebildet, die gleichzeitig eine gute
Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dadurch wird eine
effektive Wärmeübertragung von den Abgasen auf
die Trennwand 24 erreicht.
-
Bei
der in 4 dargestellten Ausführungsform weist
die Trennwand 24 integral ausgebildete Rippen 42,
die radial nach Außen in den zweiten Strömungspfad 22 des
Kühlwassers vorstehen, sowie Rippen 44, die radial
nach Innen in den ersten Strömungspfad 18 der
Abgase vorstehen, auf. Die Rippen 42 und 44 sind
jeweils aus dem gleichen Material wie die Trennwand 24 ausgebildet
und erstrecken sich jeweils entlang der Strömungsrichtung
der Abgase bzw. des Kühlwassers innerhalb des rohrförmigen
Abschnittes des zweiten Strömungspfades 22 bzw.
des ersten Strömungspfades 18. Dadurch wird eine
gute Übertragung von Wärme von den Abgasen über
die Trennwand 24 auf das Kühlwasser erzielt.
-
In
dem ersten Strömungspfad 18 der Abgase ist ein
kombinierter Katalysator/Schalldämpfer 46 vorgesehen. Wiederum
erstreckt sich der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer 46 nur über
einen Teil des Strömungsquerschnittes, der zwischen dem Brenner 4 und
der Trennwand 24 gebildet wird. Der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer 46,
der in 4 schraffiert dargestellt ist, bildet eine Beschichtung
der Trennwand 24. Es sind dabei nur die Abschnitte der
Trennwand 24 durch den kombinierten Katalysator/Schalldämpfer 46 beschichtet,
die jeweils zwischen den Rippen 44 (die in den ersten Strömungspfad 18 vorstehen)
angeordnet sind. Der kombinierte Katalysator/Schalldämpfer 46 ist
wiederum in einer durchströmbaren, porösen Struktur
ausgebildet, die gleichzeitig eine gute Wärmeleitfähigkeit
aufweist. Dadurch wird eine effektive Wärmeübertragung
von den Abgasen auf die Trennwand 24 erreicht.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere
kann der Wärmetauscher auch in einer anderen Form aufgebaut
sein. Auch die Anordnung der Trennwand und/oder der Rippen oder Vorsprünge
kann auf vielfältige Weise realisiert werden. Neben den
in den Figuren dargestellten Anordnungen des Katalysators und des
Schalldämpfers in dem Strömungspfad der Abgase
innerhalb des Wärmetauschers bestehen eine Vielzahl weiterer,
möglicher Anordnungen und Formen. Ferner ist in 1 ein
Brenner mit Zerstäuberdüse dargestellt. Die Erfindung
ist jedoch unabhängig von dem jeweiligen Brennertyp realisierbar.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3713476
A1 [0004, 0004]