DE102008025314B4

DE102008025314B4 - Wärmetauscheranordnung für eine Heizeinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102008025314B4
Application number: DE102008025314.6A
Authority: DE
Inventors: Onur Atakti; Isabell Spieth; Tobias Knies
Original assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2028-05-28
Also published as: DE102008025314A1

Abstract

Wärmetauscheranordnung für eine Heizeinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend ein topfartiges Gehäuse (22) mit einem Bodenbereich (26) und einem Wandungsbereich (30), wobei an einer dem Gehäuseinneren zugewandten Seite (40) des Bodenbereichs (26) eine Bodenvorsprungsanordnung (42) mit einer Mehrzahl von bezüglich einer Längsmittenachse (L) des Gehäuses (22) sich von radial innen nach radial außen erstreckenden rippenartigen Bodenvorsprüngen (60, 66) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenvorsprungsanordnung (42) vier in ihrem radial inneren Bereich in einer kreuzartigen Konfiguration aneinander anschließende erste Bodenvorsprünge (60) umfasst, wobei die vier ersten Bodenvorsprünge (60) einen gegenseitigen Winkelabstand von etwa 90° zueinander aufweisen, und dass die Bodenvorsprungsanordnung (42) zwischen wenigstens zwei ersten Bodenvorsprüngen (60) wenigstens einen zweiten Bodenvorsprung (44) aufweist, der in seinem radial inneren Bereich nicht an einen ersten Bodenvorsprung (60) anschließt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranordnung für eine Heizeinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend ein topfartiges Gehäuse mit einem Bodenbereich und einem Wandungsbereich, wobei an einer dem Gehäuseinneren zugewandten Seite des Bodenbereichs eine Bodenvorsprungsanordnung mit einer Mehrzahl von bezüglich einer Längsmittenachse des Gehäuses sich von radial innen nach radial außen erstreckenden rippenartigen Bodenvorsprüngen vorgesehen ist.
Eine derartige Wärmetauscheranordnung ist aus der DE 101 46 610 A1 bekannt. Die 1 zeigt eine derartige Wärmetauscheranordnung in einer als Standheizung oder Zuheizung einsetzbaren Heizeinrichtung 10. Die Heizeinrichtung 10 umfasst eine allgemein mit 12 bezeichnete Brennkammer, aus welcher über eine Flammblende 14 die bei der Verbrennung entstehenden erhitzten Gase in den von einem Flammrohr 16 umschlossenen, sich entlang einer Längsachse L erstreckenden Raumbereich 18 eintreten. Das Flammrohr 16 ist an seinem von der Brennkammer 12 entfernt gelegenen Endbereich 20 axial offen.
Ein im Wesentlichen topfartig ausgebildetes Gehäuse 22 einer Wärmetauscheranordnung 24 umgibt das Flammrohr 16 radial außen und liegt mit seinem Bodenbereich 26 dem axial offenen Endbereich 20 des Flammrohrs 16 gegenüber. Ein an den Bodenbereich 26 in einem Verbindungsbereich 28 anschließender Wandungsbereich 30 des Gehäuses 22 erstreckt sich näherungsweise parallel zum Flammrohr 16 und näherungsweise auch entlang der Längsachse L, welche gleichzeitig auch eine Längsmittellinie für das Flammrohr 16 und das Gehäuse 22 bildet. Zwischen dem Flammrohr 16 und dem Wandungsbereich 30 des Gehäuses 22 ist ein näherungsweise ringartiger Raumbereich 32 gebildet. Die aus dem axial offenen Endbereich 20 des Flammrohrs 16 ausgetretenen erwärmten Gase treffen auf den Bodenbereich 26 auf und werden dort, wie in 1 durch Pfeile dargestellt, zunächst nach radial außen und dann in Achsrichtung umgelenkt, so dass sie entlang des Flammrohrs 16 und des Wandungsbereichs 30 wieder in Richtung auf die Brennkammer 14 zu und radial außerhalb davon nach außen abgegeben werden.
Ferner sei noch darauf hingewiesen, dass zum Bilden eines von beispielsweise zu erwärmendem Wasser zu durchströmenden Hohlraums 34 das Gehäuse 22 der Wärmetauscheranordnung 24 an seiner Außenseite durch ein weiteres Gehäuse 36 umgeben ist. Um hier eine bestimmte Strömungsrichtung für die zu erwärmende Flüssigkeit vorzugeben, sind an der Außenseite des Gehäuses 22 mehrere rippenartige Erhöhungen 38 vorgesehen, welche dafür sorgen, dass die zu erwärmende Flüssigkeit in möglichst guten Wärmeübertragunsgkontakt mit dem Gehäuse 22 treten kann.
Das Gehäuse 22 weist an seinem Bodenbereich 26 an der zum Gehäuseinneren, also auch zum Flammrohr 16 hin weisenden Seite 40 eine allgemein mit 42 bezeichnete Bodenvorsprungsanordnung auf. Diese umfasst eine Mehrzahl von bezüglich der Längsachse L sich näherungsweise radial erstreckenden Bodenvorsprüngen 44. In ihrem radial inneren Bereich enden die Bodenvorsprünge 44 nahe dem zentralen Bereich des Bodenbereichs 26, stehen dort jedoch nicht in gegenseitiger Verbindung. Es wird somit nahe dem zentralen Bereich ein von den Endbereichen im Wesentlichen umschlossener Raumbereich gebildet, in welchen die im zentralen Bereich des Flammrohrs 16 strömenden Gase eintreten können. Bei der Umlenkung nach radial außen treten diese Gase dann durch die Zwischenräume zwischen zwei Bodenvorsprüngen 44 hindurch nach radial außen und es wird auf diese Art und Weise dafür gesorgt, dass am Bodenbereich 16 keine gegen Umströmung abgeschirmten oder blockierten Raum- oder Volumenbereiche entstehen.
Am Wandungsbereich 30 des Gehäuses 22 ist an einer Innenseite 31 eine Wandungsvorsprungsanordnung 54 vorgesehen. Diese umfasst eine Mehrzahl von Wandungsvorsprüngen 56, welche sich entlang des Gehäuses 22 bzw. des Wandungsbereichs 30 desselben näherungsweise in der Richtung der Längsachse L erstrecken. Man erkennt, dass im Übergangsbereich 28 jeder der Bodenvorsprünge 44 in einen jeweils diesem zugeordneten Wandungsvorsprung 56 übergeht, wobei dieser Übergang vorzugsweise unterbrechungsfrei ausgebildet ist.
Aus der DE 102 23 324 A1 ist eine Wärmetauscheranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. An einer dem Gehäuseinneren zugewandten Seite eines Bodenbereichs dieser Wärmetauscheranordnung ist eine Bodenvorsprungsanordnung mit einer Mehrzahl von Bodenvorsprüngen vorgesehen. Einer dieser Bodenvorsprünge erstreckt sich diametral über den gesamten Bodenbereich und unterteilt einen zu einer Abgasaustrittöffnung führenden Abgasströmungsraum derart, dass zwei annähernd gleiche Teilströme entstehen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Wärmetauscheranordnung so weiterzubilden, dass auch eine verbesserte, gleichmäßige Wärmeaufnahme erzielbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Wärmetauscheranordnung für eine Heizeinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend ein topfartiges Gehäuse mit einem Bodenbereich und einem Wandungsbereich, wobei an einer dem Gehäuseinneren zugewandten Seite des Bodenbereichs eine Bodenvorsprungsanordnung mit einer Mehrzahl von bezüglich einer Längsmittenachse des Gehäuses sich von radial innen nach radial außen erstreckenden rippenartigen Bodenvorsprüngen vorgesehen ist. Die Bodenvorsprungsanordnung umfasst vier in ihrem radial inneren Bereich in einer kreuzartigen Konfiguration aneinander anschließende, also miteinander in Verbindung stehende erste Bodenvorsprünge wobei die vier ersten Bodenvorsprünge einen gegenseitigen Winkelabstand von etwa 90° zueinander aufweisen.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Wärmetauscheranordnung unterteilt die Bodenvorsprungsanordnung mit ihren im radial inneren Bereich aneinander anschließenden, also miteinander in Verbindung stehenden, Bodenvorsprüngen den Strömungsraumbereich nahe des Bodenbereichs in eine der Anzahl derartiger erster Bodenvorsprünge im Wesentlichen entsprechende Anzahl an Sektoren, in welchen eine definierte Strömung nach radial außen erzwungen wird, ohne dass ein wesentlicher Strömungsaustausch zwischen den Sektoren stattfinden kann. Es hat sich gezeigt, dass dadurch eine deutlich bessere Anströmung und somit Wärmeübertragung des gesamten Bodenbereichs erzielbar ist, bei welchem eine sehr gleichmäßige Ausnutzung der durch den Bodenbereich bereitgestellten Wärmeübertragungsfläche erzielt wird. Mit dem Vorsehen von vier ersten Bodenvorsprüngen wird die gleichmäßige Ausnutzung des gesamten Bodenbereichs dadurch unterstützt, dass die vier ersten Bodenvorsprünge einen gegenseitigen Winkelabstand von etwa 90° zueinander aufweisen.
Um einerseits die Strömung definiert nach radial außen zu leiten, und zwar auch in den zwischen ersten Bodenvorsprüngen begrenzten Sektoren, andererseits die Oberfläche des Bodenbereichs zu vergrößern, weist die Bodenvorsprungsanordnung zwischen wenigstens zwei ersten Bodenvorsprüngen wenigstens einen zweiten Bodenvorsprung auf, der in seinem radial inneren Bereich nicht an einen ersten Bodenvorsprung anschließt, also nicht mit einem ersten Bodenvorsprung in Verbindung steht, wobei vorzugsweise zwischen wenigstens zwei ersten Bodenvorsprüngen eine Mehrzahl zweiter Bodenvorsprünge vorgesehen ist.
Die zweiten Bodenvorsprünge können zueinander unterschiedliche Erstreckungslängen nach radial innen aufweisen, um dafür sorgen zu können, dass in ihrem radial inneren Bereich Strömungsdurchlässe entstehen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Bodenvorsprungsanordnung zwischen wenigstens zwei ersten Bodenvorsprüngen wenigstens einen zweiten Bodenvorsprung aufweist, der in seinem radial inneren Bereich nicht in Verbindung mit einem weiteren zweiten Bodenvorsprung steht.
Bei einem vorteilhaften Aspekt kann weiter vorgesehen sein, dass wenigstens ein zweiter Bodenvorsprung in seinem radial äußeren Bereich in einen am Wandungsbereich sich erstreckenden rippenartigen Wandungsvorsprung übergeht oder/und dass wenigstens ein erster Bodenvorsprung in seinem radial äußeren Bereich in einen am Wandungsbereich sich erstreckenden Wandungsvorsprung übergeht.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Heizeinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug mit einem Brennerbereich und einer erfindungsgemäß ausgestalteten Wärmetauscheranordnung.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:

1 eine Längsschnittansicht einer Heizeinrichtung mit einem Brennerbereich und einer Wärmetauscheranordnung gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Axialansicht eines Gehäuses einer erfindungsgemäß aufgebauten Wärmetauscheranordnung, welche die Innenseite des Gehäuses zeigt;
3 eine Axialansicht des in 2 gezeigten Gehäuses, betrachtet von der die Außenseite zeigenden axialen Seite.

Bevor mit Bezug auf die 2 und 3 der erfindungsgemäße Aufbau eines topfartig gestalteten Gehäuses einer Wärmetauscheranordnung detailliert erläutert wird, sei darauf hingewiesen, dass dieses eingesetzt werden kann in einer Heizeinrichtung, wie sie grundsätzlich vorangehend mit Bezug auf die 1 detailliert erläutert worden ist.
Die 2 zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes topfartiges Gehäuse 22, betrachtet von der rechten Seite der 1, also einer Betrachtungsrichtung, welche die Innenseite des Gehäuses 22 zeigt. Man erkennt am Bodenbereich 26 an der zum Flammrohr hin weisenden Seite 40 die Bodenvorsprungsanordnung 42 mit ihren rippenartigen Bodenvorsprüngen. Insbesondere erkennt man vier erste Bodenvorsprünge 60, die sich von radial außen jeweils anschließend an einen Wandungsvorsprung 54 nach radial innen bis in den Mittenbereich 62 des Bodenbereichs 26 erstrecken. Dort treffen die vier ersten Bodenvorsprünge 60 aufeinander, stehen also miteinander in Verbindung und bilden somit die in der 2 erkennbare kreuzartige Konfiguration, bei der die in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Bodenvorsprünge 60 einen gegenseitigen Abstand von etwa 90° zueinander aufweisen.
Durch diese ersten Bodenvorsprünge 60 der Bodenvorsprungsanordnung 42 sind also vier Sektoren 64 gebildet, die jeweils eine Winkelerstreckung von etwa 90° aufweisen. In jedem dieser Sektoren 64 ist eine Mehrzahl zweiter Bodenvorsprünge 44 vorhanden, die sich nach radial innen weniger weit erstrecken, als die ersten Bodenvorsprünge 60, die in ihrem radial äußeren Bereich jedoch jeweils an einen Wandungsvorsprung 54 anschließen. Insbesondere erkennt man in der 2, dass die in einem jeweiligen Sektor 64 vorgesehenen zweiten Bodenvorsprünge 44 unterschiedliche Längen aufweisen, so dass jeweils ein Bodenvorsprung 44' mit größerer Erstreckungslänge nach radial innen auf einen Vorsprung 44" mit geringer Erstreckungslänge nach radial innen folgt. Insbesondere sind drei kürzere Bodenvorsprünge 44" und zwischen diesen zwei längere Bodenvorsprünge 44' vorgesehen.
Durch diese in der 2 erkennbare Ausgestaltung der Bodenvorsprungsanordnung 42 wird eine sehr gleichmäßige Anströmung des Bodenbereichs 26 mit den das Flammrohr 16 verlassenden Verbrennungsabgasen erlangt. Insbesondere wird eine sehr gleichmäßige Umlenkung der Verbrennungsabgase nach radial außen in die vier Sektoren 64 erzielt, wobei die ersten Bodenvorsprünge 60 nicht nur diese sektorartige Aufteilung der Abgasströmung erzielen, sondern gleichzeitig auch zur Vergrößerung der zur Wärmeaufnahme dienenden Oberfläche am Bodenbereich 26 beitragen, ebenso wie die zweiten Bodenvorsprünge 44. Es kann somit eine einseitige Belastung des Gehäuses 22 vermieden werden und dessen Oberfläche vollständig und gleichmäßig unter Vermeidung strömungsarmer Gebiete zur Wärmeübertragung genutzt werden. Damit werden auch Temperaturspitzen im Bereich einzelner Bodenvorsprünge 44 bzw. 60 vermieden.
An der in 3 erkennbaren Außenseite des Gehäuses 22 bzw. des Bodenbereichs 26 desselben sind wieder die rippenartigen Vorsprünge bzw. Erhöhungen 38 erkennbar, die hier insgesamt in vier radial gestaffelten, im Wesentlichen U-förmig verlaufenden Linien vorhanden sind. Das zu erwärmende Medium strömt den Bodenbereich 26 entlang dieser Linien von Erhöhungen 38 bzw. der dazwischen gebildeten Zwischenräume an, und wird somit ebenfalls sehr gleichmäßig über den gesamten Bodenbereich 26 geleitet. In Verbindung mit der in 2 erkennbaren Ausgestaltung der Bodenvorsprungsanordnung 42 lässt sich somit eine sehr effiziente, gleichmäßige Wärmeübertragung von den heißen Verbrennungsabgasen auf das zu erwärmende Medium, also beispielsweise Wasser oder eine sonstige Flüssigkeit, erzielen.

Claims

Wärmetauscheranordnung für eine Heizeinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend ein topfartiges Gehäuse (22) mit einem Bodenbereich (26) und einem Wandungsbereich (30), wobei an einer dem Gehäuseinneren zugewandten Seite (40) des Bodenbereichs (26) eine Bodenvorsprungsanordnung (42) mit einer Mehrzahl von bezüglich einer Längsmittenachse (L) des Gehäuses (22) sich von radial innen nach radial außen erstreckenden rippenartigen Bodenvorsprüngen (60, 66) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenvorsprungsanordnung (42) vier in ihrem radial inneren Bereich in einer kreuzartigen Konfiguration aneinander anschließende erste Bodenvorsprünge (60) umfasst, wobei die vier ersten Bodenvorsprünge (60) einen gegenseitigen Winkelabstand von etwa 90° zueinander aufweisen, und dass die Bodenvorsprungsanordnung (42) zwischen wenigstens zwei ersten Bodenvorsprüngen (60) wenigstens einen zweiten Bodenvorsprung (44) aufweist, der in seinem radial inneren Bereich nicht an einen ersten Bodenvorsprung (60) anschließt.
Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens zwei ersten Bodenvorsprüngen (60) eine Mehrzahl zweiter Bodenvorsprünge (44', 44'') vorgesehen ist.
Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen zwei ersten Bodenvorsprüngen (60) vorgesehenen zweiten Bodenvorsprünge (44', 44'') unterschiedliche Erstreckungslängen nach radial innen aufweisen.
Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenvorsprungsanordnung (42) zwischen wenigstens zwei ersten Bodenvorsprüngen (60) wenigstens einen zweiten Bodenvorsprung (44', 44'') aufweist, der in seinem radial inneren Bereich nicht in Verbindung mit einem weiteren zweiten Bodenvorsprung (44', 44'') steht.
Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter Bodenvorsprung (44) in seinem radial äußeren Bereich in einen am Wandungsbereich (30) sich erstreckenden rippenartigen Wandungsvorsprung (56) übergeht.
Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster Bodenvorsprung (60) in seinem radial äußeren Bereich in einen am Wandungsbereich (30) sich erstreckenden Wandungsvorsprung (56) übergeht.
Heizeinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend einen Brennerbereich zur Erzeugung heißer Verbrennungsabgase und eine Wärmetauscheranordnung (24) nach einem der vorangehenden Ansprüche.