DE10358016B3 - Heat-exchanger system for a motor vehicle's heater has magnesium outer and aluminum inner heat-exchanger housings - Google Patents

Heat-exchanger system for a motor vehicle's heater has magnesium outer and aluminum inner heat-exchanger housings Download PDF

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Abstract

Together with an outer heat-exchanger housing (26) of magnesium-type material, an inner heat-exchanger housing (24) of aluminum-type material marks the boundary of a flow area (30) for a substance to be heated up, e.g. water. Both heat-exchanger housings have a pot-type shape and are glued together in an edge area (28).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranordnung für ein Heizgerät, insbesondere Fahrzeugheizgerät, umfassend ein inneres Wärmetauschergehäuse, das zusammen mit einem äußeren Wärmetauschergehäuse, Mantel genannt, einen Strömungsraum für zu erwärmendes Medium begrenzt.The The present invention relates to a heat exchanger arrangement for a heater, in particular Vehicle heater, comprising an inner heat exchanger housing, the together with an outer heat exchanger housing, jacket called, a flow space for too be heated Medium limited.

Bei derartigen beispielsweise in Fahrzeugheizgeräten, die als Zuheizer oder Standheizung betrieben werden können, eingesetzten Wärmetauscheranordnungen nimmt im Allgemeinen das innere Wärmetauschergehäuse von den darin strömenden Verbrennungsabgasen Wärme auf und transportiert diese in Richtung zu dem zu erwärmenden Medium, also beispielsweise einem flüssigen Medium, wie z. B. Wasser. Dabei soll der Wärmeübertrag von den heißen Verbrennungsabgasen zu dem zu erwärmendem Medium möglichst ohne Wärmeübertragungsverluste erfolgen, d. h. durch das innere Wärmetauschergehäuse soll ein möglichst geringer Wärmeübertragungswiderstand bereitgestellt werden. Da im Allgemeinen die beiden Wärmetauschergehäuse aus dem gleichen Material gebildet sind, besteht das Problem, dass das zu erwärmende Medium, das über das innere Wärmetauschergehäuse Wärme zugeführt bekommt, diese Wärme dann auch auf das äußere Wärmetauschergehäuse überträgt und von diesem die Wärme dann zur Umgebung hin als Strahlungswärme abgegeben wird.at such as in vehicle heaters, which as a heater or Can be operated auxiliary heating, used heat exchanger assemblies generally takes the inner heat exchanger housing of the combustion exhaust gases flowing therein Heat up and transports them toward the to be heated Medium, so for example a liquid medium such. B. water. Here, the heat transfer from the hot Combustion exhaust gases to the medium to be heated as possible without heat transfer losses take place, d. H. through the inner heat exchanger housing one possible low heat transfer resistance to be provided. As generally the two heat exchanger housing from the same material are formed, the problem is that too heated Medium, that about the inner heat exchanger housing receives heat, this heat then transfers to the outer heat exchanger housing and of this the heat then emitted to the environment as radiant heat.

Aus der DE 102 07 953 A1 ist ein derartiges Heizgerät mit Wärmetauscheranordnung bekannt, bei welchem die Wärmetauscheranordnung zwei topfartig ausgestaltete und ineinander eingesetzte Gehäusebauteile umfasst. In dem zwischen diesen gebildeten Raum kann das zu erwärmende Medium strömen. Weiter ist die Ausgestaltung derart, dass die entlang der Innenseite des inneren Gehäuses strömenden Verbrennungsabgase auch die Außenwandung eines Brennkammergehäuses umströmen können.From the DE 102 07 953 A1 is such a heater with a heat exchanger assembly is known in which the heat exchanger assembly comprises two cup-like configured and inserted into each other housing components. In the space formed between them, the medium to be heated can flow. Furthermore, the embodiment is such that the combustion exhaust gases flowing along the inside of the inner housing can also flow around the outer wall of a combustion chamber housing.

Die DE 38 07 189 C2 offenbart ein Fahrzeugheizgerät mit einer Wärmetauscheranordnung, bei welcher die ebenfalls mit zwei topfartig ausgebildeten und ineinander eingesetzten Wärmetauschergehäusen ausgestaltete Wärmetauscheranordnung einen näherungsweisen rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitt aufweist. In entsprechender Weise weist auch der zwischen den beiden Wärmetauschergehäusen gebildeten Raum eine derartige Querschnittskonfiguration auf, ebenso wie der von dem inneren Wärmetauschergehäuse umgebende und die Verbrennungsabgase führende Raum. Auf diese Art und Weise soll bei erleichterter Montierbarkeit ein sehr gutes Wärmeübertragungsverhalten erzielt werden.The DE 38 07 189 C2 discloses a vehicle heater with a heat exchanger assembly in which the likewise designed with two pot-shaped and inserted into each other heat exchanger housings heat exchanger assembly has an approximate rectangular or square cross-section. Likewise, the space formed between the two heat exchanger housings also has such a cross-sectional configuration as well as the space surrounding the internal heat exchanger housing and the combustion exhaust gases. In this way, a very good heat transfer behavior should be achieved with ease of assembly.

Die FR 2 617 579 A1 offenbart ein Heizgerät für eine Zentralheizung, bei welchem eine Wärmetauscheranordnung aus einer Mehrzahl ringartig ausgestalteter und an ihren Stirnseiten aneinander angrenzend positionierter Gehäuseteile ausgebildet ist. Durch diese Gehäuseteile wird ebenfalls ein den Verbrennungsabgas-Führungsraum umgrenzendes Volumen eingeschlossen, in welchem das zu erwärmende Medium, also beispielsweise Wasser, strömen kann.The FR 2 617 579 A1 discloses a heater for a central heating in which a heat exchanger assembly is formed of a plurality of annularly designed and at their end sides adjacent to each other positioned housing parts. By means of these housing parts, a volume enclosing the combustion exhaust gas guide space is likewise enclosed, in which the medium to be heated, for example water, can flow.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmetauscheranordnung bereitzustellen, welche eine effizientere Übertragung der Wärme auf das zu erwärmende Medium ermöglicht.It The object of the present invention is a heat exchanger arrangement to provide a more efficient transfer of heat the to be heated Medium allows.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Wärmetauscheranordnung für ein Heizgerät, insbesondere Fahrzeugheizgerät, umfassend ein inneres Wärmetauschergehäuse, das zusammen mit einem äußeren Wärmetauschergehäuse einen Strömungsraum für zu erwärmendes Medium begrenzt, wobei das äußere Wärmetauschergehäuse aus Magnesium oder Magnesium enthaltendem Material gebildet ist.According to the invention this Task solved by a heat exchanger assembly for a Heater, in particular vehicle heater, comprising an inner heat exchanger housing, the together with an outer heat exchanger housing a flow chamber for too be heated Medium limited, the outer heat exchanger housing off Magnesium or magnesium containing material is formed.

Der Einsatz von Magnesium oder einem Magnesium haltigen Material, also beispielsweise einer Magnesiumlegierung, führt zu dem elementaren Vorteil, dass aufgrund der Tatsache, dass Magnesium einen deutlich geringeren Wärmeleitkoeffizienten aufweist, als beispielsweise Aluminium, der Wärmeübertrag von dem zu erwärmenden Medium auf das äußere Wärmetauschergehäuse und von diesem dann zur Umgebung hin deutlich gemindert werden kann. Das heißt, die einmal über das innere Wärmetauschergehäuse auf das zu erwärmende Medium übertragene Wärme wird zu einem deutlich geringeren Anteil auf das äußere Wärmetauschergehäuse übertragen und kann somit effizienter in dem zu erwärmenden Medium abtransportiert werden.Of the Use of magnesium or a magnesium-containing material, ie for example, a magnesium alloy, leads to the elementary advantage that due to the fact that magnesium is a much lower coefficient of thermal conductivity has, for example, as aluminum, the heat transfer from the to be heated Medium on the outer heat exchanger housing and From this then the environment can be significantly reduced. This means, the once over the inner heat exchanger housing on the to be heated Medium transmitted Heat is transferred to a much lower proportion of the outer heat exchanger housing and thus can be transported away more efficiently in the medium to be heated become.

Bei einer aus baulichen Gründen besonders bevorzugten Ausgestaltungsform kann vorgesehen sein, dass das innere Wärmetauschergehäuse und das äußere Wärmetauschergehäuse im Wesentlichen topfartig ausgebildet sind.at one for structural reasons Particularly preferred embodiment can be provided that the inner heat exchanger housing and the outer heat exchanger housing substantially pot-shaped.

Um insbesondere auch dann, wenn für die beiden Wärmetauschergehäuse unterschiedliche Materialien verwendet werden, eine stabile Verbindung und somit auch einen dichten Abschluss des das zu erwärmende Medium führenden Strömungsraums zu erlangen, wird vorgeschlagen, dass das innere Wärmetauschergehäuse und das äußere Wärmetauschergehäuse in einem Randbereich durch Verkleben miteinander verbunden sind.In particular, even if different materials are used for the two heat exchanger housing to obtain a stable connection and thus also a tight seal of the medium to be heated leading flow space, it is proposed that the inner heat exchanger housing and the outer heat Metauschergehäuse are connected together in an edge region by gluing.

Auch bei Aufbau des äußeren Wärmetauschergehäuses aus Magnesium oder einem Magnesium enthaltenden Material ist es zur effizienten Wärmeübertragung von den Verbrennungsabgasen auf das zu erwärmende Medium vorteilhaft, wenn das innere Wärmetauschergehäuse aus Aluminium oder einem Aluminium enthaltenden Material gebildet ist.Also in construction of the outer heat exchanger housing Magnesium or a magnesium-containing material is it to efficient heat transfer advantageous from the combustion exhaust gases on the medium to be heated, if the inner heat exchanger housing off Aluminum or an aluminum-containing material is formed.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung detailliert beschrieben, welche eine Längsschnittansicht eines mit einer erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung ausgestatteten Heizgeräts zeigt.The The present invention will be described below with reference to the attached Detailed description of drawing, which is a longitudinal sectional view of a a heat exchanger assembly according to the invention equipped heater shows.

In der Figur ist eine erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung allgemein mit 10 bezeichnet. Diese Wärmetauscheranordnung 10 ist hier in Kombination mit einem Heizgerät 12 gezeigt, von welchem die wesentlichen Systembereiche erkennbar sind. So umfasst das Heizgerät ein topfartiges Brennkammergehäuse 14, das eine Brennkammer 16 umschließt. In diese Brennkammer 16 werden der zu verbrennende Brennstoff und die dazu erforderliche Verbrennungsluft eingespeist, und die bei der in der Brennkammer 16 ablaufenden Verbrennung erzeugten Verbrennungsabgase strömen aus dem in Richtung der Längsache L offenen Brennkammergehäuse 14 durch eine Flammblende 18 in ein an das Brennkammergehäuse 14 anschließendes Flammrohr 20 ein. Am axial offenen Endbereich 22 des Flammrohrs 20 treten die heißen Verbrennungsabgase in Richtung der Pfeile aus diesem aus, werden durch die Wärmetauscheranordnung 10 umgelenkt und strömen an der Außenseite des Flammrohrs 20 zurück. Bei dieser Zurückströmung und beim Auftreffen auf die Wärmetauscheranordnung 10 übertragen die Verbrennungsabgase Wärme auf die Wärmetauscheranordnung 10 und somit ein darin strömendes zu erwärmendes Medium.In the figure, a heat exchanger assembly according to the invention is generally with 10 designated. This heat exchanger arrangement 10 is here in combination with a heater 12 shown, of which the essential system areas are recognizable. Thus, the heater comprises a pot-like combustion chamber housing 14 that has a combustion chamber 16 encloses. In this combustion chamber 16 are fed to the fuel to be burned and the combustion air required for this, and at the in the combustion chamber 16 combustion exhaust gases produced flow from the open in the direction of the longitudinal axis L combustion chamber housing 14 through a flame-stop 18 in a to the combustion chamber housing 14 subsequent flame tube 20 one. At the axially open end 22 of the flame tube 20 exit the hot combustion gases in the direction of the arrows from this, are through the heat exchanger assembly 10 deflected and flow on the outside of the flame tube 20 back. In this backflow and when hitting the heat exchanger assembly 10 the combustion gases transfer heat to the heat exchanger assembly 10 and thus a medium to be heated flowing therein.

Man erkennt in der Figur, dass die Wärmetauscheranordnung 10 ein topfartiges inneres Wärmetauschergehäuse 24 und ein dieses umgebendes und im Wesentlichen ebenfalls topfartig ausgestaltetes äußeres Wärmetauschergehäuse 26 umfasst. Diese beiden topfartigen Wärmetauschergehäuse 24, 26 sind in einem Randbereich 28 unter Erzeugung eines im Wesentlichen dichten Abschlusses beispielsweise durch Verklebung miteinander fest verbunden. Auf diese Art und Weise wird zwischen den beiden Wärmetauschergehäusen 24, 26 ein Strömungsraum 30 gebildet, welchen das zu erwärmende Medium, also beispielsweise eine Flüssigkeit wie Wasser oder dergleichen, durchströmen kann. Hierzu sind nicht weiter dargestellte Eintritts- und Austrittsöffnungen vorhanden, die eine Durchströmung der Wärmetauscheranordnung 10 ermöglichen.It can be seen in the figure that the heat exchanger assembly 10 a cup-shaped inner heat exchanger housing 24 and a surrounding this and essentially also cup-like outer heat exchanger housing 26 includes. These two cup-shaped heat exchanger housings 24 . 26 are in a border area 28 firmly bonded together, for example by gluing, to produce a substantially tight seal. In this way, between the two heat exchanger housings 24 . 26 a flow space 30 formed, which the medium to be heated, so for example, a liquid such as water or the like, can flow through. For this purpose, not shown inlet and outlet openings are present, which is a flow through the heat exchanger assembly 10 enable.

Die aus dem Flammrohr 20 austretenden Verbrennungsabgase treffen auf einen Bodenbereich 32 des inneren Wärmetauschergehäuses 24 auf und werden durch diesen nach radial außen umgelenkt. Durch einen zwischen dem Flammrohr 20 und dem Umfangswandungsbereich 34 des inneren Wärmetauschergehäuses 24 gebildeten Zwischenraum 36 strömen die Verbrennungsabgase dann in Richtung Brennkammergehäuse 14 zurück und verlassen die Anordnung dann im Bereich einer Austrittsöffnung. Beim Strömen entlang des Bodenbereichs 32 und Umfangswandungsbereichs 34 übertragen die Verbrennungsabgase Wärme auf das innere Wärmetauschergehäuse 24, welches wiederum die Wärme an das im Strömungsraum 30 strömende Medium abgeben. Um hier eine effiziente Wechselwirkung zu erlangen, kann das innere Wärmetauschergehäuse 24 an seiner Außenseite mit einer schraubenartigen Vorsprungskonfiguration 38 versehen sein, die einerseits die Wechselwirkungsoberfläche vergrößert und die andererseits dafür sorgt, dass das im Strömungsraum 30 strömende Medium einen wendelartigen Weg nimmt und somit eine vergleichsweise lange Wechselwirkungsstrecke zur Wärmeaufnahme hat. Auch im Bodenbereich 32 können Vorsprünge 40 zur verbesserten Wärmeübertragung ausgebildet sein.The from the flame tube 20 Exiting combustion exhaust gases hit a floor area 32 the inner heat exchanger housing 24 on and are deflected by this radially outward. Through one between the flame tube 20 and the peripheral wall area 34 the inner heat exchanger housing 24 formed gap 36 The combustion exhaust gases then flow in the direction of the combustion chamber housing 14 back and then leave the arrangement in the area of an outlet opening. When flowing along the floor area 32 and peripheral wall area 34 the combustion gases transfer heat to the inner heat exchanger housing 24 , which in turn transfers the heat to that in the flow space 30 deliver flowing medium. In order to achieve an efficient interaction here, the inner heat exchanger housing 24 on its outside with a helical boss configuration 38 be provided, on the one hand increases the interaction surface and on the other hand ensures that in the flow space 30 flowing medium takes a helical path and thus has a comparatively long interaction path for heat absorption. Also in the ground area 32 can projections 40 be designed for improved heat transfer.

Um die Wärmetauscheranordnung 10 zur Erwärmung des darin strömenden Mediums möglichst effizient betreiben zu können, sollte das innere Wärmetauschergehäuse 24 aus einem Material aufgebaut sein, das einerseits den hohen Temperaturen der Verbrennungsabgase ausgesetzt werden kann, das andererseits jedoch einen vergleichsweise geringen Wärmeleitwiderstand aufweist. Hier kommen beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung als geeignete Materialien in Betracht. Bei dem äußeren Wärmetauschergehäuse oder Mantelgehäuse 26 ist gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ein Material zum Aufbau desselben vorgesehen, das dafür sorgt, dass die im zu erwärmenden Medium aufgenommene Wärme im Wesentlichen auch darin enthalten bleibt. Erfindungsgemäß wird dieses äußere Wärmetauschergehäuse 26 aus Magnesium oder einem Magnesium enthaltenden Material, wie z. B. einer Magesiumlegierung, aufgebaut. Dieses Material weist im Vergleich zu Aluminium mit ca. 50 W/mK einen deutlich geringeren Wärmeleitungskoeffizienten auf. Aufgrund dessen wird also im äußeren Wärmetauschergehäuse 26 dem Wärmestrom ein deutlich größerer Widerstand entgegengesetzt, was zur Folge hat, dass die im zu erwärmenden Medium aufgenommene Wärme im Wesentlichen auch darin enthalten bleibt und aus dem Bereich der Wärmetauscheranordnung abgeführt wird.To the heat exchanger assembly 10 to operate as efficiently as possible for heating the medium flowing therein, should the inner heat exchanger housing 24 be constructed of a material that can be exposed to the high temperatures of the combustion exhaust gases on the one hand, on the other hand, however, has a comparatively low thermal resistance. Here, for example, aluminum or an aluminum alloy as suitable materials into consideration. In the outer heat exchanger housing or jacket housing 26 According to the principles of the present invention, there is provided a material for constituting the same, which ensures that the heat absorbed in the medium to be heated remains substantially contained therein. According to the invention, this outer heat exchanger housing 26 of magnesium or a magnesium-containing material, such as. B. a Magesiumlegierung constructed. This material has a significantly lower coefficient of thermal conductivity compared to aluminum with approx. 50 W / mK. Due to this, therefore, in the outer heat exchanger housing 26 the heat flow opposite a significantly greater resistance, which has the consequence that the heat absorbed in the medium to be heated substantially also contained therein and is discharged from the region of the heat exchanger assembly.

Neben dem Vorteil der geringeren Strahlungsverluste am äußeren Wärmetauschergehäuse 26 durch die angesprochene geringere Wärmeleitfähigkeit hat der Einsatz des Materials Magnesium auch eine deutliche Gewichtsreduzierung im Vergleich zu beispielsweise aus Aluminium aufgebauten Gehäusen zur Folge. Auch kann unter Einsatz dieses Materials dieses äußere Wärmetauschergehäuse mit dünnerer Materialstärke hergestellt werden, wodurch einerseits eine kompakte Bauweise ermöglicht wird und andererseits aufgrund des geringeren Materialvolumens auch der im Vergleich zu Aluminium höhere Preis von Magnesium kompensiert werden kann. Weiterhin zeichnet sich Magnesium oder ein Magnesiumlegierungsmaterial durch eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit und eine im Vergleich zu Aluminium bessere Gießbarkeit aus, was wiederum längere Werkzeugstandzeiten zur Folge hat. Bei der Fertigung von derartigen Gehäusebauteilen aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung können sehr geringe Fertigungstoleranzen erzielt werden. Außerdem zeichnet sich dieses Material durch eine gute Bearbeitbarkeit aus. Schließlich lässt sich auch Magnesium durch Verbindungsverfahren, wie z. B. Verkleben, sehr stabil mit anderen Materialien, wie z. B. Aluminium, verbinden, so dass ein fluiddichter Abschluss des Strömungsraums 30 sichergestellt werden kann.In addition to the advantage of lower radiation losses at the outer heat exchanger housing 26 Due to the lower thermal conductivity mentioned, the use of the material magnesium also results in a significant reduction in weight compared to, for example, aluminum housings. Also, using this material this outer heat exchanger housing can be made with thinner material thickness, which on the one hand a compact design is made possible and on the other hand, due to the lower material volume and the higher price of magnesium can be compensated compared to aluminum. Furthermore, magnesium or a magnesium alloy material is characterized by a very high corrosion resistance and a better castability compared to aluminum, which in turn results in longer tool life. In the production of such housing components made of magnesium or a magnesium alloy very low manufacturing tolerances can be achieved. In addition, this material is characterized by a good workability. Finally, magnesium can also be prepared by bonding methods, such. B. bonding, very stable with other materials, such. As aluminum, connect, so that a fluid-tight closure of the flow space 30 can be ensured.

Es sei abschließend darauf hingewiesen, dass selbstverständlich die in der Figur dargestellte Ausgestaltung der Wärmetauscheranordnung 10 hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus des äußeren Wärmetauschergehäuses 26 und des inneren Wärmetauschergehäuses 24 nur beispielhaft ist. So können selbstverständlich andere Vorsprungsformationen vorgesehen sein, ebenso kann die Formgebung des äußeren Wärmetauschergehäuses an seinem Außenumfangsbereich anders gewählt sein, beispielsweise angepasst an spezielle Bauraumvorgaben eines diese Wärmetauscheranordnung aufnehmenden Fahrzeugs.It should finally be noted that, of course, the embodiment of the heat exchanger arrangement shown in the figure 10 with regard to the structural design of the outer heat exchanger housing 26 and the inner heat exchanger housing 24 is only an example. Thus, of course, other projection formations may be provided, as well as the shape of the outer heat exchanger housing may be selected differently at its outer peripheral region, for example, adapted to specific space requirements of this heat exchanger assembly receiving vehicle.

Claims (4)

Wärmetauscheranordnung für ein Heizgerät, insbesondere Fahrzeugheizgerät, umfassend ein inneres Wärmetauschergehäuse (24), das zusammen mit einem äußeren Wärmetauschergehäuse (26) einen Strömungsraum (30) für zu erwärmendes Medium begrenzt, wobei das äußere Wärmetauschergehäuse (29) aus Magnesium oder Magnesium enthaltendem Material gebildet ist.Heat exchanger arrangement for a heater, in particular a vehicle heater, comprising an inner heat exchanger housing ( 24 ), which together with an outer heat exchanger housing ( 26 ) a flow space ( 30 ) limited to medium to be heated, wherein the outer heat exchanger housing ( 29 ) is formed of magnesium or magnesium containing material. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wärmetauschergehäuse (24) und das äußere Wärmetauschergehäuse (26) im Wesentlichen topfartig ausgebildet sind.Heat exchanger arrangement according to claim 1, characterized in that the inner heat exchanger housing ( 24 ) and the outer heat exchanger housing ( 26 ) are substantially pot-shaped. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wärmetauschergehäuse (24) und das äußere Wärmetauschergehäuse (26) in einem Randbereich (28) durch Verkleben miteinander verbunden sind.Heat exchanger arrangement according to claim 2, characterized in that the inner heat exchanger housing ( 24 ) and the outer heat exchanger housing ( 26 ) in a peripheral area ( 28 ) are bonded together by gluing. Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wärmetauschergehäuse (26) aus Aluminium oder Aluminium enthaltendem Material gebildet ist.Heat exchanger arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner heat exchanger housing ( 26 ) is formed of aluminum or aluminum containing material.
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