DE19509780C1 - Fahrzeugheizgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugheizgerät mit einem eine von einem Boden begrenzte Brennkammer aufweisenden Brenner und mit einem zumindestens einen Teil des Brenners umgebenden Wärmetauscher, dessen von einer Außenwand und einer einstückig mit dieser verbundenen Innenwand begrenzter Ringraum von einem flüssigen Wärmeträger durchströmt wird.

Ein derartiges Heizgerät ist aus der DE 34 16 878 A1 bekannt. Bei diesem wird der von einem flüssigen Wärmeträger durchströmte Ringraum eines Wärmetauschers von einem als Strangpreßprofil mit einer Innenwand und einer einstückig mit dieser verbundenen Außenwand ausgebildeten Gehäuse gebildet. Um flüssigkeitsdichte Verbindungen zwischen diesem Gehäuse und dem doppelwandigen Boden zu schaffen, welche auch wechselnden Temperaturbeanspruchungen standhalten, ist aufgrund von zwei umlaufenden Schweißnähten ein hoher Fertigungsaufwand erforderlich.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Fertigungs- und Montageaufwand für ein Fahrzeugheizgerät zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Mittel gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Dadurch, daß der Wärmetauscher derart ausgebildet ist, daß dessen Boden die Außenwand und die Innenwand einstückig verbindet und gleichzeitig mit seiner Innenseite die Brennkammer begrenzt, wird der flüssigkeitsführende Teil im wesentlichen von einem einzigen Bauteil gebildet, so daß keine Dichtigkeitsprobleme vom flüssigkeitsführenden Ringraum zum rauchgasführenden Innenraum des Heizgerätes auftreten können. Gegenüber dem Stand der Technik, bei dem für die beiden den vom Wärmeträger durchströmten Ringraum begrenzenden Gehäuseteile zwei verschiedene Werkzeuge mit dem entsprechend erhöhten Fertigungsaufwand und logistischen Aufwand erforderlich waren, wird gemaß der Erfindung durch die integrierte Ausbildung des Wärmetauschers mit dem vom Wärmeträger durchströmten Hohlmantel eine deutliche Kostenreduzierung erzielt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Wärmetauscher von einem Gußteil gebildet. Sowohl im Hinblick auf die guten Wärmeübertragungseigenschaften als auch im Hinblick auf das geringe Gewicht, welches wegen des Einsatzes in Fahrzeugen anzustreben ist, ist eine Ausbildung als Leichtmetall-Druckgußteil dabei besonders vorteilhaft.

Da im Gegensatz zum Stand der Technik der Boden eines derartigen Wärmetauschers nicht vom flüssigen Wärmeträger durchströmt wird, ist es vorteilhaft, wenn dieser eine größere Wandstärke aufweist als die Wandstärke der Innenwand bzw. der Außenwand.

Hinsichtlich der Gestaltung eines guten Wärmeübergangs vom Boden zur Innenwand des Wärmetauschers ist es vorteilhaft, wenn sich die Wandstärke der Innenwand im Übergangsbereich zum Boden kontinuierlich vergrößert. Die dabei entstehende Schräge wirkt sich gleichzeitig vorteilhaft für eine Entformung bei einer Herstellung als Gußteil aus.

Zur Vergrößerung der übertragenen Wärmemenge aus den Rauchgasen auf den flüssigen Wärmeträger ist es vorteilhaft, wenn die Innenwand des Wärmetauschers in an sich bekannter Weise an ihrer der Brennkammer zugewandten Innenseite mit längsverlaufenden Rippen versehen ist.

Es ist ferner für eine weitere Erhöhung der Integrationsdichte des Bauteils Wärmetauscher vorteilhaft, wenn an der Außenwand wenigstens ein Stützen für den Durchtritt des flüssigen Wärmeträgers angeformt ist.

Einer Erhöhung der übertragenen Wärmemenge auf den flüssigen Wärmeträger dient es auch, wenn in den Ringraum ein spiralförmiges Leitelement eingesetzt wird, welches dem flüssigen Wärmeträger einen verlängerten Weg durch den Wärmetauscher aufzwingt.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Heizgerät mit einer ersten Ausführungsform eines einstückig ausgebildeten Wärmetauschers

Fig. 2 den Wärmetauscher gemäß Fig. 1 mit eingelegtem Leitelement und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Heizgerät mit einer zweiten Ausführungsform eines Wärmetauschers.

Ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Fahrzeugheizgerät weist einen Brenner 2 auf, bei dem flüssiger Brennstoff und Brennluft zu einem brennbaren Gemisch aufbereitet und mittels einer Zündeinrichtung 4 in einer Brennkammer 3 zur Flammbildung entzündet werden. Die Brennkammer 3 ist von einem zu einer Seite hin offenen Brennrohr 5 umgeben. Die bei der Verbrennung entstehenden heißen Brenngase werden nach Austritt aus dem Brennrohr 5 umgelenkt und anschließend an dessen Außenseite entlang über einen Brenngaskanal 6, der in einen ringförmigen Sammelraum 7 einmündet und weiter über einen Abgasstutzen 8 ins Freie geleitet.

Das Brennrohr 5 ist über einen großen Teil seiner Länge von einem insgesamt mit 9 bezeichneten Wärmetauscher umgeben. Der Wärmetauscher 9 setzt sich als einstückiges Leichtmetall-Druckgußteil aus einem Boden 10 und einem von diesem ausgehenden doppelwandig zylindrischen Teil zusammen. Dieser zylindrische Teil wird von einer Außenwand 11 und einer Innenwand 12 gebildet, welche einen Ringraum 13 begrenzen, durch den ein flüssiger Wärmeträger 14 strömt. Der Wärmeträger 14 wird über einen Eintrittsstutzen 15 zugeführt und über einen Austrittsstutzen 16 in den Heizkreislauf des Fahrzeuges abgeführt und auf seinem Weg durch den Ringraum 13 mittels der den Rauchgasen entzogenen Wärmeenergie erwärmt. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs ist die Innenwand 12 auf ihrer dem Brennrohr 5 zugewandten Innenseite mit längsverlaufenden Rippen 17 versehen.

In dem der Gemischbildung dienenden Teil ist das Fahrzeugheizgerät von einem Brennerkopfteil 18 als Gehäuse umgeben. Zwischen dem Brennerkopfteil 18 und dem Wärmetauscher 9 ist ein Zwischengehäuse 19 angeordnet, in welchem sich der Sammelraum 7 für das Sammeln der Brenngase befindet und an welchem der Abgasstutzen 8 angeordnet ist.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, weist der Boden 10 eine Wandstärke S₁₀ auf, welche größer ist als die Wandstärke S₁₂ der Innenwand 12 und die Wandstärke S₁₁ der Außenwand 11 des Wärmetauschers 9. Diese Verstärkung des Bodens 10 dient einer verbesserten Wärmeableitung zur Innenwand 12 bzw. zur Außenwand 11, so daß ein Durchbrennen des Bodens 10 auch bei länger andauerndem Betrieb mit voller Heizleistung mit Sicherheit verhindert wird. Eine Verbesserung des Wärmeübergangs dient es ferner, daß die Wandstärke S₁₂ der Innenwand 12 sich zum Boden 10 hin in einem Übergangsbereich 10A kontinuierlich vergrößert. Die durch den kontinuierlichen Übergang entstehende Schräge erleichtert gleichzeitig die Entformung des Wärmetauschers 9 beim Gießvorgang.

Zur Verbesserung der Wärmeübertragung vom Rauchgas auf den flüssigen Wärmeträger 14 ist ein spiralförmiges Leitelement 21 in den Ringraum 13 des Wärmetauschers 9 eingesetzt, welcher dem flüssigen Wärmeträger 14 auf seinem Weg vom Eintrittsstutzen 15 zum Austrittsstutzen 16 einen spiralförmigen verlängerten Weg aufzwingt, in dessen Verlauf eine größere Wärmeenergiemenge aus dem Rauchgas aufgenommen werden kann als bei einer einfachen axialen Durchströmung des Ringraumes 13.

Während sich beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 der flüssige Wärmeträger 14 ausschließlich im Ringraum 13 des Wärmetauschers 9 bewegt, ist bei einer alternativen Ausgestaltung gemäß Fig. 3 vorgesehen, auch ein Zwischengehäuse 19′ doppelwandig auszubilden, welches im Inneren den Sammelraum 7 für das Sammeln der Brenngase und deren Abfuhr über den Abgasstutzen 8 enthält und welches im Bereich der doppelwandigen Außenwand einen Austrittsstutzen 16′ für den flüssigen Wärmeträger aufweist. Bei einer derartigen Ausbildung ist der Ringraum 13 bis ins Zwischengehäuse 19′ hinein verlängert, wodurch insgesamt ein noch besserer Wirkungsgrad des Heizgeräts erreicht werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ferner auf der Außenseite des Bodens 10 ein Sensor 20 angedeutet, welcher die Temperatur im Bereich des Bodens 10 mißt und vorteilhafterweise an ein nicht gezeigtes Steuergerät für eine Regelung der Heizleistung durch eine entsprechend gesteuerte Brennstoff- und Brennluftzufuhr übermittelt, so daß der Boden 10 als kritisches Bauteil keiner Überhitzung ausgesetzt wird. Ein Aufnahmeraum 10B für den Sensor 20 ist vorteilhaft direkt im Boden 10 eingeformt. Ein solcher Sensor 20 kann selbstverständlich ebenfalls beim ersten Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines Fahrzeugheizgerätes wird der Fertigungs- und Montageaufwand eines solchen erheblich reduziert, wodurch sich insgesamt deutlich niedrigere Herstellungskosten ergeben.

Bezugszeichenliste

1 Fahrzeugheizgerät
2 Brenner
3 Brennkammer
4 Zündeinrichtung
5 Brennrohr
6 Brenngaskanal
7 Sammelraum
8 Abgasstützen
9 Wärmetauscher
10 Boden (von 9)
10A Übergangsbereich
10B Aufnahmeraum (für 20)
11 Außenwand (von 9)
12 Innenwand (von 9)
13 Ringraum (in 9)
14 Wärmeträger
15 Eintrittsstutzen
16, 16′ Austrittsstutzen
17 Rippen
18 Brennerkopfteil
19, 19′ Zwischengehäuse
20 Sensor
21 Leitelement
S₁₀ Wandstärke des Bodens 10
S₁₁ Wandstärke der Außenwand 11
S₁₂ Wandstärke der Innenwand 12

Claims (9)

1. Fahrzeugheizgerät (1) mit einem eine von einem Boden (10) begrenzte Brennkammer (3) aufweisenden Brenner (2) und mit einem, zumindestens einen Teil des Brenners (2) umgebenden Wärmetauscher (9), dessen von einer Außenwand (11) und einer einstückig mit dieser verbundenen Innenwand (12) begrenzter Ringraum (13) von einem flüssigen Wärmeträger (14) durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (9) derart ausgebildet ist, daß dessen Boden (10) die Außenwand (11) und die Innenwand (12) einstückig verbindet und gleichzeitig mit seiner Innenseite die Brennkammer (3) begrenzt.

2. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (9) von einem Gußteil gebildet wird.

3, Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (9) als Leichtmetall-Druckgußteil ausgebildet ist.

4. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (10) eine größere Wandstärke (S₁₀) aufweist als die Wandstärke (S₁₂ bzw. S₁₁) der Innenwand (12) bzw. der Außenwand (11).

5. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (S₁₂) der Innenwand (12) sich im Übergangsbereich (10A) zum Boden (10) kontinuierlich vergrößert.

6. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (12) an ihrer der Brennkammer (3) zugewandten Innenseite mit längsverlaufenden Rippen (17) versehen ist.

7. Fahrzeugheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwand (11) wenigstens ein Stutzen (15, 16) für den Durchtritt des flüssigen Wärmeträgers (14) angeformt ist.

8. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ringraum (13) ein spiralförmiges Leitelement (21) eingesetzt ist.

9. Fahrzeugheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß im Boden (10) ein Aufnahmeraum (10B) für einen zur Regelung der Heizleistung dienenden Sensor (20) eingeformt ist.