DE19922388A1

DE19922388A1 - Kfz-Stand- und Zusatzheizung mit katalytischer Verbrennung

Info

Publication number: DE19922388A1
Application number: DE19922388A
Authority: DE
Inventors: Kurt Michael Desch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2000-02-03

Abstract

KFZ-Stand- und Zusatzheizung mit katalytischer, flammenloser Verbrennung deren Grundkörper ein Aluminium-Strangpreßprofil ist, in dessen z. B. 6 nebeneinander angeordneten, rundumlaufend mit Kühlwasser umflossenen Kammern jeweils zwei kleine und vor allem schmale Katalysator-Stücke übereinander, mit dazwischen liegender Zündkammer angeordnet sind. Es gibt bei dieser Ausführung der katalytischen Verbrennung kein Heiz-Kessel-Denken mehr. Es gibt weder eine Brennkammer noch einen Heiz-Kessel-Befeuerungsraum.

Description

Kraftfahrzeug-Stand- und Zusatzheizung mit katalytischer Verbrennung; auch in Kombination mit einer FFZ-Klimaanlage einsetzbar, hierzu s.b. 198 09 985.1 und 198 19 073.5.

Flammenlose, katalytische Verbrennung ist z. B. bekannt aus FhG-Presseinformation 5. Februar 1997, Nr. 1. Da die einschlägigen Anmeldungen der FhG (Fraunhofer-Gesellschaft) derzeit noch nicht vorliegen, (werde FhG um Mitteilung der Anm. Nr. bitten) bitte zum Stand der Technik, nur der Auflistung wegen hier als Figuren bezeichnet, Fig. 5 und 6.

Der flammenlose Brenner der FhG ist auch gut farbig links in Fig. 2 198 09 985.1 zu sehen; in dieser Figur ist auch eine Brennkammer, mit Flammenbrenner, einer serienmäßigen Stand- und Zusatzheizung zu sehen. Der sog. flammenlose Brenner der vorst. Fig. 2 198 09 985.1 gibt nur ca. 50% seiner Heizleistung nach vorne in Richtung Brennkammer oder Heizkessel ab. Die anderen 50% werden an der sog. wassergekühlten Gasverteilerplatte, hierzu s.b. Fig. 5, Stand der Technik, dieser Anmeldung, abgegeben.

Der Erfindung liegt vorstehende Tatsache als Problem zu Grunde.

Sollte, bzw. kann man in dem von der FhG erfundenen (s. B. FhG Informationen) flammenlosen Brenner überhaupt noch so etwas wie einen herkömmlichen Brenner sehen. Was kann z. B. ein mit einem flammenlosen Brenner betriebener Zentralheizungswärmetauscher noch mit einem herkömmlichen Heizungskessel zu tun haben, wenn ca. 50% der Heizleistung der eigentlichen Flammenseite gegenüberliegend, rück-, bzw. zwischenseitig (s.b. hier Fig. 6) abgegeben werden?

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Es gibt erfindungsgemäß, bei der katalytischen Verbrennung, kein Heiz-Kessel-Denken mehr. Es gibt weder eine Brennkammer, noch einen Heiz-Kessel-Befeuerungsraum.

Gelöst wird das Problem, die aus dem Brennstoff entnommene Wärme von den Katalysator- Stücken so effizient wie möglich abzuführen, bzw. in den Kühlwasser-Kreislauf des KFZ und so auch in dessen Innenraum-Heizungs-Wärmetauscher einzubringen. Die Katalysator-Stücke sind, die sich bildenden Luft/Brennstoff-Gemisch- und die Abgas-Überleitungs-Kanäle und selbstverständlich auch die Wandstärken des Strangpreßprofiles ausgenommen, direkt vom Kühlwasser umflossen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile, die sich zwangsläufig bei der katalytische Verbrennung durch den Wegfall des Brennkammer und Heizkessel-Denkens, 50% Wärme werden nach hinten und nur noch 50% Wärme nach vorne abgegeben, ergeben, sind eine besonders kompakte und effiziente Ausführungsform einer KFZ-Stand- und Zusatzheizung mit sog. flammenlosem Brenner.

Vorteile der katalytischen Verbrennung in einer KFZ-Stand- und Zusatz-Heizung sind aus einschlägigen Unterlagen über flammenlose Brenner der Fraunhofer-Gesellschaft, Freiburg zu entnehmen und sind unter anderem auch darin zu sehen, daß an der Heizung, bzw. hinter deren bisheriger Brennkammer kein Abgas-Schalldämpfer mehr erforderlich sein wird. Stand- Heizungen mit kat. Verbr. können auch in Parkhäusern betrieben werden; was bei wechselweisem Betrieb einer Klimaanlage (Zeolith oder Absorper, Ammoniak oder Lithinpromid), insbesondere im Stau auch sehr vorteilhaft sein würde.

Eine zweite vorst., bzw. den Fig. 1, 2 und 4 gegenüber vorteilhafte Ausführung wird sein, wie dies aus Fig. 3 zu ersehen, die in den Fig. 1 und 2 zu ersehenden, dort 6 Katalysator- Stücke in mittig getrennte, voraussichtlich etwas größere, dann, analog zu 6, 12 Katalysator- Stücke aufzuteilen. Im sich zwischen den Kat-Stücken bildenden Raum wird gezündet werden (s.b. hierzu auch Fig. 6 untere Skizze). Vorzugsweise wird das Strangpreßprofil der Fig. 3 analog dem Profil der Fig. 1 und 2 ausgeführt sein.

In Fig. 4 dieser Anmeldung ist auch eine u. U. mögliche Ausführungsform einer Stand- und Zusatz-Heizung mit Abgas-Wärmetauscher angeführt, die voll in den motornahen Abgas- Katalysator eines KFZ integriert wäre, hierzu bitte Fig. 2a, b, c und 3a und 3c 198 19 073.5. Inwieweit der verschmutzte KFZ-Abgas-Kat für, zumindest so etwas ähnliches wie eine flammenlose Verbrennung herangezogen werden könnte würde noch eingehender Untersuchungen bedürfen. In jedem Fall wird auch eine neuartige elektronische Steuerung zwischen normalem Abgas-Kat-, Zusatz- und Stand-Heizbetrieb aussteuern müssen. In der Mitte des runden Abgas-Kat(s) wird u. U. eine zusätzliche Kühlung zum in Fig. 4 dargestellten Wärmetauscher I erforderlich sein.

Sicher dürfte aber sein, daß im Zuge des Drei-Liter-Auto-Denkens Stand- und Zusatz- Heizungen in, zumindest weiter, Zukunft immer in Kombination mit einem Abgas- Wärmetauscher sein werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 KFZ-Stand- und Zusatzheizung mit 6 Katalysator-Stücken, mit Einleitung des Luft/Brennstoff-Gemisches, wie aus der FhG-Darstellung Fig. 5 unten zu ersehen. WT II ist in das Strangpreßprofil integriert.

Fig. 2 ist im Prinzip wie vorst. Fig. 1; die Luft-Zufuhr erfolgt jedoch nicht über Einzelbohrungen (5), aus einem Sammelkasten (8, 9) sondern über die 6 Kanäle (2') mit deren 6, durch den Deckel (12') durchgeleiteten (21) Anschlüssen (20); analog zu vorst. Abgas-Ableitung (3', 23).

Fig. 3 zeigt, analog zum Stand der Technik, s.b. Fig. 6 Skizze (unter Pro II) eine Ausführungsform mit geteilten Kat-Stücken (30) und (31) und mittigem Zünd-Kanal (33).

Fig. 4 zeigt eine in den motornahen Abgas-Katalysator des KFZ-Motors integrierte Stand- und Zusatz-Heizung, mit Abgas-Wärmetauscher I und II

Fig. 5 und 6 zeigen, wegen noch nicht in den Händen des Anmelders befindlichen FhG-Anmeldungen, den Stand der Technik.

Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen nach Aufbau und Wirkungsweise der dargestellten Erfindung.

Fig. 1

Zu der katalytischen Verbrennung in den Katalysatoren-Stücken 1 bitte Informationsmaterial und einschlägige Anmeldungen der Fraunhofer-Gesellschaft, Freiburg. Alternativ zu dem sog. Brenngas/Luft-Gemisch wird Diesel oder Benzin verdampft, s.b. Fig. 2 198 09 985.1. Die FhG arbeitet aber an einer vereinfachten und verbesserten Kraftstoff-Einbringung. Der Anmelder denkt hier an Einspritzen oder Einsprühen, z. B. ähnlich Parfümzersteuber (26, 27 Fig. 2).

Die Kanäle 2 und 3 und die Wandstärken des Strangpreßprofiles 7 ausgenommen, sind die Kat-Stücke (1) rundum mit Kühlwasser (4) umgeben. Das Kühlwasser wird bei (11, 10) in die Kanäle (4) ein- und bei (12, 13) analog zu vorst. und wie aus den Fließpfeilen zu ersehen (durch den gesamten Querschnitt des Kühlmantel-Profiles) ausgeleitet. In die, mittels der Stöpsel (16) dicht verschlossenen, Kammern (17) der Kat-Stücke (1) strömt z. B. Brenngas/Luftgemisch über (9, 8, 5, 2) ein und über (3, 6) als Abgas aus. Eine Brennkammer im herkömmlichen Sinne, wie z. B. einen Heiz-Kessel-Feuerungsraum gibt es nicht mehr.

Fig. 2

Hier werden die Bohrungen (5) und (6) durch die Ein- (20, 21, 22) und Ableitungen (23, 24, 25) zur günstigeren, konstruktiven Ausbildung der Heizung ersetzt. S.b. wieder Strömungsrichtungspfeile.

Fig. 3

Ist die voraussichtlich sich am besten erweisende Ausführungsform mit geteilten Kat-Stücken (30, 31) und mit mittigen Zünd-Kanälen (33). Die Zündungen können z. B. beidseitig an den Verstöpselungen (16'') angebracht, bzw. über diese in die Kanäle (33) eingebracht werden. Das Strangpreßprofil (7'') wird vorteilhafterweise, entgegen wie in Fig. 3 dargestellt wie aus den Fig. 1 und 2 zu ersehen ausgebildet sein. Gas-Führung nach Fig. 1 und nach Fig. 2 möglich.

Bezugszeichenliste Fig. 1

1

Katalysator-Stücke

2

Luft/Brennstoff-Gemisch-Kanäle (und Zündraum) zum Vorheizen

3

Abgas-Überleitungskanäle

4

Kühlwasser-Mantel

5

Bohrungen zur Einleitung des Brenngas/Luft-Gemisches

6

Bohrungen zur Ableitung des Abgases

7

Strangpreßprofil mittels einer Flanschdichtung (

28

) angedichteter

8

Deckel

9

Anschluß für Einleitung der Verbrennungsluft und u. U. der Kraftstoff-Einbringung

10

Deckel mit

11

Kühlwasser-Eintritt

12

Deckel mit

13

Kühlwasser-Austritt

14

symbolisch Zündflamme (Vorheizung-Flamme)

15

Rippen (an

7

) zur Fixierung der Kat-Stücke

1

16

Verstöpselungen der

17

Schächte für die Katalysator-Stücke

1

und der sich in 17 bildenden Kanäle

2

und

3

18

19

Fig. 2

20

6 × Brennluft-Anschlüsse

21

Durchleitungen von

20

durch

12

'

22

Durchleitung, bzw. Eindichtung von

21

in

16

', die in Verbindung von

20

,

21

mit

2

' analog zu vorst.

20

,

21

,

22

23

6 × Abgas-Anschlüsse

24

Durchleitungen

25

Eindichtungen

26

Kraftstoff-Zufuhrleitung

27

symbolisch Kraftstoff-Einsprühung, z. B. ähnlich Parfüm-Zersteuber; die Zusammenfassung der dargestellten je 6 Anschlüsse

20

und

23

, außerhalb des Deckels

12

' ist weiter nicht dargestellt.

28

Flansch-Dichtung (

Fig.

1)

29

rundumlaufende, radiale Dichtung zum Andichten der Deckel

10

und

12

an das Profil

7

, wobei das Profil

7

an dessen vier Ecken, entgegen wie gezeichnet vier entsprechende Radien haben wird (

Fig.

1)

30

Kat I-Stücke

31

Kat II-Stücke

32

Brenngas/Luft Gemisch-Überleitkanäle

33

sich bilden der mittiger Zünd-Kanal

Fig. 4

34

motornaher Abgas-Kat

35

Abgas-Wärmetauscher I (s. b. hierzu auch

Fig.

6 untere Abbildung)

36

Abgas-Wärmetauscher II

37

Kat I

38

Kat II

39

Brenngas/Luft-Gemisch-Zuführung, bzw. hierzu bitte auch

Fig.

2, 25 und 27

Fig. 5

40

Wärmetauscher I: wassergekühlte Gasverteilerplatte

41

Wärmetauscher II, in der FhG-Darstellung dieser

Fig.

5 ist der WT II eigentlich der Heizungs-Kessel, in diesen "hineinbrennende" flammenloser Brenner s. b. farbige drei Abbildung

Fig.

2 198 09 985.1

Claims

1. Kraftfahrzeug-Stand- und Zusatzheizung mit katalytischer Verbrennung, auch in Kombination mit einer Klimaanlage einsetzbar und vorzugsweise kombiniert mit einem Abgas-Wärmetauscher, wobei der Wabenkatalysator vorzugsweise in mehrere längliche, rechteckige, in der Längsrichtung des Rechteckquerschnittes durchströmte (durchbrannte) Einzel-Katalysator-Stücke aufgeteilt, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper und Wärmetauscher der Heizung ein, vorzugsweise Aluminium, Strangpreßprofil (7), in dem die Schächte (17) zur Aufnahme der eingeschobenen Katalysator-Stücke (1), die sich in (17) ergebenden Kanäle: Luft/Brennstoff (2), sowie Vorheizflamme (14), Abgas-Überleitung (3) und der Kühlwasser-Mantel (4), der, die Kanäle (2 und 3) ausgenommen, die Katalysator-Stücke (1), zur Wärmeabgabe, wiederum die dazwischen liegenden Wandstärken des Profiles (7) ausgenommen, unmittelbar umgibt, gebildet sind, ist (Fig. 1, 2, 3 und 4).

2. Heizung nach vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Kanäle (17) des Strangpreßprofiles (7) eingeschobenen Katalysatorstücken in der Längsrichtung ihres rechteckigen Querschnittes zweigeteilt, wobei zwischen der Oberseite der unteren Kat I-Stücke (30) und der Unterseite der oberen Kat II-Stücke (31) die Räume, bzw. die Kanäle (33) für die Vorheizung (14'') gebildet sind (Fig. 3).

3. Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß bei dicht verstöpselten (16) Aufnahmekanälen (17) für die Kat-Stücke (1, 1', 30, 31) die Kühlwasser-Zuleitung (11) und die Kühlwasser-Ableitung (13) zu den einzelnen Kanalsegmenten des Kühlwassermantels (4) im Strangpreßprofil (7) mittel rundumlaufend (29) auf die Außenkontur der Schnittflächen des Profiles (7) aufgedichtete Deckel (10, 12) erfolgt.

4. Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Strangpreßprofiles (7) mittels einer Flauschdichtung (28) ein Deckel (8) zur Brenngas/Luft-Gemisch-Führung (9) zu den einzelnen Zuführ-Bohrungen (5), den Kammern (17), bzw. zu den Kanälen (2), angebracht ist (Fig. 1).

5. Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die, insbesondere Verbrennungsluft-Zuführungen über, je Kammer (17'), einen Anschluß (20), der durch den Deckel (12') hindurchgeführt (21) und durch den Stöpsel (16') ebenfalls hindurchgeführt, bzw. in diesen eingedichtet (22) in die Kammern (17), bzw. in den Kanal (2) eingeleitet sind (Fig. 2).

6. Heizung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas, analog der Verbrennungsluftzuführung, je Schacht (17', 3') über 25, 24, 23) abgeleitet wird (Fig. 2).

7. Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Stöpsel (16') je Kammer (17') eine Kraftstoffeinbringleitung (26, 27), die über die ganze Länge der Kanäle (2') geführt, in diese (2') eingebracht wobei die Leitungen (26) und die Anschlüsse (20') außerhalb des Deckels (12'), in der Atmosphäre liegend, gesondert miteinander jeweils zu einem Anschluß zusammengefaßt sein werden (Fig. 2).

8. Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher I (40), wassergekühlte Gasverteilerplatte und der Wärmetauscher II (41), der eigentliche Heizkessel, bzw. die Brennerkammer mit deren Wärmetauscher in dem Kühlwasser-Mantel (4, 11,13, 7) zusammengefaßt, wobei die Wärmeabgabe von den Kat-Stücken (1, 1', 30, 31) jeweils nicht nur nach oben und unten, sondern auch seitlich, wiederum zum Kühlwasser-Mantel (4, 4', 4'') erfolgt.

9. In eine KFZ-Klimaanlage, auch für Standbetrieb geeignet, integrierte Stand- und Zusatz-Heizung, dadurch gekennzeichnet, daß diese in den motornahen Abgas- Katalysator (34) für den KFZ Motor integriert, zur katalytischen Verbrennung (39) auch noch Abgas-Wärmetauscher (35, 36) hat und hierbei der Abgas-Katalysator (37, 38) auch Katalysator für die katalytische Verbrennung ist (Fig. 4).