DE19926264A1 - Heizgerät - Google Patents

Abstract

Bei einem mit fluidischem Brennstoff betriebenen Heizgerät, insbesondere für Kraftfahrzeuge, ist ein Wärmetauscher vorgesehen, der außenseitig von Luft oder Hydraulikmedium umströmt wird und in seinem Innenraum ein Flammrohr aufnimmt. Am für den Austritt der Verbrennungsgase offenen Ende des Flammrohres besitzt der Wärmetauscher einen kalottenförmigen Boden mit zur Achse des Flammrohres exzentrischer Wölbung, um die in den Wärmetauscher einströmenden Verbrennungsgase trotz eines seitlich am Wärmetauscher angeordneten Auslasses für die Verbrennungsgase gleichmäßig im Wärmetauscher zu verteilen.

Description

Die Erfindung betrifft ein mit fluidischem Brennstoff be­ triebenes Heizgerät, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem außenseitig von Luft oder Hydraulikmedium, insbesonde­ re Wasser, umströmbaren und in seinem Innenraum ein Flamm­ rohr aufnehmenden Wärmetauscher, welcher einen kalottenarti­ gen Boden gegenüber einem für Verbrennungsgase offenen Ende des Flammrohres sowie einen das Flammrohr mit radialem Ab­ stand umschließenden Mantel mit einem vom Boden entfernten, im wesentlichen radial nach außen führenden Auslaß für die Verbrennungsgase aufweist.

Bei einem aus der DE 197 34 814 C2 bekannten derartigen Heiz­ gerät ist das Flammrohr exzentrisch zur Achse des Wärmetau­ schers angeordnet. Darüber hinaus ist eine im Flammrohr un­ tergebrachte Brennkammer exzentrisch zur Flammrohrachse mon­ tiert. Dabei sind die Exzentrizitäten so ausgebildet, daß die Brennkammer relativ zum Flammrohr und das Flammrohr re­ lativ zum Wärmetauscher zum Auslaß für die Verbrennungsgase hin versetzt sind. Dementsprechend ist also der radiale Ab­ stand zwischen Brennkammer und Flammrohr einerseits und zwi­ schen Flammrohr und Wärmetauscher andererseits im Nachbarbe­ reich des Auslasses vermindert. Darüber hinaus sind auf der Innenwandung des Wärmetauschers axiale Rippen ausgeformt, deren Höhe entsprechend den unterschiedlichen radialen Ab­ ständen zwischen Flammrohr und Wärmetauscher unterschiedlich bemessen sind.

Durch diese Maßnahmen soll erreicht werden, daß die Verbren­ nungsgase bevorzugt über Wege mit vergrößerten Strömungs­ querschnitten strömen, so daß der von den Verbrennungsgasen auf die Wandung des Wärmetauschers übertragene Wärmestrom in Umfangsrichtung des Wärmetauschers etwa konstant ist. Insbe­ sondere soll gewährleistet werden, daß der Wärmestrom an Wandbereichen, die sich in Achsrichtung des Wärmetauschers an den Auslaß der Verbrennungsgase anschließen, einen ähnli­ chen Wert wie an diametral gegenüberliegenden Wandbereichen hat, so daß die einander gegenüberliegenden Wandbereiche et­ wa gleiche Temperatur haben.

Aus der DE 196 13 759 A1 ist es bekannt, bei einer zur Achse des Wärmetauschers zentrischen Anordnung von Brennkammer und Flammrohr auf der Innenseite des Wärmetauschers im Bereich von Wandbereichen, die sich im wesentlichen axial an den Auslaß der Verbrennungsgase anschließen, innenseitige Quer­ rippen vorzusehen, während die Innenwand des Wärmetauschers im übrigen axiale Längsrippen aufweist. Auch auf diese Weise soll vermieden werden, daß übermäßig viel Verbrennungsgase vom Ausgang des Flammrohres über den kürzestmöglichen Weg in den Auslaß strömen.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine konstruktiv einfache neue Möglichkeit aufzuzeigen, den Wirkungsgrad des Wärmetau­ schers zu optimieren und außenseitig des Wärmetauschers ei­ nen über dessen Umfang gleichmäßigen Wärmeübergang auf die Luft bzw. das Hydraulikmedium zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kalotte eine zur Achse des Flammrohres exzentrische Wölbung nach außen aufweist, deren Höhe in Richtung der Flamm­ rohrachse in einem dem Auslaß bezüglich der Flammrohrachse diametral gegenüberliegenden Bereich vergrößert ist bzw. ihr Maximum hat.

Der Erfindung liegt der allgemeine Gedanke zugrunde, trotz der exzentrischen Anordnung des Auslasses für die Verbren­ nungsgase eine im Hinblick auf den optimalen Wirkungsgrad des Wärmetauschers erwünschte symmetrische Umströmung des Flammrohres im Bereich des Mantels des Wärmetauschers durch eine angepaßt unsymmetrische Form der Kalotte zu erreichen. Im Ergebnis hat die Oberflächentemperatur des Wärmetauschers in dessen Umfangsrichtung in etwa konstante Werte.

Dabei ist vorteilhaft, daß das Flammrohr sowie die davon aufgenommenen Teile des Heizgerätes, insbesondere die Brenn­ kammer, zentrisch zur Achse des Wärmetauschers und damit auch zentrisch zu einem Gebläse angeordnet sein können, wel­ ches Verbrennungsluft in das Flammrohr bzw. die Brennkammer einbläst.

Damit bietet die Erfindung den Vorteil, daß gegenüber der bisherigen Bauweise kein erhöhter fertigungstechnischer Auf­ wand notwendig ist.

Der üblicherweise als Gußteil hergestellte Wärmetauscher ist aufgrund des Auslasses für die Verbrennungsgase ohnehin nicht rotationssymmetrisch, so daß eine weitere Unsymmetrie zu keinem zusätzlich erhöhten Kostenaufwand führt. Darüber hinaus wird durch die unsymmetrische Form der Kalotte auch der gußtechnische Aufwand in keiner Weise erhöht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind auf der Innenseite des Wärmetauschers Rippen angeformt, vor­ zugsweise axiale Rippen, welche sich innerhalb des Ringrau­ mes zwischen dem Flammrohr und der Innenwand des Wärmetau­ schers erstrecken und diesen Ringraum in etwa axiale Kanäle unterteilen, die im Bereich des Auslasses für die Verbren­ nungsgase in eine ringförmige, mit dem Auslaß kommunizieren­ de Sammelzone mündet. Durch diese Rippen kann erreicht wer­ den, daß die Oberflächentemperatur des Wärmetauschers auch in Axialrichtung keine große Temperaturdifferenz aufweist.

Im Ergebnis kann also der Wärmetauscher ohne Gefahr einer örtlichen Überhitzung auf eine sehr hohe Temperatur nahe ei­ ner durch das Material des Wärmetauschers vorgegebenen Grenztemperatur aufgeheizt werden. Dadurch läßt sich der Wärmetauscher bei hoher Leistung sehr kompakt ausbilden.

Um den Wärmefluß vom Wärmetauscher auf die außenseitige Luft bzw. das außenseitige Hydraulikmedium zu verbessern, sind am Wärmetauscher in grundsätzlich bekannter Weise Außenrippen angeformt.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung besitzen diese Außenrippen in seitlicher Draufsicht gleiche Außenkonturen. Dies hat zur Folge, daß die Rippenflächen am dem Auslaß zu­ gewandten, relativ abgeflachten Bereich der Kalotte entspre­ chend vergrößert sind. Dadurch wird die Oberfläche der Au­ ßenrippen in diesem Bereich vergrößert, wobei eine noch ef­ fektivere Wärmeübertragung ermöglicht und somit der Effekt der unsymmetrischen Kalotte unterstützt wird.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzug­ te Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben wird.

Dabei zeigt die einzige Figur ein schematisiertes Schnitt­ bild des Heizgerätes im Bereich des Wärmetauschers.

Das in der Zeichnung dargestellte Luftheizgerät besitzt ein Flammrohr 1, innerhalb dessen eine in der Zeichnung nicht sichtbare Misch- und Brennzone ausgebildet ist, der mittels eines nicht dargestellten Gebläses sowie eines nicht darge­ stellten Luftleitapparates über eine, in der Zeichnung lin­ ke, stirnseitige Öffnung des Flammrohres 1 Verbrennungsluft zugeleitet wird.

Die Innenwandung des Flammrohres 1 bzw. Innenwandbereiche des Flammrohres 1 an dessen in der Zeichnung linkem Ende sind durch ein Drahtvlies überdeckt, welches zugeführten Brennstoff nach Art eines Dochtes aufnimmt, wobei dann der von diesem Drahtvlies abdampfende Brennstoff bei Zuführung der Verbrennungsluft in der Misch- und Brennzone des Flamm­ rohres 1 selbsttätig abbrennt.

Die Zuführung des Brennstoffes erfolgt über eine Brenn­ stoffleitung 2, wobei am Mündungsbereich der Brennstofflei­ tung 2 in das Flammrohr 1 eine in der Zeichnung nicht sicht­ bare Glühkerze angeordnet ist, mittels der sich der vorge­ nannte Brennstoff zünden läßt.

Die bei der Verbrennung gebildeten Verbrennungsgase treten aus dem in der Zeichnung rechten offenen Ende des Flammroh­ res 1 in einen Wärmetauscher 3 aus, von dem die Verbren­ nungsgase umgelenkt und zu einer Abgasleitung 4 geführt wer­ den, die seitlich am Wärmetauscher 3 an dessen in der Zeich­ nung linkem Ende angeordnet ist.

Dabei wird die Wärme der Verbrennungsgase auf die Innenwand sowie Innenrippen 5 des Wärmetauschers 3 übertragen. Diese Innenrippen 5 sind im dargestellten Beispiel axial im Wärme­ tauscher 3 angeordnet.

Der Wärmetauscher 3 wird außenseitig von Luft umströmt, die von einem gesonderten, nicht dargestelltem Gebläse durch ein den Wärmetauscher 3 mit Abstand ummantelndes Gehäuse 6 sowie eine außenseitige Berippung 7 des Wärmetauschers 3 geblasen und vom Ausgang des Gehäuses 6 in einen zu heizenden Innen­ raum eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen geleitet wird.

Die Berippung 7 besteht im dargestellten Beispiel aus axia­ len Rippen, die in Achsansicht des Wärmetauschers 3 stern­ förmig angeordnet sind und im dargestellten Beispiel am rechten Ende des Wärmetauschers 3 an einem stabartigen Anguß miteinander verbunden sind, der die Außenwandung des Wärme­ tauschers 3 in Achsrichtung des Flammrohres 1 nach rechts verlängert.

Abweichend von der zeichnerisch dargestellten Ausführungs­ form kann der Wärmetauscher 3 auch von einem Wassermantel umgeben sein, wobei das Wasser durch nicht dargestellte Füh­ rungsstege auf der Außenseite des Wärmetauschers 3 schrau­ benförmig von einem Eingang zu einem Ausgang hin geführt werden kann, wobei der Eingang vorzugsweise am in der Zeich­ nung linken Endbereich des Wärmetauschers 3 und der Ausgang am rechten Ende des Wärmetauschers 3 angeordnet ist, so daß die schraubenförmige Strömung eine den Strom der Verbren­ nungsgase im Wärmetauscher 3 entgegengesetzte Richtungskom­ ponente aufweist. Das Wasser strömt in einem Kreislauf, der über ein oder mehrere nicht dargestellte Heizkörper und/oder über den Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugmotors führt, wenn das Heizgerät als sogenannter Zuheizer für den Motor arbei­ ten soll.

Eine Besonderheit der Erfindung liegt in der Ausbildung des kalottenförmigen Bodens 3' des Wärmetauschers 3.

Wie die Zeichnung erkennen läßt, ist der kalottenförmige Bo­ den 3' unsymmetrisch, d. h. nicht rotationssymmetrisch, zur Achse des Flammrohres 1 sowie des im wesentlichen zylindri­ schen Mantels 3'' des Wärmetauschers 3 ausgebildet, derart, daß die Kalotte 3' in einem Bereich, der bezüglich der Achse des Flammrohres 1 in Achsansicht dem Eingang der Abgaslei­ tung 4 am Wärmetauscher 3 diametral gegenüberliegt, ihren größten axialen Abstand vom offenen rechten Ende des Flamm­ rohres aufweist. Dagegen hat die Kalotte 3' innerhalb des Bereiches, der bezüglich der Flammrohrachse in Achsansicht in gleicher Richtung wie die Abgasleitung 4 liegt, einen be­ sonders geringen axialen Abstand vom benachbarten Ende des Flammrohres 1. Auf diese Weise werden die aus dem Flammrohr 1 in den Wärmetauscher 3 eintretenden Verbrennungsgase ver­ stärkt in der Zeichnung in den bezüglich der Flammrohrachse oberen Bereich des Wärmetauschers 3 gelenkt, mit der Folge, daß der Ringraum zwischen dem Flammrohr 1 und dem Wärmetau­ scher 3 von den Verbrennungsgasen auf dem Weg zur Abgaslei­ tung weitestgehend rotationssymmetrisch durchströmt wird.

Die Rippen 5 auf der Innenwand des Wärmetauschers 3 sind in grundsätzlich bekannter Weise als Axialrippen ausgebildet, welche in Achsansicht des Wärmetauschers 3 mit ihren freien Rändern zum Zentrum des Wärmetauschers 3 hinweisen. Aufgrund der unsymmetrischen Form der Kalotte 3' haben diese axialen Rippen 5 im Beispiel der Zeichnung oberhalb der Flamm­ rohrachse eine vergrößerte axiale Länge, so daß der Wärme­ übergang von den Verbrennungsgasen auf die Wandung des Wär­ metauschers 3 entsprechend erleichtert wird.

Die Außenrippen 7 haben in seitlicher Draufsicht gleiche Au­ ßenkonturen, so daß am abgeflachten Bereich der Kalotte 3' die Fläche der Rippen 7 vergrößert ist und entsprechend ver­ größerte Wärmemengen abgeführt werden können.

Alle diese Maßnahmen tragen dazu bei, daß ein weitestgehend rotationssymmetrisches Temperaturprofil mit in Achsrichtung des Wärmetaschers 3 etwa konstanter Temperatur auf der Au­ ßenseite des Wärmetauschers 3 erreichbar ist.

Im Ergebnis wird der Wärmetauscher 3 thermisch sehr gleich­ mäßig belastet, damit eine besonders hohe Wirkung des Wärme­ tauschers 3 erreicht werden kann.

Grundsätzlich können anstelle der axialen innenseitigen Rip­ pen 5 an der Wand des Wärmetauschers 3 auch in dessen Um­ fangsrichtung verlaufende Rippen, zumindest bereichsweise, angeformt sein.

Die axialen Rippen 5 sind insofern vorteilhaft, als dadurch eine gußtechnische Herstellung des Wärmetauschers 3 erleich­ tert wird.

Claims (4)

1. Mit fluidischem Brennstoff betriebenes Heizgerät, insbe­ sondere für Kraftfahrzeuge, mit einem außenseitig von Luft oder Hydraulikmedium, insbesondere Wasser, umströmbaren und in seinem Innenraum ein Flammrohr aufnehmenden Wärmetau­ scher, welcher einen kalottenartigen Boden gegenüber einem für Verbrennungsgase offenen Ende des Flammrohres sowie ei­ nem das Flammrohr radialem Abstand umschließenden Mantel mit einem vom Boden entfernten, im wesentlichen radial nach au­ ßen führenden Auslaß für die Verbrennungsgase aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalotte (3') eine zur Achse des Flammrohres (1) ex­ zentrische Wölbung aufweist, deren Höhe in Richtung der Flammrohrachse in einem den Auslaß (4) bezüglich der Flamm­ rohrachse diametral gegenüberliegenden Bereich vergrößert ist bzw. ihr Maximum hat.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand des Wärmetauschers (3) ausgebildete axiale Rippen (5) entsprechend der Exzentrizität der Wölbung der Kalotte (3') unterschiedliche axiale Längen aufweisen.

3. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwand des Wärmetauschers (3) angeordnete Au­ ßenrippen (5) in seitlicher Draufsicht gleiche Außenkonturen aufweisen, wobei sich am dem Auslaß (4) zugewandten Bereich der Kalotte (3') vergrößerte Rippenflächen ergeben.

4. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (3) als Gußteil ausgebildet ist.