DE19929465C1

DE19929465C1 - Brennstoffbetriebene Heizvorrichtung mit optimierter Verbrennungsgasführung

Info

Publication number: DE19929465C1
Application number: DE1999129465
Authority: DE
Inventors: Ruediger Galtz
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 1999-06-26
Filing date: 1999-06-26
Publication date: 2001-03-22
Anticipated expiration: 2019-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine brennstoffbetriebene Heizvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeugzusatzheizgerät, mit einem Brenner, der in eine von einem Brennrohr (12) gebildete Brennkammer (11) ragt, aus der am brennerabgewandten Ende Verbrennungsgase austreten und in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung in der Brennkammer (11) über einen die Brennkammer (11) umgebenden Ringraum zu einem Verbrennungsgasauslaß (14) geleitet werden, wobei die Brennkammer (11) anschließend an den Verbrennungsgasauslaß einen durchmessergrößeren Bereich (12a) aufweist, der über eine Stufe (13) in einen durchmesserkleineren Bereich (12b) anschließend an das Austrittsende der Verbrennungsgase aus der Brennkammer (11) übergeht, und mit einem Wärmetauscher (16), dessen Innenwand (15) den von den Verbrennungsgasen durchströmten Ringraum mantelartig umgibt und in den Ringraum vorstehende Rippen (20, 21) aufweist, die im durchmessergrößeren Bereich (12a) des Brennrohrs (12) eine geringere Höhe als in dessen durchmesserkleineren Bereich (12b) aufweisen. Zur Optimierung der Verbrennungsgasführung ist vorgesehen, daß nur jede zweite Rippe (20, 21) sich über im wesentlichen in Länge des Brennrohrs (12) vom Austrittsende der Verbrennungsgase aus der Brennkammer (11) bis zum Verbrennungsgasauslaß (14) erstreckt, während die übrigen, kürzeren Rippen (20') ausschließlich im durchmesserkleineren Bereich (12b) des Brennrohrs (12) vorgesehen sind und eine geringer Dicke habe als die längeren Rippen 20, 21) im ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine brennstoffbetriebene Heizvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeugzusatzheizgerät, mit einem Brenner, der in eine von einem Brennrohr gebildete Brennkammer ragt, aus der am brennerabgewandten Ende Verbrennungsgase austreten und in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung in der Brennkammer über einen die Brennkammer umgebenden Ringraum zu einem Verbrennungsgasauslaß geleitet werden, wobei die Brennkammer anschließend an den Verbrennungsgasauslaß einen durchmessergrößeren Bereich aufweist, der über eine Stufe in einen durchmesserkleineren Bereich anschließend an das Austrittsende der Verbrennungsgase aus der Brennkammer übergeht und mit einem Wärmetauscher, dessen Innenwand den von den Verbrennungsgasen durchströmten Ringraum mantelartig umgibt und in den Ringraum vorstehende Rippen aufweist, die im durchmessergrößeren Bereich des Brennrohrs eine geringere Höhe als in dessen durchmesserkleineren Bereich aufweisen.

Eine derartige brennstoffbetriebene Heizvorrichtung ist aus der DE 197 34 814 C1 bekannt. An dieser Heizvorrichtung sind bereits einige wesentliche Maßnahmen zur Verbrennungsgasführung für diesen Typ einer Heizvorrichtung getroffen. So ist eine variable Rippenhöhe mit minimaler Rippenhöhe im Bereich des Verbrennungsgasauslasses vorgesehen. Hierdurch wird erreicht, daß die lichte Weite des durch die Rippen segmentierten Ringraums am Verbrennungsgasauslaß am geringsten und an der Stelle gegenüber diesem Auslaß am größten ist, und daß gleichzeitig die zwischen den Rippen festgelegten axialen Strömungskanäle den geringsten Querschnitt am Verbrennungsgasauslaß und den größten Querschnitt an der Stelle gegenüber zu diesem Auslaß aufweisen. Dadurch wählen die Verbrennungsgase bevorzugt die Bereiche mit größeren Strömungsquerschnitten, wodurch ein vorschnelles Verlassen des Wärmetauschers im Bereich des Verbrennungsgasauslasses verhindert wird. Vorgeschlagen ist als weitere Maßnahme eine gegenseitige Variation des Rippenabstands. Bekannt aus dieser Druckschrift ferner, die Breite der Rippen ausgehend vom verbrennungsgasauslaßseitigen Ende zum Austrittsende der Verbrennungsgase aus dem Brenner zu vergrößern.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorstehend erläuterte brennstoffbetriebene Heizvorrichtung bezüglich ihrer Verbrennungsgasführung weiter zu optimieren.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des einzigen Anspruchs.

Die Maßnahmen der bekannten Heizvorrichtung, die vorstehend beispielhaft angeführt sind, werden dahingehend ergänzt, daß nur jede zweite der im durchmesserkleineren Bereich des Brennrohrs angeordneten Rippen des Wärmetauschers in den durchmessergrößeren Bereich des Brennrohrs fortgesetzt sind. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahme wird erreicht, daß nicht die Gesamtzahl der Rippen über die gesamte Länge des Brennrohrs entformt werden muß, sondern nur etwa ab der Hälfte des Brennrohrs, nämlich dort wo die Stufe zwischen dem durchmessergrößeren und durchmesserkleineren. Bereich vorgesehen ist. Dadurch reduziert sich die durch die Entformung erforderliche Dickenzunahme bei jeder zweiten Rippe auf ca. die Hälfte, wodurch der freie Querschnitt zwischen den Rippen vergrößert wird. Diese Querschnittsvergrößerung findet genau in dem Bereich statt, wo sie gewünscht ist, nämlich unmittelbar anschließend an den Bereich des Brennrohrs, aus welchem die Verbrennungsgase austreten, so daß in diesem Bereich ein besseren Wärmetausch stattfindet.

Im durchmessergrößeren Bereich des Brennrohrs liegt damit nur noch die Hälfte der Rippen aus dem durchmesserkleineren Bereich vor, und das auch nur in verringerter Höhe aufgrund der gestuften Ausbildung des Brennrohrs. Durch die verringerte Rippenhöhe in diesem Bereich der Rippen, die sich über die gesamte Länge des Brennrohrs erstrecken, ergeben sich auch für diese aus geometrischen Gründen geringere Querschnittszunahmen durch gießtechnisch Gußschrägen. Das heißt, auch diese Rippen fallen im Bodenbereich etwas dünner bzw. schlanker aus, was wiederum einer Querschnittsvergrößerung zwischen den Rippen führt.

Insgesamt ergibt sich durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme kürzerer und längerer Rippen unterschiedlicher Dicke bei gleicher Baugröße der Heizvorrichtung ein geringerer Druckverlust, ein besserer Wärmeübergang zum Wärmetauscher und damit ein höherer Wirkungsgrad. Anders gesagt, läßt sich bei gleichem Druckverlust eine geringere Baugröße der Heizvorrichtung erreichen. Schließlich sind die Rippen des Wärmetauscher leichter entformbar, was auch zu einem geringerem Werkzeugverlust bei gleicher Baugröße führt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt im Längsschnitt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen brennstoffbetriebenen Heizvorrichtung in Gestalt eines Fahrzeugzusatzheizgeräts, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Das Fahrzeugzusatzheizgerät 10 umfaßt eine Brennkammer 11, die von einem Brennrohr 12 begrenzt ist, in dessen durchmessergrößeren Bereich 12a in der Figur links, ein nicht gezeigter Brenner ragt, der mit Brennstoff versorgt wird. An den durchmessergrößeren Bereich 12a schließt sich ein durchmesserkleinerer Bereich 12b an. Der durchmesserkleinere Bereich 12b geht in den durchmessergrößeren Bereich 12a mittels eine Stufe 13 über, die allgemein ringförmig gebildet ist.

Die Brennkammer 11 ist von einem Ringraum umgeben, in welchem die bei der Verbrennung in der Brennkammer 11 entstehenden Verbrennungsgase in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung in der Brennkammer 11 zu einem Verbrennungsgasauslaß 14 geleitet werden. Der Ringraum ist mantelartig von der Innenwand 15 eines Wärmetauschers 16 umgeben, der außenseitig mit einer nicht gezeigten verzweigten Rippenstruktur versehen ist. Von außen ist der Wärmetauscher 16 durch eine Außenwand 17 abgeschlossen, und zwischen der Innenwand 15 und der Außenwand 17 des Wärmetauschers 16 strömt ein wärmeübertragendes Medium, im gezeigten Ausführungsbeispiel Wasser, das über einen Einlaß 18 in den Raum zwischen Innenwand 15 und Außenwand 17 des Wärmetauschers 16 ein- und über einen nicht gezeigten Auslaß ausgeleitet wird. Von der dem Ringraum zugewandten Innenwand 15 des Wärmetauschers 16 ragen Rippen in diesen vor, auf die nachfolgend näher eingegangen wird. Die Innenwand 15 des Wärmetauschers 16 ist am dem Brenner abgewandten Ende schräg verlaufend ausgebildet und dort mit der Bezugsziffern 19 versehen.

Die Rippen sind im durchmesserkleineren Bereich 12b des Brennrohrs 12 mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet und in bezug auf ihren Scheitel gleichmäßig voneinander beabstandet. Eine typische Rippenanzahl in diesem Bereich beträgt vierzig. Nur jede zweite dieser Rippen 20 erstreckt sich auch entlang dem durchmessergrößeren Bereich 12a des Brennrohrs 12. Von diesen Rippen ist in der Figur eine Rippe 21 als Fortsetzung der Rippe 20 gezeigt, während die Rippe 20' auf der gegenüberliegenden Seite keine Fortsetzung in den durchmessergrößeren Bereich 12a hat. Dadurch wird erreicht, daß die Rippen 20', die keine Verlängerung in den durchmessergrößeren Bereich 12a des Brennrohrs haben, schmaler ausgeführt werden können bzw. mit größerer Steilheit, was ihre Flanken betrifft, da diese Rippen nicht über die gesamte Länge der Rippen 20 entformt werden müssen. Dadurch wird der Strömungsquerschnitt zwischen den benachbarten dickeren Rippen 20 und dünneren Rippen 20' vergrößert, so daß ausströmendes Verbrennungsgas eine längere Aufenthaltungsdauer in diesem Bereich und einen geringeren Druckabfall erfährt.

Der größere Strömungsquerschnitt zwischen den Rippen verhindert auch das frühzeitige Zusetzen mit Verbrennungsrückständen, besonders im durchmessergrößeren Bereich 12a, in dem nur noch die halbe Rippenzahl vorhanden ist.

Bezugszeichenliste

10

Fahrzeugzusatzheizgerät

11

Brennkammer

12

Brennrohr

12

a durchmessergrößerer Bereich des Brennrohrs

12

b durchmesserkleinerer Bereich des Brennrohrs

13

Stufe

14

Verbrennungsgasauslaß

15

Innenwand des Wärmetauschers

16

Wärmetauscher

17

Außenwand des Wärmetauschers

18

Einlaß

19

schräg verlaufendes Ende

20

Rippen

21

Rippen

Claims

1. Brennstoffbetriebene Heizvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeugzusatzheizgerät, mit einem Brenner, der in eine von einem Brennrohr (12) gebildete Brennkammer (11) ragt, aus der am brennerabgewandten Ende Verbrennungsgase austreten und in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung in der Brennkammer (11) über einen die Brennkammer (11) umgebenden Ringraum zu einem Verbrennungsgasauslaß (14) geleitet werden, wobei die Brennkammer (11) anschließend an den Verbrennungsgasauslaß einen durchmessergrößeren Bereich (12a) aufweist, der über eine Stufe (13) in einen durchmesserkleineren Bereich (12b) anschließend an das Austrittsende der Verbrennungsgase aus der Brennkammer (11) übergeht, und mit einem Wärmetauscher (16), dessen Innenwand (15) den von den Verbrennungsgasen durchströmten Ringraum mantelartig umgibt und in den Ringraum vorstehende Rippen (20, 21) aufweist, die im durchmessergrößeren Bereich (12a) des Brennrohrs (12) eine geringere Höhe als in dessen durchmesserkleineren Bereich (12b) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß nur jede zweite Rippe (20, 21) sich über im wesentlichen die Länge des Brennrohrs (12) vom Austrittsende der Verbrennungsgase aus der Brennkammer (11) bis zum Verbrennungsgasauslaß (14) erstreckt, während die übrigen, kürzeren Rippen (20') ausschließlich im durchmesserkleineren Bereich (12b) des Brennrohrs (12) vorgesehen sind und eine geringere Dicke haben als die längeren Rippen (20, 21) im durchmesserkleineren Bereich (12b).