DE2309534A1

DE2309534A1 - Fluessigkeitserhitzer fuer kraftfahrzeuge mit verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2309534A1
Application number: DE19732309534
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr Ing Huber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-02-26
Filing date: 1973-02-26
Publication date: 1974-08-29

Description

Flüssigkeitserhitzer für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitserhitzer für eine an den Kühlwasserkreislauf des Motors angeschlossene Heizanlage: bestehend aus einer elektrisch angetriebenen Wasserpumpe und einem elektrisch angetriebenen Gebläse, einer Brennkammer, mit Brennstoffzufuhr und einem nachgeschalteten Wärmetauscher mit Abgasfährung.
Es sind Luft-Heizanlagen, die vom Motor unabhangig sind, bekannt, zum Heizen des Fahrgastraumes und auch des Kühlwassers des Motors. Dabei wird Luft zum Heizen des Fahrgastraumes erwärmt und dann die Abwärme des Heizgerätes noch zum Aufheizen des Kühlwassers des Motors über einen Wasserwärmetauscher genützt.
Bei Wasserheizgeräten wird das Kühlwasser des Motors vorgewärmt. Solche Wasserheizgeräte können auch Warmwasserheizanlagen erwarmen.
Diese Heizanlagen sind auf einen Bestwert der Leistung ihrer Wärmetauscher ausgelegt, um bei einer längeren Betriebszeit, über viele Stunden, mit gutem Wirkungsgrad bei niederen Abgastemperaturen zu heizen.
Auch der Strombedarf der Heizanlagen muß möglichst klein gehalten werden. Das hat zur Folge, daß zwischen der Ansaugöffnung für die Verbrennungsluft und dem Austritt der Abgase nur geringe Druckdifferenzen auftreten.
Geringe Stromentnahme aus der Batterie wird besonders gefordert, solange der otor steht und die Lichtmaschine noch keinen Strom liefert. Also auch für die sogenannten Standheizungen, die schon vor dem Antritt der Fahrt über eine Zeituhr eingeschaltet werden und wenn eine zulässige, begrenzte Laufzeit zu Ende ist, ohne daß der Motor angelassen wird, wieder abgestellt werden.
Alle diese Heizgeräte kann man als Langzeit-Heizanlagen kennzeichnen. Sie bauen mit relativ großen Abmessungen, die oft beim Einbau Schwierigkeiten bereiten, besonders wenn dieser Einbau unter der Motorhaube erfolgen muß.
Nach der Erfindung wird ein auf K u r z z e i t -b e t r i e b abgestimmter Flüssigkeitserhitzer geschaffen, dessen Flüssigkeitswärmetauscher kleines Gewicht und sehr kleine Abmessungen aufweist. Er kann damit immer im Motorraum eingebaut werden.
Die technischen Forderungen lauten dazu: Ein, durch einen hochtourigen Elektromotor angetriebenes Radialgebläse fördert die Luft für die Verbrennung und die Luft zum Zerstäuben des Brennstoffes zu einer Hochleistungsbrennkammer, die eine hohe thermische Brennraumbelastung aufweist.
Die heißen Abgase strömen dann mit hoher Geschwindigkeit durch den daran angeschlossenen Wärmetauscher eines Flüssigkeitserhitzers.
Die Flüssigkeit wird von einer ebenfalls elektrisch angetriebenen Wasserpumpe durch den Närmetauscher gefördert.
Der Wärmetauscher ist, wie die Wärmetauscher der Durchlauferhitzer, die, im Haushalt mit Gas beheizt werden, gestaltet. Die in Rohren geführte geringstmögliche Flüssigkeitsmenge wird dabei in wenigen Sekunden nach in Betriebnahme des Flüssigkeitserhitzers mit voller Heizwirkung der Warm-Wasser-Heizanlage zugepumpt.
Die aus dem Wärmetauscher des Flüssigkeitserhitzers austretenden Gase werden in die Abgasführung des Verbrennungsmotor abgeleitet.
Die unter ausreichendem Druck abströmenden Abgase ermöglichen dies. Vorsorglich wird aber der Anschluß der Abgaseinführung so gestaltet, daß bei laufendem Motor kein Rückstau auftritt. damit auch bei einem abgeschalteten Flüssigkeitserhitzer keine Motorabgase rückwärts zur Brennkammer strömen können. Vielmehr findet ein leichtes Ansaugen der Luft durch die Heizanlage statt, solange sie abgestellt bleibt.
Derartige Anschlüsse an Abgasleitungen von Motoren sind bekannt.
Der Durchlauferhitzer wird nun nicht wie üblich für die volle Leistung des Brenners bemessen. Er wird erheblich unterbemessen, da er sonst zu groß und zu teuer bauen würde.
Sein Wirkungsgrad wird bei etwa 50 /0 und noch niederer angesetzt. Mehr als die Hälfte eines Wärmetauschers von hohem Wirkungsgrad wird so gespart.
Dadurch werden die mit guten Verbrennungswirkungsgrad erzeugten Heizgase geringer abgekühlt. Sie verlassen mit noch hohen Temperaturen, die mehrere 100 ° C über den üblichen Abgastemperaturen der Heizgeräte liegen den Wasserwärmetauscher des Flüssigkeitserhitzers. Der Wärmetauscher wird also nur von den Spitzentemperaturen der Heizgase beaufschlagt.
Die Heizleistung des Flüssigkeitserhitzers soll aber ein mehrfaches der mittleren Wärmeleistung der im Fahrzeug angeschlossenen Warmwasserheizung aufweisen.
Die zuviel erzeugte Wärme die, über die zulässige Höchsttemperatur der Flüssigkeit von 80 - 90 ° C hinaus heizen würde, wird in den Kühlwasserraum des Motors abgeleitet. Die Steuerung dazu erfolgt in bekannter Weise durch einen Wasserthermostat, so da z. B. bei einem minus 20 0 C kaltem Motor die Temperatur der Heizflüssigkeit in wenigen Sekunden auf plus 80 0 C ansteigt trotz einer hohen Wärmeabgabe an die -20 0 C kalte, durch die Heizung geblasene, Außenluft.
Der Flüssigkeitserhitzer kann zugleich mit dem anlassen des Motors anlaufen oder zweckmäßig vorweg schon durch einen ersten Bedienungsgriff des Fahrers, z. B. beim Öffnen der Fahrzeugtür gestartet werden.
Damit tritt die volle Wirkung der Wamwasserheizanlage mit der Entfrostung der Scheiben nach wenigen Sekunden ein und nicht erst nach 5 bis 10 Minuten, bis der Motor aufgeheiztes Kühlwasser anbietet.
Die heißen Abgase, die ungefährlich, auch gegen Brandgefahr, in die Abgasanlage des Motors geleitet werden, dienen noch der schnelleren Erwärmung der Abgas anlage wodurch die Kondensation der Motorabgase bei Start, die eine Korrosion der kbgasführung hervorruft verringert wird. Bei wassergekühlten Motoren wirkt sich dies besonders gunstig aus, auf die Lebensdauer der Schalldämpfer-Anlage.
Dort wo durch gesetzliche Vorschriften veranlaßt in der Abgasführung des Motors z. B. Katalysatoren zur Abgasreinigung eingebaut werden, wird das heiße Abgas des Flüssigkeits-Erhitzer zweckmäßig auch zum Anwärmen dieser Abgasreinigungsanlagen dienen.
Die dazu notwendige maximale Temperatur im Abgas kann durch die Auslegung des Wärmetauschers einfach gewählt werden.
Der Flüssigkeitserhitzer wird auch nach dem erreichen einer zulässigen Höchsttemperatur durch einen Wärmefühler im Kühlwasser des Motors abgeschaltet.
In der Abgasanlage kann die Temperatur der abgase gemessen und der Flüssigkeitserhintzer abgestellt werden. Dadurch lassen sich unerwünscht hohe Abgastemperaturen nach dem FlüssigKeitserhitzer vermeiden.
Der beschriebene Flüssigkeitserhitzer läuft bei jedem Kaltstart also nur kurze Zeit. Ehe der Motor gestartet wird kann z. B. eine Laufzeit von 30 Sek. angestrebt werden.
Die Strom-Entnahme aus der Batterie ft;r die Förderung von Luft und Flüssikeit ist dabei allerdings ein mehrfaches des Verbrauches bekannter Heizanlagen.
Da dieser Kurzzeitbetrieb aber eine längere Laufdauer sicher ausschließt, bleibt die Beanspruchung für die Batterie klein und günstig. Bei einer schwach ausgelegten Batterie-und Ladeanlage kann auch der Flüssigkeitserhitzer während des Motorstarts, abgestellt werden.
Die wenigen Minuten, die im ungünstigsten Fall, bei tiefen Außentemteraturen, bei laufendem Motor noch mitgeheizt werden müssen vergehen ohne Beanspruchung der Batterie.
Auch der Brennstoffverbrauch ist durch den Kurzzeitbetrieb gering.
Bei einem Betriebszustand, der während der Fahrt des Fahrzeuges z. B. bei langer Bergabfahrt vorkommen kann, so daß eine Zusatzheizung mit niederer heizleistung notwendig wird, kann eine elektronisch gesteuerte Teillast der Heizanlage vorgesehen werden. Dies erfolgt in einfachster Weise durch eine Drehzahlminderung des Motors für das Verbrennungsgebläse.
Die dazu notwendige Abstimmung von Luft und der dazugehörigen Brennstoffmenge bietet sich an nach einer Lösung, die im Deutschen Bundespatent 1276855 für eine Einrichtung zum zuführen flüssigen Brennstoffes in einen Schwingbrenner beschrieben ist.
Dazu wird die vom Gebläse geförderte Luft an einer Stelle des Gebläses, die einen Hochstwert des Förderdruckes aufweist, abgezapft und auf die Oberfläche des Brennstoffspiegels in einem Schwimmergehäuse geleitet. Dieser Luftstrom dient nur zum Zerstäuben des Brennstoffes, der in die Brennkammer eingeblasen wird. Die zur Zerstäuberdüse flieende Brennstoffmenge wird durch eine Drossel zugemessen.
Die Durchlaufmenge wird von den Luftdruck, der auf den Brennstoff wirkt beeinflusst. Bei höchstem Gebläsedruck wird auch eine höchste brennstoffmenge angeboten. Mit abnehmendem Gebläseluftdruck sinkt mit der Luftmenge auch die angebotene Brennstoffmenge, da der Druck auf dem Brennstoffspiegel in gleichem Maße absinkt. Damit ist die einfachste Leistungsregelung des Brenners möglich, die einfach über die Drehzahlregelung für das Geblase erfolgt.
Die Brennkammer des Flüssigkeitserhitzers kann auch statt mit flüssigem Brennstoff mit gasförmigem Brennstoff betrieben werden.
In der Zeichnung ist schematisch ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für den Erfindungsgedanken beim Betrieb mit flüssigem Brennstoff dargestellt und wird im folgenden beschrieben.
Ein schnell laufendes Radialgebläse 1 mit einem Elektromotor 2 und einem Geräuschansaugdämpfer 3 fördert die Verbrennungsluft zu einer Brennkammer 4 und zugleich über eine Leitung 5 zu einem Schwimmergehäuse 6 in das der Brennstoff über die Leitung 7 zufließt. An das Schwimmergehäuse ist in bekannter Weise eine nicht dargestellte Luftzerstäuberdüse angeschlossen, die den Brennstoff aus dem Schwimmergehäuse 6 fein zerstäubt in die Brennkammer 4 einbläst. Dort wird das Brennstoff-Luftgemisch durch die Hochspannungszündkerze 8 gezündet.
Die Brennkammer 4 ist, nach art der in Flugtriebwerken verwendeten Bauarten, eine Hochleistungsbrennkammer mit hoher Brennraumbelastung und baut deshalb mit kleinsten Abmessungen bei guter Verbrennung.
An die Brennkammer ist der Flüssigkeitserhitzer 9 angeflanscht, in den die aufzuheizende Flüssigkeit über eine Wasserpumpe 10, die ein Elektromotor 11 antreibt, bei 12 ein und bei 13 ausströmt.
sie Abgase werden durch die Abgasführung 14 unmittelbar in die Abgasleitung 15 des Motors abgeleitet wobei in bekannter Weise ein Saugraum 16 und ein Abgasinjektor 17 verwendet werden.
Die Ansaugstelle 18 der Wasserpumpe kann an der Rücklaufleitung 19 oder an der Zulaufleitung 20 zur Warmwasserheizanlage 21 angeschlossen werden.
Zur einfachsten Lösung wird von der vom Toter kommenden Zulaufleitung 20 die Flüssigkeit durch den Flüssigkeitserhitzer 9 direkt zur Warmwasserheizanlage 21 gepumpt und dann nach dem Verlassen der Heizanlage 21 über den Rucklauf 19 zum Kühlwassermantel des Motors geführt.
Mit einem dazwischen geschalteten Flüssigkeits-Thermostat 22 kann das Aufheizen der Warmwasserheizanlage 21 beschleunigt erfolgen dadurch.daß die Rücklaufleitung 19 angezapft wird und die Flüssigkeit zunächst ohne den Weg über den Kühlwassermantel des Motors von der Pumpe angesaugt wird, solange bis d8iefiemostat 22 den Bleipaß zur Rücklaufleitung 19 schließt und den Zufluß durch die Zulauf-Leitung 20 freigibt.
Wird der Motor angelassen, so fördert die Kühlwasserpumpe die vom Motor kommende Heizflüssigkeit zusitzlich durch die Warmwasserheizanlage bis ein Thermofühler 23 auf die höchst zulässige Wassertemperatur anspricht und damit die Anlage des Flüssigkeitserhitzer abstellt.
Diese Schaltung ist für eine über die Heizluft gesteuerte Warm-Wasser-heizanlage zweckmäßig.
Bei Wasserheizanlagen, die durch ein im Durchlaß-Querschnitt geregeltes Ventil im Warmwasserzufluß gesteuert werden, muß dort ein Dreiwege-Ventil, das einen ständigen Durchfluß der Heizflüssigkeit gestattet.eingebaut sein.
In der Abgasführung 15 ist ein Thermofühler 24 vorgesehen.
Soweit gefordert können an der Leitung 13 Abzweigungen 25 zu weiter ausfzuheizenden Stellen, zum Beispiel zu einem Vergaser, und auch am Ende der Brennkammer 4 Ausfluß-Stutzen 26 wegführen, wenn beispielsweise die Höchsttemperatur eines nicht vorher gekühlten Gases benötigt wird.

Claims

P a n t e n t a n s p r ü c h e

1. Flüssigkeitserhintzer für eine an den Kühlwasserkreislauf eines Verbrennungsmotors angeschlossene Heizanlage bestehend aus einer elektrisch angetriebenen Wasserpumpe, einem elektrisch angetriebenem Gebläse, einer Brennkammer mit Brennstoffzufuhr und einem Wärmetauscher mit Abgasführung, dadurch gekennzeichnet, daß an die Brennkammer 4 ein Flüssigkeitserhintzer 9 angeschlossen ist, dessen Wärmetauscher mit einem Wirkungsgrad von etwa 50% und weniger unterbemessen ist.

2. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas unmittelbar nach dem Austritt aus dem Flüssigkeitserhitzer 9 in die Abgasleitung 15 des Motors über eine Abgasfühung 14 geführt wird.

3. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserpumpe 10 und der Flüssigkeitserhitzer 9 zwischen die vom Motor kommende Zuleitung 20 zum Warmwasserheizgerät 21 eingebaut ist und die in der Rückleitung 19 abfließende Heizflüssigkeit in den Kühlwassermantel des Motors zurückfließt.

4. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung 19 über einen Thermostat 22 an die Ansaugseite 1, der Pumpe 10 angeschlossen ist, derart daß bei niederer Kühlwassertemperatur die heizflüssigkeit nur aus der Rücklaufleitung 19 angesaugt wird.

5. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitserhitzer 9 mit einer höheren Heizleistung beaufschlagt wird als die Warmwasserheizanlage 21 abnehmen kann.

6. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur durch die Wahl des irkungsgrades eines kürzeren oder längeren Wärmetauschers festgelegt wird.

7. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Teillastregelung nur durch eine Änderung der Drehzahl des Lüftergebläses nach DBP 1276855 erfolgt.

8. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, da Abzweigungen 26 am Ende der Brennkammer Heizgase mit maximaler Temperatur wegleitet.

9. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausflußlleitung 13 eine Abzweigung 25 die Heizflüssigkeit zu weiteren Bedarfsstellen führt.