DE3807189C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Fahrzeugzusatzheizgerät, welches die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist.

Aus GB-PS 14 48 670 ist ein Heißwasserbereiter bekannt, der mit einem mit flüssigem Brennstoff gespeisten Brenner betrieben wird. Hierbei wird eine von einem Brennrohr begrenzte, zylindrische Brennkammer etwa konzentrisch von einem Wärmetauscher bzw. einem Wärmeübertrager umgeben, der radial nach innen weisende Innenrippen hat, welche Rauchgaskanäle begrenzen, durch die die bei der Verbrennung in der Brennkammer erzeugten heißen Verbrennungsgase gehen. Die Außenkontur des Außengehäuses bzw. Außenmantels ist wie die Innenwand des Wärmetauschers im wesentlichen kreisförmig ausgebildet. Bei einem solchen hohlzylindrisch ausgebildeten Wärmetauscher kann man eine gleichmäßige Durchströmung und Umströmung durch den flüssigen Wärmeträger am Wärmetauscher erreichen. Da das Außengehäuse ebenfalls rund ausgelegt ist, müssen zur Halterung des Gehäuses zusätzliche Ständer, Spannbänder o. dgl. verwendet werden. Bei einem Fahrzeugzusatzheizgerät ergeben sich daher Schwierigkeiten beim Einbau in meist nur kleinen zur Verfügung stehenden Räumen, beispielsweise im Motorraum eines Fahrzeugs. Die für die Montage zusätzlich erforderlichen Einrichtungen führen nicht nur zu einer Verteuerung des Einbaus, sondern der Einbau selbst wird auch zeitaufwendig.

Aus DE-AS 17 78 880 ist ein Heizkessel für flüssige oder gasförmige Brennstoffe bekannt, bei dem eine im Querschnitt viereckige Anordnung von von Rauchgasen durchströmten Wärmeübertragerrohren vorgesehen ist. Bei einer solchen Anordnung vergrößert sich nicht nur das Bauvolumen des Wärmetauschers, sondern es ergeben sich insbesondere Schwierigkeiten im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung, die für eine effektive Wärmeübertragung zum Wärmeträger wesentlich ist. Insbesondere ergeben sich an den Ecken eines im Querschnitt viereckigen Wärmetauschers ungünstigere Wärmeübertragungsverhältnisse. Bei Fahrzeugzusatzheizgeräten jedoch soll eine effektive Wärmeübertragung bei möglichst geringem Bauvolumen und insbesondere gedrängten Platzverhältnissen erzielt werden.

In DE-OS 28 56 338 ist ein Heizungskessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe angegeben, bei dem eine rauchgasseitige Anpassung des Wärmetauschers dadurch erreicht wird, daß dieser beispielsweise einen ovalen Querschnitt zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsflächen hat. Hierbei ergeben sich ebenfalls Schwierigkeiten im Hinblick auf den Einbauraum bei der Anwendung eines solchen Wärmetauschers bei einem Fahrzeugzusatzheizgerät der gattungsgemäßen Art. Ungleichmäßigkeiten bei der Temperaturverteilung am Wärmetauscher lassen sich bei diesem Heizungskessel nur durch entsprechende Vergrößerung der Wärmeübertragungsflächen und somit eine Vergrößerung des Bauvolumens des Wärmetauschers vermeiden.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeugzusatzheizgerät der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, mittels dem sich eine Montageerleichterung im begrenzten Raum eines Fahrzeugs bei Aufrechterhaltung einer guten Wärmeübertragung erzielen läßt.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Fahrzeugzusatzheizgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Fahrzeugheizgerät hat die Innenwand des Wärmetauschers eine etwa viereckige Außenkontur, und die Innenrippen lassen sich mit vergrößerten Rippenoberflächen auslegen, die von den heißen Verbrennungsgasen überstrichen werden, und hierdurch läßt sich der Wärmeübergang vom Wärmetauscher zu dem flüssigen Wärmeträger effektiver gestalten. Auch wird beim erfindungsgemäßen Heizgerät der flächige Boden des Wärmetauschers mit in die Wärmeübertragung einbezogen, um den Wirkungsgrad des Wärmetauschers wesentlich zu verbessern. Auch kann man größere Strömungsdurchtrittsquerschnitte dank der Innenrippen vorsehen, wodurch sich der Druckabfall am Wärmetrauscher verringern läßt. Der Wärmetauscher ist beim erfindungsgemäßen Fahrzeugzusatzheizgerät kompakt ausgelegt und dahingehend optimiert, daß man auf gedrängtem Raum einen effektiveren Wirkungsgrad beim Wärmeübergang von den heißen Verbrennungsgasen zu dem flüssigen Wärmeträger hat. Zur Anpassung an die Form der von dem Wärmetauscher nach innen liegenden Brennkammer, welche zylindrisch ausgelegt ist, sind die die innenseitigen Rauchgaskanäle begrenzenden Innenrippen derart ausgebildet, daß ihre freien Enden etwa auf einem Kreis liegen, dessen Mittelpunkt die Mittelachse des Wärmetauschers und/oder des Fahrzeugzusatzheizgeräts darstellt. Die Innenwand des Wärmetauschers ist somit an die Kreisform der Brennkammer angepaßt, so daß man unter Beibehaltung einer gedrängten Bauweise einen Übergang von einer Kreisform zu einer Viereckform erhält, wobei die hierbei zur Verfügung stehenden Oberflächen optimal beim Wärmeaustausch genutzt werden. Ferner ist auch das Außengehäuse des erfindungsgemäßen Fahrzeugzusatzheizgeräts ebenfalls mit einer etwa viereckigen Außenkontur versehen, wodurch sich Vorteile hinsichtlich des Einbaus des Fahrzeugzusatzheizgeräts und des Vorsehens von zusätzlichen Einrichtungen ergeben, welche zu Montageerleichterungen u. dgl. führen.

Vorzugsweise umschreibt die viereckige Außenkontur des Außengehäuses und der Innenwand des Wärmetauschers ein Quadrat, so daß der Wärmetauscher insgesamt gesehen quaderförmig ausgebildet ist.

Vorzugsweise haben die Innenrippen einen trapezförmigen Querschnitt, d. h. sie sind unterschiedlich lang und/oder unterschiedlich dick bemessen, um eine möglichst gleichförmige Temperaturverteilung über den Umfang des Wärmeaustauschers gesehen zu erreichen.

Vorzugsweise dient wenigstens eine der ebenen Außenflächen des viereckigen Außengehäuses zur Anbringung von zusätzlichen Einrichtungen, wie einer Steuereinrichtung o. dgl. Hierbei ist es möglich, entsprechende Aufnahmen für solche Einrichtungen unmittelbar an der Außenseite des Außengehäuses anzuformen, so daß man keine zusätzlichen Halterungen für derartige Einrichtungen benötigt.

Vorzugsweise sind beim erfindungsgemäßen Fahrzeugzusatzheizgerät an einer weiteren ebenen Außenfläche des Außengehäuses der Einlaß und der Auslaß des flüssigen Wärmeträgers vorgesehen. Gegebenenfalls sind an dieser Außenfläche auch ein Abgasauslaß und/oder ein Brennstoff- oder Brennlufteinlaß vorhanden. Vorzugsweise liegt diese ebene Außenfläche der Außenfläche des Außengehäuses diametral gegenüber, an der die zusätzlichen Einrichtungen, wie die Steuereinrichtung, vorgesehen sind. Hierdurch ergeben sich Vereinfachungen hinsichtlich des Einbaus eines solchen Fahrzeugzusatzheizgeräts in ein Kraftfahrzeug.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltungsform nach der Erfindung sind auf der vom flüssigen Wärmeträger überströmten Seite des Wärmetauschers Schikanen vorgesehen, um die Durchströmung mittels des flüssigen Wärmeträgers auf die jeweiligen Flächen des Wärmetauschers mit unterschiedlichem Wärmefluß abzustimmen. Die Schikanen dienen ferner dazu, den flüssigen Wärmeträger so über die Außenfläche der Innenwand des Wärmetauschers zu lenken, daß möglichst lange Durchströmungswege zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Wärmetauschers verwirklicht werden.

Zweckmäßigerweise sind die Schikanen derart gestaltet, daß nach dem Eintritt des flüssigen Wärmeträgers dieser größenteils zu der Bodenfläche des Wärmetauschers gelenkt wird, der bezogen auf das Fahrzeugzusatzheizgerät an einer solchen Stelle liegt, an der die aus der Brennkammer austretenden heißen Verbrennungsgase vor dem Überstreichen des Wärmetauschers in ihrer Strömungsrichtung umgelenkt werden. Daher ist die Bodenfläche des Wärmetauschers eine der heißesten Zonen, an der die höchsten Temperaturdifferenzen zwischen dem flüssigen Wärmeträger und den heißen Verbrennungsgasen auftreten, so daß dieser Bodenfläche im Hinblick auf den Wirkungsgrad des Wärmetauschers eine wesentliche Bedeutung zukommt.

Durch die Weiterbildung des Fahrzeugzusatzheizgeräts gemäß Patentanspruch 9 wird erreicht, daß sich im flüssigen Wärmeträger gegebenenfalls bildende Dampfblasen wirksam zum Austritt abgeleitet werden, um hierdurch den Wärmeaustausch am Wärmetauscher nicht zu beeinträchtigen. Die Schikanen gestatten somit auch eine sogenannte "Zwangsentlüftung" des Kreislaufs des flüssigen Wärmeträgers im Fahrzeugzusatzheizgerät.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltungsform des Fahrzeugzusatzheizgeräts nach der Erfindung, die im Anspruch 10 wiedergegeben ist, werden die Schikanen am Wärmetauscher so gestaltet, daß die Durchströmung des flüssigen Wärmeträgers am Wärmetauscher entsprechend auf die Flächen mit unterschiedlichem Wärmefluß abgestimmt werden kann. Auch können die Längen der durch die Schikanen begrenzten Kanäle unterschiedlich gewählt werden.

Gemäß Patentanspruch 11 ist wenigstens eine Schikane am Wärmetauscher vorgesehen, die eine Trennwand zwischen dem Eintritt und dem Austritt des flüssigen Wärmeträgers bildet, wobei sich diese Schikane über wenigstens etwa zwei aneinandergrenzende Flächen des viereckigen Wärmetauschers hinweg erstreckt.

Mit Hilfe der beim erfindungsgemäßen Fahrzeugzusatzheizgerät vorgesehenen Schikanen wird die Führung des flüssigen Wärmeträgers am Wärmeaustauscher optimiert, um einen möglichst effizienten Wärmeübergang von heißen Verbrennungsgasen und flüssigem Wärmeträger zu erzielen.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugzusatzheizgeräts in Teilschnittdarstellung,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch das Fahrzeugzusatzheizgerät längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 und 4 perspektivische Ansichten auf den Wärmetauscher des Fahrzeugzusatzheizgeräts, und

Fig. 5 eine Abwicklung der Außenflächen des Wärmetau­ schers des Fahrzeugzusatzheizgeräts.

In Fig. 1 ist schematisch ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Fahrzeugzusatzheizgerät gezeigt. Das Fahrzeugzusatzheizgerät 1 wird mit flüssigem Brenn­ stoff betrieben und hat eine Brennkammer 2, in der ein Brenn­ stoff/Luft-Gemisch verbrannt wird. Die Brennkammer ist von einem Wärmetauscher 3, 4 umgeben, der innenseitig von den bei der Verbrennung in der Brennkammer 2 erzeugten hei­ ßen Verbrennungsgasen überstrichen wird. Der Wärmetau­ scher 3, 4 umfaßt ein Außengehäuse 4, wobei die Zwischenräume zwischen der Außenfläche der Innenwand 3 und der Innenfläche des Außengehäuses 4 von einem flüssigen Wär­ meträger 5, wie beispielsweise Kühlflüssigkeit oder Wasser bei einem Kraftfahrzeug durchströmt ist. Der flüssige Wärme­ träger 5 tritt über einen Einlaß 6 am Außengehäuse 4 ein und über einen Auslaß 7 am Außengehäuse 4 aus. Wie aus Fig. 2 in Ver­ bindung mit den Fig. 3 oder 4 zu ersehen ist, hat der Wärme­ tauscher 3, 4 für den flüssigen Wärmeträger 5 eine etwa vierecki­ ge Außenkontur mit einem flächigen Boden 8. Aus der Quer­ schnittsansicht des Fahrzeugzusatzheizgeräts 1 und des Wärmetauschers 3, 4 nach Fig. 2 ist zu ersehen, daß der Wärmetauscher 3, 4 Innen­ rippen 9 besitzt, welche Rauchgaskanäle 10 begrenzen. Die Innenrippen 9 verlaufen weitgehend radial und ihre freien Enden 11 liegen auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt etwa die Mittelachse 12 des Wärmetauschers 3, 4 darstellt. Auf diese Weise begrenzen die freien Enden 11 der Innenrippen 9 beim Wärmetauscher 3, 4 einen Innenraum 13, der etwa einen Kreis­ querschnitt hat. In diesem Innenraum 13 ist die Brennkammer 2 angeordnet, die beispielsweise von einem Brennrohr 14 be­ grenzt wird.

Aus Fig. 1 und Fig. 2 der Zeichnung ist ferner zu ersehen, daß das Außengehäuse 4 ebenfalls eine quadratische Außenkontur hat, Daraus ergeben sich an der Außenseite des Außengehäuses 4 ebene Außenflächen 15, 16, wobei die anderen beiden gegenüberlie­ genden Außenflächen oder Seitenflächen des umschriebenen Vier­ ecks nicht näher bezeichnet sind. An der Außenfläche 15 sind unmittelbar am Körper des Außengehäuses 4 Aufnahmeeinrichtungen 17 angeformt, die zur Aufnahme einer nicht näher dargestellten Steuereinrichtung 18 dienen. In diesem Fall ist die Steuer­ einrichtung 18 direkt in den Körper des Außengehäuses 4 eingebaut, so daß zusätzliche Halterungen oder Befestigungen für eine derartige Steuereinrichtung entfallen. Auf der der Außenflä­ che 15 gegenüberliegenden Außenfläche 16 sind der Einlaß 6 und der Auslaß 7 für den flüssigen Wärmeträger 5 vorgesehen.

Ferner können an dieser Außenfläche 16 auch noch ein Abgas­ auslaßstutzen und/oder entsprechende Zuleitungseinrichtungen für den Brennstoff und/oder die Brennluft vorgesehen sein, so daß die nach außen führenden Einrichtungen des Fahrzeugzusatzheizgeräts 1 alle auf einer Seite, nämlich der ebenen Außenfläche 16 des Außengehäuses 4 angeordnet sind, um die Montage des Fahrzeugzusatzheizgeräts 1 weiter zu erleichtern.

Anhand den Fig. 3 bis 5 wird die Außenfläche der Innenwand 3 näher erläutert, die von dem flüssigen Wärmeträger 5 überstrichen wird.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf die Innenwand 3 in Blickrichtung auf den vom Einlaß 6 gebildeten Ein­ tritt 19 und den vom Auslaß 7 gebildeten Austritt 20 des flüssigen Wärmeträgers 5. Fig. 4 hingegen zeigt die Innenwand 3 mit Blickrichtung von der dem Eintritt 19 und dem Austritt 20 gegenüberliegenden Seite.

Wie gezeigt sind auf dieser Wandfläche der Innenwand 3 verschiedene Schikanen 21 ausgebildet, deren Verlauf sich aus der Abwicklung nach Fig. 5 genauer entnehmen läßt. Jeweils zwei benachbarte Schikanen 21 begrenzen Kanäle 22, durch die der flüssige Wärmeträger 5 strömt. Ausgehend von dem Eintritt 19 (siehe Fig. 3 und 5) sind die Schikanen 21 derart ausgebildet, daß ein Großteil des über den Eintritt 19 eintretenden Stroms des flüs­ sigen Wärmeträgers 5, beispielsweise etwa 80% desselben, direkt zum Boden 8 der Innenwand 3 und von dort über entsprechende durch weitere Schikanen 21 gebildete Kanäle 22 zum Austritt 20 geleitet wird. Der Restteil des flüssigen Wärmeträgerstroms von etwa 20% geht zu den anderen Wandflächen der Innenwand 3. Ausgehend vom Eintritt 19 erstreckt sich eine Schikane 21a über wenigstens zwei Seitenflächen (siehe Fig. 5) der Innenwand 3 und bildet damit eine Trennwand zwischen dem Ein­ tritt 19 und dem Austritt 20. Hier­ durch wird erreicht, daß der eintretende Wärmeträgerstrom nicht unmittelbar zum Austritt 20 gelangen kann sondern gezwungen ist, über die Bodenfläche und die Seitenwandflächen der Innenwand 3 zu fließen.

Die in Fig. 5 links und rechts liegenden Schikanen 21b, die bei der Innenwand 3 auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Wärmetauschers 3, 4 liegen, sind so ausgelegt, daß sie etwa pa­ rallel verlaufende Kanäle 22b begrenzen. Wie aus der Dar­ stellung ferner zu ersehen ist, können die Breite und/oder die Höhe der Schikanen 21, 21a, 21b so unterschiedlich sein, daß man unterschiedliche Kanalquerschnitte der Kanäle 22, 22b erhält, so daß sich die durch die Schikanen 21, 21a, 21b er­ gebenden Strömungswiderstände gegebenenfalls verschieden sind. Hier­ durch kann eine Anpassung an den Wärmefluß erreicht werden, um den Wirkungsgrad des Wärmeübergangs an der Innenwand 3 zu verbessern. Ferner sind die Schikanen 21, 21a, 21b auch derart ausgeformt, daß man bei der Herstellung der Innenwand 3 als Gußteil eine möglichst einfache Entformung aus der Form erzielt. Es sind auch andere Anordnungen der Schikanen 21, 21a, 21b möglich, um ggf. Luft bzw. Dampfblasen im flüssigen Wärmeträger 5 wirksam abzuführen bzw. die Strömung des flüssigen Wärmeträgers 5 auf einen Innenwand unterschiedlichem Wärmefluß in den verschiedenen Flächen der Innenwand 3 abzustimmen.

Claims (11)

1. Fahrzeugzusatzheizgerät, mit einer Brennkammer und einem diese umgebenden Wärmetauscher, der innenseitig von dem aus der Brennkammer austretenden heißen Verbrennungsgasen unter Bildung von durch Innenrippen begrenzten Rauchgaskanälen beaufschlagt und von einem flüssigen Wärmeträger durchströmt ist, der über einen Einlaß ein- und über einen Auslaß austritt, die an dem Außengehäuse des Wärmetauschers vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (4) ebenso wie die Innenwand (3) des Wärmetauschers (3, 4) eine etwa viereckige Außenkontur hat, und daß die freien Enden (11) der Innenrippen (9) etwa auf einem Kreis liegen, dessen Mittelpunkt die Mittelachse (12) des Wärmetauschers (3, 4) darstellt.

2. Fahrzeugzusatzheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die viereckige Außenkontur quadratisch ausgebildet ist.

3. Fahrzeugzusatzheizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrippen (9) einen trapezförmigen Querschnitt haben.

4. Fahrzeugzusatzheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der ebenen Außenflächen (15) des viereckigen Außengehäuses (4) zur Anbringung zusätzlicher Einrichtungen, wie einer Steuereinrichtung (18), dient.

5. Fahrzeugzusatzheizgerät nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere ebene Außenfläche (16) des rechteckigen Außengehäuses (4) den Einlaß (6) und den Auslaß (7) für den flüssigen Wärmeträger (5), sowie gegebenenfalls einen Abgasauslaß und einen Brennstoff- und Brennlufteinlaß aufweist.

6. Fahrzeugzusatzheizgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einlaß (6) und den Auslaß (7) für den flüssigen Wärmeträger (5) aufweisende ebene Außenfläche (16) der Außenfläche (15) diametral gegenüberliegt, an der die zusätzlichen Einrichtungen hat.

7. Fahrzeugzusatzheizgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der vom flüssigen Wärmeträger (5) überströmten Seite des Wärmetauschers (3, 4) Schikanen (21, 21a, 21b) vorgesehen sind.

8. Fahrzeugzusatzheizgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schikanen (21, 21a, 21b) derart gestaltet sind, daß nach dem Eintritt (19) des flüssigen Wärmeträgers (5) über den Einlaß (6) derselbe größtenteils zu der Bodenfläche (8) des Wärmetauschers (3, 4) gelenkt wird.

9. Fahrzeugzusatzheizgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Seitenflächen des Wärmetauschers (3, 4), die frei vom Eintritt (19) oder Austritt (20) des flüssigen Wärmeträgers (5) sind, Schikanen (21b) besitzen, die etwa parallel verlaufende Kanäle (22b) begrenzen, die in Achsrichtung des Wärmetauschers (3, 4) verlaufen.

10. Fahrzeugzusatzheizgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe und/oder Breite der von den Schikanen (21, 21a, 21b) begrenzten Kanäle (22, 22b) zur Veränderung des Strömungswiderstandes zwecks Anpassung an den Wärmefluß unterschiedlich ist und/oder sind.

11. Fahrzeugzusatzheizgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Schikane (21a) eine Trennwand zwischen Eintritt (19) und Austritt (20) des flüssigen Wärmeträgers (5) bildet, die sich über wenigstens etwa zwei aneinandergrenzende Flächen des Wärmetauschers (3, 4) erstreckt.