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Heizvorrichtung, insbesondere zur Erwärmung der Kühlflüssigkeit von
Kraftwagenmotoren Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, insbesondere zur
Erw:irm,ung der Kühlflüssigkeit von Kraftwagenmotoren und für ähnliche Zwecke, bei
der ein flüssiger Brennstoff in einer Kammer zur Verdunstung oder Vergasung gebracht
und dann. in einer zweiten Kammer ohne Flamme mit Hilfe eines Katalysators verbrannt
wird. Erfindungsgemäß wird bei einer derartigen Heizvorrichtung die Anordnung so
getroffen, @daß die Verbrennungskammer eine von der zu erwärmenden Kühlflüssigkeit
durchströmte Leitung umschließt oder von dieser umgeben ist und der in ihr vorgesehene
Katalysator isoliert von den durch die zu erhitzende Kühlflüssigkeit bespülten Kamtnerwän.den
angeordnet und .mittels eines Schutzkörpers aus porösem, feuerfestem, wärmespeicherndem
Stoff überdeckt ist.
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Auf diese Weise wird vor allem praktisch die ganze Wärme der Verbrennung
zur Erwärmung der Kühlflüssigkeit verwertet. Die katalytische Verbrennung findet
gewissermaßen in Berührung mit der kalten Kühlmittelleitung oder wenigstens in deren
unmittelbaren Nähe statt, so daß Wärmeverluste weitgehend vermieden sind. Die Vereinigung
des Katalysators mit :einem @Wärmespeicherkörper erhöht die günstige Wärmewirkung
und verhindert gleichzeitig einen allzu freien Luftzutritt zum Katalysator. Ferner
wird der ständig zuströmende flüssige Brennstoff dauernd und rasch. zur Verdunstung
gebracht, Es ergibt sich so eine baulich einfache und gleichzeitig außerordentlich.
betriebssichere Erwärmungsvorrichtung, die mit .geringem Brennstoffverbrauch während
langer Zeit in dauernder Benutzung sein kann und bequem und leicht zu bedien 2n
ist sowie das geringstmögliche Maß von Wartung verlangt.
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Die Verbrennungskammer kann mit einer in üblicher Weise in den Kühlflüssigkeitskreislauf
zwischen Motor und Kühler eingeschalteten Pumpe zusammengebaut und in einer Erweiterung
des Einlasses der Pumpe oder in einem der Pumpengehäuseteile o,_i.er zwischen .den
beiden die Lager der Pumpenwelle enthaltenden Gehäuseteilen der Pumpe angeordnet
sein, um eine gedrängte Bauform der ganzen Vorrichtung zu erzielen. Ferner kann
die durch die Verbrennung in ,der Verbrennungskammer erwärmte Luft zur Erwärmung
der Verdunstungskammer dieser durch ein Rohr zugeführt werden. Diese Erwärmung der
Verdunstungskammer dureb die Warmluft kann entsprechend der Vermehrun;g oder Verminderung
der Brennstoffzufuhr zur Verbrennungskammer von Hand oder selbsttätig durch einen.
Thermostaten veränderbar sein. Auch kann ein zur Erwärmung des Katalysators dienender
elektrischer Heizwiderstand an seine Stromquelle über einen nach Schließung sich
selbsttätig nach bestimmter Zeit wieder öffnenden Zaitschalter angeschlossen sein.
Zur Brennstofförderung nach der V erdunstungskamaner kann hei fehlendem Gefälle
eine elektromagnetisch getriebene
Membranpu.mpeoder eine ähnlich
wirkende Vorrichtung vorgesehen sein. Die Verdunstungsflächen sind vorteilhafterweise
durch ein mit aufsaugendem Stoff bekleidetes Gestell aus Drahtnetz oder anderem
durchbrochenen Baustoff gebildet.
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Die ,Zeichnung zeigt die neue Heizvorrichtung in mehreren Ausführungsbeispielen.
Abb, i veranschaulicht in teilweise geschnittener Seitenansicht eine in die Kühlflüssigkeitsleitung
der Brennkraftmaschine eines Kraftwagens oder Flugzeuges eingeschaltete Heizvorrichtung
nach der Erfindung. Abb. 2 ist eine ebenfalls teilweise geschnittene Draufsicht
zu Abb. i und Abb. 3 eine Vorderansicht. Abb.4 läßt in Draufsicht .eine etwas abgeänderte
Ausführungsart der Heizvorrichtung erkennen. Abb. 5 und 6 zeigen im Längs- und Querschnitt
eine besondere Ausführungsform der Brennstoffzufuhrleitung der Vorrichtung nach
Abb. i bis 3. Eine weitere Einzelheit dieser Vorrichtung ist in Abb.7 im Schnitt
dargestellt. Abb.8 gibt schematisch die Schaltung eineT elektrischen Einrichtung
zum Anlassen der neuen Heizvorrichtung wieder. Abb. 9 und io zeigen in zwei teilweise
geschnittenen Ansichten eine mit der Kühllüssigkeitspumpe eines Kraftwagenmotors
zusammengebaute Heizvorrichtung nach der Erfindung. Abb. i i und 12 lassen eine
andere Ausführungsform dieses Zusammenbaues von Kühlflüssigkeits= pumpe und Heizvorrichtung
in teilweise geschnittener Draufsicht und Seitenansicht erkennen. Abb. 13 und 14
veranschaulichen .die Gesamtanordnung der Heizvorrichtung nach der Erfindung an
einem Kraftwagen mitsamt den zugehörigen Steuerteilen.
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Bei der Anordnung nach Abb. i bis 3 sind auf der Grundplatte i die
Vergasungskammer 2 und die den Katalysator enthaltende V erbzennungskammer 3 sowie
ein Schwimmergehäuse 4 angeordnet. Der Schwim= irrer 5 des ..Schwimmergehäuses 4
dient zur Einstellung eines Nadel.ventiles 6, das einen am Boden des Schwimmergehäuses
im Anschlußstutzen 7 vorgesehenen Brennstoffeinlaß steuert. Der Anschlußstutzen
ist in der Art der Abb. 13 und 14 mittels einer Rohrleitung Z- -mit dem Benzinbehälter
B des Kraftwagens verbunden, -d-er höher als das Schwimmergehäuse liebt, so daß
das Benzin durch sein eigenes Gewicht nach dem Schwimmergehäuse fließt. Das Schwimmergehäuse
ist ferner (vgl. Abb. i und 2) durch einen Kanal 8 mit der Verdunstungskammer 2
verbunden, in der ein kreuzförmiges Gestell g aus Metalldtahtnetz vorgesehen ist,
welches mit einem saugenden Stoff io reit ,großer Verdunstungsfläche bekleidet ist.
Das Benzin wird über die Schwimmerventilvorrichfiung in die Verdunstungs- oder Vergasungskammer
2 an deren unterem Ende eingelassen und unaufhörlich von der Stoffauskleidung io
des Drahtnetzes 9 nachgesaugt sowie unter Erwärmung ständig zum Verdunsten gebracht.
In die Kammer 2 ist ein oben offenes Rohr i i eingebaut, das unten mit einem, Sieb
14 versehen ist und durch einen Kanal i2 in der Grundplatte i mit dem unter ,der
Verbrennungskammer 3 liegenden Hohlraum 13 der Grundplatte i in Verbindung steht.
Die obere Öffnung des Rohres 1 i ist an diesem seitlich angebracht, so daß Benzintropfen
nicht in das Rohr zurückfallen können.
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Der Hohlraum, 13 in der Grundplatte i ist mit einer .gelochten Platte
15 überdeckt, deren Löcher äußerst klein sind, um ein etwaiges Durchschlagen von
Flammen zu verhindern. Über der Lochplatte 15 ist ein mit einem katalytisch wirkenden
Stoff umkleidetes oder daraus bestehendes Netz oder Gitter 16 angeordnet, das durch
,einen Zwischenring in geringem Abstand über der Lochplatte 15 gehalten wird. Über
der Katalysatorschicht 16 ist außerdem noch ein Gitter oder Netz 17 angebracht,
das als Unterlabe für eine ziemlich. dicke Schutzschicht 18 aus feuerfestem und
wärmtespeicherndem Stoff, wie z. B. Kiesel.gur, Asbest, -dient. In dieser Schicht
18 kann ein elektrischer Heizwiderstand i9 eingebettet. sein, der in bekannter Weise
zur Erwärmung des Katalysators auf die zur Einleitung .der Verbnennung erforderliche
Temperatur dient, wenn die Heizvorrichtung in Betrieb gesetzt werden soll. Sobald
die Vorrichtung im Gange ist, strömen die in der Verdunstungsk ammer a entwickelten
Gase oder Dämpfe durch das Rohr i i in den Raum 13 und steii..gen von hier durch
,die Lochplatte 15 aufwärts, so daß sie in Berührung mit dem Katalysator 16 kommen.
Die Verbrennung findet unter Entwicklung einer hohen Temperatur statt, da die poröse
und wärmespeichernde Schicht 18 den Luftzutritt zum Katalysator ungefähr auf die
zur Verbrennung .gerade notwendige Menge begrenzt und die ,erzeugte Wärme bindet,
bis die Temperatur eine absehbare Höhe erreicht, bei der die Wärme mit dem besten
Wirkungsgrad auf die zu erwärmende Kühlflüssigkeit übertragen wird. Die Kühlflüssigkeit
durchströmt (vgl. Abb. i und 3) mehrere die Kammer 3 durchsetzende Rohre 2o, deren
Enden in den Seitenwänden der Kammer 3 gehalten sind, von .denen die Stutzen 21
ausgehen. Mit Hilfe der Stutzen 2i wird die ganze Vorrichtung gemäß Abb. 13 und
14 an die Küh,lmitbe'lleitung C zwischen dem Motor M und dem: Kühler K angeschlossen,
so
daß das Kühlmittel durch die Erwärmung in Umlauf gehalten wird.
Die Verbrennungskammer 3 kann, wenn gewünscht, ganz oder teilweise mit einer Füllung
aus einem die Wärmeübertragung auf .die Rohre 2o beschleunigend'en und steigernden
Stoff gefüllt werden.
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Zur Einführung der zur Verbrennung erforderlichen Luft ist die Kammer
3 gemäß Abb. 3 unten mit einer oder mehreren Luftöffnun-en 22 versehen, während
sie oben Luftaü trittsöffnungen 23 aufweist, die in ein die Kammer mit Zwischenraum
umgebendes Gehäuse 24 münden, das zur äußeren Wärmeisolierung der Kammer 3 dient.
Für den Auslaß der warmen Luft besitzt das Gehäuse 24 unten an der Seite eine oder
mehrere Üffnungen 25, während es auf der anderen Seite unten mit .einem bis unter
die Vergasungskammer 2 reichenden Ablaßrohr 26 verbunden ist, das mit einer Anzahl
Löcher versehen ist und zur Erwärmung der Vergasungskammer dient. Diese Erwärmung
wird zweckmäßig derart geregelt, daß die Verdunstung .in der Kammer 2 nicht größer
wird, als zur Unterhaltung der Verbrennung mit der jeweils gewünschten Heizstärke
notwendig ist. Die Heizwirkung kann durch Einstellung der Brennstoffzufuhr zur Verbrennungskammer
entweder von Hand oder selbsttätig, z. B. durch. Thermostate, so gesteuert werden,
daß eine konstante Temperatur bei dem zu erwärmenden Kählmittel aufrechterhalten
wird. Gemäß Abb. a geschieht diese Einstellung der Brennstoffzufuhr durch ein von
Hand oder durch einen Thermostaten verstellbar gesteuertes Regelventil 27 im Kanal
12, mit dem ein zweites Regelventil 28 gekuppelt ist, das im Ableitungsrohr
26 für die Warmluft vorgesehen ist, so daß ,die Warmlu.ftströtn:ung durch dieses
Rohr undidamit die Erwärmung der Vergasungskammer 2 sich entsprechend der Vergrößerung
oder Verringeung der Brennstoffzufuhr verändert. Wie Abb. 7 im einzelnen zeigt,
sind die Regelventile 27 und 28 mittels einer Stange 29 derart @miteinander verschiebbar
verbunden, daß sie unabhängig voneinander durch die Federn. 3o und 3.1 auf ihre
Sitze .gepreßt werden können. Gemäß Abb. 13 und 14 -ist die Spindel 32 des Ventils
27 mit einem auf der Gerätetafel 33 des Kraftwagens angeordneten Handgriff 34 beispielsweise
durch eine Spindel 35 verbunden, die mit der Spindel 32 und dem Handgriff
34 mittels eines Kugelgelenkes 36 gekuppelt ist.
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Wenn die katalytische Verbrennung eingeleitet werden soll, werden
die Regelventile 27 und 28 durch den Handgriff 34 geöffnet, und gleichzeitig wird
ein gegebenenfalls damit verbundener, in Abb. 8 -ersichtlicher Zeitschalter
37 eingeschaltet, der ebenfalls auf der Gerätetafel 33 angeordnet sein kann
und zur Einschaltung der elektrischen Heizwiderstände ig und einer Prüflampe iga
in den Stromkreis .der Batterie 38 des Kraftwagens dient. Nach der Einschaltung
bleibt der Zeitschalter während einer gewissen Zeit, z. B. während einiger Minuten,
geschlossen, während welcher Zeit der Katalysator auf die zur Verbrennung erforderliche
Temperatur kommt. Wenn der Verbrennungsvorgang auf diese Weise ausgelöst äst, öffnet
sich der Zeitschalter 37 selbsttätig wieder, so daß die Belastung der Batterie 38
aufhört, während sich die Verbrennung von selbst ohne die geringste Aufsicht fortsetzt,
bis die Brennstoffzufuhr wiederum mit dem Handgriff 34 abgeschlossen wird oder der
Brennstoffvorrat im Brennstoffbehälter zu Ende geht. Da der Brennstoffiverbrauch
der katalytischen Heizvorrichtung äußerst gering ist, so stellt der Inhalt des üblichen
Benzinbehälters B von Kraftwagen, ,wie er in Abb. 13 und 14 vorgesehen ist, einen
praktisch sich nicht erschöpfenden Brennstoffvorrat dar, der sogar monatelang ausreichen
kann. Auf diese Weise wird es möglich, mühelos und beinahe kostenfrei die Erfrierung
der Kühlflüssigkeit in der kalten Jahreszeit während praktisch unbegrenzter Zeit
zu verhindern, so daß die sonst erforderliche Heizung der Kraftwagenhalle überflüssig
wird und man auch im Winter den Wagen im Freien stehenlassen kann, ohne Einfrieren
der Kühlflüssigkeit oder Anlaßschwierigkeiten des Motors befürchten zu müssen.
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Wenn der Brennstoffbehälter tiefer als die Verdunstungskammer liegt,
kann die Brennstofzttfuhr zu dieser Kammer durch das in Abb. 5 und 6 dargestellte
Dochtrohr 7a erfolgen, das den Brennstoffbehälter mit dem Stutzen 7b ,der Vorrichtung
nach Abb. 4 verbindet, der nach der Verdunstungskammer 2 führt. Durch die Mitte
dieses Dochtrohres geht ein gelochtes Rohr 7c, das vom DochtstOff 7d .umgeben ist
und dessen Saugwirkung erleichtert. Der Docht 7d steht .mit dem die Verdunstungsfläche
vergrößernden, saugen--den Stoff in der Verdunstungskammer 2 in Verbindung. Um,
Aden Brennstoff einer höher als der Brennstoffbehälter liegenden Verdunstungskammer
zuzuleiten, kann man auch eine kleine elektromagnetisch getriebene Ilembranpumpe
oder eine ähnliche Vorrichtung verwenden, die den flüssigen Brennstoff zum Schwimmergehäuse
fördert. Der Stromverbrauch bei einer solchen Pumpe ist so unbedeutend, daß @d'iese
ohne weiteres an die Batterie des Kraftwagens angeschlossen -,verden kann.
In
den meisten Kraftwagen wird eine Kreiselpumpe 39 (vgl. Abb. 13 und 14) verwendet,
um während der Fahrt das Kühlmittel über den Motor M und :den Kühler K in Umlauf
zu halten. Bei der AusfühTungsfor.mi .der Erfindung gemäß Abb. 9 und io ist die
katalytische Heizvorrichtung mit dieser Pumpe 39 zusammengebaut. Der Einlaß zur
Pumpe ist hier mit einer zylindrischen Erweiterung 4o versehen, in der die Verbrennungskammer
3 gleichachsig angeordnet ist. In der Mitte der Kammer 3 liegt ein gelochtes Rohr
44 das in Verbindung mit der Verdunstungskammer :2 steht, die im wesentlichen ähnlich
wie bei der Anordnung nach Abb. i bis 3 .gebaut ist. Das Rohr 4 1 ist von einem
Drahtnetz 42 umgeben, das mit einem katalytisch wirksamen Stoff, wie Platin,-schwamm,versehen
ist. Im Raum zwischen dem Katalysator42 und der Innenseite der Kammer 3 ist eine
Packung 43 -aus porösem oder faserigem, feuerfestem, wärmespeichern-.dern Stoff,
wie- Kieselgur oder Asbest, angebracht, in die mehrere gelochte Rohre 44 eingebettet
sind, deren untere Enden offen sind und durch welche die zur Verbrennung notwendige
Luft in die Verbrennungskammer 3 eintritt. In der Packung 43 sind außerdem die elektrischen
Heizdrähte eingebettet, die zur Einleitung des Verbrennungsvorganges dienen. Die
Verbrennungskammer 3 ist auf der Außenseite mit Rippen 45 zwecks besserer Wärmeübertragung'
auf das die Verbrennungskammer umspülende Kühlmittel versehen, das durch die Erweiterung
'4o der Pumpe 39 zufließt. Die etwa erforderliche Erwärmung der V erdunstungskamm@er
2 kann z. B. durch -Anschluß des durch die Verbrennung erhitzten Warmlu.ftrohres
an ein unter der Verdunstungskammer angeordnetes Ablaßrohr -für die warme Luft erfolgen.
Die Regelung der Brennstoffzufuhr von der Verclunstungskammer zur Verbrennungskammer
kann auf ähnliche Weise wie bei der Anordnung nach Abb. i bis 3 durch Regelventile
in der Art der Abb. 7 und eine Steuerung nach Abb. 13 und 14 erfolgen.
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Wie Abb. i i und i2 zeigen, kann die Verbrennungskammer 3 auch in
der Form eines Zwischenstückes zwisohen den Pumpengehäuseteilen 46 und 47 angeordnet
sein. Quer durch dieses Zwischenstück geht ein Rohr 48, durch das die Pumpenwelle
59 hindurchgeführt ist und das ein zweites Rohr 49 mit Abstand umgibt. Durch dien
Zwischenraum zwischen den Rohren 48, 49 fließt das Kühlmittel vom Pu.mpeneinlaß!
5o zum Pumpenrad. In geringem Abstand von der Innenfläche der zylindrischen Kammer
3 ist eine gelochte Wand 51 vorgesehen, auf deren innerer Seite der Katalysator
52 angebracht ist. Zwischen dem Katalysator und dem Rohr 49 liegt eine Füllung 53
aus porösem, feauerfestem Stoff, in die mehrere .gelochte Rohre 54 für die Zuführung
der für .die Verbrennung erforderlichen Luft eingebettet sind, von denen wenigstens
einige mit ihren unteren Enden mit der Außenluft verbunden sind und die alle am
oberen Ende nach einer gemeinsamen Kammer 55 ausmünden. Von der Kammer 55 kann ein
Warmluftrohr ausgeh-en, .das unter der Verdunstungskammer ausmündet oder sonstwie
zur Erwärmung dieser Kammer benutzt ist. Die aus der Verdunstungskammer austretenden
Brennstoffgase treten in den außerhalb der Lochwand 51 liegendien Ringraum der Kammer
3 ein und kommen dann durch die Löcher der Wandung 51 in Berührung mit dem Katalysator
52, wodurch: ,die Verbrennung zustande kommt. Das Rohr 49 ist sowohl auf der Innenseite
wie .auf der Außenseite mit Rippen zwecks besserer Wärmeübertragung auf das Kühtmittel
versehen. Der Zusammenbau der katalytischen Heizvorrichtung mit der Küblmittelpumpe
kann natürlich auch in anderer Weise geschehen, indem z. B. die Kammer, in welcher
die katalytische Verbrennung stattfindet, unmittelbar in einem der Pumpengehäuseteile
untergebracht wird..
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Wie Abb. 13 und 14 zeigen, kann die mit den Durchflußrohren
für das Kühlmittel versehene Verbrennungskammer 3, wenn die Verbrennung während
der Fahrt des Kraftwagens oder des Flugzeuges nicht im Betrieb ist, als Wärm:eaustauscher
dienen, um durch das warme Kühlmittel die Luft zu erwärmen, welche zur Heizung des
Wagens in das Innere desselben .geleitet wird. Zü diesem. Zwecke ist an der Kammer
ein Trichter 56 angebracht, der zum: Auffangen der Luft unmittelbar .hinter dem
gebräuchlichen Ventilator, 57 ;angeordnet ist; so daß ein Teil des nach hinten ;gerichteten
Luftstromes vom Trichter aufgenommen und der Kammer 3 zugeleitet wird, um nach Erwärmung
durch .die Rohre 58 in das Fahrzeug oder Flugzeug geleitet zu werden und dieses
zu heizen. Ferner kann die große Verdunstungsfläche in der Vergasungskammer statt
durch Verwendung von aufsaugendem Stoff beispielsweise auch durch eine Brausenvorrichtung
oder auch: durch Benutzung eines nicht absorbierenden Füllstoffes erreicht werden,
auf den sich der flüssige Brennstoff in sehr dünnen Schichten ausbreiten kann.