EP1589298B1 - Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug - Google Patents

Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug Download PDF

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EP1589298B1
EP1589298B1 EP20050007314 EP05007314A EP1589298B1 EP 1589298 B1 EP1589298 B1 EP 1589298B1 EP 20050007314 EP20050007314 EP 20050007314 EP 05007314 A EP05007314 A EP 05007314A EP 1589298 B1 EP1589298 B1 EP 1589298B1
Authority
EP
European Patent Office
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combustion
guide element
product guide
section
combustion product
Prior art date
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EP20050007314
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English (en)
French (fr)
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EP1589298A2 (de
EP1589298A3 (de
Inventor
Walter Blaschke
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Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
J Eberspaecher GmbH and Co KG
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Publication of EP1589298A2 publication Critical patent/EP1589298A2/de
Publication of EP1589298A3 publication Critical patent/EP1589298A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
    • F24H1/263—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body with a dry-wall combustion chamber

Definitions

  • the present invention relates to a heater, in particular for a vehicle, according to the preamble of claim 1, such as can be used as a heater or heater to produce by combustion of generally liquid fuel and combustion air hot combustion products and transported in these products of combustion Heat to be heated to a medium to be heated, so for example, to be introduced into a vehicle interior air or a liquid medium in a heat exchanger assembly.
  • the combustion products generally emerge from an open end of the tube-like or generally cylindrical flame tube and meet there on the bottom region of a generally cup-shaped heat exchanger arrangement surrounding the flame tube. Due to the fact that even in the region of the flame tube when flowing through it will still take place combustion, so moves the Combustion also closer to the bottom of the heat exchanger assembly zoom with the result that even when hitting the bottom wall complete combustion has not yet taken place and will not take place by the spontaneous cooling and. The consequence of this is increased CO emissions.
  • the conventional design of the flame tube which is open in its discharge end region, but otherwise essentially a closed, cylindrical component, further leads to the problem that the emerging from the flame tube, deflected at the bottom portion of the heat exchanger assembly and then between the flame tube and a peripheral region the combustion products flowing the heat exchanger assembly form a stratified flow, wherein the layer which flows along the surface of the peripheral region of the heat exchanger assembly, although their heat transfer comparatively well to the heat exchanger assembly, while that flow layer which flows substantially along the outer surface of the flame tube, for heat transfer can contribute to the heat exchanger arrangement only reduced.
  • the GB 348 264 A discloses a heater according to the preamble of claim 1.
  • the combustion product guide member of this known heater is completed in its remote from a combustion chamber outlet end region by a spherical cap-like end face.
  • a plurality of outlet openings is arranged in a plurality of rings of such outlet openings.
  • the combustion product guide element in the direction of its longitudinal axis is not open as usual, but is basically completed or limited by a wall.
  • the impact of the entire combustion product flow on the bottom portion of the heat exchanger assembly can thus be prevented.
  • the outlet openings provided in the outlet end region of the combustion product guide element then ensure a defined distribution of the combustion product flow during the transition into the heat transfer flow space and thus a more uniform and therefore more efficient flow to the bottom region and the peripheral region of the heat exchanger arrangement.
  • the transition between the interior region of the combustion product guide element and the heat transfer flow region through a plurality of outlet openings causes a turbulent flow transition. This supports on the one hand a possibly still ongoing combustion, on the other hand, however, also has the consequence that the formation of a Layer flow, as described above, can be largely prevented.
  • outlet openings are formed in the bottom wall and / or a circumferential wall of the combustion product guide element.
  • a total flow cross-sectional area provided by all the outlet openings in the outlet end region is smaller than a flow cross-sectional area provided by the tubular combustion product-conducting element.
  • heat transfer ribs are provided on a side of the circumferential area of the heat exchanger arrangement facing the heat transfer flow space and that no heat transfer ribs or heat transfer ribs with a smaller rib height are provided in the portion of the peripheral area surrounding the discharge end area.
  • the combustion product guide element with its bottom wall and its peripheral wall is positioned substantially parallel to the bottom region or to the peripheral region of the heat exchanger arrangement in the outlet end region.
  • a combustion chamber region is provided which has, for example, a pot-shaped combustion chamber housing 14 with a combustion chamber 16 formed therein. Over a plurality of combustion air inlet openings 18, the combustion air supplied by an unillustrated combustion air blower enters the combustion chamber 16.
  • the fuel also required for combustion can be provided, for example, by evaporation from a porous evaporator medium, not shown. The combustion can be started by a likewise not shown ignition element.
  • the combustion products exiting from the combustion chamber 16 first pass through a flame shutter 20 and thus reach the inlet end region 22 of a combustion product guide element 24 which acts as a flame tube.
  • This flame tube or combustion product guide element 24 for example made of sheet metal or other metal material, of ceramic heating material or the like. can be made, has an approximately cylindrical and in the direction of a longitudinal axis L extending Umfansgwandung 26. In an exit end region 28, this circumferential wall 26 merges into a bottom wall 30 which terminates or terminates the flame tube 24 in the direction of the longitudinal axis L.
  • outlet openings 32 are provided at the outlet end region 28. These outlet openings 32 are distributed both on the peripheral wall 26 and the bottom wall 30th
  • the flame tube or combustion product guide element 24 is surrounded by a heat exchanger arrangement, generally designated 34.
  • This includes according to well-known design two approximately pot-shaped housing components 36, 38, which between them a volume range 40, which is flowed through by a medium to be heated, so for example air or water.
  • the heat exchanger assembly 34 basically comprises a peripheral wall portion 42, substantially provided by peripheral walls 44, 46 of the housing members 36, 38, and a bottom portion 48, substantially provided by bottom walls 50, 52 of the housing members 36, 38. At their bottom walls 50, 52nd remote end portions, the two housing components 36, 38 in the region of their peripheral walls 44, 46 fixedly and fluid-tightly connected.
  • a heat transfer flow space is formed between the fire tube 24 and the inner housing member 36.
  • the heat-transporting combustion products transfer heat to the housing member 36, which in turn transfers that heat to the medium to be heated circulating in the volume region 40.
  • a plurality of heat transfer ribs 58 extending in the direction of the longitudinal axis L and distributed in the circumferential direction are formed on the side of the peripheral wall 44 of the inner housing component 36 facing the flame tube 24 or the flow space 54. These enlarge the contact surface for heat transfer.
  • these heat transfer ribs 58 end before the bottom wall 50, so that substantially in the outlet openings formed in the Umfansgwandung 26 of the flame tube 24 32 opposite region on the housing member 36, no ribs or ribs with a smaller rib height and thus greater distance from the flame tube 24 are provided.
  • the flame tube 24 By configuring the flame tube 24 with the bottom wall 32, that is, the fundamental completion of the flame tube 24 in the direction of its longitudinal axis L at the outlet end region 28, and providing a plurality of distributed outlet openings various advantages are achieved. First, it is ensured that not the entire stream of hot combustion products impinges on the bottom region 48 of the heat exchanger arrangement 34, ie the bottom wall 50 of the inner housing component 36. This leads to a considerable thermal relief of this area of the heat exchanger arrangement 34 and an enlargement of that surface on which the hot combustion products emerging from the flame tube 24 impinge directly on the heat exchanger arrangement 34. Furthermore, by providing the outlet openings 32, stronger turbulence formation of the combustion products entering the flow space 54 is forced.
  • the total flow cross-sectional area provided by the openings 32 is smaller than the passage area generally provided by the flow cross-section of the flame tube 24. This ensures a flow acceleration of the combustion products passing through the openings 32 and an even greater turbulence formation.
  • This turbulence formation in turn has the consequence that in the event that the combustion was not completely completed when leaving the flame tube 24, increased support for this combustion can be obtained, and has the further advantage that the formation of a layer flow can be prevented in an improved manner can.
  • This also has effects on the further flow of the combustion products in the flow space 24, so that even there layer flow can be increasingly prevented.
  • the turbulence formation and the defined outflow from the flame tube 24 can also be assisted in that the openings 32 are not in one regular pattern and of uniform size, but that, for example, a more or less irregular distribution of the same on the peripheral wall 26 and / or the bottom wall 30 is provided. In this way, at the same time an influencing of the preferred outflow direction or outflow quantity can be achieved.
  • the combustion products in the flow space 54 preferably flow in the region which leads substantially directly towards the outlet 56.
  • the combustion products in the representation of Fig. 1 If it is directed towards the top, then a flow through those volume areas of the flow space 54 that are farther from the outlet 56 is forcibly obtained. Since in the inventively designed flame tube 54 in the region of the peripheral wall 26 of the flame tube 24, a substantially vertical flow of the surface of the housing member 36 can be obtained, thereby an improved heat transfer to this housing member 36 is ensured.
  • the use of suitable materials for example for the flame tube 24, such.
  • the already mentioned ceramic heater material silicon carbide

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise als Standheizung oder Zuheizer eingesetzt werden kann, um durch Verbrennung von im Allgemeinen flüssigem Brennstoff und Verbrennungsluft heiße Verbrennungsprodukte zu erzeugen und die in diesen Verbrennungsprodukten transportierte Wärme auf ein zu erwärmendes Medium, also beispielsweise die in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft oder ein flüssiges Medium, in einer Wärmetauscheranordnung zu übertragen.
  • Bei der Entwicklung derartiger Heizgeräte besteht im Allgemeinen auf Grund der in modernen Fahrzeugen immer weiter in den Vordergrund tretenden Bauraumprobleme die Tendenz zur Verkleinerung des Gesamtvolumens. Derjenige Raumbereich, in dem die Verbrennung abläuft, ist hinsichtlich der Bildung des Verbrennungsgemisches und des Ablaufs der Verbrennung insoweit optimiert, dass die Verbrennung dort auf vergleichsweise kleinem Raum stattfinden kann. Die in ein allgemein auch als Flammrohr bezeichnetes Verbrennungsproduktführungselement eintretenden heißen Verbrennungsprodukte sind auf Grund des Verkleinerns des Volumens der Brennkammer im Allgemeinen aber noch nicht vollständig verbrannt. Ein Teil der Verbrennungsreaktion wird also noch in dem Flammrohr beim Durchströmen desselben ablaufen. D.h., dass die Verbrennung verstärkt in den Bereich des Flammrohrs verlagert wird.
  • Die Verbrennungsprodukte treten im Allgemeinen aus einem offenen Ende des rohrartig bzw. im Allgemeinen zylindrisch ausgestalteten Flammrohrs aus und treffen dort auf den Bodenbereich einer im Allgemeinen topfartig ausgestalteten und das Flammrohr umgebenden Wärmetauscheranordnung auf. Auf Grund der Tatsache, dass auch im Bereich des Flammrohrs beim Durchströmen desselben noch Verbrennung stattfinden wird, rückt somit die Verbrennung auch näher an den Bodenbereich der Wärmetauscheranordnung heran mit der Folge, dass auch beim Auftreffen auf die Bodenwandung eine vollständige Verbrennung noch nicht stattgefunden hat und durch die spontane Abkühlung auch nicht weiter stattfinden wird. Die Konsequenz daraus ist ein erhöhter CO-Ausstoß.
  • Ein weiteres Problem bei derartigen Heizgeräten ist, dass auf Grund des erforderlichen hohen Wirkungsgrads und der ebenfalls geforderten Nennleistung auch der Wärmeübertrag von den heißen Verbrennungsprodukten auf die Wärmetauscheranordnung optimiert werden muss. Die hierfür vorgesehenen Geometrien führen dazu, dass auch das Gebläse, das sowohl die Verbrennungsluft als auch die Verbrennungsprodukte fördert, durch den dann konstruktionsbedingt auftretenden größeren Druckabfall stärker belastet wird.
  • Die herkömmliche Ausgestaltung des Flammrohrs, das in seinem Austrittsendbereich offen ist, ansonsten im Wesentlichen aber ein geschlossenes, zylindrisches Bauteil ist, führt weiter zu dem Problem, dass die aus dem Flammrohr austretenden, am Bodenbereich der Wärmetauscheranordnung umgelenkten und dann zwischen dem Flammrohr und einem Umfangsbereich der Wärmetauscheranordnung strömenden Verbrennungsprodukte eine Schichtströmung bilden, bei welcher diejenige Schicht, die entlang der Oberfläche des Umfangsbereichs der Wärmetauscheranordnung strömt, zwar ihre Wärme vergleichsweise gut auf die Wärmetauscheranordnung übertragen kann, während diejenige Strömungsschicht, die im Wesentlichen entlang der Außenoberfläche des Flammrohrs strömt, zur Wärmeübertragung auf die Wärmetauscheranordnung nur vermindert beitragen kann. Da weiterhin der Austritt aus dem zwischen dem Flammrohr und der Wärmetauscheranordnung gebildeten Volumenbereich nicht über den gesamten Umfang gleichmäßig, sondern an einer in einem bestimmten Umfangsbereich vorgesehenen Austrittsöffnung stattfindet, werden bestimmte Abschnitte dieses Volumenbereichs bevorzugt durchströmt, nämlich diejenigen Abschnitte, die mehr oder weniger direkt zum Verbrennungsproduktaustritt führen, während andere Bereiche weniger effizient durchströmt werden.
  • Die GB 348 264 A offenbart ein Heizgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Verbrennungsproduktführungselement dieses bekannten Heizgeräts ist in seinem von einer Brennkammer entfernten Austrittsendbereich durch eine kugelkalottenartige Stirnfläche abgeschlossen. Im Bereich dieser kugelkalottenartigen Stirnfläche ist eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen in mehren Ringen derartiger Austrittsöffnungen angeordnet.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, vorzusehen, bei welchem bei kompakter Baugröße die in Verbrennungsprodukten transportierte Wärme durch Beeinflussung des Strömungsverhaltens derselben verbessert auf ein zu erwärmendes Medium übertragen werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend:
    • einen Brennkammerbereich zur Verbrennung von Brennstoff und zur Erzeugung von heißen Verbrennungsprodukten,
    • ein rohrartiges Verbrennungsproduktführungselement mit einem Eintrittsendbereich, in welchem die die Brennkammer verlassenden Verbrennungsprodukte in das Verbrennungsproduktführungselement eintreten, und mit einem Austrittsendbereich, in welchem wenigstens ein Teil der Verbrennungsprodukte aus dem Verbrennungsproduktführungselement austritt,
    • eine Wärmetauscheranordnung, welche zusammen mit dem Verbrennungsproduktführungselement einen Wärmeübertragungsströmungsraum begrenzt und im Wesentlichen topfartig ausgebildet ist mit einem das Verbrennungsproduktführungselement außen umgebenden Umfangsbereich und einem in Richtung einer Längsachse des Verbrennungsproduktführungselements auf den Austrittsendbereich folgenden Bodenbereich,
    wobei das rohrartige Verbrennungsproduktführungselement in seinem Austrittsendbereich in Richtung der Längsachse durch eine Bodenwandung abgeschlossen ist und eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen zum Austritt von Verbrennungsprodukten aus dem Verbrennungsproduktführungselement in den Wärmeübertragungsströmungsraum aufweist.
  • Von Bedeutung ist bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Heizgerätes, dass das Verbrennungsproduktführungselement in Richtung seiner Längsachse nicht wie üblich offen ist, sondern grundsätzlich durch eine Wandung abgeschlossen bzw. begrenzt ist. Das Auftreffen der gesamten Verbrennungsproduktströmung auf den Bodenbereich der Wärmetauscheranordnung kann somit verhindert werden. Die im Austrittsendbereich des Verbrennungsproduktführungselements vorgesehenen Austrittsöffnungen gewährleisten dann eine definierte Verteilung der Verbrennungsproduktströmung beim Übergang in den Wärmeübertragungsströmungsraum und somit eine gleichmäßigere und somit effizientere Anströmung des Bodenbereichs und des Umfangsbereichs der Wärmetauscheranordnung. Insbesondere bewirkt der Übergang zwischen dem Innenraumbereich des Verbrennungsproduktführungselements und dem Wärmeübertragungsströmungsbereich durch mehrere Austrittsöffnungen einen turbulenten Strömungsübergang. Dies unterstützt zum einen eine möglicherweise noch ablaufende Verbrennung, hat zum anderen aber auch zur Folge, dass die Ausbildung einer Schichtströmung, wie vorangehend beschrieben, weitgehend verhindert werden kann.
  • Um einerseits die Ausbildung von Strömungsturbulenzen beim Übergang in den Wärmeübertragungsströmungsraum zu unterstützen, andererseits aber eine definierte Strömungsverteilung im Wärmeübertragungsströmungsraum vorgeben zu können bzw. beeinflussen zu können, ist gemäß Anspruch 1 weiter vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der im Austrittsendbereich vorgesehenen Austrittsöffnungen zueinander unterschiedliche Querschnittsformen oder/und unterschiedliche Strömungsquerschnittsflächen aufweist oder/und dass die Austrittsöffnungen im Austrittsendbereich in Umfangsrichtung ungleichmäßig verteilt sind.
  • Um die räumliche Vergleichmäßigung des Strömungsaustritts weiter unterstützen zu können, wird vorgeschlagen, dass Austrittsöffnungen in der Bodenwandung oder/und einer Umfangswandung des Verbrennungsproduktführungselements ausgebildet sind.
  • Gemäß einem besonders vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine durch alle Austrittsöffnungen im Austrittsendbereich bereitgestellte Gesamt-Strömungsquerschnittsfläche kleiner ist, als eine durch das rohrartige Verbrennungsproduktfühnrngselement bereitgestellte Strömungsquerschnittsfläche. Dadurch wird eine Beschleunigung der Verbrennunsgproduktströmung beim Durchströmen der Austrittsöffnungen erzwungen. Diese Beschleunigung unterstützt die Turbulenzbildung und somit die ggf. noch ablaufende Verbrennung.
  • Um sicherzustellen, dass die Wärmetauscheranordnung durch die aus dem
  • Austrittsendbereich des Verbrennungsproduktführungselements austretenden Verbrennungsprodukte möglichst gleichmäßig angeströmt werden kann, wird weiter vorgeschlagen, dass an einer dem Wärmeübertragungsströmungsraum zugewandten Seite des Umfangsbereichs der Wärmetauscheranordnung Wärmeübertragungsrippen vorgesehen sind und dass in dem den Austrittsendbereich umgebenden Abschnitt des Umfangsbereichs keine Wärmeübertragungsrippen oder Wärmeübertragungsrippen mit geringerer Rippenhöhe vorgesehen sind. Hierzu kann weiter vorgesehen sein, dass im Austrittsendbereich das Verbrennungsproduktführungselement mit seiner Bodenwandung und seiner Umfangswandung im Wesentlichen parallel zum Bodenbereich bzw. zum Umfangsbereich der Wärmetauscheranordnung positioniert ist.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine Längsschnittansicht der wesentlichen Bereiche eines er- findungsgemäßen Heizgeräts;
    Fig. 2
    eine Teil-Querschnittdarstellung verschiedener Komponenten des in Fig. 1 gezeigten Heizgeräts.
  • In Fig. 1 ist ein Heizgerät 10 mit seinen für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wesentlichen Systembereichen dargestellt. So ist ein allgemein mit 12 bezeichneter Brennkammerbereich vorgesehen, der ein beispielsweise topfartig ausgestaltetes Brennkammergehäuse 14 mit einer darin gebildeten Brennkammer 16 aufweist. Über mehrere Verbrennungslufteintrittsöffnungen 18 tritt die durch ein nicht dargestelltes Verbrennungsluftgebläse herangeförderte Verbrennungsluft in die Brennkammer 16 ein. Der zur Verbrennung ebenfalls erforderliche Brennstoff kann beispielsweise durch Abdampfung aus einem nicht dargestellten porösen Verdampfermedium bereitgestellt werden. Die Verbrennung kann durch ein ebenfalls nicht dargestelltes Zündelement gestartet werden.
  • Die aus der Brennkammer 16 austretenden Verbrennungsprodukte treten zunächst durch eine Flammblende 20 hindurch und gelangen somit in den Eintrittsendbereich 22 eines als Flammrohr wirksamen Verbrennungsproduktführungselements 24. Dieses Flammrohr bzw. Verbrennungsproduktführungselement 24, das beispielsweise aus Blech oder sonstigem Metallmaterial, aus Heizkeramikmaterial o.dgl. gefertigt sein kann, weist eine näherungsweise zylindrische und in Richtung einer Längsachse L sich erstreckende Umfansgwandung 26 auf. In einem Austrittsendbereich 28 geht diese Umfangswandung 26 über in eine Bodenwandung 30, die in der Richtung der Längsachse L das Flammrohr 24 beendet bzw. abschließt.
  • Um den die Brennkammer 18 verlassenden und das Flammrohr 24 näherungsweise in Richtung der Längsachse L durchströmenden Verbrennungsprodukten im Austrittsendbereich 28 den Austritt aus diesem Flammrohr 24 zu ermöglichen, ist am Austrittsendbereich 28 eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen 32 vorgesehen. Diese Austrittsöffnungen 32 sind verteilt sowohl auf die Umfangswandung 26 als auch die Bodenwandung 30.
  • Das Flammrohr bzw. Verbrennungsproduktführungselement 24 ist umgeben von einer allgemein mit 34 bezeichneten Wärmetauscheranordnung. Diese umfasst nach allgemein bekannter Bauart zwei näherungsweise topfartig ausgestaltete Gehäusebauteile 36, 38, die zwischen sich einen Volumenbereich 40 einschließen, der von einem zu erwärmenden Medium, also beispielsweise Luft oder Wasser, durchströmt wird. Die Wärmetauscheranordnung 34 umfasst grundsätzlich einen Umfangswandungsbereich 42, im Wesentlichen bereitgestellt durch Umfangswandungen 44, 46 der Gehäusebauteile 36, 38, sowie einen Bodenbereich 48, im Wesentlichen bereitgestellt durch Bodenwandungen 50, 52 der Gehäusebauteile 36, 38. An ihren von den Bodenwandungen 50, 52 entfernten Endbereichen sind die beiden Gehäusebauteile 36, 38 im Bereich ihrer Umfangswandungen 44, 46 miteinander fest und fluiddicht verbunden. Zwischen dem Flammrohr 24 und dem inneren Gehäusebauteil 36 ist ein allgemein mit 54 bezeichneter Wärmeübertragungsströmungsraum gebildet. Die im Bereich des Austrittsendbereichs 28 aus dem Flammrohr 24 durch die Austrittsöffnungen 32 austretenden Verbrennungsprodukte treffen auf die Bodenwandung 50 bzw. den daran anschließenden Bereich der Umfagswandung 44 des inneren Gehäusebauteils 36 auf und werden dort so umgelenkt, dass sie an der Außenseite des Flammrohrs 24 in dem Wärmeübertragungsströmungsraum 54 zurückströmen in Richtung zu einem in der Figur mit 56 bezeichneten Verbrennungsproduktaustritt. Beim Strömen entlang der Innenoberfläche des Gehäusebauteils 36 im Wärmeübertragungsströmungsraum übertragen die Wärme transportierenden Verbrennungsprodukte Wärme auf das Gehäusebauteil 36, welches diese Wärme wiederum überträgt auf das im Volumenbereich 40 zirkulierende zu erwärmende Medium.
  • Man erkennt in Fig. 1 weiter, dass an der dem Flammrohr 24 bzw. dem Strömungsraum 54 zugewandten Seite der Umfangswandung 44 des inneren Gehäusebauteils 36 mehrere sich in Richtung der Längsachse L erstreckende und in Umfangsrichtung zueinander verteilt liegende Wärmeübertragungsrippen 58 ausgebildet sind. Diese vergrößern die Kontaktoberfläche zur Wärmeübertragung. Um im Austrittsendbereich 28 des Flammrohrs 24 einen durch derartige Wärmeübertragungsrippen ungehinderten Austritt der Verbrennungsprodukte zu ermöglichen, enden diese Wärmeübertragungsrippen 58 bereits vor der Bodenwandung 50, so dass im Wesentlichen in dem den in der Umfansgwandung 26 des Flammrohrs 24 gebildeten Austrittsöffnungen 32 gegenüber liegenden Bereich am Gehäusebauteil 36 keine Rippen oder aber Rippen mit geringerer Rippenhöhe und somit größerem Abstand zum Flammrohr 24 vorgesehen sind.
  • Durch das Ausgestalten des Flammrohrs 24 mit der Bodenwandung 32, also das grundsätzliche Abschließen des Flammrohrs 24 in Richtung seiner Längsachse L am Austrittsendbereich 28, und das Bereitstellen einer Vielzahl von verteilt angeordneten Austrittsöffnungen werden verschiedene Vorteile erzielt. Zunächst wird sichergestellt, dass nicht der gesamte Strom der heißen Verbrennungsprodukte auf den Bodenbereich 48 der Wärmetauscheranordnung 34, d.h. die Bodenwandung 50 des inneren Gehäusebauteils 36, auftrifft. Dies führt zu einer erheblichen thermischen Entlastung dieses Bereichs der Wärmetauscheranordnung 34 und einer Vergrößerung derjenigen Oberfläche, auf welche die aus dem Flammrohr 24 austretenden heißen Verbrennungsprodukte an der Wärmetauscheranordnung 34 unmittelbar auftreffen. Weiter wird durch das Bereitstellen der Austrittsöffnungen 32 eine stärkere Turbulenzenbildung der in den Strömungsraum 54 eintretenden Vebrennungsprodukte erzwungen. Dies kann dadurch noch unterstützt werden, dass die durch die Öffnungen 32 bereitgestellte Gesamt-Strömungsquerschnittsfläche kleiner ist, als die durch den Strömungsquerschnitt des Flammrohrs 24 allgemein bereitgestellte Durchtrittsfläche. Dadurch wird eine Strömungsbeschleunigung der durch die Öffnungen 32 hindurchtretenden Verbrennunsgprodukte und eine noch weiter verstärkte Turbulenzenbildung gewährleistet. Diese Turbulenzenbildung wiederum hat zur Folge, dass für den Fall, dass beim Austritt aus dem Flammrohr 24 die Vebrennung noch nicht vollständig abgeschlossen war, eine verstärkte Unterstützung dieser Verbrennung erlangt werden kann, und hat weiter den Vorteil, dass die Ausbildung einer Schichtenströmung verbessert unterbunden werden kann. Dies hat auch Auswirkungen auf die weitere Strömung der Verbrennungsprodukte im Strömungsraum 24, so dass auch dort eine Schichtenströmung verstärkt verhindert werden kann. Die Turbulenzenbildung und die definierte Ausströmung aus dem Flammrohr 24 kann dadurch auch unterstützt werden, dass die Öffnungen 32 nicht in einem regelmäßigen Muster und mit gleichförmiger Größe bereitgestellt werden, sondern dass beispielsweise eine mehr oder wenige unregelmäßige Verteilung derselben an der Umfangswandung 26 oder/und der Bodenwandung 30 vorgesehen wird. Auf diese Art und Weise kann gleichzeitig auch eine Beeinflussung der bevorzugten Ausströmrichtung bzw. Ausströmmenge erlangt werden. Grundsätzlich besteht nämlich immer die Tendenz, dass die Verbrennungsprodukte im Strömungsraum 54 vorzugsweise in demjenigen Bereich strömen, der im Wesentlichen direkt in Richtung zum Austritt 56 führt. Werden jedoch die Verbrennungsprodukte in der Darstellung der Fig. 1 verstärkt nach oben hin ausgeleitet, so wird zwangsweise auch eine Durchströmung derjenigen Volumenbereiche des Strömungsraums 54 erlangt, die weiter vom Austritt 56 entfernt liegen. Da bei dem erfindungsgemäß ausgestalteten Flammrohr 54 auch im Bereich der Umfangwandung 26 des Flammrohrs 24 eine im Wesentlichen senkrechte Anströmung der Oberfläche des Gehäusebauteils 36 erlangt werden kann, wird auch dadurch eine verbesserte Wärmeübertragung auf dieses Gehäusebauteil 36 sichergestellt.
  • Da mit den erfindungsgemäßen Ausgestaltungsmaßnahmen also die in den Verbrennungsprodukten transportierte Wärme mit erhöhter Effizienz auf das zu erwärmende Medium übertragen werden kann, kann folglich grundsätzlich auch die Feuerungsleistung im Brennkammerbereich 12 verringert werden, was wiederum zu einer Entlastung der damit in Zusammenhang stehenden Komponenten, wie z.B. dem Gebläse, der Brennstoffzuführung und dergleichen führen wird. Weiter kann durch die Erfindungsmaßnahmen eine Verbesserung des Verbrennungsablaufs erlangt werden, so dass grundsätzlich eine derartige Heizeinrichtung näher am idealen Verbrennungsverhältnis von λ=1 betrieben werden kann. Insbesondere der Einsatz geeigneter Materialien beispielsweise auch für das Flammrohr 24, wie z.B. das bereits angesprochene Heizkeramikmaterial (Siliziumcarbid), kann wiederum dazu führen, dass eine verbesserte Wärmestrahlungsrückkopplung in die Flamme stattfindet und somit eine weitere Verbesserung der Verbrennungsergebnisse eintritt.

Claims (5)

  1. Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend:
    - einen Brennkammerbereich (12) zur Verbrennung von Brennstoff und zur Erzeugung von heißen Verbrennungsprodukten,
    - ein rohrartiges Verbrennungsproduktführungselement (24) mit einem Eintrittsendbereich (22), in welchem die eine Brennkammer (16) verlassenden Verbrennungsprodukte in das Verbrennungsproduktführungselement (24) eintreten, und mit einem Austrittsendbereich (28), in welchem wenigstens ein Teil der Verbrennungsprodukte aus dem Verbrennungsproduktführungselement (24) austritt,
    - eine Wärmetauscheranordnung (34), welche zusammen mit dem Verbrennungsproduktführungselement (24) einen Wärmeübertragungsströmungsraum (54) begrenzt und im Wesentlichen topfartig ausgebildet ist mit einem das Verbrennungsproduktführungselement (24) außen umgebenden Umfangsbereich (42) und einem in Richtung einer Längsachse (L) des Verbrennungsproduktführungselements (24) auf den Austrittsendbereich (28) folgenden Bodenbereich (48).
    wobei das rohrartige Verbrennungsproduktführungselement (24) in seinem Austrittsendbereich (28) in Richtung der Längsachse (L) durch eine Bodenwandung (30) abgeschlossen ist und eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen (32) zum Austritt von Verbrennungsprodukten aus dem Verbrennungsproduktführungselement (24) in den Wärmeübertragungsströmungsraum (54) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der im Austrittsendbereich (28) vorgesehenen Austrittsöffnungen (32) zueinander unterschiedliche Querschnittsformen oder/und unterschiedliche Strömungsquerschnittsflächen aufweist,
    oder/und
    dass die Austrittsöffnungen (32) im Austrittsendbereich (28) in Umfangsrichtung ungleichmäßig verteilt sind.
  2. Heizgerät nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (32) in der Bodenwandung (30) oder/und einer Umfangswandung (26) des Verbrennungsproduktführungselements (24) ausgebildet sind.
  3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine durch alle Austrittsöffnungen (32) im Austrittsendbereich (28) bereitgestellte Gesamt-Strömungsquerschnittsfläche kleiner ist, als eine durch das rohrartige Verbrennungsproduktführungselement (24) bereitgestellte Strömungsquerschnittsfläche.
  4. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Wärmeübertragungsströmungsraum (54) zugewandten Seite des Umfangsbereichs (42) der Wärmetauscheranordnung (34) Wärmeübertragungsrippen (58) vorgesehen sind und dass in dem den Austrittsendbereich (28) umgebenden Abschnitt des Umfangsbereichs (48) keine Wärmeüber tragungsrippen oder Wärmeübertragungsrippen mit geringerer Rippenhöhe vorgesehen sind.
  5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Austrittsendbereich (28) das Verbrennungsproduktführungselement (24) mit seiner Bodenwandung (36) und seiner Umfangswandung (26) im Wesentlichen parallel zum Bodenbereich (48) beziehungsweise zum Umfangsbereich (42) der Wärmetauscheranordnung (34) positioniert ist.
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