EP1833692A1 - Brennstoffbetriebene kraftfahrzeugheizung - Google Patents

Brennstoffbetriebene kraftfahrzeugheizung

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EP1833692A1
EP1833692A1 EP05820801A EP05820801A EP1833692A1 EP 1833692 A1 EP1833692 A1 EP 1833692A1 EP 05820801 A EP05820801 A EP 05820801A EP 05820801 A EP05820801 A EP 05820801A EP 1833692 A1 EP1833692 A1 EP 1833692A1
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EP
European Patent Office
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burner
motor vehicle
module
vehicle heater
fuel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05820801A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael PÖHNER
Uwe Strecker
Markus Griner
Andreas Rutsche
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Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D23/00—Assemblies of two or more burners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant
    • B60H1/2203—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant the heat being derived from burners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant
    • B60H2001/2268—Constructional features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant
    • B60H2001/2268—Constructional features
    • B60H2001/2271—Heat exchangers, burners, ignition devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2237/00—Controlling
    • F23N2237/02—Controlling two or more burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2241/00—Applications
    • F23N2241/14—Vehicle heating, the heat being derived otherwise than from the propulsion plant

Definitions

  • the present invention relates to a fuel-powered vehicle heating system having a first burner.
  • Such motor vehicle heaters are used for example as a stand and / or additional heaters.
  • liquid or gaseous fuels are considered as fuel.
  • the invention is in principle applicable to all types of burners, such as evaporator burners, atomizer, injection or spray burner, etc.
  • the invention is applicable to both air and water heaters.
  • the invention has for its object to provide a fuel-powered vehicle heating, the heating power can be modulated over a wide range, without the above-mentioned disadvantages occur. This object is solved by the features of claim 1.
  • the fuel-powered vehicle heating system according to the invention builds on the generic state of the art in that it has at least one second burner.
  • This solution is based on the finding that large power ranges can be covered by the coupling of two or more burners or heaters with smaller heat output levels. It is possible to operate the individual burners or the individual heaters at least in the range of their optimal operating points. If, for example, a large heating power is required for heating, all burners can be started at maximum power. If a lower heating power is required for maintenance heating, it may be sufficient to operate only one burner, for example, in its lowest power level.
  • Another advantage of the solution according to the invention is that a redundant heating system can be realized through the use of several burners.
  • a further advantage is that the model range can be standardized in an advantageous manner by the solution according to the invention since, for example, identical burner modules can always be used.
  • Automotive heating is provided that the first burner and the second burner with respect to a cakesieristr ⁇ mung are connected in parallel.
  • a heat carrier in particular liquid or gaseous heat transfer medium into consideration, such as water or air. It is possible, for example, to integrate a parallel connection of two heaters or burners into the water cycle of a motor vehicle in a manner known per se.
  • first burner and the second burner are connected in series with respect to a heat transfer flow.
  • At least one of the first burner and the second burner can be operated with different heating power stages.
  • the combination of two identical heaters with two heating power levels of 2kW and 5kW gives a vehicle heating with a total of 5 heating power levels, namely 2kW, 4kW, 5kW, 7kW and 10kW.
  • the different heating power stages comprise operating point-optimized discrete heating power stages.
  • An operating point optimization for, for example, two heat output levels can be implemented technically with reasonable effort, so that in particular better emission values can be achieved.
  • first burner and the second burner are assigned a common control. It is possible, in total, to have only one regulatory or control device. provided that controls or controls the entire vehicle heating. Alternatively, the individual burners associated control or control devices, a further control or control device are superimposed, which is provided in particular for modulating the heating power.
  • a further advantageous development of the motor vehicle heating according to the invention provides that it has a modular construction. For example, it is conceivable to connect existing burners or heaters to a new vehicle heater, whereby the development times and costs can be reduced compared to a new burner development.
  • the first burner and the second burner are components of identical modules. However, this does not exclude the use of different burners. For example, two burners, each with only one heating power level can be used. If, for example, a burner with 2kW and a burner with 4kW are provided, the heating power levels 2kW, 4kW and 6kW can be set.
  • the motor vehicle heating it can be provided, for example, that it has one or more of the following modules: heat exchanger module, module carrier, control / control module, burner module, fuel supply module.
  • the individual modules preferably have in each case Interfaces (mechanical, electrical, aerodynamic, etc.), which allow the individual modules can be combined in a simple manner to a motor vehicle heating.
  • Interfaces mechanical, electrical, aerodynamic, etc.
  • Figure 1 is a schematic block diagram of a first embodiment of the vehicle heating system according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a second embodiment of the motor vehicle heating system according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of a third embodiment of the motor vehicle heating system according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a modular motor vehicle heating system 10.
  • the illustrated motor vehicle heating system 10 has a first burner 12 and a second burner 14, which are identical in construction.
  • the burners 12, 14 may be constructed in a manner known per se and, for example, have a fuel feed 38, an ignition device 44 and a baffle plate 40 with associated start chamber 42, as is indicated for the first burner 12.
  • a heat exchanger module 22 simultaneously forms a module carrier to which the other modules of the motor vehicle heating system are fastened.
  • a control / control module 28 and a fuel supply module 30 are provided, which may in particular comprise pump devices, etc.
  • the heater shown in Figure 1 is so involved in the water cycle of the motor vehicle, that the liquid heat transfer medium supplied via the inlet 34, heated in the heat exchanger module 22 and discharged via the outlet 36, as indicated by the heat carrier flow 32.
  • two burners 12, 14 or two complete heating devices are arranged in parallel with respect to a heat carrier flow 24.
  • a common inlet 34 liquid heat transfer medium is supplied, which is then divided into the respective inlets 34a, 34b of the first burner 12 and the second burner 14.
  • the liquid heat carrier leaving the two heaters from the respective outlets 36a, 36b is combined at a common outlet 36.
  • An advantage of the parallel circuit shown in Figure 2 is that both burners 12, 14 is supplied to the same warm heat transfer medium. This makes it possible, for example, to design the burners 12, 14 identically, that is to provide mutually corresponding optimized operating points.
  • a first burner 12 and a second burner 14 are connected in series with respect to a heat carrier flow 26.
  • the burners 12, 14 can be components of respective smaller heaters or else they can form an overall modular heater.
  • the liquid heat transfer medium enters the inlet 34a of the first burner 12, is heated, if the first burner 12 is active therein, and leaves the first burner 12 at its outlet 36a to be supplied to the second burner 14 via the inlet 34b.
  • the liquid heat transfer medium exits, for example, to be supplied to a arranged inside the motor vehicle heat exchanger.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine brennstoffbetriebene Kraftfahrzeugheizung (10) mit einem ersten Brenner (12). Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass die Kraftfahrzeugheizung zumindest einen zweiten Brenner (14) aufweist. Durch diese Lösung können grosse Leistungsbereiche durch mehrere Brenner mit vergleichsweise kleinen Heizleistungsstufen abgedeckt werden.

Description

Brennstoffbetriebene Kraftfahrzeugheizung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine brennstoffbetriebene Kraftfahrzeugheizung mit einem ersten Brenner. Derartige Kraftfahrzeugheizungen werden beispielsweise als Stand- und/oder Zusatzheizungen eingesetzt. Als Brennstoff kommen insbesondere flüssige oder gasförmige Brennstoffe in Betracht. Weiterhin ist die Erfindung prinzipiell auf alle Brennertypen anwendbar, beispielsweise Verdampferbrenner, Zerstäuberbrenner, Injektions- beziehungsweise Spraybrenner usw. Weiterhin ist die Erfindung sowohl bei Luft- als auch bei Wasserheizgeräten anwendbar.
Es ist eine häufige aber nur schwer umzusetzende Forderung, Heizgeräte mit Brennern bereitzustellen, die über einen sehr großen Bereich die Heizleistung modulieren können. Dies liegt insbesondere daran, dass Brenner keinen beliebig variierbaren Heizleistungsbereich aufweisen, sondern unterhalb und/oder oberhalb ihres optimalen Arbeitspunktes schlechte Brennwerte, eine reduzierte Lebensdauer und ein instabiles Brennverhalten zeigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine brennstoffbetriebene Kraftfahrzeugheizung anzugeben, deren Heizleis- tung über einen großen Bereich moduliert werden kann, ohne dass die vorstehend erwähnten Nachteile auftreten. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- düng ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße brennstoffbetriebene Kraftfahrzeugheizung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass sie zumindest einen zweiten Brenner aufweist. Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Kopplung von zwei oder mehr Brennern beziehungsweise Heizgeräten mit kleineren Heizleistungsstufen große Leistungsbereiche abgedeckt werden können. Dabei ist es möglich, die einzelnen Brenner beziehungsweise die einzelnen Heizgeräte zumindest im Bereich ihrer optimalen Arbeitspunkte zu betreiben. Wird beispielsweise zum Aufheizen eine große Heizleistung benötigt, so können alle Brenner jeweils mit maximaler Leistung gestartet werden. Wird zum Erhaltungsheizen eine niedrigere Heizleistung benötigt, so kann es ausreichen, nur einen Brenner beispielsweise in seiner niedrigsten Leistungsstufe zu betreiben. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass sich durch den Einsatz von mehreren Brennern ein redundantes Heizsystem verwirklichen lässt. Ein weiterer Vorteil be- steht darin, dass sich die Modellpalette durch die erfindungsgemäße Lösung in vorteilhafter Weise vereinheitlichen lässt, da beispielsweise stets identische Brennermodule verwendet werden können.
Bei bestimmten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeugheizung ist vorgesehen, dass der erste Brenner und der zweite Brenner bezüglich einer Wärmeträgerstrδmung parallel geschaltet sind. Als Wärmeträger kommen insbesondere flüssige oder gasförmige Wärmeträger in Betracht, beispielsweise Wasser oder Luft. Dabei ist es beispielsweise möglich, eine Parallelschaltung aus zwei Heizgeräten bezie- hungsweise Brennern in an sich bekannter Weise in den Wasserkreislauf eines Kraftfahrzeugs einzubinden.
Alternativ ist es möglich, dass der erste Brenner und der zweite Brenner bezüglich einer Wärmeträgerströmung in Reihe geschaltet sind.
Bei bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugheizung ist vorgesehen, dass von dem ersten Brenner und dem zweiten Brenner zumindest einer mit unter- schiedlichen Heizleistungsstufen betrieben werden kann. Beispielsweise ergibt die Kombination von zwei gleichen Heizgeräten mit zwei Heizleistungsstufen von 2kW und 5kW eine Kraftfahrzeugheizung mit insgesamt 5 Heizleistungsstufen, nämlich 2kW, 4kW, 5kW, 7kW und 10kW.
In diesem Zusammenhang wird es als besonders vorteilhaft erachtet, dass die unterschiedlichen Heizleistungsstufen betriebspunktoptimierte diskrete Heizleistungsstufen umfassen. Eine Betriebspunktoptimierung für beispielsweise zwei Heizleistungsstufen ist technisch mit vertretbarem Aufwand realisierbar, so dass sich insbesondere bessere Emissionswerte erreichen lassen.
Als besonders vorteilhaft wird es erachtet, dass dem ersten Brenner und dem zweiten Brenner eine gemeinsame Regelung/Steuerung zugeordnet ist. Dabei ist es möglich, insgesamt nur eine Regelungs- beziehungsweise Steuerungsvorrich- tung vorzusehen, die die gesamte Kraftfahrzeugheizung regelt beziehungsweise steuert. Alternativ kann den einzelnen Brennern zugeordneten Regelungs- beziehungsweise Steuerungsvorrichtungen eine weitere Regelungs- beziehungsweise Steuerungsvorrichtung überlagert werden, die insbesondere zur Modulierung der Heizleistung vorgesehen ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugheizung sieht vor, dass es modular aufge- baut ist. Beispielsweise ist es denkbar, schon vorhandene Brenner oder Heizgeräte zu einer neuen Kraftfahrzeugheizung zu verbinden, wodurch die Entwicklungszeiten und -kosten im Vergleich zu einer Brennerneuentwicklung gesenkt werden können.
Im vorstehend erläuterten Zusammenhang kann bei bestimmten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugheizung vorgesehen sein, dass der erste Brenner und der zweite Brenner Bestandteile von identischen Modulen sind. Dies schließt jedoch den Einsatz von unterschiedlichen Brennern nicht aus. Beispielsweise können zwei Brenner mit jeweils nur einer Heizleistungsstufe eingesetzt werden. Wird beispielsweise ein Brenner mit 2kW und ein Brenner mit 4kW vorgesehen, so lassen sich die Heizleistungsstufen 2kW, 4kW und 6kW einstellen.
Im Zusammenhang mit der bevorzugten Modularität der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugheizung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sie eines oder mehrere der folgenden Mo- dule aufweist: Wärmetauschermodul, Modulträger, Regelungs- /Steuerungsmodul, Brennermodul, BrennstoffVersorgungsmodul . Die einzelnen Module weisen dabei vorzugsweise jeweils Schnittstellen (mechanische, elektrische, strömungstechnische usw.) auf, die es ermöglichen, dass die einzelnen Module in einfacher Weise zu einer Kraftfahrzeugheizung kombiniert werden können. Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn die Schnittstellen der einzelnen Brennermodule so ausgelegt werden, dass eine unterschiedliche Anzahl von Brennermodulen in einfacher Weise kombiniert werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfol- gend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugheizung;
Figur 2 ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftfahr- zeugheizung;
Figur 3 ein schematisches Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftfahr- zeugheizung;
In den Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Komponenten durchgehend mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen und werden zumindest teilweise nicht mehrfach erläu- tert. Figur 1 zeigt schematisch eine modular aufgebaute Kraftfahrzeugheizung 10. Die dargestellte Kraftfahrzeugheizung 10 weist einen ersten Brenner 12 und einen zweiten Brenner 14 auf, die baugleich sind. Die Brenner 12, 14 können in an sich bekannter Weise aufgebaut sein und beispielsweise eine BrennstoffZuführung 38, eine Zündeinrichtung 44 sowie eine Prallscheibe 40 mit zugehöriger Startkammer 42 aufweisen, wie dies für den ersten Brenner 12 angedeutet ist. Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform bildet ein Wärme- tauschermodul 22 gleichzeitig einen Modulträger, an dem die weiteren Module der Kraftfahrzeugheizung befestigt sind. Neben dem ersten Brennermodul 12 und dem zweiten Brennermodul 14 sind im dargestellten Fall insbesondere ein Rege- lungs-/Steuerungsmodul 28 und ein Brennstoffversorgungsmo- dul 30 vorgesehen, das insbesondere Pumpeneinrichtungen usw. umfassen kann. Das in Figur 1 dargestellte Heizgerät wird derart in den Wasserkreislauf des Kraftfahrzeugs eingebunden, dass das flüssige Wärmeträgermedium über den Ein- lass 34 zugeführt, im Wärmetauschermodul 22 erwärmt und ü- ber den Auslass 36 abgeführt wird, wie dies durch die WärmeträgerStrömung 32 angedeutet ist.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugheizung sind zwei Brenner 12, 14 beziehungsweise zwei vollständige Heizgeräte hinsichtlich einer WärmeträgerStrömung 24 parallel angeordnet. Dabei wird einem gemeinsamen Einlass 34 flüssiger Wärmeträger zugeführt, der dann auf die jeweiligen Einlasse 34a, 34b des ersten Brenners 12 und des zweiten Brenners 14 aufgeteilt wird. Der aus den beiden Heizgeräten aus den jeweiligen Auslässen 36a, 36b austretende flüssige Wärmeträger wird an einem gemeinsamen Auslass 36 kombiniert. Ein Vorteil der in Figur 2 dargestellten Parallelschaltung besteht darin, dass beiden Brennern 12, 14 gleich warmes Wärmeträgermedium zugeführt wird. Dadurch ist es beispiels- weise möglich, die Brenner 12, 14 identisch auszulegen, das heißt aneinander entsprechende optimierte Arbeitspunkte vorzusehen.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Kraftfahrzeugheizung sind ein erster Brenner 12 und ein zweiter Brenner 14 hinsichtlich einer Wärmeträgerströmung 26 in Reihe geschaltet. Auch in diesem Fall können die Brenner 12, 14 Bestandteile von jeweiligen kleineren Heizgeräten sein oder aber ein insgesamt modular auf- gebautes Heizgerät bilden. Das flüssige Wärmeträgermedium tritt beim Einlass 34a des ersten Brenners 12 ein, wird, sofern der erste Brenner 12 aktiv ist, in diesem erwärmt und verlässt den ersten Brenner 12 an dessen Auslass 36a, um über den Einlass 34b dem zweiten Brenner 14 zugeführt zu werden. Am Auslass 36b des zweiten Brenners 14 tritt das flüssige Wärmeträgermedium aus, beispielsweise um einem im Kraftfahrzeuginneren angeordneten Wärmetauscher zugeführt zu werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. Bezugszeichenliste
10 Kraftfahrzeugheizung
12 erster Brenner
14 zweiter Brenner
16 Regelung/Steuerung
18 Modul 20 Modul
22 Modulträger
24 Wärmeträgerströmung
26 Wärmeträgerströmung
28 Regelungs-/Steuermodul 30 BrennstoffVersorgungsmodul
32 Wärmeträgerströmung
34 Einlass
34a Einlass
34b Einlass 36 Auslass
36a Auslass
36b Auslass
38 BrennstoffZuführung
40 Prallscheibe 42 Startkammer
44 Zündeinrichtung

Claims

ANSPRÜCHE
1. Brennstoffbetriebene Kraftfahrzeugheizung (10) mit einem ersten Brenner (12) , dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest einen zweiten Brenner (14) aufweist.
2. Kraftfahrzeugheizung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Brenner (12) und der zweite Brenner (14) bezüglich einer Wärmeträgerströmung (24) pa- rallel geschaltet sind.
3. Kraftfahrzeugheizung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Brenner (12) und der zweite Brenner (14) bezüglich einer WärmeträgerStrömung (26) in Reihe geschaltet sind.
4. Kraftfahrzeugheizung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem ersten Brenner (12) und dem zweiten Brenner (14) zumindest einer mit unterschiedlichen Heizleistungsstufen betrieben werden kann.
5. Kraftfahrzeugheizung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Heizleistungsstu- fen betriebspunktoptimierte diskrete Heizleistungsstufen umfassen.
6. Kraftfahrzeugheizung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Brenner (12) und dem zweiten Brenner (14) eine gemeinsame Regelung/Steuerung (16) zugeordnet ist.
7. Kraftfahrzeugheizung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es modular aufgebaut ist.
8. Kraftfahrzeugheizung (10) nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Brenner (12) und der zweite Brenner (14) Bestandteile von identischen Modulen (18, 20) sind.
9. Kraftfahrzeugheizung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere der folgenden Module aufweist: Wärmetauschermodul (22), Modulträger (22), Regelungs-/Steuerungsmodul (28), Brennermodul (12, 14), BrennstoffVersorgungsmodul (30) .
EP05820801A 2004-12-08 2005-11-28 Brennstoffbetriebene kraftfahrzeugheizung Withdrawn EP1833692A1 (de)

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