DE10143458B4

DE10143458B4 - Zusatzheizgerät mit einem Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE10143458B4
Application number: DE10143458A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Galtz
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2021-09-06
Also published as: JP2003080930A; US20030085028A1; KR20030021128A; US6932151B2; DE10143458A1; KR100869295B1; JP4164795B2

Abstract

Zusatzheizgerät für mobile Anwendungen, mit einem Brenner und einem becherförmigen Wärmeübertrager (10), der einen hohlzylindrischen Wandabschnitt (26, 48) mit einem dem Brenner zugewandten ersten Endbereich (16) und einen vom Brenner abgewandten Bodenabschnitt (24, 46) aufweist, sowie einen Wärmeträgereintritt (18) und einen am ersten Endbereich (16) angeordneten Wärmeträgeraustritt (20) aufweist, durch die im Betrieb des Zusatzheizgerätes ein fluider Wärmeträger durch den Bodenabschnitt (24, 46) und den hohlzylindrischen Wandabschnitt (26, 48) strömt, und bei dem der Wärmeträgereintritt (18) ebenfalls am ersten Endbereich (16) des Wärmeübertragers (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der becherförmige Wärmeübertrager (10) einen Innenbecher (12) sowie einen Außenbecher (14) aufweist, zwischen denen Mittel (34, 36) vorgesehen sind, mit denen der Wärmeträgerstrom auch zum Bodenabschnitt (24, 46) des Wärmeübertragers (10) geleitet wird, als Mittel zwei Stege (34, 36) ausgebildet sind, die sich je zwischen dem Innenbecher (12) und dem Außenbecher (14) und vom ersten Endbereich (16) zum Bodenabschnitt (24,...

Description

Die Beschreibung Erfindung betrifft ein Zusatzheizgerät für mobile Anwendungen, einen becherförmigen Zusatzheigerät-Wärmeübertrager sowie ein Fahrzeug, das mit einem eingangs genannten Zusatzheizgerät versehen ist.
Zusatzheizgeräte für mobile Anwendungen, in denen ein fluider Wärmeträger zum Übertragen der erzeugten Wärmeenergie verwendet wird, werden beispielsweise als Zusatz-Wasserheizgeräte bei Fahrzeugen, wie Personenwagen, Nutzfahrzeugen, Bussen, Eisenbahnwagons oder Schiffen, eingebaut. Sie dienen in der Regel zum Beheizen eines Fahrgastraumes oder zum Vorwärmen des Kühlwassers eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs.
Charakteristisches Merkmal eines Zusatzheizgerätes mit einem fluiden Wärmeträger ist, dass der Wärmeübertrager am Brenner des Zusatzheizgerätes nicht ein Gas erwärmt, wie etwa die Raumluft eines Fahrgastraumes, sondern ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit kann beispielsweise das Kühlwasser des Verbrennungsmotors sein, das vom Zusatzheizgerät vorgewärmt wird. Das Fluid kann aber auch mit Hilfe eines weiteren Wärmeübertragers zum nachfolgenden Erwärmen von Raumluft des Fahrgastraumes genutzt werden. Daher werden die hier relevanten Zusatzheizgeräte oftmals auch als Kombigeräte verwendet, mit denen sowohl das Kühlwasser eines Verbrennungsmotors als auch die Raumluft in einem Fahrgastraum erwärmt werden.
Solche Zusatzheizgeräte sind bekannt (siehe z. B. DE 32 08 828 A1 , DE 34 00 048 A1 , US 4 640 262 A , DE 197 49 809 A1 , DE 197 49 821 C1 und DE 199 34 488 A1 ). Sie weisen je einen Brenner auf, der in der Regel mit einem Flammrohr versehen ist. Im Flammrohr brennt im Betrieb des Brenners eine Flamme, deren Abgas zum Erwärmen des genannten Fluids dient. Dazu ist das Flammrohr von einem becherförmigen Wärmeübertrager umgeben, der doppelwandig ist und durch den das Fluid als Wärmeträger mit Hilfe einer Umwälzpumpe gefördert wird. Im becherförmigen Wärmeübertrager ist dafür im Bereich eines Bodenabschnitts ein Wärmeträgereintritt und in einem dem Brenner zugewandten Endbereich eines hohlzylindrischen Wandabschnitts ein Wärmeträgeraustritt ausgebildet.
Bekannte Wärmeübertrager werden also ausgehend vom Bodenabschnitt des Wärmeübertragers in Richtung des dem Brenner zugewandten Endbereichs vom Wärmeträger durchströmt. Diese Art der Strömung stellt einen verhältnismäßig guten und gleichmäßigen Wärmeübergang vom Abgas auf den Wärmeträger sicher. Damit der Wärmeträger am Bodenabschnitt strömungsgünstig eintreten kann, weisen bekannte Wärmeübertrager einen schräggestellten Bodenabschnitt auf. Durch die Schrägstellung des Bodenabschnitts ist aber zugleich die wärmeübertragende Fläche am Bodenabschnitt rauchgasseitig um etwa den Innendurchmesser des Wärmeträgereintritts verringert. Dies führt zu einem verringerten Wärmeübergang, dadurch zu einer höheren Abgastemperatur und einem schlechteren Wirkungsgrad des Wärmeübertragers. Zusätzlich entstehen bei der Umlenkung des radial oder tangential in den Bodenabschnitt eintretenden Wärmeträgers in die axiale Erstreckung bzw. Führung des hohlzylindrischen Wandabschnitts Rückström- und Todwasserbereiche, die Blasen, insbesondere Dampfblasen, und Kavitation begünstigen.
Aus DE 18 00 561 C ist ein hohlzylindrischer Wärmetauscher bzw. Wärmeübertrager mit konzentrisch ineinander angeordneten hohlzylindrischen Wärmetauscherelementen bekannt. Der Wärmetauscher weist in der Grundausführung keinen wärmeübertragenden Bodenabschnitt auf, so dass sein Wirkungsgrad bezogen auf seine Größe verhältnismäßig gering ist. Um einen wärmeübertragenden Bodenabschnitt zu realisieren muss dort ein einzelnes Wärmetauscherelement mit separatem Wärmeträgereintritt und -austritt vorgesehen werden. Die vorgesehenen konzentrisch ineinander angeordneten Wärmetauscherelemente erfordern ebenfalls je einen Wärmeträgereintritt und -austritt. Darüber hinaus wird in ihnen der Wärmeträgerstrom in engen Bögen umgelenkt, was ebenfalls zu den oben genannten Problemen an Rückström- und Todwassergebieten führt.
Aus DE 39 14 154 A1 ist ein Heizsystem insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor und einem Heizgerät bekannt, bei dem das Heizgerät einem Ölvorratsraum des Verbrennungsmotors räumlich zugeordnet ist. Das Heizgerät ist mit seiner Haupterstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel zur Kurbelwellenachse und außermittig, größtenteils in der Ölwanne des Verbrennungsmotors angeordnet. Es weist einen im Wesentlichen becherförmigen Raum auf, der von einer Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors beströmt wird, wobei eine Zuleitung und eine Ableitung schematisch angedeutet sind, die beide außerhalb der Ölwanne des Verbrennungsmotors in den Raum münden. Ferner ist in dem Raum eine Trennwand vorgesehen, die axial verläuft und den Raum in zwei Hälften unterteilt, durch die die Kühlflüssigkeit in der linken Hälfte des Raums zuströmt, dann axial vorne von der linken Hälfte in die rechte Hälfte strömt und auf der rechten Seite axial zurückströmt. Als weitere mögliche Strömungslösungen werden eine Hinströmung in der oberen Hälfte des Raums und eine Rückströmung in der unteren Hälfte des Raums vorgeschlagen. Ferner ist noch eine Hinströmung im Raum insgesamt und eine Rückströmung durch eine gesonderte Leitung genannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zusatzheizgerät für mobile Anwendungen zur Verfügung zu stellen, das bei gleicher Baugröße einen höheren Wirkungsgrad als bekannte Zusatzheizgeräte aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Zusatzheizgerät gemäß Anspruch 1, einem Wärmeübertrager gemäß Anspruch 9 sowie mit einem Fahrzeug gemäß Anspruch 17 gelöst.
Erfindungsgemäß ist der Wärmeträgereintritt in den Endbereich des Wärmeübertragers verlegt, der sich nahe dem Brenner befindet, wo von der Flamme des Brenners noch verhältnismäßig wenig Wärme erzeugt und an den Wärmeübertrager abgegeben wird. Der erfindungsgemäß angeordnete Wärmeträgereintritt verringert daher nicht die rauchgasseitige Wärmeübertragerfläche einseitig. Der Wärmeübertrager wird von dem erfindungsgemäß eingeleiteten Wärmeträger nahezu rückström- und todwasserfrei durchströmt. Da damit zugleich Blasenbildung und Kavitation vermieden sind, weist der erfindungsgemäße Wärmeträger insgesamt einen vergleichsweise höheren Wirkungsgrad auf, als es bei herkömmlichen Wärmeübertragern der Fall ist.
Erfindungsgemäß ist ferner eine besonders kompakte und raumsparende Anordnung des Wärmeträgereintritts und Wärmeträgeraustritts an nur einem Endbereich des Wärmeübertragers geschaffen. Anschlüsse für Ein- und Austritt können daher beispielsweise mit einem einzelnen Anschlussstück bzw. Anschlussflansch ausgebildet sein, der darüber hinaus auch noch einfach zu montieren und zu demontieren ist. Insgesamt wird bei Aggregaten im Fahrzeugbau versucht, wenige Schnittstellen vorzusehen, die einzeln kontaktiert werden müssen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Wärmeträgerausttritts ist dies für das Zusatzheizgerät gelungen.
Dabei steht die erfindungsgemäße Anordnung im krassen Gegensatz zu bisherigen, am Bodenabschnitt der Wärmeübertrager angeordneten Wärmeträgereintritten und der bekannten „undirektionalen" Durchströmung der Wärmeübertrager mit fluidem Wärmeträger.
Erfindungsgemäß wird der Wärmeträger auf völlig andere und zugleich bei entsprechender Weiterbildung besonders vorteilhaft zu nutzende Weise durchströmt. Dabei kann der bereits verbesserte Wirkungsgrad weiter gesteigert werden.
Um den Verlauf der Wärmeträgerströmung weiter zu verbessern, weist gemäß der Erfindung der becherförmige Wärmeübertrager einen Innenbecher sowie einen Außenbecher auf, zwischen denen am Wärmeträgereintritt und am Wärmeträgeraustritt insbesondere je ein Sammelraum ausgebildet ist. Die Sammelräume können dabei vorteilhaft als Abschnitte eines Ringes mit insbesondere im Wesentlichen kreisrundem oder ellipsenförmigem Querschnitt gestaltet sein, in denen der Wärmeträger im wesentlichen laminar strömt.
Ferner sind erfindungsgemäß Mittel zum Führen der Wärmträgerströmung innerhalb des Wärmeübertragers zwischen dem Innenbecher und dem Außenbecher des Wärmeübertragers vorgesehen, und derart ausgebildet, dass mit ihnen der Wärmeträgerstrom auch zum Bodenabschnitt des Wärmeübertragers geleitet wird. Damit kann, trotz der einseitigen Ein- und Ausleitung des Wärmeträgers an nur einem Endbereich des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, die wärmeübertragende Fläche des Bodenabschnitts des Wärmeträgers besonders vorteilhaft als Wärmeübertragungsfläche genutzt werden.
Die beiden Stege zum Leiten der Wärmeträgerströmung begrenzen auf der dem Wärmeträgereintritt zugewandten Seite des Wärmeübertragers einen Winkel von weniger als 180°. D. h. die Stege begrenzen im Zwischenraum zwischen Innen- und Außenbecher nicht genau zwei „Halbschalen", sondern beispielsweise eine „Viertelschale" und eine „Dreiviertelschale". Der Begriff „Halbschale" wird also in diesem Zusammenhang auch für Schalen verwendet, die nur in etwa einen halben Kreis überspannen. Besonders vorteilhaft sind die begrenzten Winkel im Bereich von 65°/295° bis zu 175°/185°, insbesondere von 130°/230° bis zu 160°/200°. Die Seite des Wärmeübertragers, an der der Zwischenraum im Querschnitt den größeren Winkel aufweist, beispielsweise 210°, ist die Seite an der der Wärmeträgeraustritt angeordnet ist. Auf diese Weise wird auf der Seite des Wärmeträgereintritts die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, was die Gefahr des Ansammelns von Blasen verringert und die Entlüftung des Wärmeübertragers verbessert. Dies führt letztendlich insgesamt zu einer erheblichen Erhöhung des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Wärmeübertragung.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Wärmeübertrager einen Abgasaustritt auf, der ebenfalls an dem ersten Endbereich des Wärmeübertragers angeordnet ist. Diese Anordnung eines Abgasaustritts ist zwar auch bei bekannten Wärmeübertragern von Zusatzheizgeräten vorhanden, doch ist sie bei dem erfindungsgemäß gestalteten Wärmeübertrager alles andere als selbstverständlich. Weil der erfindungsgemäße Wärmeübertrager vom Wärmträger in anderer Weise durchströmt wird, als bekannte Wärmeübertrager, wäre zunächst anzunehmen, dass auch die Abgas- bzw. Brenngasführung im Wärmeübertrager entsprechend angepasst sein muss. Es hat sich aber herausgestellt, dass es hinsichtlich des Anschlusses des Abgasaustritts vorteilhaft ist, wenn dieser zusammen mit dem Wärmeträgereintritt und dem Wärmeträgeraustritt am ersten Endbereich nahe dem Brenner des Zusatzheizgerätes angeordnet ist. Der Abgasaustritt kann dann nämlich auf räumlich besonders günstige Art aus dem Zusatzheizgerät geführt werden und gegebenenfalls in einem Anschlussblock bzw. einer gemeinsamen Schnittstelle mit den Anschlüssen des Wärmeträgerkreislaufes kombiniert sein.
Eine besonders vorteilhafte Durchströmung des erfindungsgemäßen Wärmeträgers ist insbesondere dann gewährleistet, wenn dieser im Querschnitt kreisringförmig ist, und der Wärmeträgereintritt in diesem Querschnitt diametral gegenüber vom Wärmeträgeraustritt angeordnet ist. Im Wärmeträger sind dann nur besonders wenige Mittel zur Strömungsführung vorzusehen, so das der Wärmeübertrager insgesamt einen verhältnismäßig geringen Strömungswiderstand für den mittels einer Umwälzpumpe zu fördernden Wärmeträger bietet. Es kann daher eine Umwälzpumpe mit entsprechend geringer Pumpleistung verwendet werden. Alternativ können der Wärmeträgereintritt und der Wärmeträgeraustritt auch auf einer Seite, d. h. einem Halbkreis des im Querschnitt nahezu kreisringförmigen Bechers des Wärmeübertragers angeordnet sein. Die Strömungsführung im Wärmeträger ist in diesem Fall zwar etwas aufwendiger. Die damit verbundenen Nachteile können aber durch entsprechende Vorteile, wie beispielsweise einen besonders kostengünstig gestalteten Anschlussblock für den Wärmeträgereintritt und -austritt kompensiert werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung des Wärmeträgereintritts am Wärmeübertrager wird besonders vorteilhaft mit einer tangentialen Einleitung und/oder Ausleitung der Wärmeträgerströmung in bzw. aus dem Wärmeübertrager kombiniert. Insbesondere mit tangential angeordneten Stutzen können die räumlichen Gegebenheiten optimal genutzt und zugleich nahezu rückström- und kavitationsfreie Strömungsverläufe geschaffen werden.
Die zuletzt genannten Vorteile sind besonders ausgeprägt, wenn sich die Stutzen des Wärmeträgereintritts und des Wärmeträgeraustritts dergestalt tangential zum Kreis erstrecken, dass sie parallel zu einander angeordnet sind, und sich dabei insbesondere auf einer Seite des Wärmeübertragers befinden, d. h. wie erwähnt, dass sie von zumindest einem Halbkreis des im Querschnitt kreisringförmigen Wärmeübertragers ausgehen. Allgemein befinden sich die Längsachsen der Stutzen vorteilhaft in einer Ebene, die sich lotrecht zur Längsachse des becherförmigen Wärmeübertragers erstreckt. Derart gestaltete Stutzen können besonders günstig in einem Bauteil kombiniert gestaltet und nachfolgend mit einem zugehörigen Gegenstück kontaktiert werden.
Ferner wird darauf abgezielt insbesondere den am erfindungsgemäßen Wärmeübertrager rauchgasseitig angeordneten Innenbecher auf Seiten des Wärmeträgers, der dort als Kühlmedium wirkt, optimal zu umströmen. Dazu sind die genannten Mittel als zwei Stege auszubilden, die sich je zwischen dem Innenbecher und dem Außenbecher und vom ersten Endbereich zum Bodenabschnitt erstrecken. Die beiden Stege unterteilen den Zwischenraum zwischen dem Innen- und dem Außenbecher in zwei Halbschalen, die vom Wärmeträger aufeinanderfolgend durchströmt werden. Sie unterbrechen die direkte Verbindung zwischen den eintritts- und austrittsseitigen Sammelräumen über den Umfang der hohlzylindrischen Wand. Stattdessen wird der Wärmeträgerstrom durch den gesamten Wärmeträger vom ersten Endabschnitt zum Bodenabschnitt und von diesem zum ersten Endabschnitt zurück geleitet. Da für diese Strömungsumleitung nur allein zwei Stege erforderlich sind, ist ein besonders geringer Strömungswiderstand gewährleistet. Trotzdem bei dieser Art Strömungsleitung eine Strömungsumlenkung erfolgt, umströmt diese den Bodenabschnitt, an den von der Flamme des Brenners die größte Wärmeenergie abgegeben wird, nahezu laminar. Es kommt zu nahezu keinen Rückströmungen oder gravierenden Turbulenzen. Entsprechend angepasste Querschnittsflächen der Halbschalen des Zwischenraums und der Querschnittsfläche des Zwischenraums am Bodenabschnitt können diesen Effekt unterstützen.
Die beiden Stege sind besonders kostengünstig auszubilden, wenn sie am Innenbecher des Wärmeübertragers angeformt sind. Sie befinden sich dann an der Außenseite des Innenbechers, die bei dessen Herstellung gut zugänglich ist. Die Stege sind vorteilhaft so gestaltet, dass im montierten Zustand zwischen ihnen und dem Außenbecher ein, wenn auch sehr geringer Spalt verbleibt. Aufgrund des verbleibenden Spalts können der Innenbecher und der Außenbecher mit großzügigeren Maßtoleranzen preisgünstig hergestellt werden. Dieser Spalt muss nicht zwingend fluiddicht verschlossen sein. Eine geringfügige „Leckage" zwischen der Eintritts- und der Austrittsseite des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers kann toleriert werden.
Um den Wärmeträger von einer „Halbschale" über den Bodenabschnitt zur anderen vorteilhaft zu leiten, kann am Bodenabschnitt im Zwischenraum zwischen Innen- und Außenbecher zumindest eine Rippe vorgesehen sein. Die Rippe ist insbesondere vorteilhaft am Innenteil ausgebildet, so wie oben erwähnt auch die Stege es sind, und erstreckt sich vorteilhaft in der Symmetrieebene der genannten Stege quer zu diesen. Neben der Rippe können weitere, insbesondere bogenförmige Rippen angeordnet sein. Die genannten Rippen können sich über den Bodenabschnitt hinaus bis über den angrenzenden Endbereich des Zylinderabschnitts erstrecken.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zusatzheizgerätes anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines Innenbechers des Wärmeübertragers des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zusatzheizgerätes;
2 eine perspektivische Ansicht eines Außenbechers des Wärmeübertragers des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zusatzheizgerätes in einem im Verhältnis zur 1 verkleinerten Maßstab; und
3 den Schnitt III–III gemäß 2 mit einem montierten Innenbecher gemäß 1.
Ein in den 1 bis 3 dargestellter im wesentlichen becherförmiger Wärmeübertrager 10 weist einen insbesondere in 1 dargestellten Innenbecher 12 und einen insbesondere in 2 dargestellten Außenbecher 14 auf. Im Innenbecher 12 befindet sich im montierten Zustand eines weiter nicht dargestellten Zusatzheizgerätes ein Flammrohr eines Brenners. Eine im Flammrohr brennende Flamme erzeugt Strahlungswärme sowie erwärmtes Abgas. Das Abgas strömt vom Flammrohr umgelenkt ins Innere des Innenbechers 12 und gibt dabei seine Wärmeenergie an diesen ab. Zwischen dem Innenbecher 12 und dem Außenbecher strömt ein fluider Wärmeträger, beispielsweise das Kühlwasser eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors. Das Kühlwasser nimmt die an den Innenbecher 12 übertragene Wärmeenergie zum größten Teil auf.
Ziel ist es, einen möglichst wirkungsvollen Wärmeübergang zwischen dem Abgas und dem Wärmeträger zu schaffen. Zugleich muss der Wärmeübertrager 10 kompakt gebaut und kostengünstig herzustellen und zu warten sein.
Um einen Wärmeübertrager 10 zu schaffen, bei dem diese Ziele erreicht sind, ist ein Anschlussblock 16 an einem dem Brenner zugewandten Endbereich des Innenbechers 12 vorgesehen, an dem ein Stutzen 18 für einen Wärmeträgereintritt und ein Stutzen 20 für einen Wärmeträgeraustritt angeordnet sind.
Der Innenbecher 12 umfasst einen dünnwandigen, im wesentlichen leicht schalenförmigen und kreisrunden Innenbecherbodenabschnitt 24, an den sich ein Innenbecherrohr bzw. Innenbecherwandabschnitt 26 in Richtung des Brenners bzw. des Anschlussblocks 16 anschließt. Der Übergang zwischen dem Innenbecherbodenabschnitt 24 und dem Innenbecherrohr 26 ist abgerundet. Das Innenbecherrohr 26 mündet in einer ringförmigen Vertiefung 28, die in dem Anschlussblock 16, ausgebildet ist. Der Anschlussblock 16 ist in der Mitte der Vertiefung 28 von einer nicht dargestellten Öffnung durchbrochen, an die sich der Hohlraum im Inneren des Innenbechers 12 anschließt. Mit der Öffnung wird der Anschlussblock 16 beim Montieren am Brenner über dessen Flammrohr geschoben.
In den Stutzen 18 und 20 ist je eine Wärmeträgereintrittsöffnung 30 bzw. eine Wärmeträgeraustrittsöffnung 32 ausgebildet, die die Stutzen 18 und 20 ihrer Länge nach durchsetzen und in die genannte ringförmige Vertiefung 28 münden.
An der äußeren Mantelfläche des Innenbecherrohrs 26 erstrecken sich zwei Stege 34 und 36 in Längsrichtung des Innenbecherrohrs 26 ausgehend von der Vertiefung 28 bis zum Innenbecherbodenabschnitt 24. Ferner sind am Innenbecherbodenabschnitt 24 mehrere Rippen 38 bis 44 ausgebildet, deren Enden regelmäßig verteilt über den Umfangsrand des Innenbecherbodenabschnitts 24 angeordnet sind. Diese Rippen 38 bis 44 erstrecken sich auch über den an den Innenbecherbodenabschnitt 24 angrenzenden Bereich des Innenbecherrohrs 26. Von diesen Rippen erstrecken sich die Rippen 38 ausgehend vom Umfangsrand radial nur einen kurzen Abschnitt über den Innenbecherbodenabschnitt 24. Sie überspannen im wesentlichen nur eine am Übergang zwischen Innenbecherbodenabschnitt 24 und Innenbecherrohr 26 ausgebildete Rundung. Die Rippe 40 erstreckt sich im wesentlichen diametral und geradlinig über den gesamten Innenbecherbodenabschnitt 24. Sie liegt in der Symmetrieebene der beiden Stege 34 und 36, was insbesondere in 3 zu erkennen ist.
Zwischen den Rippen 38, die neben den Stegen 34 und 36 ausgebildet sind, und der Rippe 40 sind je zwei bogenförmige Rippen 42 und 44 angeordnet, die sich je von einer Seite des Innenbecherrohres 26 bis zur gegenüberliegenden Seite erstrecken. Die Biegungsradien der Rippen 42 sind dabei größer als die der Rippen 44. An den Enden der Rippen 40, 42 und 44 ist zwischen diesen je eine Rippe 38 angeordnet. Es können jedoch auch mehr als zwei dieser bogenförmigen Rippen 42 und 44 pro Halbschale angeordnet werden.
Der Außenbecher 14 des becherförmigen Wärmeübertragers 10 weist einen Außenbecherbodenabschnitt 46 auf, an den sich ein Außenbecherrohr 48 anschließt. Der Außenbecherbodenabschnitt 46 ist kreisförmig und wölbt sich nur leicht schalen- bzw. schüsselförmig nach außen. An das Außenbecherrohr 48 schließt sich an dem vom Außenbecherbodenabschnitt 48 abgewandten Ende ein Flansch 50 an, der zum Anbringen an dem Anschlussblock 16 angepasst ist.
Das Anbringen des Flansches 50 an dem Anschlussblock 16 erfolgt, indem das Außenbecherrohr 48 des Außenbechers 14 über den Innenbecherbodenabschnitt 24 und das Innenbecherrohr 26 gestülpt wird. Dabei kommt der Flansch 50 zum Anliegen an den Anschlussblock 16 und kann mit diesem verschraubt werden. Zwischen dem Innenbecher 12 und dem Außenbecher 14 ist so ein Hohlraum geschaffen, durch den der Wärmeträger strömen kann. Dieser Hohlraum kann in einfacher Weise abgedichtet sein, indem zwischen dem Flansch 50 und dem Anschlussblock 16 eine Dichtung, wie etwa ein O-Ring, eingesetzt wird.
Nachfolgend wird die Funktion insbesondere des oben genannten Anschlussblocks 16, der Stege 34 und 36 sowie auch der Rippen 38 bis 44 näher erläutert.
Mit dem Anschlussblock 16 sind sämtliche Anschlüsse für Zu- und Ableitungen am Wärmeübertrager 10 in einem Bauteil zusammengefasst. Dieses Bauteil kann entsprechend seiner Funktion hinsichtlich Materialwahl, konstruktiver Gestaltung und Fertigung optimal abgestimmt werden. Ferner wird durch die zusammengefassten Anschlüsse die Montage im zugehörigen Zusatzheizgerät vereinfacht.
Der Wärmeträgereintritt 18 ist am Anschlussblock 16, also an dem dem Brenner zugewandten Endbereich des Wärmeübertragers 10, angeordnet. Dies steht im Gegensatz zur üblichen Anordnung eines Wärmeträgereintritts am Bodenabschnitt eines Wärmeübertragers. Dadurch wird beim erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 10 der von der Flamme des Brenners besonders erwärmte Bodenabschnitt gleichmäßig von dem Wärmeträger umströmt.
Die Stege 34 und 36 unterteilen nach der Montage den zwischen dem Außenbecher 14 und dem Innenbecher 12 gebildeten Hohlraum in zwei etwa halbschalenförmige Hohlraumabschnitt 52 und 54. Der Hohlraumabschnitt 52 befindet sich auf der Seite des Wärmeträgereintritts 18, der Hohlraumabschnitt 54 auf der Seite des Wärmeträgeraustritts 20. Der eintretende fluide Wärmeträger strömt zunächst in den Hohlraumabschnitt 52, von diesem bedingt durch die Ablenkung mit Hilfe der Stege 34 und 36 über den Innenbecherbodenabschnitt 24 hinweg und erst nachfolgend durch den Hohlraumabschnitt 54. Der Wärmeübertrager wird somit über die gesamte Fläche des Innenbechers 12 gleichmäßig von dem Wärmeträger umströmt.
An der Innenseite des Außenbechers 14 sind jeweils zwei Längsrippen 62 in Zuordnung zu den beiden Stegen 34 und 36 in axialer Ausrichtung angeordnet, so daß die beiden Stege 34 und 36 beim axialen Einschieben des Innenbechers 12 in den Außenbecher 14 zwischen den jeweiligen beiden Längsrippen 62 angeordnet sind, die strömungstechnisch eine Labyrinthdichtung bilden.
An der Mündung der Eintrittsöffnung 30 und der Austrittsöffnung 32 in der Vertiefung 28 ist wegen der dortigen Umlenkung der Wärmeträgerströmung die Gefahr von Rückström- oder Totwassergebieten besonders hoch. In diesen Bereich ist durch die Vertiefung 28 in einfacher Weise je ein Stück Ringkanal 56 bzw. 58 als Sammelraum geschaffen, in denen Turbulenzen abklingen und Druckschwankungen sich ausgleichen können.
Die Stutzen 18 und 20 des Wärmeträgereintritts und -austritts erstrecken sich tangential an diese Stücke Ringkanal 56 und 58, so dass der Wärmeträgerstrom insgesamt nur verhältnismäßig gering umgelenkt wird. Darüber hinaus zeigen beide Stutzen 18 und 20 nebeneinander angeordnet in eine Richtung und können daher mit einem entsprechenden Anschlussstück auf kostengünstige und platzsparende Art kontaktiert werden.
Im Anschlussblock 16 ist ferner auch ein Sammelraum 60 im Bereich des Abgasaustritts 22 ausgebildet.
Die von den Stegen 34 und 36 begrenzten Hohlraumabschnitte 52 und 54 sind nicht genau halbschalenförmig. Die Stege 34 und 36 sind nämlich nicht gegenüberliegend am Innenbecher 12 angeordnet sondern leicht diametral versetzt. Sie begrenzen auf der Seite des Wärmeträgereintritts 18 einen Winkel a von 150° am Umfang des Innenbechers 12 und auf der Seite des Wärmeträgeraustritts 20 einen Winkel b von 210°. Daher ist der Hohlraumabschnitt 52 auf der Eintrittsseite des Wärmeträgers im in 3 dargestellten Querschnitt kleiner, als der Hohlraumabschnitt 54 auf der Austrittsseite. Auf diese Weise wird eintrittsseitig die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers erhöht und damit die Gefahr der Blasenbildung oder Kavitation, insbesondere bei vertikaler Einbaulage, verringert.
Die Rippen 38 bis 44 lenken die Wärmeträgerströmung am Übergang zwischen Innenbecherbodenabschnitt 24 und Innenbecherrohr 26 von den Mantelflächen des Innenbechers 12 bzw. Außenbechers 14 über dessen Bodenabschnittflächen. So werden Totwassergebiete am Bodenabschnitt des Wärmeübertragers 10 vermieden.

10: becherförmiger Wärmeübertrager
12: Innenbecher
14: Außenbecher
16: Anschlussblock bzw. dem Brenner zugewandter Endbereich
18: Stutzen des Wärmeträgereintritts
20: Stutzen des Wärmeträgeraustritts
22: Stutzen des Abgasaustritts
24: Innenbecherbodenabschnitt
26: Innenbecherrohr
28: Vertiefung
30: Eintrittsöffnung
32: Austrittsöffnung
34: Steg
36: Steg
38: Rippe
40: Rippe
42: erste bogenförmige Rippe
44: zweite bogenförmige Rippe
46: Außenbecherbodenabschnitt
48: Außenbecherrohr
50: Flansch
52: eintrittsseitiger Hohlraumabschnitt
54: austrittsseitiger Hohlraumabschnitt
56: eintrittsseitiger Sammelraum
58: austrittsseitiger Sammelraum
60: Sammelraum am Abgasaustritt
62: Längsrippe
a: Winkel des eintrittsseitigen Hohlraumabschnitts
b: Winkel des austrittsseitigen Hohlraumabschnitts

Claims

Zusatzheizgerät für mobile Anwendungen, mit einem Brenner und einem becherförmigen Wärmeübertrager (10), der einen hohlzylindrischen Wandabschnitt (26, 48) mit einem dem Brenner zugewandten ersten Endbereich (16) und einen vom Brenner abgewandten Bodenabschnitt (24, 46) aufweist, sowie einen Wärmeträgereintritt (18) und einen am ersten Endbereich (16) angeordneten Wärmeträgeraustritt (20) aufweist, durch die im Betrieb des Zusatzheizgerätes ein fluider Wärmeträger durch den Bodenabschnitt (24, 46) und den hohlzylindrischen Wandabschnitt (26, 48) strömt, und bei dem der Wärmeträgereintritt (18) ebenfalls am ersten Endbereich (16) des Wärmeübertragers (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der becherförmige Wärmeübertrager (10) einen Innenbecher (12) sowie einen Außenbecher (14) aufweist, zwischen denen Mittel (34, 36) vorgesehen sind, mit denen der Wärmeträgerstrom auch zum Bodenabschnitt (24, 46) des Wärmeübertragers (10) geleitet wird, als Mittel zwei Stege (34, 36) ausgebildet sind, die sich je zwischen dem Innenbecher (12) und dem Außenbecher (14) und vom ersten Endbereich (16) zum Bodenabschnitt (24, 46) erstrecken, und die beiden Stege (34, 36) auf der dem Wärmeträgereintritt (18) zugewandten Seite des Wärmeübertragers (10) einen Winkel (a) von weniger als 180° begrenzen.
Zusatzheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (10) einen Abgasaustritt (22) aufweist, der ebenfalls am ersten Endbereich (16) des Wärmeübertragers (10) angeordnet ist.
Zusatzheizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der becherförmige Wärmeübertrager (10) im Querschnitt kreisringförmig ist, und der Wärmeträgereintritt (18) diametral gegenüber vom Wärmeträgeraustritt (20) angeordnet ist.
Zusatzheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der becherförmige Wärmeübertrager (10) im Querschnitt kreisringförmig ist, der Wärmeträgereintritt (18) und der Wärmeträgeraustritt (20) je in Gestalt eines Stutzens ausgebildet sind, und sich zumindest einer der Stutzen (18, 20) tangential zum Kreisring erstreckt.
Zusatzheizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stutzen des Wärmeträgereintritts (18) und des Wärmeträgeraustritts (20) dergestalt tangential zum Kreisring erstrecken, dass sie parallel zu einander angeordnet sind, insbesondere auf einer Seite des Wärmeübertragers (10).
Zusatzheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stege (34, 36) am Innenbecher (12) des Wärmeübertragers (10) angeformt sind.
Zusatzheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stege (34, 36) jeweils zwischen zwei Längsrippen (62) eingreifen, die an den Stegen (34, 36) gegenüberliegenden Teil, insbesondere an der Innenseite des Außenbechers (14), angeordnet sind und eine Labyrinthdichtung bilden.
Zusatzheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Bodenabschnitt (24, 46) zumindest eine Rippe (38, 40, 42, 44) angeordnet ist, mittels der der Wärmeträgerstrom von einer Seite des Wärmeübertragers (10) auf dessen andere Seite übergeleitet wird.
Becherförmiger Zusatzheizgerät-Wärmeübertrager (10) eines Zusatzheizgerätes für mobile Anwendungen, mit einem hohlzylindrischen Wandabschnitt (26, 48) mit einem Brenner des Zusatzheizgerätes zuzuwendenden ersten Endbereich (16), und einem vom Brenner abzuwendenden Bodenabschnitt (24, 46), sowie einem Wärmeträgereintritt (18) und einem am ersten Endbereich (16) angeordneten Wärmeträgeraustritt (20), durch die im Betrieb des Zusatzheizgerätes (10) ein fluider Wärmeträger durch den Bodenabschnitt (24, 46) und den hohlzylindrischen Wandabschnitt (26, 48) strömt, und bei dem der Wärmeträgereintritt (18) ebenfalls am ersten Endbereich (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Innenbecher (12) sowie einen Außenbecher (14) aufweist, zwischen denen Mittel (34, 36) vorgesehen sind, mit denen der Wärmeträgerstrom auch zum Bodenabschnitt (24, 46) geleitet wird, als Mittel zwei Stege (34, 36) ausgebildet sind, die sich je zwischen dem Innenbecher (18) und dem Außenbecher (20) und vom ersten Endbereich (16) zum Bodenabschnitt (24, 46) erstrecken, und die beiden Stege (34, 36) auf der dem Wärmeträgereintritt (18) zugewandten Seite des Wärmeübertragers (10) einen Winkel (a) von weniger als 180° begrenzen.
Zusatzheizgerät-Wärmeübertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasaustritt (22) vorgesehen ist, der ebenfalls am ersten Endbereich (16) angeordnet ist.
Zusatzheizgerät-Wärmeübertrager nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass er im Querschnitt kreisringförmig ist, und der Wärmeträgereintritt (18) diametral gegenüber vom Wärmeträgeraustritt (20) angeordnet ist.
Zusatzheizgerät-Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er im Querschnitt kreisringförmig ist, der Wärmeträgereintritt (18) und der Wärmeträgeraustritt (20) je in Gestalt eines Stutzens ausgebildet sind, und sich zumindest einer der Stutzen (18, 20) tangential zum Kreisring erstreckt.
Zusatzheizgerät-Wärmeübertrager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stutzen des Wärmeträgereintritts (18) und des Wärmeträgeraustritts (20) dergestalt tangential zum Kreisring erstrecken, dass sie parallel zu einander angeordnet sind, insbesondere auf einer Seite des Wärmeübertragers (10).
Zusatzheizgerät-Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stege (34, 36) am Innenbecher (12) angeformt sind.
Zusatzheizgerät-Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekannzeichnet, dass die beiden Stege (34, 36) jeweils zwischen zwei Längsrippen (62) eingreifen, die am den Stegen (34, 36) gegenüberliegenden Teil, insbesondere an der Innenseite des Außenbechers (14), angeordnet sind und eine Labyrinthdichtung bilden.
Zusatzheizgerät-Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Bodenabschnitt (24, 46) zumindest eine Rippe (38, 40, 42, 44) angeordnet ist, mittels der der Wärmeträgerstrom von einer Seite des Wärmeübertragers (10) auf dessen andere Seite übergeleitet wird.
Fahrzeug mit einem Zusatzheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8.