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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
dem Stand der Technik sind Dieselheizungen, z. B. als Standheizung
von Kraftfahrzeugen, bekannt, bei denen ein Brenner mit einer saugend betriebenen
Pumpe zur Ansaugung von Dieselöl
aus einem Brennstofftank in einem Modul kombiniert ist. Ein entweder
ebenfalls in das Modul integrierter oder separiert angeordneter
Dieselfilter ist der saugend betriebenen Pumpe vorgeschaltet. Zumindest
dann, wenn der angesaugte Kraftstoff eine zu große Menge an Gasblasen enthält oder
bei der Ansaugung des Diesel es zu Ausgasungen kommt und das Gas
in dem Filter angesammelt wird, kann es zu einem Verlöschen des
Brenners kommen. Selbst dann, wenn der Brenner mit einer automatischen
Zündvorrichtung
und einem Flammfühler
ausgerüstet
ist, ist eine häufige
Neuzündung
der Flamme unerwünscht.
Die Neuzündung
kann ungünstige
Auswirkungen auf die Lebensdauer des Brenners haben. Zudem erzeugen in
einer elektronisch überwachten
Anlage solche Flammabbrüche
Fehlercodes, die ab einer gewissen Häufigkeit nicht tolerabel sind.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Heizvorrichtung anzugeben, die
auch bei erhöhtem
Anteil von Gasblasen im angesaugten Brennstoff eine hohe Betriebssicherheit
bezüglich
des Erlöschens
einer Brennerflamme aufweist.
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Diese
Aufgabe wird für
eine eingangs genannte Heizvorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die zweite, vor dem Brennstofffilter angeordnete Pumpe in
Verbindung mit der Verbindungsleitung von der Entlüftungsöffnung des
Brennstofffilters zu dem Abzweig der Rücklaufleitung werden die Gasblasen
weitgehend oder vollständig
aus der Entlüftung
des Brennstofffilters herausgespült,
wodurch die weitere Zuleitung von dem Brennstofffilter zu dem Brenner
zumindest annähernd
blasenfrei ist.
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Allgemein
bevorzugt weist dabei der Brennstofffilter einen Brennstoffeinlass
in einen Sammelraum auf, wobei die Entlüftungsöffnung in einem oberen Endbereich
des Sammelraums angeordnet ist. Hierdurch ist eine schnelle räumliche
Trennung der Gasblasen von dem Brennstoff ermöglicht. Brennstofffilter dieser
Bauart sind zudem üblich,
ausgereift und kostengünstig.
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Weiterhin
bevorzugt ist der Brennstofftank zugleich ein Brennstofftank eines
Dieselmotors. Insbesondere vorteilhaft ist der Dieselmotor ein Antriebsmotor
eines Schienenfahrzeugs. Die Heizvorrichtung ist dabei bevorzugt
zur Vorwärmung
eines Kühlmittels
des Dieselmotors angeordnet. Bei dieser Kombination von Merkmalen
liegen hinsichtlich einer Gasblasenproblematik besondere Anforderungen vor.
Bei Schienenfahrzeugen sind häufig
lange Zuleitungen mit ggf. vielen engen Umleitungen vorhanden, wobei
insbesondere bei saugender Förderung des
Brennstoffs gerade an den Umlenkstellen der Leitung Gasblasen durch
lokalen statischen Unterdruck erzeugt werden können. Zudem ist gerade derjenige
Brennstoff, der von einer Heizvorrichtung zur Vorwärmung eines
Kühlmittels
des Dieselmotors angesaugt wird, häufig von niedriger Temperatur
und relativ hoher Viskosität,
was Bildung und Verweildauer der Gasblasen begünstigt.
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Weiterhin
vorteilhaft ist eine in dem Brennstofftank angeordnete Ansaugöffnung der
Zuleitung in bezüglich
den Abmessungen des Dieseltanks unmittelbarer Nähe eines Endes der Rücklaufleitung angeordnet.
Besonders bevorzugt ist zumindest eine weitere brennstoffführende Rücklaufleitung,
insbesondere eines Dieselmotors, in unmittelbarer Nähe der Ansauföffnung in
dem Brennstofftank angeordnet. Insbesondere bei sehr großen Brennstoff tanks, wie
sie z. B. bei Schienenfahrzeugen eingesetzt werden, besteht die
Problematik der ausreichenden Vorwärmung des Dieselöls oder
Brennstoffs. Hierzu werden gerne Saugleitungen und Rücklaufleitungen
des Brennstofftanks in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet, um
besonders bei Betriebsbeginn möglichst
nur einen lokalen Teilbereich des Brennstoffs umzuwälzen, so
dass eine schnellere Erwärmung dieses
lokalen Teilbereichs erfolgt. Hinsichtlich der Problematik der vorliegenden
Erfindung führt
die Nähe
der ansaugenden und rückführenden
Leitungen jedoch zu einer potentiell erhöhten Belastung des angesaugten
Kraftstoffs mit Gasblasen, welche durch die rückführenden Leitungen in den lokalen
Bereich eingetragen werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist zwischen dem Brennstofffilter und dem Abzweig der Rücklaufleitung,
insbesondere zwischen dem Brenner und dem Abzweig der Rücklaufleitung,
ein Rückschlagventil
angeordnet. Durch dieses Rückschlagventil
ist auf einfache und kostengünstige
Weise sichergestellt, dass auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen
wie einer Störung
einer der Pumpen und/oder einer lokalen Querschnittsverengung bestimmter
Leitungsbereiche ein Umkehren der Fließrichtung des Brennstoffs im
Bereich des Brenners vermieden ist. Je nach Bauart des Brenners
und der ersten Pumpe könnte
eine solche Umkehrung der Fließrichtung
zu einer Störung
oder Beschädigung
der genannten Elemente führen
oder gar eine Brandgefahr bedeuten.
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Allgemein
bevorzugt ist die zweite Pumpe bezüglich einer Länge der
Zuleitung in unmittelbarer Nähe
des Brennstofftanks, insbesondere nach weniger als einem Viertel
der Zuleitungslänge,
angeordnet. Je größer der
Teil der Zuleitungslänge
ist, der druckseitig der zweiten Pumpe liegt, desto kleiner wird
das Problem der durch lokalen statischen Unterdruck gebildeten Gasblasen
bzw. einer Aufschäumung
des Brennstoffs durch saugende Förderung. Alternativ
oder ergänzend
ist der Brennstofffilter bezüglich
einer Länge
der Zuleitung in unmittelbarer Nähe
der ersten Pumpe, insbesondere nach mehr als drei Vierteln der Zuleitungslänge, angeordnet.
Hierdurch wird ebenfalls die Länge
der Zuleitung, die bedingt durch die saugend betriebene erste Pumpe
die Gefahr einer Unterdruck-Gasblasenbildung aufweist, verringert.
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Vorteilhaft
ist die zweite Pumpe eine Membranpumpe. Derartige Membranpumpen
sind als robuste und kostengünstige
Bauteile zur Förderung von
Kraftstoff weit verbreitet und ausgereift. Bauartbedingt wird zudem
der Aufbau eines zu hohen Drucks durch die Pumpe vermieden. Besonders
bevorzugt ist die Fördermenge
der zweiten Pumpe von einer Betriebsspannung einstellbar. Hierdurch
kann die zweite Pumpe auf besonders einfache Weise justiert werden,
vor allem wenn diese regelmäßig als
zusätzliches
Bauteil zu einem moduleinheitlich mit der ersten Pumpe ausgebildeten
Brenner vorgesehen sein wird. Die Einstellung der Betriebsspannung kann
dabei entweder eine einmalige feste Einstellung umfassen oder auch
die Integration in einen Regelkreis.
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Bevorzugte
Ausführungsform
sind die erste Pumpe und der Brenner baulich als Modul integriert, wobei
die zweite Pumpe separat von dem Modul angeordnet ist. Hierdurch
kann auf kostengünstige
und am Markt weit verbreitete Heizmodule mit Brenner und erster
Pumpe zurückgegriffen
werden. Zudem kann durch die räumliche
Trennung ein großer
Teil der Zuleitung mit Überdruck
durch die zweite Pumpe betrieben werden, wodurch die Bildung von
Gasblasen aufgrund statischen Unterdrucks vermindert wird.
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Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen
Ausführungsbeispiel
sowie aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung.
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2 zeigt
eine schematische Schnittansicht eines Brennstofffilters der Vorrichtung
aus 1.
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Die
Heizvorrichtung gemäß 1 umfasst einen
Brenner 1 mit einer Brennstoffpumpe 2, die in einem
gemeinsamen Gehäuse
baueinheitlich als Modul ausgebildet sind. Von einem mit Dieselöl befüllten Brennstofftank 3 führt eine
Zuleitung 4 zu der saugend betriebenen ersten Pumpe 2.
Niederdruckseitig des Brenners führt
eine Rückführleitung 5 zurück in den
Brennstofftank 3. Die Pumpe 2 wälzt das
Dieselöl
somit beständig
um, wobei auf ihrer Hochdruckseite unmittelbar nach der Pumpe 2 ein
nicht dargestellter Abzweig über
ggf. weitere, insbesondere verstellbare Ventilmittel einen abgezweigten
Brennstoffstrom einer Brennerdüse
zuführt.
Ebenfalls nicht dargestellt sind für derartige Brenner übliche Flammfühler und
elektrische Zündvorrichtungen.
Der Brenner 1 gibt seine Wärme an ein Kühlsystem
eines Dieselmotors eines Schienenfahrzeugs ab, vorliegend das Kühlsystem
eines diesel- oder dieselelektrisch angetriebenen Triebwagens. Bei
derartigen Großdieselmotoren
ist regelmäßig ein
vorwärmen
des Kühlsystems
vor einem Start des Motors vorgesehen.
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Der
Brennstofftank 3 ist zugleich ein Haupttank zur Brennstoffversorgung
des Dieselmotors, weshalb das Volumen des Brennstofftanks 3 um
ein Vielfaches größer ist
als es bei einem lediglich für
den Brenner 3 ausgelegten Brennstofftank wäre.
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Neben
der Zuleitung 4 und der Rücklaufleitung 5 sind
weitere saugende und rückführende Leitungen 6 zur
Entnahme von Dieselöl
aus dem Brennstofftank und zur Rückführung von
Dieselöl
in den Brennstofftank 3 vorgesehen. Diese Leitungen 6 stehen
mit dem Dieselmotor und/oder mit weiteren Heizvorrichtungen oder
Wärmetauschern
in Verbindung.
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Die
Leitungen 4, 5, 6 enden sämtlich in
einem eng begrenzten Raumbereich 7 in unmittelbarer Nachbarschaft
zueinander, wobei der Raumbereich 7 im Vergleich zu den
Ausmaßen
des Brennstofftanks 3 klein ist. Hierdurch kann bei kaltem
Brennstoff ein schnelleres Hochfahren der gesamten Anlage erreicht
werden, da sich ein lokal erwärmter
Volumenbereich um die Mündungen
der einzelnen Leitungen 4, 5, 6 innerhalb
des Brennstofftanks 3 ausbildet. Zugleich erhöht sich
hierdurch die Gefahr, dass durch saugende Leitungen 4 Gasblasen
im Dieselöl
angesaugt werden, die durch die Rücklaufleitungen 5, 6 in den
Raumbereich 7 eingetragen werden.
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Zur
Sicherstellung einer ausreichenden Qualität des dem Brenner 1 zugeführten Dieselöls ist in der
Zuleitung 4 ein Brennstofffilter 8 angeordnet,
der in 2 schematisch mit weiteren Details dargestellt ist.
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Der
Brennstofffilter 8 ist von an sich bekannter Bauweise und
umfasst einen Sammelraum 9, in den das Dieselöl über in einem
oberen Teil des Sammelraums 9 mündende Zuleitung 4 zunächst eintritt. Danach
durchläuft
das Dieselöl
ein Filterelement 10, wonach es in einem von dem Filterelement
abgetrennten kleineren Raumbereich über ein Saugrohr 11 der
von dem Filter abgehenden Zuleitung 4 zugeführt wird.
In einem oberen Gehäuseabschluss
des Brennstofffilters 8 ist eine Entlüftungsöffnung 12 vorgesehen.
Von der Entlüftungsöffnung 12 führt eine Verbindungsleitung 13 zu
einem Abzweig 14 in der Rücklaufleitung 5. Vorliegend
handelt es sich um einen handelsüblichen,
in großen
Stückzahlen
produzierten Dieselfilter mit einer verschraubten Entlüftungsöffnung.
Anstelle einer Verschlussschraube ist nunmehr die Verbindungsleitung 13 angeschraubt.
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In
Fließrichtung
vor dem Brennstofffilter 8 ist eine zweite Pumpe 15 in
der Zuleitung 4 vorgesehen. Die zweite Pumpe 15 ist
eine elektrisch angetriebene Membran-Brennstoffpumpe, deren Fördermenge über die
Höhe einer
angelegten Versorgungsspannung einstellbar ist. Die zweite Pumpe 15 ist
in der Zuleitung 4 kurz nach dem Brennstofftank 3 angeordnet.
Der Brennstofffilter 8 ist in der Zuleitung 4 kurz vor
der ersten Pumpe 2 angeordnet. Die Längen der Zuleitung 4 und
Rücklaufleitung 5 sowie
die Anzahl von Umlenkstellen ist in 1 nur schematisch
dargestellt. Bei der Kombination der Heizvorrichtung mit einem Dieselmotor
eines Triebwagens kommen erhebliche Zuleitungslängen vor, bei denen zudem viele
Umlenkungen aufgrund der Leitungsverlegung gegeben sind. Gerade
im Bereich solcher Umlenkungen können
insbesondere bei saugender Förderung Gasblasen
in dem Dieselöl
entstehen.
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Weiterhin
ist zwischen dem Brenner 1 und dem Abzweig 14 ein
Rückschlagventil 16 in
die Rücklaufleitung 5 integriert.
Das Rückschlagventil 16 öffnet bereits
bei einer geringen Druckdifferenz und hat bei richtiger Fließrichtung
keine Auswirkung auf die Brennstoffflüsse. Durch das Rückschlagventil 16 wird verhindert,
dass sich die durch die erste Pumpe 2 durch den Brenner 1 vorgesehene
Fließrichtung
des Brennstoffs umkehren kann, was in Folge ungünstiger Querschnittsverengungen
der Leitungen in Verbindung mit einer entsprechenden Förderleistung
der zweiten Pumpe 15 grundsätzlich möglich ist. Ein Sperren des
Rückschlagventils 16 tritt
somit nur im Falle einer Störung
auf und verhindert ggf. eine Beschädigung des Brenners 1 oder
gar einen Brand durch unsachgemäßen Brennstofffluss
im Brennerbereich.
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Die
Erfindung funktioniert nun wie folgt:
Wie bereits dargestellt
kann zum einen durch in dem engen Raumbereich 7 eingetragene
Luftblasen wie auch durch im Bereich der saugend betriebenen Zuleitung 4,
insbesondere im Bereich von Umlenkstellen, erzeugte Gasblasen in
dem Brennstoff ein Luft- oder Gasanteil und/oder ein Anteil geschäumten Brennstoffs
in dem Sammelraum 9 des Brennstofffilters 8 angesammelt
werden. Ab einer gewissen Menge an Luft oder Gas in dem Filter 8 werden
das Gas oder der geschäumte
Brennstoff auch über
das Rohr 11 aus dem Filter 8 gesaugt und dem Brenner 1 zugeführt, was
zu einem Verlöschen
der Brennerflamme führen
kann. Um dies zu verhindern, wird der Bereich der Zuleitung 4 zwischen
der zweiten Pumpe 15 und dem Filter 8 durch die
zweite Pumpe 15 unter einen Förderdruck gesetzt, der größer als
der Druck in der Rücklaufleitung
im Bereich des Abzweigs 14 ist. Hierdurch wird beständig Brennstoff
durch die Entlüftungsöffnung 12 und
die Verbindungsleitung 13 von dem Sammelraum 9 des
Filters 8 zu dem Abzweig 14 der Rücklaufleitung 5 und
letztlich zurück
in den Brennstofftank 3 gepumpt. Da Gas oder schaumiger Brennstoff
nach Eintritt in den Sammelraum 9 schnell nach oben in
den Bereich der Entlüftungsöffnung 12 aufschwimmt,
wird Gas oder Brennstoffschaum bevorzugt durch diesen Strömungszweig
aus dem Filter 9 ausgetragen. Hierdurch wird der Anteil
an Gas oder Schaum im Bereich des Saugrohres 11, insbesondere
die Gefahr einer übermäßigen Ansammlung
von Luft in dem Sammelraum 9, erheblich verringert oder vollständig vermieden.
Somit wird ein Verlöschen
der Brennerflamme weitgehend oder vollständig ausgeschlossen.