DE19524260C5

DE19524260C5 - Heizgerät, insbesondere zur Innenraumbeheizung eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE19524260C5
Application number: DE19524260A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Pfister; Jürgen Dipl.-Phys. Epple; Stefan Dipl.-Ing. Ottenbacher; Andreas Dipl.-Ing. Alber
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1995-07-04
Filing date: 1995-07-04
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2015-07-05
Also published as: US6006997A; WO1997002516A1; DE19524260A1; DE19524260C2; JPH10511199A; CZ231597A3

Abstract

Heizgerät, insbesondere zur Innenraumbeheizung eines Kraftfahrzeuges, mit
einem als Wärmequelle dienenden regelbaren Brenner, einem die Verbrennungswärme auf ein hydraulisches Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, übertragenden Wärmetauscher, der auf einer Seite eines Gasmantels von Verbrennungsgasen und auf der anderen Seite des Gasmantels vom hydraulischen Wärmeträgermedium durchsetzt wird,
einem Überhitzungsfühler, der dessen Temperatur wiedergebende Signale erzeugt, und
einer Signalauswertung, die aus zeitlich aufeinanderfolgenden Temperatursignalen einen Temperaturgradienten ermittelt und den Brenner bei Überschreitung eines Schwellwertes des Temperaturgradienten stillsetzt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Überhitzungsfühler auf der Hydraulikseite in unmittelbarem wärmeleitenden Kontakt mit dem Gasmantel steht und
daß am hydraulischen Ausgang (12) des Wärmetauschers (4) ein weiterer Temperaturfühler (15) in wärmeleitendem Kontakt mit dem Hydraulikmedium steht, wobei die Signalverarbeitung (16) den Brenner abschaltet, wenn zwischen den Fühlern (14, 15) eine Temperaturdifferenz auftritt, die einen vom jeweiligen Temperaturniveau abhängigen Schwellwert überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere zur Innenraumbeheizung eines Kraftfahrzeuges, mit

– einem als Wärmequelle dienenden regelbaren Brenner,
– einem die Verbrennungswärme auf ein hydraulisches Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, übertragenden Wärmetauscher, der auf einer Seite eines Gasmantels von Verbrennungsgasen und auf der anderen Seite eines Gasmantels vom hydraulischen Wärmeträgermedium durchsetzt wird,
– einem Überhitzungsfühler, der dessen Temperatur wiedergebende Signale erzeugt,
– und einer Signalauswertung, die aus zeitlich beabstandeten Temperatursignalen einen Temperaturgradienten ermittelt und den Brenner bei Überschreitung eines Schwellwertes des Temperaturgradienten stillsetzt.

Ein derartiges Heizgerät ist grundsätzlich aus EP 03 46 829 A1 bekannt und Gegenstand der älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 44 46 829.6 . Die Überwachung des Temperaturgradienten bietet den Vorzug, daß ein Betriebszustand mit Überhitzungsgefahr sehr frühzeitig erkannt werden kann, d. h. deutlich bevor unerwünscht hohe Temperaturen auftreten. Dies beruht auf der Tatsache, daß eine Überhitzungsgefahr im wesentlichen nur dann auftreten kann, wenn die Brennerleistung im Vergleich zum Durchsatz des hydraulischen Mediums im Wärmetauscher zu hoch ist und dementsprechend ein großer Temperaturgradient, d. h. ein schneller Temperaturanstieg, auftritt.
Da nun bei Überwachung des Temperaturgradienten der Brenner bereits bei Überhitzungsgefahr, jedoch vor dem Eintritt der Überhitzung, ausgeschaltet wird, erübrigen sich besondere Maßnahmen, wenn der Brenner später erneut eingeschaltet werden soll.
Die DE 38 39 244 A1 offenbart ein Heizgerät mit einem Temperaturfühler, der auf der Hydraulikseite in unmittelbarem wärmeleitenden Kontakt mit dem Gasmantel steht.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Erhitzungsgefahr besonders sicher bzw. frühzeitig festzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Heizgerät mit den Merkmalen im Patentanspruch gelöst.
Hier wird berücksichtigt, daß zwischen dem Gasmantel und dem Hydraulikmedium bei geringem Temperaturniveau eine vergleichsweise große Temperaturdifferenz auftreten darf, während bei höherem Temperaturniveau bei ähnlich großer Temperaturdifferenz bereits die Gefahr einer Überhitzung eingetreten könnte.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung noch näher erläutert.
Dabei zeigt
1 ein schematisiertes Schnittbild eines erfindungsgemäßen Heizgerätes, und
2 ein Diagramm, welches typische zeitliche Temperaturverläufe wiedergibt.
Das Heizgerät der 1 besitzt in grundsätzlich bekannter Weise eine Brennkammer 1, der über eine Dosierpumpe 2 Kraftstoff und über ein Gebläse 3 Verbrennungsluft steuerbar oder regelbar zuführbar ist. An die Brennkammer 1 schließt ein Wärmetauscher 4 an, welcher einen von den aus der Brennkammer 1 austretenden Verbrennungsgasen durchströmten Gasraum 5 sowie einen von einem hydraulischen Wärmeträgermedium, in der Regel Wasser, durchsetzten Hydraulikraum 6 aufweist, der gegenüber dem Gasraum 5 durch einen Gasmantel 7 und nach außen durch einen Wassermantel 8 abgeschlossen ist. Die Verbrennungsgase treten in den Gasraum 5 über ein ausgangsseitig an der Brennkammer 1 angeordnetes Flammrohr 9 ein und werden am von der Brennkammer 1 abgewandten geschlossenen Ende des Gasraumes 5 umgelenkt, so daß sie über eine Abgasleitung 10 und einen nicht dargestellten Abgasschalldämpfer nach außen abgeleitet werden können, nachdem sie an der Wandung des Gasmantels 7 unter Übertragung von Wärme auf das Hydraulikmedium entlanggeströmt sind.
Der Hydraulikraum 6 wird vom hydraulischen Wärmeträgermedium, welches durch entsprechende Führungsstege auf der Außenseite des Gasmantels 7 geführt wird, schraubenförmig von einem Eingang 11 zu einem Ausgang 12 hin in einem Kreislauf durchströmt, der über ein oder mehrere Heizkörper 13 und/oder über den Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugmotors führt.
Nahe des von der Brennkammer 1 entfernten Einganges 11 ist ein Überhitzungsfühler 14 angeordnet, welcher in unmittelbarem wärmeleitenden Kontakt mit dem Gasmantel 7 steht und dazu mittels geeigneter Spannelemente, z. B. Federn, gegen die Außenseite des Gasmantels 7 gespannt ist, um einen guten Wärmeübergang zu gewährleisten. Im übrigen wird der Überhitzungsfühler 14 auch vom hydraulischen Wärmeträgermedium umspült, mit dem der Überhitzungsfühler 14 ebenfalls in wärmeleitendem Kontakt steht.
Nahe des Ausganges 12 ist ein Temperaturfühler 15 angeordnet, der vom Gasmantel 7 beabstandet ist und im wesentlichen nur die Temperatur des hydraulischen Wärmeträgermediums erfassen kann.
Die Fühler 14 und 15 sind mit der Eingangsseite einer Signalauswertung 16 verbunden, die zur Steuerung des Verbrennungsprozesses, d. h. zur Steuerung der Dosierpumpe 2 sowie des Gebläses 3 dient.
Die Signale des Temperaturfühlers 15 werden in erster Linie zur Leistungsregelung des Heizgerätes herangezogen.
Die Signale des Überhitzungsfühlers 14 dienen allein oder in Kombination mit den Signalen des Temperaturfühlers 15 zur Sicherung gegen Überhitzung.
Dies wird anhand des in 2 dargestellten Diagramms erläutert, dessen Abszisse die Zeit t und dessen Ordinate die Temperatur T wiedergibt.
Die Kurven K₁ und K₂ zeigen beispielhaft zwei gewünschte Temperaturverläufe am Überhitzungsfühler 14 in Abhängigkeit von der Zeit t. Im Falle der Kurve K₁ wird der Brennbetrieb des Heizgerätes bei einer relativ niedrigen Temperatur T₁ eingeschaltet, während im Falle der Kurve K₂ der Betrieb bei einer vergleichsweise deutlich höheren Temperatur T₂ einsetzt. Im Falle der niedrigen Ausgangstemperatur T₁ ist ein vergleichsweise steilerer maximaler Temperaturanstieg, d. h. ein großer zeitlicher Temperaturgradient, ohne Überhitzungsgefahr zulässig, während im Falle der höheren Ausgangstemperatur T₂ nur ein geringerer maximaler Temperaturgradient auftreten soll. In der Darstellung der 2 werden die maximalen Temperaturgradienten durch die Steigung der Geraden G₁ und G₂ veranschaulicht, die die Kurven K₁ bzw. K₂ am Punkte ihrer größten Steilheit tangential berühren.
Die Signalauswertung 16 erfaßt nun die Temperatursignale des Überhitzungsfühlers 14 mit vergleichsweise hoher Taktfrequenz, d. h. aufeinanderfolgende erfaßte Temperaturmeßwerte liegen zeitlich lediglich um eine geringe Zeitdifferenz dt auseinander. Für ein jeweils zurückliegendes größeres Zeitintervall DT werden sämtliche ermittelten Meßwerte gespeichert. Sodann wird die Temperaturdifferenz zwischen dem jüngsten und dem ältesten Meßwert innerhalb dieses Zeitintervalles DT ermittelt. Diese Temperaturdifferenz ändert sich analog zum jeweiligen Temperaturgradienten.
Durch die dargestellte Meßwertauswertung wird einerseits vermieden, daß eine eventuelle Streuung bzw. eventuelles Signalrauschen des Überhitzungsfühlers 14 zu größeren Fehlern bei der Ermittlung des Temperaturgradienten führen können. Da nämlich der jeweils ermittelte Temperaturgradient anschaulich durch die Steigung einer Geraden Si, Sj usw. dargestellt wird, die durch zwei Meßpunkte mit dem zeitlich relativ großen Abstand DT hindurchläuft, können geringfügige Änderungen der Meßwerte durch Störeinflüsse zu keiner nennenswerten Veränderung der Steigung der Geraden Si, Sj usw. führen.
Andererseits liegen aufeinanderfolgende Werte für den Temperaturgradienten zeitlich dicht hintereinander, denn der zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Werten des Temperaturgradienten entspricht der Länge des kleinen Zeitintervalls dt.
Indem die Signalauswertung 16 darüber hinaus vom jeweiligen Temperaturniveau abhängige Maximalwerte des Temperaturgradienten berücksichtigt, d. h. die Signalauswertung 16 "weiß", daß bei höherem Temperaturniveau nur vergleichsweise geringe Temperaturgradienten auftreten sollen, kann der jeweilige Betriebszustand bei der Überhitzungssicherung berücksichtigt werden und insbesondere bei geringem Temperaniveau, wenn ein hoher Heizbedarf vorhanden sein kann, ein schneller Temperaturanstieg ermöglicht werden.
Zusätzlich wertet die Signalauswertung noch die Temperaturdifferenzen zwischen den Fühlern 14 und 15 aus, wobei ebenfalls wiederum vom jeweiligen Temperaturniveau abhängige Maximaldifferenzen zugelassen werden.
Sobald die maximalen Temperaturdifferenzen bzw. die zuvor erläuterten maximalen Temperaturgradienten überschritten werden, wird zumindest die Dosierpumpe 2 stillgesetzt, um den Verbrennungsprozeß in der Brennkammer 1 zu beenden.

Claims

Heizgerät, insbesondere zur Innenraumbeheizung eines Kraftfahrzeuges, mit einem als Wärmequelle dienenden regelbaren Brenner, einem die Verbrennungswärme auf ein hydraulisches Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, übertragenden Wärmetauscher, der auf einer Seite eines Gasmantels von Verbrennungsgasen und auf der anderen Seite des Gasmantels vom hydraulischen Wärmeträgermedium durchsetzt wird, einem Überhitzungsfühler, der dessen Temperatur wiedergebende Signale erzeugt, und einer Signalauswertung, die aus zeitlich aufeinanderfolgenden Temperatursignalen einen Temperaturgradienten ermittelt und den Brenner bei Überschreitung eines Schwellwertes des Temperaturgradienten stillsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Überhitzungsfühler auf der Hydraulikseite in unmittelbarem wärmeleitenden Kontakt mit dem Gasmantel steht und daß am hydraulischen Ausgang (12) des Wärmetauschers (4) ein weiterer Temperaturfühler (15) in wärmeleitendem Kontakt mit dem Hydraulikmedium steht, wobei die Signalverarbeitung (16) den Brenner abschaltet, wenn zwischen den Fühlern (14, 15) eine Temperaturdifferenz auftritt, die einen vom jeweiligen Temperaturniveau abhängigen Schwellwert überschreitet.