DE3136839C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugheizung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der DE-OS 14 54 672 ist eine Fahrzeugheizung der vorstehend genannten Art bekannt. Von Wärmedurchgangszylindern, die koaxial zu einem Wärmeträger vorgesehen sind, wird ein dop­ pelwandiger Topf gebildet. Sein Boden liegt im Bereich des brennerfreien Endes des Heizgeräts, während der Abgasstutzen in der Nähe des brennerseitigen Endes des Heizgeräts ange­ ordnet ist. Die von den Wärmedurchgangszylindern gebildeten inneren und äußeren Ringräume sind von Waser als Heizme­ dium durchströmt. Die Rauchgase werden hierbei, ausgehend von der Nähe des brennerfreien Endes des Heizgeräts, aus dem Brennraum entweder über den Durchbruch im Bodenbereich oder stirnseitig in den Ringraum und/oder in Richtung zu dem brennerseitigen Ende des Heizgeräts und von dort unmit­ telbar in den Abgasstutzen geleitet. Da die Rauchgase somit nur einmal in axialer Richtung vom brennerfreien Ende des Heizgeräts in Richtung zu dem brennerseitigen Ende dessel­ ben umgelenkt werden, bleibt ein Großteil der Wärme der Rauchgase für den Wärmeaustausch ungenutzt. Für den Wärme­ austausch steht nämlich ein relativ kurzer geradliniger Weg zwischen den Rauchgasen und dem Heizmedium zur Verfü­ gung, und die Rauchgase haben auch eine relativ kurze Verweilzeit in diesem Wärmeaustauschbereich, bis sie zu dem Abgasstutzen gelangen. Daher hat ein solches Heizgerät ei­ nen relativ geringen Wirkungsgrad.

Aus der DE-OS 27 18 215 ist ein Zusatzheizgerät für Fahrzeuge bekannt, bei dem Rippen an den Oberflächen des Wärmeübertragers vorgesehen sind. Für die Übertragung der Rauchgaswärme auf das Heizmedium sind auch hier relativ kleine Austauschflächen vorhanden.

Aus der DE-PS 9 75 176 ist eine Fahrzeugheizung bekannt, bei der kein Wärmeübertragerrohr vorhanden ist. Die Rauchgase strömen aus der Brennkammer durch ovale Durchtritte in den doppelwan­ digen Zylinder, dessen beide Wandungen von Heizluft umströmt werden. Die entlang der Innenwandung des doppelwandigen Zy­ linders entlangströmende Heizluft wird dem Fahrgastraum zuge­ führt, während die an der Außenwandung entlangströmende Heiz­ luft als Frontluft zur Scheibenenteisung verwendet wird. Die Herstellung einer solchen Fahrzeugheizung ist teuer, da die Schweißungen der ovalförmigen Durchtritte zwischen der Heiz­ kammer und dem doppelwandigen Zylinder auf komplizierten Durchdringungskurven liegen und somit der Schweißvorgang ent­ sprechend kompliziert ist.

Aus der DE-AS 18 00 561 ist ein Wärmetauscher mit mehreren rohr­ förmigen Wärmetauschelementen bekannt. Auch hierbei ist kein über die Brennkammer gestülptes Wärmeübertragerrohr vor­ handen. Da der die heißen Gase führende doppelwandige Topf an der Geräteaußenseite liegt, ist eine solche Auslegung für Fahrzeugheizungen ungeeignet, da dort aus Sicherheitsgründen eine heiße Außenwand des Heizgeräts nicht zulässig ist.

Schließlich ist aus der GB-PS 10 10 325 eine Fahrzeugheizung be­ kannt, bei der die Rauchgase aus der Brennkammer über seit­ liche Durchlässe für einen doppelwandigen Zylinder übertre­ ten. Somit geht die Wärme auf die Gehäusewandung über und im Be­ reich der Durchtrittsöffnung tritt eine unerwünschte Erhitzung der äußeren Gehäusewand auf. Ferner sind die Durchtritte zwi­ schen der Brennkammer und dem doppelwandigen Rauchgaszylinder kompliziert herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugheizung der gattungsgemäßen Art unter Gewährleistung einer fertigungs­ technisch unkomplizierten und gedrängten Bauweise hinsicht­ lich ihres Wirkungsgrades insbesondere durch bessere und vollständige Nutzung der Wärme der Rauchgase zu verbessern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer Fahrzeughei­ zung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Fahrzeugheizung wird das Rauchgas nch seinem Austritt aus dem brennerfreien Ende der Brenn­ kammer auf seinem Weg zum brennerseitigen Ende mit Hilfe des doppelwandigen Topfes in den Raum zwischen der Innenwand und der Außenwand deselben nochmals in Richtung des brennerfreien Endes umgelenkt, bevor die Rauchgase die Heizung über den Abgasstutzen verlassen. Somit erhält man hierbei einen we­ sentlich vergrößerten, ja nahezu verdoppelten Strömungsweg für die Rauchgase, so daß die Rauchgase in Wärmeaustausch mit dem Heizmedium nicht nur länger verweilen, sondern auch eine größere Wärmeaustauschfläche überstreichen. Aufgrund des wesentlich verbesserten Wärmeaustauschs arbeitet eine sol­ che Fahrzeugheizung mit einem hohen Wirkungsgrad. Da der doppelwandige Topf dank der ineinandergeschachtelten Bau­ weise raumsparend in dem Raum zwischen der Brennkammer und der Gehäusewand angeordnet ist, läßt sich eine kompakte Bauweise trotz einer wesentlichen Verbesserung des Wirkungs­ grades der Fahrzeugheizung gewährleisten. Da die Verbindungs­ stellen von doppelwandigem Topf und den anderen Teilen der Fahrzeugheizung in Form von runden Schweißnähten ausgeführt sind, erreicht man eine Fertigung mit unkomplizierten Mit­ teln.

Bei der Ausbildungsform der Fahrzeugheizung nach Anspruch 2 können die in den Bodenbereich des Topfes eintretenden Rauch­ gase nicht auf direktem Weg zum Abgasstutzen gelangen, sondern sie werden mittels einer Schikane im Topf in Richtung des brennerfreien Endes und dann im von der Schikane begrenzten Innenraum zum Abgasstutzen gelenkt. Hierdurch wird der Wärme­ übergang am Wärmeübertrager noch weiter verbessert.

Bei der Ausbildungsform der Fahrzeugheizung nach Anspruch 3 wird erreicht, daß das Heizmedium aus dem Ringraum zwischen der Gehäusewandung und der Außenwand des Topfes an der Innen­ wand des Topfes und danach am Wärmeübertrager entlangströmt, bevor es durch das Umlenkrohr die Heizung verläßt.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Fahrzeugheizung,

Fig. 2 ein Detail der Fahrzeugheizung gemäß Fig. 1 im Aufriß,

Fig. 3 das in Fig. 2 dargestellte Teil in der Drauf­ sicht,

Fig. 4 das in Fig. 2 dargestellte Teil in der Seiten­ ansicht,

Fig. 5 eine perspektivische Teilansicht der Fahrzeug­ heizung nach Fig. 1,

Fig. 6 einen Schnitt längs der Schnittlinie VI-VI der Fig. 1,

Fig. 7 eine Ausführungsvariante der Wärmetauscheran­ ordnung im Längsschnitt,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsvariante der Wärmetausch­ anordnung im Längsschnitt,

Fig. 9 eine Wärmetauscheranordnung, die im Prinzip der Wärmetauscheranordnung der Fahrzeugheizung gemäß Fig. 1 entspricht, jedoch aus Gußteilen gefer­ tigt ist und

Fig. 10 einen Schnitt längs der Schnittlinie X-X in Fig. 9.

Fig. 1 zeigt eine Fahrzeugheizung mit Luftumlauf im Längsschnitt. Die Fahrzeugheizung weist einen Brenner 20 mit einer Kraftstoffzuleitung 21 auf. Vor dem Brenner sitzt eine Zündkerze 22. Ein Elektromotor 23 treibt ein Heizluftgebläse 24 und ein Brennluftgebläse 25 an. Die Heizluft tritt in die Fahrzeugheizung über den Heizluft­ anschlußstutzen 26 und die Brennluft über den Brennluft­ anschlußstutzen 27 ein. Der Brenner sitzt an einem Ende einer rohrförmigen Brennkammer 1, die mit Löchern 1 a ver­ sehen ist, deren Durchmesser in Richtung auf das brenner­ freie Ende der Heizkammer zunimmt. Über die Brennkammer ist ein Wärmeübertragerrohr 3 - im folgenden kurz Wärme­ übertrager 3 genannt - gestülpt. Der Wärmeübertrager ist topfförmig, d. h. er ist an einem Ende durch eine Boden 3 a abgeschlossen. Der Boden 3 a des Wärmeübertragers 3 liegt an dem brennerfreien Ende der Brennkammer 1, so daß die aus der Brennkammer 1 entweder durch die Löcher 1 a oder an der Stirnseite austretenden Rauchgase in dem Ring­ raum 2 zwischen Wärmeübertrager 3 und der Wandung der Brennkammer 1 achsparallel, jedoch entgegengesetzt zur Richtung der Flamme strömen. Unter Freilassung eines Ring­ raumes sitzt über der aus Brennkammer 1 und Wärmeübertra­ ger 3 bestehenden Anordnung ein doppelwandiger Topf 4 derart, daß der Boden des Topfes am brennerseitigen Ende der Brennkammer 1 und das dem Boden gegenüberliegende Ende des Topfes in der Nähe des brennerfreien Endes der Brennkammer 1 liegt. Der doppelwandige Topf 4 weist einen zentralen Durchbruch auf, in den die Brennkammer 1 einge­ fügt ist. Der Ringraum 2 zwischen dem Wärmeübertrager 3 und der Brennkammer 1 steht direkt mit dem Boden des dop­ pelwandigen Topfes 4 und mit dem zwischen der Innenwand 4 b und der Außenwand 4 c des doppelwandigen Topfes beste­ henden Ringkammer in Verbindung. Im bodenseitigen Bereich des doppelwandigen Topfes 4 ist ein Abgasstutzen 5 ange­ schlossen. Über diesem sitzt eine Schikane 11, die weiter unten im Detail beschrieben wird. Der doppelwandige Topf 4 ist in einem gewissen Abstand von der Gehäusewand 6 der Fahrzeugheizung umgeben, so daß zwischen der Gehäuse­ wand 6 und der Außenwand 4 c des doppelwandigen Topfes 4 ein Ringraum gebildet wird, durch den die vom Gebläse 24 ge­ förderte Frischluft strömen kann. In den Ringraum zwischen der Innenwand 4 b und dem Wärmeübertrager 3 ist ein Umlenk­ rohr 9 derart eingefügt, daß es zur Innenwand 4 b wie auch zum Wärmeübertrager 3 etwa den gleichen Abstand aufweist, wobei auch etwa der gleiche Abstand zwischen der Stirn­ kante des Umlenkrohres 9 und dem Übergangsstück zwischen der Innenwand 4 b und dem Wärmeübertrager 3 eingehalten ist. Das Umlenkrohr 9 geht in den Heizluftausgangsstutzen 28 über. Stellenweise (in Fig. 1 oben) besteht zwischen dem Umlenkrohr 9 und dem Heizluftausgangsstutzen 28 ein kleiner Luftspalt 29.

Die Fahrzeugheizung arbeitet wie folgt:

Durch das durch den Motor 23 angetriebene Heizluftgebläse 24 wird über die Heizluftkanäle 30, die in der Schnitt­ zeichnung der Fig. 6 zu erkennen sind, Frischluft in die Wärmetauscheranordnung der Fahrzeugheizung gefördert. In der Wärmetauscheranordnung strömt die Frischluft zwischen der Gehäusewand 6 und der Außenwand 4 c des doppelwan­ digen Topfes 4. An der Verjüngung 8 wird die Heizluft radial nach innen umgelenkt und stößt dabei auf das in dem Heizluftausgangsstutzen 28 sitzende Umlenkrohr 9 (siehe Pfeile). Zwischen dem Umlenkrohr 9 und der Innen­ wand 4 b des doppelwandigen Topfes 4 strömt die Heizluft zurück. Sie nimmt dabei sowie auch bei der Strömung durch den Raum 7 die Wärme der Rauchgase, die in dem doppelwan­ digen Topf 4 strömen, auf. Bei Erreichen der Stirnkante des Umlenkrohres 9 strömt die Heizluft an dem Übergangs­ stück zwischen der Innenwand 4 b und dem Wärmeübertrager 3 entlang und danach in Brennrichtung entlang dem Wärme­ übertrager 3 auf den Heizluftausgangsstutzen 28 zu, wobei sie sich weiter an dem heißen Wärmeübertrager 3 erwärmt. Ein Teil der Heizluft kann - falls dies zur Verringerung der Strömungsverluste erforderlich ist - direkt aus dem Raum 7 über den Luftspalt 29 in den Heizluftausgangsstut­ zen 28 strömen. Der in dem Brenner 20 nach Zündung durch die Zündkerze 22 unter Zufuhr von Verbrennungsluft über den Brenluftanschlußstutzen 27 und das Gebläse 25 ver­ brennende Kraftstoff erzeugt in der Brennkammer 1 eine koaxiale Flamme. Die Rauchgase strömen teils über die Löcher 1 a in der Brennkammer, teils über deren stirnsei­ tiges Ende in den topfförmigen Wärmeübertrager 3, d. h. in den zwischen den Wärmeübertrager 3 und der Brennkam­ mer 1 gebildeten Ringraum 2. Hier kühlen sie sich im Gegenstrom, also besonders wirksam, gegen die an der Außenwand des Wärmeübertragers 3 vorbeiströmenden Heiz­ luft ab. Nach Verlassen des Ringraumes 2 strömen die Rauchgase in den Bodenbereich des doppelwandigen Topfes 4 ein. Um zu verhindern, daß sie von dort direkt über den dort angesetzten Abgasstutzen 5 abströmen, ist über die­ sem eine Schikane 11 angeordnet. Die Schikane 11 ist in den Fig. 2, 3 und 4 in drei verschiedenen Ansichten dargestellt. Sie besteht aus einem kreissegmentförmigen Frontteil 11 a und zwei radial ausgerichteten Seitentei­ len 11 b, die zu beiden Seiten des Frontteiles 11 a befe­ stigt sind. Der Sitz der Schikane 11 in der Wärmetauscher­ einheit ist besonders deutlich in der perspektivischen Darstellung der Fig. 5 zu erkennen. Die aus dem Raum 2 in den doppelwandigen Topf 4 übertretenden Rauchgase stoßen gegen die Frontseite 11 a und die Längsseiten 11 b der Schikane, deren Höhe dem Abstand zwischen der Außen­ wand 4 c und der Innenwand 4 b des doppelwandigen Topfes 4 entspricht. Die Rauchgase sind somit durch die Schikane 11 gezwungen, sich innerhalb des doppelwandigen Topfes 4 in Richtung auf das brennerfreie Ende zu bewegen. Danach gelangen sie in den durch die Schikane begrenzten Innen­ raum und zum Abgasstutzen 5. Durch diese Strömung ist ge­ währleistet, daß sie ihre Wärme weitgehend an die den doppelwandigen Topf umströmende Heizluft abgeben.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, bestehen Schweißnähte zwischen dem Wärmeübertrager 3 und seinem Boden 3 a, zwi­ schen dem Wärmeübertrager 3 und der Innenwand 4 b bzw. dem Übergangsstück des doppelwandigen Topfes 4 sowie zwischen der Innenwand 4 b und der Außenwand 4 c des doppelwandigen Topfes 4. Diese Schweißnähte sind kreisrund und können daher bei automatischer Fertigung unter geringem Aufwand hergestellt werden.

Es ist ersichtlich, daß durch den doppelwandigen Topf 4 die Wärmetauschflächen und somit der Wirkungsgrad der Fahrzeugheizung erheblich vergrößert wird. Durch die be­ sondere Rauchgas- und Heizluftführung ist gewährleistet, daß die Gehäusewand 6 der Fahrzeugheizung gegen Strah­ lungswärme möglichst weitgehend abgeschirmt ist. Dadurch, daß frische Heizluft an die Gehäusewand 6 entlangge­ führt wird, ist des weiteren sichergestellt, daß die Ge­ häusewand 6 der Fahrzeugheizung stets kühl bleibt.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsvariante einer Wärmetauschereinheit.

Bei der Ausführungsvariante der Fig. 7 ist in dem dop­ pelwandigen Topf 4 keine Schikane, sondern ein Rauchgas­ umlenkrohr 10 angeordnet, durch das der Innenraum zwischen der Innenwand 4 b und der Außenwand 4 c von der Bodenseite her in zwei Teile unterteilt wird, so daß die aus dem Raum 2 zwischen dem Wärmeübertrager 3 und der Brennkam­ mer 1 kommenden Rauchgase durch das Rauchgasumlenkrohr zunächst gezwungen werden, längs der Innenwand 4 b in Richtung auf das brennerfreie Ende und danach längs der Außenwand 4 c in Richtung auf das brennerseitige Ende der Wärmetauschereinheit zu strömen. Erst danach können die Rauchgase über den Abgasstutzen 5 den doppelwandigen Topf 4 verlassen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Gegenstromprinzip weitgehendst verwirklicht.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, die sich von den bisher beschriebenen Ausführungsformen dadurch unterscheidet, daß sie weder eine Schikane noch ein Rauchgasumlenkrohr aufweist. Für die gleichmäßige Durch­ strömung des Raumes zwischen der Außenwand 4 c und der Innenwand 4 b des doppelwandigen Topfes 4 ist vielmehr bei dieser Ausführungsvariante dadurch gesorgt, daß der Abgasstutzen 5 in der Nähe des vom Boden des doppelwan­ digen Topfes 4 abgekehrten Seite, also in der Nähe des brennerfreien Endes der Brennkammer angeordnet ist. Bei diesem wie bei allen Ausführungsbeispielen können jedoch zusätzlich im Ruchgasraum des Topfes 4 Schikanen einge­ baut sein, um eine möglichst gleichmäßige Durchströmung dieses Raumes zu erzielen.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der die Wärmetauschereinheit in der Funktionsweise der Wärme­ tauschereinheit gemäß Fig. 1 gleicht. Der Unterschied zu Fig. 1 besteht lediglich darin, daß der Wärmeübertra­ ger 3 mit dem doppelwandigen Topf 4 aus einem Gußteil, vorzugsweise einem Aluminiumgußteil, gefertigt ist. Auch der Abgasstutzen 5 ist einstückig an diesem Gußteil ange­ formt. Zur Befestigung des Umlenkrohres 9, das aus Edel­ stahlblech besteht, sind Rippen 12 und 13 vorgesehen, die am besten im Querschnitt der Fig. 10 zu erkennen sind. Die Längsrippen 12 erstrecken sich vom Wärmeüber­ trager 3 radial nach außen. Von der Außenfläche der In­ nenwand 4 b des doppelwandigen Topfes erstrecken sich ebenfalls Längsrippen 13, und zwar radial nach innen.

Diese sind jedoch gegen die Längsrippen 12 in Umfangs­ richtung versetzt. Zwischen die Endkanten der aufeinan­ der zuweisenden Rippen ist das Umlenkrohr 9 eingeklemmt. Diese Ausführungsform erweist sich besonders unter dem Gesichtspunkt der Materialersparnis bei großen Fahrzeug­ heizungen, bei denen die Materialkosten stärker ins Ge­ wicht fallen, als vorteilhaft.

Wandungen des Wärmeübertragers und des doppelwandigen Topfes können auch einteilig mitein­ ander verbunden sein. Beispielsweise ist es möglich, bei der Ausführungsform nach Fig. 7 die Innenwand 4 b des Topfes 4 mit dem Wärmeüber­ trager 3 einschließlich des Bodens 3 a zu einem einteiligen Stülpteil zuammenzufassen.

Claims (3)

1. Fahrzeugheizung mit einer rohrförmigen Brennkammer, einem unter Freilassung eines Ringraumes über die Brenn­ kammer gestülpten topfförmigen Wärmeübertrager, einem dop­ pelwandingen Topf, der den Wärmeübertrager unter Freilassung eines Ringspaltes koaxial umgibt und der in seinem Bodenbe­ reichen einen Durchbruch zum Anschluß an den Ringraum zwischen Brennkammer und Wärmeübertrager und einen Abgasstutzen zur Ableitung der Rauchgase aufweist, und einer Gehäusewand, die den doppelwandigen Topf unter Bildung eines Ringraumes für das Heizmedium koaxial umgibt, wobei die Brenngase im Ringraum zwischen Wärmeübertrager und Brennkammer in axialer Rich­ tung umgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchbruch des Topfes (4) am brennerseitigen Ende der Brennkammer (1) angeordnet ist, so daß die Rauchgase vor der Ableitung über den Abgasstutzen (5) im Raum zwi­ schen der Innenwand (4 b) und der Außenwand (4 c) des Topfes (4) in Richtung des brennerfreien Endes der Brennkammer (1) umgelenkt werden.

2. Fahrzeugheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Abgasstutzen (5) eine Schikane (11) vorgesehen ist, mittels der die Rauchgase im Topf (4) in Richtung des brennerfreien Endes und dann im von der Schikane (11) begrenzten Innenraum zum Abgasstutzen lenkbar sind.

3. Fahrzeugheizung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewand (6) in der Nähe des vom Bodenbereich (4 a) des Topfes (4) abge­ wandten Endes eine Verjüngung (8) aufweist, und daß im Ringraum zwischen dem Wärmeübertrager (3) und der Innenwand (4 b) des Topfes (4) ein Umlenkrohr (9) angeordnet ist, so daß das Heizmedium aus dem Ringraum (7) zwischen der Ge­ häusewand (6) und der Außenwand (4 c) des Topfes (4) an der Innenwand (4 b) des Topfes (4) und danach dem Wärmeüber­ trager (3) vor dem Austritt über das Umlenkrohr (9) zu dem Heizluftausgangsstutzen (28) entlangströmt.