DE9002588U1 - Heater for mobile units, in particular auxiliary heating for motor vehicles - Google Patents
Heater for mobile units, in particular auxiliary heating for motor vehiclesInfo
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Description
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K 34 192 S/8tö 06. März 1990K 34 192 S/8tö 06. March 1990
Firmacompany
J. Eberspächer Eberspächerstr„ 24 D-7300 EsslingenJ. Eberspächer Eberspächerstr” 24 D-7300 Esslingen
hejzgef\t für mobile einheiten, insbesondere zusat.7.heizung für Kraftfahrzeugeheating for mobile units, especially additional heating for motor vehicles
Die Neuerung betrifft ein Heizgerät für mobile Einheiten, insbesondere Zusatzheizung für Kraftfahrzeuge, mit einem Brenner, und einem den an den Brenner räumlich anschließenden Brennraum umgebenden Luftwärmetauscher, der auf seiner Außenseite Wärmetauscherrippen trägt und mit einem Außengehäuse des Geräts einen Heizluftkanal bildet, in dessen Hauptdurchströmrichtung die Rippen orientiert sind.The innovation relates to a heating device for mobile units, in particular an additional heater for motor vehicles, with a burner and an air heat exchanger surrounding the combustion chamber spatially adjacent to the burner, which has heat exchanger fins on its outside and forms a heating air duct with an outer housing of the device, in the main flow direction of which the fins are oriented.
Heizgeräte dieser Art. werden insbesondere als Zusatzoder Standheizungen für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Es gibt verschiedene Typen von Brennern, die einerseitsHeaters of this type are used in particular as additional or auxiliary heaters for motor vehicles. There are various types of burners, which on the one hand
nach Art der Verbrennung und Beschaffenheit des Brennstoffs, und andererseits nach Art des Heizmediums unterschieden werden. Hinsichtlich der Heizmedien gibt es Heizgeräte mit Wasser als Heizmedium und es gibt Heizgeräte nsit Luft als Heizmedium.on the one hand, according to the type of combustion and the nature of the fuel, and on the other hand, according to the type of heating medium. With regard to the heating media, there are heaters with water as the heating medium and there are heaters with air as the heating medium.
Unabhängig von der speziellen Ausgestaltung des Brenneraggregats besitzen die Heizgeräte mit Luft als Heizmedium einen Luftwärmetauscher, der den Brennraum, in welchen die Flamme gerichtet ist, umgibt, der auf seiner Außenseite mit Längs-Wärmetauscherrippen ausgestattet ist, und der zusammen mit einem Außengehäuse einen Heizluftkanal bildet. Von einem Einlaß, der sich insbesondere an einer Stirnseite des Heizgerätgehäuses befindet, gelangt kalte Heizluft in den Heizluftkanal, und be.im Vorbeistreichen der Luft an den Wärmetauscherrippen wird die Luft erwärmt, um schließlich als wärme Heizluft zu einer zu beheizenden Stelle geleitet zu werden.Regardless of the specific design of the burner unit, heaters with air as the heating medium have an air heat exchanger that surrounds the combustion chamber into which the flame is directed, which is equipped with longitudinal heat exchanger fins on its outside and which, together with an outer casing, forms a heating air duct. Cold heating air enters the heating air duct from an inlet, which is located in particular on one end of the heater casing, and as the air passes the heat exchanger fins, the air is heated in order to finally be directed as warm heating air to a location to be heated.
Uei der vorliegenden Neuerung geht es speziell um die Ausgestaltung des Luftwärmertauschers. Die Wärmetauscherrippen sorgen dafür, daß möglichst viel Heizluft mit den von innen, also seitens des Brennraums erwärmten Wärmetauscherrippen in Berührung kommt (selbstverständlich wird auch die Außenseite des Luftwärmetauschers zwischen den einzelnen Rippen von der Innenseite des Wärmetauschers her erwärmt und dient als Wärmetauscherfläche).The current innovation is specifically about the design of the air heat exchanger. The heat exchanger fins ensure that as much heating air as possible comes into contact with the heat exchanger fins heated from the inside, i.e. from the combustion chamber (of course the outside of the air heat exchanger between the individual fins is also heated from the inside of the heat exchanger and serves as a heat exchanger surface).
Der Wirkungsgrad der Heizeinheit läßt sich grob definieren als Verhältnis der in der H^izluft am Ausgang der Heizeinheit pro Zeiteinheit zur VerfügungThe efficiency of the heating unit can be roughly defined as the ratio of the heat available in the hot air at the outlet of the heating unit per unit of time.
stehenden Wärmemenge (abzüglich der bereits in der noch nicht erwärmten kalten Heizluft pro Zeiteinheit angelieferten Wärmemenge), bezogen auf die in dem Brennstoff enthaltenen Energie, gegebenenfalls unter Einberechnung der für den Betrieb des Brenners erforderlichen elektrischen Energie. Um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen, muß ein sehr guter Wärmeübergang an eiern &KHgr;&lgr;&igr;&PSgr;tuärmetsuccher &THgr;&Ggr;?&thgr;1&agr;&Rgr;&Pgr; * denn hei unzureichendem Wärmeübergang wird zu wenig Wärmeenergie auf die Heizluft übertragen, mit der Folge, daß Wärmeenergie z.B. über die Auspuffgase, verlorengeht.The amount of heat available (minus the amount of heat already supplied in the not yet heated cold heating air per unit of time), related to the energy contained in the fuel, if necessary taking into account the electrical energy required to operate the burner. In order to achieve a good level of efficiency, there must be very good heat transfer at the combustion chambers . This is because with insufficient heat transfer , too little heat energy is transferred to the heating air, with the result that heat energy is lost, for example, via the exhaust gases.
Die Heizluft wird mit Hilfe eines Gebläses durch den Heizkanal des Heizgeräts geleitet. Bei stark belasteter Heizeinheit wird nicht nur die Brennerleistung erhöht, falls das Gerät dazu ausgelegt ist, sondern es wird auch der Durchsatz der Heizluft durch den Heizluftkanal erhöht. Dabei ist ein guter Wärmetausch an der Außenseite des Luftwärmetauschers besonders wichtig.The heating air is guided through the heating duct of the heater with the help of a fan. If the heating unit is under heavy load, not only is the burner output increased, if the device is designed for this, but the flow rate of the heating air through the heating air duct is also increased. A good heat exchange on the outside of the air heat exchanger is particularly important.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem der Luftwärmetauscher, wie an sich üblich, aus Leichtmetallguß hergestellt werden kann, und einem hohen Wirkungsgrad des Heizgeräts förderlich ist.The innovation is based on the task of specifying a heating device of the type mentioned at the beginning, in which the air heat exchanger can be made of cast light metal, as is usual, and which promotes a high efficiency of the heating device.
Gelöst wird diese Aufgabe neuerungsgemäß bei einem Heizgerät der eingangs genannten Art durch eines oder mehrere oder die Gesamtheit von folgenden Merkmalen:This task is solved in accordance with the new design of a heating device of the type mentioned above by one or more or all of the following features:
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a) die Wärmetauscherrippen sind gewellt,a) the heat exchanger fins are corrugated,
b) die Wärmetauscherrippen weisen in Längsrichtung beabstandete Unterbrechungen auf, und(b) the heat exchanger fins have longitudinally spaced interruptions, and
c) die Wärmetauscherrippen sind gruppenweise quer zur Hauptströmungsrichtung versetzt.c) the heat exchanger fins are arranged in groups transversely to the main flow direction.
In einer einfachsten Ausführungsform der Erfindung sind die - früher glatt durchgehenden - Wärmetauscherrippen in Längsrichtung mit Unterbrechungen versehen (Merkmal b)). Durch diese Unterbrechungen wird eine gewisse Störung des Luftstroms erreicht. In den durch die Unterbrechungen definierten "Lücken" zwischen einzelnen Rippenabschnitten kommt es zu geringfügigen Luftströmungs-Verwirbelungen und Strömungsumkehrungen. Dadurch ergibt sich im Gegensatz zu der bei früheren Luftwärmetauschern beherrschenden laminaren Luftströmung eine vornehmlich turbulente Luftströmung, die eine tnit? Durohüiischtiiv* der Luft während dss Vor— beistreichens an den Wärmetauscherrippen bewirkt. Eine Alternative zu den Unterbrechungen besteht darin, die Rippen gewellt auszubilden. Durch das mehrmalige Ablenken des Luftstroms zwischen benachbarten Wärmetauscherrippen wird eine gute Durchmischung der Luft erreicht.In the simplest embodiment of the invention, the heat exchanger fins - which were previously smooth - are provided with interruptions in the longitudinal direction (feature b)). These interruptions cause a certain disruption of the air flow. In the "gaps" defined by the interruptions between individual fin sections, slight air flow turbulence and flow reversals occur. In contrast to the laminar air flow that was predominant in earlier air heat exchangers, this results in a predominantly turbulent air flow, which causes the air to become "durable" as it passes the heat exchanger fins. An alternative to the interruptions is to make the fins corrugated. By repeatedly deflecting the air flow between adjacent heat exchanger fins, good mixing of the air is achieved.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung entspricht dem obigen Merkmal c). Danach sind die Wärmetauscherrippen in deren Längsrichtung in Gruppen unterteilt, und die benachbarten Gruppen sind jeweils quer zur Hauptströmungsrichtung versetzt, z.B. dergestalt,A particular embodiment of the invention corresponds to the above feature c). According to this, the heat exchanger fins are divided into groups in their longitudinal direction, and the adjacent groups are each offset transversely to the main flow direction, e.g. in such a way that
daß die Rippen der einen Gruppe gegenüber denen der benachbarten Gruppe exakt auf Lücke gesetzt sind. Der Luftstrom zwischen zwei Wärmetauscherrippen der einen Gruppe wird beim Aufprallen auf die nachfolgende Rippe geteilt, und jede geteilte Menge bereits bis zu einem gewissen erwärmter Luft vereinigt sich mit Luft aus einem vorher benachbarten Kanal. Diese seitliche Versetzung kann derart gestaltet sein, daß sich die Hinterkanten und Vorderkanten der Rippen benachbarter Gruppen in einer Ebene befinden. Zusätzlich können aber auch noch die Unterbrechungen nach Merkmal b) vorhanden sein.that the fins of one group are exactly spaced apart from those of the neighboring group. The air flow between two heat exchanger fins of one group is divided when it hits the next fin, and each divided amount of air, already heated to a certain extent, combines with air from a previously neighboring channel. This lateral offset can be designed in such a way that the rear edges and front edges of the fins of neighboring groups are in the same plane. In addition, however, the interruptions according to feature b) can also be present.
Die gewellte Ausbildung der Rippen führt zusammen mit den in Längsrichtung verteilten Unterbrechungen zu einer besonders günstigen Verwirbelung der Luft innerhalb des Luftkanals.The corrugated design of the ribs, together with the interruptions distributed lengthwise, leads to a particularly favourable turbulence of the air within the air duct.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind sämtliche der drei oben genannten Merkmale verwirklicht: Wellung in Längsrichtung, Unterbrechung und gruppenweise Versetzung quer zur Hauptströmungsrichtung. Durch diese Maßnahme erfolgt eine intensive Wärmeübertragung zwischen der Außenfläche des Luftwärmetauschers und der Heizluft.In a particularly preferred embodiment, all three of the above-mentioned features are implemented: Corrugation in the longitudinal direction, interruption and group-wise offset transverse to the main flow direction. This measure results in intensive heat transfer between the outer surface of the air heat exchanger and the heating air.
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Im folgenden werden Ausfuhrungsbeispjele der Neuerung anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:In the following, examples of the innovation are explained in more detail using the drawing. They show:
Figur 1 schematisch den prinzipiellen Aufbau eines Heizgerätes für mobile Einheiten,Figure 1 shows schematically the basic structure of a heater for mobile units,
Figur 2a die Draufsicht auf einen Ausschnitt aufFigure 2a shows the top view of a section of
die Oberfläche eines Luftwärmeaustauschers in dem Heizgerät nach Fig. 1,the surface of an air heat exchanger in the heater according to Fig. 1,
Figur 2b eine Teil-Querschnittanssicht des Luftwärmetauschers nach Fig. 1,Figure 2b is a partial cross-sectional view of the air heat exchanger according to Fig. 1,
Figur 3 «ine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Außenfläche eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Luftwärmetauschers, undFigure 3 «a plan view of a section of the outer surface of another embodiment of an air heat exchanger, and
Figur 4 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Luftwärmetauschers .Figure 4 is a plan view of a section of another embodiment of an air heat exchanger.
Figur 1 zeigt den wesentlichen Teil einer Kraftfahrzeug-Zusatzheizung in Längsschnittansicht, wobei lediglich die wichtigsten Teile skizziert sind. Ein Brenner 2 besitzt ein Außengehäuse 4, in dem links ein Heizluftgebläse 6 gelagert ist, welches von einem Elektromotor 8 angetrieben wird, der außerdem noch ein Verbrennungsluftgebläse 10 antreibt. Seitlich in dem Gehäuse ist eine Glühkerze 12 eingelassen, in deren Umgebungsbereich eine Benzinleitung 14 mündet,Figure 1 shows the essential part of a motor vehicle auxiliary heater in a longitudinal section, with only the most important parts being sketched. A burner 2 has an outer housing 4, in which on the left a heating air fan 6 is mounted, which is driven by an electric motor 8, which also drives a combustion air fan 10. A glow plug 12 is embedded in the side of the housing, in the surrounding area of which a fuel line 14 opens.
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Be im Betrieb dieses Verdampf erbrenners saugt das vom Elektromotor 8 angetriebene Verbrennungsluftgebläse 10 über einen Luftkanal Verbrennungsluft V an. Die Verbrennungsluft gelangt nach rechts in einen mit einem Flammrohr versehenen Brennraum. Es erfolgt eine Vermischung der Verbrennungsluft mit verdampften Benzin, das über die Benzinleitung 14 zugeführt wird und im Bereich der Glühkerze 12 verdampft wird. Das gezündete Gemisch bildet eine Flamme innerhalb des Brennraums 16, der von einem etwa becherförmigen Luftwärmetauscher 18 umgeben ist. Auf der Außenseite des Luftwärmetauschers 18 befinden sich Wärmetauscherrippen 20, die sich in Längsrichtung erstrecken. Der Wärmetauscher 18 ist zusammen mit den Wärmetauscherrippen 20 aus Leichtmetallguß, speziell aus Aluminiumguß, hergestellt.When this vaporizer burner is in operation, the combustion air blower 10 driven by the electric motor 8 sucks in combustion air V through an air duct. The combustion air passes to the right into a combustion chamber provided with a flame tube. The combustion air is mixed with vaporized gasoline, which is supplied via the gasoline line 14 and is vaporized in the area of the glow plug 12. The ignited mixture forms a flame within the combustion chamber 16, which is surrounded by an approximately cup-shaped air heat exchanger 18. On the outside of the air heat exchanger 18 there are heat exchanger fins 20 that extend in the longitudinal direction. The heat exchanger 18, together with the heat exchanger fins 20, is made of cast light metal, specifically cast aluminum.
Die Abgase gelangen aus dem Brennraum 16 über einen Auspuff als Abgase A ins Freie. Die heiße Luft trifft gemäß Fig. 1 zunächst auf die Bodenseite des Luftwärmetauschers 18 und streicht anschließend nach links in Fig. 1 zurück, bevor die Abgase ausgestoßen werden.The exhaust gases leave the combustion chamber 16 via an exhaust as exhaust gases A and are discharged into the open air. According to Fig. 1, the hot air first hits the bottom side of the air heat exchanger 18 and then flows back to the left in Fig. 1 before the exhaust gases are expelled.
Wie man sieht, ist zwischen der Außenseite des Wärmetauschers 18 mit den Rippen 20 einerseits und der Innenseite des Gehäuses 4 ein Heizluftkanal 21 definiert. Von dem Heizluftgebläse 6 wird kalte Luft K in Fallrichtung in das Gehäuse 4 gesaugt. Die kalte Luft K gelangt dann in den Bereich des Heizluftkanals 21 und streicht dabei an der Außenseite des Luftwärmetauschers 18 und an den Außenflächen der Wärmetauscherrippen 20 entlang. Wärme Heizluft WAs can be seen, a hot air channel 21 is defined between the outside of the heat exchanger 18 with the fins 20 on the one hand and the inside of the housing 4. Cold air K is sucked into the housing 4 in the direction of fall by the hot air fan 6. The cold air K then reaches the area of the hot air channel 21 and passes along the outside of the air heat exchanger 18 and the outer surfaces of the heat exchanger fins 20. Heat Hot air W
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beheizenden Stelle zugeführtvia hose lines or
heated place
einer zufrom there
one to
In den Fig. 2a, 2b, 3 und 4 sind verschiedene äusführungsformen des Luftwärmetauschers 18 dargestellt. Fig. 2a, 2b, 3 and 4 show different embodiments of the air heat exchanger 18.
Nach Fig. 2a sind die Warmetauscherrippen 20 ir»
Haupt:.arrchströmrichoung H gruppenweise unterteilt,
.und die quer zur Hauptdurchströmrichtung H mehrere
Warmetauscherrippen 20 umfassenden Gruppen sind so ausgebildet, daß die einzelnen Warmetauscherrippen
der einen Gruppe gegenüber den Warmetauscherrippen der jeweils benachbarten Gruppe versetzt
sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Warmetauscherrippen 20 der einen Gruppe
exakt in der Mitte der Lücke zwischen zwei Wärmetauscherrippen der benachbarten Gruppe.According to Fig. 2a, the heat exchanger fins 20 are ir»
Main:.archströmrichoung H divided into groups, .and the groups comprising several heat exchanger fins 20 transverse to the main flow direction H are designed in such a way that the individual heat exchanger fins of one group are offset from the heat exchanger fins of the adjacent group
In the illustrated embodiment, the heat exchanger fins 20 of one group are
exactly in the middle of the gap between two heat exchanger fins of the adjacent group.
Zusätzlich sind zwischen den Wärmetauscherrippen der jeweiligen Gruppen noch Lücken 22 ausgebildet,
d.h., die Warmetauscherrippen 20 der einen Gruppe
sind gegenüber den Warmetauscherrippen der benachbarten Gruppe auch in Hauptdurchströmrichtung beabstandet.
In addition, gaps 22 are formed between the heat exchanger fins of the respective groups, ie the heat exchanger fins 20 of one group
are also spaced apart in the main flow direction from the heat exchanger fins of the adjacent group.
Wie Fig. 2b zeigt, sind die Warmetauscherrippen 20
auf der einen Längsseite des Luftwärmetauschers
parallel zueinander orientiert. Entsprechend weisen die Warmetauscherrippen auf den anderen Seiten des
Luftwärmetauschers in andere Richtungen, verlaufen aber jeweils parallel zueinander. Dies begünstigtAs shown in Fig. 2b, the heat exchanger fins 20 are arranged on one long side of the air heat exchanger
oriented parallel to each other. Accordingly, the heat exchanger fins on the other sides of the air heat exchanger point in other directions, but run parallel to each other. This promotes
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die Herstellung des Luftwärmetauschers als Aluminiumgußteil. the production of the air heat exchanger as an aluminum casting.
Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform. Die hier mit 30 bezeichneten Wärmetauscherrippen sind durchgehend ausgebildet, und sie sind gewellt. Durch diese Wellung erreicht man eine geringfügige Verwirbelung der durchströmenden Heizluft und eine intensivere Berührung zwischen Luft und den oberflächen der Wärmetauscherrippen.Fig. 3 shows a modified embodiment. The heat exchanger fins, designated here with 30, are continuous and corrugated. This corrugation results in a slight turbulence of the flowing hot air and a more intensive contact between the air and the surfaces of the heat exchanger fins.
Tig. 4 7-eigt eine Aualühr; .gsfonn mit ebenfalls gewellten Wärmetauscherripj. a 40, diene sind jedoch zusätzlich mit Unterbrechungen 41 versehen, ähnlich den Unterbrechungen bzw. Lücke;; 1 nach Fig. 2a.Fig. 4 shows a flow pattern with corrugated heat exchanger ribs 40, but these are additionally provided with interruptions 41, similar to the interruptions or gaps 1 according to Fig. 2a.
In einer weiteren Ausführungsform, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, können die mit Unterbrechungen versehenen, also in Längsrichtung auf Lücke gesetzten .Järmetauscherrippen sowohl zusätzlich gewellt als auch versetzt angeordnet sein. Die Ausführungsform nach Fig. 2a wäre dementsprechend so modifiziert, daß die versetzten und mit Lücken 22 versehenen Wärmetauscherrippen zusätzlich gewellt wären.In a further embodiment, which is not shown in the drawing, the heat exchanger fins provided with interruptions, i.e. with gaps in the longitudinal direction, can be additionally corrugated or arranged offset. The embodiment according to Fig. 2a would accordingly be modified so that the offset heat exchanger fins provided with gaps 22 would also be corrugated.
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