DE4345054C1 - Fahrzeugheizgerät mit Wasserpumpenentlüftung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugheizgerät, mit einer Brennkammer, die von einem Wärmetauscher umgeben ist, durch den Wasser bzw. Wasser mit Frostschutzmittel als Wärmeträger strömt, wobei eine außen an dem Wärmetauscher angeordnete Wasserpumpe von einer Rücklaufleitung eines Wasserkreislaufs kommendes Wasser durch den Wärmetauscher pumpt, welches den Wärmetauscher nach Erwärmung über eine Vorlaufleitung verläßt. Derartige Fahrzeugheizgeräte werden üblicherweise als Zusatzheizgeräte in Personen- und Lastkraftwagen, in Bussen, aber auch in Campingwagen, kleinen Motorbooten, Baumaschinen und Flugzeugen eingesetzt.

In der Brennkammer wird mit Hilfe einer Brennstoffpumpe, eines Verbrennungsluftgebläses und z. B. eines Brennstoff-Verdampfers ein Brennstoff-Luft- Gemisch erzeugt. Bei Verbrennung des Gemischs wird die Wärmeenergie von einem die Brennkammer umgebenden Wärmetauscher an den Wärmeträger abgegeben, welcher Bestandteil eines Wärmeträgerkreislaufs ist.

Fahrzeugheizgeräte sollen sehr kompakt aufgebaut sein und einem hohen Standard an Betriebssicherheit entsprechen.

Ein spezielles Problem bei den üblichen Fahrzeugheiz­ geräten betrifft die Entlüftung der den Wärmeträger, beispielsweise Wasser, in dem Wärmeträgerkreislauf umwälzenden Pumpe. Nicht nur, um unerwünschte Betriebsgeräusche zu vermeiden, sondern insbesondere, um den gewünschten Durchsatz der Pumpe zu gewähr­ leisten, muß auf jeden Fall vermieden werden, daß sich innerhalb der Pumpenkammer des Pumpenteils der von einem Pumpenmotor elektrisch angetriebenen Pumpe Luft ansammelt oder dort Luft verbleibt, die vom Befüllen des Wärmeträgerkreislaufs stammt.

Bislang war bei den üblichen Fahrzeugheizgeräten, wie es beispielsweise aus der DE 41 00 523 A1 bekannt ist, die Wasserpumpe unterhalb des Wärmetauschers und mithin praktisch im tiefsten Bereich des gesamten Wasser­ kreislaufs angeordnet. Dies hatte zur Folge, daß etwaige Luftblasen im Bereich der Pumpe automatisch nach oben stiegen, so daß sie an einer höher gelegenen Stelle des Wasserkreislaufs nicht störten. Angesichts des Problems der Entstehung von Luftblasen im Pumpen­ bereich wurden die Wasserpumpen bislang gezielt unter­ halb oder neben dem Wärmetauscher angeordnet, um durch diese spezielle Einbaulage ein Entweichen der Luft­ blasen sicherzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahr­ zeugheizgerät der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Wasserpumpe nicht nur neben, sondern auch oberhalb des Wärmetauschers angeordnet werden kann, ohne daß die Gefahr des Ansammelns oder Verbleibens von Luftblasen in der Pumpe besteht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Fahrzeug­ heizgerät der oben genannten Art dadurch gelöst, daß die Druckseite des Pumpenteils der Wasserpumpe über eine Verbindungsöffnung von relativ zur Vorlaufleitung kleinem Querschnitt mit der Vorlaufleitung des Wasserkreislaufs strömungsverbunden ist.

Der Begriff "Vorlaufleitung" bezieht sich hier auf das gesamte Heizungssystem, so daß die "Vorlaufleitung" das durch den Wärmetauscher gerade erwärmte Wasser dem System mit einem oder mehreren Heiz-Wärmetauschern (Heizkörper) zuführt. Dementsprechend ist die "Rücklaufleitung" diejenige Leitung, die das durch das Heizen in dem Heizkörper abgekühlte Wasser dem Wärmetauscher zwecks erneuter Erwärmung zuführt.

Die Erfindung schafft mithin einen "Bypass" zwischen der Druckseite der Pumpe und der Leitung, über die das soeben erwärmte Wasser den Wärmetauscher verläßt. In dieser "Vorlaufleitung" herrscht ein im Vergleich zu der Pumpenkammer etwas verringerter Druck (zwischen der Pumpenkammer und der Anschlußstelle der kleinen Verbindungsöffnung in der Vorlaufleitung hat das Wasser den - z. B. spiralförmigen - Weg durch den Wärmetauscher und ein Stück der Vorlaufleitung zurück­ gelegt).

Aufgrund des erwähnten Druckunterschieds werden etwaige Luftblasen im Bereich der Pumpe durch den dort herrschenden Druck in die Vorlaufleitung gedrängt und gelangen über die Vorlaufleitung in das System zu einer von der Wasserpumpe entfernten Stelle.

Besonders sicher funktioniert dieses Abführen von möglichen Luftblasen dann, wenn die Vorlaufleitung höher gelegen ist als der Pumpenteil der Wasserpumpe und sich die Verbindungsöffnung in der Einbaulage der Wasserpumpe an der höchsten Stelle der Pumpenkammer des Pumpenteils befindet. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß auch im Ruhezustand der Wasserpumpe sich etwaige Luftblasen in der Nähe der Verbindungsöffnung ansammeln; denn in der Pumpenkammer befindliche Luftblasen steigen nach oben und sammeln sich dann an der Verbindungsöffnung (wenn sie nicht bereits auch ohne Betrieb der Pumpe durch die Verbindungsöffnung hindurch in die Vorlaufleitung gelangen), da sich die Verbindungsöffnung an der höchsten Stelle der Pumpenkammer befindet.

Wenn man die Verbindungsöffnung zwischen Pumpenkammer und Vorlaufleitung an die höchste Stelle der Pumpenkammer legt, wobei die Vorlaufleitung dann noch höher als die Verbindungsöffnung gelegen ist, ist der Einbau der Wasserpumpe oben auf dem Wärmetauscher des Fahrzeugheizgeräts möglich. Will man die Wasserpumpe nicht nur oben auf dem Wärmetauscher plazieren, sondern auch die Möglichkeit haben, die Pumpe neben dem Wärmetauscher anzuordnen, so wird dies erfindungsgemäß dadurch möglich, daß - in der Einbau­ lage der Wasserpumpe - an der höchsten und der seitlich am weitesten außenliegenden Stelle der Pumpenkammer des Pumpenteils eine Tasche ausgebildet ist, und daß an der wiederum höchsten und seitlich am weitesten außen befindlichen Stelle der Tasche die Verbindungsöffnung ausgebildet ist.

Man kann sich vorstellen, daß bei einer derartigen Ausgestaltung die Luftblasen einmal zu der "höchsten" Stelle der Pumpenkammer, also zu der Tasche und schließlich zu der Verbindungsöffnung wandern, wenn sich die Wasserpumpe oben auf dem Wärmetauscher befindet. Wird die Wasserpumpe seitlich neben dem Wärmetauscher angeordnet, wobei dann der Wasseraus­ trittsstutzen der Pumpe horizontal verläuft, so gelangen etwaige Luftblasen ebenfalls zuverlässig zu der Verbindungsöffnung, durch die sie in die Vorlauf­ leitung gelangen können.

Die Verbindungsöffnung hat vorzugsweise einen Quer­ schnitt von 0,5 . . . 3 mm². Wie gesagt, handelt es sich bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Verbindungs­ öffnung um einen "Bypass". Der durch die Ver­ bindungsöffnung gelangende Wasserstrom stellt an sich einen Umwälzverlust dar, da das Wasser noch nicht erwärmt ist und dennoch in die Vorlaufleitung des Systems gelangt. Bei einer so kleinen Querschnittsfläche, wie sie oben angegeben ist, ist der "Leckverlust" jedoch äußerst gering, so daß eine etwaige Verringerung des Wirkungsgrads der Anlage vernachlässigbar ist.

Es versteht sich, daß die hier behandelten Probleme spezifisch sind für Wasserpumpen, die in Fahrzeugheizgeräten zum Einsatz gelangen. Bei den hier in Rede stehenden Wasserpumpen wird in der Regel das Pumpgut mittig in axialer Richtung zugeführt und von dem Pumpenrad in radialer Richtung nach außen gedrückt, wobei der Abfluß aus der Pumpenkammer tangential angeordnet ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer oben auf einem teil­ weise dargestellten Wärmetauscher eines Fahr­ zeugheizgeräts angeordneten Wasserpumpe mit Zulauf und Ablauf und einer von dem Wärme­ tauscher abgehenden Leitung; und

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines an sich bekannten Wärmetauschers 2 eines Fahrzeugheizgerätes. Die übrigen Teile des Fahrzeugheizgeräts sind hier nicht dargestellt, weil sie für die Erfindung nicht wesent­ lich sind. Der Fachmann weiß aber, daß zu dem Fahr­ zeugheizgerät außer dem Wärmetauscher 2 und der darin ausgebildeten Brennkammer noch ein Verbrennungsluftge­ bläse, eine Brennstoffpumpe, eine Steuerung und die in Fig. 1 dargestellte Wasserpumpe 6 gehören.

Die Wasserpumpe 6 besitzt einen elektrischen Pumpenmotor 8 mit hier nicht dargestellten elektri­ schen Anschlüssen, und einen Pumpenteil 10, dem über eine System-Rücklaufleitung 4 in Pfeilrichtung P1 relativ kaltes Wasser axial zugeführt wird. Die Wasserpumpe 6 ist an sich bekannter Weise ausgebildet und braucht hier nicht näher erläutert zu werden. In einer Pumpenkammer 38 (Fig. 2) des Pumpenteils 10 befindet sich ein Pumpenrad (welches zur Vereinfachung der Darstellung in Fig. 2 weggelassen wurde), welches das axial zuströmende Wasser radial nach außen fördert, so daß es über einen tangential angeordneten Pumpenaustrittsstutzen 12 abströmt.

Wie weiter aus Fig. 1 und Fig. 2 hervorgeht, gelangt das das Pumpenteil 10 über den Pumpenaustrittsstutzen 12 verlassende Wasser (Pfeil P2 in Fig. 2) durch einen Rohrverbinder 14 und eine Bohrung 16 in den Wärme­ tauscher 2.

Wie unten in Fig. 2 dargestellt ist, besitzt der Wärmetauscher 2 einen Außenmantel 20 und einen Innen­ mantel 22, zwischen denen ein Ringraum 24 gebildet ist, durch den Wasser W strömt. Im Inneren des Wärmetauschers 2 befindet sich die Brennkammer B. Die in der Brennkammer B durch die Flamme vorhandene Wärmeenergie gelangt über den Innenmantel 22 zu dem als Wärmeträger dienenden Wasser W.

Üblicherweise sind innerhalb des Ringraums 24 Leit­ rippen gebildet, die das Wasser spiralförmig entlang dem zylindermantelförmigen Ringraum führen, bevor das dann erwärmte Wasser den Wärmetauscher 2 über einen Rohrverbinder 18 in eine System-Vorlaufleitung 30 ver­ läßt (Pfeile P3 und P4 in Fig. 1). Die Vorlaufleitung 30 führt das warme Wasser einem oder mehreren Heiz- Wärmetauschern (Heizkörper) zu.

Um zu verhindern, daß sich im Bereich des Pumpenteils 10 Luftblasen ansammeln, die den Betrieb empfindlich stören könnten, ist erfindungsgemäß eine Entlüftungs­ einrichtung vorgesehen, die es gestattet, die Wasser­ pumpe 6 an beliebiger Stelle, insbesondere oben auf dem Wärmetauscher 2 oder seitlich neben dem Wärmetauscher 2 anzuordnen.

Fig. 1 zeigt die Wasserpumpe in ihrer Einbaulage oben auf dem Wärmetauscher 2. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, befindet sich die Vorlaufleitung 30 in der Schnittebene des Pumpenteils 10 an einer höheren Stelle als die Pumpenkammer 38 des Pumpenteils 10. In der rechten oberen Ecke des Pumpenteils 10 ist eine Tasche 36 in einem Verbindungsteil zwischen der Vorlaufsleitung 30 und dem Pumpenteil 10 ausgebildet.

Am rechten oberen Ende der Tasche 36 ist ein Ver­ bindungsspalt 34 als Verbindungsöffnung zwischen der Pumpenkammer 38 und der Vorlaufleitung 30 ausgebildet. Die Querschnittsfläche des Verbindungsspalts 34 beträgt beim vorliegenden Ausführungsbeispiel 2 mm².

Im Betrieb dreht sich das nicht dargestellte Pumpenrad im Pumpenteil 10 in Pfeilrichtung P5, um das dem Pumpenteil axial zugeführte Wasser in tangentialer Richtung über den Pumpenaustrittsstutzen 12 in Pfeil­ richtung P2 in den Ringsraum 24 des Wärmetauschers 2 abströmen zu lassen.

Wenn sich im Bereich der Pumpe Luftblasen bilden oder vorhanden sind, so wandern diese insbesondere bei stillstehender Pumpe nach oben und gelangen automatisch in die Tasche 36. In Fig. 2 ist im Bereich der Tasche 36 als Beispiel eine Luftblase L eingezeichnet. Weil zwischen der Pumpenkammer 38 und dem Inneren der Vorlaufleitung 30 ein Druckgefälle herrscht, wird die Luftblase L in die Vorlaufleitung 30 gedrückt, über die sie dann nach oben in das System entweichen kann. Bei stillstehender Pumpe wirkt allein der Auftrieb der Luftblase L, mit der Folge, daß aufgrund der in Fig. 2 dargestellten Geometrie die Luftblase L in die Vorlaufleitung 30 entweicht. Bei Betrieb der Pumpe erfolgt das Austreiben der Luftblase L aus der Tasche 36 durch den Verbindungsspalt 34 aufgrund des erwähnten Druckgefälles zwischen dem relativ hohen Druck Pr1 innerhalb der Tasche 36 und dem relativ kleinen Druck Pr2 innerhalb der Vorlaufleitung 30.

Aufgrund der in Fig. 2 dargestellten speziellen Ausge­ staltung der Tasche 36 an der höchst gelegenen Stelle des Pumpenteils 10 und auch an der am weitesten rechts außen befindlichen Stelle des Pumpenteils 10 läßt sich die so ausgebildete Pumpe beziehungsweise die Ver­ bindung zwischen Pumpenteil und Vorlaufleitung nicht nur gemäß Fig. 1 oberhalb des Wärmetauschers 2 anord­ net, sondern auch seitlich neben dem Wärmetauscher. Auch in dieser neben dem Wärmetauscher befindlichen Position ist gewährleistet, daß jegliche Luftblasen in die Vorlaufleitung 30 gelangen und in das System entweichen können. Dies wird deutlich, wenn man die Fig. 2 im Gegenuhrzeigersinn um 90 Grad dreht. In diesem Fall befindet sich die Wasserpumpe 6 auf der linken Seite des Wärmetauschers 2, und der Ver­ bindungsspalt 34 befindet sich nach wie vor an einer Stelle, die höher gelegen ist als die übrigen Bereiche der Pumpenkammer 38, jedoch noch unterhalb der Vor­ laufleitung 30.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung kann auch seiten­ verkehrt ausgebildet sein, das heißt, der Pumpenaus­ trittsstutzen 12 kann sich auf der rechten Seite in Fig. 2 befinden, während sich die Tasche 36 und der Verbindungsspalt 34 links oben in Fig. 2 befinden.

Die beschriebene Tasche 36 kann in Axialrichtung (d. h. senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 2) im wesentlichen so lang wie die Pumpenkammer 38 sein. Es ist jedoch bevorzugt, die Tasche 36 in Axialrichtung sehr flach, z. B. 0,5 . . . 3 mm lang, zu machen. Sie befindet sich dann vorzugsweise an demjenigen Axialende der Pumpenkammer 38, das bei geneigtem oder vertikalem Einbau (Winkel der Achse des Wärmetauschers relativ zur Horizontalen) der Fahrzeugheizung weiter oben ist; das ist in Fig. 1 das rechte Axialende der Pumpenkammer, d. h. axial am weitesten entfernt vom Ort der Brennstoffzufuhr zu der Brennkammer.

Claims (5)

1. Fahrzeugheizgerät, mit einer Brennkammer (B), die von einem Wärmetauscher (2) umgeben ist, durch den Wasser als Wärmeträger strömt, wobei eine außen an dem Wärmetauscher (2) angeordnete Wasserpumpe (6) von einer Rücklaufleitung (4) eines Wärme­ kreislaufs kommendes Wasser durch den Wärme­ tauscher (2) pumpt, welches den Wärmetauscher (2) nach Erwärmung über eine Vorlaufleitung (30) ver­ läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckseite des Pumpenteils (10) der Wasserpumpe (6) über eine Verbindungsöffnung (34, 36) von relativ zur Vorlaufleitung (30) kleinem Querschnitt mit der Vorlauf­ leitung (30) strömungsverbunden ist.

2. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufleitung (30) höher gelegen ist als der Pumpenteil (10) der Wasserpumpe (6), und daß sich die Verbindungsöffnung (34, 36) in der Einbau­ lage der Wasserpumpe (6) an der höchsten Stelle der Pumpenkammer (38) des Pumpenteils (10) be­ findet.

3. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß - in der Einbaulage der Wasserpumpe (6) - an der höchsten und seitlich am weitesten außen liegenden Stelle der Pumpenkammer (38) des Pumpen­ teils (10) eine Tasche (36) ausgebildet ist, an deren höchstgelegenen und seitlich am weitesten außen befindlichen Stelle die Verbindungsöffnung (34) ausgebildet ist.

4. Fahrzeugheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsöffnung (34) einen engsten Quer­ schnitt von 0,5 bis 3 mm² aufweist.

5. Fahrzeugheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserpumpe (6) zwischen der Rücklaufleitung (4) und einem an dem Wärmetauscher (2) angebrachten Rohrverbinder (12) angeordnet ist.