DE10156962A1

DE10156962A1 - Heizgerät, insbesondere Standheizung und/oder Zuheizer eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10156962A1
Application number: DE2001156962
Authority: DE
Inventors: Guenter Eberspach; Walter Blaschke; Bruno Lindl
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-06-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät (1), insbesondere eine Standheizung und/oder einen Zuheizer eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgasstrang (4), der aus dem Heizgerät (1) austretende Verbrennungsgase vom Heizgerät (1) wegführt. DOLLAR A Zur Verbesserung der Schadstoffemissionswerte des Heizgeräts (1) ist im Abgasstrang (4) eine Abgasreinigungseinrichtung (5) angeordnet, die wenigstens ein vom Abgas durchströmtes Katalysatorelement (9) und/oder wenigstens ein vom Abgas duchströmtes Partikelfilterelement (10) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere eine Standheizung und/oder einen Zuheizer eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Aus der DE 43 27 139 A1 ist ein Heizgerät für Fahrzeuge der eingangs genannten Art bekannt. Ein derartiges Heizgerät arbeitet unabhängig von einer Brennkraftmaschine des damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs, wobei zur Wärmeerzeugung ein Brennstoff, insbesondere der Kraftstoff des Kraftzeugs, im Heizgerät verbrannt wird. Die dabei entstehenden Verbrennungsabgase treten durch einen als Stutzen ausgebildeten Abgasaustritt aus dem Heizgerät aus. Üblicherweise ist an diesen Abgasaustritt ein Abgasstrang angeschlossen, der die aus dem Heizgerät austretenden Verbrennungsabgase vom Heizgerät wegführt und in die Umgebung emittiert.

Das bekannte Heizgerät weist innerhalb des Heizgerätes angeordnete, katalytisch wirksam beschichtete Abschnitte auf, über die bei der Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs entstehende heiße Abgase geführt werden. Durch diese Maßnahme wird die Schadstoffemission des Heizgeräts reduziert. Die katalytisch wirksamen Abschnitte sind dabei nach einer Brennkammer im Bereich eines Flammrohrs sowie im Bereich eines Wärmetauschers des Heizgeräts, also stromauf des Abgasaustritts des Heizgeräts angeordnet.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Heizgerät der eingangs genannten Art, insbesondere hinsichtlich seiner Schadstoffemissionswerte, zu verbessern.

Dieses Problem wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, im Abgasstrang des Heizgeräts eine Abgasreinigungseinrichtung mit einem Katalysatorelement und/oder mit einem Partikelfilterelement anzuordnen. Hierdurch kann eine effektive Reinigung der Verbrennungsabgase erzielt werden. Katalysatorelemente und Partikelfilterelemente sind grundsätzlich aus Abgasreinigungseinrichtungen von Kraftfahrzeugmotoren bekannt, die im Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordnet sind. Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, daß einerseits bei modernen Heizgeräten aufgrund der kompakten Bauweise relativ hohe Abgastemperaturen vorliegen und daß andererseits bei modernen Katalysatorelementen die Betriebstemperaturen, bei denen z. B. eine Konvertierung der Schadstoffe CO und HC beginnt und stabil abläuft, relativ weit abgesenkt werden konnten. Die Erfindung kombiniert nun diese beiden Entwicklungen und ordnet im Abgasstrang des Heizgeräts ein Katalysatorelement an, dessen Betriebstemperatur unterhalb der relativ hohen Abgastemperatur des Heizgeräts liegt. Eine derartige Bauweise war aufgrund der hohen Betriebstemperaturen älterer Katalysatorelemente sowie aufgrund der unterhalb dieser Betriebstemperaturen liegenden Abgastemperaturen älterer Heizgeräte nicht möglich.

Da beim erfindungsgemäßen Heizgerät die Emissionswerte verbessert sind, ist es möglich, das Heizgerät in Richtung einer stöchiometrischen Verbrennung zu betreiben. Hierbei steigen zwar die Emissionswerte an, gleichzeitig wird es dadurch aber möglich, größere Toleranzen bei der Gebläse- und/oder bei der Dosierpumpenfertigung zuzulassen. Die Heizgeräte können dadurch preiswerter hergestellt werden. Desweiteren verfügen die erfindungsgemäß ausgebildeten Heizgeräte über eine höhere Höhentauglichkeit, und der Wirkungsgrad eines gegebenenfalls vorhandenen Wärmeübertragers im Heizgerät kann durch den ermöglichten Betrieb bei höheren Emissionswerten gesteigert werden. Desweiteren kann die elektrische Leistungsaufnahme eines gegebenenfalls vorhandenen Gebläses abgesenkt werden, da weniger Verbrennungsluft gefördert werden muß. Hierzu kann die Gebläsedrehzahl reduziert werden. Ein weiterer positiver Zusatznutzen dieser Vorgehensweise stellt die geringere Geräuschemission dar. Des weiteren kann das Gebläse kleiner dimensioniert werden, wodurch das ganze Heizgerät kompakter baut und preiswerter herstellbar ist.

Mit Hilfe des alternativ oder zusätzlich vorgeschlagenen Partikelfilterelements können Partikel, insbesondere Rußpartikel und/oder metallische Partikel aus den Verbrennungsabgasen des Heizgeräts herausgefiltert werden. Rußpartikel entstehen vor allem bei der Verbrennung von Dieselkraftstoff. Metallische Partikel entstehen vor allem bei der Verbrennung von Kraftstoffen, die mit Additiven angereichert sind. Mit Hilfe von additivierten Kraftstoffen kann die Zündtemperatur der Partikelbeladung des Partikelfilters herabgesetzt werden auf Temperaturwerte, die in bestimmten Betriebsphasen des Heizgeräts auch in den Abgasen des Heizgeräts erreichbar sind. Die Additive können bedarfsabhängig dem Kraftstoff zugeführt werden, um bedarfsabhängig das Partikelfilter zu regenerieren.

Da die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen zur Emissionsverbesserung des Heizgeräts vorwiegend den an das Heizgerät angeschlossenen Abgasstrang bzw. die darin enthaltene Abgasreinigungseinrichtung betreffen, kann ein herkömmliches Heizgerät mit relativ wenig Aufwand in ein erfindungsgemäßes Heizgerät umgebaut werden, wozu entsprechende Nachrüstsätze angeboten werden können.

Desweiteren wirken das Partikelfilterelement und das Katalysatorelement schalldämpfend, wodurch ein in das Heizgerät integrierter Schalldämpfer kleiner dimensionierbar oder entbehrlich ist. Dementsprechend kann auch das Heizgerät durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kleiner und kompakter gestaltet werden.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Heizgeräts bei einer ersten Ausführungsform und
Fig. 2 eine Ansicht wie in Fig. 1, jedoch bei einer zweiten Ausführungsform.
Entsprechend den Fig. 1 und 2 besitzt ein Heizgerät 1 nach der Erfindung ein durch einen Rechteckrahmen symbolisiertes Gehäuse 2, in dem innere Komponenten, wie z. B. Brennkammer, Dosierpumpe, Flammrohr, Wärmetauscher, Gebläse, Glühstift und/oder andere Komponenten, in herkömmlicher Weise angeordnet sein können. Das Heizgerät 1 kann insbesondere als Standheizung und/oder als Zuheizer eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Ebenso kann das Heizgerät 1 grundsätzlich auch als Heizung in einem Gebäude ausgebildet sein. Im Inneren des Gehäuses 2 kann somit im Betrieb des Heizgeräts 1 durch die Verbrennung eines Brennstoffes, insbesondere eines flüssigen Kraftstoffes, nutzbare Wärme erzeugt werden, wobei gleichzeitig Verbrennungsabgase entstehen. Diese Verbrennungsabgase werden über einen Abgasaustritt 3, der als Stutzen ausgebildet sein kann, aus dem Gehäuse 2, also aus dem eigentlichen Heizgerät 1 herausgeführt. Zum Heizgerät 1 gehört außerdem ein Abgasstrang 4, der an den Abgasaustritt 3 angeschlossen ist und die aus dem Gehäuse 2 bzw. aus dem Heizgerät 1 austretenden Abgase vom Gehäuse 2 bzw. vom Heizgerät 1 wegführt und zweckmäßig in die Umgebung entläßt.
Im Abgasstrang 4 ist eine Abgasreinigungseinrichtung 5 angeordnet, mit deren Hilfe die Abgasemissionswerte des Heizgeräts 1 verbessert werden. Durch die Anordnung der Abgasreinigungseinrichtung 5 im Abgasstrang 4 befindet sich diese jedenfalls außerhalb des Gehäuses 2 bzw. außerhalb des eigentlichen Heizgeräts 1. Zweckmäßig ist die Abgasreinigungseinrichtung 5 relativ nahe am Abgasaustritt 3 angeordnet. Vorzugsweise ist die Abgasreinigungseinrichtung 5 näher am Abgasaustritt 3 als an einer hier nicht gezeigten Austrittsöffnung des Abgasstrangs 4 angeordnet.
Die Abgasreinigungseinrichtung 5 umfaßt ein Gehäuse 6, das in ein Rohr 7 des Abgasstrangs 4 eingesetzt ist. Entsprechend Fig. 1 enthält die Abgasreinigungseinrichtung 5 in ihrem Gehäuse 6 ein Element 8, das bei einer ersten Variante als Katalysatorelement 9 ausgebildet ist. Bei einer zweiten Variante ist das Element 8 als Partikelfilterelement 10 ausgebildet. Bei einer dritten Variante ist das Element 8 durch ein katalytisches Partikelfilter 11 gebildet, bei dem das Katalysatorelement 9 durch eine katalytische Beschichtung des Partikelfilterelements 10 in dieses integriert ist. Desweiteren kann in das Gehäuse 6 der Abgasreinigungseinrichtung 5 ein Schalldämpferelement 12 eingesetzt sein, das zweckmäßig stromab der Elemente 8 bis 11 angeordnet ist.
Im Unterschied dazu sind bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 im Gehäuse 6 der Abgasreinigungseinrichtung 5 sowohl ein Katalysatorelement 9 als auch ein Partikelfilterelement 10 angeordnet, die dabei als separate Elemente 9, 10 ausgebildet sind und hintereinander angeordnet sind. Zweckmäßig ist dabei das Katalysatorelement 9 stromab des Partikelfilterelements 10 angeordnet.
Entsprechend den Fig. 1 und 2 sind die Elemente 8 bis 12 so in der Abgasreinigungseinrichtung 5 angeordnet, daß sie von den Verbrennungsabgasen des Heizgeräts 1 durchströmbar sind. Die Abgasreinigungseinrichtung 5 ist außerdem so ausgebildet, daß im Gehäuse 6 bzw. in den Elementen 8 bis 12 die vom Abgas durchströmten Querschnitte stets größer sind als im Abgasstrang 4 stromauf der Abgasreinigungseinrichtung 5. Zweckmäßig sind die durchströmten Querschnitte in der Abgasreinigungseinrichtung 5 so groß dimensioniert, daß ein Druckabfall im Abgas bei der Durchströmung der Abgasreinigungseinrichtung 5 relativ klein ist, insbesondere kleiner ist als etwa 20% des Gesamtgegendrucks, gegen den das Gebläse arbeitet.
Das Katalysatorelement 9 kann durch einen katalytisch beschichteten Monolithen oder durch einen katalytisch beschichteten Keramikmonolithen gebildet sein. Zweckmäßig ist das Katalysatorelement 9 als Oxidationskatalysator ausgebildet bzw. so ausgebildet, daß es als Oxidationskatalysator wirkt. Sofern das Katalysatorelement 9 in das Partikelfilterelement 10 integriert und durch das katalytisch beschichtete Partikelfilterelement 11 gebildet ist, kann die dazu verwendete katalytische Beschichtung so ausgebildet sein, daß sie sowohl eine Oxidation der in den Verbrennungsabgasen transportierten gasförmigen Schadstoffe, z. B. CO und HC, als auch eine Oxidation der vom Partikelfilter 11 herausgefilterten Partikel unterstützt. Bei den vom Partikelfilter 10 bzw. 11 herausgefilterten Partikeln handelt es sich üblicherweise um Ruß, der insbesondere bei der Verbrennung von Dieselkraftstoff entsteht. Das Filtermittel des Partikelfilters 10 bzw. 11 kann zweckmäßig auch so ausgebildet sein, daß auch Metalloxidpartikel aus den Verbrennungsabgasen herausgefiltert werden können. Vor allem sollen solche Metalloxidpartikel aus den Abgasen herausgefiltert werden, die bei der Verbrennung eines Brennstoffs entstehen, dem Additive zugefügt sind, die eine Absenkung der Zündtemperatur der Partikelbeladung bewirken. Hierdurch wird eine Regeneration des beladenen Partikelfilters 10 bzw. des katalytisch beschichteten Partikelfilters 11 vereinfacht. Beispielsweise kann dadurch die Selbstentzündungstemperatur der im Partikelfilter 10 bzw. 11 abgelagerten Partikel soweit abgesenkt werden, daß diese Temperatur bei bestimmten Betriebssituationen des Heizgeräts 1 in dessen Abgasen auftreten können. Sobald die Zündtemperatur überschritten ist, entzündet sich die Partikelladung und verbrennt, wodurch sich das Partikelfilter 10 bzw. 11 regeneriert. Bei dieser Regeneration kann das bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 nachgeschaltete Katalysatorelement 9 die bei dieser Verbrennung entstehenden Schadstoffe nachoxidieren, um so auch für den Regenerationsvorgang die Emissionswerte zu verbessern.
Um eine derartige Regeneration des Partikelfilters 10 bzw. 11 gezielt durchführen zu können, kann das Heizgerät 1 mit einer Steuerungseinrichtung 13 ausgestattet sein, mit deren Hilfe das Heizgerät 1 bei Bedarf so betrieben werden kann, daß die Abgastemperaturen die Zündtemperatur der Partikelladung übersteigen, sogenannter "Regenerationsbetrieb". Somit kann beispielsweise in Abhängigkeit des Beladungszustandes des Partikelfilters 10 bzw. 11 eine Regeneration des Partikelfilters 10, 11 initiiert werden. Der Beladungsgrad kann beispielsweise kennfeldmäßig oder durch den Druckabfall über dem Partikelfilterelement 10, 11 bzw. über der Abgasreinigungseinrichtung 5 ermittelt werden. Ebenso ist es möglich, eine derartige Regeneration unabhängig vom Beladungszustand des Partikelfilters 10, 11 in vorbestimmten Zeitabständen periodisch durchzuführen. Grundsätzlich kann hierbei auf die Erkenntnisse zurückgegriffen werden, die für die Regeneration von Partikelfiltern bei Kraftfahrzeugmotoren vorliegen.
Die Abgasreinigungseinrichtung 5 kann mit ihrem Gehäuse 6 und den darin untergebrachten Elementen als komplette Baugruppe vormontiert sein. In diese Baugruppe kann außerdem der Abgasstrang 4 integriert sein. Die so gebildete Baugruppe kann besonders einfach mit dem Gehäuse 2 des Heizgeräts 1 verbunden werden. Desweiteren ist es dadurch möglich, die Abgasreinigungseinrichtung 5 mit oder ohne Abgasstrang 4 als Nachrüstsatz anzubieten, um so bereits installierte Heizgeräte 1 hinsichtlich ihrer Abgasemissionen zu verbessern. Bezugszeichenliste 1 Heizgerät
2 Gehäuse von 1
3 Abgasaustritt von 1 bzw. 2
4 Abgasstrang
5 Abgasreinigungseinrichtung
6 Gehäuse von 5
7 Rohr von 4
8 Element
9 Katalysatorelement
10 Partikelfilterelement
11 katalytisch beschichtetes Partikelfilterelement
12 Schalldämpferelement
13 Steuerungseinrichtung

Claims

1. Heizgerät, insbesondere Standheizung und/oder Zuheizer eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgasstrang (4), der aus dem Heizgerät (1) austretende Verbrennungsabgase vom Heizgerät (1) wegführt, dadurch gekennzeichnet, daß im Abgasstrang (4) eine Abgasreinigungseinrichtung (5) angeordnet ist, die wenigstens ein vom Abgas durchströmtes Katalysatorelement (9; 11) und/oder wenigstens ein vom Abgas durchströmtes Partikelfilterelement (10; 11) aufweist.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorelement (9; 11) ein katalytisch beschichteter Monolith oder Keramikmonolith ist.

3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorelement (9; 11) als Oxidationskatalysator ausgebildet ist oder wirkt.

4. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasreinigungseinrichtung nahe an einem Abgasaustritt (3) des Heizgeräts (1) angeordnet ist, an den der Abgasstrang (4) angeschlossen oder anschließbar ist.

5. Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasreinigungseinrichtung (5) näher am Abgasaustritt (3) des Heizgeräts (1) angeordnet ist als an einer Austrittsöffnung des Abgasstrangs (4).

6. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Partikelfilterelement (10; 11) so ausgebildet ist, daß es Ruß- und/oder Metalloxidpartikel aus den Verbrennungsabgasen herausfiltert.

7. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Partikelfilterelement (10; 11) so ausgebildet ist, das es Metalloxidpartikel aus den Verbrennungsabgasen herausfiltert, die bei der Verbrennung eines Brennstoffs entstehen, dem Additive zugefügt sind, die zur vereinfachten Regeneration des mit herausgefilterten Partikeln beladenen Partikelfilterelements (10; 11) eine Absenkung der Zündtemperatur der Partikelladung bewirken.

8. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Abgasreinigungseinrichtung (5) mit Katalysatorelement (9) und Partikelfilterelement (10) das Katalysatorelement (9) stromab des Partikelfilterelements (10) angeordnet ist.

9. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorelement (9) in das Partikelfilterelement (10) integriert ist, indem das Partikelfilterelement (11) katalytisch beschichtet ist.

10. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Partikelfilterelement (11) mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist, die sowohl eine Oxidation der im Verbrennungsabgas transportierten gasförmigen Schadstoffe als auch eine Oxidation der vom Partikelfilter (11) herausgefilterten Partikel unterstützt.

11. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasreinigungseinrichtung (5) der vom Verbrennungsabgas durchströmte Querschnitt größer ist als im Abgasstrang (4) stromauf der Abgasreinigungseinrichtung (5).

12. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasreinigungseinrichtung (5) die durchströmten Querschnitte so groß gewählt sind, daß der Druckabfall im Abgas bei der Durchströmung der Abgasreinigungseinrichtung (5) kleiner ist als etwa 20% des Gesamtgegendrucks, gegen den das Gebläse arbeitet.

13. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Abgasreinigungseinrichtung (5), die wenigstens ein Partikelfilterelement (10; 11) aufweist, eine Steuerungseinrichtung (13) vorgesehen ist, die bedarfsabhängig einen Regenerationsbetrieb des Heizgeräts (1) ermöglicht, bei dem die Abgastemperatur die Zündtemperatur der Partikelladung übersteigt.

14. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät (1) mit flüssigem Brennstoff oder mit Dieselbrennstoff betreibbar ist.

15. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasreinigungseinrichtung (5) außerdem ein Schalldämpferelement (12) enthält.

16. Abgasreinigungseinrichtung mit wenigstens einem von Verbrennungsabgasen durchströmbaren Katalysatorelement (9; 11) und/oder mit wenigstens einem von Verbrennungsabgasen durchströmbaren Partikelfilterelement (10; 11), wobei die Abgasreinigungseinrichtung (5) so ausgebildet ist, daß sie bei einem Heizgerät (1), insbesondere bei einer Standheizung and/oder bei einem Zuheizer eines Kraftfahrzeugs, an einen Abgasaustritt (3) des Heizgeräts (1) angeschlossen oder anschließbar ist oder in einen an den Abgasaustritt (3) angeschlossenen oder anschließbaren Abgasstrang (4) eingebaut oder einbaubar ist.

17. Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die kennzeichnenden Merkmale wenigstens eines der Ansprüche 2 bis 15.

18. Verwendung einer Abqasreinigungseinrichtung (5), die wenigstens ein von Abgas durchströmbares Katalysatorelement (9; 11) und/oder wenigstens ein von Abgas durchströmbares Partikelfilterelement (10; 11) aufweist, zur Reinigung und/oder Behandlung von Verbrennungsabgasen eines Heizgeräts (1), insbesondere einer Standheizung und/oder eines Zuheizers eines Kraftfahrzeugs.

19. Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasreinigungseinrichtung (5) in einem Abgasstrang (4) des Heizgeräts (1) angeordnet ist, der aus dem Heizgerät (1) austretende Abgase vom Heizgerät (1) wegführt.

20. Verwendung nach Anspruch 18 oder 19 gekennzeichnet durch die kennzeichnenden Merkmale wenigstens eines der Ansprüche 2 bis 15.