устройство для отопления транспортного средства

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее отопитель, работающий путем сжигания жидкого топлива и включающий в себя теплообменник отработавшего газа жидкости, соединенный жидкостным потоком с жидкостно-воздушным теплообменником для подачи нагретого воздуха на отопление транспортного средства, отличающееся тем, что жидкостно-воздушный теплообменник объединен по меньшей мере с частью отопителя, в которой размещен теплообменник отработавшего газа/жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплообменник для отработавшего газа /жидкости выполнен с кольцевой полостью для прохождения газа/жидкости, имеющей форму винтовой линии.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено насосом для циркуляции жидкости через теплообменники.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что теплообменник и отопитель подключены к контуру охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что контур охлаждающей жидкости включает в себя байпасный трубопровод для короткого соединения выпуска жидкости жидкостно-воздушного теплообменника с впуском жидкости отопителя и управляющий клапан для регулирования соотношения расходов жидкости через байпасный трубопровод и через двигатель внутреннего сгорания.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что управляющий клапан выполнен температурным.

7. Устройство по пп. 5 и 6, отличающееся тем, что управляющий клапан выполнен управляемым по времени.

8. Устройство по пп.1 - 7, отличающееся тем, что жидкостно-воздушный теплообменник содержит два ряда труб, расположенных друг за другом в направлении прохождения воздуха, при этом трубы переднего ряда соединены с трубами заднего ряда с одной стороны упомянутого теплообменника, другой своей стороной присоединенного к отопителю.

9. Устройство по пп.1 - 8, отличающееся тем, что отопитель выполнен с фланцем и присоединен к жидкостно-воздушному теплообменнику посредством отбортованного вокруг фланца основания трубы упомянутого теплообменника.

10. Устройство по пп.4 - 9, отличающееся тем, что оно размещено на транспортном средстве в месте расположения жидкостно-воздушного теплообменника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для отопления транспортного средства, включающим отопитель, работающий путем сжигания жидкого топлива с теплообменником отработавшего газа (жидкости), жидкостно-воздушный теплообменник подачи нагретого воздуха для отопления транспортного средства, который связан жидкостным потоком с теплообменником отработавшего газа (жидкости).

Известны транспортные средства (заявки США N 4700888, 4758031), в которых отопитель расположен в месте, удаленном от жидкостно-воздушного теплообменника, и соединен с ним посредством длинных гидроприводов.

Известно устройство для отопления транспортного средства (заявка ФРГ N 3718611), которое включает в себя жидкостно-воздушный теплообменник, подключенный к охлаждающему контуру двигателя, и отопитель с теплообменником отработавшего газа (воздуха), причем оба теплообменника расположены раздельно друг за другом в канале воздуха для отопления транспортного средства.

Соответствующее изобретению отопления транспортного средства отличается тем, что жидкостно-воздушный теплообменник и отопитель образуют комбинированное устройство для отопления, в котором жидкостно-воздушный теплообменник и по меньшей мере часть отопителя, содержащая теплообменник отработавшего газа (жидкости), объединены вместе.

Устройство для отопления транспортного средства отличается пространственно компактно объединенным жидкостно-воздушным теплообменником и отопителем, что облегчает и рационализирует монтаж и позволяет избежать тепловые потери, которые возникали при раздельно расположенных отопителе и жидкостно-воздушном теплообменнике. Перенос тепла посредством жидкости к жидкостно-воздушному теплообменнику происходит с исключением длинных путей течения за пределами устройства для отопления и связанных с этим потерь тепла в окружающую среду.

Предпочтительно устройство для отопления содержит теплообменники отработавшего газа (жидкости) с кольцевой полостью, через которую проходит жидкость, и снабжено отклоняющими поток средствами для создания в кольцевой полости потока жидкости, имеющего винтовую траекторию движения. Это оптимизирует условия теплопередачи в отопителе.

Устройство для отопления содержит встроенный насос для циркуляции жидкости через теплообменник отработавшего газа (жидкости) и через жидкостно-воздушный теплообменник, что способствует исключению длинных путей течения для теплонесущей жидкости.

Устройство для отопления является отопителем с встроенной горелкой и вентилятором для воздуха, необходимого для сгорания.

Отопление транспортного средства может быть использовано для транспортных средств практически любого типа, однако особенно пригодно в случае транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания. В качестве примеров транспортных средств, в которых может быть применено соответствующее изобретению отопление транспортного средства, можно назвать следующие: легковые автомобили, автобусы, грузовые автомобили (для отопления кабины водителя и/или пространства для груза), жилые автомобили, автомобили для обслуживания строительных работ, экскаваторы, автомобильные краны, парусные яхты и т.д.

В транспортном средстве с двигателем внутреннего сгорания, в которое встроено соответствующее изобретению отопление, устройство для отопления подключено к контуру охлаждающей жидкости транспортного средства. Устройство для отопления может работать как отопление при неработающем двигателе, которое при неработающем двигателе внутреннего сгорания подает тепло для отопления внутреннего пространства транспортного средства и/или для предварительного нагрева двигателя внутреннего сгорания перед его пуском. Кроме того, устройство для отопления может быть использовано в качестве дополнительного отопления, которое подает дополнительное тепло в таких рабочих состояниях , в которых двигатель внутреннего сгорания не обеспечивает достаточного тепла для отопления внутреннего пространства транспортного средства. Наконец, устройство для отопления может быть предусмотрено в качестве единственного источника отопления, в частности для транспортных средств без двигателя внутреннего сгорания или для транспортных средств, двигатель внутреннего сгорания которых вообще не предназначен для отопления.

Контур охлаждающей жидкости имеет байпасный трубопровод для короткого соединения выпуска жидкости жидкостно-воздушного теплообменника с впуском жидкости отопителя и управляющий клапан для управления соотношением расхода жидкости через байпасный трубопровод расхода жидкости через двигатель внутреннего сгорания. Посредством управляющего клапана можно регулировать часть теплонесущей жидкости, направляемой непосредственно обратно к отопителю и двигателю внутреннего сгорания. Предпочтительным режимом работы является тот режим работы, при котором на определенное время до преднамеренного входа в транспортное средство отопитель включается и весь поток теплонесущей жидкости подается из жидкостно-воздушного теплообменника непосредственно снова в отопитель. По истечении некоторого времени часть потока теплонесущей жидкости перед направлением обратно к отопителю подводится в двигатель внутреннего сгорания, чтобы его предварительно нагреть перед пуском. Эта часть может быть одинаковой или по истечении некоторого времени увеличена до 100%. Переходом в названную последней рабочую фазу, который может также происходить с постепенным увеличением части потока теплонесущей жидкости, можно предпочтительно управлять с помощью соответствующего выключателя с часовым механизмом или на основании температуры, которую достигла теплонесущая жидкость. Для управления на основании температуры теплонесущей жидкости эта температура может регистрироваться, в частности, на переходе от отопителя в жидкостно-воздушный теплообменник, или на выходе из жидкостно-воздушного теплообменника, или на входе отопителя. Соответствующим средством является выполнение термостатного клапана в качестве управляющего клапана.

Жидкостно-воздушный теплообменник содержит два ряда труб, расположенных друг за другом в направлении протекания воздуха, причем трубы переднего ряда соединены на первой стороне теплообменника с трубами заднего ряда, а отопитель присоединен к противоположной второй стороне теплообменника. Вследствие этого противоположная отопителю первая сторона жидкостно-воздушного теплообменника является стороной только отклоняющей поток жидкости, так что теплонесущая жидкость циркулирует по возможно кратчайшему пути. Кроме того, на обращенной к отопителю стороне отопительного устройства могут быть предусмотрены элементы присоединения к контуру охлаждающей жидкости внутреннего сгорания.

Конструктивно наиболее простое выполнение монтажного соединения между жидкостно-воздушным теплообменником и отопителем выглядит так, что отопитель имеет фланец и соседнее с отопителем основание трубы жидкостно-воздушного теплообменника отбортовано вокруг фланца.

Отопительное устройство имеет типоразмер, который по существу соответствует или немного больше типоразмера жидкостно-воздушных теплообменников, имеющихся в прежних транспортных средствах для отопления внутреннего пространства транспортного средства. Вследствие этого устройство для отопления может быть установлено в том месте транспортного средства, где обычно располагается жидкостно-воздушный теплообменник отопления транспортного средства.

Для снабжения топливом устройства для отопления предусматривается промежуточный бак, который при работе двигателя внутреннего сгорания наполняется с помощью топливного насоса. Этот промежуточный бак может быть расположено выше, чем устройство для отопления. Вследствие этого можно работать с подачей топлива за счет силы тяжести из промежуточного бака в устройство для отопления, управление которым может, например, осуществляться с помощью магнитного клапана, и сэкономить собственный насос подачи топлива для устройства. Промежуточный бак, который может иметь размер, равный, например, 1-5 л, наполняется во время работы двигателя внутреннего сгорания топливом посредством имеющегося в случае использования двигателей внутреннего сгорания с системой впрыскивания обратного трубопровода от двигателя внутреннего сгорания к баку транспортного средства.

Предлагаемое снабжение топливом с помощью промежуточного бака может быть использовано также и в случае отопителей транспортных средств, которые скомбинированы с образованием устройства для отопления без жидкостно-воздушного теплообменника.

Соответствующее изобретению устройство для отопления может быть расположено в воздушном и распределителем коробе, обычно имеющемся в транспортном средстве и служащем для вентилирования, отопления и распределения воздуха. Жидкостно-воздушный теплообменник может быть снабжен воздуходувкой предпочтительно на стороне подводимого потока. Вентиляционная и отопительная системы могут быть оснащены устройством циркуляции воздуха, так что воздуходувка со стороны всасывания на выбор связана либо с внешним воздухом, либо с внутренним воздухом транспортного средства. В вентиляционную и отопительную систему может быть встроен кондиционер транспортного средства. Устройство для отопления может быть встроено в кондиционер транспортного средства.

Работающая на топливе теплообменная система для отопления транспортных средств с воздуходувкой, вентилятор которой со стороны всасывания на выбор связан с внешним воздухом (свежий воздух) или с внутренним воздухом транспортного средства (циркулирующий воздух), теплообменником, питаемым от охлаждающего контура двигателя, который расположен внутри воздушного и распределительного короба на стороне отводимого воздуха вентилятора, и воздухонаправляющей и распределительной системой, которая питается свежим воздухом непосредственно от воздуходувки или теплым воздухом непосредственно от воздуходувки при промежуточном включении теплообменника и которая выходит во внутреннее пространство транспортного средства, отличается тем, что вместо имеющегося со стороны транспортного средства теплообменника между воздуходувкой и воздухонаправляющей и распределительной системой предусмотрен отопитель, встроенный в теплообменник и работающий на топливе, который имеет камеру сгорания, причем тепло, генерируемое путем сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания, передается воде охлаждающего контура двигателя, которая циркулирует через теплообменник, непосредственно омываемый потоком воздуха, генерируемого воздуходувкой, При этом воздух нагревается и переносится во внутреннюю часть транспортного средства.

Обычно внутреннее пространство транспортного средства отделено от моторного отделения транспортного средства стенкой из листа, так называемой передней стенкой. Возможно головку горелки устройства для отопления расположить на передней стенке со стороны, противоположной внутреннему пространству транспортного средства, отдельно от собственного устройства для отопления.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство для отопления, вертикальный разрез; на фиг. 2 - то же, горизонтальный разрез; на фиг.3 - включение устройства, в контур охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания транспортного средства; на фиг.4 - вариант исполнения устройства для отопления в разрезе по оси камеры сгорания; на фиг.5 - то же, поперечный разрез; на фиг.6 - пространственное расположение устройства, показанного на фиг,4 и 5, в транспортном средстве.

Устройство для отопления (фиг.1 и 2) состоит из жидкостно-воздушного теплообменника 4 и непосредственно с ним собранного отопителя 6, который генерирует тепло путем сжигания бензина или дизельного топлива. Воздух проходит по стрелке 8 через теплообменник 4 и, нагреваясь в теплообменник, поступает во внутреннее пространство подлежащего отоплению легкового автомобиля. Прохождение воздуха через теплообменник 4 происходит вследствие скоростного напора, возникающего при движении транспортного средства в соответствующих местах входа воздуха, и/или с помощью воздуходувки теплообменника 4. Может быть предусмотрено, чтобы отопительная система транспортного средства имела так называемую установку циркуляции воздуха, в которой воздух всасывается в теплообменник 4 не снаружи, а из внутренней части транспортного средства.

Теплообменник 4 имеет в направлении стрелки 8 прохождения воздуха расположенные друг за другом передний ряд 10 труб и задний ряд 12 труб, причем в каждом ряду труб имеется несколько расположенных друг над другом горизонтальных труб 14. Все трубы 14 соединены друг с другом с помощью тонких листовых ребер. Через трубы 14 переднего ряда 10 труб жидкость проходит справа налево, в то время как через трубы 14 заднего ряда 12 труб жидкость проходит слева направо. На левой (фиг.1 и 2) стороне теплообменника 4 имеет водяной короб 16, проходящий по высоте теплообменника 4. Водяной короб 16 образован продольно вытянутой, чашеобразной деталью из синтетического материала, которая посредством отбортованного края соседнего основания 18 трубы закреплена на теплообменнике 4. Через внутреннюю часть водяного короба 16 трубы переднего ряда 10 соединены по течению с трубами заднего ряда 12.

Отопитель 6 включает камеру 20 сгорания, которая окружена открытой снизу трубой 22, теплообменник 24 отработавшего газа (жидкости) и различные проходы жидкости. Верхняя область отопителя 6 показана схематично, здесь находятся воздуходувка для воздуха, необходимого для сгорания. Верхняя область камеры 20 сгорания имеет устройство для мелкораспределенного введения жидкого топлива в камеру сгорания и устройство для зажигания. Отопитель 6 питается топливом с помощью встроенного или установленного на некотором расстоянии насоса. До исполнения перехода к жидкостно-воздушному теплообменнику 4 отопитель 6 является известным отопителем, который, например, используется для отопления транспортного средства при неработающем двигателе.

Теплообменник 24 отработавшего газа (жидкости) состоит из металлической части 26, которая имеет форму горшка, вытянутого в вертикальном направлении, закрытого снизу и надетого на трубу 22, и надетого на нее внешнего кожуха 28 с аналогичной, имеющей большие размеры формой. С внутренней стороны металлическая часть имеет вертикально проходящие ребра 30, которые распределены по периферии металлической части 26. С внешней стороны металлическая часть 26 включает ребро 32, имеющее форму винтовой линии, к которой снаружи прилегает внешний кожух 28 своей цилиндрической внутренней поверхностью.

В нижней части отопителя 6 находится штуцер 34 для подвода жидкости, который выходит в пространство для жидкости между металлической частью 26 и внешним кожухом 28. Из этого пространства для жидкости отходит в верхней области теплообменника 24 проход 36 для перепуска жидкости. Под воздействием направляющего поток ребра 32 в цилиндрическом пространстве между металлической частью 26 и внешним кожухом 28 имеет место течение жидкости в форме винтовой линии снизу вверх.

Проход 36 для перепуска жидкости сгибается рядом с теплообменником 24, проходя в вертикальном направлении, и в вертикальном направлении имеет такую же длину, как высота переднего ряда 10 труб. Трубы 14 ряда 10 на своем правом конце открыты к проходу 36.

Кроме того, отопитель 6 имеет проход 38 для отвода жидкости, который расположен вертикально и параллельно проходу 36 для перепуска жидкости, к внутреннему пространству которого открыты правые концы труб 14 заднего ряда 12 труб. Проход 38 закрыт сверху и снизу переходит в штуцер 40 для отвода жидкости. На штуцере 34 для подвода жидкости предусмотрен электрически приводимый в действие циркуляционный насос 42.

Стенки прохода 36 для перепуска жидкости и прохода 38 для отвода жидкости имеют на своей стороне, повернутой к жидкостно-воздушному теплообменнику 4, фланец 44, который имеет прямоугольную форму с закругленными углами. Основание правой трубы 46 теплообменника 4 отбортовано своим краем вокруг фланца 44, вследствие чего отопитель 6 и теплообменник 4 непосредственно могут быть собраны в отопительное устройство.

Современные отопители 6 являются настолько компактными, что отопительное устройство несущественно больше, чем до сих пор предусматриваемое в транспортных средствах пространство только для жидкостно-воздушного теплообменника. Вследствие этого отопительное устройство 6 может быть размещено в этом установочном пространстве, при известных условиях несколько увеличенном в случае моделей транспортных средств новой конструкции. В зависимости от желания может быть установлен "нормальный" жидкостно-воздушный теплообменник или отопительное устройство из отопителя 6 и теплообменника 4.

На фиг.3 показана система отопления транспортного средства с включенным двигателем 48 внутреннего сгорания. Штуцер 40 для отвода жидкости отопительного устройства соединен через трубопровод 50 с двигателем внутреннего сгорания, а штуцер 34 для подвода жидкости от питательного устройства соединен через трубопровод 52 с двигателем 48. Двигатель внутреннего сгорания имеет жидкостный насос (не показан). Между концами трубопроводов 50 и 52 жидкость проходит через блок цилиндров, головку цилиндра и жидкостной насос двигателя 48 внутреннего сгорания. Кроме того, на фиг.3 изображен байпасный трубопровод 54 подачи жидкости от штуцера 40, соответственно трубопровода 50, к штуцеру 34 для подвода жидкости к трубопроводу 52. На месте ответвления байпасного трубопровода 54 находится трехходовой термостатный клапан 56. В байпасном трубопроводе 54 расположен обратный клапан 58, так что течение через байпасный трубопровод 54 может осуществляться только слева направо.

Если осуществляется пуск отопителя 6, а жидкость во всей жидкостной системе еще является холодной, то термостатный клапан 56 имеет положение, в котором весь поток жидкости, поступающий из теплообменника 4, кратчайшим путем подается через байпасный трубопровод 54 снова в отопитель 6. Вследствие этого тепло, генерируемое в отопителе 6, концентрируется на отоплении внутреннего пространства транспортного средства. Если после определенного времени работы температура жидкости в этом коротком контуре достигла определенного порогового значения, например, равного 85^о, зарегистрированного на штуцере 40, соответственно в месте нахождения термостатного клапана 56, то последний постепенно переключается так, что возрастающая часть жидкости из штуцера 40 течет не в байпасный трубопровод 54, а в трубопровод 50. Таким образом предварительно нагревается двигатель 48 внутреннего сгорания перед его пуском. Нагретая отопителем 6 жидкость сначала течет через теплообменник 4, в результате часть теплосодержания жидкости и дальше имеется в распоряжении для отопления внутреннего пространства транспортного средства.

Система отопления транспортного средства может работать также и в случае работающего и генерирующего тепло двигателя 48 внутреннего сгорания. В этом случае отопитель 6 работает как дополнительный отопитель. Для этого режима работы должно быть обеспечено термостатным клапаном 56 независимо от температуры жидкости пропускание по меньшей мере минимального количества жидкости к трубопроводу 50. При этом отопитель 6 может быть даже полностью выключен.

Термостатный клапан 56 не обязательно должен быть расположен в указанном месте. Он может быть также расположен на выходном отверстии байпасного трубопровода 54 в трубопровод 52, соответственно штуцер 34 для подвода жидкости.

Вместо трехходового клапана 56 может быть предусмотрен более простой, управляемый в открытом и закрытом положениях клапан в трубопроводе 50, или в байпасном трубопроводе 54, или в трубопроводе 52. Во всех этих вариантах описанная функция аналогично сохраняется.

Вместо термостатного клапана может быть предусмотрен управляемый независимо от температуры клапан, работающий с внешней регистрацией температуры в соответствующем месте контура жидкости.

Кроме того, на фиг.3 показан синхронизирующий блок 60, и с помощью которого, в частности, может быть предварительно произведен пуск отопителя, например, за определенный промежуток времени до отъезда. Клапан, который находится в указанном месте термостатного клапана 56 или в описанных в качестве вариантов местах контура жидкости, подключен к синхронизирующему блоку 60. Посредством синхронизирующего блока 60 этот клапан, например, по истечении 10-30 мин после пуска отопителя 6 постепенно реверсируется. Эта синхронизация клапана может быть скомбинирована с описанным температурным управлением клапана.

Устройство для отопления (фиг.4-6) содержит жидкостновоздушный теплообменник 4 и отопитель 6. Камера 20 сгорания отопителя 6 имеет в поперечном сечении (поперек к продольной оси отопителя) форму круга с разделительной стенкой 62 на одной стороне. По одну сторону стенки 62 параллельно камере 20 сгорания проходит канал 64 для отработанного газа с поперечным сечением, имеющим форму от треугольной до трапециевидной. Через канал 64 текут отработавшие газы в противотоке по отношению к направлению течения отработавших газов в камере 20 сгорания. Отработавшие газы покидают отопительное устройство через трубопровод 64, который выведен наружу через переднюю стенку 66 между внутренним пространством 68 транспортного средства и моторным отделением 70 транспортного средства.

В передний ряд 10 труб жидкостно-воздушного теплообменника 4 жидкость подводится через трубопровод 72 от моторного отделения 70 транспортного средства. Слева трубы переднего ряда 10 труб выходят в пространство 74 для обтекания отопителя 6, которое предусмотрено между стенкой камеры 20 сгорания, соответственно каналом 64 для отработавших газов и удлиненно-полуцилиндрическим кожухом 76 отопителя 6. После протекания через пространство 74 жидкость входит в левые концы труб заднего ряда 12 труб. На правом конце заднего ряда 12 труб жидкость выходит из теплообменника 4 в трубопровод 78, который проведен через переднюю стенку 66 в моторное отделение 70. Пространство 74 обтекания разделено стенкой 80 в том месте, где отопитель 6 присоединен к теплообменнику 4, так что жидкость из переднего ряда 10 труб обтекает пространство 74 при изменении направления, равном приблизительно 180^о, и затем входит в задний ряд 12 труб.

Головка 82 горелки отопителя 6, которая служит для введения топлива в воздух, необходимый для сгорания, и устройство для зажигания, например свеча накаливания, расположены на обращенной к моторному отделению стороне разделительной стенки 66 и через короткую трубку 84 соединены с камерой 20 сгорания отопителя. Воздуходувка для подачи воздуха, необходимого для сгорания, может быть интегрирована в головку 82 или может быть расположена на некотором расстоянии от головки 82 горелки.

Трубопровод 78 соединен с трубопроводом 72 через приводимый в действие электроэнергией насос 86. Посредством насоса 86 жидкость может циркулировать в контуре через отопитель 6 и теплообменник 4. Кроме того, трубопровод 78, а также трубопровод 72 соединены с системой охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, причем в трубопроводе 72 между выходным отверстием трубопровода, идущего от насоса 86, и двигателем внутреннего сгорания расположен обратный клапан 88, чтобы через трубопровод 72 течение могло осуществляться только в направлении от двигателя внутреннего сгорания к отопительному устройству. Таким образом, отопительное устройство на выбор может работать с теплоснабжением только от двигателя внутреннего сгорания, с теплоснабжением только посредством отопителя 6 или с теплоснабжением, являющимся комбинацией указанных видов.

Перед или позади теплообменника 4 расположена воздуходувка (не показана), чтобы вдувать воздух, который нагревается при прохождении через теплообменник 4, во внутреннюю часть транспортного средства.

Электрический привод описанной системы осуществляется с помощью батареи, имеющейся на стороне транспортного средства. Вход в эксплуатацию происходит либо посредством простого выключателя, либо посредством программируемого выключателя с часовым механизмом. Система имеет собственное управление, циркуляционный насос для водяного контура и питательный блок (топливо, воздух для горючей смеси).