НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ
AUTOMOTIVE HEATER

Настоящее изобретение относится к нагревательному прибору для автомобиля, содержащему горелку с отводящей из камеры сгорания отработавшие газы, проходящей в направлении продольной оси удлиненной жаровой трубой, а также корпус теплообменника с окружающей жаровую трубу и, таким образом, по существу кольцеобразно простирающейся вокруг жаровой трубы, ограничивающей пространство для обратного потока отработавших газов окружной стенкой и расположенной напротив концевой области выхода топочных газов жаровой трубы областью днища, причем в выпускной окружной области корпуса теплообменника предусмотрено выпускное отверстие для выпуска отработавших газов из пространства для обратного потока отработавших газов.
Такого рода нагревательный прибор для автомобиля известен из DE 10 2005 001 662 А1. Выходящие из жаровой трубы в ее выходной концевой области горячие отработавшие газы отклоняются расположенной напротив этой концевой выходной области областью днища корпуса теплообменника от продольной оси радиально наружу и попадают во входной области, которая находится между внешней окружной поверхностью жаровой трубы в ее концевой выходной области и расположенной радиально напротив внутренней окружной поверхностью окружной стенки корпуса теплообменника, в пространство для обратного потока. В следующей за этой входной областью области расширения окружная стенка теплообменника ступенчато расширена. Начиная с этой области расширения, на обращенной к жаровой трубе внутренней стороне корпуса теплообменника или его окружной стенки, предусмотрены теплопроводящие ребра, чтобы интенсивнее передавать переносимое в отработавших газах тепло окружной стенке. В области ступенчатого расширения окружной стенки корпуса теплообменника также ступенчато расширена жаровая труба, причем как жаровая труба, так и окружная стенка относительно продольной оси выполнены по существу вращательно-симметрично, следовательно, во всех окружных областях характеризуются одинаковым окружным расширением или имеют одинаковое радиальное удаление от продольной оси.
Документ DE 199 26 264 А1 раскрывает нагревательный прибор для автомобиля, в котором область днища корпуса теплообменника для увеличения равномерности потока отработавших газов в пространстве обратного потока выполнена несимметрично. В расположенной диаметрально напротив выпускного отверстия для отработавших газов области имеется сферообразная выпуклость, которая действует таким образом, что выходящие из жаровой трубы отработавшие газы в этой области усиленно или предпочтительно устремляются в пространство обратного потока отработавших газов, а необязательно избирают в выпускной окружной области наиболее короткий потоковый путь.
Документ DE 197 34 814 С1 раскрывает нагревательный прибор для автомобиля, в котором из-за изменяющейся высоты предусмотренных на внутренней стороне корпуса теплообменника теплопередающих ребер над окружной поверхностью жаровая труба относительно окружной стенки теплообменника расположена эксцентрично. Поэтому в той окружной области, в которой предусмотрено выпускное отверстие, по причине образующегося меньшего радиального промежутка между окружной стенкой корпуса теплообменника и жаровой трубой имеется меньший объем для протекания отработавших газов.
Задачей настоящего изобретения является создание нагревательного прибора для автомобиля, в котором достигается улучшенная передача переносимого отработавшими газами тепла корпусу теплообменника.
Согласно изобретению эта задача решена посредством нагревательного прибора для автомобиля, включающего в себя горелку с отводящей из камеры сгорания отработавшие газы, проходящей в направлении продольной оси удлиненной жаровой трубой, а также корпус теплообменника с окружающей жаровую трубу и, таким образом, по существу кольцеобразно простирающейся вокруг жаровой трубы, ограничивающей пространство для обратного потока отработавших газов окружной стенкой и расположенной напротив концевой областью для выхода топочных газов из жаровой трубы области днища, причем в окружной выпускной области корпуса теплообменника предусмотрено выпускное отверстие для выпуска отработавших газов из пространства для обратного потока отработавших газов.
При этом также предусмотрено, что в первой аксиальной области пространства для обратного потока газа предоставляемое для потока поперечное сечение между жаровой трубой и окружной стенкой в выпускной окружной области меньше, чем в окружной области, расположенной относительно продольной оси напротив выпускной окружной области, и поперечное сечение потока в выпускной окружной области в следующей за первой аксиальной областью области расширения увеличивается, причем в направлении выпускного отверстия для отработавших газов в следующей за областью расширения второй аксиальной области поперечное сечение потока в выпускной окружной области по существу соответствует поперечному сечению потока в расположенной напротив окружной области, и/или поперечное сечение потока в области расширения ступенчато увеличивается.
Настоящее изобретение предусматривает, что потоковый режим выходящих из жаровой трубы горячих отработавших газов одинаков не во всех окружных областях. В принципе отработавшие газы предпочтительно устремляются в ту область, в которой выпускное отверстие для отработавших газов достижимо при наименьшем сопротивлении потоку. В большинстве случаев это тот путь потока, на котором находится также кратчайший путь потока между выходной концевой областью жаровой трубы и выходным отверстием для отработавших газов. Поскольку при соответствующей изобретению компоновке в той окружной области, в которой находится выходное отверстие для отработавших газов, поперечное сечение потока меньше, чем в относительно продольной оси расположенной напротив, в окружном направлении, следовательно, наиболее удаленной от выпускного отверстия для отработавших газов окружной области, в выпускной окружной области создается, следовательно, в результате проявляющегося дроссельного эффекта повышенное сопротивление потоку, отработавшие газы также сильнее направляются в направлении расположенной напротив окружной области и там устремляются в направлении от выходной концевой области к выходному отверстию для отработавших газов. Тем самым достигается более равномерное распределение потока над всей окружной поверхностью жаровой трубы или всего кольцеобразного пространства для обратного потока отработавших газов, поэтому тепло может передаваться корпусу теплообменника в окружном направлении более равномерно. Поскольку вслед за первой аксиальной областью происходит расширение поперечного сечения потока, а именно ступенчато или таким образом, что на следующем за ней втором аксиальном участке в обеих относительно продольной оси диаметрально напротив друг друга расположенных окружных областях складываются приблизительно одинаковые потоковые условия, особенно на следующем затем в продольном направлении за областью расширения участке пространства для обратного потока отработавших газов может достигаться приблизительно равномерный перенос тепла по всей окружной поверхности.
Следует указать на то, что согласно сущности настоящего изобретения утверждение, что поперечное сечение потока в определенных окружных областях имеет определенную величину, следует понимать так, что существует определенная зависимость между приходящейся на единицу длины окружности площадью поперечного сечения потока и выходом отработавших газов. Например, такого рода окружная единица могла бы быть выражена углом раскрытия или окружной протяженностью выпускного отверстия для отработавших газов относительно продольной оси. Следует учесть, что для соответствующего сравнения могла быть использована и любая другая окружная единица, например измеряемая углом к продольной оси.
Чтобы гарантировать, что там, где путь потока между выпускной концевой областью и выпускным отверстием отработавших газов является самым коротким, действительно обеспечено относительно высокое сопротивление потоку, и тем самым отработавшие газы вытесняются и в другие окружные области, предлагается, чтобы поперечное сечение потока в выпускной окружной области было наименьшим по сравнению с другими окружными областями.
Например, может быть предусмотрено, что поперечное сечение потока выражено радиальным промежутком между внешней окружной поверхностью жаровой трубы и внутренней окружной поверхностью окружной стенки. В связи с вышеприведенным определением поперечного сечения потока теперь становится ясным, что в сравниваемых угловых сегментах проходящего кольцеобразно вокруг продольной оси пространства для обратного потока отработавших газов поперечное сечение потока меньше там, где радиальный промежуток между внешней окружной поверхностью жаровой трубы и внутренней окружной поверхностью окружной стенки является наименьшим, и там или в том угловом сегменте является наибольшим, где этот радиальный промежуток является наибольшим.
Кроме того, однородность потока в окружном направлении может быть достигнута за счет того, что в имеющейся между выходной концевой областью жаровой трубы и окружной стенкой впускной области пространства для обратного потока поперечное сечение потока в выпускной окружной области меньше, чем в расположенной напротив окружной области. Используя такую конфигурацию, стремились к тому, чтобы прежде всего на входе в пространство для обратного потока отработавших газов в выпускной окружной области было относительно большое сопротивление потоку и чтобы выходящие из жаровой трубы отработавшие газы принудительно направлялись и в другие окружные области. На расположенных далее в направлении потока важных продольных участках пространства для обратного потока отработавших газов может, однако, происходить выравнивание поперечного сечения потока, чтобы в последующем можно было достигнуть равномерных потоковых условий в окружном направлении.
Это может, например, достигаться за счет того, что в области расширения радиальный промежуток между внешней окружной поверхностью жаровой трубы и внутренней окружной поверхностью окружной стенки ступенчато увеличивается.
Симметричное в окружном направлении выполнение, в частности, в расположенных ближе к отверстию для отработавших газов областях может тогда достигаться в результате того, что в направлении выходного отверстия для отработавших газов за областью расширения радиальный промежуток между внешней окружной поверхностью жаровой трубы и внутренней окружной поверхностью окружной стенки относительно продольной оси расположенных напротив друг друга областей по существу является одинаковым.
Чтобы можно было улучшить передачу тепла корпусу теплообменника в еще большей степени, предлагается, чтобы на обращенной к жаровой трубе внутренней стороне корпуса теплообменника были предусмотрены проходящие преимущественно в аксиальном направлении теплопроводящие ребра.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения с наличием такого рода теплопроводящих ребер оказать влияние на поперечное сечение потока в различных окружных областях можно за счет того, что в аксиальной области окружной промежуток между соседними теплопроводящими ребрами в выпускной окружной области меньше, чем в расположенной напротив окружной области.
Чтобы и в этом варианте выполнения в направлении выходного отверстия для отработавших газов можно было достигнуть соответствующих друг другу потоковых условий, предлагается, чтобы в области расширения окружной промежуток между соседними теплопроводящими ребрами в выпускной окружной области увеличивался до соответствующего окружному промежутку в расположенной напротив окружной области окружного промежутка.
В этом варианте выполнения поперечное сечение потока характеризуется, следовательно, окружным промежутком между соседними теплопроводящими ребрами, который, с одной стороны, может зависеть от геометрических параметров ребер, следовательно, например, от их толщины, которая может изменяться в направлении продольной оси, а с другой стороны, также от числа ребер. Так, могло бы, например, в выпускной окружной области число предусмотренных ребер, например, одинаковой толщины, быть больше, чем в расположенной напротив окружной области, что привело бы к соответствующему - в пересчете на единицу длины окружности - уменьшению поперечного сечения потока в выпускной окружной области.
Здесь следует указать на то, что могут применяться и оба рассмотренных выше подхода к изменению поперечного сечения потока путем изменения или предопределения радиального промежутка между внешней окружной поверхностью жаровой трубы и внутренней окружной поверхностью окружной стенки, а также путем изменения окружного промежутка между теплопроводящими ребрами. Это означает, что поперечное сечение потока может поэтому изменяться как в результате изменения радиального промежутка, так и в результате изменения окружного промежутка между выпускной окружной областью и расположенной напротив нее окружной областью.
Для создания конструкции, легко реализуемой и в соединении с другими узлами нагревательного прибора, предлагается также, чтобы жаровая труба и корпус теплообменника относительно продольной оси были расположены концентрически.
Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - продольный разрез нагревательного устройства для автомобиля;
фиг.2 - поперечный разрез нагревательного устройства согласно фиг.1 по линии II-II на фиг.1;
фиг.3 - виды а) и b) корпуса теплообменника радиально изнутри по линии IIIа и линии IIIb.
На фиг.1 изображен, например, используемый в автомобиле в качестве автономного отопителя или подогревателя нагревательный прибор 10 в продольном разрезе вдоль оси L. Нагревательный прибор 10 для автомобиля состоит из горелки 12, например горелки испарительной, к которой подводятся топливо и воздух для сжигания и в виде смеси сжигаются в топочной камере 14. Образующиеся при сжигании отработавшие газы выходят из камеры сгорания 14 и попадают в жаровую трубу 16, которая, например, имеет по существу цилиндрическую форму и простирается в направлении продольной оси L. При этом продольная ось L может, например, определять центральную ось жаровой трубы 16.
В целом обозначенный ссылочной позицией 18 корпус теплообменника окружает окружной стенкой 20 жаровую трубу 16, таким образом, между внешней окружной поверхностью 22 жаровой трубы 16 и внутренней окружной поверхностью 24 окружной стенки 20 или корпуса 18 теплообменника образуется по существу кольцеобразно простирающееся вокруг продольной оси L пространство 26 для обратного потока отработавших газов.
Корпус 18 теплообменника содержит примыкающую к окружной стенке 20 и расположенную аксиально напротив выходной концевой области 28 жаровой трубы 16 область 30 днища. В выходной концевой области 28 жаровая труба, например, аксиально открыта, поэтому выходящие там из жаровой трубы 16 отработавшие газы устремляются на область 30 днища и там отклоняются радиально наружу. Отклоненные таким образом отработавшие газы достигают заключенного между внешней окружной поверхностью 22 у выходной концевой области 28 и радиально напротив расположенной внутренней окружной поверхностью 24 входной области 32 пространства 26 для обратного потока отработавших газов и устремляются, направляемые также предусмотренными на внутренней стороне корпуса 18 теплообменника или на внутренней окружной поверхности 24 окружной стенки 20 и простирающимися, например, в направлении продольной оси L теплопроводящими ребрами 34 в направлении выполненного в области выпускного патрубка 36 выпускного отверстия 38 для отработавших газов. Оно предусмотрено в аксиальном направлении вблизи аксиально ограничивающей пространство 26 для обратного потока отработавших газов торцевой стенки 40.
При движении от входной области 32 к выпускному отверстию 38 горячие отработавшие газы передают тепло теплопроводящим ребрам 34 или внутренней окружной поверхности 24, а также области 30 днища корпуса 18 теплообменника. На его обращенной от жаровой трубы 16 внешней стороне 42 могут быть предусмотрены дополнительные теплопроводящие ребра 44, через поверхность которых поглощенное в корпусе 18 теплообменника тепло передается, например, направляемому во внутреннее пространство автомобиля и обтекающему корпус 18 теплообменника, например, в направлении продольной оси L воздуху.
1
2
На фиг. 1 и 2 показано, что радиальный промежуток R между внешней окружной поверхностью 22 и внутренней окружной поверхностью 24 в представляющей первую аксиальную область 33 впускной области 32 пространства 26 для обратного потока отработавших газов и в выпускной окружной области 48 меньше, чем соответствующий радиальный промежуток R в расположенной относительно продольной оси L диаметрально напротив выпускной окружной области 48 окружной области 50. Выпускная окружная область - это та окружная область, в которой предусмотрено выпускное отверстие 38 или выпускной патрубок 36 на корпусе 18 теплообменника, и в результате этого отработавшие газы после прохождения пространства 26 для обратного потока отработавших газов выходят из него. Следствием этих различий в радиальных промежутках является то, что поперечное сечение потока в выпускной окружной области 48 меньше, чем в расположенной напротив окружной области 50.
1
1
1
2
2
Как уже было отмечено выше, поперечное сечение потока в данном случае может быть охарактеризовано, например, названной как угловой сегмент окружной протяженностью практически кольцеобразно располагающегося вокруг продольной оси L пространства 26 для обратного потока отработавших газов. Вследствие этого изменяющегося в окружном направлении поперечного сечения потока или радиального промежутка между внешней окружной поверхностью 22 и внутренней окружной поверхностью 24 достигается то, что выходящие из выходной концевой области 28 и отклоняющиеся у области 30 днища движущиеся в потоке отработавшие газы сильнее устремляются также в расположенной напротив окружной области 50 во впускную область 32 пространства 26 для обратного потока отработавших газов, так как за счет меньшего радиального промежутка R в выпускной окружной области 48 проявляется дроссельный эффект и тем самым создается повышенное сопротивление потоку. Это означает, что горячие отработавшие газы вынужденно могут не только двигаться по самому короткому пути между выпускной концевой областью 28 и выпускным отверстием 38, а именно по прямому направлению в выпускной окружной области 48, но и более равномерно распределяться над поверхностью. Для этой цели, например, может быть предусмотрено, что радиальный промежуток R в выходной окружной области 48 в сравнении со всеми другими окружными областями является наименьшим радиальным промежутком между внешней окружной поверхностью 22 и внутренней окружной поверхностью 24. В зависимости от исполнения окружной стенки 20 при этом может именно между выпускной окружной областью 48 и расположенной напротив нее окружной областью 50 изменяться радиальный промежуток, например, с непрерывным приращением от выпускной окружной области 48 к расположенной напротив окружной области 50, если внутренняя окружная поверхность 24, как и внешняя окружная поверхность 22, являются кольцеобразными. При изображенной на фиг.2 почти квадратной форме поперечного разреза внутренней окружной поверхности 24 радиальный промежуток между выпускной окружной областью 48 и расположенной напротив нее окружной областью 50 неоднократно увеличивается и уменьшается. И здесь, однако, радиальный промежуток R в выпускной окружной области 48 меньше, чем радиальный промежуток R в расположенной напротив области 50, и также меньше, чем во всех других окружных областях. Однако не обязательно, что радиальный промежуток R в расположенной напротив окружной области 50 является наибольшим радиальным промежутком между внешней окружной поверхностью 22 и внутренней окружной поверхностью 24.
1
2
Фиг.1 поясняет далее, что в расположенной рядом с впускной областью 32 области 52 расширения радиальный промежуток между внешней окружной поверхностью 22 и внутренней окружной поверхностью 24 у ступенчатого расширения окружной стенки 20 относительно продольной оси L увеличивается. Это увеличение предпочтительно может быть таким, что в следующей затем за областью 52 расширения второй аксиальной областью 35 в выпускной окружной области 48 имеется радиальный промежуток R', который равен имеющемуся в той же аксиальной области радиальному промежутку R' в расположенной напротив окружной области 50. Это означает, что аксиально в направлении потока за областью 52 расширения радиальные промежутки во всех расположенных относительно продольной оси L диаметрально напротив друг друга окружных областях по существу одинаковы, причем все равно может проявляться заметная на фиг.2 вариабельность в окружном направлении, обусловленная геометрией окружной стенки 20 и/или жаровой трубы. При этом аксиально в направлении потока за областью 52 расширения радиальный промежуток в аксиальном направлении может оставаться практически постоянным или также увеличиваться.
1
2
Вариант, за счет которого также может достигаться сдерживание потока в выпускной окружной области 48, отображен на фиг.3а) и 3b). При этом фиг.3а) показывает теплопроводящие ребра 34, которые расположены в выпускной окружной области 48, в отличие от нее фиг.3b) показывает теплопроводящие ребра 34, которые находятся в расположенной напротив окружной области 50. Штриховой линией показан соответственно аксиальный конец жаровой трубы 16, т.е. ее концевая область 28 для выхода отработавших газов. Видно, что во впускной области 32 пространства 26 для обратного потока отработавших газов у расположенных в выпускной окружной области 48 теплопроводящих ребер 34 окружной промежуток U меньше, чем окружной промежуток U, который предусмотрен у предусмотренных в той же самой аксиальной области в расположенной напротив окружной области 50 теплопроводящих ребер 34. Это приводит к тому, что, опять же, применительно к определенной окружной области или единице длины окружности, поперечное сечение потока в выпускной окружной области 48 также, в случае одинакового радиального промежутка между внешней окружной поверхностью 22 и внутренней окружной поверхностью 24, меньше, чем в расположенной напротив окружной области.
Теперь следует указать на то, под термином «окружной промежуток» в данном случае понимается промежуток, фактически имеющийся между обращенными друг на друга поверхностями теплопроводящих ребер 34. Окружной промежуток, например, между продольными линиями отдельных теплопроводящих ребер 34 может быть при этом по всей поверхности одинаковым.
1
2
2
На фиг.3 видно, что этот вариант окружного промежутка достигается за счет того, что теплопроводящие ребра 34 в выпускной окружной области 48 шире, следовательно, толще, чем предусмотренные в расположенной напротив окружной области 50 теплопроводящие ребра 34. В следующей далее по направлению потока области 52 расширения толщина предусмотренных в выпускной окружной области 48 теплопроводящих ребер 34 может уменьшаться, поэтому там, кроме того, имеется окружной промежуток U', который соответствует имеющемуся в такой же аксиальной позиции промежутку U' предусмотренных в расположенной напротив окружной области 50 теплопроводящих ребер 34. Он может, например, опять же соответствовать окружному промежутку U.
Следует учесть, что представленный на фиг.3 вариант выполнения может сочетаться с отображенным на фиг. 1 и 2 аспектом радиального сужения. При этом может быть предусмотрено окружное сужение или дроссельное действие изменения числа имеющихся в расчете на единицу длины окружности теплопроводящих ребер 34. Так, например, могут быть предусмотрены расположенные по всей окружности через одинаковые промежутки главные теплопроводящие ребра, при необходимости, также одинаковой толщины. В выпускной окружной области 48 между такого рода главными теплопроводящими ребрами могут быть предусмотрены, кроме того, дополнительные сужающие теплопроводящие ребра, которые отграничивают объем пространства 26 для обратного потока отработавших газов для этой области и тем самым уменьшают также поперечное сечение потока. Эти дополнительные теплопроводящие ребра могут, кроме того, заканчиваться в области расширения, поэтому в следующей далее аксиальной потоковой области, а также во всей расположенной напротив окружной области предусмотрены только лишь главные теплопроводящие ребра. И этот аспект, само собой разумеется, может сочетаться с отображенным на фиг.2 аспектом или также с отображенным на фиг.3а) и 3b) аспектом.
Независимо от того, каким образом достигается сужение поперечного сечения потока в выпускной окружной области 48, на изображениях видно, что корпус 18 теплообменника при обеспечении также необходимых углов конусности отливки может быть легко изготовлен способом литья под давлением.
На фиг.1 показано, в частности, что жаровая труба 16 и корпус 18 теплоообменника относительно продольной оси L расположены по существу концентрически. Этому не противоречит то, что в выпускной окружной области 48 для обеспечения вышерассмотренного сужения потока при необходимости корпус 18 теплообменника или его окружная стенка 20 несколько сдвинута радиально внутрь, чтобы обеспечить видимое на фиг.1 сужение и аксиально вслед за ним ступенчатое расширение в области 52 расширения. На следующем в направлении потока вслед за областью 52 участке расширения расположен выполненный там относительно продольной оси в окружном направлении, например, симметрично, при необходимости также зеркально-симметрично или точечно-симметрично, корпус 18 теплообменника с жаровой трубой 16 также концентрически относительно продольной оси L, что обеспечивает возможность легкого присоединения к другим системным областям, как, например, к области горелки 12.