СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к машиностроению и, в частности к системам охлаждения тепловых машин, например двигателей внутреннего сгорания, для повышения их эффективности.
Известна система жидкостного охлаждения тепловой машины [1] схема которой приведена на фиг. 1.
Система содержит контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий сообщенные между собой при помощи трубопроводов 1 и 2, соответственно рубашку охлаждения тепловой машины 3, циркуляционный насос 4 и радиатор 5 с перепускным трубопроводом 6, термостат 7, установленный в трубопроводе 1 в месте подключения к нему перепускного трубопровода 6, утилизационный теплообменник 8, подключенный в контуре циркуляции последовательно радиатору 5 и термостат 9, установленный в трубопроводе I между радиатором 5 и утилизационным теплообменником 8 в месте подключения трубопровода 1 и перепускного трубопровода 10.
Известная система охлаждения [1] тоже предусматривает утилизацию тепла охлаждающей жидкости и по достигаемому результату она близка к предлагаемой системе охлаждения и поэтому она принимается в качестве прототипа заявляемой системе.
Недостатками известной системы [1], принятой в качестве прототипа, являются, во-первых то, что циркуляция охлаждающей жидкости (фиг. 1) после тепловой машины и при отсутствии утилизации теплоты от охлаждающей жидкости и ее отводе в радиаторе 5, осуществляется последовательно через утилизационный теплообменник 8 и радиатор 5, а значит и гидравлические сопротивления этих двух устройств будут складываться как сумма гидравлического сопротивления утилизационного теплообменника 8 и гидравлического сопротивления радиатора 5, а значит, величина гидравлического сопротивления этого трубопровода будет выше на величину гидравлического сопротивления утилизационного теплообменника 8 относительно тепловой машины без утилизационного теплообменника 8. Необходимо отметить и то, что охлаждение охлаждающей жидкости тепловой машины 3 при отсутствии, по каким либо причинам, утилизации теплоты в утилизационном теплообменнике 8 осуществляется в радиаторе 5 и такой режим принято называть «аварийным» охлаждением двигателя внутреннего сгорания.
Во-вторых, увеличенное гидравлического сопротивления трубопровода, где установлен утилизационный теплообменник 8 и радиатор 5, будет уменьшать производительность водяного 4 насоса тепловой машины 3, что в свою очередь скажется на эффективности охлаждения самой тепловой машины 3. Снижение расхода охлаждающей жидкости через тепловую машину 3 приведет к увеличению перепада ее температуры на ней, при той же эффективной мощности тепловой машины и в частности на двигателе внутреннего сгорания, что отрицательно скажется на тепловом состоянии цилиндро-поршневой группы и как следствие к снижению надежности в целом всей тепловой машины.
В-третьих, увеличенное гидравлического сопротивления трубопровода, где установлен утилизационный теплообменник 8 и радиатор 5, будет уменьшать производительность водяного насоса 4 тепловой машины 3, что в свою очередь скажется на эффективности охлаждения самой охлаждающей жидкости в радиаторе 5 в связи с уменьшением ее расхода, а значит и скорости течения ее в радиаторе 5, что приводит к неоправданному увеличению площади самого радиатора 5 и как следствие к увеличению его стоимости.
В-четвертых, обеспечение расхода охлаждающей жидкости в системе охлаждения тепловой машины 3, равного расходу охлаждающей жидкости, до установки утилизационного теплообменника 8 требует повышения мощности водяного насоса 4, что влечет за собой увеличения расхода топлива тепловой машины 3, необходимого на дополнительную мощность водяного насоса 4 и возможное увеличение его размеров, что также сказывается отрицательно на унификации тепловой машины 3 в целом, поставляемой с системой охлаждения для установки в ней утилизационного теплообменника 8 так и без него.
На основании вышеизложенного можно кратко сформулировать недостатки известной системы охлаждения, а именно: снижение производительности водяного насоса 4 при отсутствии утилизации теплоты в утилизационном теплообменнике 8 из-за наличия дополнительного гидравлического сопротивления утилизационного теплообменника 8 в связи с его последовательной установкой в систему охлаждения тепловой машины 3 с радиатором 5.
Целью изобретения является повышение эффективности системы охлаждения тепловой машины, например двигателей внутреннего сгорания, с системой утилизации отводимой теплоты от охлаждающей жидкости.
Поставленная цель достигается тем, что в системе жидкостного охлаждения тепловой машины, преимущественно двигателей внутреннего сгорания, утилизационный теплообменник подключен к контуру циркуляции охлаждающей жидкости параллельно радиатору и расположен в перепускном трубопроводе, с установленным в нем терморегулятором, отрегулированным на максимально-допустимую температуру охлаждающей жидкости на входе из тепловой машины, контур со стороны отбора тепла от утилизационного теплообменника также снабжен термостатом, который отрегулирован на открытие при соответствующей минимально допустимой температуры охлаждающей жидкости на выходе из тепловой машины, при этом термостат выполнен в виде трехходового вентиля с электроприводом и электронным блоком управления его электропривода.
Отличительными признаками предлагаемой системы охлаждения тепловой машины является то, что утилизационный теплообменник (фиг. 2) установлен параллельно радиатору в перепускном трубопроводе с термостатом, который отрегулирован на открытие при соответствующей максимально допустимой температуры охлаждающей жидкости на выходе из тепловой машины и может быть установлен со стороны как верхнего, так и нижнего трубопровода, контур со стороны отбора тепла от утилизационного теплообменника также снабжен термостатом, который отрегулирован на открытие при соответствующей минимально допустимой температуры охлаждающей жидкости на выходе из тепловой машины, при этом термостат выполнен в виде трехходового вентиля с электроприводом и электронным блоком управления его электропривода.
На фиг. 2 представлена предлагаемая система охлаждения тепловой машины.
Система содержит контур циркуляции охлаждающей жидкости, включающий сообщенные между собой при помощи трубопроводов 1 и 2 соответственно рубашку охлаждения тепловой машины 3, циркуляционный насос 4 и радиатор 5, перепускной трубопровод 6, термостат 7, установленный в трубопроводе 6 с возможностью его установки как со стороны трубопровода 1, так и со стороны трубопровода 2, утилизационный теплообменник 8, установленный в перепускном трубопроводе 6, трубопровод 9 контура отбора утилизируемой теплоты охлаждающей жидкости тепловой машины 3, термостат 10, установленный в трубопроводе 9 контура отбора тепла от утилизационного теплообменника 8, датчик температуры 11 охлаждающей жидкости на выходе из тепловой машины 3, линия связи 12 терморегулятора 10 и датчика 11.
Предлагаемая система жидкостного охлаждения тепловой машины работает следующим образом.
После запуска тепловой машины 3 охлаждающая жидкость поступает на термостат 7, откуда она направляется по обводному трубопроводу 6 через утилизационный теплообменник 8 на всасывание водяного насоса 4, нагнетающий патрубок которого соединен с тепловой машиной 3.
После прогрева, когда температура охлаждающей жидкости достигнет минимально допустимой величины для принятия нагрузки термостат 10 по заданным параметрам датчика температуры 11 (например, 45-50°C) открывает подачу жидкости на утилизационный теплообменник 8 и начинается отбор (утилизация) тепла от охлаждающей жидкости тепловой машины 3 и далее по контуру 9 отбора утилизируемой теплоты, направляется потребителю (например, на обогрев помещения).
При достижении максимально допустимой температуры охлаждающей жидкости на выходе из тепловой машины 3 (например, 92…95°C) начинает открываться термостат 7, и часть охлаждающей жидкости будет подаваться на радиатор 5 для охлаждения и далее подается на всасывание водяного насоса 4. При подаче охлаждающей жидкости на радиатор 5 также продолжается отбор тепла от охлаждающей жидкости в утилизационном теплообменнике 8.
Возможен реальный вариант, когда при отсутствии потребления тепла от утилизационного теплообменника 8 (например, нахождение системы утилизации теплоты в ремонте или отсутствие потребности в теплоте на объекте), но есть потребность в работе тепловой машины 3 (например, выработка электроэнергии для объекта энергоустановкой с двигателем внутреннего сгорания), тогда требуется охлаждать охлаждающую жидкость тепловой машины 3 в радиаторе 5 и при этом расход охлаждающей жидкости будет осуществляться по трубопроводу 1 и через радиатор 5 минуя утилизационный теплообменник 8, что обеспечивает гидравлические потери только на радиаторе 5. Как вариант, при частичном расходе охлаждающей жидкости через радиатор 5 и утилизационный теплообменник 8, расположенные параллельно друг другу, суммарные их гидравлические потери при этом будут ниже, чем каждого из них в отдельности. Это дает основания считать, что предлагаемая система жидкостного охлаждения (фиг. 2) тепловой машины 3 будет иметь преимущество перед схемой прототипа (фиг. 1) и лишена недостатков, отмеченных выше.
Кроме этого, при отсутствии потребления тепла от утилизационного теплообменника 8 (например, нахождение системы утилизации теплоты в ремонте или отсутствие потребности в теплоте на объекте), но есть потребность в работе тепловой машины 3 (например, выработка электроэнергии для объекта энергоустановкой с двигателем внутреннего сгорания), установка термостата 7 в перепускном трубопроводе 6 с открытием его на радиатор 5 при достижении максимально допустимой температуры охлаждающей жидкости на выходе из тепловой машины 3 (например, 92…95°C) позволит увеличить температуру охлаждающей жидкости при прогреве тепловой машины 3, что повышает ее экономичность, при работе ее с повышенным температурным режимом на частичных нагрузках [2] и этот положительный эффект также относится к предлагаемой системе жидкостного охлаждения тепловой машины 3 (фиг. 2).
Учитывая, что термостаты с термобалонами, которые и обеспечивают открытие соответствующих его патрубков, имеют относительно большой разброс по величине температуры начала его срабатывания, поэтому с целью повышения точности и стабильности величины температуры начала срабатывания термостата, необходимо применять термостат, выполненный в виде трехходового вентиля с электроприводом и электронным блоком управления его электропривода.
Изложенное позволяет сделать вывод, что предложенная система жидкостного охлаждения тепловой машины позволяет увеличить эффективность системы жидкостного охлаждения (фиг. 2) тепловой машины, преимущественно двигателей внутреннего сгорания, по сравнению с известно системой (фиг. 1).
В результате использования этого изобретения на машиностроительных предприятиях страны (ООО «Уральский дизель - моторный завод» г Екатеринбург, ОАО "Волжский дизель им. Маминых" г. Балаково и др.) например на дизелях 6ДМ 21 и 6ЧН21/21, создается положительный эффект путем теплоснабжения машинного отделения за счет тепла охлаждающей жидкости.