УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГРЕВА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности к устройствам для обогрева автомобиля, в том числе для обогрева пола и сидений кабины транспортного средства.
Известен пленочный электронагреватель по патенту РФ №97887 на полезную модель, состоящий из двух слоев электроизоляционной пленки, между которыми размещены резистивные нагревательные элементы. При этом пленочный электронагреватель дополнительно содержит изоляционную основу, выполненную из двух заземленных слоев алюминиевой фольги, которые армированы и покрыты снаружи защитной диэлектрической пленкой, поверх изоляционной основы перпендикулярно ее боковым кромкам размещены электропроводящие перемычки, которые присоединены к источнику питания, причем нечетные электропроводящие перемычки соединены между собой и присоединены к одному проводу электросети, а четные электропроводящие перемычки также соединены между собой и присоединены ко второму проводу электросети, резистивные нагревательные элементы выполнены гибкими, размещены равноудаленными поверх электропроводящих перемычек параллельно боковым кромкам изоляционной основы.
Недостатком электронагревателя по патенту №97887 является то, что его функционирование обеспечивается за счет электрического источника. Использование указанного электронагревателя в автомобиле возможно только за счет энергии аккумулятора, что приведет к повышенному расходу топлива, уменьшению срока службы генератора; кроме того, электронагреватель является пожароопасным.
Известно устройство для подогрева пола кабины транспортного средства по патенту РФ №89028 на полезную модель, включающее в себя главный воздуховод и воздушные каналы, имеющие выходные отверстия, при этом главный воздуховод соединен с приемной воронкой (конфузором), расположенной в подкапотном пространстве и захватывающей нагретый воздушный поток, создаваемый вентилятором двигателя, а выходные отверстия воздушных каналов связаны с насадками, прикрепленными к полу кабины; устройство содержит терморегулятор, включенный в общую электросеть мобильной машины и являющийся датчиком, обеспечивающим открытие-закрытие заслонок, расположенных внутри воздушных каналов.
Недостатком устройства по патенту №89028 является его сложность и недостаточная эффективность, обусловленная тем, что нагретый воздушный поток, создаваемый вентилятором двигателя захватывается конфузором, что обусловливает случайный характер количества нагретого воздуха, захватываемого конфузором, а также недостаточную эффективность устройства в холодное время года.
Известно устройство для отопления кабины транспортного средства по Авторскому Свидетельству СССР (А.С. СССР) №1546295, содержащее теплообменник, установленный на выхлопной трубе двигателя внутреннего сгорания и сообщенный циркуляционным контуром жидкого теплоносителя, включающим насос с электродвигателем, с нагревательным элементом, установленным в кабине транспортного средства. При этом нагревательный элемент помещен в тепловой аккумулятор, заполненный теплоаккумулирующим агентом и установленный в зоне сиденья, стенки аккумулятора выполнены из пластин с гофрами, вершины которых направлены в сторону конвективного подъема нагреваемого воздуха, а теплообменник, установленный на выхлопной трубе, выполнен из двух секций, установленных на общей оси с возможностью поворота для охватывания наружной поверхности глушителя выхлопной трубы двигателя внутреннего сгорания.
Устройство по А.С. СССР №1546295 выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Недостатком устройства по А.С. СССР №1546295 является его сложность.
Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью - упрощение конструкции, повышение стабильности и надежности работы устройства для обогрева транспортного средства; расширение функциональных возможностей устройства для обогрева транспортного средства за счет возможности обогрева не только кабины транспортного средства, но и багажного отделения, узлов и агрегатов автомобиля (например, коробки переключения передач, моста, форсунок омывателя фар и т.п.), расширение арсенала технических средств для обогрева транспортных средств.
Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для обогрева транспортного средства по первому варианту, содержащем, как минимум, одну нагревательную секцию, выполненную в виде полой трубы из теплопроводного материала, включенной в контур циркуляции нагретой жидкой среды, образованный из последовательно соединенных и сообщенных источника нагретой жидкой среды, подводящей и отводящей магистрали, нагревательной секции, и предназначенный для обеспечения циркуляции нагретой жидкой среды по контуру - источник нагретой жидкой среды - подводящая магистраль - нагревательная секция - отводящая магистраль - источник нагретой жидкой среды, подводящая магистраль снабжена насосом, обеспечивающим нагнетание нагретой жидкой среды от источника нагретой жидкой среды к нагревательной секции, при этом как минимум одна из магистралей снабжена управляемым нормально закрытым клапаном, источник нагретой жидкой среды сообщен с системой циркулирования жидкости, охлаждающей двигатель автомобиля, или с системой циркулирования масла, обеспечивающего смазку движущихся элементов автомобиля.
В устройстве для обогрева транспортного средства по второму варианту, содержащем, как минимум, одну нагревательную секцию, выполненную в виде полой трубы из теплопроводного материала, включенной в контур циркуляции нагретой жидкой среды, образованный из последовательно соединенных и сообщенных источника нагретой жидкой среды, подводящей и отводящей магистрали, нагревательной секции, и предназначенный для обеспечения циркуляции нагретой жидкой среды по контуру - источник нагретой жидкой среды - подводящая магистраль - нагревательная секция - отводящая магистраль - источник нагретой жидкой среды, подводящая магистраль снабжена насосом, обеспечивающим нагнетание нагретой жидкой среды от источника нагретой жидкой среды к нагревательной секции, при этом как минимум одна из магистралей снабжена управляемым нормально закрытым клапаном, источник нагретой жидкой среды выполнен в виде теплообменника, в котором нагрев жидкой среды осуществляется за счет передачи тепла от нагревательного элемента, выполненного в виде полой трубки из теплопроводного материала, встроенного в систему циркулирования жидкости, охлаждающей двигатель автомобиля, или в систему циркулирования масла, предназначенного для смазки движущихся элементов автомобиля, для обеспечения протекания по нагревательному элементу теплообменника жидкости, охлаждающей двигатель автомобиля или масла, предназначенного для смазывания движущихся элементов автомобиля.
Основной принцип работы заявляемого устройства для обогрева транспортного средства по обоим вариантам является использование тепла, образующего в системе охлаждения автомобиля (при нагревании охлаждающей жидкости) либо в системе смазки автомобиля (при нагревании масла).
Само устройство для обогрева транспортного средства представляет собой трубку из теплопроводного материала, выполняющую роль нагревательного элемента.
Полость теплопроводящей трубки сообщена с источником нагретой среды, при этом через один конец трубки обеспечивается подача в нее нагретой жидкой среды, а через другой конец трубки жидкая среда вытекает из нее обратно в источник нагретой жидкой среды.
Трубка может иметь длину, обеспечивающую ее изгиб и укладку на плоскости в соответствии с требуемыми размерами.
Например, если необходимо обеспечить нагрев ног, трубку укладывают на плоскости (изгибая ее) на поверхности, равной примерно площади автомобильного коврика для ног.
Трубку целесообразно разместить в теплопроводной оболочке, защищающей трубку от внешних механических повреждений, а также обеспечивающей удобство пользования. Т.е. размещая трубку в оболочке, получаем так называемый «теплый пол», который может быть уложен или на пол автомобиля или на его сиденье, или же в багажник автомобиля. Т.е. в любое место, где необходимо обеспечить обогрев.
Заявляемое устройство может состоять из нескольких самостоятельных секций в зависимости от количества мест, требующих обогрева.
Каждая секция представляет собой как минимум один нагревательный элемент, один конец которого сообщен с подводящей магистралью, а другой сообщен с отводящей магистралью.
Магистраль - труба, посредством которой обеспечивается сообщение нагревательного элемента с источником нагретой жидкой среды.
Подводящая и отводящая магистрали обеспечивают движение нагретой жидкой среды по контуру - источник нагретой жидкой среды - нагревательный элемент - источник нагретой жидкой среды.
Каждая магистраль снабжена нормально закрытым клапаном, обеспечивающим перекрытие соответствующей магистрали при неработающем устройстве.
Конструкция нормально закрытого клапана не имеет значения для заявляемого технического решения. В качестве нормально закрытого клапана может быть использован нормально закрытый клапан известной конструкции и доступный к установке. Включение (открытие клапана) может быть обеспечено при ручном или электрическом управлении.
В качестве источника нагретой жидкой среды может быть использована система охлаждения двигателя автомобиля, по которой циркулирует охлаждающая двигатель жидкость, нагреваемая в процессе отдачи тепла от двигателя. Тогда в устройстве для обогрева кабины транспортного средства будет циркулировать жидкость, предназначенная для охлаждения двигателя автомобиля (полезная модель по первому варианту первая альтернатива).
В качестве источника нагретой жидкой среды может быть использована система смазки автомобиля, по которой циркулирует масло, нагреваемой в процессе работы двигателя автомобиля. Тогда в устройстве для обогрева кабины транспортного средства будет циркулировать масло, предназначенной для смазки движущихся элементов автомобиля (полезная модель по первому варианту вторая альтернатива).
Кроме того, в качестве источника нагретой жидкой среды может быть использован теплообменник. Тогда в устройстве для обогрева кабины транспортного средства будет циркулировать жидкая среда, нагреваемая в теплообменнике, но не сообщающаяся ни с системой охлаждения двигателя автомобиля, ни с системой смазки движущихся элементов автомобиля (полезная модель по второму варианту).
Теплообменник содержит нагревательные элементы в виде теплопроводных полых элементов (трубок), сообщенных с системой охлаждения двигателя автомобиля или с системой смазки движущихся элементов автомобиля. Нагревательные элементы теплообменника в этом случае будут являться частью магистрали системы охлаждения двигателя автомобиля, или частью магистрали системы смазки движущихся элементов автомобиля.
Нагрев жидкой среды теплообменника будет происходить в результате отдачи этой среде тепла через корпус нагревательных элементов теплообменника.
Все варианты нагрева жидкой среды, циркулирующей по устройству для обогрева транспортного средства, являются равнозначными и определяются удобством для конкретного потребителя или изготовителя.
Для обеспечения эффективной циркуляции нагретой жидкой среды в заявляемом устройстве в подающую магистраль устанавливают насос, обеспечивающий нагнетание нагретой жидкой среды от источника нагретой жидкой среды к нагревательным элементам устройства. Насос работает на электрической энергии аккумулятора автомобиля (за счет подключения электропроводке автомобиля), либо насос может иметь привод непосредственно от двигателя (в этом случае крутящий момент передается на насос посредством ременной передачи, карданного привода и т.п.).
Устройство может быть собрано из нескольких секций по количеству мест, необходимых для обогрева. Для этого, входы нагревательных элементов каждой секции сообщают с подводящей магистралью таким образом, чтобы нагретая жидкая среда одновременно поступала в каждую секцию (т.е. подводящую магистраль разветвляют по количеству секции). Выходы нагревательных элементов каждой секции сообщают с отводящей магистралью. Т.е. каждую секцию устройства для обогрева подсоединяют параллельно друг другу и к источнику нагретой жидкой среды.
Заявляемое устройство не требует использования дорогостоящих материалов. Теплопроводными изготавливают только нагревательные элементы. Все остальные элементы устройства, по которым циркулирует нагретая жидкая среда (подводящие и отводящие магистрали), можно изготавливать из недорогих материалов - пластика и т.п.
Нагревательные элементы устройства необязательно размещать в оболочке, их можно укладывать непосредственно, например, под коврик водителя и/или пассажиров.
Возможность сборки устройства из нескольких секций позволяет разделить салон автомобиля на зоны микроклимата.
Заявляемое устройство является простым, надежным и эффективным.
При работе заявляемого устройства не требуется больших энергозатрат. Дополнительные энергозатраты связаны только с энергозатратами, необходимыми для обеспечения работы насоса 25-40 Вт.
Надежность заявляемого устройства обусловлена простотой конструкции. Эффективность работу заявляемого устройства обусловлена эффективностью нагрева, а также тем, что при установке заявляемого устройства в транспортное средство обеспечивается более эффективное циркулирование или жидкости, охлаждающей двигатель автомобиля, или масла, смазывающего движущиеся элементы автомобиля. Надежность заявляемого устройства обусловлена также тем, что даже при выходе из строя любого из элементов устройства для обогрева транспортного средства, автомобиль может продолжить работу в штатном режиме.
В результате более эффективного охлаждения или охлаждающей жидкости или масла при работе заявляемого устройства, даже при дополнительном расходовании электроэнергии на работу насоса, не происходит увеличение расхода топлива. Т.к. цикличность срабатывания вентилятора охлаждения двигателя уменьшается, вследствие этого энергозатраты на работу электрического насоса компенсируются.
Универсальность заявляемого технического решения обусловлена тем, что оно позволяет собрать устройства для обогрева транспортного средства из любого количества секций по желанию потребителя. При этом, подсоединение новых секций потребитель может осуществлять самостоятельно.
Заявляемое устройство поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведена схема устройства, состоящего из четырех секций по первому варианту.
На фиг. 2 приведена электрическая схема подключений заявляемого устройства по первому варианту.
На фиг. 3 приведена схема устройства, состоящего из четырех секций по второму варианту.
На фиг. 4 приведена электрическая схема подключений заявляемого устройства по второму варианту.
Заявляемое устройство по первому варианту (фиг. 1 и фиг. 2) состоит из четырех секций 1. Каждая секция содержит нагревательный элемент 2, выполненный в виде трубки из теплопроводного материала. Трубка укладывается на плоскости, для этого трубку изгибают змейкой или любым иным образом.
Нагревательный элемент 2 каждой секции входом сообщен с подводящей магистралью 3, а выходом сообщен с отводящей магистралью 4. Подводящая и отводящая магистрали обеспечивают подачу в нагревательный элемент 2 нагретой жидкой среды от источника 5 нагретой жидкой среды и отвод этой среды в источник 5. Т.е. нагретая жидкая среда циркулирует по контуру: источник 5 нагретой жидкой среды - подводящая магистраль 3 - нагревательный элемент 2 - отводящая магистраль 4 - источник 5.
Источник 5 нагретой жидкой среды - система, по которой циркулирует или жидкость, охлаждающая двигатель автомобиля или система, по которой циркулирует масло, обеспечивающее смазку движущихся элементов автомобиля.
В подводящую магистраль установлен насос 6, привод которого может быть выполнен или электрическим (питание электрического привода насоса обеспечивается от аккумулятора автомобиля) или механическим (в этом случае крутящий момент передается на насос посредством ременной передачи, карданного привода и т.п.). Также возможно передавать крутящий момент гидравлическим способом, например, от циркуляции масла в насосе гидроусилителя, масла от автоматической коробки переключения передач. При механическом или гидравлическом приводе насоса дополнительные затраты, связанные с обеспечением работы насоса сводятся к нулю. Насос можно подключать любым способом, удобным для потребителя.
Насос 6 обеспечивает циркуляцию нагретой жидкой среды по устройству.
Источник нагретой жидкой среды 5 сообщен или с системой охлаждения автомобиля, либо из системы, по которой циркулирует масло, обеспечивающее смазку движущихся элементов автомобиля.
В магистрали 3 и 4 установлены нормально закрытые клапаны 7, открытие которых осуществляется по внешней команде при необходимости включить обогрев автомобиля.
Участки подводящей и отводящей магистралей 3 и 4, подходящие непосредственно к каждой секции и расположенные после общей соответствующей магистрали, также снабжены нормально закрытыми клапанами 8, обеспечивающими случае необходимости отключение конкретной секции.
Работа устройства осуществляется по внешней команде от выключателя 9 с нормально разомкнутыми контактами, подключенного к источнику электрической энергии, например к аккумулятору.
Устройство по первому варианту работает следующим образом.
При замыкании контактов выключателя 9 подается питание на нормально закрытые клапаны 7, установленные в каждой магистрали 3 и 4, при этом открывается поток охлаждающей жидкости (или масла) в подающую магистраль 3. Одновременно включается насос 6, который начинает перекачивать нагретую жидкую среду (охлаждающая двигатель автомобиля жидкость, нагретая в результате теплообмена с нагретыми элементами двигателя) по магистрали 3 к нагревательным элементам 2 тех секций, доступ к которым открыт клапанами 8. Из нагревательного элемента 2 каждой работающей секции жидкая среда по магистрали 4 отводится в источник нагретой жидкой среды, т.е. в систему охлаждения или смазки автомобиля.
Заявляемое устройство по второму варианту (фиг. 3 и фиг. 4) состоит из четырех секций 10. Каждая секция содержит нагревательный элемент 11, выполненный в виде трубки из теплопроводного материала. Трубка укладывается на плоскости, для этого трубку изгибают змейкой или любым иным образом.
Нагревательный элемент 11 каждой секции входом сообщен с подводящей магистралью 12, а выходом сообщен с отводящей магистралью 13. Подводящая и отводящая магистрали обеспечивают подачу в нагревательный элемент 11 нагретой жидкой среды от источника 14 нагретой жидкой среды и отвод этой среды в источник 14. Т.е. нагретая жидкая среда циркулирует по контуру: источник 14 нагретой жидкой среды - подводящая магистраль 12 - нагревательный элемент 1 - отводящая магистраль 13 - источник 14.
Источник 14 нагретой жидкой среды - теплообменник с расширительным бачком 16, снабженный нагревательными элементами (на чертеже не показаны), встроенными или в систему охлаждения двигателя автомобиля (т.е. в систему, по которой циркулирует жидкость, охлаждающая двигатель автомобиля) или в систему смазки автомобиля (т.е. в систему, по которой циркулирует масло, обеспечивающее смазку движущихся элементов автомобиля). Т.е. нагревательные элементы теплообменника представляют собой выполненные из теплопроводного материала участки системы охлаждения двигателя автомобиля или системы смазки автомобиля. При этом эти участки расположены внутри теплообменника, отдавая тепло через свою наружную поверхность жидкости, находящейся, например, в расширительном бачке теплообменника.
Т.е. в данном варианте источником тепла также является или охлаждающая двигатель автомобиля жидкость или масло, смазывающее движущиеся элементы автомобиля. Только жидкая нагретая среда в виде охлаждающей жидкости или масла не поступает непосредственно в нагревательные элементы 11, а в данном варианте жидкая нагретая среда в виде охлаждающей жидкости или масла нагревает нагревательные элементы теплообменника, которые передают свое тепло жидкости, которая и поступает в магистрали 12 и 13.
В подводящую магистраль установлен насос 15, который обеспечивает циркуляцию нагретой жидкой среды по устройству.
Источник нагретой жидкой среды 5 сообщен или с системой охлаждения автомобиля, либо из системы, по которой циркулирует масло, обеспечивающее смазку движущихся элементов автомобиля.
Участки подводящей и отводящей магистралей 12 и 13, подходящие непосредственно к каждой секции и расположенные после общей соответствующей магистрали, снабжены нормально закрытыми клапанами 17, обеспечивающими включение и отключение конкретной секции.
Работа устройства осуществляется по внешней команде от выключателя 18 с нормально разомкнутыми контактами, подключенного к источнику электрической энергии, например к аккумулятору.
Устройство по второму варианту работает следующим образом.
При замыкании контактов выключателя 18 подается питание на нормально закрытые клапаны 17, при этом открывается поток охлаждающей жидкости (или масла) в подающую магистраль 12. Одновременно включается насос 15, который начинает перекачивать нагретую жидкую среду (охлаждающая двигатель автомобиля жидкость, нагретая в результате теплообмена с нагретыми элементами двигателя) по магистрали 12 к нагревательным элементам 11 тех секций, доступ к которым открыт клапанами 17. Из нагревательного элемента 11 каждой работающей секции жидкая среда по магистрали 13 отводится в источник нагретой жидкой среды, т.е. в систему охлаждения или смазки автомобиля.