Устройство для нагрева топлива и пассажирское транспортное средство с данным устройством
DEVICE FOR HEATING FUEL AND PASSENGER VEHICLE WITH THIS DEVICE

Изобретение представляет собой устройство для нагрева топлива, в частности дизельного топлива.
Устройства для нагрева топлива выполняются как в качестве электрических нагревательных устройств, в которых, например, нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) расположен между двумя профилями теплообменника. Нагревательный элемент с положительным ТКС и профили теплообменника расположены в трубчатом корпусе, по которому во время эксплуатации протекает топливо с целью его нагрева.
Например, сходное устройство известно из патента за №ЕР 2072795 А2. Оно представляет собой устройство для нагрева топлива с, по меньшей мере, одним нагревательным элементом с положительным ТКС и теплообменным устройством, которое находится в постоянном термическом контакте с ним, имеющее два теплообменных элемента. Трубчатый пластиковый корпус окружает теплообменное устройство и, по меньшей мере, один нагревательный элемент с положительным ТКС. Во время работы устройства для нагрева дизельное топливо, которое должно нагреваться, протекает через корпус и вокруг теплообменного устройства.
Другие устройства для нагрева топлива известны, например, из патентов за №DE 20115220 U1 и DE 3815306 А1.
Как правило, в направлении против потока перед устройством для нагрева топлива предусмотрены один или несколько фильтров, которые фильтруют топливо. Фильтры имеют определенную ширину сетки, например, около 300 мкм, для фильтрации твердых частиц, переносимых в топливе. Твердые частицы могут, в частности, содержать металлическую стружку. Металлическая стружка может быть, например, алюминиевой стружкой, которая возникает из-за изготовления компонентов в виде так называемой первичной грязи или которая возникает во время работы с поверхностями, протирающими друг друга. Например, алюминиевая стружка может формироваться на байонетном замке при закрывании и открывании замка на топливном баке из алюминия.
При неблагоприятных формах металлической стружки, особенно при металлической стружке вытянутой формы, может случиться, что такие твердые частицы проходят через фильтр. Было обнаружено, что такая металлическая стружка может становиться причиной электрических коротких замыканий в электрических нагревателях топлива.
Таким образом, в основе изобретения лежит необходимость решить задачу обеспечения электрических нагревателей топлива таким устройством, с помощью которого появится возможность эффективно предотвращаться электрические короткие замыкания в них, возникающие из-за присутствия в топливе металлической стружки.
Цель достигается с помощью нагревателя топлива, в частности дизельного топлива, в соответствии с независимым пунктом формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования представлены в зависимых пунктах формулы изобретения и в Описании.
Устройство включает трубчатый корпус для передвижения потока топлива. Устройство включает первый теплообменный элемент, расположенный в корпусе, и второй теплообменный элемент, расположенный в корпусе. Устройство имеет электрический нагревательный элемент, в частности нагревательный элемент с положительным ТКС, который расположен в корпусе между первым теплообменным элементом и вторым теплообменным элементом. Первый теплообменный элемент, электрический нагревательный элемент и второй теплообменный элемент являются электропроводящими и термоскрепленными. Устройство включает первую направляющую потока, выполненную с возможностью разделения топливного потока между первым теплообменным элементом и вторым теплообменным элементом на первый подпоток, который обходит первый теплообменный элемент и второй подпоток, который обтекает вокруг второго теплообменного элемента.
Из-за разделения на два подпотока можно предотвращать осаждение металлической стружки между теплообменными элементами, в частности передними торцевыми поверхностями теплообменных элементов, посредством промывки расположенной выше по потоку торцевой поверхности электрического нагревательного элемента. Таким образом, имеется возможность предотвращения образования закупорки металлической стружки между теплообменными элементами, которая может привести к электрическому короткому замыканию между теплообменными элементами при протекании мимо электрического нагревательного элемента.
В частности, первая направляющая потока, таким образом, предназначена для разделения потока топлива на первый подпоток и второй подпоток таким образом, что нанесение или оседание электропроводящих твердых частиц, которые несет с собой топливо, в частности металлической стружки, происходит на торцевой поверхности электрического элемента, не допуская оседания твердых частиц на первом теплообменном элементе и/или втором теплообменном элементе.
Предпочтительно, чтобы первая направляющая потока была расположена, в частности, непосредственно в направлении против потока перед электрическим нагревательным элементом, первым теплообменным элементом и/или вторым теплообменным элементом.
Например, имеется возможность расположить первую направляющую потока в корпусе, в частности, в проточном канале корпуса, в котором, в предпочтительном варианте исполнения, электрический нагревательный элемент, первый теплообменный элемент и/или второй теплообменный элемент будут также расположены в проточном канале.
Первый теплообменный элемент и/или второй теплообменный элемент предпочтительно выполняются с возможностью оснащения ребрами. Таким образом, поверхность теплообмена может быть значительно увеличена.
Например, электрический нагревательный элемент, первый теплообменный элемент, второй теплообменный элемент и/или первая направляющая потока выполняются с возможностью быть выровненными в направлении потока топлива.
В одном из вариантом исполнения, первая направляющая потока проходит от переднего торца электрического нагревательного элемента. В качестве альтернативного варианта исполнения или дополнительного решения, первая направляющая потока покрывает переднюю торцевую поверхность со стороны против потока электрического нагревательного элемента в направлении потока топлива. В подобной конструкции устройства имеется возможность эффективно предотвращать образование закупорок из металлической стружки, которая проходит через фильтр благодаря своей продольной (удлиненной) форме, между расположенными выше по потоку поверхностями теплообменных элементов.
В одном из следующих вариантов исполнения первая направляющая потока тянется в направлении первого теплообменного элемента и второго теплообменного элементом по направлению потока топлива. Таким образом, имеется возможность обеспечить разделение топлива на подпотоки перед теплообменными элементами.
В частности, первая направляющая потока выполнена с возможностью проходить над торцевой поверхностью со стороны против потока первого теплообменного элемента и торцевой поверхностью второго теплообменного элемента против потока.
В другом усовершенствованном варианте первая направляющая потока выступает по меньшей мере на 4 мм, предпочтительно по меньшей мере на 5 мм, поверх первого теплообменного элемента и второго теплообменного элемента против направления потока топлива. Таким образом, имеется возможность предотвращения образования закупорок между теплообменными элементами даже посредством более длинных металлических стружек с длиной, например, до 8 мм, которые, в наихудшем случае, например, имеют U-образную форму и оседают на первой направляющей потока.
Предпочтительно, чтобы выступающая часть выбиралась в зависимости от типично ожидаемой длины стружки. Выступающая часть превышает половину ожидаемой длины.
В следующем варианте исполнения первая направляющая потока соединяет противоположные стороны внутренней периферийной поверхности корпуса. Таким образом, имеется возможность эффективно предотвратить образование закупорок из металлической стружки даже в боковых крайних областях теплообменных элементов.
В одном из вариантом исполнения первая направляющая потока является пластинчатой.
В следующем варианте исполнения первая направляющая потока представляет собой электрический изолирующий элемент. Следовательно, между теплообменными элементам не может возникать электрическое короткое замыкание из-за такой первой направляющей потока. Вместо этого, металлическая стружка должна "обходить" первую направляющую потока, чтобы вызвать электрическое короткое замыкание.
В одном из вариантов исполнения первая направляющая потока сужается против направления потока топлива. В частности, первая направляющая потока выполнена с возможностью закругления или заострения на переднем конце первой направляющей потока. Таким образом, оседание или нанесение металлической стружки на первой направляющей потока возможно предотвратить или, по меньшей мере, затруднить.
В следующем варианте исполнения корпус оснащен первым проточным подканалом, в котором расположен первый теплообменный элемент, и вторым проточным подканалом, в котором расположен второй теплообменный элемент. Первый проточный подканал и второй проточный подканал отделены друг от друга. Имеется возможность обеспечить такое разделение, в частности, посредством электропроводящего материала. Преимущество данного варианта исполнения заключается в том, что по всей длине теплообменных элементов предотвращается образование закупорок металлической стружки между теплообменными элементами.
В другом усовершенствованном варианте, первая направляющая потока образует область электрической непроводящей рамки, которая окружает электрический нагревательный элемент. Таким образом, первая направляющая потока имеет простое конструктивное исполнение, а также имеется возможность предотвращать электрическое короткое замыкание в боковых областях и на расположенной ниже по потоку концевой поверхности электрического нагревательного элемента.
В одном из вариантом исполнения такая рамка изолирует первый подпоток и второй подпоток друг от друга.
В другом усовершенствованном варианте корпус оснащен проточным каналом, который разделяется при помощи рамки на первый проточный подканал, в котором расположен первый теплообменный элемент, и второй проточный подканал, в котором расположен второй теплообменный элемент.
В одном из вариантов исполнения передняя торцевая поверхность со стороны против потока первого теплообменного элемента, передняя торцевая поверхность второго теплообменного элемента и торцевая поверхность электрического нагревательного элемента расположены заподлицо друг с другом.
В качестве альтернативного варианта исполнения, например, торцевая поверхность со стороны против потока электрического нагревательного элемента может быть утоплена относительно направления потока топлива до уровня торцевой поверхности первого теплообменного элемента и торцевой поверхности второго теплообменного элемента. Предпочтительно, чтобы затем между первым теплообменным элементом и вторым теплообменным элементом располагалась первая направляющая потока.
Таким образом, имеется возможность использовать настоящее изобретение в различных устройствах теплообменных элементов и электрических нагревательных элементов.
В другом варианте исполнения, устройство включает второй проточный канал, расположенный ниже по потоку от электрического нагревательного элемента и выполненный с возможностью слияния первого подпотока и второго подпотока ниже по потоку от первого теплообменного элемента и второго теплообменного элемента.
Однако, также имеется возможность предусмотреть только первую направляющую потока, например, когда направление потока необратимо.
Предпочтительно, чтобы существовала возможность формирования второй направляющей потока в соответствии с первой направляющей потока. Например, вторая направляющая потока выполнена с возможностью проходить в направлении потока топлива, выступая над первым теплообменным элементом (в частности, торцевой поверхности со стороны по направлению потока первого теплообменного элемента) и вторым теплообменным элементом (в частности, торцевой поверхности со стороны по направлению потока второго теплообменного элемента). Вторая направляющая потока выполнена с возможностью проходить в направлении потока топлива, начиная с торцевой поверхности на выходе электрического нагревательного элемента. Вторая направляющая потока выполнена с возможностью покрывать торцевую поверхность со стороны по направлению потока электрического нагревательного элемента в отношении направления потока топлива.
Также возможно, что вторая направляющая потока предназначена для слияния первого подпотока и второго подпотока так, что оседание переносимых в потоке топлива электропроводящих твердых частиц, в частности металлической стружки, предотвращается на расположенной со стороны по направлению потока торцевой поверхности электрического нагревательного элемента.
Подобно первой направляющей потока, вторая направляющая потока выполнена с возможностью соединяться с противоположными сторонами внутренней периферийной поверхности корпуса, быть выполненной в форме пластины или электрического изолирующего элемента.
Также существует возможность того, что вторая направляющая потока сужается в направлении потока топлива и, в частности, закруглена или заострена на конце направляющей потока со стороны по его направлению.
Предпочтительно, чтобы вторая направляющая потока имела возможность образовывать электрическую непроводящую рамку, окружающую электрический нагревательный элемент.
В соответствии с еще одним аспектом, изобретение относится к пассажирскому транспортному средству, в частности к коммерческому транспортному средству (например, к грузовику или автобусу), которое оснащается устройством, описанным в данном документе.
Однако, применение изобретения не ограничивается транспортными средствами. Устройство для нагрева топлива, описанное в данном документе, также возможно использовать, например, в стационарных двигателях, судовых двигателях и т.д.
Используемые здесь термины "против потока", "по направлению потока" "со стороны против потока" и "со стороны по направлению потока" относятся к потоку топлива через устройство для нагрева топлива.
Предпочтительные варианты исполнения и особенности изобретения, описанные выше, по желанию выполнены с возможностью объединения их друг с другом. Дополнительные особенности и преимущества изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. На них изображено следующее:
Фигура 1 вид в разрезе устройства для нагрева топлива со схематически проиллюстрированным источником электрической энергии;
Фигура 2 другой вид в разрезе устройства для нагрева топлива по линии А-А на фиг. 1; и
Фигура 3 еще один вид в разрезе устройства для нагрева топлива по линии В-В по фиг. 1.
Варианты исполнения, показанные на фигурах, по меньшей мере, частично совпадают, так что схожие или идентичные детали имеют те же ссылочные номера, а для их пояснения в описании других вариантов исполнения или фигур ссылка дается на них же во избежание повторений.
В нижеследующем описании представлены примеры вариантов исполнения устройства для нагрева топлива со ссылкой на фиг. 1-3. Устройство для нагрева топлива обозначено под ссылочным номером 10. Предусматривается возможность использовать устройство 10, в частности, для предварительного нагрева дизельного топлива для дизельного двигателя. Предусматривается возможность использования устройства 10, например, в пассажирских транспортных средствах, в частности в коммерческих транспортных средствах.
Устройство 10 содержит электрический нагревательный элемент 12, первый теплообменный элемент 14, второй теплообменный элемент 16, корпус 18, источник электрической энергии 20 и изоляционную рамку 22.
Электрический нагревательный элемент 12 расположен в корпусе 18. В частности, электрический нагревательный элемент 12 расположен между первым теплообменным элементом 14 и вторым теплообменным элементом 16. Например, электрический нагревательный элемент 12 выполнен с возможностью его закрепления между первым теплообменным элементом 14 и вторым теплообменным элементом 16. Электрический нагревательный элемент 12 имеет форму пластины. Электрический нагревательный элемент 12 нагревается, когда электрический ток протекает через электрический нагревательный элемент 12. В частности, имеется возможность выполнения электрического нагревательного элемента 12 в виде нагревательного элемента с положительным ТКС (англ.: positive temperature coefficient).
Первый теплообменный элемент 14 расположен в корпусе 18 рядом с продольной поверхностью электрического нагревательного элемента 12. Первый теплообменный элемент 14 термически и электрически соединен с электрическим нагревательным элементом 12. Первый теплообменный элемент 14 имеет ребра для увеличения поверхности первого теплообменного элемента 14. Первый теплообменный элемент 14 имеет первое электрическое соединение 24 для подключения к источнику электрической энергии 20.
Второй теплообменный элемент 16 расположен в корпусе 18 со стороны электрического нагревательного элемента 12, на противоположной стороне от первого теплообменного элемента 14. Второй теплообменный элемент 16 термически и электрически соединен с электрическим нагревательным элементом 12. В частности, второй теплообменный элемент 16 прилегает к продольной поверхности электрического нагревательного элемента 12. Подобно первому теплообменному элементу 14, второй теплообменный элемент 16 также имеет ребра для увеличения площади его поверхности с целью увеличения передачи тепла топливу. Второй теплообменный элемент 16 имеет второе электрическое соединение 26 для подключения к источнику электрической энергии 20.
В частности, корпус 18 имеет проточный канал 27, в котором расположены теплообменные элементы 14, 16 и электрический нагревательный элемент 12 и выровнены в направлении потока топлива K.
В процессе эксплуатации через устройство 10 проходит топливо, как показано стрелками K, K1 и K2 на чертежах. Когда переключатель 28 замкнут, электрический ток поступает от источника электрической энергии 20 к первому электрическому соединению 24. Электрический ток последовательно протекает через первый теплообменный элемент 14, электрический нагревательный элемент 12 и второй теплообменный элемент 16. От второго теплообменного элемента 16 электрический ток поступает через второе электрическое соединение 26 обратно к источнику электрической энергии 20. При протекании электрического тока через электрический нагревательный элемент 12 последний сильно нагревается. Тепло, генерируемое электрическим нагревательным элементом 12, передается на теплообменные элементы 14, 16. Топливо, протекающее через устройство 10, течет вокруг нагретых теплообменных элементов 14, 16. В процессе протекания топлива вокруг теплообменных элементов 14 и 16 оно нагревается.
Для того, чтобы улучшить электропроводность между теплообменными элементами 14, 16 и электрическим нагревательным элементом 12, электрический нагревательный элемент 12 выполняется в виде электропроводного слоя, например, слоя напыленного серебра, в области контактных поверхностей с теплообменными элементами 14, 16.
Как показано на фигуре 2, в представленном варианте исполнения передняя торцевая поверхность со стороны против потока 30 электрического нагревательного элемента 12 расположена заподлицо с торцевой поверхностью со стороны против потока 32 теплообменного элемента 14 и с торцевой поверхностью со стороны против потока 34 второго теплообменного элемента 16. Кроме того, торцевая поверхность со стороны по направлению потока 36 электрического нагревательного элемента 12 расположена заподлицо с торцевой поверхностью со стороны в направлении по потоку 38 первого теплообменного элемента 14 и с торцевой поверхностью со стороны в направлении по потоку 40 второго теплообменного элемента 16.
Изоляционная рамка (электрическая непроводящая рамка) 22 окружает электрический нагревательный элемент 12. Изоляционная рамка 22 предотвращает, например, прохождение продолговатых по форме металлических частиц через фильтр, расположенный в устройстве 10 против потока, в случае прохождения которых существует возможность электрического короткого замыкания в устройстве 10.
В частности, изоляционная рамка 22 имеет направляющую потока 42, расположенную со стороны против потока, две боковых направляющих потока 44 и нижнюю направляющую потока 46. Направляющие потока 42, 44 и 46 соединены между собой в одно целое, образуя изоляционную рамку 22.
Направляющая потока 42 со стороны против потока расположена в направлении против потока от электрического нагревательного элемента 12 и примыкает к торцевой поверхности со стороны против потока 30 электрического нагревательного элемента 12. Направляющая потока 42 со стороны против потока выходит за пределы расположенных выше по потоку торцевых поверхностей 32, 34 теплообменных элементов 14 и 16 в направлении потока топлива К. Направляющая потока 42 со стороны против потока проходит по всей ширине проточного канала 27.
Боковые направляющие потока 44 проходят между боковыми продольными поверхностями электрического нагревательного элемента 12 и внутренней периферийной стенкой проточного канала 27. Боковые направляющие потока 44 проходят вдоль всей длины электрического нагревательного элемента 12. Боковые направляющие потока 44 соединяют направляющую потока со стороны против потока 42 с направляющей потока со стороны в направлении по потоку 46.
Направляющая потока со стороны в направлении по потоку 46 расположена в направлении по потоку от электрического нагревательного элемента 12 и примыкает к торцевой поверхности со стороны в направлении по потоку 36 электрического нагревательного элемента 12. Направляющая потока со стороны против потока 46 выходит за пределы торцевых поверхностей со стороны против потока 32, 34 теплообменных элементов 14 и 16 в направлении потока топлива K. Направляющая потока со стороны в направлении по потоку 46 проходит по всей ширине проточного канала 27.
Изоляционная рамка 22 предназначены для того, чтобы разделять поток топлива K, который идет через корпус 18, на два подпотока K1 и K2 и отделять друг от друга подпоток 1 и подптоток 2 во время протекания вокруг теплообменных элементы 14, 16.
Другими словами, изоляционная рамка 22 конструктивно разделяет проточный канал 27 на первый проточный подканал 27А, в котором расположен первый теплообменный элемент 14, и второй проточный подканал 27В, в котором расположен второй теплообменный элемент 16.
В частности, направляющая потока со стороны против потока 42 разделяет поток топлива K на первый подпоток K1, который протекает вокруг первого теплообменного элемента 14, и второй подпоток K2, который протекает вокруг второго теплообменного элемента 16. Посредством разделения на подпотоки K1 и K2 в положении перед электрическим нагревательным элементом 12 и теплообменными элементами 14, 16 можно предотвратить необходимость протекания потока топлива K вокруг торцевой поверхности со стороны против потока 30 электрического нагревательного элемента 12. В результате в нем может осаждаться (наноситься) металлическая стружка, что может привести к электрическому короткому замыканию. В частности, предотвращается закупорка из-за одной или нескольких металлических стружек между расположенной со стороны против потока торцевой поверхностью 32 первого теплообменного элемента 14 и расположенной со стороны против потока торцевой поверхностью 34 второго теплообменного элемента 16 вдоль торцевой поверхности со стороны против потока 30 электрического нагревательного элемента 12. Таким образом, электрическое короткое замыкание между первым теплообменным элементом 14, соединенным с отрицательной точкой соединения с источником электрической энергии 20 и вторым теплообменным элементом 16, соединенным с положительной точкой соединения с источником электрической энергии 20, можно предотвратить, минуя электрический нагревательный элемент 12.
Чтобы предотвратить или, по меньшей мере, снизить интенсивность нанесение (осаждение) металлической стружки на направляющей потока 42 со стороны против потока, предусматривается возможность сужения по направлению потока такой направляющей потока 42, расположенной со стороны против потока, и, в частности, исполнение ее с заостренным или закругленным концом. В вариантах исполнения, показанных на фигурах, торцевая поверхность со стороны против потока 30 электрического нагревательного элемента 12 накрывается направляющей потока 42 со стороны против потока.
Боковые направляющие потока 44 предотвращают образование закупорок из металлической стружки между продольными боковыми поверхностями теплообменных элементов 14 и 16. Направляющая потока 46 со стороны по направлению потока предотвращает образование закупорок из металлической стружки между расположенными со стороны по направлению потока торцевыми поверхностями 38, 40 теплообменных элементов 14 и 16. Направляющая потока 46 со стороны в направлении по потоку выполнена с возможностью сужения с целью предотвращения осаждение металлической стружки
В других вариантах исполнения, например, вместо целой изоляционной рамки 22 имеется возможность предусмотреть только направляющую потока 42, расположенную со стороны против потока, поскольку в области торцевых поверхностей 30, 32, 34, расположенных со стороны против потока, особенно высока вероятность электрического короткого замыкания.
Изобретение не ограничивается предпочтительными вариантами исполнения, описанными выше. Напротив, возможны различные варианты и модификации, которые используют сущность изобретения и, следовательно, попадают в сферу охраны. В частности, изобретение также претендует на защиту предмета и признаков дополнительных пунктов независимо от пунктов формулы изобретения, упомянутых выше.
Перечень ссылочных обозначений
10 Устройство для нагрева топлива
12 Электрический нагревательный элемент
14 Первый теплообменный элемент
16 Второй теплообменный элемент
18 Корпус
20 Источник электрической энергии
22 Изоляционная рамка (электрическая непроводящая рамка)
24 Первое электрическое соединение
26 Второе электрическое соединение
27 Проточный канал
27А Первый проточный подканал
27В Второй проточный подканал
28 Переключатель
30 Торцевая поверхность со стороны против потока
32 Торцевая поверхность со стороны против потока
34 Торцевая поверхность со стороны против потока
36 Торцевая поверхность со стороны по направлению потока
38 Торцевая поверхность со стороны по направлению потока
40 Торцевая поверхность со стороны по направлению потока
42 Направляющая потока со стороны против тока (первая)
44 Боковая направляющая потока
46 Направляющая потока со стороны по направлению потока (вторая)