ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ ОТОПИТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
HEAT EXCHANGER, PARTICULARLY FOR VEHICLE HEATER

Изобретение относится к теплообменному устройству, в частности для отопителя транспортного средства, включающему в себя чашеобразный корпус с внутренней и наружной стенками, образующими между собой камеру для течения теплоносителя.
Такое теплообменное устройство известно из публикации EP 0916908 B1. Его чашеобразный корпус включает в себя внешнюю часть с наружной боковой стенкой и наружным дном, а также внутреннюю часть с внутренней боковой стенкой и внутренним дном. На внешней части корпуса расположены присоединительные патрубки, по которым в камеру для течения теплоносителя может подаваться и из которой может отводиться теплоноситель, т.е., например, вода. С внутренней боковой стенкой внутренней части корпуса за одно целое соединен кольцеобразный участок наружной боковой стенки, который, с одной стороны, соединяется с наружной боковой стенкой внешней части корпуса, герметично охватывая камеру. С другой стороны, этот участок наружной боковой стенки ограничивает кольцеобразную зону камеры, через которую проходит ведущий во внутреннее пространство корпуса патрубок для протекания отработавших газов (ОГ).
Работающий на топливе отопитель такой конструкции может использоваться, например, в системе отопления транспортного средства, как это показано на фиг.1 в публикации DE 102006012212 A1. В этой системе существует возможность направлять нагреваемую среду, здесь охлаждающую жидкость, в контуре ДВС в зависимости от температуры и давления разными путями. Для этого между ведущим к камере для течения теплоносителя теплообменного устройства впуском и ведущим от нее выпуском образовано проточное соединение, которое можно открывать или закрывать посредством работающего в зависимости от температуры и давления клапанного устройства. Таким образом, можно направлять теплоноситель, например, только через теплообменник транспортного средства для нагрева направляемого в его салон воздуха, но не через двигатель, или дополнительно также через него или только через теплообменник транспортного средства и двигатель, однако, в основном, не через теплообменное устройство.
Задачей изобретения является создание компактного теплообменного устройства, в частности для отопителя транспортного средства или для встраивания в его систему отопления.
Согласно изобретению, эта задача решается посредством теплообменного устройства, в частности для отопителя транспортного средства, включающего в себя чашеобразный корпус с внутренней и наружной стенками, образующими между собой камеру для течения теплоносителя, причем в наружной стенке расположены проточное отверстие и примыкающий к нему, выполненный за одно целое с ней корпус насоса для теплоносителя.
В предложенной конструкции корпус насоса для теплоносителя образует неотъемлемую часть корпуса теплообменника. Это обеспечивает компактную конструкцию и делает излишними дополнительные этапы монтажа для присоединения корпуса к корпусу теплообменника.
Например, первое проточное отверстие может быть образовано первым проточным патрубком, так что корпус насоса посредством этого проточного патрубка может находиться в соединении с корпусом теплообменника.
При этом конструкция может быть дополнительно упрощена за счет того, что первый проточный патрубок выполнен за одно целое с наружной стенкой, а корпус насоса - за одно целое с первым проточным патрубком.
Сам корпус насоса может быть выполнен чашеобразным с дном и боковой стенкой. Во внутреннем пространстве корпуса насоса может располагаться приводимое во вращение посредством двигателя насоса рабочее колесо для подачи по проточному отверстию нагреваемой среды, например воды, через камеру для течения теплоносителя.
В случае устройства, предпочтительного, в частности, для монтажа насоса для теплоносителя, предложено, что корпус насоса в зоне боковой стенки примыкает к первому проточному отверстию.
Чтобы сам корпус насоса можно было соединить с контуром теплоносителя, предложено, что к корпусу насоса примыкает магистральный присоединительный патрубок. Чтобы сделать магистральный присоединительный патрубок легкодоступным для присоединения к контуру теплоносителя, предложено, что магистральный присоединительный патрубок примыкает к корпусу насоса в зоне днища.
Вся конструкция может быть дополнительно упрощена за счет того, что магистральный присоединительный патрубок выполнен за одно целое с корпусом насоса. Чтобы определенным образом обеспечить отвод и подвод теплоносителя, предложено на наружной стенке предусмотреть второе проточное отверстие, образованное преимущественно вторым проточным патрубком.
В частности, в случае, когда предложенное теплообменное устройство предназначено для встраивания в систему отопления транспортного средства, как это известно, например, из публикации DE 102006012212 A1, предпочтительно, если первое проточное отверстие, преимущественно магистральный присоединительный патрубок, и второе проточное отверстие соединены перемыкающей магистралью.
Чашеобразная структура корпуса теплообменника двухстенной для образования камеры для течения теплоносителя конструкции может быть простым образом реализована за счет того, что корпус теплообменника простирается в направлении своей продольной оси и включает в себя внутреннюю часть с внутренней боковой стенкой и внутренним дном, а также внешнюю часть с наружной боковой стенкой и наружным дном, причем первое и/или второе проточное отверстие выполнены в наружной боковой стенке.
Поскольку внешняя часть корпуса, на которой также в виде неотъемлемого компонента может быть предусмотрен корпус насоса, подвержена сравнительно небольшой термической нагрузке, для достижения очень легкой и недорогой конструкции она может быть выполнена в виде пластиковой отливки под давлением, преимущественно вместе с первым и/или вторым проточным патрубками. Внутренняя часть корпуса, которая, в частности, за счет непосредственного контакта со сравнительно горячими отработавшими газами (ОГ) нагружена термически сильнее, может быть выполнена в виде металлической отливки под давлением, например с алюминиевым материалом, преимущественно вместе с предусмотренным на внутренней части корпуса патрубком для протекания ОГ.
В частности, в том случае, если части корпуса должны быть выполнены в виде отливок, возможности их сравнительно простого изготовления методом литья с различными, выполненными за одно целое с ними узлами, в частности корпусом насоса, способствует то, что на внутренней боковой стенке внутренней части корпуса предусмотрена торцевая поверхность, ограничивающая в осевом направлении камеру для течения теплоносителя, причем торцевая поверхность расположена наклонно по отношению к продольной оси корпуса, а также то, что наружная боковая стенка внешней части корпуса заканчивается наклонно в удаленной от наружного дна осевой концевой зоне, а в зоне торцевой поверхности соединена с внутренней частью корпуса преимущественно таким образом, что камера для течения теплоносителя ограничена радиально наружу, в основном, только наружной боковой стенкой внешней части корпуса.
В другом предпочтительном варианте для осуществления метода литья, в частности для соединения за одно целое корпуса насоса, предложено, что первое проточное отверстие выполнено на первом периферийном участке наружной боковой стенки в ее удаленной от наружного дна осевой концевой зоне, причем на втором периферийном участке, противоположном первому периферийному участку по отношению к продольной оси корпуса, наружная боковая стенка имеет, начиная от наружного дна, меньшую длину осевой протяженности, чем на первом периферийном участке.
Изобретение относится также к отопителю транспортного средства, включающему в себя питаемую топливом и воздухом для горения горелочную зону и теплообменное устройство предложенной конструкции, причем на корпусе насоса для теплоносителя расположен электродвигатель.
Изобретение более подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:
- фиг.1: состоящее из внешней и внутренней частей корпуса теплообменное устройство в разобранном виде сбоку;
- фиг.2: внешнюю часть корпуса теплообменного устройства из фиг.1 при рассмотрении по стрелке II на фиг.1;
- фиг.3: внешнюю часть теплообменного устройства из фиг.1 при рассмотрении по стрелке III на фиг.2;
- фиг.4: внешнюю часть корпуса теплообменного устройства из фиг.1 при рассмотрении по стрелке IV на фиг.1;
- фиг.5: соответствующий фиг.2 вид внешней части корпуса теплообменного устройства альтернативной конструкции;
- фиг.6: внешнюю часть корпуса теплообменного устройства из фиг.5 при рассмотрении по стрелке VI на фиг.5;
- фиг.7: соответствующий фиг.3 и 6 вид внешней части корпуса теплообменного устройства альтернативной конструкции.
На фиг.1 изображено теплообменное устройство 10 для отопителя транспортного средства. Оно включает в себя корпус 12 теплообменника чашеобразной конструкции с внешней 14 и внутренней 16 частями. Внешняя часть 14 корпуса выполнена с простирающейся в направлении его продольной оси L наружной боковой стенкой 18 и наружным дном 20. Внутренняя часть 16 корпуса выполнена также с простирающейся в направлении его продольной оси L внутренней боковой стенкой 22 и внутренним дном 24. В собранном состоянии обе чашеобразные части 14, 16 корпуса вставлены друг в друга, так что между наружной боковой стенкой 18 и наружным дном 20, с одной стороны, и внутренней боковой стенкой 22 и внутренним дном 24, с другой стороны, за счет двухстенной конструкции образована камера для течения теплоносителя.
Во внутреннем пространстве 26 корпуса 12 теплообменника или его внутренней части 16 протекают возникающие в горелочной зоне горячие ОГ, причем между внутренней боковой стенкой 22 и жаровой трубой (не показана) образована камера для течения ОГ. Выходящие из жаровой трубы ОГ отклоняются радиально наружу на внутреннем дне 24 и текут в камере для их течения в направлении обращенной от него осевой концевой зоны 28 внутренней части 16 корпуса. В этой осевой концевой зоне 28 внутреннее пространство 26 или камера для течения ОГ закрыто/закрыта служащим для связи с горелочной зоной пластинообразным запорным органом. ОГ покидают внутреннее пространство 26 через выходное отверстие 32, выполненное в патрубке 30 для протекания ОГ внутренней части 16 корпуса.
Патрубок 30 для протекания ОГ образует неотъемлемый компонент внутренней части 16 корпуса и расположен в зоне за пределами образованной обеими частями 14, 16 корпуса камеры для течения теплоносителя. Эта камера аксиально ограничена торцевой поверхностью 34 внутренней части 16 корпуса. Торцевая поверхность 34 образована ступенчатым радиальным расширением внешней периферии внутренней боковой стенки 22 и расположена наклонно по отношению к продольной оси L корпуса. В случае, в основном, круглой формы внешней периферии внутренней боковой стенки 22 торцевая поверхность 34 имеет форму эллипса. За счет своего наклонного положения торцевая поверхность 34 имеет на первом периферийном участке 36 внутренней боковой стенки 22 большее осевое расстояние до внутреннего дна 24, чем на втором периферийном участке 38, в основном, диаметрально противоположном первому периферийному участку 36 по отношению к продольной оси L корпуса. Таким образом, на этом втором периферийном участке 38 создано достаточное осевое пространство, чтобы предусмотреть там отверстие 32 или патрубок 30 для протекания ОГ.
На внешней части 14 корпуса наружная боковая стенка 18 выполнена таким образом, что она на первом периферийном участке 40 имеет большую осевую протяженность, начиная от наружного дна 20, чем на втором периферийном участке 42, в основном, диаметрально противоположном первому периферийному участку 40 по отношению к продольной оси L корпуса. За счет этой разной осевой протяженности внешняя часть 14 корпуса наклонно заканчивается в удаленной от наружного дна 20 осевой концевой зоне 44, причем угол наклона по отношению к продольной оси L корпуса, в основном, соответствует углу наклона торцевой поверхности 34 на внутренней части 16 корпуса. В собранном состоянии внешняя часть 14 корпуса своей осевой концевой зоной 44 соединена с внутренней частью 16 корпуса в зоне торцевой поверхности 34. Для этого на внутренней части 16 корпуса может быть предусмотрен примыкающий к торцевой поверхности 34 монтажный уступ 46. Ответный монтажный уступ 48 может быть предусмотрен, например, также в осевой концевой зоне 44 наружной боковой стенки 18.
Таким образом, возникает устройство, в котором камера для течения теплоносителя в осевом направлении ограничена торцевой поверхностью 34, радиально внутрь - внутренней боковой стенкой 22, а радиально наружу - в основном, исключительно наружной боковой стенкой 18. Поскольку необязательно на внутренней части 16 корпуса в зоне, аксиально ограничивающей камеру для течения теплоносителя торцевой поверхности 34, выполнены поднутрения, которые, будучи ограничены исключительно внутренней частью 16 корпуса, образуют дополнительный участок этой камеры, можно изготавливать внутреннюю частью 16 корпуса относительно простой конструкции литьем, например литьем металла под давлением. Однако следует указать на то, что, при необходимости, например, вблизи первого периферийного участка 36 внутренней боковой стенки 22, в торцевой поверхности 34 могут быть выполнены поднутренные участки, которые по гидродинамическим причинам могут быть предпочтительными, например, для втекания и вытекания теплоносителя. При этом, тем не менее, сохраняется конструкция, в которой патрубок 30 для протекания ОГ не обтекается теплоносителем, а находится полностью вне камеры.
На наружной боковой стенке 18 внешней части 14 корпуса на периферийном расстоянии друг от друга расположены два проточных патрубка 50, 52. Они проходят, в основном, параллельно друг другу в зоне первого периферийного участка 40 наружной боковой стенки 18 и образуют открытые к камере для течения теплоносителя проточные отверстия 54, 56.
Корпус 58 насоса теплоносителя снабжен первым проточным патрубком 50. Сам корпус 58 выполнен, в основном, чашеобразным и имеет боковую стенку 60 и дно 62. В направлении наружной боковой стенки 14 корпус 58 аксиально открыт. С этой стороны в корпус 58 может быть вставлена крыльчатка (не показана), установленная на приводном валу двигателя 64 насоса (обозначен штриховой линией). Крыльчатка вращается вокруг оси, в основном, параллельной продольной оси L, и может подавать теплоноситель, т.е., например, воду, в камеру для его течения через первый проточный патрубок 50 или первое проточное отверстие 54.
От дна 62 корпуса 58 насоса, например, по центру и предпочтительно, в основном, параллельно продольной оси L проходит магистральный присоединительный патрубок 66. Соответствующим образом на втором проточном патрубке 52, который может быть выполнен, например, отогнутым или L-образным, расположен магистральный присоединительный патрубок 68. С помощью этих обоих магистральных присоединительных патрубков 66, 68 теплообменное устройство 10 может быть присоединено к соединительным магистралям контура теплоносителя, т.е., например, к контуру охлаждающей жидкости транспортного средства.
На фиг.1 и 4 хорошо видно, что за счет расположения обоих проточных патрубков 50, 52 в зоне первого периферийного участка 40 наружной боковой стенки 18 оба проточных отверстия 54, 56 расположены на осевом участке, который с противоположной по отношению к продольной оси L стороны не перекрыт вторым периферийным участком 42 наружной боковой стенки 18. При литье внешней части 14 корпуса это обеспечивает сравнительно простое помещение и извлечение частей литейных форм, предназначенных для изготовления обоих проточных патрубков 50, 52 или проточных отверстий 54, 56. За счет наклонного конца наружной боковой стенки 18 в осевой концевой зоне 44 и расположения обоих проточных патрубков 50, 52 в этой осевой концевой зоне 44, т.е. в осевой зоне, в которой расположен также патрубок 30 для протекания ОГ, внешняя часть 14 корпуса вместе с корпусом 58 насоса, обоими проточными патрубками 50, 52 и магистральными присоединительными патрубками 66, 68 может быть изготовлена в виде единой детали, у которой упомянутые узлы соединены между собой за одно целое. Это позволяет избежать дополнительных монтажных операций и присоединительных участков, которые могли бы привести к возникновению утечек. В связи с тем, что корпус 58 насоса и оба проточных патрубка 50, 52 расположены в той же осевой зоне, что и патрубок 30 для протекания ОГ, т.е. аксиально, по меньшей мере, на отдельных участках совпадают с ним, достигается компактная конструкция, которая может быть размещена также в тесном конструктивном пространстве.
Видоизмененный вариант внешней части 14 корпуса изображен на фиг.5 и 6. Здесь магистральный присоединительный патрубок 66, расположенный на корпусе 58 насоса, и магистральный присоединительный патрубок 68, расположенный на втором проточном патрубке 52, соединены между собой перемыкающей магистралью 70. Это означает, что первое проточное отверстие 54 соединено или может быть соединено магистральным присоединительным патрубком 66 и этой перемыкающей магистралью 70 со вторым проточным отверстием 56 второго проточного патрубка 52. Например, к присоединительному участку 72 может быть присоединена магистраль, ведущая от водяной рубашки ДВС, а к присоединительному участку 74 - магистраль, ведущая к теплообменнику транспортного средства. Перемыкающая магистраль 70 может быть выполнена при литье за одно целое с обоими магистральными присоединительными патрубками 66, 68. При этом может потребоваться выполнить выступающую, например, за магистральный присоединительный патрубок 68 концевую зону 76 перемыкающей магистрали 70 открытой для извлечения фасонной детали и достичь там затем герметичности за счет запорного элемента.
В магистральном присоединительном патрубке 68 может располагаться действующее в зависимости от давления и температуры клапанное устройство 78, которое по своей конструкции может соответствовать клапанному устройству, известному из публикации DE 102006012212 A1. Это означает, что данное клапанное устройство 78 способно в зависимости от разности давлений между обоими присоединительными участками 72, 74 перекрыть проточное соединение присоединительного участка 72 как с присоединительным участком 74, так и с магистральным присоединительным патрубком 66 и в зависимости от температуры возобновить соединение, так что присоединительный участок 72 может быть приведен в проточное соединение с присоединительным участком 74 и, по меньшей мере, в ограниченное проточное соединение с магистральным присоединительным патрубком 66. В отношении принципа работы такого клапанного устройства следует, тем самым, сослаться на публикацию DE 102006012212 A1, содержание которой за счет ссылки включено в раскрытое содержание данной заявки.
Другой видоизмененный вариант внешней части 14 корпуса изображен на фиг.7. Здесь видно, что корпус 58 насоса не имеет выполненного за одно целое с ним и с наружной боковой стенкой 18 проточного патрубка. В этом варианте корпус 58 насоса примыкает непосредственно к выполненному в наружной боковой стенке 18 первому проточному отверстию 54 и, например, своими боковой стенкой 60 и дном 62 присоединен непосредственно к наружной боковой стенке 18 или выполнен за одно целое с ней. При этом, в принципе, сохраняется чашеобразная форма корпуса 58 насоса.
Предшествующее описание показывает, что в отношении выполнения внешней части 14 корпуса, в частности также присоединения корпуса 58 насоса к наружной боковой стенке 18, возникает большое разнообразие. Во всех этих вариантах существует возможность изготовления внешней части 14 корпуса с корпусом 58 насоса и одним или двумя проточными патрубками 50, 52 в виде цельной детали, например, литьем пластика под давлением. У каждой из этих выполненных по-разному внешних частей 14 существует возможность ее сборки с внутренней частью 16 на фиг.1 для получения корпуса 12 теплообменника.