ОТОПИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО УТИЛИЗАЦИОННОГО ТИПА ДЛЯ САЛОНА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к системам отопления транспортных средств, использующим принцип утилизации тепла выхлопных газов двигателя.
Для отопления салона автомобиля существует несколько разновидностей отопительных устройств, подающих в салон автомобиля подогретый воздух.
Наиболее широко современный уровень техники в этой области представлен отопительными устройствами салона автомобиля, работа которых основана на использовании избыточного тепла, образующегося при работе двигателя внутреннего сгорания. При этом в качестве теплоносителя используется, как правило, жидкость из системы охлаждения двигателя, циркулирующая по трубопроводам от двигателя через специальный теплообменник-радиатор. Воздух, продуваемый через радиатор, подается вентилятором по системе трубопроводов в салон автомобиля.
Типичными представителями таких отопителей являются конструкции, устанавливаемые на большинстве современных легковых и грузовых автомобилей.
Основной недостаток такого типа системы отопления состоит в следующем: для каждого двигателя внутреннего сгорания существует предельное значение количества тепла, которое необходимо отвести от двигателя через систему охлаждения. При низкой температуре окружающего воздуха поддержание комфортной температуры в салоне приводит к нарушению теплового баланса двигателя, снижению рабочей температуры двигателя и, в конечном итоге, к снижению его мощности.
Компенсировать это явление можно только за счет повышения расхода топлива.
Существуют также автономные отопительные устройства, независимые от системы охлаждения двигателя автомобиля, и использующие в качестве источника тепла жидкое или газообразное топливо, сжигаемое в специальной камере.
Известна конструкция независимого воздушного отопителя (RU, 2233220 С1), работающего на газообразном топливе. При сгорании топлива происходит нагрев теплообменника, в котором, в свою очередь, подогревается воздух, подаваемый в салон автомобиля.
Основным недостатком таких конструкций является дополнительный выброс продуктов сгорания, загрязняющих атмосферу.
В то же время в автомобиле имеется альтернативный источник тепла, который может быть использован для отопления салона. Это система выпуска отработанных газов, представляющая собой систему трубопроводов, соединяющих приемную трубу, резонатор и глушитель. Причем, температура на поверхности деталей системы выпуска при работе двигателя достигает 250-300°С, а выделяющаяся тепловая энергия бесполезно рассеивается в окружающее пространство.
Известны конструкции отопителей, работа которых основана на утилизации избыточного тепла от выпускной системы двигателя автомобиля.
Так, в патенте РФ на полезную модель №14893 описано отопительное устройство транспортного средства с теплообменником, который размещен на глушителе выхлопной трубы автомобиля, а в качестве теплоносителя используется жидкость, поступающая по системе трубопроводов во вторичный теплообменник, размещенный в обогреваемом салоне автомобиля.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является система отопления транспортного средства по патенту RU 2187435. Система отопления транспортного средства работает на промежуточном теплоносителе и содержит расширительный бачок, насос прокачки промежуточного теплоносителя, газожидкостный теплообменник, отопитель с вентилятором в салоне транспортного средства и соединительные трубопроводы.
К недостаткам такого типа устройств относятся:
- во-первых, возможность перегрева жидкого теплоносителя при отключении вторичного теплообменника,
- во-вторых, увеличение габаритов и массы глушителя, а также необходимость постоянного контроля уровня жидкого теплоносителя в первичном теплообменнике.
- кроме того, наличие двух теплообменников существенно снижает к.п.д. отопительного устройства.
Анализ рассмотренных конструкций отопительных устройств позволяет сформулировать принципы предлагаемого технического решения следующим образом:
1.Отопительное устройство должно размещаться на выпускном тракте двигателя автомобиля и использовать в качестве источника тепла продукты сгорания топлива, выбрасываемые в атмосферу.
2. Для снижения массы, габаритов и повышения надежности работы отопительное устройство должно работать без промежуточного теплоносителя с подачей подогретого в газовом теплообменнике воздуха в салон автомобиля.
3. Конструкция газового теплообменника должна исключать возможность попадания выхлопных газов в подогреваемый воздух.
4. При отключении подачи подогретого воздуха в салон автомобиля должен обеспечиваться активный отвод тепла от газового теплообменника.
Задача предлагаемого технического решения направлена на повышение эффективности работы устройства и культуры эксплуатации путем изменения конструкции отопительного устройства.
Поставленная задача решается тем, что в отопительном устройстве утилизационного типа для салона транспортного средства, использующем в качестве источника тепловой энергии утилизируемое тепло выхлопных газов двигателя автомобиля, состоящем из газового теплообменника, вентилятора в салоне и соединительных трубопроводов, для нагрева воздуха используем газовый теплообменник без промежуточного теплоносителя, установленный на выхлопной трубе двигателя автомобиля и состоящий из центральной трубы и коробчатого воздухопровода, навитого на трубу по винтовой линии с зазором между соседними витками и присоединенного к воздухопроводам и вентилятору своими фланцами.
При отключении вентилятора отведение избыточного тепла от теплообменника происходит за счет охлаждения наружной поверхности витков спирального трубопровода скоростным напором воздуха при движении автомобиля.
Таким образом, предлагается использовать нагретые детали системы выпуска отработанных газов в качестве источника тепла для системы отопления салона автомобиля.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 - Схема отопительного устройства утилизационного типа для салона транспортного средства;
Фиг.2 - Теплообменник-утилизатор отопительного устройства утилизационного типа для салона транспортного средства.
Предлагаемое отопительное устройство утилизационного типа для салона транспортного средства состоит из следующих основных частей: газового теплообменника (2), установленного путем врезки на выхлопную трубу (1) двигателя автомобиля и включающего центральную трубу (3), вокруг которой по винтовой линии приварен сплошными швами (для обеспечения полного разобщения газовых полостей теплообменника) двухзаходный шнек, закрытый с наружной винтовой поверхности и образующий винтовую коробчатую полость (4).
При прохождении выхлопных газов по центральной трубе (3) теплообменника (2) происходит нагрев боковых шнековых поверхностей винтовой коробчатой полости (4) с радиальным градиентом температур. Воздух, нагнетаемый по трубопроводу (5) вентилятором (6), проходит по винтовой коробчатой полости (4), нагревается и подается по трубопроводу (7) в салон автомобиля. Для обеспечения теплоотведения от теплообменника (2) при выключенном вентиляторе (6) между витками винтовой коробчатой полости (4) предусмотрены зазоры «А» в осевом направлении, и наружные поверхности витков спирального трубопровода охлаждаются скоростным напором воздуха при движении автомобиля.
Таким образом, за счет установки теплообменника на выпускном трубопроводе, воздух, продуваемый через кожух теплообменника вентилятором, при контакте с раскаленными ребрами теплообменника нагревается и по системе трубопроводов подается в салон. При этом для отопления используется утилизация тепла, бесполезно рассеиваемого в атмосферу нагретыми деталями выпускной системы двигателя.