ТЕПЛООБМЕННИК ПРЕДПУСКОВОГО ЖИДКОСТНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ДВС

Техническое решение относится к области теплоэнергетики, в частности, к устройствам для подогрева двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с жидкостным охлаждением при подготовке к работе в условиях низких температур, а также для обогрева салонов транспортных средств.
Известен теплообменник предпускового подогревателя двигателя внутреннего сгорания (патент №94638, МПК F02N 19/10, опубл. 27.05.2010), расположенный за камерой сгорания и имеющий двухходовую схему движения охлаждающего газа (продуктов сгорания) и многоходовую схему движения охладителя (жидкости). Корпус теплообменника имеет форму прямоугольного параллелепипеда, к которому с помощью сварки крепится теплообменный аппарат для нагрева охлаждающей жидкости, выполненный в виде системы сваренных по периметру друг с другом параллельно расположенных пластин, поперечно пересекающих котел. В нижних пластинах выполнены цилиндрические штампованные углубления, с заданными геометрическими характеристиками, обеспечивающие дополнительную площадь соприкосновения охлаждающей жидкости с горячими продуктами сгорания и необходимую турбулизацию потока охлаждающей жидкости. Параллельно расположенные пластины, поперечно пересекающие котел, соединены между собой колосниками. В каналах для охлаждающей жидкости, составленных из пластин, имеются точки опоры, что позволяет выдерживать разность давлений по обе стороны пластины, а также повышенное внутреннее давление в канале. Теплообменник крепится под траверсой рамы автомобиля, на которой устанавливается двигатель.
В качестве теплообменника предпускового подогревателя воздуха наиболее перспективно применение цельносварного или пакетно-сварного варианта. В этом случае пластины с помощью попеременно устанавливаемых прокладок сваривают в блок либо пакет, а из пакетов набирают сам теплообменник.
Известен теплообменник (патент №2233413, МПК F28D 7/10, опубл. 27.07.2004), содержащий камеры, патрубки, трубы и уплотнительные устройства, состоит из подвижной и неподвижной камер с подсоединенными к ним патрубками и жестко закрепленными трубами с оребрением или без него, вставленными друг в друга, имеющими внутреннее и наружное уплотнение с управлением работой теплообменника, осуществляемым исполнительным механизмом через кронштейн, прикрепленный к подвижной камере.
Известен предпусковой подогреватель двигателя внутреннего сгорания (патент №94638, МПК F02N 19/10, опубл. 27.05.2010), наиболее близкий к заявляемому и принятый за прототип, включающий теплообменник, содержащий установленное внутри горелочное устройство с камерой сгорания и запальником, нагревательный котел и кронштейны крепления к месту установки, системы подвода воздуха, охлаждающей жидкости и топлива. Патрубок подвода воздуха расположен на корпусе между камерой сгорания и предкамерой, в выходном сечении предкамеры на входе в камеру сгорания установлен стабилизатор пламени, причем корпус теплообменника имеет форму прямоугольного параллелепипеда, а теплообменный аппарат выполнен в виде системы соединенных друг с другом параллельно расположенных пластин, поперечно пересекающих котел, в нижних пластинах выполнены цилиндрические углубления, обеспечивающие дополнительную площадь теплообмена с горячими продуктами сгорания.
Однако приведенные теплообменники имеют ограничение по производительности из-за литой конструкции, накладывающей ограничения на форму теплообменника, на количество его ребер, что приводит к невысокой эффективности теплопередачи.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание эффективного теплообменника предпускового жидкостного подогревателя (ПЖД) ДВС для подготовки к запуску двигателя внутреннего сгорания в зимнее время, особенно в северных регионах.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение эффективности работы теплообменника ПЖД ДВС, снижение тепловых потерь при сокращении габаритов конструкции, обеспечение большой удельной теплоотдачи, высокой надежности работы.
Технический результат достигается тем, что в теплообменнике предпускового жидкостного подогревателя ДВС, содержащем горелочное устройство с запальником, нагревательный котел и кронштейны крепления к месту установки, новым является то, что теплообменник, выполненный методом экструзии, имеет развитую внутреннюю поверхность, образованную продольными ребрами охлаждения, а на наружной поверхности теплообменника имеется спираль для направления потока жидкости в жидкостном канале.
Поперечное сечение теплообменника имеет форму круга или форму полого квадрата, в последнем случае стенки теплообменника в поперечном сечении выполнены вогнутыми внутрь.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими графическими материалами.
На фиг. 1 показан общий вид подогревателя.
На фиг. 2 - продольный разрез теплообменника цилиндрический формы и его поперечное сечение в виде круга.
На фиг. 3 - продольный разрез теплообменника с поперечным сечением в виде квадрата.
Здесь: 1 - запальник; 2 - электронный блок управления; 3 - нагревательный котел; 4 - блок вентиляции; 5 - циркуляционный насос; 6 - топливный насос; 7 - кронштейн крепления подогревателя; 8 - горелочное устройство; 9 - теплообменник; 10 - корпус нагревательного котла; 11 - блок нагнетания воздуха; 12 - жгут питания и управления; 13 -провода питания циркуляционного насоса; 14 - патрубок ввода в жидкостную рубашку; 15 - патрубок вывода из жидкостной рубашки; 16 - кольцевой газовый канал; 17 - жидкостная рубашка; 18 - спираль на наружной поверхности теплообменника для направления жидкости в жидкостной рубашке 17.
Предпусковой жидкостный подогреватель ДВС содержит последовательно установленные блок нагнетания воздуха 11 в сборе, блок вентиляции 4 в сборе, теплообменник 9, горелочное устройство 8 с запальником 1, нагревательный котел 3 в корпусе 10. Теплообменник 9 имеет развитую внутреннюю поверхность, образованную продольными ребрами охлаждения. Подогреватель имеет кольцевой газовый канал продуктов сгорания 16 и жидкостную рубашку 17, в которой на наружной поверхности теплообменника 9 имеется спираль 18 для направления потока жидкости. Теплообменник 9 может быть выполнен в виде цилиндра с поперечным сечением в форме круга. Теплообменник 9 может быть выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда с поперечным сечением в форме полого квадрата, при этом стенки в поперечном сечении выполнены вогнутыми внутрь. Кроме того, подогреватель 9 снабжен электронным блоком управления 2 со жгутом питания и управления 12, циркуляционным насосом 5 с проводами питания 13, топливным насосом 6, а также имеет кронштейны крепления 7 к месту установки. Теплообменник 9 выполнен методом экструзии.
Работает предпусковой подогреватель следующим образом.
При включении подогревателя электронный блок управления 2 осуществляет тестирование и контроль работоспособности элементов подогревателя. При исправном состоянии начинается процесс розжига: включается топливный насос 6, по заданной программе происходит предварительная продувка камеры сгорания горелочного устройства 8 и разогрев до необходимой температуры свечи накаливания (запальника 1). В качестве источника тепла используются газы от сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания. Через стенки теплообменника 9 нагревателя тепло передается охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя автомобиля.
Также включается циркуляционный насос 5 для прокачки жидкости - теплоносителя. Топливо от топливного насоса 6 подается в испаренном виде в камеру сгорания горелочного устройства 8, куда подается и воздух. От запальника 1 топливовоздушная смесь воспламеняется. После выхода на установившийся режим запальник 1 отключается.
Нагретая охлаждающая жидкость поступает в блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания.
Блок управления 2 осуществляет контроль температуры охлаждающей жидкости и в зависимости от величины температуры охлаждающей жидкости устанавливает режимы работы подогревателя: «полный», «средний», «малый», «остывание». При охлаждении жидкости ниже 55°С подогреватель автоматически включается вновь на режим «полный».
При подаче команды на выключение подогревателя, вручную или автоматически: - по истечению установленного времени работы подогревателя, прекращается подача топлива и производится продувка камеры сгорания воздухом.
При нагреве жидкости до заданной температуры по сигналу датчика температуры жидкости (на фигурах не показано) предпусковой подогреватель отключается автоматически, либо вручную с пульта управления подогревателем.
Выполнение теплообменника предпускового жидкостного подогревателя с развитой внутренней поверхностью, образованной продольными ребрами охлаждения обеспечивает компактность устройства при обеспечении необходимых теплотехнических характеристик.
Выполнение на наружной поверхности теплообменника спирали 18 для направления потока жидкости в жидкостном канале 17, способствует турбулизации потока, что также повышает эффективность теплопередачи
Выполнение теплообменника цилиндрическим с продольными ребрами охлаждения на его внутренней поверхности обеспечивает необходимый уровень теплопередачи от газового к жидкостному каналу в заданных габаритах.
Выполнение теплообменника в виде прямоугольного параллелепипеда с поперечным сечением в форме квадрата позволяет увеличить его теплопередачу.
Выполнение стенок теплообменника вогнутыми внутрь в поперечном сечении позволяет еще более увеличить его теплопередачу.
Выполнение теплообменника методом экструзии обеспечивает необходимую форму его сечения и большую площадь его поверхности, что увеличивает теплопередачу, а также повышает надежность работы.
Таким образом, заявляемая конструкция теплообменника предпускового жидкостного подогревателя ДВС компактна, имеет большую удельную теплоотдачу, а также обеспечивает высокую надежность и эффективность подогрева.