ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ДИЗЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК F02M31/125 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к устройствам для тепловой обработки топлива.

Известен теплообменник, содержащий кожух с патрубками для подвода и отвода первой текучей среды (топлива) и размещенную внутри кожуха трубу для циркуляции второй текучей среды (охлаждающей жидкости из жидкостного контура системы охлаждения двигателя), на наружной поверхности которой между упомянутыми патрубками выполнены ребра. Теплообменник снабжен по меньшей мере одним электронагревательным элементом, установленным на наружной поверхности корпуса между упомянутыми патрубками (патент РФ N 2008498, кл. F 02 M 31/10, 1994 г.).

Известный теплообменник имеет недостаточную эффективность, уступая по этому показателю пластинчато-ребристым теплообменникам.

Кроме того, предлагаемое в известном техническом решении размещение электронагревательного элемента затруднительно использовать в теплообменнике с упомянутой пластинчато-ребристой структурой, внутри кожуха которого организовано движение охлаждающей жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является теплообменник для дизеля, содержащий кожух и вертикально размещенный внутри его полости пакет попарно соединенных пластин, образующих секции, соединенные между собой, при этом в упомянутых пластинах выполнены отверстия, образующие каналы для подвода первой текучей среды в секции из приемной полости и отвода ее в выходную полость из секций, разделенные между собой перегородкой, и центральный канал, соосный с пакетом пластин, а к полости внутри кожуха подключены патрубки для подвода к этой полости и отвода из нее второй текучей среды.

Недостатком известного теплообменника является то, что при установке его в системе питания автомобильного дизеля при пуске последнего в условиях низких отрицательных температур окружающего воздуха теплопередающая часть теплообменника блокирует движение топлива в топливной системе дизеля из-за образования на поверхности пластин отложения парафиновых фракций дизельного топлива, поскольку тепла охлаждающей жидкости еще недостаточно для того, чтобы кристаллы парафина расплавились. Следствием отмеченного является недостаточная надежность пуска двигателя.

Задачей изобретения является создание пластинчато-ребристого теплообменника для автомобильного дизеля, который обеспечивал бы надежный пуск двигателя при низких отрицательных температурах окружающего воздуха за счет повышения эффективного нагрева дизельного топлива в период его пуска и прогрева.

Эта задача решается тем, что теплообменник для дизеля, содержащий кожух и вертикально размещенный внутри его полости пакет попарно соединенных пластин, образующих секции, соединенные между собой, при этом в упомянутых пластинах выполнены отверстия, образующие каналы для подвода первой текучей среды в секции из приемной полости и отвода ее в выходную полость из секций, разделенные между собой перегородкой, и центральный канал, соосный с пакетом пластин, а к полости внутри кожуха подключены патрубки для подвода к этой полости и отвода из нее второй текучей среды, снабжен поддоном, который прикреплен к кожуху со стороны упомянутой приемной полости и в котором размещен имеющий токоподводящее устройство электронагревательный элемент, который установлен между входным и выходным каналами с возможностью по меньшей мере частичного перекрытия в плане зоны расположения обоих каналов.

Теплообменник снабжен двумя дополнительными электронагревательными элементами, размещенными по разные стороны от перегородки, разделяющей входной и выходной каналы, с возможностью частичного перекрытия в плане зоны расположения соответственно входного и выходного каналов, причем центры трех электронагревательных элементов расположены на дуге окружности, проведенной из центра, расположенного на оси центрального канала.

Токоподводящее устройство электронагревательного элемента имеет контактную пластину, которая установлена над электронагревательным элементом с зазором относительно его центральной части и в которой выполнено отверстие, соосное с электронагревательным элементом.

Упомянутый центральный канал сообщен через окна с упомянутой приемной полостью кожуха и примыкающей к ней полостью поддона. Высота упомянутых окон больше суммы высот упомянутых приемной полости в кожухе и примыкающей к ней полости в поддоне. Упомянутый центральный канал выполнен в крепежном элементе, скрепляющем между собой упомянутые кожух и поддон.

При таком выполнении теплообменника обеспечивается перед запуском дизеля направленная циркуляция восходящих потоков подогреваемого топлива в топливные каналы и разрушение под действием тепла его парафиновых фракций, следствием чего является надежный пуск дизеля при отрицательных температурах окружающего воздуха и надежная работа в послепусковой период при минимальных затратах энергии.

На фиг. 1 изображено продольное сечение теплообменника; на фиг. 2 - разрез A-A на фиг. 1; на фиг. 3 взаимное положение электронагревательных элементов и топливных каналов.

Заявляемый теплообменник для нагревания топлива, устанавливаемый в вертикальном положении в системе питания дизеля, содержит кожух 1, крышку 2 с кронштейном 3 крепления теплообменника и размещенный внутри его полости 4 пакет 5 попарно соединенных пластин 6 и 7, образующих секции 8, в которых размещены внутренние разделительные пластины 9 и пластины турбулизатора 10, а между секциями закреплены наружные разделительные пластины 11. В пластинах 6, 7, 9, 11 выполнены отверстия, образующие входной канал 12 для подвода топлива в секции 8 из приемной полости 13, выходной канал 14 для отвода топлива из секций 8 в выходную полость 15 и центральный канал 16, ось которого 17 совпадает с вертикальной осью цилиндрического пакета 5. Полости 13 и 15 имеют также непосредственную связь между собой посредством перепускного клапана 18, который установлен в выходном канале 14. Каналы 12 и 14 имеют в плане каплеобразный профиль, вытянутый в направлении от оси 17 к внутренней поверхности пакета 5, с которой контактирует уплотнитель хвостовика пластины 9 (не показан). Каплеобразный профиль каналов 12 и 14 имеет дуги 19 и 20 окружностей, описанных из центров 21 и 22, расположенных симметрично относительно горизонтальной оси 23. Эти центры расположены, в свою очередь, на дуге окружности, центр которой расположен на оси 17. Каналы 12 и 14 расположены по одну сторону от оси 24, перпендикулярной оси 23, в непосредственной близости, вплотную друг к другу и отделены друг от друга перегородкой 25, образованной перемычками пластин, разделяющими отверстия, выполненные в пластинах 6, 7, 9, 11.

К нижней части кожуха 1 со стороны его приемной полости 13 прикреплен пластмассовый поддон 26, примыкающий своей полостью 27 к полости 13. В поддоне выполнены гнезда 28, в которых размещены цилиндрические электронагревательные элементы 29 31 с положительным температурным коэффициентом сопротивления (позисторы). Позистор 29 установлен между каналами 12 и 14, частично перекрывая в плане зоны расположения этих каналов. Позисторы 30 и 31 размещены по разные стороны от перегородки 25 (оси 23), причем центры позисторов 29 31 расположены в плане на дуге окружности, проведенной из центра, расположенной на оси 17. Позистор 30 частично перекрывает зону входного канала 12, а позистор 31 зону выходного канала 14. Предпочтительно одновременное использование всех трех позисторов или одного, имеющего профиль, охватывающий профили этих позисторов.

Центральный канал 16 выполнен в болте 32, скрепляющем между собой кожух 1, крышку 2 и поддон 26. Канал 16 сообщен с полостью 13 в кожухе и примыкающей к ней полостью 27 поддона через боковые окна 33, высота которых больше суммы высот полостей 13 и 27. Топливо в центральный канал 16 подается через штуцер 34, а отводится из полости 15 через штуцер 35, ввернутый в крышку 2 кожуха 1. К полости 4 внутри кожуха 1 подключены патрубки 36 и 37 подвода в эту полость отвода из нее охлаждающей жидкости (из жидкостного контура системы охлаждения дизеля).

Каждый из позисторов 29 31 имеет токоподводящее устройство 38, содержащее контактную пластину 39 с лапками, контактирующую с нижним торцом позистора, и контактную пластину 40, которая установлена над позистором с зазором 41 относительно его центральной части и имеет выдавки 42 на периферии, контактирующие с верхним торцом позистора. В пластине 40 выполнено отверстие 43, соосное с цилиндрическим позистором. Пластина 39 соединена со штыревым контактом 44, а пластина 40 со штыревым контактом 45.

Теплообменник работает следующим образом.

Перед запуском двигателя подают электропитание на позисторы, в результате чего происходит разогрев их и сопряженных с ними контактных пластин 39 и 40 и окружающего их пространства. В результате свободной конвекции топлива, заполняющего полости кожуха и поддона, происходит направленная циркуляция восходящих потоков подогреваемого топлива в входной канал 12 и через перепускной клапан 18 в выходной канал 14, а также через окна 33 с развитым проходным сечением в центральный канал 16. Под действием тепла разрушаются парафиновые фракции дизельного топлива, обеспечивается возможность его прокачки и уверенный пуск и стабильная работа дизеля на холостом ходу. Принятая компоновка топливных каналов в теплообменнике позволяет снизить расход электрической энергии. При этом эффект прогрева топлива от позисторов усиливается прогревом его от жидкого теплоносителя.

В дальнейшем по мере прогрева дизеля температура охлаждающей жидкости повышается, увеличивается теплоотдача и теплообменник полностью разблокируется от парафинов, движение топлива осуществляется по всему проходному сечению каналов и секций, теплообменник выходит на рабочий режим и при этом позисторы отключают.

Таким образом, использование в системе питания дизеля пластинчато-ребристого теплообменника, обладающего повышенной эффективностью и компактностью, в сочетании с электронагревательными элементами, установленными предложенным образом относительно топливных магистралей этого теплообменника, обеспечивает надежный пуск дизеля при отрицательных температурах окружающего воздуха и надежную работу в послепусковой период при минимальных энергетических затратах.

Использование: двигателестроение, а именно устройства для тепловой обработки топлива. Сущность изобретения: теплообменник содержит кожух 1 и вертикально размещенный внутри его полости 4 пакет 5 попарно соединенных пластин 6 и 7, образующих секции 8, соединенные между собой. В пластинах выполнены отверстия, образующие каналы для подвода топлива в секции 8 из приемной полости 13 и отвода его в выходную полость 15 из секций 8, каналы разделены между собой перегородкой, причем центральный канал 16 выполнен соосно с пакетом пластин. К полости 4 внутри кожуха подключены патрубки 36 и 37 для подвода к этой полости и отвода из нее охлаждающей жидкости. К кожуху со стороны приемной полости прикреплен поддон 26, в котором размещен по меньшей мере один электронагревательный элемент 29, установленный между входным и выходным каналами с возможностью по меньшей мере частичного перекрытия в плане зоны расположения обоих каналов. В контактной пластине 40 токоподводящего устройства, установленной над электронагревательным элементом 29 с зазором относительно его центральной части, выполнено отверстие 43, соосное с электронагревательным элементом 29, а центральный канал 16 сообщен через окна 33 с приемной полостью кожуха 1 и примыкающей к ней полостью 27 поддона. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Теплообменник для дизеля, содержащий кожух и вертикально размещенный внутри его полости пакет попарно соединенных пластин, образующих секции, соединенные между собой, при этом в упомянутых пластинах выполнены отверстия, образующие каналы для подвода первой текучей среды в секции из приемной полости и отвода ее в выходную полость из секций, разделенных между собой перегородкой, и центральный канал, соосный с пакетом пластин, а к полости внутри кожуха подключены патрубки для подвода к этой полости и отвода из нее второй текучей среды, отличающийся тем, что он снабжен поддоном, который прикреплен к кожуху со стороны упомянутой приемной полости и в которой размещен имеющий токоподводящее устройство электронагревательный элемент, который установлен между входным и выходным каналами с возможностью по меньшей мере частичного перекрытия в плане зоны расположения обоих каналов. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что он снабжен двумя дополнительными электронагревательными элементами, размещенными по разные стороны от перегородки, разделяющей входной и выходной каналы, с возможностью частичного перекрытия в плане зоны расположения соответственно входного и выходного каналов, причем центры трех электронагревательных элементов расположены на дуге окружности, проведенной из центра, расположенного на оси центрального канала. 3. Теплообменник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что токоподводящее устройство электронагревательного элемента имеет контактную пластину, которая установлена над электронагревательным элементом с зазором относительно его центральной части и в которой выполнено отверстие, соосное с электронагревательным элементом. 4. Теплообменник по пп.1 3, отличающийся тем, что упомянутый центральный канал сообщен через окна с упомянутой приемной полостью кожуха и примыкающей к ней полостью поддона. 5. Теплообменник по пп.1 4, отличающийся тем, что высота упомянутых окон больше суммы высот упомянутых приемной полости в кожухе и примыкающей к ней полости в поддоне. 6. Теплообменник по пп.1 5, отличающийся тем, что упомянутый центральный канал выполнен в крепежном элементе, скрепляющем между собой упомянутые кожух и поддон.