ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ОТОПИТЕЛЯ, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ОТОПИТЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК B60H1/22 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к теплообменнику для отопителя, в частности автомобильного, содержащему наружный корпус в виде горшка с расположенной в направлении продольной оси корпуса периферийной стенкой и днищем, а также внутренний корпус в виде горшка с расположенной в направлении продольной оси корпуса периферийной стенкой и днищем, причем между внутренним и наружным корпусами образована проточная камера для нагреваемой текучей среды.

Уровень техники

Из DE 196 13 760 A1 известен теплообменник для автомобильного отопителя, в котором внутренний корпус снабжен множеством литых ребер. Ребра располагаются по внутренней стороне корпуса, т.е. по обращенной к проточной камере для выхлопных газов стороне в направлении продольной оси корпуса вдоль периферийной стенки. С наружной стороны периферийной стенки внутреннего корпуса предусмотрена соответствующая конструкция. Таким образом, увеличивается площадь поверхности при теплопередаче от отработавших газов нагреваемой текучей среде.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание теплообменника для отопителя, в частности автомобильного отопителя, характеризующегося улучшенной рабочей характеристикой.

Согласно изобретению данная задача решена за счет теплообменника для отопителя, в частности автомобильного, содержащего наружный корпус в виде горшка с расположенной в направлении продольной оси корпуса периферийной стенкой и днищем, а также внутренний корпус в виде горшка с расположенной в направлении продольной оси корпуса периферийной стенкой и днищем, причем между внутренним и наружным корпусами образована проточная камера для нагреваемой текучей среды, при этом внутренний корпус на участке своей периферийной стенки выполнен таким образом, что на наружной стороне периферийной стенки, обращенной к проточной камере для текучей среды, и на внутренней стороне периферийной стенки, обращенной от проточной камеры для текучей среды и позиционируемой по отношению к проточной камере для отработавших газов, образовано расположенное по продольной оси винтообразное устройство с выпуклостями и прогибами.

В противоположность известному из уровня техники теплообменнику в теплообменнике согласно изобретению устройство с выпуклостями и прогибами выполнено как на внутренней, так и на внешней сторонах периферийной стенки внутреннего корпуса, которое благодаря своему винтообразному выполнению и расположению по продольной оси задает определенное направление течения как нагреваемой текучей среде, так и отработавшим газам, движущимся по внутренней стороне периферийной стенки внутреннего корпуса. Благодаря винтообразному устройству с выпуклостями и прогибами эти среды также совершают винтовое движение вдоль периферийной стенки, а именно по ее внутренней и наружной стороне, в результате чего длина пути взаимодействия, по которому разные среды омывают периферийную стенку внутреннего корпуса, может быть заметно увеличена.

Для достижения простым способом конструкции периферийной стенки внутреннего корпуса, согласно изобретению предлагается выполнить внутренний корпус на участке его периферийной стенки в виде сильфона для образования устройства с выпуклостями и прогибами.

На внешней и внутренней сторонах периферийной стенки внутреннего корпуса устройство с выпуклостями и прогибами может образовать резьбообразную структуру. В частности в теплообменнике, согласно изобретению, можно предусмотреть, чтобы там, где на наружной стороне периферийной стенки внутреннего корпуса образована выпуклость, на внутренней стороне будет образован прогиб, и наоборот. За счет этого в радиальном направлении - к продольной оси корпуса - достигается очень плоская компоновка с максимальным использованием такой радиальной высоты для выпуклостей и прогибов.

Согласно особо предпочтительному варианту выполнения изобретения периферийную стенку внутреннего корпуса можно образовать деформацией листовой заготовки. При этом листовую заготовку можно, например, "навинтить" на формованное изделие, реализовав при этом структуру в виде наружной резьбы, соответствующей устройству с выпуклостями и прогибами, и при необходимости придать требуемую форму с получением соответствующего формируемого с наружной стороны изделия.

Для предупреждения вызывающего чрезмерный износ контакта между периферийной стенкой внутреннего корпуса и периферийной стенкой наружного корпуса предлагается, чтобы между периферийной стенкой внутреннего корпуса на участке образованной на наружной стороне периферийной стенки выпуклости и обращенной к проточной камере для текучей среды внутренней стороной периферийной стенки наружного корпуса был образован зазор. Этот зазор предпочтительно выбирать таким, чтобы он сохранялся при любых режимах, т.е. вне зависимости от термических условий, причем само собой разумеется, его величина будет меняться с изменением термических условий.

Если будет соблюдено условие, при котором указанный зазор будет меньше зазора между максимальной выпуклостью на внешней стороне периферийной стенки внутреннего корпуса и минимальным прогибом, то можно дополнительно улучшить принцип действия устройства с выпуклостями и прогибами для задания определенного направления потоку сред, омывающих периферийную стенку внутреннего корпуса.

Кроме того, в теплообменнике, согласно изобретению, можно предусмотреть, чтобы в образованном внутренним корпусом пространстве располагалась жаровая труба, ориентированная в направлении продольной оси, и чтобы периферийная стенка внутреннего корпуса на участке выпуклости, образованной на внутренней стороне периферийной стенки, имела зазор с наружной стороной жаровой трубы. В этом случае для задания потоку определенного направления также целесообразно, чтобы этот зазор был меньше зазора между максимальной выпуклостью, образованной на внутренней стороне периферийной стенки внутреннего корпуса, и минимальным прогибом.

Кроме того, изобретение касается автомобильного отопителя, содержащего нагревательную горелку и теплообменник, согласно изобретению.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение подробнее описывается со ссылкой на приложенный чертеж, на котором изображен теплообменник, согласно изобретению, в разрезе по продольной оси.

Осуществление изобретения

Изображенный на чертеже теплообменник 10, который может применяться, например, вместе с автомобильным отопителем, содержит два корпуса 12, 14, выполненные преимущественно в виде горшка. Из обоих корпусов 12, 14 наружный корпус 12 содержит согласно изображенному примеру осуществления преимущественно цилиндрическую выполненную, например, из листового металла периферийную стенку 16, которая на одном из своих осевых концевых участков - по отношению к продольной оси L корпуса - посредством сварки, пайки и пр. прочно соединена с днищем 18, выполненным, например, также из листового металла, в результате чего наружный корпус приобретает в целом горшкообразную конструкцию. Внутренний корпус 14 также содержит периферийную стенку 20, которая состоит из листового металла и которая сваркой, пайкой и пр. прочно соединена также на одном из своих концевых участков с днищем 22, выполненным, например, также из листового металла. Также и внутренний корпус 14 имеет, по существу, горшкообразную конструкцию. На удаленных от днищ 18, 22 концевых участках периферийных стенок 16, 20 последние закреплены на кольцевом соединительном элементе 24, в результате чего и здесь, как и на участке соединения с днищами 18, 22, обеспечивается герметичность проточной камеры 26 для текучей среды, расположенной между обоими корпусами 12, 14. Через не показанные впускные и выпускные отверстия, которые могут располагаться вблизи днищ 18, 22, с одной стороны, и соединительного элемента 24, с другой стороны, нагреваемая текучая среда, например вода и пр., может поступать в проточную камеру 26 для текучей среды и снова отводиться после прохождения через нее.

В образованном внутренним корпусом 14 пространстве в теплообменнике 10, связанном с отопителем или нагревательной горелкой, расположена, например, цилиндрическая жаровая труба 28. Во внутреннем пространстве 30, образованном жаровой трубой 28, отработавшие газы набегают в направлении продольной оси L корпуса, на чертеже слева направо, на днище 22 внутреннего корпуса 14. При встрече с днищем 22 отработавшие газы разворачиваются радиально наружу и заходят в проточную камеру 34 для отработавших газов, расположенную между периферийной стенкой 20 внутреннего корпуса 14 и наружной стороной 32 жаровой трубы 28. После прохождения через проточную камеру 34 для отработавших газов отработавшие газы выходят из теплообменника 10 через отверстие 36 для выпуска выхлопных газов и направляются, например, в систему для снижения их токсичности.

На чертеже показано, что периферийная стенка 20 внутреннего корпуса 14 выполнена цилиндрической не по всей своей длине, как это имеет место на обоих концевых участках для обеспечения более надежного соединения с днищем 22 и соединительным элементом 24. На значительной части своей длины периферийная стенка 20 выполнена в виде устройства с выпуклостями и прогибами, обозначенного позицией 38. Это устройство с выпуклостями и прогибами, выполненное - при рассмотрении в продольном разрезе - гофрированным, образует на наружной стороне 40 периферийной стенки 20, обращенной к проточной камере 26 для текучей среды, выпуклости 42 и прогибы 44, а на внутренней стороне 46 периферийной стенки 20, обращенной к проточной камере 34 для отработавших газов, - выпуклости 48 и прогибы 50. Кроме того, конструктивное оформление периферийной стенки 20 таково, что выпуклости 42, 48 и прогибы 44, 50 не располагаются кольцеобразно в периферийном направлении, а имеют винтообразную или резьбообразную структуру как на наружной стороне 40, так и на внутренней стороне 46 периферийной стенки 20, в результате чего на наружной и внутренней сторонах образуется винтообразная выпуклость 42 или 50 и соответствующий ей винтообразный прогиб 44 или 50. При выполнении периферийной стенки 20 из сравнительно тонкого листового металла образуется устройство, в котором там, где на наружной стороне 40 имеется выпуклость 42, на внутренней стороне 46 имеется прогиб 50, а там, где на наружной стороне 40 имеется прогиб 44, на внутренней стороне 46 имеется выпуклость 48. Такую структуру периферийной стенки 20 можно получить, например, в результате того, что листовую заготовку цилиндрической формы "навинчивают" на формованное изделие с наружной резьбой, причем при таком навинчивании образуется винтообразное или резьбообразное устройство с выпуклостями и прогибами 38.

На чертеже показано, что на наружной стороне 40 периферийной стенки 20 в том месте, где образована выпуклость 42 и максимальная выпуклость МАХ_А, предусмотрен небольшой зазор "а" с внутренней стороной 52 периферийной стенки 16 наружного корпуса 12. Зазор "а" заметно меньше зазора, образованного в радиальном направлении между максимальной выпуклостью МАХ_А и максимальным прогибом MIN_А на наружной стороне 40 периферийной стенки 20. Таким образом на том участке, где периферийная стенка 20 внутреннего корпуса 14 имеет резьбообразное конструктивное оформление, проточная камера 26 для текучей среды также имеет соответствующее резьбообразное или винтообразное конструктивное оформление, в результате чего подлежащая прохождению через эту проточную камеру 26 и нагреваемая текучая среда будет двигаться по винтообразной траектории через проточную камеру 26 в соответствии с конструктивным оформлением периферийной стенки 20. В результате удлиняется путь, на котором взаимодействуют между собой нагреваемая текучая среда и периферийная стенка 20, нагретая отработавшими газами. Однако наличие зазора "а" исключает непосредственный контакт между периферийной стенкой 20 внутреннего корпуса 14 и периферийной стенкой 16 наружного корпуса 12 на этом участке независимо от режима работы, в частности от термических условий. Таким образом предупреждается износ. Исключается также и возникновение щелкающих звуков.

На чертеже далее представлено, что наружная сторона 32 жаровой трубы 28 имеет зазор "b" с внутренней стороной 46 периферийной стенки 20 на участке образованной на внутренней стороне 46 выпуклости 48. Зазор "b" выполнен также заметно меньшим радиального зазора между максимальной выпуклостью MAX_I и минимальным прогибом MIN_I на внутренней стороне 46 периферийной стенки 20. В результате протекающие вдоль проточной камеры 34 для отработавших газов отработавшие газы движутся не прямолинейно или в осевом направлении, а приобретают касательную составляющую течения, в результате чего и здесь может образовываться винтообразная траектория потока при соответствующем удлинении расстояния взаимодействия. И в этом случае наличие зазора "b" позволяет исключить взаимный контакт с присущими ему упомянутыми выше недостатками.

Теплообменник согласно изобретению прост в изготовлении, в частности, за счет выполнения периферийной стенки 20 внутреннего корпуса 14 из листового металла с устройством с выпуклостями и прогибами 38, которое как на наружной стороне 40, так и на внутренней стороне 46 обеспечивает придание определенного направления протекающим здесь средам, а именно винтообразного или резьбообразного направления протекания потока. Следует подчеркнуть, что, само собой разумеется, возможны отклонения от конкретно описанного варианта выполнения, в частности, на участке периферийной стенки 20. Так, периферийная стенка не должна обязательно представлять собой цилиндрическое тело, например, при использовании сильфонной или гофрированной структуры она может быть выполнена сужающейся, например, в направлении к днищу 22. Кроме того, также возможно выполнить устройство с выпуклостями и прогибами 38 из нескольких разделенных между собой в периферийном или осевом направлении прерывистых участков, в результате чего, например, в промежуточных зонах проточной камеры 34 для текучей среды будут присутствовать участки, на которых периферийная стенка 20 будет иметь, например, цилиндрическую, а не преимущественно гофрированную структуру.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в автономных отопителях транспортных средств. Теплообменник содержит наружный корпус (12) в виде горшка с расположенной в направлении продольной оси (L) корпуса периферийной стенкой (16) и днищем (18) и внутренний корпус (14) в виде горшка с расположенной в направлении продольной оси (L) корпуса периферийной стенкой (20) и днищем (22). Между внутренним (14) и наружным (12) корпусами выполнена проточная камера (26) для нагреваемой текучей среды. Внутренний корпус (14) на участке своей периферийной стенки (20) выполнен таким образом, что на наружной стороне (40) периферийной стенки (20), обращенной к проточной камере (26) для текучей среды, и на внутренней стороне (46) периферийной стенки (20), обращенной от проточной камеры (26) для текучей среды и позиционируемой в сторону проточной камеры (34) для отработавших газов, образовано расположенное вдоль продольной оси (L) винтообразное устройство с выпуклостями и прогибами (38). Техническим результатом является улучшение рабочих характеристик отопителя. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Теплообменник для отопителя, в частности автомобильного, содержащий наружный корпус (12) в виде горшка с расположенной в направлении продольной оси (L) корпуса периферийной стенкой (16) и днищем (18), внутренний корпус (14) в виде горшка с расположенной в направлении продольной оси (L) корпуса периферийной стенкой (20) и днищем (22), причем между внутренним (14) и наружным (12) корпусами выполнена проточная камера (26) для нагреваемой текучей среды, при этом внутренний корпус (14) на участке своей периферийной стенки (20) выполнен таким образом, что на наружной стороне (40) периферийной стенки (20), обращенной к проточной камере (26) для текучей среды, и на внутренней стороне (46) периферийной стенки (20), обращенной от проточной камеры (26) для текучей среды и позиционируемой в сторону проточной камеры (34) для отработавших газов, образовано расположенное вдоль продольной оси (L) винтообразное устройство с выпуклостями и прогибами (38).2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что внутренний корпус (14) выполнен сильфонообразным на участке своей периферийной стенки (20), образуя устройство с выпуклостями и прогибами (38).3. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство с выпуклостями и прогибами (38) выполнено в виде резьбообразной структуры на наружной стороне (40) и на внутренней стороне (46) периферийной стенки (20) внутреннего корпуса (14).4. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что на внешней стороне (40) периферийной стенки (20) внутреннего корпуса (14) образована выпуклость (42), а на внутренней стороне (46) образован прогиб (50), и наоборот.5. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что периферийная стенка (20) внутреннего корпуса (14) выполнена посредством пластической деформации листовой заготовки.6. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что периферийная стенка (20) внутреннего корпуса (14) на участке выпуклости (42), выполненной на наружной стороне (40) этой стенки, имеет зазор (а) с внутренней стороной (52) периферийной стенки (16) наружного корпуса (12), обращенной к проточной камере (26) для текучей среды.7. Теплообменник по п.6, отличающийся тем, что зазор (а) меньше зазора между максимальной выпуклостью (МАХ_A), образованной на наружной стороне (40) периферийной стенки (20) внутреннего корпуса (14), и минимальным прогибом (MIN_A).8. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что в образованном внутренним корпусом (14) пространстве расположена установленная в направлении продольной оси (L) жаровая труба (28), при этом периферийная стенка (20) внутреннего корпуса (14) на участке выпуклости (48), образованной на внутренней стороне (46) указанной стенки, имеет зазор (b) с наружной стороной (32) жаровой трубы (28).9. Теплообменник по п.8, отличающийся тем, что зазор (b) меньше зазора между максимальной выпуклостью (MAX_I), образованной на внутренней стороне (46) периферийной стенки (20) внутреннего корпуса (14), и минимальным прогибом (MIN_I).10. Автомобильный отопитель, содержащий нагревательную горелку и связанный с ней теплообменник (10) по любому из пп.1-9.