ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ МОБИЛЬНОГО ОТОПИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2014 года по МПК B60H1/22 

Изобретение касается теплообменника для мобильного отопительного устройства, которое снабжено горелкой. Изобретение касается, кроме того, мобильного отопительного устройства, снабженного горелкой и теплообменником, а также автомобиля, снабженного отопительным устройством.

Мобильные отопительные устройства применяются в качестве дополнительных отопительных устройств в транспортных средствах, чтобы, например, нагревать воздух или воду в качестве среды-теплоносителя. Известными областями применения являются отопление салона или подогрев воды для охлаждения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.

В горелке такого мобильного отопительного устройства, как правило, например, забираемое из топливного бака транспортного средства жидкое топливо смешивается с воздухом и воспламеняется. Образующиеся при сжигании горячие отходящие газы направляются через теплообменник и нагревают среду-теплоноситель, которая находится в канале среды-теплоносителя, окружающем этот горячий отходящий газ. В качестве жидкой среды-теплоносителя часто применяется вода или, соответственно, водная смесь, например, смесь из 50% воды и 50% гликоля.

В DE 102 03 116 B4, например, описано такое отопительное устройство, снабженное коробчатым теплообменником, у которого по существу трубчатая стенка ступенчато проходит к горелке. Через внутреннее пространство трубчатой стенки течет отработавший газ, который нагревает теплоноситель, текущий по наружной стороне трубчатой стенки.

У традиционных теплообменников уже большая доля тепловой энергии называемого также дымовым газом отработавшего газа горелки передается среде-теплоносителю, так что возможно получение коэффициентов полезного действия, равных до 80-85%. Впрочем, после отдачи энергии текущий из теплообменника отработавший газ часто имеет еще относительно высокие скорости, из-за чего может возникать шумовая нагрузка. Поэтому, как правило, к такому теплообменнику подключается система шумоглушения, которая занимает значительную площадь.

Задача настоящего изобретения - повысить коэффициент полезного действия теплообменника и обеспечить возможность более компактной конструкции.

Эта задача решается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения.

Другие предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения.

Предлагается теплообменник для мобильного отопительного устройства, которое снабжено горелкой. Теплообменник имеет несущее тело с внутренней стороной и наружной стороной, при этом внутренняя сторона выполнена в виде внутренней направляющей отходящего газа для направления отходящего газа горелки, а также расположенную между внутренней стороной и наружной стороной несущего тела направляющую, которая выполнена для того, чтобы направлять среду-теплоноситель, причем эта среда-теплоноситель через внутреннюю сторону несущего тела находится в теплопроводящем контакте с отходящим газом, текущим во внутренней направляющей отходящего газа, причем на наружной стороне несущего тела предусмотрена наружная направляющая отходящего газа для направления отходящего газа горелки, причем среда-теплоноситель через наружную сторону несущего тела находится в теплопроводящем контакте с отходящим газом, текущим в наружной направляющей отходящего газа. То есть предусмотрено, что среда-теплоноситель находится в теплопроводящем контакте с отходящим газом не только через одну сторону, а как через внутреннюю сторону, так и через наружную сторону. При этом получается значительно большая поверхность теплопередачи, благодаря чему тепловая энергия отходящего газа еще эффективнее может передаваться среде-теплоносителю. Таким образом могут, например, достигаться тепловые коэффициенты полезного действия, равные более 90%. При этом либо достигается более высокая мощность нагрева при одинаковых затратах на энергию, либо желаемая мощность нагрева достигается при более низких затратах на энергию. Обеспечиваются и другие возможности экономии энергии. Например, может быть сокращена мощность нагнетателя для подачи воздуха для сжигания в горелку, благодаря чему экономится электрическая энергия. При этом могут также снижаться акустические эмиссии. Кроме того, отходящие газы охлаждаются еще больше, чем в уровне техники, благодаря чему облегчается направление отходящего газа. В частности, для направления отходящего газа могут применяться новые, более оптимальные по стоимости материалы, которые слишком чувствительны для более высоких температур отходящего газа. При известных условиях можно даже обойтись без сложного направления отходящего газа. Более низкая температура отходящего газа и связанная с ней более низкая скорость течения отходящего газа при выходе из теплообменника также способствует сокращению шума, создаваемого отходящими газами. При этом существует возможность обойтись без установки шумоглушителя, что приводит к более компактной конструкции. Как правило, внутренняя сторона и наружная сторона несущего тела по площади выполнены значительно больше, чем при известных условиях дополнительно имеющиеся поперечные стороны. Может быть предусмотрено, чтобы внутренняя сторона являлась стороной несущего тела, обращенной к горелке отопительного устройства. Особенно целесообразно, если поток отходящего газа из горелки частично или полностью течет во внутреннюю сторону. Наружная сторона может быть при этом направлена к окружающему несущее тело пространству, в котором, например, могут находиться другие установленные в автомобиле компоненты. Между внутренней стенкой и наружной стенкой несущего тела может быть предусмотрено проточное пространство для среды-теплоносителя. Предпочтительно, для направления среды-теплоносителя предусмотреть направляющие элементы, такие как, например, ребра, чтобы обеспечить возможность хорошо заданного течения среды-теплоносителя. Могут быть также предусмотрены ребра теплообмена для увеличения поверхности теплообмена на внутренней стенке, направленные к потоку отходящего газа, и/или на внутренней стенке, направленные к потоку среды-теплоносителя. Можно также предусмотреть такого рода ребра теплообмена дополнительно или альтернативно на наружной стенке, направленной к потоку отходящего газа, и/или на наружной стенке, направленной к потоку среды-теплоносителя. Ребра теплообмена в контакте с потоком отходящего газа или потоком среды-теплоносителя могут, наряду со своей функцией теплообмена, также служить для направления соответствующего потока. Несущее тело может быть выполнено как цельным, так и составным. Особенно целесообразно выполнение несущего тела по существу цилиндрическим или трубчатым. Один конец несущего тела может быть закрыт дном. Такого рода дно может особенно легко изготавливаться цельно с трубчатой частью несущего тела и служит для газонепроницаемого закрытия внутренней стороны несущего тела на его конце. У отверстия на другом конце несущего тела может быть, например, уплотненным образом установлена горелка, к которой по одному или нескольким трубопроводам подводятся воздух для сжигания и топливо. В качестве среды-теплоносителя, соответственно, теплоносителя могут применяться как газообразные, так и жидкие среды, такие как, например, воздух или вода. Особенно подходящей средой-теплоносителем является смесь из гликоля и воды. Целесообразным образом несущее тело снабжено по меньшей мере одним впуском для среды-теплоносителя и выпуском для среды-теплоносителя. Несущее тело может иметь продольное направление несущего тела, которое может проходить в направлении его наибольшей продольной протяженности. Основное направление протяженности теплообменника может проходить параллельно продольному направлению несущего тела. Основное направление протяженности может проходить параллельно продольному направлению огневой трубы горелки; в этом случае основное направление протяженности и продольное направление несущего тела могут совпадать, но не обязательно. Поверхности стенок, проходящие поперек основного направления протяженности, могут рассматриваться как донные поверхности теплообменника. В частности, проходящая поперек основного направления протяженности наружная стенка или поверхность наружной стенки наружной направляющей отходящего газа может действовать как донные поверхности наружной направляющей отходящего газа и/или теплообменника. Проходящие поперек продольного направления теплообменника поверхности стенок несущего тела могут называться донными поверхностями каркаса.

В одном из усовершенствований может быть предусмотрено, что теплообменник включает в себя трубопровод отходящего газа, соединяющий внутреннюю направляющую отходящего газа и наружную направляющую отходящего газа. Благодаря этому отходящий газ может направляться с внутренней стороны к наружной стороне, или наоборот. Трубопровод отходящего газа может быть выполнен в виде изогнутого трубного соединения. Возможно, чтобы трубопровод отходящего газа включал в себя две соединенные друг с другом полутрубы (половины трубы) или состоял из них. Полутрубы могут быть газонепроницаемо соединены между собой. Каждая полутруба может быть снабжена одним или несколькими соединительными фланцами. Возможно, чтобы полутрубы были газонепроницаемо соединены друг с другом посредством этих соединительных фланцев. Внутри трубопровода отходящего газа могут быть выполнены одна или несколько направляющих перегородок. В частности, возможно, чтобы одна направляющая перегородка проходила через трубопровод отходящего газа по существу посредине. Направляющая перегородка может выполнять функцию разделителя течения и, в частности, сокращать или предотвращать нежелательные завихрения или, соответственно, отрывы завихрений в трубопроводе отходящего газа. Трубопровод отходящего газа может включать в себя два или более колен. В частности, возможно, чтобы трубопровод отходящего газа был выполнен по существу u-образно. Трубопровод отходящего газа может быть предназначен для того, чтобы перенаправлять втекающий в него поток отходящего газа, который течет в одном направлении, по существу в противоположное направление. Может быть предусмотрено, чтобы трубопровод отходящего газа весь или по меньшей мере частично был расположен вне несущего тела теплообменника и/или наружной направляющей отходящего газа. Между наружной направляющей отходящего газа, соответственно, оболочкой наружной направляющей отходящего газа и/или обращенной к несущему телу теплообменника стенкой трубопровода отходящего газа может быть расположено промежуточное пространство. Это промежуточное пространство может быть свободно доступным снаружи. Может быть предусмотрен выпуск внутренней направляющей отходящего газа, через которую отходящий газ может течь с внутренней стороны несущего тела к наружной направляющей отходящего газа. Целесообразно, если наружная направляющая отходящего газа снабжена по меньшей мере одним впуском для отходящего газа, через который отходящий газ из внутренней направляющей отходящего газа и/или трубопровода для отходящего газа может поступать в наружную направляющую отходящего газа. Наружная направляющая отходящего газа может быть снабжена по меньшей мере одним выпуском для отходящего газа, через который отходящий газ может вытекать из наружной направляющей отходящего газа. При этом отходящий газ может, например, отводиться по трубе. Эта труба может представлять собой полимерную трубу. Возможно, чтобы на теплообменнике была установлена или закреплена горелка. Эта горелка может быть снабжена огневой трубой. Огневая труба может быть целиком или по меньшей мере частично помещена на внутренней стороне каркаса теплообменника. В частности, может быть предусмотрено, чтобы огневая труба по меньшей мере частично была помещена во внутренней области несущего тела. Между огневой трубой и несущим телом, соответственно, внутренней стороной несущего тела может быть выполнено внутреннее проточное пространство для отходящего газа, которое предназначено для направления отходящего газа. В частности, внутренняя направляющая отходящего газа может быть по меньшей мере частично образована стенкой огневой трубы и обращенной к ней стенкой несущего тела.

В частности, может быть предусмотрено, чтобы теплообменник был устроен таким образом, чтобы отходящий газ тек через внутреннюю направляющую отходящего газа, прежде чем он потечет через наружную направляющую отходящего газа. Это особенно предпочтительно, когда горелка устроена внутри несущего тела или расположена таким образом, что отходящие из горелки газы сначала текут во внутреннюю сторону, прежде чем они потекут к наружной стороне. Таким образом, текущий с наружной стороны отходящий газ уже охлажден посредством предыдущего теплопередающего контакта со средой-теплоносителем внутри несущего тела, и тепловая нагрузка расположенных вне теплоносителя компонентов, таких как, например, конструктивные элементы транспортного средства, остается низкой. Наружная направляющая отходящего газа может быть также снабжена одним или несколькими впусками для отходящего газа или несколькими выпусками для отходящего газа.

В одном из особенно предпочтительных вариантов в наружной направляющей отходящего газа предусмотрен шумоглушитель или устройство шумоглушения. При этом шумовая нагрузка может сокращаться посредством теплообменника, без необходимости предусматривать дополнительное внешнее устройство шумоглушения. Так как, благодаря улучшенной отдаче энергии отходящего газа среде-теплоносителю, отходящий газ в наружной направляющей отходящего газа может быть уже очень сильно охлажден, устройство шумоглушения может выполняться сравнительно небольшим. Благодаря этому предоставляется в распоряжение более компактная в целом система. Устройство шумоглушения может включать в себя шумопоглощающий или, соответственно, шумоподавляющий материал. Шумоподавляющий материал может быть расположен непосредственно в наружной направляющей отходящего газа. В частности, может быть предусмотрено, что шумоподавляющий материал расположен на части стенки наружной направляющей отходящего газа. Устройство шумоглушения или шумоподавляющий материал может быть предусмотрен на донной поверхности теплообменника, например, на донной поверхности наружной направляющей отходящего газа. Крепежное устройство, такое как, например, перфорированная решетка, может быть предусмотрено для того, чтобы удерживать шумоподавляющий материал в наружной направляющей отходящего газа. Шумопоглощающий материал может быть расположен таким образом, чтобы при эксплуатации он попадал или находился в контакте с отходящим газом, текущим через наружную направляющую отходящего газа. Может быть целесообразно, если устройство шумоглушения расположено в области наружной направляющей отходящего газа, в которой отходящий газ обтекает несущее тело. При этом может быть предусмотрено, чтобы поток отходящего газа на одной стороне протекал по устройству шумоглушения, а на стороне, противолежащей этому потоку отходящего газа, - по несущему телу. В частности, может быть предусмотрено, чтобы шумоглушитель содержал минеральную вату и/или стекловолокнистую вату в качестве шумоподавляющего материала. Это дает простую и оптимальную по стоимости возможность расположить шумоглушитель в наружной направляющей отходящего газа. Кроме того, дополнительно или альтернативно к минеральной вате или другому шумоподавляющему материалу шумоглушитель может включать в себя один или несколько участков резонанса по лямбда/4 или трубы Кундта. Одна или несколько труб Кундта при этом целесообразным образом настроены на одну или несколько частот, создаваемых при эксплуатации теплообменника или, соответственно, отопления. Благодаря этому можно обеспечить шумоглушение простым и эффективным способом.

Предпочтительно, если в наружной направляющей отходящего газа предусмотрены направляющие ребра для направления отходящего газа. Посредством такого рода направляющих ребер можно легко направлять, соответственно, вести поток отходящего газа. Может быть предусмотрено, чтобы направляющие ребра задавали предпочтительное направление течения или желательное поле течения между впуском наружной направляющей отходящего газа и выпуском наружной направляющей отходящего газа. При этом отдельные ребра в направлении, в котором они направляют течение, и/или в своем продольном направлении могут проходить прямо или иметь изгиб. При этом возможно, чтобы несколько направляющих ребер проходили параллельно друг другу. При установке нескольких направляющих ребер может быть предусмотрено, чтобы по меньшей мере некоторые из них в направлении, в котором они направляют течение, и/или в своем продольном направлении проходили не параллельно друг другу. Направляющие ребра могут быть предусмотрены на несущем теле. В частности, направляющие ребра могут быть выполнены на несущем теле или закреплены на нем. В одном из особенно предпочтительных вариантов несущее тело теплообменника изготовлено из литого материала. Тогда направляющие ребра могут выполняться непосредственно при отливке несущего тела. Выполненные на несущем теле направляющие ребра могут также служить для теплопередачи к среде-теплоносителю. Может быть предусмотрено, чтобы впуск для отходящего газа и выпуск для отходящего газа наружной направляющей отходящего газа были расположены в окружном направлении рядом друг с другом. Наружная направляющая отходящего газа может быть при этом выполнена таким образом, чтобы получалось течение отходящего газа, которое обходит вокруг по меньшей мере наибольшей части периметра несущего тела, чтобы попадать от впуска к выпуску. Для этого могут быть предусмотрены направляющие ребра и/или средства гидравлического сопротивления, например, чтобы препятствовать непосредственному течению отходящего газа от впуска к выпуску. В наружной направляющей отходящего газа может быть предусмотрен лабиринт для направления отходящего газа. Тем самым может достигаться желательный теплообмен между средой-теплоносителем и отходящим газом. Для образования лабиринта могут быть, в частности, предусмотрены направляющие ребра.

Особенно целесообразно, если наружная направляющая отходящего газа имеет оболочку несущего тела, которая, в частности, может представлять собой оболочку наружной стенки несущего тела. При этом особенно предпочтительно, если между оболочкой несущего тела и несущим телом предусмотрено проточное пространство для отходящего газа, в котором, например, могут быть расположены направляющие ребра или лабиринт. При этом может быть предусмотрено, чтобы наружная направляющая отходящего газа, соответственно, оболочка частично охватывала несущее тело радиально и/или в продольном направлении. Так, может быть, например, обеспечено пространство для дополнительных компонентов, таких как, например, сенсоры температуры для измерения температуры среды-теплоносителя. Впрочем, может быть также предусмотрено, чтобы наружная направляющая отходящего газа или его оболочка по существу полностью охватывали несущее тело радиально и/или в продольном направлении. При этом может достигаться наиболее высокий возможный коэффициент полезного действия. Оболочка может быть изготовлена из теплоизолирующего материала, чтобы препятствовать проникновению тепла отходящего газа наружу. Оболочка может быть выполнена составной. Может быть предусмотрено, чтобы часть оболочки была выполнена в виде крышки, которая по меньшей мере частично надета на несущее тело. Возможно, чтобы крышка была расположена таким образом, чтобы она целиком или по меньшей мере частично охватывала несущее тело в продольном направлении несущего тела и/или по периметру, окружающему основное направление протяженности или продольное направление несущего тела. Крышка оболочки может быть газонепроницаемо соединена с другой частью оболочки, такой как (цилиндрический) кожух. Крышка или, соответственно, оболочка может быть закреплена на несущем теле. Например, может быть предусмотрено, чтобы крышка и/или оболочка прикручивалась к несущему телу винтами, например самонарезающими винтами. Между оболочкой и/или крышкой оболочки и, возможно, имеющимися направляющими ребрами в наружной направляющей отходящего газа может быть задано расстояние. В крышке оболочки может быть предусмотрен шумоглушитель, который, в частности, может содержать шумопоглощающий или шумоподавляющий материал. Шумопоглощающий или шумоподавляющий материал может, например, удерживаться в крышке посредством перфорированной решетки. Предпочтительно шумопоглощающий материал расположен на дне крышки оболочки. Поток отходящего газа может направляться от впуска к выпуску наружной направляющей отходящего газа таким образом, чтобы при этом он протекал по дну крышки или по шумопоглощающему материалу. Оболочка и/или крышка оболочки могут быть снабжены направляющими ребрами, выступающими в проточное пространство для отходящего газа наружной направляющей отходящего газа. Такого рода направляющие ребра могут быть предусмотрены альтернативно или дополнительно к направляющим ребрам, расположенным на несущем теле.

Может быть также предусмотрен распределитель потока отходящего газа, который предназначен для того, чтобы распределять поток отходящего газа из горелки по меньшей мере на два отдельных частичных потока. Распределитель потока отходящего газа предназначен также для того, чтобы подводить соответственно по меньшей мере один частичный поток к внутренней направляющей отходящего газа и один частичный поток к наружной направляющей отходящего газа. Таким образом можно обеспечить нагрев среды-теплоносителя, направляемой в направляющей среды-теплоносителя, с обеих сторон отходящим газом с одинаковой температурой, благодаря чему получается более равномерный нагрев и более равномерное течение среды-теплоносителя.

Кроме того, предлагается также мобильное отопительное устройство, снабженное горелкой и теплообменником, как описано выше. Такого рода отопительное устройство предназначено в качестве дополнительного отопительного прибора, автономного отопителя или дополнительного отопителя для транспортного средства. Особенно предпочтительно, если горелка расположена внутри внутренней направляющей отходящего газа, например, таким образом, чтобы отходящие из горелки газы непосредственно после выхода из горелки на внутренней стороне несущего тела могли попадать в теплопроводящий контакт со средой-теплоносителем, соответственно, внутренней стенкой несущего тела. Отопительное устройство может быть снабжено нагнетателем для отходящего газа, чтобы поддерживать течение отходящего газа. Нагнетатель для отходящего газа может быть, в частности, предусмотрен ниже по потоку от выпуска для отходящего газа наружной направляющей отходящего газа и рассчитан на всасывание отходящего газа.

Кроме того, предлагается автомобиль, снабженный такого рода мобильным отопительным устройством.

Теперь изобретение поясняется со ссылкой на прилагаемые чертежи на предпочтительных вариантах осуществления в качестве примера, где показано:

фиг.1: схематично пример теплообменника согласно уровню техники на виде в сечении;

фиг.2: схематичное изображение теплообменника, снабженного наружной направляющей отходящего газа, на виде в сечении;

фиг.3: другое схематичное изображение теплообменника, снабженного наружной направляющей отходящего газа, на виде снизу; и

фиг.4: другое схематичное изображение теплообменника, снабженного наружной направляющей отходящего газа, на виде сверху;

фиг.5: другое схематичное изображение теплообменника на виде в сечении, на котором видна горелка, снабженная огневой трубой;

фиг.6: вид поперечного сечения трубопровода отходящего газа; а также

фиг.7: вид поперечного сечения теплообменника, на котором видны расположенные на несущем теле направляющие ребра.

На фиг.1 схематично показан пример теплообменника 10 согласно уровню техники. Теплообменник 10 включает в себя несущее тело 12, которое выполнено в чашеобразной форме и имеет внутреннюю сторону 14, а также наружную сторону 15. Несущее тело 12 включает в себя также с внутренней стороны внутреннюю стенку 16, а с наружной стороны охватывающую ее наружную стенку 18, между которыми образовано проточное пространство 20 для среды-теплоносителя. На несущем теле 12 известным образом закреплено несущее кольцо 22, в котором имеется впуск для среды-теплоносителя 24 и не показанный выпуск для среды-теплоносителя и которое позволяет осуществляться притоку и оттоку среды-теплоносителя в проточное пространство 20 и из него. На несущем кольце 22 может быть предусмотрено уплотнение, чтобы газонепроницаемо закрывать каркас 12. Внутренняя стенка 16 и наружная стенка 18 выполнены из теплопроводящего материала, такого как, например, алюминиевый или стальной сплав. Для улучшения теплопередачи и для направления потока отходящего газа на внутренней стенке 16 предусмотрены не показанные на внутренней стороне 14 ребра. Поток отходящего газа выходит при этом из не показанной, расположенной под образованным с внутренней стороны пространством горелки и от горелки подается в это образованное на внутренней стороне 14 несущего тела 12 пространство. На внутренней стороне 14 поток отходящего газа окружен внутренней стенкой 16, то есть внутренняя сторона 14 выполнена в виде внутренней направляющей отходящего газа. Кроме того, предусмотрен выпуск 26 для отходящего газа, через который отходящий газ отводится от внутренней стороны 14 теплообменника 10, после того как он отдал бόльшую часть своего количества тепла среде-теплоносителю через внутреннюю стенку 16. В этом примере в качестве среды-теплоносителя применяется смесь из 50% воды и 50% гликоля. Нагретая среда-теплоноситель через выпуск для среды-теплоносителя может подаваться в не показанный наружный контур отопления и через впуск для среды-теплоносителя 24, циркулируя, снова поступать в проточное пространство 20, чтобы снова нагреваться.

На фиг.2 схематично показан соответствующий виду фиг.1 вид другого теплообменника 100, который по существу отличается от показанного на фиг.1 теплообменника 100 наличием наружной направляющей 102 отходящего газа на наружной стороне 15. Для упрощения в дальнейшем для одинаковых или похожих признаков применяются одинаковые ссылочные позиции. Наружная направляющая 102 отходящего газа имеет впуск 105 для отходящего газа, который через схематично изображенный трубопровод 104 отходящего газа соединен с выпуском 26 для отходящего газа, так что отходящий газ из направляющей отходящего газа на внутренней стороне 14 может попадать через выпуск 26 для отходящего газа, трубопровод 104 отходящего газа и впуск 105 для отходящего газа во внешнюю направляющую 102 отходящего газа. Наружная направляющая 102 имеет оболочку 106, которая расположена таким образом, что между наружной стенкой 18 и оболочкой 106 образовано проточное пространство 108 для отходящего газа. В этом примере отходящий газ течет по внутренней стороне 14 в теплопроводящем контакте с внутренней стенкой 16 и отдает тепло среде-теплоносителю в проточном пространстве 20. Затем уже охлажденный отходящий газ направляется к наружной направляющей 102 отходящего газа и обтекает проточное пространство 20 снаружи. Через изготовленную из теплопроводящего материала наружную стенку 18, которая, например, может быть снабжена не показанными направляющими ребрами, соответственно, ребрами теплообмена, отходящий газ находится при этом в теплопроводящем контакте со средой-теплоносителем в проточном пространстве 20 и продолжает отдавать тепло среде-теплоносителю. Оболочка 106 проходит в продольном направлении вокруг несущего тела 12 не полностью. Благодаря этому на несущем теле могут быть, например, установлены сенсоры для контроля температуры среды-теплоносителя или подводящих трубопроводов воздуха для сжигания или, соответственно, топлива, без необходимости проведения проводов через оболочку 106. Впрочем, в этом примере оболочка 106 радиально полностью охватывает несущее тело 12, чтобы обеспечивать наиболее высокий возможный коэффициент полезного действия.

На фиг.3 схематично показан вид теплообменника 100 снизу, где видны ребра 110, расположенные в проточном пространстве 108 для отходящего газа, которые желательным образом направляют поток отходящего газа в наружной направляющей 102 отходящего газа, чтобы добиться как можно более высокого теплообмена со средой-теплоносителем через наружную стенку 18. Для этого в этом примере поток отходящего газа по существу направляется по соответственно последовательно расположенным параллельным путям каждый раз в противоположном направлении. Кроме того, показан наружный выпуск 112 для отходящего газа, через который охлажденный отходящий газ может выходить из наружной направляющей отходящего газа. Видно, что оболочка 106 не полностью покрывает наружную стенку 18 в продольном направлении. Между впуском 105 для отходящего газа и наружным выпуском 112 для отходящего газа может быть предусмотрено любое количество ребер 110, которое зависит от желательных условий течения. Выпуск 26 для отходящего газа не обязательно должен быть расположен на несущем теле 12, он может быть, например, также предусмотрен в несущем кольце 22, как это обозначено на фиг.3 без изображения несущего кольца.

На фиг.4 показан другой схематичный вид теплообменника 100 сверху, который может представлять собой теплообменник 100, показанный на фиг.3. На этом виде изображены некоторые дополнительные элементы, расположенные на несущем теле 12 снаружи. В частности, показано несущее кольцо 22, на котором предусмотрены впуск 24 для среды-теплоносителя и выпуск 25 для среды-теплоносителя. Также на фиг.4 показана наружная область наружной стенки 18, которая не покрыта оболочкой 106 или несущим кольцом 22 и в которой отходящий газ течет только на внутренней стороне 14. Кроме того, видна область, соответствующая проточному пространству 108 для отходящего газа. В этой области отходящий газ течет как по наружной стороне несущего тела 12, а именно в проточном пространстве 108 для отходящего газа, так и по внутренней стороне 14, и при этом находится в теплопроводящем контакте со средой-теплоносителем в расположенном между ними проточном пространстве 20 для среды-теплоносителя. На этом виде внутренняя сторона 14 и проточное пространство 20, впрочем, не видны. По части оболочки 106 и части не охваченной оболочкой 106 наружной стенки 18 проходит продолжение 114. Альтернативно оболочка 106 может быть также расположена таким образом, чтобы она проходила не под продолжением 114, а вокруг него. На продолжении 114 могут быть, например, предусмотрены сенсоры, подключения для электрических или электронных компонентов или подключения для воздуха для сжигания или, соответственно, топлива для эксплуатации горелки.

На фиг.5 схематично показан вид сечения теплообменника 100, снабженного горелкой 120. Горелка 120 может быть надлежащим образом закреплена на теплообменнике 100, например, путем привертывания. Грелка 120 имеет выступающую во внутреннее пространство несущего тела 12 огневую трубу 122. На этом виде несущее тело 12, соответственно, проточное пространство для среды-теплоносителя отмечено поперечными линиями. Огневая труба 122 может образовывать окружную стенку вокруг пламени, создаваемого горелкой 120. Может быть также предусмотрено, чтобы огневая труба 122 для улучшения свойств течения была снабжена отверстиями. На своем выступающем в несущее тело 12 конце огневая труба 122 открыта. При эксплуатации горелка 120 создает внутри огневой трубы 122 пламя, которое, в зависимости от регулировки, может несколько выступать за огневую трубу наружу. Создаваемые горелкой 120 отходящие газы вытекают из огневой трубы 122 и могут течь между внутренней стенкой несущего тела 12 и наружной стенкой огневой трубы 122 к выпуску 26. На фиг.5 возможные направления течения отходящего газа обозначены стрелками. Таким образом, в этом примере внутренняя направляющая отходящего газа выполнена между огневой трубой 122 и несущим телом 12, соответственно, внутренней стенкой 16 несущего тела 12. Может быть предусмотрено, чтобы горелка 120 была расположена или отрегулирована таким образом, чтобы ее пламя не попадало непосредственно на внутреннюю стенку 16 несущего тела 12. Благодаря этому может предотвращаться чрезмерный точечный нагрев материала несущего тела и среды-теплоносителя. На фиг.5 видно, что оболочка 106 снабжена крышкой 124. В этом варианте крышка газонепроницаемо надета на цилиндрический кожух 126, окружающий несущее тело 12. Для этого в кожухе 126 имеется зажимной приемный элемент 128, на который надет внутренний периметр крышки 124. Кроме того, крышка закреплена на несущем теле 12 посредством винтового соединения 130. От винтового соединения 130 показан один винт, который находится в соответствующем приемном элементе несущего тела 12. В крышке 124 предусмотрен соответствующий канал для винта. Целесообразным образом крышка 124 посредством нескольких аналогично расположенных винтов, например, посредством трех винтов, закреплена на несущем теле 12. В дне 132 крышки 124 расположен шумоподавляющий материал 134. Шумоподавляющий материал 134 зафиксирован на дне посредством перфорированной накладки 136 во избежание сноса материала протекающим отходящим газом. В крышке 124 предусмотрены также направляющие ребра 138 крышки, из которых обозначены четыре. Могут быть также предусмотрены более четырех направляющих ребер 138 крышки. Направляющие ребра 138 крышки расположены с внутренней стороны крышки 124, так что они выступают в проточное пространство 108 для отходящего газа наружной направляющей отходящего газа. Целесообразно, если на несущем теле 12 выполнены также направляющие ребра, которые выступают в проточное пространство 108 для отходящего газа. Выпуск 26 для отходящего газа и впуск 105 для отходящего газа соединены трубопроводом отходящего газа, который в этом примере выполнен в виде трубного соединения 140. Трубное соединение 140 проходит вне оболочки 106. Оно включает в себя два колена, которые вместе поворачивают направление течения отходящего газа, вытекающего из выпуска 26 для отходящего газа, в обратную сторону, так что отходящий газ течет в противоположном направлении во впуск 105 для отходящего газа наружной направляющей отходящего газа. При этом трубное соединение 140 предпочтительно рассчитано таким образом, чтобы получалось мягкое направление потока без кромок, на которых могут образовываться и/или отрываться завихрения. В частности, трубное соединение 140 выполнено по существу u-образно.

На фиг.6 показан вид поперечного сечения трубного соединения 140, которое, например, может применяться в системе, показанной на фиг.6. Трубное соединение 140 включает в себя первую половину 142 трубы и вторую половину 144 трубы. У первой половины 142 трубы имеются первые соединительные фланцы 146, 147, в то время как у второй половины 144 трубы имеются вторые соединительные фланцы 148, 149. Посредством соединительных фланцев 146, 147, 148, 149 половины 142, 144 трубы газонепроницаемо соединены друг с другом, например, путем привертывания, клепки, сварки и/или склеивания. В первой половине 142 трубы расположена первая направляющая перегородка 150, которая проходит посередине в пределах внутреннего радиуса трубы первой половины 142 трубы. Целесообразным образом направляющая перегородка 150 проходит от выпуска 26 до впуска 105. Во второй половине 144 трубы аналогичным образом предусмотрена вторая направляющая перегородка 152, которая расположена внутри трубного соединения 140 напротив первой направляющей перегородки 150. Направляющие перегородки 150, 152 могут соприкасаться в центре, или, как показано, находиться на некотором расстоянии друг от друга. Благодаря применению газонепроницаемо соединенных друг с другом половин труб (полутруб) трубное соединение 140 может легко рассчитываться таким образом, чтобы оно обеспечивало возможность желательного действия потока. Впрочем, возможно также изготовление трубного соединения из окружного (в виде замкнутого круга) трубного элемента или нескольких трубных элементов, расположенных последовательно в направлении течения. Трубное соединение 160 этого примера соответственно насажено на выпускной штуцер выпуска 26 и впускной штуцер впуска 105 и зафиксировано зажимным соединением. Возможны также другие надлежащие виды этого соединения.

На фиг.7 показан вид поперечного сечения теплообменника 100, на котором видны расположенные на несущем теле 12 направляющие ребра 160. Направляющие ребра выполнены на несущем теле 12. Они выполнены для того, чтобы обеспечивать желательное обтекание несущего тела 12 текущими во впуск 105 отходящими газами. Для этого направляющими ребрами 160 создается поле течения вокруг несущего тела 12. Направляющие ребра 160 в продольном направлении и/или в направлении, в котором они направляют поток отходящего газа, могут проходить прямо или по меньшей мере частично изогнуто, чтобы создавать желаемый поток с надлежащим перепадом давления. Через выпуск 112 для отходящего газа отходящий газ, после обтекания им несущего тела 12, может вытекать из теплообменника 100. Посредством направляющих ребер 160 отходящий газ распределяется в проточном пространстве 108 для отходящего газа желательным образом. Между впуском 105 и выпуском 112 может быть предусмотрена преграда 162 для потока, которая препятствует тому, чтобы отходящий газ тек непосредственно от впуска 105 к выпуску 112, не отдавая тепло несущему телу 12, соответственно, находящейся в нем среде. На фиг.7 видны, кроме того, три приемных элемента 164, которые служат для приема винтов винтового соединения 130. Через эти приемные элементы 164 оболочка 106, соответственно, крышка 124 оболочки может быть закреплена на несущем теле 12. Показанное на фиг.7 несущее тело предназначено для применения во всех описанных выше системах. Возможно, чтобы также на внутренней стороне оболочки были расположены направляющие ребра, чтобы вместе с направляющими ребрами 160 несущего тела 12 создавать желательное поле течения.

Признаки изобретения, раскрытые в приведенном выше описании, на чертежах, а также в пунктах формулы изобретения, как по отдельности, так и в любой комбинации могут быть существенными для осуществления изобретения.

Список ссылочных позиций

10 Теплообменник

12 Несущее тело

14 Внутренняя сторона

15 Наружная сторона

16 Внутренняя стенка

18 Наружная стенка

20 Проточное пространство

22 Несущее кольцо

24 Впуск для среды-теплоносителя

25 Выпуск для среды-теплоносителя

26 Выпуск для отходящего газа

100 Теплообменник

102 Наружная направляющая отходящего газа

104 Трубопровод отходящего газа

105 Впуск для отходящего газа

106 Оболочка

108 Проточное пространство для отходящего газа

110 Ребра

112 Выпуск для отходящего газа

114 Продолжение

120 Горелка

122 Огневая труба

124 Крышка

126 Кожух

128 Зажимной приемный элемент

130 Винтовое соединение

132 Дно

134 Шумоподавляющий материал

136 Перфорированная накладка

138 Направляющее ребро крышки

140 Трубное соединение

142 Первая половина трубы

144 Вторая половина трубы

146 Первый соединительный фланец

147 Первый соединительный фланец

148 Второй соединительный фланец

149 Второй соединительный фланец

150 Первая направляющая перегородка

152 Вторая направляющая перегородка

Изобретение относится к теплообменникам для мобильного отопительного устройства и автомобилям, снабженным такими отопительными устройствами. Теплообменник (100) для мобильного отопительного устройства, которое снабжено горелкой, включает несущее тело (12) с внутренней стороной (14) и наружной стороной (15). Внутренняя сторона (14) несущего тела (12) выполнена в виде внутренней направляющей отходящего газа для направления отходящего газа горелки. Между внутренней стороной (14) и наружной стороной (15) несущего тела (12) расположена направляющая, которая выполнена для того, чтобы направлять среду-теплоноситель. Среда-теплоноситель через внутреннюю сторону (14) находится в теплопроводящем контакте с отходящим газом во внутренней направляющей отходящего газа. На наружной стороне (15) несущего тела (12) предусмотрена наружная направляющая (102) отходящего газа для направления отходящего газа горелки. Среда-теплоноситель через наружную сторону (15) несущего тела (12), которое выполнено чашеобразным, находится в теплопроводящем контакте с отходящим газом, текущим в наружной направляющей (102) отходящего газа. Достигаются повышение КПД теплообменника и компактность конструкции. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Теплообменник (100) для мобильного отопительного устройства, которое имеет горелку, включающий в себя
- несущее тело (12) с внутренней стороной (14) и наружной стороной (15), при этом внутренняя сторона (14) выполнена в виде внутренней направляющей отработавшего газа для направления отработавшего газа горелки, и
- расположенную между внутренней стороной (14) и наружной стороной (15) несущего тела (12) направляющую, которая выполнена для того, чтобы направлять среду-теплоноситель,
- причем эта среда-теплоноситель через внутреннюю сторону (14) несущего тела (12) находится в теплопроводящем контакте с отработавшим газом, текущим во внутренней направляющей отработавшего газа,
- причем на наружной стороне (15) несущего тела (12) предусмотрена наружная направляющая (102) отработавшего газа для направления отработавшего газа горелки, и
- причем среда-теплоноситель через наружную сторону (15) несущего тела (12) находится в теплопроводящем контакте с отработавшим газом, текущим в наружной направляющей (102) отработавшего газа,
- причем несущее тело (12) выполнено чашеобразным,
- причем среда-теплоноситель через внутреннюю сторону (14) несущего тела (12) находится в теплопроводящем контакте с отработавшим газом, текущим в направляющей отработавшего газа в дне чашеобразного несущего тела (12), и
- причем среда-теплоноситель через наружную сторону (15) несущего тела (12) находится в теплопроводящем контакте с отработавшим газом, текущим во внешней направляющей (10) отработавшего газа в дне чашеобразного несущего тела (12).

2. Теплообменник по п.1, причем теплообменник (100) включает в себя трубопровод (104) отходящего газа, соединяющий внутреннюю направляющую отходящего газа и наружную направляющую (102) отработавшего газа.

3. Теплообменник по п.2, причем теплообменник (100) устроен таким образом, что отходящий газ течет через внутреннюю направляющую отходящего газа, прежде чем он потечет через наружную направляющую (102) отходящего газа.

4. Теплообменник по одному из пп.1-3, причем в наружной направляющей (102) отходящего газа предусмотрено устройство шумоглушения.

5. Теплообменник по п.4, причем устройство шумоглушения включает в себя шумопоглощающий материал.

6. Теплообменник по п.4, причем устройство шумоглушения предусмотрено на поверхности дна наружной направляющей отходящего газа, в частности на дне крышки оболочки.

7. Теплообменник по п.5, причем устройство шумоглушения предусмотрено на поверхности дна наружной направляющей отходящего газа, в частности на дне крышки оболочки.

8. Теплообменник по одному из пп.1-3, причем в наружной направляющей (102) отходящего газа предусмотрены направляющие ребра (110) для направления отходящего газа.

9. Теплообменник по п.4, причем в наружной направляющей (102) отходящего газа предусмотрены направляющие ребра (110) для направления отходящего газа.

10. Теплообменник по п.5, причем в наружной направляющей (102) отходящего газа предусмотрены направляющие ребра (110) для направления отходящего газа.

11. Теплообменник по п.6, причем в наружной направляющей (102) отходящего газа предусмотрены направляющие ребра (110) для направления отходящего газа.

12. Теплообменник по п.7, причем в наружной направляющей (102) отходящего газа предусмотрены направляющие ребра (110) для направления отходящего газа.

13. Теплообменник по п.2, причем трубопровод (104) отходящего газа выполнен в виде трубного соединения (140), по меньшей мере частично проходящего вне несущего тела.

14. Мобильное отопительное устройство, снабженное горелкой и теплообменником (100) по п.1.

15. Автомобиль, снабженный отопительным устройством по п.14.