Устройство для подогрева текучей среды, теплообменник и нагреватель дизельного топлива (его варианты)

 

Использование: устройства подогрева дизельного топлива. Сущность изобретения: устройство для подогрева текучей среды содержит теплообменник 1 с внутренней камерой 5, сообщенной с входным и выходным каналами, плоское нагревательное устройство , установленное на внешней поверхности теплообменника 1, Нагревательное устройство соединено с блоком питания и цепью управления. В о внутренней камере установлена пористая вставка 11, выполненная из нетеплопроводных волокон и ребра. В пористой вставке 11 может быть установлен элемент 12 из непористого материала, Топливо, протекающее через пористую вставку 11, турбулизируется, повышая эффективность теплопередачи от стенок теплообменника. 5 с. п. ф-лы, 13з.п.ф-лы, 10 ил. 1Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 02 M 31/125

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (Л (с (21) 4613598/06 (86) РСТ/US 87/02129 (21,08.87) (22) 21.02.89 (46) 30.03.93. Бюл. М 12 (31) 899010 (32) 22.08,86 (33) US (75) Роберт Джозеф Уолти (US) (56) 1. Заявка EP М 0061848, кл, F 02 M 31/12, опубл. 1982.

2. Заявка EP ЬЬ 01О560, кл. F 02 М 31/12, опубл. 1984.

3. Заявка Великобритании М 2076056, кл, F 02 M 31! 12, опубл. 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДОГРЕВА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, ТЕПЛООБМЕННИК И НАГРЕВАТЕЛЬ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА (ЕГО

ВАРИАНТЫ) „„SU„, 1806288 АЗ (57) Использование: устройства подогрева дизельного топлива. Сущность изобретения: устройство для подогрева текучей среды содержит теплообменник 1 с внутренней камерой 5, сообщенной с входным и выходным каналами, плоское нагревательное устройство, установленное на внешней поверхности теплообменника 1, Нагревательное устройство соединено с блоком питания и цепью управления. В о внутренней камере установлена пористая вставка 11, выполненная из нетеплопроводных волокон и ребра. В пористой вставке 11 может быть установлен элемент 12 из непористого материала, Топливо, протекающее через пористую вставку 11, турбулизируется, повышая эффективность теплопередачи от стенок теплообмен ника. 5 с.и. ф-ли, 13 з.и. ф-llbl, 10 ил.

1806288

Изобретение относится к устройствам менты 9 могут быть размещены на разных подогрева дизельного топлива. сторонах корпуса 2. Волокна пористой

Целью изобретения является увеличе- вставки 11 занимают не более 15 объема ние эффективности устройства для подогре- внутренней камеры 5. Плоские нагревательва текучей среды путем повышения 5 ные элементы 9 могут быть выполнены из интенсивности теплообмена, путем интен- проволоки, уложенной, по меньшей мере в сификации теплопередачи, 2 ряда. Устройство может быть снабжено

Целью изобретения для нагревателя дизе- элементом 12 из непористого материала, усльного топлива, выполненного по первому ва- тановленного в объеме пористой вставки 11. рианту, является, увеличение надежности "0 Блок питания устройства для подогрева тепутем более эффективного управления на- кучей среды снабжен связанной с цепью гревательными элементами. управления 10 цепью защиты от перегрева

Целью изобретения для.нагревателя ди- и датчиком температуры 13, электрически зельного топлива, выполненного по второ- включенным в цепь защиты и установленму варианту. является увеличение "5 ным на внешней поверхности корпуса 2. эффективности путем интенсификации теп- Датчик температуры 13 может быть выполлообмена и улучшения защиты от перегрева. нен в виде терморезистора с положительЦелью изобретениядля нагревателя ди- .ным температурным коэффициентом, зельного топлива, выполненного по третье- . например, из титана бария, Цепь управлему варианту, является повышение 20 ния 10 бока питания имеет, по меньшей эффективности путем улучшения защиты от мере, один металл - оксидный силовой транперегрева и интенсификации теплообмена зистор 14, последовательно включенный за счет увеличения турбулизации потока между дачтиком температуры 13 и нагреватоплива, тельным устройством 7 и 8. Цепь защиты

На фиг.1 показан общий вид устройства 25 блока питания выполнена в видедвух паралдля подогрева текучей среды; на фиг.2 — лельно включенных относительно источниустройство для подогрева текучей среды. ка опорного напряжения компараторов15и вид сбоку; на фиг,3 — сечение А-А на фиг,1; 16, триггера, каждый вход которого подклюна фиг.4 — установка пористой вставки и чен к выходу одного из компараторов 15 и элемента из непористого материала во 30 16, усилителя 17, вход которого связан с внутренней камере; на фиг.5 — теплообмен- выходом триггера, а выход — с силовым транник с дисковым корпусом; на фиг.6 —. сече- зистором 14 цепи управления, причем вход ние Б-Б на фиг.5; на фиг.7 — установка одногоизкомпараторов15подключенкдаттеплообменника с дисковым корпусом в чику температуры 13, выполненному в виде топливном фильтре; на фиг.8 — схема цепи 35 терморезистора, а другого — к силовому управления; на фиг,9- принципиальная схе- транзистору 14. ма топливной системы с элементами цепи Устройство для подогрева текучей среуправления; на фиг.10 — вариант установки ды может быть установлено на входе 18 в теплообменника в топливном фильтре. топли вн ый фил ьтр 19.

Устройство для подогрева текучей срв- 40 Пористая вставка 11 может быть выполды содержит теплообменник 1, выполнен- нена из ячеистого вспененного полиуретаный в виде полого корпуса 2 из . на, а элемент 12 может быть выполнен из теплопроводного материала с входным 3 и, непористого вспененного акрила. выходным 4 каналами, внутреннюю камеру Установка пористой вставки 11 из вспе5, сообщенную с входным 3 и выходным 4 45 ненного полиуретана способствует создаканалами,теплопроводныеребра6, выпол- нию турбулентности и перемешиванию ненные во внутренней камере 5, плоские .жидкости, протекающей через теплообменнагревательные устройства 7 и 8, установ- ник, что, в свою очередь, увеличивает эфленные на внешней flOBGpxHOGTM корпуса и фективность теплообмена, имеющие, по меньшей мере, один плоский 50 Установка элемента 12 из непористого нагревательный элемент 9, управляемый вспененного акрила, уменьшает площадь блок питания с выключателем и цепью уп- поперечного сечения потока жидкости, что равления 10, связанной с нагревательным приводит к увеличению скорости потока и элементом 9, пористую вставку 11 из нетеп- улучшает турбулентность потока жидкости. лопроводных волокон, установленную во 55 Теплообменник для подогрева текучей внутренней камере 5. Часть волокон пори- среды может быть выполнен в виде корпуса, стой вставки 11 расположена с возможно- образованного, по меньшей мере, двумя дистью контакта с внутренней поверхностью сками 20, один из которых выполнен из тепвнутренней камеры 5 и теплопроводными, лопроводного материала, канал подвода ребрами 6. Плоские нагревательные эле- топлива выполнен в виде впускных отвер1806288

55 стий 21 в последнем, плоский нагревательный элемент 9 размещен на поверхности корпуса со стороны впускных отверстий 21, На втором диске 20 выполнены выпускные отверстия 22. Нагревательный элемент 9 содержит накаливаемую проволоку 23, которая электрически соединена через клеммы

24 с источником питания и электронной схемой, Во внутренней камере 5 установлена пористая вставка 11, внутри которой может быть установлен элемент 12 из непористого материала.

В дисках 20 может быть выполнено центральное отверстие 25 для монтажного элемектэ, позволяющего монтировать теплообменник на топливном фильтре 19, Внутренняя камера 5 может быть снабжена ребрами.

Нагреватель. дизельного топлива, выполненный по первому варианту на базе устройства для подогрева текучей среды, содержит теплообменник 1, выполненный в виде полого корпуса 2 из теплопроводного материала с входным 3 и выходным 4 каналами, внутреннюю камеру 5, сообщенную с входным 3 и выходным 4 каналами, и ребер

6, размещенных во внутренней камере 5, по меньшей мере, на части ее внутренней поверхности, плоский нагревательный элемент 9, датчик температуры 13, выполненный в виде терморезистора с положительным температурным коэффициентом, устаковленного на внешней поверхности корпуса 2, блок питания с цепью управления 10, цепью нагрева, включающей, по меньшей мере, один силовой металл - оксидный силовой транзистор 14, два компаратора 15 и 16, усилитель 17. Датчик температуры t3 включен в цепь управления, а нагревательный элемент 9 — в цепь нагрева. Нагреватель снабжен цепью защиты с управляющим триггером, усилитель 17 выполнен в виде выходного усилителя и соединен с выходом соответствующего компаратора 15,16.

Датчик температуры 13 подключен выходом к входу одного из компараторов 15, э вход другого компаратора 16 подключен к силовому транзистору 14, установочные входы каждого из компараторов 15 и 16 связаны с источником опорного напряжения.

Нагреватель дизельного топлива, выполненный по второму варианту на базе устройства для подогрева текучей среды, содержит теплообменник 1, выполненный в виде полого корпуса 2 из теплопроводкого материала с входным 3 и выходным 4 каналами и внутренней камерой 5, сообщенной с входным 3 и выходным 4 каналами. ребер

6, размещенных во внутренней камере 5, плоский нагревательный элемент 9, размещенный на внешней поверхности корпуса 2, пористую вставку 11, размещенную во всем объеме внутренней камеры 5 и выполненную из нетеплопроводных волокон, по меньшей мере, часть из которых расположена с воэможностью контакта с внутренней поверхностью внутренней камеры 5 и ребрами 6, Элемент 12 из непористого материала установлен в объеме пористой вставки 11. Нагреватель содержит блок питания с цепью управления 10, выход которого связан с нагревательным элементом 9, Датчик температуры 13 размещен на внешней поверхности корпуса и включен в цепь управления блока питания. Цепь защиты нагревателя от перегрева электрически связана с цепью управления 10.

Нагреватель дизельного топлива, выполненный по третьему варианту на базе устройства для подогрева текучей среды, содержит теплообменник 1, выполненный в виде полого корпуса 2 из теплопроводного материала с входным 3 и выходным 4 какалами и внутрекней камерой 5, сообщенной с входным 3 и выходным 4 каналами, по меньшей мере, один плоский нагревательный элемент 9, размещенный на внешней поверхности корпуса 2, датчик температуры

13, включенный в цепь управления 10. Нагревательный элемент 9 включен в цепь нагрева, Во внутренней камере 5 установлена пористая вставка 11 из нетеплопроводных волокон, по меньшей мере с частичным перекрытием потока топлива. Элемент 12 из непористого материала установлен в объеме пористой вставки 11. Нагреватель снабжен цепью защиты от перегрева, электрически связанной с цепью управления 10 блока питания..

Нагреватель дизельного топлива по всем вариантам содержит клеммы 26,27,28 и перемычки 20,30,31 соединяющие нагревательные элементы 9 с цепью управления

10.

Устройство для подогрева текучей среды, выполненное в виде нагревателя дизельного топлива, работает следующий образом.

При подаче топлива через впускной канал 3 во внутреннюю камеру 5 теплообменника 1 топливо нагревается от плоских нагревательных элементов 9, размещенных на внешней поверхности корпуса 2, далее топливо удаляется через выходной канал 4, например, в топливный фильтр 19. Во внутренней камере 5 может. быть установлена пористая вставка 11 и элемент 12 из непористого материала. Топливо, проходя через пористую вставку 11, турбулизуется, что по1806288

30

55 вышает эффективность теплопередачи. Наличие ребер 6 во внутренней камере 5 позволяет еще более повысить эффективность теплопередачи от нагрвательных элементов к топливу. Элемент 12 из непористого материала уменьшает площадь поперечного сечения для протока топлива, что увеличивает

его скорость и улучшает создание турбулентности топлива. Мощность, поступающая к нагревательному устройству 9, регулируется цепью управления 10.

Те.1пература корпуса 2 измеряется датчиком температуры 13, который может быть выполнен в виде термореэисторов с положительным температурным коэффициентом из титана бария, Датчик температуры находится в тепловом контакте с корпусом 2 и регулирует ток, протекающий через металлоксидные силовые транзисторы 14, Цепь управления 10 допускает аналоговое регулирование мощности при большом токе и малом сопротивлении и при малом токе и большом сопротивлении.

На фиг.8 показана цепь управления 10, где предпочтительны следующие соотношения значений сопротивлений (R )

10R> — (R2+ Вз+ R4), при низких темпе. ратурах 2 =.Rg = R4, 5 = 6 = R 7

- 2 + R3 + R4

R5+ R6+ йт

Путем выбора значений. сопротивлений

Рз,R4, задаются напряжения срабатывания компараторов 15 и 16.

Когда мощность, вырабатываемая в силовом транзисторе 14, становится предельно допустимой, происходит изменение управляющего триггера; включающего усилитель 17. При этом происходит увеличение падения напряжения насопротивлении R1, при котором общий ток (46) уменьшается до безопасного уровня. При снижении температуры компаратор 16 установит триггер, отключая выходной усилитель и возвращая напряжение (U<) на полностью включенный уровень, соответствующий току, проходящему через сопротивление R з. Данная схема может управлять более чем одним транзистором, даже если нагрузочное сопротивление Rt для каждого транзистора различное.

Цепь управления включается напряжением, подаваемым на клемму 26 от переключателя управляемого водителем транспортного средства или бортового компьютера. Клемма 27 соединена с положительной клеммой источника питания автомобиля (U»), а клемма 28 соединена с заземлением (Оч)

Клеммы 27 и 28 передают все напряжение в нагревательную систему. Напряжение подается к одному нагревательному элементу 9 через перемычки 29 и 30 от клеммы

27 и 28, Напряжение (0д) поступает к силовым транзисторам 14 через перемычку 31.

При протекании топлива через теплообменник 1 отводится тепло. В зависимости от рабочего состояния теплообменника 1 (см, фиг.9) силовые транзисторы 14 и (или) нагревательные элементы 9 вырабатывают тепло, которое передается топливу через термиче ские сопротивления, представляющие сумму промежуточных термических сопротивлений плюс тепловое сопротивление корпуса теплообменника 1. Эти термические сопротивления обозначены Т к1. Та2 и Таз на фиг.9, соответственно для теплового сопротивления между внутренней повео хностью корпуса теплообменника 1, силового транзистора 14, нагревательных элементов 9 и датчика температуры l3. Эти термические сопротивления связаны с топливом, проходящим по теплообменнику 1 через термическое сопротивление TR:,.

Для хорошей работы необходимо придерживаться следующего со".:т но ш е : и

TR1 = TR2 = ТЙЗ < ТК4.

Управление обеспечивается вследствие изменения теплового потока через термиче ское сопротивление Тя4 из-за изменени.-; скорости. потока топлива, что повлечет з. собой изменение корпуса теплообменник -.;.

1 и силовых транзисторов 14, пока датчик температуры 13 не заставит цепь управления 10 уменьшить мощность без непосредственного изменения температуры топлива, Формула изобретения

1. Устройство для подогрева текучей среды, преимущественно топлива в двигателях внутреннего сгорания, содержащее теплообменник в виде полого корпуса из теплопроводного материала с входным и выходйым каналами, расположенными на противоположных сторонах корпуса, внутренней камеры, размещенной в полости корпуса и сообщенной с входным и выходным каналами, и теплопроводных ребер, размещенных с одинаковым шагом во внутренней камере с образованием теплопроводного контакта с внутренней поверхностью последней, а также плоское нагревательное устройство, установленное на внешней поверхности корпуса и имеющее по меньшей мере один плоский нагревательный эгемент упранлясмый блок питания с выключателем и цепью упрявле1806288 объеме вставки

45

55 ния, связанной с нагревательным элементом, и пористую вставку, размещенную, с по меньшей мере частичным, перекрытием протока топлива, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения эффективности путем повышения интенсивности теплообмена, пористая вставка установлена во внутренней камере и выполнена из нетеплопроводных волокон, по меньшей мере часть которых расположена с возможностью контакта с внутренней поверхностью внутренней камеры и теплопроводными ребрами.

2, Устройство по п,1, отл ича ю щеес я тем, что плоские нагревательные элементы нагревательного устройства размещены на разных сторонах корпуса, 3. Устройство по п,1 или 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что волокна пористой вставки занимают не более 157; объема внутренней камеры.

4. Устройство по п.1 или 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что нагревательные элементы выполнены из проволоки, уложенной по меньшей мере в два ряда.

5. Устройство по п.1 или 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что оно снабжено элементом из непористого материала, установленным в объеме пористой вставки.

6, Устройство по п,4, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок питания снабжен связанной с цепью управления цепью защиты от перегрева и датчиком температуры, электрически включенным в цепь защиты и установленным на внешней поверхности корпуса.

7. Устройство по п.6, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что датчик температуры выполнен в виде термореэисторов с положительным температурным коэффициентом.

8. Устройство по п.7, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что терморезистор выполнен из титаната бария.

9. Устройство по п.6, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что цепь управления блока питания имеет по меньшей мере один металлоксидный силовой транзистор, последовательно включенный между датчиком температуры и нагревательным устройством.

10. Устройство по п.6, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что цепь защиты блока питания выполнена в виде двух параллельно включенных относительно источника опорного напряжения компараторов, триггера, каждый вход которого подключен к выходу одного из компараторов, усилителя, вход которого связан с выходом триггера, а выход — с силовым транзистором цепи управления, причем вход одного из компаратора

30 подключен к терморезистору. а другого - к силовому транзистору.

11. Устройство по п,10, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что оно установлено на входе в топливный фильтр.

12. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что выключатель блока питания расположен на панели управления.

13. Теплообменник для подогрева текучей среды, содержащий полый корпус с каналами подвода и отвода текучей среды, расположенными на противоположных сторонах корпуса, внутреннюю камеру для протока текучей среды, размещенную в полости корпуса, и плоский нагревательный элемент, размещенный на поверхности корпусасо стороны канала подвода топлива, причем корпус образован по меньшей мере двумя дисками, один из которых выполнен изтеплопроводного материала, а канал подвода топлива выполнен в виде отверстий в . последнем,отл ича ю щи йся тем,что,с целью увеличения эффективности путем интенсификации теплопередачи, теплообменник снабжен пористой вставкой из нетеплопроводных волокон, размещенной во внутренней камере, причем по меньшей мере часть волокон контактирует с внутренней поверхностью корпуса, а объем волокон пористой вставки не превышает 15 объема внутренней камеры.

14. Теплообменник по п.13, о т л и ч а юшийся тем. что он снабжен элементом из непористого материала, установленным в

15. Теплообменник по п.13, о т л и ч а юшийся тем, что он снабжен ребрами, расположенными во внутренней камере и установленными на внутренней поверхности корпуса.

16. Нагреватель дизельного топлива, содержащий теплообменник в виде полого корпуса из теплопроводного материала с входным и выходным каналами, расположенными на противоположных сторонах корпуса, внутренней камеры, размещенной в полости корпуса и сообщенной с входным и выходным каналами,,а также по меньшей мере один плоский нагревательный элемент, размещенный на внешней поверхности корпуса, датчик температуры и блок питания с цепью управления, цепью нагрева, включающей по меньшей мере один силовой металлоксидный транзистор, двумя компараторами и усилителем, причем датчик температуры включен в цепь управления, а нагревательный элемент — в цепь нагрева, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью увеличения надежности путем более эффективного управления нагревательны1806288 м. -лементами, нагреватель снабжен реЬ, ами, размещенными во внутренней камере в направлении по ака топлива и выполненными изтогоже материала, чтои корпус, и цепью защиты с управляющим триггером, усилитель выполнен в виде выходного усилителя и связан своим входом с выходом управляющего триггера, а выходом — с нагревательным элементом, каждый вход управляющего трипера соединен с выходом соответствующего компаратора, датчик температуры выполнен в виде терморезистора с положительным температурным коэффициентом, установлен на внешней поверхности корпуса и подключен своим выходом к входу одного из компараторов, а вход другого компаратора подключен к силовому транзистору, причем установочные входы каждого из компараторов связаны с источником опорного напряжения, 17. Нагреватель дизельного топлива, содержащий теплообменник в виде полого корпуса из теплопроводного материала с входным и выходным каналами, расположенными на противоположных сторонах корпуса, внутренней камеры, размещенной в полости корпуса и сообщенной с входным и выходным каналами, и ребер, размещенных во внутренней камере по меньшей мере на части ее внутренней поверхности с образованием теплопроводного контакта с последней, а также по меньшей мере один плоский нагревательный элемент, размещенный на внешней поверхности корпуса, пористую встаку и блок питания с цепью управления, выход которого связан с нагревательным элементом, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности путем интенсификации теплообмена и улучшения защиты от перегрева, .нагреватель снабжен элементом из непористого материала, датчиком температуры, размещенным на внешней поверхности корпуса и включенным в цепь управления блока питания, и

45 цепью защиты нагревателя от перегрева, электрически связанной с цепью управления, ребра изготовлены из материала корпуса и ориентированы в направлении потока топлива, пористая вставка размещена во всем объеме внутренней камеры и выполнена из нетеплопроводных волокон, по меньшей мере часть которых расположена с возможностью контакта с внутренней поверхностью внутренней камеры и ребрами, а элемент из непористого материала установлен в объеме пористой вставки, 18. Нагреватель дизельного топлива, содержащий теплообменник в виде полого корпуса из теплопроводного материала с входным и выходным каналами, расположенными на противоположных сторонах корпуса, внутренней камеры, размещенной в полости корпуса и сообщенной с входным и выходным каналами, а также, по меньшей мере один плоский нагревательный элемент, размещенный на внешней поверхности корпуса, датчик температуры и блок питания с цепью нагрева и цепью управления, причем нагревательный элемент включен в цепь нагрева, а датчик температуры— в цепь управления, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения эффективности путем улучшения защиты от перегрева и интенсификации теплообмена за счет увеличения турбулизации потока топлива, нагреватель снабжен пористой вставкой из нетеплопроводных волокон, размещенной во внутренней камере с по меньшей Мере частичным перекрытием потока топлива, элементом из непористого материала, разM8LU6HHblM в объеме вставки, и цепью защиты от перегрева, электрически связанной с цепью управления блока питания, датчик температуры усгановлен на внешней поверхности корпуса, а по меньшей мере часть волокон пористой вставки расположена с возможностью контакта с внутренней поверхностью внутренней камеры.

1806288

3f

1806288 юг, 7

1806288

Оу

Фог. 8

1806288

Составитель В,Воробьев

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор С.Патрушева

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 970 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5