CZ190596A3 - Vehicle heating equipment - Google Patents

Description

Vynález se týká topného zařízení vozidla se sqalovaekomorou, kolem níž je uspořádán výměník tepla, kterým~pTeudT”’ voda jako nosič tepla, k čemuž vodní čerpadlo, uspořádané vně u výměníku tepla, čerpá výměníkem tepla vodu přitékající vratným potrubím tepelného oběhu, která výměník tepla po ohřevu opouští dopředným potrubím. Taková topná zařízení se obvykle používají jako přídavná topná zařízení v osobních a nákladních automobilech, v autobusech, avšak rovněž v kempinkových přívěsech, malých motorových člunech, stavebních strojích a letadlech.

Dosavadní stav technikv

Ve spalovací komoře se prostřednictvím palivového čerpadla, dmychadla pro spalovací vzduch a například výparníku paliva, vytváří směs vzduchu a paliva. Při spalování této směsi se tepelná energie předává z výměníku tepla, který je uspořádán kolem spalovací komory, do nosiče tepla, který je součástí tepelného oběhu.

Topná zařízení vozidel by měla být provedena jako velmi kompaktní a měla by odpovídat vysokému standardu provozní spolehlivosti.

Zvláštním problémem u známých topných zařízení vozidel je odvětrávání čerpadla přečerpávajícího v tepelném oběhu nosič tepla, například vodu. Nejen proto, aby se zabránilo nežádoucímu provoznímu hluku, nýbrž zejména proto, aby byl zaručen požadovaný výkon čerpadla, se musí v každém případě zamezit tomu, aby se uvnitř komory čerpacího dílu čerpadla, poháněného elektromotorem, shromažďoval nebo setrvával vzduch, který pochází z plnění tepelného oběhu.

Doposud bylo vodní čerpadlo u známých topných zařízení vozidel uspořádáno pod výměníkem tepla, a tudíž prakticky v nejhlubší části celého vodního oběhu. To mělo za následek to, že případné vzduchové bubliny v oblasti čerpadla automaticky stoupaly nahoru, takže ve výše položeném místě vodního oběhu nijak nerušily. Nehledě na problém vzniku vzduchových bublin v oblasti čerpadla byla vodní čerpadla doposud záměrné uspořádána pod nebo vedle výměníku tepla, aby se touto zvláštní montážní polohou zajistilo unikání vzduchových bublin.

Úkolem vynálezu je vytvořit topné zařízení vozidla výše uvedeného druhu, u něhož muže být vodní čerpadlo uspořádáno nejen vedle, nýbrž i nad výměníkem tepla, aniž by vzniklo nebezpečí shromažďování nebo setrvávání vzduchových bublin v čerpadle.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje topné zařízení vozidla se spalovací komorou, kolem níž je uspořádán výměník tepla, kterým proudí voda jako nosič tepla, k čemuž vodní čerpadlo, uspořádané vně u výměníku tepla, čerpá výměníkem tepla vodu přitékající vratným potrubím tepelného oběhu, která výměník tepla po ohřevu opouští dopředným potrubím, podle vynálezu, jehož podstatou je, že výtlačná strana čerpacího dílu vodního čerpadla je průtočně spojena spojovacím otvorem malého průřezu s dopředným potrubím.

Výraz dopředně potrubí se zde týká celého topného systému, takže dopředně potrubí přivádí vodu, právě ohřátou výměníkem tepla, do systému s jedním nebo několika ohřívacími výměníky tepla neboli topnými tělesy. Obdobně je vratné potrubí potrubím, které přivádí vodu, ochlazenou topením v topném tělese, do výměníku tepla za účelem nového ohřevu.

Vynález tudíž řeší obtok, neboli bypass, mezi výtlačnou stranou čerpadla a potrubím, kterým právě ohřátá voda opouští výměník tepla. V tomto dopředném potrubí panuje oproti komoře čerpadla poněkud menší tlak. Mezi komorou čerpadla a připojovacím místem malého spojovacího otvoru v dopředném potrubí má totiž voda při průchodu výměníkem tepla a částí dopředného potrubí například spirálovitou dráhu.

Na základě zmíněného tlakového rozdílu se případné vzduchové bubliny vznikající v oblasti čerpadla v důsledku zde panujícího tlaku vytlačují do dopředného potrubí, kterým se dostanou do místa systému vzdáleného od vodního čerpadla.

Zvlášt bezpečně funguje toto odvádění případných vzduchových bublin tehdy, když je dopředně potrubí umístěné výše než čerpací díl vodního čerpadla a spojovací otvor v montážní poloze vodního čerpadla se nachází na nejvyšším místě komory čerpacího dílu. Tímto opatřením se dosáhne toho, že i při nečinnosti vodního čerpadla se případné vzduchové bubliny shromažďují u spojovacího otvoru, nebot vzduchové bubliny nacházející s v komoře čerpadla stoupají nahoru a potom se shromažďují u spojovacího otvoru, pokud již nedospěly rovněž při nečinnosti čerpadla spojovacím otvorem do dopředného potrubí, protože spojovací otvor se nachází na nejvyšším místě komory čerpadla.

Když se spojovací otvor mezi komorou čerpadla a dopředným potrubím uspořádá v nejvyšším místě komory čerpadla, přičemž dopředně potrubí je umístěno ještě výše než spojovací otvor, je instalování vodního čerpadla nad výměníkem tepla topného zařízení vozidla možné. Jestliže je zapotřebí umístit vodní čerpadlo nejen nahoře na výměníku tepla, nýbrž je rovněž nutno umožnit uspořádání vodního čerpadla vedle výměníku tepla, dosáhne se toho podle vynálezu tím, že v montážní poloze vodního čerpadla se v nejvyšším a bočně nejvíce vzdáleném místě komory čerpacího dílu vytvoří kapsa, přičemž na opět nejvyšsím a bočně nejvíce vzdáleném místě kapsy je vytvořen spojovací otvor.

Je možno si představit, že u tohoto provedení putují vzduchové bubliny k nejvyššímu místu komory čerpadla, tedy k uvedené kapse, a odtud do spojovacího otvoru, když se vodní čerpadlo nachází nahoře na výměníku tepla. Je-li však vodní čerpadlo uspořádáno vedle výměníku tepla, přičemž potom výstupní hrdla čerpadla pro výstup vody jsou uspořádána vodorovně, pak postupují případné vzduchové bubliny rovněž spolehlivě ke spojovacímu otvoru, kterým se dostanou do dopředného potrubí.

Spojovací otvor má s výhodou průřez o velikosti v rozsahu o

0,5 až 3 mm . Jak již bylo uvedeno, jedna se u tohoto spojovacího otvoru, upraveného podle vynálezu, o obtok. Proud vody proudící tímto spojovacím otvorem představuje sám o sobě oběhovou ztrátu, protože voda ještě není ohřátá, a přesto teče do dopředného potrubí systému. Když je však plocha průřezu spojovacího otvoru, jak je uvedeno výše, velmi malá, je ztráta unikáním velmi malá, takže případné snížení účinnosti celého zařízení je zanedbatelné.

Rozumí se, že pojednávané problémy se zvlášť týkají vodních čerpadel, která se používají u topných zařízení vozidel. Do těchto vodních čerpadel se zpravidla přivádí čerpané médium uprostřed v axiálním směru a oběžným kolem čerpadla je vytlačováno ven v radiálním směru, přičemž výstup z komory čerpadla je proveden tangenciálně.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiloženého výkresu, na němž obr. 1 znázorňuje v bokorysu vodní čerpadlo uspořádané nahoře na výměníku tepla topného zařízení vozidla, který je znázorněn pouze z části, a obr. 2 řez podél čáry II-II na obr. 1.

Příklady provedení vynálezu

Na obr, 1 je znázorněna část výměníku 2 tepla topného zařízení vozidla. Další části topného zařízení vozidla znázorněny nejsou, protože pro vynález nejsou podstatnými. Odborníkovi je však známo, že k topnému zařízení vozidla patří kromě výměníku 2 tepla a v něm vytvořené spalovací komoře ještě dmychadlo spalovacího vzduchu, palivové čerpadlo, ovládací zařízení a vodní čerpadlo 6., znázorněné na obr. 1.

Vodní čerpadlo 6 je opatřeno elektromotorem 8 s neznázorněnými elektrickými přípojkami a čerpacím dílem 10, do kterého se vratným potrubím 4. oběhového systému přivádí axiálně ve směru šipky PÍ relativně chladná voda. Vodní čerpadlo 6 má obvyklé provedení, takže nemusí být podrobně objasněno. V komoře 38 čerpacího dílu 10 vodního čerpadla 6, viz obr. 2, se nachází oběžné kolo, které pro názornost bylo na obr. 2 rovněž vypuštěno, a které axiálně přiváděnou vodu vytlačuje radiálně směrem ven, takže voda vystupuje tangenciálně uspořádaným výstupním hrdlem 12.

Jak dále vyplývá z obr. 1 a obr. 2, proudí voda opouštějící čerpací díl 10 výstupním hrdlem 12., viz šipka P2 na obr. 2, trubkovou spojkou 14 a otvorem 16 do výměníku 2 tepla .

Jak je znázorněno na obr. 2 dole, je výměník 2 tepla opatřen vnějším pláštěm 20 a vnitřním pláštěm 22, mezi nimiž je vytvořen prstencový prostor 24., kterým proudí voda W. Uvnitř výměníku 2. tepla se nachází spalovací komora B. Tepelná energie vznikající spalováním směsi paliva se vzduchem ve spalovací komoře B se vede vnitřním pláštěm 22 do vody W sloužící jako nosič tepla.

Obvykle jsou uvnitř prstencového prostoru 24 vytvořena vodicí žebra, která vedou vodu spirálovitě prstencovým prostorem 24 do té doby, než ohřátá voda opustí výměník 2. tepla trubkovou spojkou 18 a je vedena do dopředného potrubí 30 topného systému, viz šipky P3 a P4 na obr. 2. Dopředně potrubí 30 vede teplou vodu do jednoho nebo několika topných výměníků tepla, neboli topných těles.

Aby se zabránilo shromažďování vzduchových bublin, v oblasti čerpacího dílu 10, které by mohly citelně ztěžovat provoz, je podle vynálezu provedeno odvětrávací zařízení, které umožňuje uspořádání vodního čerpadla 6 v libovolném místě, zejména nahoře na výměníku 2 tepla nebo bočně vedle výměníku 2 tepla.

Na obr. 1 je vodní čerpadlo 6 znázorněno ve své montážní poloze nahoře na výměníku 2 tepla. Jak z obr. 2 vyplývá, nachází se dopředně potrubí 30 v rovině řezu čerpacím dílem 10. ve vyšším místě než komora 38 čerpacího dílu 10. V pravém horním rohu čerpacího dílu 10 je ve spojovací části mezi dopředným potrubím 30 a čerpacím dílem 10 vytvořena kapsa 36.

V pravém horním konci kapsy 36 je jako spojovací otvor mezi komorou 38 a dopředným potrubím 30 vytvořena spojovací štěrbina 34.. Plocha průřezu této spojovací štěrbiny 34 činí ve

Ί • · 2 znázorněném přikladu provedeni 2 mm .

Při provozu se neznázorněné oběžné kolo v čerpacím dílu otáčí ve směru šipky P5. aby vytlačovalo vodu, přiváděnou axiálně do čerpacího dílu 10, v tangenciálním směru výstupním hrdlem 12 ve směru šipky P2 do prstencového prostoru 24 výměníku 2. tepla.

Když se v oblasti vodního čerpadla 6 tvoří vzduchové bubliny nebo jsou zde přítomny, putují zejména při nečinnosti vodního čerpadla 6 vzhůru a automaticky do kapsy 36.· Na obr. 2 je v oblasti kapsy 36 znázorněna jako příklad jedna vzduchová bublina L. Protože mezi komorou 38 a vnitřkem dopředného potrubí 30 nastává pokles tlaku, je vzduchová bublina L vtlačena do dopředného potrubí 30, kterým potom může uniknout nahoru do topného systému. Když je vodní čerpadlo 6 v nečinnosti, působí na vzduchovou bublinu L pouze vztlak, takže vzhledem k provedení, znázorněnému na obr. 2, může vzduchová bublina L uniknout do dopředného potrubí 30. Při činnosti vodního čerpadla 6 dochází k vypuzení vzduchové bubliny L z kapsy 36 spojovací štěrbinou 34 v důsledku zmíněného tlakového spádu mezi relativně vysokým tlakem Prl uvnitř kapsy 36 a relativně malým tlakem Pr2 uvnitř dopředného potrubí 30.

Vzhledem ke zvláštnímu vytvoření kapsy 36 v nejvýše položeném místě čerpacího dílu 10 a rovněž v nejvíce vpravo vně nacházejícím se místě čerpacího dílu 10., viz obr. 2, může být takto vytvořené vodní čerpadlo 6, popřípadě spojení mezi čerpacím dílem 10 a dopředným potrubím 30, uspořádáno nejen podle obr. 1 nad výměníkem 2 tepla, nýbrž i bočně vedle výměníku 2 tepla. Rovněž v této poloze vedle výměníku 2 tepla je zaručeno to, že jakékoli vzduchové bubliny se dostanou do dopředného potrubí 30 a mohou uniknout do topného systému. To bude pochopitelné, když se obr. 2 pootočí proti směru hodinových ručiček o 90’. V tomto případě se vodní čerpadlo 6 nachází na levé straně výměníku 2 tepla a spojovací štěrbina 34 se stejně jako předtím nachází v místě, které je položeno výše než ostatní části komory 38., avšak stále ještě pod dopředným potrubím 30.

Provedení, znázorněné na obr. 2, může být provedeno i opačně, to znamená, že výstupní hrdlo 12 se může nacházet i na pravé straně obr. 2, přičemž kapsa 36 a spojovací štěrbina 34 se nacházejí na obr. 2 vpravo nahoře.

Popsaná kapsa 36 může být v axiálním směru, to znamená ve směru kolmém k rovině zobrazení obr. 2, vytvořena v podstatě stejně dlouhá jako komora 38.· Výhodné však je, když je kapsa 36 v axiálním směru vytvořena jako velmi plochá, dlouhá například 0,5 až 3 mm. Potom se nachází s výhodou na axiálním konci komory 38 . který je při skloněném nebo svislém instalování topného zařízení vozidla, to jest při sklonu osy výměníku 2 tepla vůči horizontále, umístěn výše nahoře. To znamená, že na obr. 1 se jedná o pravý axiální konec komory 38, to jest o konec axiálně nejvíce vzdálený od místa přívodu paliva do spalovací komory B.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   03$ OG

   1. Topné zařízení vozidla se spalovací komorou (B)í, kolem níž je uspořádán výměník (2) tepla, kterým proudí vodá’ jako' nosič tepla, k čemuž vodní čerpadlo (6), uspořádané vně₃ výměníkem ( 2) tepla—-voatT u výměníku přitékáj ící výměník (2) (2) tepla, tepelného oběhu, která dopředným potrubím (30), že výtlačná strana cerpa vratným potrubím (4) tepla po ohřevu opouští vyznačující se tím, čerpacího dílu (10) vodního čerpadla (6) je průtočně spojena spojovacím otvorem (34, 36) malého průřezu s dopředným potrubím (30).
2. 2. Topné zařízení podle nároku 1, vyznačuj ící se t í m, že dopředně potrubí (30) je uspořádáno výše než čerpací díl (10) vodního čerpadla (6) a spojovací otvor (34, 36) se nachází v montážní poloze vodního čerpadla (6) v nejvyšším místě komory (36) čerpacího dílu (10).
3. 3. Topné zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že v montážní poloze vodního čerpadla (6) je v nejvyšším a bočně nejvíce vzdáleném vnějším místě komory (38) čerpacího dílu (10) vytvořena kapsa (36) a opět v nejvyšším a bočně nejvíce vzdáleném vnějším místě této kapsy (36) je vytvořen spojovací otvor (34).
4. 4. Topné zařízení podle jednoho z nároků 1 až 3, v y značující se tím, že spojovací otvor má nejužší _e p průřez v rozsahu do 0,5 do 3 mm .
5. 5. Topné zařízení podle jednoho z nároků 1 až 4, v y značující se tím, že vodní čerpadlo je uspořádáno mezi vratným potrubím (4) a trubkovou spojkou (12) umístěnou na výměníku tepla.