CZ20002083A3 - Topné zařízení - Google Patents

Description

Topné zařízení

Oblast techniky

Vynález se týká topného zařízení provozovaného na tekuté palivo, zejména pro automobily, s výměníkem tepla, který může být obtékán z vnější strany vzduchem nebo hydraulickým médiem, zejména vodou a v jehož vnitřním prostoru je uložen plamenec, a který má proti konci plamence, otevřeném pro spaliny dno ve tvaru kaloty a plášť obklopující plamenec s radiálním odstupem, s ode dna odlehlým, v podstatě radiálně ven vedoucím výfukem pro spaliny.

Dosavadní stav techniky

U topného zařízení tohoto druhu, známého ze spisu DE 19734814, je plamenec uspořádán excentricky k ose výměníku tepla. Proto je spalovací komora umístěná v plamenci montována k ose plamence excentricky. Excentricity jsou přitom vytvořeny tak, že spalovací komora relativně k plamenci a plamenec relativně k výměníku tepla jsou vůči výfuku spalin přesazeny. Podle toho je tedy radiální odstup mezi spalovací komorou a plamencem na jedné straně a mezi plamencem a výměníkem na straně druhé v sousední oblasti výfuku zmenšen. Nadto jsou na vnitřním obložení výměníku tepla tvarována axiální žebra, jejichž výška je dimenzována rozdílně, způsobem odpovídajícím rozdílným radiálním odstupům mezi plamencem a výměníkem.

Díky těmto opatřením se má docílit, že spaliny proudí přednostně cestou se zvětšeným průtočným průřezem, takže tepelný proud • · · · · · • · · • · · ·· • · · • · · • · · · · • · přenášený ze spalin na obložení výměníku tepla je v obvodovém směru výměníku přibližně konstantní. Zejména má být zaručeno, že tepelný proud v oblastech stěn, které se ve směru osy výměníku tepla připojují k výfuku spalin, má podobnou hodnotu jako v protilehlých oblastech stěn, takže vzájemně protilehlé oblasti mají přibližně stejné teploty.

Ze spisu DE 19613759 Al je známé to, že při centrickém uspořádání spalovací komory a plamence k ose výměníku tepla jsou na vnitřní straně výměníku v oblastech stěn, které se v podstatě axiálně připojují u výfuku spalin, upravena vnitřní příčná žebra, kdežto obvykle má vnitřní stěna výměníku tepla žebra axiálně podélná. Také tímto způsobem se má zabránit tomu, že nadměrné množství spalin proudí od výstupu z plamence nejkratší možnou cestou do výfuku.

Úkolem vynálezu je ukázat konstrukčně jednoduchou novou možnost optimalizace účinnosti výměníku tepla a dosáhnout na vnější straně výměníku obvodově stejnoměrného přestupu tepla do vzduchu, respektive do hydraulického média.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje topné zařízení provozované na tekuté palivo, zejména pro automobily, s výměníkem tepla, který může být obtékán z vnější strany vzduchem nebo hydraulickým médiem, zejména vodou a v jehož vnitřním prostoru je uložen plamenec, a který má proti konci plamence, otevřeném pro spaliny dno ve tvaru kaloty a plášť obklopující plamenec s radiálním odstupem, s ode dna odlehlým, v podstatě radiálně ven vedoucím výfukem pro spaliny, podle vynálezu, jehož podstatou je, že kalota má klenbu excentrickou k ose plamence, jejíž výška ve směru osy plamence je v oblasti protilehlé výfuku vzhledem k ose plamence zvětšená, respektive je maximální.

0 ·00

0 • 0

0

0 0

Základem vynálezu je obecná myšlenka, dosáhnout přes excentrické uspořádání výfuku pro spaliny, s ohledem na optimální účinnost výměníku tepla, žádoucího symetrického obtékání plamence v oblasti pláště výměníku tepla, pomocí přizpůsobeného nesymetrického tvaru kaloty. Výsledně má povrchová teplota výměníku v obvodovém směru přibližně konstantní hodnotu.

Přitom je výhodné, že plamenec a ostatní díly topného zařízení, zejména spalovací komora, mohou být uspořádány centricky k ose výměníku tepla a tím také centricky k dmychadlu, které vefukuje spalovací vzduch do plamence, respektive do spalovací komory.

Vynález tím nabízí výhodu, že oproti dosavadním způsobům konstrukce nejsou nutné žádné zvýšené výrobně technické náklady.

Výměník tepla vyrobený běžným způsobem jako odlitek, není kvůli výfuku spalin tak jako tak rotačně symetrický, takže další nesymetrie nevede k žádným dodatečně zvýšeným cenovým nákladům. Nadto se díky nesymetrickému tvaru kaloty také žádným způsobem nezvyšují náklady na odlévání.

Podle jedné výhodné formy provedení vynálezu jsou na vnitřní straně výměníku tepla vytvarována žebra, přednostně axiální žebra, která se táhnou uvnitř kruhového prostoru mezi plamencem a vnitřní stěnou výměníku tepla a tento kruhový prostor rozdělují do přibližně axiálních kanálů, které v oblasti výfuku spalin ústí do kruhové sběrné zóny spojené s výfukem. Pomocí těchto žeber je možno dosáhnout toho, že povrchová teplota výměníku tepla nevykazuje také v axiálním směru žádné velké teplotní rozdíly.

····

9

9

999

Výměník tepla podle vynálezu je také možné bez nebezpečí místního přehřátí rozpálit na velmi vysokou teplotu, blízkou mezní teplotě dané materiálem výměníku. Tím je možné vytvořit výměník tepla při vysokém výkonu velmi kompaktní.

Aby se zlepšil tepelný tok od výměníku tepla do vnějšího vzduchu, respektive vnějšího hydraulického média, jsou na výměníku tepla v zásadě známým způsobem tvarována vnější žebra.

Ve vhodném provedení vynálezu mají tato vnější žebra v bočním pohledu shora stejné vnější obrysy. Důsledkem toho je, že plochy žeber jsou v relativně zploštělé oblasti kaloty přivrácené k výfuku, odpovídajícím způsobem zvětšeny. Tím se tedy plochy vnějších žeber v této oblasti zvětšují, přičemž je umožněn ještě efektivní přenos tepla a tím je podpořen efekt nesymetrické kaloty.

Přehled obrázků na výkresech

Pokud jde o výhodné znaky vynálezu vzhledem k nárokům, je možno použít následující vysvětlení podle výkresu, kde je vynález blíže popsán na základě obzvlášť výhodné formy provedení.

Jediný obrázek přitom znázorňuje schématický řez topným zařízením v oblasti výměníku tepla.

Příklady provedení vynálezu

Vzduchové topné zařízení, znázorněné na výkrese má plamenec i, uvnitř kterého je vytvořena mísící a spalovací zóna, která na výkrese není patrná, do které je pomocí neznázorněného dmychadla a • 4 4444

4

444 ·· 44

4 • 444

4

4 • 4 4· rovněž neznázorněného aparátu pro vedení vzduchu, přiváděn postranním otvorem v plamenci 1., na výkrese vlevo, spalovací vzduch.

Vnitřní obložení plamence 1, respektive oblasti vnitřních stěn plamence i, jsou na levém konci podle výkresu, překryty drátěnou vlákninou, která přiváděné palivo absorbuje jako knot, přičemž palivo, odpařující se pak z drátěné vlákniny, se za přívodu spalovacího vzduchu do směsné a spalovací zóny plamence 1_ samostatně spaluje.

Palivo se přivádí vedením 2 paliva, přičemž v oblasti vyústění vedení 2 do plamence 1 je uspořádána, na výkrese neznázorněná, žhavicí svíčka, která výše uvedené palivo zapaluje.

Spaliny vznikající při spalování vystupují z, na výkrese pravého, otevřeného konce plamence 1 do výměníku 3. tepla, ve kterém se obracejí a jsou vedeny do výfukového potrubí 4, které je uspořádáno po straně na výměníku 3. tepla, na jeho, podle výkresu levém, konci.

Přitom se teplo spalin přenáší na vnitřní stěnu a vnitřní žebra 5. výměníku 3. tepla. Tato vnitřní žebra 5. jsou na znázorněném příkladu uspořádána na výměníku 3. tepla axiálně.

Výměník 3. tepla je z vnější strany obtékán vzduchem, který fouká od zvláštního, nezobrazeného, dmychadla přes kryt 6, který tvoří s odstupem plášť výměníku 3. a vnější žebrování 7 výměníku 1 a z výstupu krytu 6 je veden do vytápěného vnitřního prostoru vozidla nebo podobně.

Žebrování 7 sestává na zobrazeném příkladu z axiálních žeber, která jsou v osovém pohledu na výměník 3. tepla hvězdicovitě uspořádána a na zobrazeném příkladu pravém konci výměníku 3. jsou

9999 • 9 9

9 9 99

9 9

9 9

999

99

9 9

9 999 • · 99 • 9 9 9

9 9 9

9 9 9

9 9 9

99 vzájemně spojena nálitkem ve tvaru tyče, který vnější obložení výměníku 3. tepla prodlužuje ve směru osy plamence 1 doprava.

Odlišně od formy provedení znázorněné na výkrese může být výměník 3_ tepla obklopen také vodním pláštěm, přičemž voda může být šroubovité vedena nezobrazenými vodícími můstky na vnější stranu výměníku 1 tepla od vstupu k výstupu, přičemž vstup je uspořádán zejména v, podle výkresu levé, koncové oblasti výměníku 3. tepla a výstup na pravém konci výměníku 3_, takže šroubovité proudění má směrový komponent protichůdný proudu spalin ve výměníku 3. tepla. Voda proudí v oběhu, který vede přes jedno nebo více neznázorněných topných těles a/nebo přes chladicí okruh motoru vozidla, má-li topné zařízení pracovat jako takzvaný ohřívač motoru.

Zvláštnost vynálezu spočívá ve vytvoření dna 3/ výměníku 3. tepla ve tvaru kaloty.

Jak je možné rozpoznat z výkresu, je dno 3.' ve tvaru kaloty nesymetrické, to znamená rotačně nesymetrické k ose plamence 1_, stejně jako plášť 3_, vytvořený v podstatě jako válec tak, že kalota 3/ v oblasti, která ve vztahu k ose plamence 1 leží v osovém pohledu proti vstupu vedení 4 spalin na výměníku 3. tepla, má větší axiální odstup od otevřeného pravého konce plamence. Naproti tomu má kalota 3/ uvnitř oblasti, která leží vzhledem k ose plamence v osovém pohledu ve stejném směru jako vedení 4 spalin, zvlášť malý axiální odstup od sousedícího konce plamence L Tímto způsobem se spaliny vystupující z plamence 1 do výměníku 3 tepla zesilují do, na výkrese vzhledem k ose plamence horní, oblasti výměníku 3. tepla a obracejí, s tím následkem, že kruhovým prostorem mezi plamencem 1 a výměníkem

3. tepla proudí spaliny na cestě k výstupnímu vedení dále rotačně symetricky.

φφ φφφφ φφ φφ φ · • φ φ φφφ · • φ φφφ φ φφφφ φ • · . . . ·· ··* . « , • · · ···* ··.· ····· ·» ·· ··

V

Zebra 5. na vnitřní stěně výměníku 3. tepla jsou vytvořena v podstatě známým způsobem jako žebra axiální, která v osovém pohledu na výměník 3_ tepla směřují svými volnými okraji do středu výměníku 3_. Na základě nesymetrického tvaru kaloty 3.' mají tato axiální žebra 5. v příkladu na výkrese nad osou plamence zvětšenou axiální délku, takže přestup tepla ze spalin na obložení výměníku 3_ tepla je odpovídajícím způsobem ulehčen.

Vnější žebra 7 mají v bočním pohledu shora stejné vnější obrysy, takže ve zploštěné oblasti kaloty 3/ je plocha žeber 7 zvětšená a může tak být odvedeno odpovídajícím způsobem zvětšené množství tepla.

Všechna tato opatření přispívají k tomu, že je dále možné dosáhnout rotačně symetrického teplotního profilu s přibližně konstantní teplotou na vnější straně výměníku 3. v osovém pohledu na tento výměník 3_.

Výsledkem je velmi stejnoměrné termické zatížení výměníku 3_ tepla, se kterým je možné dosáhnout obzvlášť vysoké účinnosti výměníku 3_.

V zásadě může být, alespoň místně, postavení axiálních žeber 5. formováno na vnitřní straně stěny výměníku 3. tepla, stejně jako žeber probíhajících v obvodovém směru.

Axiální žebra 5. jsou do té míry výhodná, že je tím ulehčena slévárenská výroba výměníku 3_ tepla.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Topné zařízení provozované na tekuté palivo, zejména pro automobily, s výměníkem tepla, který může být obtékán z vnější strany vzduchem nebo hydraulickým médiem, zejména vodou a v jehož vnitřním prostoru je uložen plamenec, a který má proti konci plamence, otevřeném pro spaliny dno ve tvaru kaloty a plášť obklopující plamenec s radiálním odstupem, s ode dna odlehlým, v podstatě radiálně ven vedoucím výfukem pro spaliny, vyznačující se tím, že kalota (3') má klenbu excentrickou k ose plamence (1), jejíž výška ve směru osy plamence je v oblasti protilehlé výfuku (4) ve vztahu k ose plamence zvětšená, respektive je maximální.
2. 2. Topné zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že axiální žebra (5) vytvořená na vnitřní stěně výměníku (3) tepla mají různé axiální délky, odpovídající excentricitě klenby kaloty (3').
3. 3. Topné zařízení podle jednoho z nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že na vnější stěně výměníku (3) uspořádaná vnější žebra (5) mají v bočním půdorysu stejné vnější obrysy, přičemž v oblasti kaloty (3') přivrácené k výfuku (4) jsou plochy žeber zvětšené.
4. 4. Topné zařízení podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že výměník (3) teplaje vytvořen jako odlitek.