RU2083864C1

RU2083864C1 - Heat exchanger for diesel engine

Info

Publication number: RU2083864C1
Application number: RU92008724A
Authority: RU
Inventors: Е.Н. Зайченко; В.В. Бочин; В.Б. Клименков; И.П. Стекачев
Original assignee: Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт
Priority date: 1992-11-26
Filing date: 1992-11-26
Publication date: 1997-07-10

Abstract

FIELD: manufacture of engines; devices for heat treatment of fuel. SUBSTANCE: heat exchanger has casing 1 and stack 5 of plates 6 and 7 located vertically inside chamber 4; plates 6 and 7 are connected in pairs forming interconnected sections 8. Plates are provided with holes forming passages for supply of fuel to sections 8 from intake chamber 13 and transfer of it to outlet section 15 from sections 8; passages are separated by partition; central passage 16 is coaxial to stack of plates. Branch pipes 36 and 37 connected to chamber 4 inside the casing are used to supply cooling liquid to and to discharge it from this chamber. Sump 26 secured to the casing on side of intake chamber is used for housing at least one electric heating element 29 mounted between inlet and outlet passages for at least partial overlapping of both passages in plan of their location zone. Contact plate 40 of current supply device mounted above electric heating element 29 at spaced relation to its central part is provided with hole 43 which is coaxial to electric heating element 29; central passage 16 is brought in communication with intake chamber of casing 1 and sump chamber 27 adjoining it through ports 33. EFFECT: enhanced reliability. 6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к устройствам для тепловой обработки топлива. The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building, and in particular to devices for heat treatment of fuel.

Известен теплообменник, содержащий кожух с патрубками для подвода и отвода первой текучей среды (топлива) и размещенную внутри кожуха трубу для циркуляции второй текучей среды (охлаждающей жидкости из жидкостного контура системы охлаждения двигателя), на наружной поверхности которой между упомянутыми патрубками выполнены ребра. Теплообменник снабжен по меньшей мере одним электронагревательным элементом, установленным на наружной поверхности корпуса между упомянутыми патрубками (патент РФ N 2008498, кл. F 02 M 31/10, 1994 г.). A heat exchanger is known, comprising a casing with nozzles for supplying and discharging the first fluid (fuel) and a pipe located inside the casing for circulating a second fluid (coolant from the liquid circuit of the engine cooling system), on the outer surface of which ribs are made between the pipes. The heat exchanger is equipped with at least one electric heating element mounted on the outer surface of the casing between the pipes (RF patent N 2008498, class F 02 M 31/10, 1994).

Известный теплообменник имеет недостаточную эффективность, уступая по этому показателю пластинчато-ребристым теплообменникам. The known heat exchanger has insufficient efficiency, inferior in this indicator to plate-fin heat exchangers.

Кроме того, предлагаемое в известном техническом решении размещение электронагревательного элемента затруднительно использовать в теплообменнике с упомянутой пластинчато-ребристой структурой, внутри кожуха которого организовано движение охлаждающей жидкости. In addition, the placement of the electric heating element proposed in the known technical solution is difficult to use in a heat exchanger with the aforementioned plate-fin structure, inside of which a cooling fluid movement is organized.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является теплообменник для дизеля, содержащий кожух и вертикально размещенный внутри его полости пакет попарно соединенных пластин, образующих секции, соединенные между собой, при этом в упомянутых пластинах выполнены отверстия, образующие каналы для подвода первой текучей среды в секции из приемной полости и отвода ее в выходную полость из секций, разделенные между собой перегородкой, и центральный канал, соосный с пакетом пластин, а к полости внутри кожуха подключены патрубки для подвода к этой полости и отвода из нее второй текучей среды. The closest in technical essence to the invention is a heat exchanger for a diesel engine, comprising a casing and a stack of pairwise connected plates forming sections interconnected vertically placed inside its cavity, while holes in these plates are made forming channels for supplying the first fluid to the sections of the receiving cavity and its removal into the output cavity from the sections separated by a partition, and the central channel, coaxial with the package of plates, and pipes are connected to the cavity inside the casing for the supply to this cavity and the removal of the second fluid from it.

Недостатком известного теплообменника является то, что при установке его в системе питания автомобильного дизеля при пуске последнего в условиях низких отрицательных температур окружающего воздуха теплопередающая часть теплообменника блокирует движение топлива в топливной системе дизеля из-за образования на поверхности пластин отложения парафиновых фракций дизельного топлива, поскольку тепла охлаждающей жидкости еще недостаточно для того, чтобы кристаллы парафина расплавились. Следствием отмеченного является недостаточная надежность пуска двигателя. A disadvantage of the known heat exchanger is that when it is installed in the power supply system of an automobile diesel engine when the latter is started up at low negative ambient temperatures, the heat transfer part of the heat exchanger blocks the movement of fuel in the diesel fuel system due to the formation of paraffin fractions of diesel fuel on the surface of the wafers, since heat there is still not enough coolant to melt the paraffin crystals. The consequence of this is the lack of reliability in starting the engine.

Задачей изобретения является создание пластинчато-ребристого теплообменника для автомобильного дизеля, который обеспечивал бы надежный пуск двигателя при низких отрицательных температурах окружающего воздуха за счет повышения эффективного нагрева дизельного топлива в период его пуска и прогрева. The objective of the invention is to create a plate-fin heat exchanger for a car diesel engine, which would ensure reliable engine start at low negative ambient temperatures by increasing the effective heating of diesel fuel during its start-up and warm-up.

Эта задача решается тем, что теплообменник для дизеля, содержащий кожух и вертикально размещенный внутри его полости пакет попарно соединенных пластин, образующих секции, соединенные между собой, при этом в упомянутых пластинах выполнены отверстия, образующие каналы для подвода первой текучей среды в секции из приемной полости и отвода ее в выходную полость из секций, разделенные между собой перегородкой, и центральный канал, соосный с пакетом пластин, а к полости внутри кожуха подключены патрубки для подвода к этой полости и отвода из нее второй текучей среды, снабжен поддоном, который прикреплен к кожуху со стороны упомянутой приемной полости и в котором размещен имеющий токоподводящее устройство электронагревательный элемент, который установлен между входным и выходным каналами с возможностью по меньшей мере частичного перекрытия в плане зоны расположения обоих каналов. This problem is solved in that the heat exchanger for the diesel engine, comprising a casing and a stack of pairwise connected plates vertically placed inside its cavity, forming sections interconnected, and holes are formed in said plates forming channels for supplying the first fluid to the sections from the receiving cavity and its removal into the outlet cavity from the sections separated by a partition, and the central channel, coaxial with the package of plates, and nozzles are connected to the cavity inside the casing for inlet to this cavity and for removal from e of the second fluid, is equipped with a tray, which is attached to the casing from the side of the said receiving cavity and in which there is an electric heating element having a current supply device, which is installed between the input and output channels with the possibility of at least partially overlapping in terms of the area of location of both channels.

Теплообменник снабжен двумя дополнительными электронагревательными элементами, размещенными по разные стороны от перегородки, разделяющей входной и выходной каналы, с возможностью частичного перекрытия в плане зоны расположения соответственно входного и выходного каналов, причем центры трех электронагревательных элементов расположены на дуге окружности, проведенной из центра, расположенного на оси центрального канала. The heat exchanger is equipped with two additional electric heating elements located on opposite sides of the partition separating the input and output channels, with the possibility of partial overlapping in terms of the location zone of the input and output channels, respectively, and the centers of three electric heating elements are located on an arc of a circle drawn from the center located on axis of the central channel.

Токоподводящее устройство электронагревательного элемента имеет контактную пластину, которая установлена над электронагревательным элементом с зазором относительно его центральной части и в которой выполнено отверстие, соосное с электронагревательным элементом. The current-supplying device of the electric heating element has a contact plate that is mounted above the electric heating element with a gap relative to its central part and in which a hole is made coaxial with the electric heating element.

Упомянутый центральный канал сообщен через окна с упомянутой приемной полостью кожуха и примыкающей к ней полостью поддона. Высота упомянутых окон больше суммы высот упомянутых приемной полости в кожухе и примыкающей к ней полости в поддоне. Упомянутый центральный канал выполнен в крепежном элементе, скрепляющем между собой упомянутые кожух и поддон. Said central channel is communicated through windows with said receiving cavity of the casing and the adjacent cavity of the pallet. The height of said windows is greater than the sum of the heights of said receiving cavity in the casing and the adjacent cavity in the pallet. Said central channel is made in a fastening element fastening said casing and a pallet together.

При таком выполнении теплообменника обеспечивается перед запуском дизеля направленная циркуляция восходящих потоков подогреваемого топлива в топливные каналы и разрушение под действием тепла его парафиновых фракций, следствием чего является надежный пуск дизеля при отрицательных температурах окружающего воздуха и надежная работа в послепусковой период при минимальных затратах энергии. With this design of the heat exchanger, before starting the diesel engine, a directed circulation of upward flows of heated fuel into the fuel channels and destruction of its paraffin fractions under the action of heat is ensured, which results in reliable diesel start-up at negative ambient temperatures and reliable operation in the post-launch period with minimal energy consumption.

На фиг. 1 изображено продольное сечение теплообменника; на фиг. 2 - разрез A-A на фиг. 1; на фиг. 3 взаимное положение электронагревательных элементов и топливных каналов. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a heat exchanger; in FIG. 2 is a section A-A in FIG. one; in FIG. 3 mutual position of electric heating elements and fuel channels.

Заявляемый теплообменник для нагревания топлива, устанавливаемый в вертикальном положении в системе питания дизеля, содержит кожух 1, крышку 2 с кронштейном 3 крепления теплообменника и размещенный внутри его полости 4 пакет 5 попарно соединенных пластин 6 и 7, образующих секции 8, в которых размещены внутренние разделительные пластины 9 и пластины турбулизатора 10, а между секциями закреплены наружные разделительные пластины 11. В пластинах 6, 7, 9, 11 выполнены отверстия, образующие входной канал 12 для подвода топлива в секции 8 из приемной полости 13, выходной канал 14 для отвода топлива из секций 8 в выходную полость 15 и центральный канал 16, ось которого 17 совпадает с вертикальной осью цилиндрического пакета 5. Полости 13 и 15 имеют также непосредственную связь между собой посредством перепускного клапана 18, который установлен в выходном канале 14. Каналы 12 и 14 имеют в плане каплеобразный профиль, вытянутый в направлении от оси 17 к внутренней поверхности пакета 5, с которой контактирует уплотнитель хвостовика пластины 9 (не показан). Каплеобразный профиль каналов 12 и 14 имеет дуги 19 и 20 окружностей, описанных из центров 21 и 22, расположенных симметрично относительно горизонтальной оси 23. Эти центры расположены, в свою очередь, на дуге окружности, центр которой расположен на оси 17. Каналы 12 и 14 расположены по одну сторону от оси 24, перпендикулярной оси 23, в непосредственной близости, вплотную друг к другу и отделены друг от друга перегородкой 25, образованной перемычками пластин, разделяющими отверстия, выполненные в пластинах 6, 7, 9, 11. The inventive heat exchanger for heating fuel, which is installed in a vertical position in the diesel power supply system, comprises a casing 1, a cover 2 with a bracket 3 for fixing the heat exchanger and a package 5 of pairwise connected plates 6 and 7 arranged in its cavity 4, forming sections 8 in which the internal separation plates 9 and turbulator plates 10, and external dividing plates 11 are fixed between the sections. In the plates 6, 7, 9, 11, holes are formed forming an inlet channel 12 for supplying fuel to section 8 from the receiving strip and 13, an output channel 14 for removing fuel from sections 8 to the output cavity 15 and a central channel 16, the axis of which 17 coincides with the vertical axis of the cylindrical package 5. The cavities 13 and 15 are also directly connected to each other by means of a bypass valve 18, which is installed in the output channel 14. The channels 12 and 14 have a droplet-shaped profile, elongated in the direction from the axis 17 to the inner surface of the package 5, which is contacted by the shank seal of the plate 9 (not shown). The droplet-shaped profile of channels 12 and 14 has arcs 19 and 20 of circles described from centers 21 and 22 located symmetrically with respect to the horizontal axis 23. These centers are, in turn, located on an arc of a circle whose center is located on axis 17. Channels 12 and 14 are located on one side of the axis 24, perpendicular to the axis 23, in close proximity, close to each other and separated from each other by a partition 25 formed by jumpers of plates dividing the holes made in the plates 6, 7, 9, 11.

К нижней части кожуха 1 со стороны его приемной полости 13 прикреплен пластмассовый поддон 26, примыкающий своей полостью 27 к полости 13. В поддоне выполнены гнезда 28, в которых размещены цилиндрические электронагревательные элементы 29 31 с положительным температурным коэффициентом сопротивления (позисторы). Позистор 29 установлен между каналами 12 и 14, частично перекрывая в плане зоны расположения этих каналов. Позисторы 30 и 31 размещены по разные стороны от перегородки 25 (оси 23), причем центры позисторов 29 31 расположены в плане на дуге окружности, проведенной из центра, расположенной на оси 17. Позистор 30 частично перекрывает зону входного канала 12, а позистор 31 зону выходного канала 14. Предпочтительно одновременное использование всех трех позисторов или одного, имеющего профиль, охватывающий профили этих позисторов. A plastic pallet 26 is attached to the lower part of the casing 1 from the side of its receiving cavity 13, its cavity 27 adjacent to the cavity 13. Sockets 28 are made in the tray, in which cylindrical electric heating elements 29 31 with a positive temperature coefficient of resistance (posistors) are placed. The resistor 29 is installed between the channels 12 and 14, partially overlapping in terms of the zone of location of these channels. The posistors 30 and 31 are placed on opposite sides of the partition 25 (axis 23), and the centers of the posistors 29 31 are located in plan on an arc of a circle drawn from the center located on the axis 17. The resistor 30 partially overlaps the zone of the input channel 12, and the resistor 31 zone output channel 14. Preferably, the simultaneous use of all three posistors or one having a profile spanning the profiles of these posistors.

Центральный канал 16 выполнен в болте 32, скрепляющем между собой кожух 1, крышку 2 и поддон 26. Канал 16 сообщен с полостью 13 в кожухе и примыкающей к ней полостью 27 поддона через боковые окна 33, высота которых больше суммы высот полостей 13 и 27. Топливо в центральный канал 16 подается через штуцер 34, а отводится из полости 15 через штуцер 35, ввернутый в крышку 2 кожуха 1. К полости 4 внутри кожуха 1 подключены патрубки 36 и 37 подвода в эту полость отвода из нее охлаждающей жидкости (из жидкостного контура системы охлаждения дизеля). The central channel 16 is made in a bolt 32, fastening the casing 1, the cover 2 and the pallet 26 to each other. The channel 16 is in communication with the cavity 13 in the casing and the adjacent cavity 27 of the pallet through the side windows 33, the height of which is greater than the sum of the heights of the cavities 13 and 27. Fuel is supplied to the central channel 16 through the nozzle 34, and is discharged from the cavity 15 through the nozzle 35, screwed into the cover 2 of the casing 1. Connected to the cavity 4 inside the casing 1 are pipes 36 and 37 for supplying coolant from this cavity (from the liquid circuit diesel cooling systems).

Каждый из позисторов 29 31 имеет токоподводящее устройство 38, содержащее контактную пластину 39 с лапками, контактирующую с нижним торцом позистора, и контактную пластину 40, которая установлена над позистором с зазором 41 относительно его центральной части и имеет выдавки 42 на периферии, контактирующие с верхним торцом позистора. В пластине 40 выполнено отверстие 43, соосное с цилиндрическим позистором. Пластина 39 соединена со штыревым контактом 44, а пластина 40 со штыревым контактом 45. Each of the posistors 29 31 has a current-conducting device 38 containing a tab plate 39 with tabs in contact with the lower end of the posistor, and a contact plate 40, which is mounted above the resistor with a gap 41 relative to its central part and has an extrusion 42 on the periphery in contact with the upper end posistor. In the plate 40, a hole 43 is made, coaxial with the cylindrical posistor. The plate 39 is connected to the pin contact 44, and the plate 40 to the pin contact 45.

Теплообменник работает следующим образом. The heat exchanger operates as follows.

Перед запуском двигателя подают электропитание на позисторы, в результате чего происходит разогрев их и сопряженных с ними контактных пластин 39 и 40 и окружающего их пространства. В результате свободной конвекции топлива, заполняющего полости кожуха и поддона, происходит направленная циркуляция восходящих потоков подогреваемого топлива в входной канал 12 и через перепускной клапан 18 в выходной канал 14, а также через окна 33 с развитым проходным сечением в центральный канал 16. Под действием тепла разрушаются парафиновые фракции дизельного топлива, обеспечивается возможность его прокачки и уверенный пуск и стабильная работа дизеля на холостом ходу. Принятая компоновка топливных каналов в теплообменнике позволяет снизить расход электрической энергии. При этом эффект прогрева топлива от позисторов усиливается прогревом его от жидкого теплоносителя. Before starting the engine, power is supplied to the posistors, as a result of which they and their contact plates 39 and 40 and their surrounding space are heated. As a result of free convection of the fuel filling the cavity of the casing and the pallet, there is a directed circulation of the ascending flows of the heated fuel into the inlet channel 12 and through the bypass valve 18 to the outlet channel 14, as well as through the windows 33 with a developed passage section into the central channel 16. Under the action of heat paraffin fractions of diesel fuel are destroyed, it is possible to pump it and ensure reliable start-up and stable operation of the diesel engine at idle. The adopted layout of the fuel channels in the heat exchanger reduces the consumption of electric energy. In this case, the effect of heating the fuel from the posistors is enhanced by heating it from the liquid coolant.

В дальнейшем по мере прогрева дизеля температура охлаждающей жидкости повышается, увеличивается теплоотдача и теплообменник полностью разблокируется от парафинов, движение топлива осуществляется по всему проходному сечению каналов и секций, теплообменник выходит на рабочий режим и при этом позисторы отключают. In the future, as the diesel warms up, the temperature of the coolant rises, the heat transfer increases and the heat exchanger is completely unlocked from paraffins, the fuel moves along the entire passage section of the channels and sections, the heat exchanger enters the operating mode and the resistors are turned off.

Таким образом, использование в системе питания дизеля пластинчато-ребристого теплообменника, обладающего повышенной эффективностью и компактностью, в сочетании с электронагревательными элементами, установленными предложенным образом относительно топливных магистралей этого теплообменника, обеспечивает надежный пуск дизеля при отрицательных температурах окружающего воздуха и надежную работу в послепусковой период при минимальных энергетических затратах. Thus, the use of a plate-fin heat exchanger in the diesel power system, which has increased efficiency and compactness, in combination with electric heating elements installed in the proposed manner relative to the fuel lines of this heat exchanger, ensures reliable diesel start-up at low ambient temperatures and reliable operation in the post-start period at minimum energy costs.

Claims

1. A heat exchanger for a diesel engine, comprising a casing and a stack of pairwise connected plates vertically placed inside its cavity, forming sections connected to each other, while holes are formed in the said plates forming channels for supplying the first fluid to the section from the receiving cavity and discharging it into the outlet cavity from the sections separated by a partition, and the central channel, coaxial with the package of plates, and nozzles are connected to the cavity inside the casing for supplying to this cavity and removing the second fluid from it, exl characterized in that it is provided with a pallet that is attached to the casing from the side of said receiving cavity and in which an electric heating element having a current supply device is installed, which is installed between the input and output channels with the possibility of at least partially overlapping in terms of the area of location of both channels.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that it is equipped with two additional electric heating elements located on opposite sides of the partition separating the input and output channels, with the possibility of partial overlapping in terms of the location zone of the input and output channels, respectively, the centers of three electric heating the elements are located on an arc of a circle drawn from a center located on the axis of the central channel.

3. The heat exchanger according to claims 1 and 2, characterized in that the current supply device of the electric heating element has a contact plate, which is mounted above the electric heating element with a gap relative to its central part and in which a hole is made coaxial with the electric heating element.

4. The heat exchanger according to claims 1 to 3, characterized in that said central channel is communicated through windows with said receiving cavity of the casing and the adjacent cavity of the pallet.

5. The heat exchanger according to claims 1 to 4, characterized in that the height of the said windows is greater than the sum of the heights of the said receiving cavity in the casing and the adjacent cavity in the pallet.

6. The heat exchanger according to claims 1 to 5, characterized in that the said central channel is made in a fastener fastening the said casing and the pallet together.