Система нагрева энергетических жидкостей - RU2120053C1
Код документа: RU2120053C1
Чертежи
Описание
Изобретение в основном относится к категории жидкостных систем, в частности к системе нагрева и контроля температуры энергетических жидкостей в топливной системе, например, дизельного топлива.
В тех случаях, когда бак с горючим или топливопровод двигателя подвергаются охлаждению во время холодной погоды, топливо или определенные загрязнители, или добавки, содержащиеся в топливе, могут желатинировать или "парафинировать". Тягучесть топлива, добавок или загрязнителей повышается до такой степени, что топливо перестает поступать по топливопроводу через систему топливоснабжения. Например, дизельное топливо, находящееся в топливных баках или в топливопроводах дизельных грузовиков, может парафинировать в тех случаях, когда грузовик находится на стоянке или в движении во время очень холодной погоды. Поскольку желатинирование может вмешиваться в правильное поступление топлива по направлению к двигателю, это часто приводит к ухудшению работы двигателя. Чрезвычайное парафинирование может полностью заблокировать поступление горючего и остановить двигатель.
Аналогичные проблемы, связанные с холодной погодой, возникают при применении гидравлического масла. В типичных случаях вязкость гидравлических масел различного качества меняется в зависимости от изменений температуры. Во время холодной погоды или в течение зимы гидравлическое масло находится в охлажденном состоянии и тем самым замедляет функционирование оборудования, которое оно приводит в движение. Часто, в целях избежания неправильного пользования оборудованием, возникает необходимость в предварительном подогреве резервуара, содержащего гидравлическую жидкость.
С другой стороны, существуют проблемы, связанные с тем, что температура дизельного топлива или гидравлического масла более высокая, чем оптимальный рабочий режим. В случаях, связанных с использованием дизельного топлива, оптимальная рабочая температура колеблется в основном примерно между 60o и 110o по Фаренгейту и зависит от качества дизельного топлива, содержащихся в нем добавок и прочих причин. Часто дизельное топливо в грузовиках или в автомобилях, используемых в условиях теплого климата или работающих в течение длительного времени, создает различные тепловые эффекты внутри двигателей и тем самым превышает оптимальные силовые параметры топлива. Такое перегревание создает различные проблемы, включая повреждение электронных компонентов системы двигателя, следовательно, в таких ситуациях желательным является снижение степени нагрева топлива. Аналогичным образом, когда гидравлическое масло нагрето выше оптимальной температуры, возникают проблемы контроля мощности и проблемы, связанные с эффектом остаточного нагревания. Таким образом, если температура резервуаров, содержащих гидравлическое масло, превышает заранее определенный уровень, желательным является понижение степени нагрева в этих резервуарах, гарантируя при этом повышение температуры этих жидкостей.
Дополнительно, довольно часто топливо загрязняется примесью воды. Иногда примесь воды в топливе присутствует во время заправки топливного бака. Неправильное обращение с топливом или недоброкачественное рафинирование способствуют попаданию воды в топливо. Кроме того, в некоторых случаях попадание воздуха в топливные баки приводит к конденсированию в них воды. В условиях низких температур вода, примешанная к топливу, принимает форму ледяных кристаллов, взвешенных в топливе. Топливо, загрязненное примесью воды, ухудшает работу двигателя вплоть до его полной остановки.
Использование машин или прочего оборудования в условиях холодной погоды ухудшается вследствие потери мощности аккумуляторов, используемых для запуска двигателей. Это является очень серьезной проблемой в случаях холодной погоды или при длительных перерывах в работе машин, например, при отключении оборудования во время перерывов или ночных стоянок.
В прошлом для положительного решения этих или аналогичных проблем предпринимались различные попытки. Парафинирование и системная потеря тепла могут быть устранены подогревом топлива и подобных компонентов. Кроме того, при нагревании топлива происходит таяние ледяных кристаллов и выпадение водных загрязнителей в осадок. Хотя нагревание топлива помогает избавиться от парафинирования или кристаллизации, вода, находящаяся в топливе в жидком состоянии, может собираться в каких-либо частях топливной системы, например, внутри топливного бака или топливного фильтра, находящегося вниз по течению от топливного бака.
В прошлом были предложены различные приспособления с целью нагрева топлива для того, чтобы избавиться от парафинирования и кристаллообразования, преципитации примеси воды и удаления воды из топливной системы. Такие приспособления сделаны в виде трубок, проходящих через резервуары с горючим и по которым циркулирует подогретая жидкость, несущая тепло, отдаваемое двигателем, например, охлаждающая жидкость, машинное масло или выхлопные газы двигателя. В типичном случае, топливо подогревается посредством теплообмена, как например об этом указывается в Патенте США N 4,553,697, B 60 H 1/02, выданном Нотен; Патенте США N 2,641,451, выданном Кайзеру и Патенте США N F 02 M 31/16 4,964,376, выданном Виач и другим. Однако эти приспособления часто требуют длительных периодов времени для того, чтобы охлаждающая жидкость или выхлопные газы достигали высокой температуры и в свою очередь нагрели топливо и различные узлы системы. Результатом этого является плохая работа двигателя в течение длительного периода времени, а в некоторых случаях непредвиденная остановка двигателя.
В дальнейшем, несмотря на то, что топливо в конечном итоге оказывается подогретым с помощью такого приспособления, это не исключает образование локализованных "холодных" участков. Например, во время очень холодной погоды топливо может продолжать парафинировать на дне или стенках больших металлических баков для горючего. Поскольку впускное отверстие топливопровода находится рядом с дном топливного бака, локальная парафинизация дна бака может препятствовать правильному течению топлива по топливопроводу. В аналогичных ситуациях масляный поддон подвергается подобному охлаждению в силу своего расположения под двигателем.
Краткое изложение изобретения.
Предлагается система нагрева энергетической жидкости, поступающей в двигатель из контейнера с энергетической жидкостью. Система нагрева энергетической жидкости включает как минимум один нагревательный аппарат, состоящий из патрубка забора энергетической жидкости, вставленного в контейнер, средств теплообменного устройства для непосредственного подогрева энергетической жидкости, находящейся в контейнере, и заборного патрубка. Средства теплообменного устройства включают в себя теплопроводящую часть, вставленную в контейнер, находящуюся в соприкосновении с энергетической жидкостью и окружающую собой часть патрубка для забора энергетической жидкости. Теплопроводящая часть устройства может содержать нагреваемую жидкость. Кроме того, система нагрева энергетической жидкости включает в себя устройство для сепарации воды. Устройство для сепарации воды состоит из резервуара для энергетической жидкости и теплообменника, помещенного внутри этого устройства. Теплообменник, находящийся внутри устройства сепарации воды, состоит из резервуара для горючего и теплообменник, помещенный внутри этого резервуара. Теплообменник, находящийся внутри устройства сепарации воды, состоит как минимум из одной трубки и камеры подогрева, которая частично окружают трубку. Система нагрева энергетической жидкости также включает в себя средства теплообменного устройства с системой трубок для прохождения нагреваемой жидкости через нее для того, чтобы нагретая энергетическая жидкость, выходящая из устройства, сепарирующего воду, отдавал тепло нагреваемой жидкости. В свою очередь нагреваемая жидкость, проходя через нагревательный аппарат и подогревая части теплообменника, обеспечивает контейнер с энергетической жидкостью теплоотдачей.
Также имеется система нагрева энергетической жидкости, поступающей в двигатель из резервуара, в котором находится обходное устройство, контролирующее нагрев энергетической жидкости. Обходное устройство включает в себя средства теплообменного устройства, которые состоят из футляра с продолговатой наружной теплопроводной оболочкой, который вставлен в резервуар через отверстие топливометра. Кроме этого, средства теплообменного устройства включают в себя впускное и выпускное отверстия, через которые нагреваемая жидкость поступает в этот футляр и покидает его. Обходное устройство также включает в себя проходящий через футляр патрубок забора энергетической жидкости и включает в себя детали коллектора, контролирующего течение жидкости через обходное устройство. Детали коллектора соединены с обходным устройством средств теплообменного аппарата и с патрубком забора энергетической жидкости, и сконструированы и расположены таким образом, чтобы обеспечивать пути для продвижения нагреваемой жидкости и энергетической жидкости, поступающих и выходящих из коллектора. Обходное устройство также включает в себя обходные детали, находящиеся внутри коллектора, для обеспечения селективного течения нагреваемой жидкости. Система нагрева энергетической жидкости также включает в себя устройство сепарации воды, состоящее из резервуара с энергетической жидкостью и теплообменника, находящегося внутри этого резервуара. Теплообменник сепаратора воды как минимум состоит из одной трубки и футляра, являющегося камерой подогрева и окружающего часть этой трубки. Кроме этого, система нагрева энергетической жидкости включает в себя средства теплообменного устройства, состоящие из путепроводов для теплообменной жидкости, через которые подогретая энергетическая жидкость, покидающая устройство сепарации воды, обеспечивает теплоотдачу нагреваемой жидкости, после чего последняя, проходя через нагревательный аппарат средств теплообменного устройства, обеспечивает теплообмен с контейнером, содержащим энергетическую жидкость.
Другая нагревательная система энергетической жидкости, согласно этому изобретению, включает в себя нагревательный аппарат, расположенный в контейнере и имеющий первый патрубок забора энергетической жидкости, и второй патрубок, также для забора энергетической жидкости, и расположенный в первом заборном патрубке, и средства теплообменного устройства, которые нагревают энергетическую жидкость, находящуюся в контейнере, и энергетическую жидкость, проходящую через оба патрубка. Кроме того, система нагрева энергетической жидкости включает в себя устройство для сепарации воды. Сепарирующее устройство состоит из резервуара для энергетической жидкости и теплообменника, помещенного внутри этого резервуара. Теплообменник сепаратора воды состоит как минимум из одной трубки и футляра, являющегося камерой подогрева и окружающего часть этой трубки. Кроме того, система нагрева энергетической жидкости включает в себя средства теплообменного устройства, состоящие из путепроводов для теплообменной жидкости, по которым нагретая энергетическая жидкость, покидающая устройство сепарации воды, обеспечивает передачу тепла нагреваемой жидкости, после чего последняя, проходя через нагревательный аппарат средств теплообменного устройства, обеспечивает теплообмен с контейнером, содержащим энергетическую жидкость.
Другая система нагрева энергетической жидкости, согласно этому изобретению, включает в себя нагревательный аппарат, расположенный в контейнере и имеющий первый и второй патрубки для забора энергетической жидкости, причем второй патрубок забора энергетической жидкости расположен внутри первого. Кроме того, система нагрева энергетической жидкости включает в себя средства теплообменного устройства для непосредственного нагрева энергетической жидкости, находящейся в контейнере, и энергетической жидкости, проходящей через первый и второй патрубки для забора энергетической жидкости. Кроме того, система нагрева энергетической жидкости включает в себя средства теплообменного устройства, состоящие из путепроводов для теплообменной жидкости, по которым нагретая энергетическая жидкость, покидающая устройство сепарации воды, обеспечивает передачу тепла нагреваемой жидкости, после чего нагреваемая жидкость, проходя через нагревательный аппарат средств теплообменного устройства, отдает тепло контейнеру, содержащему энергетическую жидкость.
Далее, существует система нагрева топлива, поступающего в двигатель, который снабжен контейнером, наполненным топливом. Система нагрева топлива включает в себя средства для нагрева топлива, находящегося в этом контейнере, имеющем патрубок для забора топлива, который вставлен в контейнер, и средства теплообменного устройства для непосредственного нагрева топлива, находящегося в контейнере и в патрубке для его забора. Средства теплообменного устройства состоят из теплопроводящей части, вставленной в контейнер и соприкасающейся с топливом, находящимся в контейнере, и окружающей часть патрубка забора горючего. Теплопроводящая часть может содержать нагреваемую жидкость. Кроме того, топливная система включает в себя устройство для сепарации воды. Устройство для сепарации воды включает в себя резервуар для горючего и теплообменник, находящийся внутри резервуара. Теплообменник, находящийся внутри устройства для сепарации воды, состоит как минимум из одной трубки и кожуха, окружающего часть трубки и являющегося камерой подогрева. Кроме этого, система нагрева топлива включает в себя средства теплообменного устройства, состоящее из путепроводов для теплообменной жидкости, по которым нагреваемая жидкость, покидающая устройство сепарации воды, обеспечивает передачу тепла нагреваемой жидкости, после чего нагреваемая жидкость, проходя через нагревательный аппарат средств теплообменного устройства, обеспечивает теплообмен с контейнером, содержащим топливо.
На фиг. 1 показан нагревательный аппарат, частично расположенный в резервуаре жидкости, вид сбоку (вариант); на фиг. 2 - перспективный вид альтернативного варианта аппарата нагрева топлива; на фиг. 3 - вертикальный поперечно-секционный вид аппарата нагрева топлива, обозначенного линией 3 - 3 на фиг. 2; на фиг. 4 - верхний горизонтальный секционный вид аппарата нагрева топлива, обозначенного линией 4 - 4 на фиг. 2; на фиг. 5 - верхний горизонтальный секционный вид патрубка забора энергетической жидкости и патрубка забора энергетической жидкости аппарата подогрева, обозначенного линией 5 - 5 на фиг. 2; на фиг. 6 - поперечно-секционный вид патрубка забора энергетической жидкости и патрубка забора энергетической жидкости аппарата подогрева, обозначенного линией 6 - 6 на фиг. 2; на фиг. 7 - верхний горизонтальный вид аппарата нагрева горючего, показанного на фиг. 2; на фиг. 8 - нижний горизонтальный вид аппарата нагрева горючего, показанного на фиг. 2; на фиг. 9 - поперечный секционный вид дополнительного варианта патрубка забора энергетической жидкости и патрубка забора энергетической жидкости аппарата для подогрева, обозначенного линией 5 - 5 на фиг. 2; на фиг. 10 - поперечный секционный вид альтернативного варианта патрубка забора энергетической жидкости и патрубка забора энергетической жидкости аппарата для подогрева, аналогичный виду, обозначенному на фиг. 9; на фиг. 11 - вертикальный боковой секционный вид альтернативного варианта аппарата нагрева горючего, который может быть использован в изобретении; на фиг. 12 - верхний секционный вид коллектора согласно изобретению; на фиг. 13 - верхний секционный вид аппарата сепарации воды, части которого не показаны с целью демонстрирования внутренней части аппарата; на фиг. 14 - схематический вид типичного предварительного нагревателя охлаждающей жидкости, используемого в системе нагрева горючего; на фиг. 15 - вертикальный боковой секционный вид системы нагревателя аккумулятора, которая может быть использована в системе нагрева горючего настоящего изобретения; на фиг. 16 - перспективный вид компонентов теплообменника, используемых в системе нагревателя аккумулятора, демонстрируемой на фиг. 15; на фиг. 17 - график, демонстрирующий температуру аккумулятора в различные промежутки времени после использования системы нагревателя аккумулятора; на фиг. 18 - перспективный вид теплообменника, используемого для т нагрева масляного поддона двигателя; на фиг. 19 - боковой секционный вид теплообменника, демонстрируемого на фиг. 18; на фиг. 20 - поперечный секционный вид теплообменника, обозначенного линией 19b - 19b на фиг. 19a; на фиг. 20 - блок-схема системы топливоснабжения, включающей в себя аппарат нагрева горючего и представляющего собой данное изобретение; на фиг. 21 - блок-схема системы охлаждения, связанной с системой топливоснабжения, демонстрируемой на фиг. 12 и используемой для нагрева топлива; на фиг. 22 - поперечно-секционный вид вдоль линии 22 - 22 фиг. 21.
Подробное описание изобретения.
Изобретение относится к системе нагрева энергетических жидкостей, поступающих в систему двигателя и для общего нагрева системных компонентов силового оборудования. Энергетические жидкости, например, дизельное топливо, гидравлическая жидкость и бензин, находятся в основном, в резервуарных блоках. Горючее забираетcя из бака и проходит через нагревательный аппарат. Преднагреватель горючего (устройство для сепарации воды) нагревает топливо и направляет его к нагревателю охлаждающей системы для дальнейшего подогрева топлива и нагреваемой жидкости, например жидкости для охлаждения двигателя. Жидкость для охлаждения двигателя также циркулирует через систему и нагревает горючее посредством теплообмена. Подогретое топливо в целях дополнительного подогрева проходит через нагревающий аппарат 22 и сепаратор воды 24, после чего поступает непосредственно в двигатель 28, установленный на грузовике или другом автомобиле.
Фиг. 1 демонстрирует один из вариантов нагревательного аппарата 22 для энергетической жидкости или горючего. Аппарат для нагрева горючего 22 в основном включает в себя одну из конструкций теплообменного агрегата 30, патрубок для забора горючего 32 и нагревательный элемент 34. Аппарат для нагрева горючего 22 закреплен внутри топливного бака 20 посредством монтажной пластины и внутри отверстия для забора топлива 36 или аналогичного отверстия и служит для нагрева топлива внутри топливного бака 20 и топлива, поступающего через патрубок забора топлива 32. Как это описано в Патенте США No. 4,748,960, теплообменный агрегат 30 включает в себя камеру 38 с впускным 40 отверстием для жидкости и выпускным 42. Нагреваемая жидкость может течь в любом направлении, т.е. жидкость может войти через выпускное отверстие 42 и выйти через впускное отверстие 40. Камера 38 имеет оболочку, предпочтительно цилиндрической формы, с закрытыми первым и вторым концами 46, 48. Внутренняя часть 45 камеры 38 продолжается в топливный бак 20, а наружная часть 47 камеры 38 выступает снаружи топливного бака 20. Впускное отверстие для жидкости 40 и впускное отверстие 42 сообщаются с наружной частью 47 камеры 38.
Выпускное отверстие для жидкости 42 может быть сконструированно для сообщения с внутренней частью 45 камеры 38, как это обозначено прерывистыми линиями 42a. В этом случае выпускное отверстие для жидкости 42a может включать в себя выпускную трубку 43, которая соединяется с внутренней частью 45 камеры 38, продолжаясь от камеры 38 до наружной части топливного бака 20. Один из концов выпускной трубы 43 соединен с внутренней частью камеры 38 рядом со вторым закрытым концом 48.
Патрубок для забора горючего 32 расположен в непосредственной близости от агрегата теплообменника 30. Патрубок для забора горючего 32 состоит из заборной трубки 50 и топливного выходного отверстия 52. Заборная трубка 50 продолжается от отверстия в первом закрытом конце 46 вдоль оболочки 44 и через отверстие во втором закрытом конце 48. В зависимости от использования заборная трубка 50 может продолжаться до дна топливного бака 20. Заборная трубка 50 заканчивается на одном из своих концов топливным выходным отверстием 52, который может заключать в себе любые подходящие фитинги, а на другом конце топливным входным отверстием 54, которое может включать в себя пористый фильтр (не показан), расположенный в заборной трубке 50.
Нагревательный агрегат 34 может, в зависимости от выбора, включать в себя любое подходящее устройство для нагревания горючего в патрубке забора горючего 32, включая саморегулиющуюся термическую ленту или иммерсионный нагревательный элемент 53, который продолжается внутрь патрубка забора горючего 32 и заканчивается внутри топливного бака 20. Агрегат теплообменника 30 и патрубок для забора горючего 32 могут быть изготовлены из любых подходящих для этого непроницаемых материалов, предпочтительно из металлов, а еще более предпочтительно - из нержавеющей стали, не подверженной коррозии, хорошо проводящей тепло, долговечностной и прочной.
Всевозможные варианты конструкции нагревательного аппарата 22 для энергетических жидкостей, например для дизельного топлива или гидравлического масла, показаны на фиг. 2 - 10. Нагревательные аппараты для энергетических жидкостей 56 в основном включают в себя средства теплообменного устройства 58, патрубок для забора топлива 60, а также преднагревательный патрубок для забора топлива 62. Нагревательный аппарат горючего 56 закреплен внутри топливного бака 20 в отверстии топливометра или в другом соответствующем отверстии и нагревает топливо, находящееся в топливном баке 20, а также топливо в патрубке для забора топлива 60 и преднагревательном патрубке для забора топлива 62. Может быть использован более чем один нагревательный аппарат, особенно в автомобилях, снабженных несколькими топливными баками.
Согласно фиг. 2 и 3, агрегат теплообменника 58 включает в себя корпус или камеру 64 с впускным 66 и выпускным 68 отверстиями для жидкости. Как уже упоминалось при рассмотрении фиг. 1, нагреваемая жидкость может течь в любом направлении, т.е. жидкость может войти через выпускное отверстие 66. Камера 64 с предпочтительно цилиндрической оболочкой 70 с первым и вторым закрытыми концами 72, 74. Цилиндрическая оболочка расположена внутри топливного бака 20 таким образом, что наружная часть камеры 64 выходит кнаружи от топливного бака 20, а внутренняя часть камеры 64 находится внутри топливного бака и аналогична нагревательному аппарату 22, показанному на фиг. 1. Впускное 66 и выпускное 68 отверстия для жидкости сообщаются с наружной частью камеры 64. Само собой разумеется, что во время обзора этого изобретения, ссылка на резервуар для энергетической жидкости может быть заменена во многих местах ссылкой на топливной бак.
Патрубок для забора горючего 60 расположен в непосредственной близости от агрегата теплообменника 58. Патрубок для забора горючего 60 состоит из заборной трубки 76 и выпускного отверстия для горючего 78. Заборная трубка 76 продолжается от отверстия в первом закрытом конце 72 вдоль оболочки 70, через отверстие во втором закрытом конце 80 и, предпочтительно, до дна топливного бака 20. Для поддержки заборной трубки 76 и предохранения от любого смешивания жидкостей между патрубком для забора горючего 60 и агрегатом теплообменника 58 заборная трубка приваривается к первому и второму закрытым концам 72, 74. Заборная трубка 76 заканчивается на одном конце топливным выпускным отверстием 74 и топливным впускным отверстием 80 на другом конце. Последнее отверстие может включать в себя пористый фильтр (не показан), помещенный в заборной трубке 76. Отверстие забора топлива 80 окружено топливной муфтой 81. Патрубок забора топлива 60 сужается рядом со вторым закрытым концом 72, формируя тем самым полость 71. Нагреваемая жидкость при своем движении через полость 92, обозначенную на фиг. 4, изменяет направление в полости 71 и продолжает свое движение в направлении выпускного отверстия 68.
Преднагревательный патрубок для забора горючего 62 расположен в непосредственной близости от патрубка для забора горючего 60, что создает возможности для взаимной передачи тепла между обоими патрубками. Преднагревательный патрубок для забора горючего 62 состоит из заборной трубки 82 и топливного выпускного отверстия 84. Заборная трубка 82 начинается от отверстия в первом закрытом конце 72 внутри патрубка забора горючего 60 и продолжается через отверстие во втором закрытом конце 74. В зависимости от использования заборная трубка 82 может доходить до дна топливного бака 20. Заборная трубка 82 заканчивается на одном конце топливным выпускным отверстием 84, а на другом конце заканчивается в топливном впускном отверстии 86, которое может содержать в себе пористый фильтр (не показан), размещенный внутри заборной трубки 82. Топливное заборное отверстие 80 окружает топливное заборное отверстие 86.
Теплораспределительные средства или заслоночные устройства 88 могут быть внутри патрубка забора горючего 60 для того, чтобы замедлить скорость течения жидкости и/или в целях улучшения передачи тепла между нагреваемой жидкостью в камере 64 и горючим в патрубке для забора горючего 60. Заслоночные средства могут быть различной конфигурации, например, в виде спирали из теплопроводящей проволоки. Заслоночные средства 88 могут быть изготовлены совместно с патрубком забора горючего 60 или помещены в него в отдельно.
Агрегат теплообменника 58, патрубок забора горючего 60 и преднагревательный патрубок забора горючего 62 могут быть изготовлены из любого непроницаемого материала, например алюминия или нержавеющей стали, которые обладают хорошими теплопроводными и антикоррозивными качествами.
Фиг. 4 иллюстрирует вид на верхний горизонтальный разрез нагревательного аппарата 56. Преднагревательный патрубок для забора горючего 62 расположен внутри полости 90, образованной патрубком забора горючего 60. Топливная соединительная линия 96 обеспечивает связь с горючим, находящимся в полости 90 на конце 98, и соединена с топливной муфтой 100 на конце 102. Выходное отверстие 78 для горючего получает энергетическую жидкость, например топливо, текущее через заборный патрубок 60 и топливную соединительную линию 96. Топливные соединительные линии 99, 101 находятся в потоке посредством соединения с полостью 92 на конце 104, 106 и с муфтами охладителя 108, 110 на конце 112, 114.Впускное отверстие для горючего 66 и выходное отверстие 68 находятся в жидкостной связи с нагреваемой жидкостью в полости 92, расположенной между камерой 64 и патрубком для забора горючего 60. Заслоночное устройство 88 находится внутри полости 90.
Поперечный разрез агрегата теплообменника 58 показан детально на фиг. 5. Цилиндрическая оболочка 70 расположена в значительной степени вокруг патрубка для забора горючего 60 и преднагревательного патрубка для забора горючего 62. Преднагревательный патрубок для забора 62 горючего в этом варианте конструкции расположен внутри или в полости 90 патрубка для забора горючего 60. Патрубок для забора горючего 60, как это показано на чертеже, имеет в основном овальную форму на поперечном разрезе, а преднагревательный патрубок для забора горючего 62, как это показано на чертеже, имеет в основном круглую форму на поперечном разрезе, хотя с другой стороны, формы не являются предметом ограничений. Заслоночное устройство 80 расположено внутри патрубка для забора горючего 60.
На фиг. 6 показан вид другого секционного разреза агрегата теплообменника 58. Цилиндрическая оболочка 70 окружает патрубок для забора горючего 60, который в свою очередь окружает преднагревательный патрубок для забора горючего 62. Полость 92 позволяет прохождению нагреваемой жидкости, например жидкости для охлаждения двигателя или выхлопных газов, а полости 90 и 94 позволяет продвижение энергетической жидкости, как например, дизельного топлива или гидравлической жидкости через патрубок забора горючего 60 и преднагревательный патрубок для забора горючего 62.
На фиг. 7 показан верхний горизонтальный вид нагревательного аппарата 56. Преднагревательный патрубок забора горючего 62 расположен внутри фитинга 116 преднагревательного топливопровода. Топливопроводная муфта 100 выпускного отверстия для топлива 78 присоединена к топливопроводу 254, направляющему энергетическую жидкость по направлению к двигателю 28, как это видно на фиг. 20. Муфты системы охлаждения 108, 110 отверстия для впуска жидкости 66 и отверстия для выпуска жидкости 68 соединены с линиями системы охлаждения 186, 188, которые направляют охлаждающую или другую нагреваемую жидкость через систему нагрева, как это указано на фиг. 21. Отверстие для впуска жидкости 66, отверстие для выпуска жидкости 68 и отверстие для выпуска жидкости 78 расположены в непосредственной близости от фланца пластины 118.
Фиг. 8 иллюстрирует нижний горизонтальный вид нагревательного аппарата 56. Топливопроводная муфта 81 расположена вокруг патрубка забора горючего 60 и преднагревательного патрубка забора горючего 62.
На фиг. 9 и 10 показаны альтернативные варианты конструкции нагревательного аппарата 56. На фиг. 9 преднагревательный патрубок забора горючего 62 находится внутри массивной части в непосредственной близости от патрубка забора горючего 60. На фиг. 10 преднагревательный патрубок забора горючего 62 расположен внутри патрубка для забора горючего 60. На обоих фиг. 9 и 10 отверстие для впуска жидкости 66 и отверстие для выпуска жидкости 68 и расположены вблизи от патрубка забора горючего 60 и преднагревательного патрубка забора горючего 62. Как это показано на фиг. 9 и 10, патрубок забора горючего 60 и отверстие для впуска жидкости 66 и отверстие для выпуска жидкости 68 и могут быть различной формы. Теплообменник 58, показанный на фиг. 9 и 10, может выступать наружу либо полностью, либо частично. Цилиндрическая камера или оболочка расположена вокруг отверстия для впуска жидкости 66, отверстия для выпуска жидкости 68 и патрубка забора горючего 60.
Фиг. 11 иллюстрирует альтернативный вариант конструкции нагревательного и обходного аппарата, служащего для нагрева энергетической жидкости, как например дизельное топливо или гидравлическая жидкость, находящейся в баке. Этот аппарат детально описан в патентной заявке США, сериальный N 07/846,752, являющейся продолжением патентной заявки США, сериальный N 07/666,233. Это обходное устройство 120 обеспечивает нагревание энергетической жидкости, находящейся в резервуарных баках, нагревание энергетической жидкости, проходящей через патрубки забора энергетической жидкости, обходной путь для движения охлаждающей жидкости в целях предупреждения таких нагревательных циклов и по выбору прерывание движения охлаждающей жидкости по направлению к устройству 120 более постоянно по сравнению с другими автоматическими циклическими способами. Обходное устройство 120 состоит из главной части или коллекторных средств 122, монтажных устройств и деталей камеры теплообменника 126. Коллекторные средства 122 состоят из различных циркуляционных камер и сборочных узлов для соответствующего направления охлаждающей и энергетической жидкостей через них. Как это видно на фиг. 11, клапанные средства обходного устройства включают в себя агрегат автономного парафинового мотора 128, который выборочно допускает движение нагреваемой или охлаждаемой жидкости, находящейся и наружном по отношению к обходному устройству 120 резервуаре через систему коллекторных средств 122, камеру охлаждающей жидкости 130 и через устройства кожуха камер охлаждающей жидкости 132, как это указано темными стрелками.
Фиг. 11 и 12 иллюстрируют собой агрегат автономного парафинового мотора 128, включающего в себя конечную часть устройства для измерения температуры энергетической жидкости 134 и реагирующий на температуру поршень или телескопический стержень 136. Телескопический стержень 136 сконструирован и приспособлен для обеспечения движения и поддержки обходной головки 138 по отношению к обходной канавке 140. Положение обходной головки 138 позволяет нагреваемой жидкости, например охлаждающей жидкости для двигателя, течь от секции с впускным отверстием для охлаждающей жидкости 142 до камеры охлаждающей жидкости 130 и вне от секции с отверстием для выпуска охлаждающей жидкости 146. Альтернативно обходная головка 138 располагается для приема нагреваемой жидкости таким образом, что нагреваемая жидкость направляется через обходную камеру коллекторов 148 и вне от секции с выпускным отверстием для охлаждающей жидкости 146 без всякого течения в кожух камеры охлаждающей жидкости 132.
Монтажные устройства 124, показанные на фиг. 11, включают в себя монтажную пластину 150, которая сконструирована произвольно и предназначена для крепежа над направляющей пластиной топливометра 152 топливного бака 20. Прокладка 151 расположена между монтажной пластиной 150 и пластиной 152, создавая тем самым достаточную герметизацию, предотвращающую утечку. Кроме того, используется соответствующее монтажное приспособление 154, которое может быть смонтировано через отверстия в монтажной и направляющей пластинами различных размеров и форм для того, чтобы обеспечить оптимальную гибкость и монтаж. Таким образом, монтажное приспособление 124 смонтированно так, что противолежащий кожух 126 выступает в резервуарный бак, например в бак для горючего, и обеспечивает улучшенную тепловую передачу и обходные возможности для всей системы.
Агрегат кожуха 126 включает в себя заслоночный агрегат 156, внешний кожух 158, патрубок забора энергетической жидкости 160 и патрубок камеры забора потока энергетической жидкости 162. Внешний кожух 158 включает в себя, предпочтительно, цилиндрическую теплопроводящую наружную оболочку, изготовленную из износоустойчивой стали, которая помещена в резервуарный бак для контакта с находящейся в нем энергетической жидкостью. Впускное приспособление 164 обеспечивает поступление нагреваемой жидкости в кожух камеры потока охлаждающей жидкости 132, а выпускное приспособление 166 обеспечивает выброс нагреваемой жидкости из теплопроводящей части теплообменного устройства, включающего наружный кожух 158, таким образом в значительной степени окружая отверстие для впуска/патрубок забора энергетической жидкости 160 между отверстием для впуска 164 и отверстием для выпуска 166.
В дополнение к направлению нагреваемой или охлаждающей жидкости внутри части обходного устройства 120, включающего в себя кожух теплообменного аппарата 126, заслоночные устройства, расположенные внутри патрубка забора энергетической жидкости 160, служат для замедления скорости течения жидкости и/или для улучшения тепловой передачи между нагреваемой жидкостью в кожухе камеры потока охлаждающей жидкости 132 и энергетической жидкостью, текущей через впускной и заборный патрубок энергетической жидкости. Это способствует подъему температуры, если это необходимо, в то время, когда энергетическая жидкость протекает через обходное устройство 120. Дополнительно это приспособление способствует улучшению распределения тепла внутри впускного/заборного патрубков для жидкости в резервуарном баке, которая проходит через обходное устройство.
В рамках этого изобретения предложены различные конфигурации средств теплового распределения. Например, как это показано на фиг. 11, спиральная деталь 168 находится внутри патрубка забора энергетической жидкости в камере 162. Эти приспособления теплового распределения могут быть изготовлены в совокупности с патрубком для забора энергетической жидкости 160 или вставлены в него отдельно.
На фиг. 13 показан примерный подогреваемый/водосепарирующий аппарат, аналогичный тому, о котором говорится в Патенте США N 4,933,077. Водяной сепаратор 24 может быть использован для энергетического подогрева горючего для того, чтобы обеспечить запуск автомобиля, чтобы продолжать нагревание горючего до оптимальных температур и для того, чтобы вручную избавиться от воды, собравшейся в системе топливоснабжения. Аппарат сепарации воды 24 использует подогреваемую жидкость, например жидкость для охлаждения двигателя, и заряд аккумулятора для того, чтобы нагреть электрический нагревательный элемент, который в свою очередь нагревает дизельное топливо до оптимальной температуры, необходимой для продуктивной работы двигателя в условиях холодной погоды. Водяной сепаратор 24 изготавливается из водостойких материалов, например нержавеющей стали.
Сепаратор воды 24 в основном включает в себя резервуар 170, теплообменник 172 и электрический нагревательный элемент с внутренней заслонкой 175. Резервуар 170 включает в себя контейнер 176, изготовленный в виде прямоугольной призмы или параллелипипеда. Резервуар 170 также включает в себя отверстие для впуска горючего 178 и отверстие для выпуска горючего 180 в контейнер 176 в целях сообщения между внутренней частью контейнера 176 и другими компонентами системы снабжения горючим. Отверстие для впуска горючего 178 подсоединено к сегменту топливопровода 252, а отверстие для выпуска горючего 180 соединено с сегментом топливопровода 254, как это показано на фиг. 20.
Резервуар 170 также включает в себя отверстие для впуска охлаждающей жидкости 182 и отверстие для выпуска охлаждающей жидкости 184, соединенные посредством трубопроводов системы охлаждения 186, 187, которые показаны на фиг. 13 и 21, с любым источником жидкости, переносящей отработанное тепло, например охлаждающая жидкость, машинное масло или выхлопной газ. Предпочтение отдается охлаждающей жидкости вследствие ее относительно низких коррозивных свойств. Линии системы охлаждения 186, 188 могут быть соединены с отверстием для впуска охлаждающей жидкости 182 и отверстием для выпуска охлаждающей жидкости 184 посредством зажимных приспособлений, винтового соединения или других соответствующих способов.
Теплообменник 172 включает в себя по крайней мере одну трубку 190, идущую между отверстием для впуска охлаждающей жидкости 182 и отверстием для выпуска охлаждающей жидкости 184 через контейнер 176 резервуара 170. Теплообменник 172 включает в себя несколько трубок 190, идущих, главным образом, параллельно друг другу между отверстием для впуска охлаждающей жидкости 182 и отверстием для выпуска охлаждающей жидкости 184, однако расположение трубок 190 может быть иным в рамках этого изобретения. В настоящем изложении используются девять трубок, но количество и размер трубок можно варьировать в рамках этого изобретения. Первый нагреватель 192 распределяет поступающую из отверстия для впуска 182 охлаждающую жидкость в патрубки 190. Второй нагреватель 194 собирает охлаждающую жидкость из патрубков 190 и направляет ее наружу через отверстие для выпуска охлаждающей жидкости 184. Могут быть использованы другие способы распределения и сбора охлаждающей жидкости из множества патрубков, например распределительные элементы.
Теплообменник 172 также включает в себя кожух или вкладыш 196, расположенный внутри контейнера 176 резервуара 170. Вкладыш 196 частично окружает часть трубок 190 для обозначения границ камеры подогрева 198. Горючее, которое поступает в камеру подогрева 198, нагревается более эффективно при своем движении внутри камеры подогрева 198, контактируя с трубами 190, и тем самым способствуя осаждению водяных загрязнителей из топлива. Вкладыш 196 изготавливается обычно в форме цилиндра и комплектуется половиной цилиндрического кожуха 200, который располагается практически коаксиально с трубками 190 и пластинкой заслонки 202 на другом конце кожуха 200. Альтернативно вкладыш 196 может иметь любую форму и быть цельным или собранным из нескольких компонентов.
Вкладыш 196 имеет первое отверстие 204, сообщающееся с отверстием для впуска горючего 178, через которое горючее поступает в камеру подогрева 198. В настоящем варианте полуцилиндрическая оболочка 200 расположена таким образом, что открытая половина оболочки 200 обращена в сторону отверстия для впуска горючего 178. Топливопровод 206 начинается от отверстия для впуска горючего 178. Топливопровод 206 начинается от отверстия для впуска горючего 178 и расположен таким образом, что он может направлять поступающее горючее через первое отверстие 204 в камеру подогрева 198.
В Патенте США N 4,933, 077, выданном Волфу и упомянутом выше, и как на это указано на чертеже 22, вкладыш 196 также имеет второе отверстие 208, сообщающееся с отверстием для выпуска горючего 180 и направляющее исходящее подогретое горючее в направлении отверстия для выпуска горючего 180. Второе отверстие имеет форму сопла 210 в заслоночной пластинке 202 и обращено в сторону отверстия для выпуска горючего 180. Нагретое горючее, вытекающее из камеры подогрева 198 через сопло 210, направляется таким образом в направлении отверстия для выпуска горючего 180. Горючее, находящееся внутри камеры подогрева 198, нагревается до такой высокой температуры, что это вызывает в свою очередь осаждение водных загрязнителей из горючего и тем самым в дальнейшем предотвращает парафинирование. Поскольку это горючее в дальнейшем направляется из камеры подогрева 198 через сопло 210 в направлении отверстия для выпуска горючего 180 и поступает в двигатель, это, в дальнейшем, повышает эффективность работы двигателя.
Для того, чтобы направить движение горючего через камеру подогрева 198 по осевой в направлении сопла 210, топливопровод 206 расположен под острым углом по отношению к оси полуцилиндрической оболочки 200. В результате этого поступающее горючее направляется в камеру подогрева 198 через топливопровод 206 под острым углом по отношению к оси оболочки 200. После этого оболочка 200 изменяет направление движения горючего и направляет горючее вдоль своей собственной оси.
При запуске двигателя в холодное время проходит определенное время до того, как охлаждающая жидкость и машинное масло нагреваются до такой степени, которая предотвращает парафинирование горючего и вызывает осаждение водных загрязнителей из топлива. Логически, в целях подогрева горючего и приведения в действие охладительно-нагревательной системы, электрический нагревательный элемент 174 располагается внутри резервуара 170. Электрический нагревательный элемент 174 в основном работает только в условиях холодного запуска двигателя или в любое другое время, когда двигатель должен работать наиболее эффективно. Электрический нагревательный элемент 174 также включает в себя отверстие для впуска горючего 212 и отверстие для выпуска горючего 214. Электрический нагревательный элемент 174 имеет достаточную мощность и способен эффективно нагревать топливо для его последующего использования. Нагревательный элемент 174 может включать в себя при своем термическом соединении с заслонкой 175 калорический или ваттный электрод 216, длина которого может варьировать в зависимости от его применения. Оба отверстия для впуска 212 и выпуска 214 горючего присоединены к калорическому электроду 216 при помощи половинчатой муфты. Как это видно на чертеже 20, при помощи соответствующих устройств отверстие для впуска горючего 212 подсоединено к сегменту топливопровода 248, а отверстие для выпуска горючего 214 подсоединено к сегменту топливопровода 250. Т-образное соединение 218 включает в себя отверстие для выпуска горючего 214. Как это видно на фиг. 14, 20 и 21, термостат или датчик горючего 220 расположен внутри Т-образного соединения 218 для того, чтобы определять температуру горючего при его выходе из водяного сепаратора 24 по направлению к подогревателю охлаждающей жидкости 26. Пробник датчика горючего 220 помещается внутрь Т-образного соединения 218 при его монтаже и таким образом датчик может определять температуру горючего. Электрический нагревательный элемент 174 устанавливается в параллельном направлении с теплообменником 172. Нагревательный элемент 174 может быть помещен в любой части резервуара 170, который, в зависимости от своего размера и формы, дает возможность нагревательному элементу 174 быстро обеспечить нагреватель охлаждающей жидкости 26 подогретым горючим.
Резервуар 170 также включает в себя отверстие для выпуска из резервуара 170 накопившейся в нем воды 222. Отверстие для выпуска воды 222 имеет избирательный клапан (не показан), который в значительной степени предотвращает утечку горючего и в тоже время способствует выходу воды.
Механический термостат 224, схематически показанный на фиг. 20 и 21, используется для измерения температуры горючего на выходе из водяного сепаратора 24 и движущегося по направлению к двигателю 28. Двигающийся стержень увеличивается в объеме внутри термостата 224 и прерывает или обходит обводной трубопровод охлаждающей жидкости 225, показанный на фиг. 21 после того, как температура горючего достигла желаемого или оптимального эксплуатационного уровня, и таким образом горючее перестает далее подогреваться охлаждающей жидкостью. Однако, если температура горючего падает и охлаждающая жидкость снова может быть использована для нагрева горючего в качестве источника тепла, в таком случае термостат 224 открывается автоматически. Термопары 226 могут быть использованы в качестве дополнительной меры для измерений температур горючего и охлаждающей жидкости и могут быть помещены в различных местах системы нагрева горючего.
Фиг. 14 иллюстрирует нагреватель охлаждающей жидкости 26, нагреваемый сжигаемым горючим. Этот тип нагревателя может быть использован для подогрева энергетической жидкости в данной системе, нагреваемой сжигаемым горючим. Нагреваемая жидкость, например охлаждающая жидкость, поступает через отверстие для впуска охлаждающей жидкости 228 и выходит через отверстие для выпуска охлаждающей жидкости 230. Циркуляционный насос 232 обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости через эту систему. Топливный насос 234 подает горючее из водяного сепаратора 24 в топливопровод 236 нагревателя охлаждающей жидкости 26. Горючее поступает в камеру сгорания 238, которая включает в себя теплообменник 240. Необходимый для процесса горения воздух поступает через воздухозаборник 242 и выхлопные газы покидают камеру сгорания через выхлопную трубу 244. Вентилятор 246 направляет тепло, полученное в результате сгорания топлива, в направлении охлаждающей жидкости и нагревает последнюю. Система подогрева охлаждающей жидкости при помощи сжигаемого горючего предпочтительна в системе нагрева горючего, хотя, с другой стороны, может быть использован любой другой вспомогательный нагреватель.
Как это показано на фиг. 20, первый сегмент 248 топливопровода продолжается от топливного бака 20 до отверстия для впуска горючего 212, расположенного в водяном сепараторе 24, а второй сегмент 250 топливопровода продолжается от отверстия для выпуска горючего 214 до нагревателя охлаждающей жидкости 26. Третий сегмент 252 топливопровода продолжается от топливного бака 20 до отверстия для впуска горючего 178, расположенного в водяном сепараторе 24, и четвертый сегмент 254 топливопровода продолжается от отверстия для выпуска горючего 180 до двигателя 28. Сегменты 248, 252 топливопровода могут быть подсоединены к отверстиям для впуска горючего 178, 212, а сегменты 250, 254 могут быть подсоединены к отверстиям для выпуска горючего 180, 214, при помощи зажимов или винтовых соединений. Кроме этого, согласно данному изобретению, топливная система может включать в себя топливный фильтр 256, расположенный вниз по течению горючего от аппарата водяной сепарации 24. Этот фильтр 256 может быть расположен в сегментах 250, 254 топливопровода, как это показано на фиг. 20.
Согласно этому изобретению, система нагрева горючего может включать в себя систему нагрева аккумулятора. Система нагрева аккумулятора 258 используется для содержания аккумулятора в теплом состоянии, когда автомобиль либо не используется в течение длительных периодов времени, либо не используется в течение ночи во время холодной погоды. Содержание аккумулятора в тепле оказывает большое влияние на пусковую силу аккумулятора, которая является решающей при запуске двигателя во время холодной погоды. Аккумулятор используется для того, чтобы нагревать горючее, проходящее через водяной сепаратор 24, приводить в рабочее состояние нагреватель охлаждающей жидкости 26, который подогревается сжигаемым топливом, и для того, чтобы запустить двигатель 28.
Фиг. 15 представляет собой вертикальный секционный вид системы нагрева аккумулятора 258. Аккумуляторная коробка 260 является полностью и герметично закрытой. Изолирующий слой 262 и металлический отражающий слой 264 расположены в непосредственной близости от аккумуляторной коробки 260. Аккумулятор 266 расположен на корпусе теплообменника 268 внутри аккумуляторной коробки 260. Корпус теплообменника 268 опирается на изоляционные прокладки 270 в основании 272 коробки аккумулятора 260. Обходной термостат 274, согласно тому, как он описан в Патенте США N 4,964,376, расположен в непосредственной близости от аккумуляторной коробки 260 таким образом, что температурный щуп входит во внутреннее пространство 278 аккумуляторной коробки 260. Отверстие 280 для впуска охлаждающей двигатель жидкости позволяет прохождение охлаждающей жидкости через термостат 274 в корпус теплообменника 268 через трубку 282 для впуска жидкости. Охлаждающая жидкость покидает корпус теплообменника 268 через выпускную трубку (не показана). Крышки, закрывающие отверстия 284 для заполнения аккумулятора аккумуляторной жидкостью, соединены с вентиляционной трубкой, которая выводит собирающиеся газы вне аккумуляторной коробки 260 и сохраняет тем самым целостность и герметичность аккумуляторной коробки.
Как это видно на фиг. 16, корпус теплообменника 268 включает в себя теплообменник и фазоизменяющийся материал 290. Теплообменник 288 может быть различной формы, например извилистой, как это показано на фиг. 16. В основном, фазоизменяющийся материал 290 полностью заполняет корпус теплообменника 268. В зависимости от оптимизации температуры плавления, плотности, поведения в переохлажденном состоянии, стоимости и физических характеристик используются различные виды фазоизменяющихся материалов. Система нагрева аккумулятора функционирует следующим образом: теплая жидкость, охлаждающая двигатель, циркулирует через теплообменник 288, находящийся внутри корпуса теплообменника 268, который содержит соответствующий фазоизменяющийся материал 290. Корпус теплообменника 268 находится в тесном тепловом контакте с аккумулятором 266. Циркулирующая охлаждающая жидкость аккумулирует тепло в фазоизменяющемся материале 290 и нагревает аккумулятор 266 во время работы двигателя 28. Фазоизменяющийся материал абсорбирует тепло от теплой охлаждающей жидкости и в период работы двигателя переходит из твердой фазы в жидкую. После того, как двигатель 28 будет выключен, фазоизменяющийся материал 290, находящийся в жидкой фазе, продолжает сохранять тепло. По мере того, как фазоизменяющийся материал 290 начинает медленно затвердевать, он отдает накопленное тепло, тем самым поддерживая аккумулятор 266 в теплом состоянии в течение значительно значительного промежутка времени. Длительность промежутка времени, в течение которого система нагрева аккумулятора 258 может поддерживать аккумулятор 266 в теплом состоянии, зависит от количества используемого фазоизменяющегося материала 290, его типа, от того, насколько эффективно изолирована коробка аккумулятора и насколько эффективна герметизация этой коробки, а также от размера аккумулятора.
Охлаждающая жидкость поступает в аккумуляторную коробку 260 через отверстие для впуска охлаждающей жидкости 280, находящееся в обходном термостате 274, и через впускную трубку 282 попадает вовнутрь корпуса теплообменника 268. После прохода через теплообменник 288, охлаждающая жидкость выходит через выпускную трубку (не показана). Когда температурный пробник 276 определит температуру среды, окружающую аккумуляторную коробку, охлаждающая жидкость обойдет аккумуляторную коробку 260 стороной и прекратит дальнейший нагрев аккумуляторной коробки 260. Теплая охлаждающая жидкость направится в сторону двигателя 28 или в сторону других компонентов системы.
Для нагревания корпуса теплообменника 268 вместе с охлаждающей жидкостью можно использовать тепло выхлопных газов двигателя или нагревателя охлаждающей жидкости 26. Тепло выхлопных газов может быть использовано в теплообменнике вместе с теплом, исходящим от охлаждающей жидкости, или выхлопные газы могут быть использованы в изолированной камере.
Как показано на фиг. 17, система нагрева аккумулятора 258 имеет удивительные и неожиданные преимущества по сравнению с теми системами, которые используются в настоящее время. Первый ряд S1 графика является результатом испытания, когда использовался простой трубчатый теплообменник, сделанный из нержавеющей стали и предназначенный для нагрева основания пластины изолированной коробки аккумулятора. В примере 2, S2 содержит 60:40 смесь этиленгликоля и воды плюя трубчатый теплообменник, сделанный из нержавеющей стали. Пример 3, S3 содержит фазоизмеряющий материал плюс теплообменник с трубками, изготовленными из нержавеющей стали. Трехаккумуляторная система была помещена в камеру с искусственным климатом с поддерживаемой температурой в -22o по Фаренгейту (-30o по Цельсию). После более чем 65 ч температура электролитной ячейки в аккумуляторе экземпляра 1 была 0o по Фаренгейту. Температура электролита в ячейке экземпляра 2 S2 соответствовала 12o по Фаренгейту. В аккумуляторной коробке третьего экземпляра S3 температура электролита соответствовала 28o по Фаренгейту. Таким образом, по истечении значительного промежутка времени в условиях отключенного двигателя, температура аккумулятора экземпляра S3 была значительно выше, чем окружающая температура камеры с искусственным климатом.
Другим преимуществом в дополнение к теплому аккумулятору во время запуска двигателя являются подогретые жидкости, например теплое масло, имеющее соответствующее давление, необходимое для запуска двигателя. Как это показано на фиг. 18, теплообменник 292 может быть расположен в непосредственной близости от масляного поддона 294. В общих чертах, масляный поддон 294 расположен под двигателем 28. Теплообменник 292 помещается в основном под небольшим углом по отношению к масляному поддону 294, начинаясь от основания 296 масляного поддона 294 и продолжаясь в направлении уровня масла 295.
Как это показано на фиг. 19a и 19b, теплообменник 292 дан более детально. Охлаждающая или какая-либо другая теплая жидкость поступает в отверстие для впуска охлаждающей жидкости 294 и направляется через трубы 296 в теплообменник 292. Охлаждающая или какая-либо другая теплая жидкость выходит через отверстие для выпуска охлаждающей жидкости 298. Машинное масло поступает в теплообменник 292 через впускное отверстие 300, проходит через теплообменник 292 и нагревается в трубах 196, получая тепло от охлаждающей жидкости. Нагретое масло выходит через выпускное отверстие 302 на уровне масла 295 в поддоне 294. Масло попадает в теплообменник 292 вблизи от днища 293 поддона 294. Для нагрева масла используется конвекционное движение: подогретое масло поднимается вверх через теплообменник 292 и покидает его через выпускное отверстие 302, тем самым вынуждая поступление холодного масла через впускное отверстие 300.
Заново обращаясь к фиг. 20 и 21, видим, что в данном изобретении топливная система включает в себя описанные выше компоненты и дана здесь в схематической форме. В то время, когда двигатель не используется и выключен, может быть использована система подогрева аккумулятора 258. Аккумулятор 266 обеспечивает электропитание, необходимое для нагревания электронагревательного элемента 174, находящегося в водяном сепараторе 24. Рычажной выключатель (не показан) автомобиля включает калорический стержень 216 в электронагревательном элементе 174, нагревающий горючее в водяном сепараторе, которое в дальнейшем будет использовано для запуска нагревателя охлаждающей жидкости 26. Таким образом электронагревательный элемент 174 функционирует в качестве запускающего в ход нагревателя энергетической жидкости. Холодное горючее поступает в нагревательный аппарат. Если нагревательный аппарат горючего 56 находится в эксплуатации, то энергетическая жидкость, например дизельное топливо, засасывается через впускное отверстие 86 и проходит через впускной патрубок 62 подогревателя и выходит через топливное выпускное отверстие 84. Холодное горючее движется через первую часть 248 топливопровода и попадает в топливное впускное отверстие 212 водяного сепаратора 24. Холодное горючее попадает в электронагревательный элемент 174 и, проходя через электронагревательный элемент 174, нагревается при помощи калорического стержня 216. Топливо находится в электронагревательном элементе в течение заданного промежутка времени, например в течение пяти минут. Если становится очевидным, что в связи с условиями окружающей среды для подогрева горючего требуется более значительный промежуток времени, в таком случае с целью увеличения промежутка времени, необходимого для подогрева горючего, может быть использовано ручное изменение параметров. Температура горючего на выходе из электронагревательного элемента 174 будет меняться и зависеть от того периода времени, в течение которого горючее подогревалось нагревательным элементом, а также от состояния окружающей среды. Температурный датчик 220 измеряет температуру горючего, покидающего нагревательный элемент. Если температура горючего соответствует заранее определенному уровню, например 140o по Фаренгейту, в таком случае электронагревательный элемент 174 отключится. Горючее будет продолжать нагреваться теплом, исходящим от труб 190 камеры подогрева 198.
После того, как горючее было подогрето в аппарате для сепарации воды 24, включается второй выключатель, который приводит в действие нагреватель охлаждающей жидкости 26. В результате этого, топливный насос нагревателя охлаждающей жидкости 26 забирает из находящегося в водяном сепараторе 24 электронагревательного элемента 174 подогретое в нем горючее и горючее в свою очередь покидает водяной сепаратор 24 через выпускное отверстие 214. Подогретое горючее проходит через второй сегмент 250 топливопровода, проходит через фильтр и поступает в нагреватель охлаждающей жидкости 26.
Нагреватель охлаждающей жидкости 26 обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости через систему. Горючее сжигается в нагревателе охлаждающей жидкости 26, отдавая при этом тепло. Нагреватель охлаждающей жидкости 26 циркулирует охлаждающую жидкость по всей системе. Охлаждающая жидкость нагревается по мере продвижения через воздуходув 246, после чего подогретая охлаждающая жидкость циркулирует через отопительную систему так, как это показано на чертеже 21. Нагреваемая жидкость, например жидкость для охлаждения двигателя, используется в качестве источника тепла и в целях оттаивания системы нагрева аккумулятора 258, водяного сепаратора 24, нагрева аппаратов 56, 22, 120, двигателя 28, теплообменника 292, гидравлических нагревателей 304, резервуарного топливного бака 20 и многих других компонентов системы. Нагреватель охлаждающей жидкости 26 продолжает свою работу до тех пор, пока двигатель и все компоненты системы оттают, а охлаждающая жидкость и топливо будут нагреты до заранее определенной температуры, например 160o по Фаренгейту. Неиспользованное горючее выходит из нагревателя 26 и возвращается в коллекторный бак 20.
Как это показано на фиг. 21, нагреваемая жидкость, например жидкость для охлаждения двигателя, выходит из нагревателя охлаждающей жидкости 26 и через отверстие для впуска охлаждающей жидкости 280 попадает в обходной термостат 274. Фазоизменяющийся материал 290 нагревается по мере продвижения охлаждающейся жидкости через теплообменник 288. В тот момент, когда щуп датчика 276 определит, что температура аккумуляторной коробки достигла заданного предела, охлаждающая жидкость начинает обходить аккумуляторную коробку 260 и движется в сторону водяного сепаратора 24, нагревательного аппарата 56, двигателя 28 или в сторону других компонентов, используемых в системе отопления. Альтернативно, охлаждающая жидкость, выходящая из аккумуляторной коробки 26, моет быть направлена в сторону гидравлических нагревателей 304, а после них - в сторону теплообменника 292 для дальнейшего нагревания охлаждающей жидкости перед тем, как охлаждающая жидкость поступит в двигатель 28.
Как только охлаждающая жидкость нагреет систему и температура охлаждающей жидкости достигнет заранее определенного уровня, нагреватель охлаждающей жидкости 26 отключается. Двигатель 28 запускается поворотом ключа зажигания. Как только двигатель 28 окажется запущенным, активизируется вакуумный топливный насос, который забирает горючее из коллекторного бака 20 и подает его в отверстие для впуска горючего 80 и через патрубок забора горючего 60 и нагреваемая жидкость начинает циркуляцию через агрегат теплообменника 58. Подогретое горючее покидает нагревательный агрегат 56 через отверстие для выпуска горючего 84 и проходит через сегмент 252 до водяного сепаратора 24 через отверстие для впуска горючего 178. Горючее продолжает свое движение через трубопровод 206 и через первое отверстие 204 попадает в камеру подогрева 198. В дальнейшем горючее подвергается дополнительному нагреву в силу своего близкого расположения к трубам 190, содержащим нагреваемую жидкость, например жидкость для охлаждения двигателя. Нагретая жидкость выходит из камеры подогрева 198 через сопло 210 и направляется в сторону отверстия для выпуска горючего 180, находящегося в водяном сепараторе 24.
Горючее, выходящее из водяного сепаратора 24 через отверстие для выпуска горючего 180, проходит через сегмент 254 топливопровода и поступает в механический термостат 224, как это видно на фиг. 20. Если температура горючего не достигла заранее установленного уровня, например 80o по Фаренгейту, то горючее идет через механический термостат 224 и в дальнейшем подогревается теплом охлаждающей жидкости. В дальнейшем горючее продвигается по топливопроводу до передаточного насоса 306, направляющего горючее в двигатель 28. Подогретое топливо также проходит через фильтр двигателя 256, который удаляет частицы, воду или другие посторонние предметы, и через систему впрыска поступает в двигатель 28. Неиспользованное горючее возвращается в коллекторный бак 20. Если температура горючего достигла определенного уровня, то движение охлаждающей жидкости через термостат 274 прерывается расширевшимся стержнем и охлаждающаяся жидкость начинает движение в обходном направлении 225 в сторону двигателя 28, как это показано на фиг. 21.
Фиг. 1, 11 и 12 описывают нагревательный аппарат, в котором горючее или другие энергетические жидкости движутся в направлении патрубка впуска энергетической жидкости 160 или патрубка топливопровода забора горючего 32, и продолжают движение через аппарат для сепарации воды 24 и нагреватель охлаждающей жидкости 26, как об этом говорилось выше. После того, как компоненты двигателя 28 оказались нагретыми и сам двигатель 28 приведен в движение, горючее вновь забирается через патрубок забора 160 и захватывающий топливопровод 32 и контролирующий механизм (не показан) включается, например, клапанным механизмом, и горючее таким образом попадает в водяной сепаратор 24 через отверстие для впуска горючего 178, проходит через термостат 224, передаточный насос 306, фильтр двигателя 256 и через систему впрыска поступает в двигатель, как об этом говорилось выше.
Польза, получаемая в результате совмещения компонентов в целях создания системы нагрева горючего, заключается в том, что двигатель больше не должен запускаться, используя холодное горючее. Наоборот, охлаждающая жидкость подогревает всю систему, включая горючее, до того, как запускается двигатель. Подогретое горючее направляется в сторону двигателя, и тем самым уменьшается вероятность желатинирования энергетической жидкости, например дизельного топлива. В дополнение к этому, двигатель и системные компоненты оказываются оттаявшими и подогретыми до того, как будет произведен запуск двигателя, что в свою очередь уменьшает износ и повреждение деталей двигателя.
Польза, приносимая системой нагрева аккумулятора 258 на основании этого изобретения, заключается в том, что теплый аккумулятор имеет более высокую силу тока по сравнению с холодным. Это является очень важным в условиях крайне низких температур, поскольку тепло, отдаваемое фазоизменяющимся материалом 290 аккумулятору 260, содержит последний более теплым в течение длительного промежутка времени в условиях прекращения работы двигателя. Наглядным фактором является то, что система нагрева аккумулятора 258 способна поддерживать температуру аккумулятора 260 на уровне, превышающем температуру окружающей среды даже в тех ситуациях, когда двигатель не заводился в течении нескольких дней в условиях необычно холодной погоды.
Использование обходных компонентов и отключающих термостатов является особо полезным в системе нагрева горючего, как это описывается в изобретении. Использование этих компонентов в водяном сепараторе 24, механическом термостате 224 и обходном термостате 274 гарантирует то, что энергетические жидкости, используемые в системе нагревания горючего, содержатся в пределах оптимальных эксплуатационных температур.
Кроме этого, нагревание других энергетических жидкостей, как машинное масло, приносит определенную пользу и используется в системе нагревания горючего до того, как происходит запуск двигателя. Использование теплообменника 292, расположенного снаружи от масляного поддона является особенно благоприятным поскольку это уменьшает вероятность загрязнения масла нагреваемой жидкостью, используемой в теплообменнике 292. В дополнение, наружный теплообменник 292 является более безопасным, так как уменьшается вероятность пожара, который может возникнуть при использовании погружного нагревательного элемента масляного поддона. В дополнение, теплообменник 292 может быть использован для обеспечения передачи тепла внутри системы нагревания горючего, вызывая при этом подъем температуры охлаждающей жидкости, поступающей в двигатель 28 и выходящей из него. Это приносит определенную пользу, так как теплообменник 292 помогает более быстро нагревать систему нагревания горючего.
Следует принять во внимание, что компоненты, используемые в системе нагрева горючего и описанные в этом изобретении, могут быть собраны любым образом и удовлетворить различные потребности и запросы владельца автомобиля. Было определено, что наибольшая польза, приносимая данным изобретением проявляется при использовании всех описанных выше компонентов системы, однако система нагрева горючего будет функционировать и достигать желаемых результатов, описанных выше, даже в тех случаях, когда будут использованы не все ее компоненты. Например, если система нагрев аккумулятора 258 или теплообменник 292, или оба из них не используются, то система нагревания горючего, отписанная в изобретении, будет функционировать и достигать значительных результатов, описанных выше, включая уменьшение вероятности парафинирования и улучшение эксплуатационных качеств двигателя.
Реферат
Нагревательная система, предназначенная для нагрева энергетической жидкости, включает в себя нагревательный аппарат, расположенный внутри бака, содержащего энергетическую жидкость, и имеющий первый патрубок забора энергетической жидкости, второй патрубок забора энергетической жидкости, расположенный внутри первого патрубка забора энергетической жидкости, и теплообменные средства, предназначенные для непосредственного нагрева энергетической жидкости, находящейся в первом и втором патрубках забора энергетической жидкости. Система, предназначенная для нагрева энергетической жидкости, также включает в себя аппарат для сепарации воды. Аппарат для сепарации воды включает резервуар энергетической жидкости и теплообменник, находящийся внутри этого резервуара. Система, предназначенная для нагрева энергетической жидкости, также включает в себя теплообменные средства, состоящие из проводящих путей, предназначенных для движения теплообменной жидкости, когда нагретая энергетическая жидкость, выходящая из аппарата для сепарации воды, передает свое тепло нагреваемой жидкости. Изобретение позволяет нагреваемой жидкости обеспечить теплообмен с контейнеров, содержащим энергетическую жидкость путем прохождения нагреваемой жидкости через теплообменные средства нагревательного аппарата. 10 з.п.ф-лы, 22 ил.
