Отопитель транспортного средства на топливном газе - RU2649252C1
Код документа: RU2649252C1
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к отопителю транспортного средства на топливном газу, который может применяться как автономная система отопления или как дополнительный подогреватель, и включает в себя отделение горения с заключенной в корпус камерой сгорания.
Применяемые в транспортных средствах в качестве автономных систем отопления и/или дополнительных подогревателей отопители транспортного средства на топливном газу, как правило, реализованы так, что могут эксплуатироваться на том же топливе, что и размещенный в таком транспортном средстве двигатель. Как правило, двигатели работают на жидком топливе, соответственно, предназначенное для двигателя топливо подается также и на отопитель транспортного средства. В случае отопителей, реализованных, например, как испарители жидкое топливо подается в губчатую среду испарителя, которая, как правило, расположена в нижней секции корпуса камеры сгорания и ограничена в осевом направлении. Из губчатой среды испарителя первоначально жидкое подаваемое топливо выходит в газообразной форме и смешивается с также вводимым в камеру сгорания топочным воздухом для получения горючей смеси.
Задачей настоящего изобретения является создание отопителя транспортного средства на топливном газу, который бы при простоте изготовления обеспечивал надежное сгорание подаваемого в него газообразного топлива.
В соответствии с изобретением эта задача решается с помощью отопителя транспортного средства на топливном газу, включающего в себя отделения горения с заключенной в корпус камерой сгорания, причем корпус камеры сгорания включает в себя окружающую стенку, ограничивающую камеру сгорания по периметру во вне, и нижнюю секцию, ограничивающую камеру сгорания в осевом направлении, причем нижняя секция имеет камеру подачи топливного газа между первой нижней стенкой, ограничивающей камеру сгорания, и второй нижней стенкой, ограничивающей камеру сгорания, причем подающий топливный газ канал открывается в камеру подачи топливного газа и причем в первой нижней стенке предусмотрено приспособление для впуска топливного газа из камеры подачи топливного газа в камеру сгорания.
Отопитель в соответствии с изобретением имеет в нижней секции корпуса в соответствии с губчатым веществом испарителя, используемом в отопителях, эксплуатируемых на жидком топливе, камеру подачи топливного газа, в которую подается топливный газ, например, природный газ, и из которой топливный газ в равномерной пропорции с подаваемым в камеру сгорания топочным воздухом через приспособление впуска может поступать в камеру сгорания. В отопителе в соответствии с изобретением могут использоваться преимущественно компоненты, применяемые в случае отопителей на жидком топливе. Для подачи топлива в камеру сгорания по существу требуется только изменение в нижней секции корпуса камеры сгорания. Другие системные элементы, например, окружающая стенка и, в частности, системы для подачи воздуха в камеру сгорания могут быть конструктивно идентичны таким же системам отопителей на жидком топливе.
Для обеспечения равномерного поступления топливного газа через поперечное сечение камеры сгорания предлагается наличие в приспособлении для впуска топливного газа множества впускных отверстий. При этом предпочтительно, чтобы отверстия для впуска топливного газа были расположены преимущественно симметрично относительно продольной оси корпуса. Симметричное расположение согласно настоящему изобретению может, например, обозначать точечно-симметричное или зеркально-симметричное расположение. Также согласно настоящему изобретению, например, кольцеобразное распределение множества отверстий для впуска топливного газа на преимущественно равномерном расстоянии по окружности является подобным симметричным расположением.
Для воспламенения созданной в камере сгорания смеси из воздуха и топливного газа предлагается воспламенитель, предпочтительно поджигающий электрод, расположенный преимущественно параллельно первой нижней стенке и находящийся на осевом расстоянии от нижней секции.
Для подачи необходимого для воспламенения дополнительно к топливному газу воздуха в окружающей стенке может быть предусмотрено множество отверстий для впуска воздуха в камеру сгорания.
Описанный способ воспламенения в камере сгорания может быть достигнут благодаря тому преимущественному аспекту изобретения, что герметичность и/или размер отверстий для впуска воздуха в области оси воспламенителя меньше, чем в расположенной дальше от нижней секции области оси. Так, например, отверстия для впуска воздуха могут быть расположены как множество в разных осевых областях окружающей стенки, и, по меньшей мере, одно, а предпочтительно, множество отверстий для впуска воздуха, включающих кольца отверстий для впуска воздуха расположены друг за другом по окружности. Так как на начальном этапе воспламенения воспламенитель, например поджигающий электрод, необходимо подогреть, предпочтительно, когда расположенное в осевой области воспламенителя кольцо отверстий для впуска воздуха имеет меньшее количество отверстий для впуска воздуха, чем, по меньшей мере, одно более удаленное от нижней секции кольцо отверстий для впуска воздуха. Тем самым на этапе до воспламенения поступающий в камеру сгорания воздух не слишком интенсивно обтекает и тем самым не охлаждает воспламенитель.
В частности, при применении топливного газа в качестве топлива в отопителе транспортного средства в соответствии с техникой безопасности требуется максимально быстро определить, воспламенилась ли созданная в камере сгорания смесь из топливного газа и воздуха. С этой целью предлагается предусмотреть расположенный на осевом расстоянии от нижней секции, преимущественно параллельно первой нижней стенки датчик пламени, а предпочтительно датчик температуры. Таким образом, датчик пламени предусматривается сравнительно близко к той области, в которой начинается воспламенение на начальной этапе эксплуатации, и, тем, самым, непосредственно определяет возникновение пламени. Устраняются существенные временные задержки вследствие необходимости разогрева других систем отопителя и регистрации их нагрева.
Непосредственное взаимодействие датчика пламени с той областью, в которой в камере сгорания возникает воспламенение, может быть достигнуто с помощью расположения воспламенителя и датчика пламени по существу на равном осевом расстоянии от нижней секции.
Отопитель транспортного средства в соответствии с настоящим изобретением также может быть выполнен таким образом, что предусмотрена камера подачи воздуха, в которую поступает воздух из воздуходувной машины, и окружающая корпус камеры сгорания в области окружающей стенки и/или нижней секции; и/или, что на окружающей стенке имеется экранирующее пламя устройство; и/или к окружающей стенке прилегает жаровая труба, предпочтительно выполненная с ней как единое целое. Такая конструкция также гарантирует, что в отопителе транспортного средства двигателя преимущественно могут применяться компоненты или блоки, которые используются в отопителях на жидком топливе. В предпочтительном варианте исполнения изобретения, особенно в отношении тепловой нагрузки на датчик пламени, предлагается, чтобы осевое расстояние от датчика пламени до нижней секции было меньше, чем осевое расстояние от датчика пламени до экранирующего устройства пламени.
Для простоты конструктивного выполнения нижней секции корпуса камеры сгорания предлагается, чтобы нижняя секция включала в себя первую часть с первой нижней стенкой и окружающей стенкой, и вторую часть со второй нижней стенкой и окружающей стенкой. При этом вторая часть может быть вставлена в первую часть, и обе части могут быть соединены друг с другом в области своих окружающих стенок.
Для того чтобы обеспечить максимально равномерное введение топливного газа из камеры подачи топливного газа в камеру сгорания, предлагается, чтобы напротив устья для впуска топливного газа в камеру подачи топливного газа не было бы расположено никакого отверстия, расположенного на приспособлении с отверстиями для впуска топливного газа.
Кроме того, изобретение относится к системе отопления транспортного средства с помощью отопителя транспортного средства в соответствии с изобретением и системе подачи топливного газа к отопителю транспортного средства.
При этом система подачи топливного газа включает в себя:
- коллектор топливного газа,
- запирающее клапанное устройство для запирания и открывания ведущего в отопитель канала подачи топливного раза,
- устройство для понижения давления,
- устройство клапанной регулировки количества топливного газа.
Дополнительно, чтобы обеспечить надежную подачу топливного газа в отопитель при соблюдении техники безопасности, предлагается, что:
- запирающее клапанное устройство включает в себя два последовательных запирающих клапана, и/или
- устройство для понижения давления включает в себя первый редуктор давления для понижения давления топливного газа от значения коллектора до первого уровня давления и второй редуктор давления для понижения давления топливного газа от первого уровня давления до второго уровня давления, и/или
- устройство клапанной регулировки количества топливного газа включает в себя множество расположенных параллельно друг другу регулировочных клапанов, причем каждый из клапанов может переключаться из закрытого в открытое положение, причем предпочтительно, по меньшей мере, два регулировочных клапан в открытом положении имеют разные количественные расходы топливного газа, или устройство клапанной регулировки количества топливного газа включает в себя клапан пропорциональной регулировки.
В частности, если отопитель транспортного средства в соответствии с настоящим изобретением питается тем же топливным газом, который используется двигателем внутреннего сгорания, предлагается, чтобы канал, исходящий от коллектора топливного газа, разветвлялся на канал, ведущий к отопителю и канал, ведущий к двигателю внутреннего сгорания.
Настоящее изобретение также относится к способу эксплуатации отопителя транспортного средства на топливном газу, например, отопителя транспортного средства в соответствии с изобретением в системе отопления в соответствии с изобретением. Этот способ подразумевает, что на начальном этапе воспламенения камеру сгорания сначала продувают воздухом. Затем, например, при продолжении продувки воздухом активируют воспламенитель, чтобы создать условия воспламенения в зоне воспламенителя. Когда такие условия созданы, например, прошло заданное время после начала активизации воспламенителя, в камеру сгорания можно начинать подавать топливный газ. На завершающем этапе воспламенения для продувки камеры сгорания при продолжении подачи воздуха воспламенитель может быть активирован снова, а подача топливного газа прекращена. За счет активизации воспламенителя на завершающем этапе воспламенения необходимо следить за тем, чтобы при нарастающем обеднении смеси топливного газа и воздуха горение поддерживается до тех пор, насколько это возможно, и, таким образом, наименьшая доля выбрасывается несгоревшего горючего газа выбрасывает в окружающую среду. Кроме того, при этом способе, альтернативно или дополнительно может быть предусмотрено, что при сгорании давление воздуха, подаваемого в камеру сгорания, выше, чем давление топливного газа. Таким образом за счет превышения давления воздуха над давление топливного газа предотвращается утечка топливного газа на пути движения воздуха в камеру сгорания.
Поскольку при активации воспламенителя на завершающем этапе воспламенения сначала требуется некоторое время, например, несколько секунд, для достижения такой высокой температуры, которая поддерживала бы горения все более обедненной смеси, предлагается, чтобы на завершающей этапе после начала подачи напряжения на воспламенитель, прекращалась бы подача топливного газа.
В частности, при использовании топливного газа в качестве топлива для отопителя транспортного средства, необходимо по возможности сократить время, при котором при подаче топливного газа не происходит воспламенения. С этой целью предлагается, когда на начальном этапе воспламенения в течение заданного периода времени, предпочтительно приблизительно через 10 секунд после начала подачи топливного газа, пламени не обнаружено, прекратить подачу топливного газа, предпочтительно при продолжении подачи воздуха и/или продолжения подачи напряжения на воспламенитель.
Настоящее изобретение подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - блок-схема отопительной системы транспортного средства, включающей в себя отопитель на топливном газу;
фиг. 2 - аналогичная фиг. 1 блок-схема альтернативной отопительной системы транспортного средства, включающей в себя отопитель на топливном газу;
фиг. 3 - продольное сечение отопителя транспортного средства на топливном газу;
фиг. 4 - продольное сечение модуля камеры сгорания отопителя транспортного средства из фиг. 3 в плоскости, проходящей по оси корпуса;
фиг. 5 - продольное сечение модуля камеры сгорания по фиг. 4 в укрупненном виде, в плоскости, проходящей по оси корпуса;
фиг. 6 - продольное сечение нижней секции модуля камеры сгорания по фиг. 4;
фиг. 7 - аксонометрия нижней секции по фиг. 6;
фиг. 8 - поперечный разрез модуля камеры сгорания по фиг. 4 вдоль линии VIII – VIII на фиг. 4;
фиг. 9 - временная диаграмма, описывающая работу различных систем отопителя транспортного средства по фиг. 3 на этапе воспламенения.
На фиг. 1 изображен общий вид отопительной системы транспортного средства, обозначенной ссылочной позицией 10. Отопительная система 10 транспортного средства включает в себя в качестве составляющей работающий на газу отопитель 12 транспортного средства, который питается топливным газом, хранящимся в коллекторе 14 топливного газа транспортного средства. Хранящийся в коллекторе 14 топливный газ применяется также в двигателе 16 внутреннего сгорания транспортного средства, оснащенного отопительной системой 10. В исходящем от коллектора 14 топливного газа канале 18 расположен запорный клапан 20, например, электромагнитный клапан, с помощью которого коллектор 14 топливного газа полностью может быть закрыт для выпуска топливного газа. Исходящий из коллектора 14 топливного газа канал 18 разветвляется на один канал 22, ведущий к отопителю 12 транспортного средства и на второй канал 24, ведущий к двигателю 16 внутреннего сгорания. Таким образом, вместе с первым каналом 22 идущий от коллектора 14 топливного газа канал 18 образует канал 26, идущий к отопителю 12 транспортного средства. Аналогично, канал 18 вместе с ведущим к двигателю 16 внутреннего сгорания вторым каналом 24 образует канал 28, с помощью которого топливный газ может подаваться в двигатель 16 внутреннего сгорания.
В коллекторе 14 топливный газ под очень высоким давлением, например, около 250 бар хранится, например, в виде газа. В зависимости от используемого топливного газа он может храниться в жидкой форме. Для того, чтобы подавать питание на двигатель 16 внутреннего сгорания с помощью канала 28 под надлежащим давлением, во втором канале 24 предусмотрен редуктор 30 давления. Редуктору 30 давления может соответствовать, например, запорный клапан 31, например, электромагнитный клапан, с тем, чтобы, когда топливный газ должен подаваться на отопитель 12, транспортного средства, а не на двигатель 16 внутреннего сгорания, иметь возможность отключить канал 24, когда соответствующий коллектору 14 запорный клапан 20 открыт, и топливный газ должен направляться по каналу 22 к отопителю 12 транспортного средства.
Кроме того, в первом канале 22 ниже по течению от запорного клапана 20 расположен еще один запорный клапан 32, например, электромагнитный клапан, чтобы можно было закрывать первый канал 22, когда топливный газ должен поступать в двигатель 16 внутреннего сгорания, а не на отопитель 12 транспортного средства. Разветвление канала 18 топливного газа на два канала 22, 24, осуществляется, таким образом, в направлении потока между двумя запорными клапанами 20, 32 или 20, 31 соответственно.
Ниже по течению от обоих запорных клапанов 20, 32 клапанного запорного устройства 34 предусмотрены два соединенных последовательно редуктора 36, 38 давления, которые вместе образуют устройство 40 снижения давления. С помощью первого редуктора 36 давления выше по течению канала давление коллектора топливного газа снижается до первого уровня давления. Как уже было упомянуто, давление коллектора составляет около 250 бар. Давление первого уровня может составлять от 5 до 10 бар, предпочтительно 7 бар. С помощью второго редуктора 38 устройства 40 понижения давления давление снижают до второго уровня, что составляет около 50 мбар. Следует учесть, что данные значения давления даются относительно давления окружающей среды, то есть отражают давление выше давления окружающей среды.
Ниже по направлению течения устройства 40 снижения давления предусмотрено устройство клапанной регулировки количества топливного газа. С его помощью необходимое для воспламенения количество газа вводится из первого канала 22 в обозначенное позицией 44 отделение горения отопителя 12 транспортного средства, в которое дополнительно подают с помощью не изображенного на фигуре устройства подачи воздуха, например, воздуходувки обходного канала, необходимый для воспламенения топливного газа воздух. Тепло, генерируемое при сгорании в отделении 44 горения смеси из воздуха и топливного газа можно отводить в теплообменное устройство 46 в подлежащую нагреву среду, например, в воздух, впускаемый во внутреннее пространство транспортного средства, или в жидкий хладагент, циркулирующий в контуре охлаждения двигателя 16 внутреннего сгорания.
В изображенном на фиг. 1 примере отопительной системы 10 транспортного средства клапанное устройство 42 регулировки количества топливного газа включает в себя два включенных параллельно друг другу регулировочных клапана 48, 50, например, электромагнитных клапана. Они могут, например, иметь подпружиненный затвор клапана в запертом состоянии, которые при возбуждении соответствующего электромагнитного устройства, противодействующего пружине, может быть установлен в открытое положение. Так, в изображенном на фиг. 1 состоянии регулировочный клапан 48, например, находится в запертом состоянии, а регулировочный клапан 50 в открытом состоянии.
Оба регулировочных клапана 48, 50 могут быть, например, выполнены таким образом, что их затворы клапана находятся в открытом состоянии, соответственно имеют равный количественный расход топливного газа. Таким образом могут быть достигнуты три различных состояния эксплуатации или количества подачи топливного газа. Если оба регулировочных клапана 48, 40 находятся в запертом состоянии, то в отделение 44 горения топливо не впускается. Если оба регулировочных клапана 48, 50 переключены в открытое положение, то в отделение 44 горения подается заданное количество топливного газа так, что отопитель 12 транспортного средства может эксплуатироваться на первой ступени мощности нагрева. Если оба регулирующих клапана 48, 40 переключены в открытое положение, в отделение 44 горения подается двойное количество топливного газа так, что отопитель 12 транспортного средства может эксплуатироваться на второй ступени мощности нагрева. В альтернативном варианте исполнения оба регулировочных клапана могут быть сконструированы так, что, например, регулировочный клапан 50 обеспечивает двойной количественный расход топливного газа, чем регулировочный клапан 48. В зависимости от того, переключен ли в открытой положение только один регулировочный клапан 48, только регулировочный клапан 50 или оба регулировочных клапана 48, 50, можно обеспечить впуск трех различных объемов топливного газа в отделении 44 горения так, что отопитель 12 транспортного средства может эксплуатироваться в трех различных режимах нагрева с разной мощностью нагрева. Мощность нагрева самой низкой ступени составляет примерно 1/3 максимальной мощности самой высокой ступени. Мощность нагрева средней ступени составляет примерно 2/3 максимальной мощности.
Различные задействованные при эксплуатации отопительной системы транспортного средства системы регулируются устройством 52 управления. Оно может быть разделено на секцию управляющего устройства или управляющее устройство, которое по существу только попеременно регулирует системы, управляемые отопителем 12 транспортного средства, а именно, запорный клапан 32, устройство 42 капанного регулирования количества топливного газа и отделение 44 горения. Другое управляющее устройство может быть предусмотрено для систем, относящихся к транспортному средству или двигателю 16 внутреннего сгорания, а именно, запорного клапана 20 и предусмотренным для редуктора 30 давления или второго канала 24 подачи топлива запорного клапана 32.
В случае изображенной на фиг. 2 отопительной системы 10 предусмотрено наличие клапанного устройства 42 регулировки количества топливного газа выполненного в виде пропорционального клапана. Он регулируется управляющим устройством 52 в соответствии с требуемым количеством топливного газа с тем, чтобы подавать требуемое количество газа в отделение 44 горения для соответствующей ступени нагрева отопителя 12, за счет чего облегчается моделирование потока газа.
Далее со ссылкой на фиг. 3-8 описывается конструкция отопителя 12 транспортного средства на газу с помощью воздушного отопительного устройства для нагрева поступающего во внутреннее пространство транспортного средства воздуха.
Отопитель 12 транспортного средства включает в себя в качестве базового модуля отделение 44 горения обозначенный цифрой 56 модуль камеры сгорания. Укрупненно изображенная на фиг. 4 и 5 камера 56 сгорания включается в себя корпус 58 камеры сгорания с окружающей стенкой 62, ограничивающей камеру 60 сгорания по окружности относительно продольной оси L. Нижняя секция 64 ограничивает камеру 60 сгорания в осевом направлении. К окружающей стенке 62 корпуса 58 камеры сгорания прилегает изображенная в данном примере совместно с ним жаровая труба 66. В окружающую стенку 63 или жаровую трубу 66 опирается жаровая заслонка 68, например, с центральным отверстием 70. На внешней стороне окружающей стенки 62 предусмотрен монтажный фланец 72, с помощью которого модуль 56 камеры сгорания закреплен, например, с помощью шурупов на изображенном на фиг. 3 имеющем по существу форму чаши корпусе 74 теплообменника. Вдоль упомянутого теплообменника расположена жаровая труба 66 так, что жаровая труба 66 в своей концевой части, отвернутой от камеры 60 сгорания, направляет исходящие газообразные продукты сгорания вдоль внутренней стороны корпуса 74 теплообменника и выпускает их через выхлопное отверстие 76. Корпус 74 теплообменника схематически изображенной на фиг. 1 зоны 46 теплообменника на внутренней стороне и на наружной стороне может быть оснащен ребрами переноса тепла с тем, чтобы увеличить с одной стороны поверхность, взаимодействующую с продуктами горения, и с другой стороны поверхность, взаимодействующую с нагреваемым воздухом, т.е. воздухом нагрева.
В свою очередь, корпус 74 теплообменника находится в корпусе 78 отопителя и образует по существу между наружной стороной корпуса 74 теплообменника и корпусом 78 отопителя кольцеобразное пространство 80 потока воздуха между отверстием 82 для впуска воздуха и отверстием 84 для выпуска воздуха. Оба отверстия 82, 84 могут быть расположены соосно друг другу и продольной оси L корпуса модуля 58 камеры сгорания.
На корпус 74 теплообменника опирается изображенное на фиг. 1 воздуходувное устройство 86 с двигателем 88. На отвернутом от модуля 56 камеры сгорания соосном конце вала 90 ротора двигателя 88 воздуходувного устройства расположено рабочее колесо 92, которое при вращении направляет нагреваемый воздух через пространство 80 потока воздуха в направлении отверстия 84 для выпуска воздуха. На соосном конце вала 90 ротора, повернутого лицом к модулю 56 камеры сгорания или корпусу 74 теплообменника, предусмотрено рабочее колесо 94 зоны воздуходувного устройства, также называемого боковым канальным воздуходувным устройством, для перемещения необходимого для горения воздуха в направлении модуля 56 камеры сгорания. Этот воздух поступает через патрубок 96 впуска воздуха в кольцеобразный нагнетательный канал, который размещен напротив рабочего колеса 94 соосно с ним. Через не изображенную на фигуре выходную зону необходимый для горения газ поступает в камеру 98 подачи воздуха, огибающую корпус 58 камеры сгорания модуля 56 камеры сгорания в области окружающей стенки 62 и нижней секции 64.
Воздух, нагнетаемый в камеру 98 подачи воздуха с помощью рабочего колеса 94, попадает также в пространство между монтажным фланцем 72 и окружающей стенкой 62 и проходит сквозь множество расположенных в окружающей стенке 62 отверстий 100 для впуска воздуха в камеру 60 сгорания. Отверстия 100 для впуска воздуха расположены в окружающей стенке 62 несколькими соосно следующими друг за другом кольцами 102. При этом количество отверстий 100 для впуска воздуха варьирует таким описанным далее более подробно образом, что количество таких отверстий 100 для впуска воздуха в области, расположенной ближе к нижней секции 64 окружающей стенки 62 меньше, чем в области, расположенной дальше от нижней секции 64.
Изображенная более детально на фиг. 5 и 6 нижняя секция 64 включает в себя первую по существу чашеобразную нижнюю деталь 104, которая имеет первую нижнюю стенку 106 и выполненную совместно с ней окружную стенку 108. В первой нижней детали 104 размещена вторая нижняя деталь 110, которая имеют вторую нижнюю стенку 112 и окружающую стенку 114. Обе нижние части 104, 110 могут быть жестко соединены друг с другом, например, в области своих окружающих стенок 108, 114 путем сварки или спайки, поэтому предпочтительно выполнены в виде штампованных листовых деталей.
Между двумя нижними стенками 106, 112 образована камера 16 для подачи топливного газа. Через канал 118 подачи топливного газа в нее поступает топливный газ. В центральной части второй нижней стенки 112 посредством осевого формования выполнена область 120 отверстия, в которую включен канал 118 подачи топливного газа и жестко и герметично соединен с ним, например, с помощью сварки или спайки. Как показано на фиг. 3, канал 118 подачи топливного газа проходит сквозь корпус 78 отопителя, корпус 74 теплообменника и, таким образом, через пространство 80 потока воздуха, а также сквозь камеру 98 подачи воздуха.
Третья нижняя деталь 122 включает третью нижнюю стенку 124 и окружающую стенку 126 и вставлена во вторую нижнюю деталь 110. Между второй нижней стенкой 112 и третьей нижней стенкой 124 предусмотрена прокладка 128 из изолирующего материала, которая имеет отверстие 130 для канала 118 подачи топливного газа. Прокладка 128 из изолирующего материала изолирует нижнюю область 64 и, тем самым, весь модуль 56 камеры сгорания в осевом направлении.
Для впуска топливного газа, подаваемого через канал 118 из устройства 42 клапанного регулирования количества топливного газа, в камеру 60 сгорания в первой нижней стенке 106 первой нижней детали 104 предусмотрено устройство 131 впусковых отверстий. Оно включает множество отверстий 132 для впуска топливного газа, которые, например, расположены по существу симметрично продольной оси L по упорядоченному образцу. В изображенном на фиг. 7 примере предусмотрено точечно-симметричное расположение отверстий 132 для впуска топливного газа. Возможно также другое расположение по в целом упорядоченному образцу, которое обеспечивает равномерное поступление топливного газа в камеру 60 сгорания. Отверстия 132 для впуска топливного газа могут быть также размещены по неупорядоченному образцу, например, по кругу с меняющимся расстоянием или другим неупорядоченным способом поверх нижней детали 104.
Для этого особенно предпочтительно изображено на фиг. 6 и 7 исполнение устройства 131 с отверстиями для впуска топливного газа, в котором отверстие 132 для впуска топливного газа не находится напротив области устья канала 118 подачи топливного газа, например, концевой части канала 118 подачи топливного газа, который по существу расположен в направлении продольной оси L и имеет отверстие для выпуска газа, в котором основное направление потока выпускаемого газа, например, находится в направлении продольной оси. Выходящий из канала 118 подачи топливного газа топливный газ таким образом сначала встречает на своем пути первую нижнюю стенку 106, отклоняется ею и отделяется в камеру 116 подачи топливного газа. Таким образом, становится невозможным прямое по существу осевое прохождение топливного газа сквозь камеру 116 подачи топливного газа.
На окружающую стенку 62 опирается проникающий в камеру 60 сгорания воспламенитель 134. Этот выполненный, например, как поджигающий электрод воспламенитель 134 расположен на сравнительно малом расстоянии от первой нижней стенки 106 по существу параллельно ей и входит в камеру 60 сгорания. Например, как показано на фиг. 8, воспламенитель 134 по существу расположен радиально относительно продольной оси L. На наружной стороне окружающей стенки 62 может быть размещен носитель 136 в форме гильзы, в котором жестко размещен воспламенитель 134 для обеспечения по существу газонепроницаемой заглушки камеры 60 сгорания. По существу в той же соосной области, что и воспламенитель 34, на окружающей стенке 62 расположен проникающий в камеру 60 сгорания датчик 138 пламени. В этом случае также может быть предусмотрена гильза 140, с помощью которой датчик 138 пламени жестко закрепляется на окружающей стенке 62 и служит для обеспечения по существу газонепроницаемой заглушки. Отверстие 142 для вхождения воспламенителя 134 в окружающую стенку 62, и отверстие 144 для вхождения датчика 138 пламени в окружающую стенку 62, расположены по существу в той же осевой области, поэтому воспламенитель 134 и датчик 138 пламени по существу расположены на одинаковом расстоянии от первой нижней стенки 106, причем это расстояние, например, может быть измерено относительно их продольных осей соответственно. Как показано на фиг. 8, датчик 138 пламени короче, чем воспламенитель 134, поэтому он по существу в радиальном направлении относительно продольной оси L корпуса заканчивается перед осью L и находится на расстоянии от воспламенителя 134.
В зависимости от положения воспламенителя 134 отверстия 132 для впуска топливного газа отверстия предпочтительно расположены в первой нижней части 104 таким образом, что в области, перекрытой воспламенителем 134 первой нижней стенки 106, не предусмотрены отверстия 132 для впуска топливного газа. Это можно обеспечить, например, за счет того, что при равномерном круговом расположении расстояние между расположенными друг за другом по окружности входного отверстия 132 для впуска топливного газа настолько велики, что воспламенитель 134 может проходить насквозь в радиальном направлении с внешней стороны между двумя соседними отверстиями 132 для впуска топливного газа. Когда, например, из-за требуемой герметичности отверстий 132 для впуска топливного газа настолько большой регулярный интервал нежелателен, то можно допустить отклонение от регулярного шаблона и в том месте, где воспламенитель 134 перекрывает первую нижнюю стенку в осевом направлении, и обойтись без отверстий для впуска топливного газа.
На фиг. 8 показано, что в той осевой области, в которой отверстия 142 и 144 для воспламенителя 134 и датчика 138 пламени выполнены в окружающей стенке 62, например, предусмотрено только одно отверстие 100 для впуска воздуха в окружающей стенке 62. Середина отверстия может, например, быть расположена в той же осевой области, что и середины отверстий 142, 144. Таким образом, одно лежащее в осевой плоскости воспламенителя 134 или датчика 138 пламени кольцо 102 отверстий 100 для впуска воздуха 100 в показанном примере содержит только одно такое отверстие 100, но предпочтительно, по меньшей мере, несколько отверстий, одно или более отверстий 102, предусмотренных в осевом направлении на большем расстоянии до первой нижней стенки 106. В результате в осевой области воспламенителя 134 в камеру 60 сгорания входит меньшее количество воздуха. Это особенно предпочтительно, в описной далее стадии предварительного нагрева или в начале операции сгорания, в течение которой во время продувки камеры 60 сгорания воздухом возбуждают воспламенитель 134 с тем, чтобы нагреть его до температуры, необходимой для воспламенения. Поскольку в область воспламенителя 134 входит меньше воздуха для горения в камеру 60 сгорания, этим воздухом рассеивается лишь сравнительно небольшое количество тепла, что обеспечивает более короткую стадию предварительного нагрева. Кроме того, увеличение подачи воздуха имеет в расположенной дальше от нижней части 64 области приводит к тому, что при затухании горения максимальная температура будет наблюдаться в более удаленной от нижней части 64 области. Это снижает техническую нагрузку, в частности, на датчик 138 пламени во время горения. Поскольку датчик 138 пламени расположен очень близко к воспламенителю 134, то есть расположен в области, в которой при воспламенении смеси воздуха и топливного газа возникает горение, он может очень быстро и без существенной временно задержки передать информацию о начале горения.
В случае изображенной на фиг. 3 и 4 конструкции смешивание топливного газа и воздуха, необходимого для горения, сначала осуществляется непосредственно в камере 60 сгорания. При этом согласно требованиям техники безопасности предпочтительно, чтобы было предусмотрено, что во время эксплуатации отопителя 12 транспортного средства давление воздуха, здесь может, например, учитываться статическое давление, в частности в камере 98 подачи воздуха, выше, чем давление, например, также статическое давление, топливного газа, поступающего в камеру 60 сгорания. Это может быть достигнуто, например, за счет регулировки подаваемого количества воздуха через воздуходувное устройство 86 или регулировки сопротивления потока воздуха на пути его следования в направлении камеры 60 сгорания. Таким образом можно предотвратить утечки топливного газа из камеры 60 сгорания, например, через отверстия 100 впуска воздуха или те области, в которых в окружающую стенку 62 вставлены воспламенитель 134 или датчик 138 пламени. Это достигается за счет того, что сопротивление потока впускаемого в камеру 60 сгорания топливного газа по пути отработавшего газа, т.е. через жаровую трубу 66, меньше чем, сопротивление потока через отверстия 100 для впуска воздуха в камеру 98 подачи воздуха. Это особенно важно в ситуациях, когда, например, при выходе из строя воздуходувного устройства 86 прекращается поток воздуха в камеру 60 сгорания, и, тем самым, при продолжении подачи топливного газа в первый момент существует опасность, что он может выходить через камеру 98 подачи воздуха.
Далее на основании фиг. 9 описана эксплуатация отопителя 12 транспортного средства на топливном газу. При этом принимается, что на момент времени 00:00 генерируется команда ввода в действие отопителя 12 транспортного средства. С помощью этой команды на подготовительном этапе могут быть открыты изображенные на фиг. 1 и 2 запорный клапан 32, а также запорный клапан 20. Если оба запорных клапана 20, 32 закрыты, то сначала может быть открыт запорный клапан 20, а затем запорный клапан 32, или же оба запорных клапана 20, 32 могут быть открыты одновременно. Устройство 42 клапанной регулировки количества топливного газа сначала остается в запертом положении с тем, чтобы в отделение 44 для горения не пронимал топливный газ 42.
После генерации стартовой команды в действие вводится воздуходувное устройство 86 так, что через рабочее колесо 94 воздух нагнетается в направлении камеры 60 сгорания. Таким образом из камеры 60 сгорания или расположенной выше по потоку области потока отработавшего газа можно выдуть из отопителя 12 транспортного средства возможные остатки отработавшего газа или горения. С небольшой задержкой относительно начала работы воздуходувного устройства 86 возбуждают воспламенитель 134 с тем, чтобы нагреть его на стадии предварительного нагрева и обеспечить в среде воспламенителя 134 условия воспламенения, т.е. достаточно высокую температуру. Например, такие условия предполагают температуру поверхности воспламенителя 134 порядка 1000°C. Если условия воспламенения выполнены, что можно определить через заданный промежуток времени, то устройство клапанной регулировки количества топливного газа устанавливают в открытое состояние, при котором подается необходимое на начальной стадии количество топливного газа. Так, это количество газа может быть предусмотрено для ступени с наименьшей мощностью нагрева, и в примере исполнения из фиг. 1, может подаваться путем переключения клапана 48 регулировки количества топливного газа в открытое положение.
После подачи топливного газа через камеру 116 подачи топливного газа в камеру 60 сгорания образуется смесь из воздуха и топливного газа и в области воспламенителя 134 поджигается. Поджигание определяется датчиком 138 пламени, который может передавать соответствующий сигнал в управляющее устройство 52. Из соображений безопасности, если после подачи топливного газа через определенный промежуток времени, составляющий приблизительно 10 секунд, воспламенение не определяется, подача газа снова прекращается, чтобы удостовериться в том, что из камеры 60 сгорания или отопителя 12 транспортного средства не выпускается повышенное количество не сгоревшего топливного газа. Если воспламенения не обнаружено, то, например, подача воздуха может быть продолжена с тем, чтобы продуть камеру 60 сгорания, и с новой попытки действовать описанным выше способом, чтобы воспламенить созданную в камере 60 сгорания смесь.
Если в камере 60 сгорания в течение заданного промежутка времени происходит воспламенение, то возбуждение воспламенителя 134 можно прекратить. В этом случае может быть предусмотрено, что возбуждение прекращается автоматически по истечении заданного промежутка времени, например 10 секунд, так как в том случае, когда воспламенение не обнаружено, прекращается и подача топливного газа. Таким образом, стадия воспламенения никогда не продолжается дольше, чем заданный промежуток времени, например, 10 секунд.
Так как на этапе воспламенения, как правило, подготавливается богатая смесь из топливного газа и воздуха, то есть воспламенение происходит при излишке топлива, после успешного воспламенения сначала при том же количестве топливного газа количество воздуха немного увеличивается, что, например, может осуществляться за счет повышения числа оборотов двигателя воздуходувного устройства 88. При этом топливный газ и воздух подается, например, в соответствующих количествах, необходимых для обеспечения самой низкой ступени мощности, чтобы сначала достигнуть стабилизации пламени в течение нескольких секунд.
По окончании этапа стабилизации, который может представлять собой, например, этап эксплуатации на самой низкой ступени мощности, воздух и топливный газ может, например, подаваться в количествах, необходимых для ступени наибольшей мощности, поскольку, как правило, исходят из того, что подобный отопитель транспортного средства включают тогда, когда из-за сравнительно низкой температуры окружающей среды различные отсеки транспортного средства необходимо нагреть как можно быстрее. Так, для этого количество оборотов воздуходувного устройства 88 может быть увеличено на расчетное количество оборотов, требуемое для ступени с наибольшей мощностью, и в случае конструкции, изображенной на фиг. 1, клапан 50 регулировки количества топливного газа может быть переведен в открытое положение.
Если максимальная мощность отопления больше не требуется, можно, например, выбрать ступень со средней мощностью нагрева. Для этого количество оборотов двигателя 88 воздуходувного устройства и, следовательно, рабочего колеса 94 соответственно уменьшают. С тем, чтобы сократить количество топливного газа, в примере исполнения, изображенном на фиг. 1, клапан 48 регулировки количества топливного газа переводят в закрытое положение с тем, чтобы топливный газ поступал только через клапан 50 регулировки количества топливного газа.
Чтобы снизить мощность нагрева еще сильнее, можно сократить количество подаваемого воздуха за счет снижения количества оборотов двигателя 89 воздуходувного устройства и, тем самым, рабочего колеса 94. Для уменьшения количества подаваемого топливного газа, клапан 50 регулировки количества топливного газа можно перевести в закрытое положение, одновременно переведя пропускающее меньшее количество клапан 48 регулировки количества топливного газа в открытое положение.
Если по истечении 5,5 минут горение отопителя транспортного средства прекращается, сначала при продолжении поступления воздуха, необходимого для горения, и продолжении поступления топливного газа снова возбуждают воспламенитель 134. При достижении достаточно высокой температуры, что может произойти через заданный промежуток времени, например, несколько секунд, подача топливного газа прекращается, например, посредством перевода клапана 48 регулировки количества топливного газа в закрытое положение. Подача воздуха сначала продолжается с тем, чтобы создать смесь с более низким содержанием топливного газа и при возбуждении воспламенителя 134 обеспечить как можно более длительное горение данной смеси. Тем самым обеспечивается как можно меньшее количество несгоревшего выпускаемого топливного газа на завершающей стадии горения. Следует учесть, что этап отключения можно сократить за счет прерывания подачи топливного газа уже на этапе подачи команды отключения и продолжении возбуждения воспламенителя, а при необходимости предупреждения перегрева воспламенителя и перед его возбуждением.
Поскольку воспламенитель 134 расположен близко к той области, в которой при стихании горения остается очень высокая температура, продолжительность времени, в течение которого с началом возбуждения достигается необходимая высокая температура для поддержания горения, гораздо короче, чем на начальном этапе воспламенения, когда воспламенитель, как правило, необходимо нагреть, начиная со сравнительно низкой температуры окружающей среды.
После заданного времени после выдачи команды отключения может быть прекращена подача воздуха посредством останова возбуждения двигателя 88 воздуходувного устройства. При этом отопитель 12 транспортного средства оказывается в таком состоянии, которое позволяет повторить процедуру возобновления горения.
Реферат
Изобретение относится к системам отопления транспортного средства. Отопитель транспортного средства на топливном газе включает в себя отделение горения с заключенной в корпус (58) камерой (60) сгорания. Корпус (58) камеры (60) сгорания включает в себя ограничивающую по внешней окружности относительно продольной оси корпуса камеру (60) сгорания окружающую стенку (62) и ограничивающую камеру сгорания (60) в осевом направлении нижнюю секцию (64). Нижняя секция (64) между первой ограничивающей камеру (60) сгорания нижней стенкой (106) и второй ограничивающей камеру (60) сгорания нижней стенкой (112) имеет камеру (116) для подачи топливного газа. Устье канала (118) для подачи топливного газа открывается в камеру (116) для подачи топливного газа. В первой нижней стенке (106) расположено приспособление для впуска топливного газа из камеры (116) для подачи топливного газа в камеру (60) сгорания. Достигается простота изготовления для обеспечения надежного сгорания подаваемого в него газообразного топлива. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.
