专利名称：内燃机驱动的汽车——主要是大客车的加热设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机驱动的汽车-主要是大客车的加热设备。
众所周知，有各种类型的加热器被用来加热汽车(例如大客车)的载客空间。这类设备利用排气或发动机的冷却水来加热载客空间和驾驶室。这种方法在匈牙利专利说明书No.169772或德意志联邦共和国专利GFRNo.2829454中有所介绍。
另一些方法是采用辅助加热或单独热源，有时用蓄热器使载客空间的加热不依靠发动机。
这种蓄热式加热器在苏联发明人证书No.761309中有所介绍。此加热器有与汽车的排气管和车身相连接的蓄热管组和填有蓄热材料(例如石蜡)的箱式蓄热器，蓄热材料填在蓄热管之间。蓄热器的用途是当发动机短时停车时可以利用蓄热器中事先被加热的介质的热能来稳定载客空间的加热特性。
类似的蓄热式加热器在美国专利说明书No.3986665中有所介绍。其蓄热器设在载客空间的加热系统内。当排气温度超过预定的最低温度时，排气的热能即通过吸收方式存储在蓄热器中。蓄热器的四周有一层真空空间以便适当保温。当放热时通入传热流体使真空中止，从而将车内的空气加热。
这种蓄热式加热器的共同特点是由于其结构、热传导和蓄热参数等原因，当发动机停车后它最多只能供热30至60分钟。这种加热器结构复杂、价格昂贵，所以实际上一般不用。
汽车驾驶员和设计者长期关心的是发动机怎样易于起动的问题，特别是在冬季较长时间不工作之后的起动问题。已知的带蓄热器的或不带蓄热器的加热器是不适于此用途的。
本发明的目的是为了消除上述缺点而提出一种改进的汽车加热器，主要是大客车用的加热器，它能更有效地利用排气，价格较低，构造简单，需要的空间小。本发明的另一目的是为发动机的适当预热提供可能性，并在特定情况下，在起动前(即使发动机已停车8～10小时)预热载客空间。
解决此问题的方法是根据前述的苏联加热器，该加热器有一蓄热器与排气管和被加热的空间相连接。
它又进一步被改进为使蓄热器与发动机的冷却水回路直接连接，或在采用第二种外加吸热介质时通过换热器连接，此时在回路中设一台循环泵，它可以不受发动机工况的影响而独立工作。
蓄热器的吸热介质进口和出口管接头与构成冷却水回路的延伸部分的送水和回水管相连接，并有燃油过滤器和(或)加热空间用的至少一个加热器设在此回水管道上，此种结构是可行的。
蓄热器的进口相应地通过排气管与消声器之间的换向阀与排气管连接。换向阀最好是由蓄热器的热传感器进行遥控。
在特定情况下，在蓄热器的出口管接头与加热器之间设一根连接送水管与回水管的连接管，连接管上装一个使流体只能向一个方向流动的止回阀。
本发明的另一个特点是将换热器接在构成发动机冷却水回路的延伸部分的送水与回水管之间，而换热器第二介质的进出口通过管道与蓄热器的进出口管接头相接，这种结构也是可行的。
建议在连接蓄热器的进口管接头上安装一台单独的泵，它由送水管道上的热传感器控制。
另一种优先选用的结构是将换热器接在构成发动机冷却水回路延伸部分的送水与回水管道之间，换热器的第二介质的进口与蓄热器的出口相接，而换热器的出口可通过管道和排气管上的另一个换向阀与蓄热器的进口连接，此外，蓄热器的进口管接头和出口管接头通过管道与被加热的空间相接，另外，在换热器的出口管道上以及由被加热空间返回到蓄热器的管道上均设置风机。
设在有一种介质进出口和另一种介质进出口管接头的蓄热器保温壳体内的蓄热管互相并联，并至少有一部分串联，蓄热管的中心管与一种介质(例如排气)进行传热连接，另一方面，其外表面与隔离的内部空间中的另一种作为吸热用的介质(例如冷却水、机油等)相连接。
蓄热管的中心管可以与蓄热器的进出口直接连接，而蓄热管的外表面设在带有进出口管接头的蓄热器的空间(例如冷却水空间)内。
蓄热器的进口和出口最好通过沿蓄热器敷设的外加加热管连接。加热管被包在带有进出口管接头的壳体内。蓄热管也设在该壳体空间内，并与加热管离开一段距离。这样，热排气通过传热流体与蓄热管间接连接，因而降低了蓄热管的热负荷。
蓄热管有一封闭的管内空间或容纳合适蓄热材料的空间。为此目的最好采用蓄潜热的材料，例如氢氧化钡。
蓄热管有一外管，外管内有一根或数根内管，内管之间填有蓄热材料，这种蓄热管可以取得特别好的传热效果。内管的内表面围成介质导管，而外管的外表面则构成另一个传热面。内管可以与外管同轴布置，而当有数根内管时，则其彼此间及其与外管之间均等距布置。
借助图示本发明的几种实施例的附图对本发明详细介绍如下，其中
图1本发明的适用于大客车的蓄热式加热器的连接系统图;
图2图1中蓄热器的纵剖面详图;
图3图2的A-A横剖面放大图;
图4图2的蓄热器的一个实施例的纵剖面图;
图5本发明的蓄热式加热器连接系统图的第二个实施例;
图6图5的蓄热器纵剖面放大详图;
图7图6Ⅶ-Ⅶ剖面放大图;
图8图7Ⅷ-Ⅷ横剖面图;
图9本发明的加热器连接系统图的第三个实施例;
图10图5中加热器的换热器剖面放大图(带局部剖视图)。
注为便于更好地全面观察，相同的零部件均用相同编号表示。
图1～3图示了本发明的加热器的第一个实施例。大客车(未示出)的内燃机M的排气管用编号1表示，冷却水循环泵用2表示，消声器用3表示。发动机M的散热器未单独示出，因为本发明的加热器的工作与其完全无关。
本发明的蓄热器5与发动机M的延伸冷却水回路4相连接。图1的排气管1可以通过换向阀6与蓄热器5的进口7连接，而冷却后的废气通过出口8排入大气中。蓄热器的详图示于图2和图3中。在此情况下，发动机的冷却水作为吸热介质出现。如图2所示，蓄热器5有一组蓄热管9。蓄热管9的剖视图示于图3。
蓄热管9由同轴安装的外管10和内管11组成，内外管之间用沿纵长方向设置的径向肋片12连接。蓄热材料13设在管子10与11之间的空间B内，下面将进一步详细介绍。
在此情况下，蓄热器5的壳体14上有排气进口7、排气出口8、保温层15以及另一种吸热介质的进口管接头16和出口管接头17。如图2所示，进口7和出口8通过蓄热管9的中心管18相连接。进入进口7的废气通过管子18自由流向出口8。作为吸热介质的发动机M的冷却水通过进口管接头16进入容纳蓄热管9的蓄热器5的空间A，这样，冷却水即沿作为蓄热管9外管10的传热面的外表面横向流动，水流方向由导板19控制，然后A空间内的冷却水通过出口管接头17流出蓄热器5。容纳吸热介质的空间A的两端用端板20和21封闭，端板在蓄热管9的中心管18处有相应的孔22。
如图1所示，本发明中的加热器有一根作为冷却水回路4的延伸部分的送水管23与蓄热器5的进口管接头16连接。送水管23上设有水泵24。回水管25与蓄热器5的出口管接头17连接，在回水管上安装常规的加热器26，以加热汽车的载客空间(未示出)。带有止回阀27的管子23A接在管子23与25之间。止回阀用来防止来自蓄热器5的吸热介质再循环。
图1中有一个常规的热传感器(热动开关)28装在送水管23上，传感器与水泵24的驱动器有控制联系。在此情况下，蓄热器5也同样装有一个热传感器29，用来对换向阀6进行遥控。
回水管25有一旁通管30跨过加热器26，此旁通管可以在特定情况下使加热器26从延伸的冷却水回路4中断开。此外，在冷却水回路4中，在与管子25并联的管子31上安装一台柴油发动机M的燃油过滤器32，以便进行燃油预热。在特定情况下，它也可以断开。
当发动机M工作时，在换向阀6处在如图1所示位置条件下，热排气通过进口7进入蓄热器5中。排气流过蓄热管9的中心管18使蓄热管与蓄热材料13一起被加热。在此种情况下，可以采用潜热材料作为蓄热材料。其固相与液相的相变温度比100℃稍低几度。潜热性蓄热材料13受热影响在上述温度下熔化，并能将热量长时间储存起来。
同时，即当发动机M工作时，水泵2使冷却水流经管子23A、止回阀27和加热器26，以加热汽车的载客空间和驾驶室。
送水管23在支管23A之前的管段上装有热传感器28，用来测循环冷却水的温度。当达到预定的低限值时，热传感器28即发出起动水泵24的电气控制信号。然后水泵24使作为吸热介质的冷却水通过蓄热器5循环，这样就使其成为向载客空间和驾驶室供热的辅助热源，在此情况下，将有更高温度的冷却水流经加热器26。
当冷却水温度达到管道23中的上限值时，热传感器28立即使水泵24停车。
蓄热器5的热传感器29是用来防止蓄热器过热的。因此，当达到预定温度而换热器从排气回路中断开时，它即发出使换向阀6换向的信号，热排气即由排气管1直接通过消声器3排入大气。
在热回复利用工作状态时(例如在冬季或在起动较长时间未工作的发动机之后)，蓄热器5以前蓄存下来的热能与甚至在发动机M停车5～10小时后保存下来的热能被用来预热发动机M的冷却水、燃油过滤器，甚至在特定情况下在发动机M起动之前来预热载客空间内的加热器26。这样就更有助于实现发动机的起动状态。
为了实现本发明的这项预热，首先起动水泵24，使已冷却的冷却水通过蓄热器5的空间A进行循环，此时水即被蓄热管9蓄存下来的热能加热。水泵24使经过预热的冷却水通过旁通管30(或在特定情况下通过加热器26)、燃油过滤器32和发动机M的水空间进行循环，而将这些设备预热。
当蓄热器的蓄热量小时，建议只预热发动机M和燃油过滤器32。这样预热之后，发动机将处于更有利的起动状态，然后载客空间可以在较快速度下进行升温。
在实验过程中，对蓄热器5的蓄热量和吸热与传热比进行了适当选择，使发动机M预热5至25分钟后能得到15至35℃的温升。但是需要指出，这种结构设备的尺寸确定应属于一般专业人员必须具备的知识范围内，故本发明不再单独对此进行论述。
图4介绍另一种优先选用的蓄热器5的实施例。它与前一种蓄热器基本不同之点是进入进口7的热排气不与蓄热管9和蓄热材料13直接接触，而是通过间接传热。就是说，蓄热器5内的加热管33装在进口7与出口8之间，热废气由管内流过，而其外传热面与吸热介质接触，在此种情况下即与通过进口管接头16进入空间A并由出口管接头17流出的冷却水接触。蓄热管9与加热管33离开一段距离，这样间接接受来自冷却水中的热量。
为带有单独进口管接头34的蓄热管选择了潜热材料。与第一种装置相比，蓄热材料13的热负荷降低了，所以采用了含八个结晶水的氢氧化钡〔Ba(OH)2·8H2O〕作为潜热材料，根据实验，其相变点-即熔点约为78℃。它在此温度下熔解并能储存热能。当利用蓄热时，此潜热材料在冷却温度低于78℃时开始结晶(固化)，同时将热量传给在蓄热管9外面循环的吸热介质。
本发明的此种加热器示于图5至图8，其热量由介质(例如来自蓄热器5的机油)吸收。介质与冷却水热交换器37通过管道35和36与蓄热器5连接，热交换器上通常装有冷却水管23和25的进出口。应当指出，在特定情况下，此换热器可以被发动机的机油冷却器取代。
在连接蓄热器5进口管接头16的管子35上安装一台可控输送泵38，其驱动装置由送水管23上的热传感器28控制。
图5中所示实施例的唯一不同之点是当发动机M工作时，水泵2使冷却水流过换热器37和载客空间内的加热器26。热传感器28检测管道23内的冷却水现有温度，并在温度低于其最低极限值时使泵38起动。介质(在此情况下是机油)即被压力推动，继而将换热器37中的冷却水加热。当来自发动机M的冷却水温度达到预定的上限值时，热传感器28即使泵38停车，这样，换热器37中的热传导即停止。
蓄热器5中的热能由两台泵24和38同时工作进行回复利用。在此情况下，冷却水被介质加热，换热器37将发动机M、燃油过滤器32预热，并在特定情况下通过加热器26将大客车内部预热。
本发明的蓄热器5的另一种实施例示于图6～8。根据图6，蓄热管9装在空间A内，即装在带保温层15的壳体14内，并与排气进口7和出口8相垂直。因为介质是机油，所以蓄热器5设有介质进口，并在进口管接头16处设有配油装置39。此装置以串联方式将机油送入蓄热管9的内管18中。机油从蓄热管9内的填充蓄热材料13中吸取热量，然后改变方向由与进口管相同的管子末端流出蓄热管9，并通过出口管接头17处的介质汇流装置40流出蓄热器5。图6和图7清楚地表明蓄热管9及其管子18是如何串联的。图8为蓄热管9的横切面图。在外管10中设四根内管11，内管之间的距离及各自与外管10的距离相等。蓄热材料13填在各内管11之间及内管11与外管10之间。蓄热材料可以是潜热性材料，其相变温度高于100℃，但是至少比发动机M的排气平均温度低100℃。
本发明的加热器的第三种实施例示于图9和图10。它可以用于例如热风加热的大客车。
风管41和42的一端分别与蓄热器5进口管接头16和出口管接头17连接，其另一端如图9所示在43一点上与载客空间的风管连接。风管41上装有风机44，将载客空间内的空气送入蓄热器5中。
与图5中的布置相同，在延伸的冷却水回路4中设一台换热器37，它与冷却水管23和25相连接。在此情况下，在连接蓄热器5的进口7的管子上装一个排气换向阀45，此换向阀通过管道46与换热器37的出口47连接。在管道46上装一台风机48，它能使作为吸热介质的空气在蓄热器5和换热器37之间的闭式回路中循环(下面将进一步介绍)。在通过换向阀51连接蓄热器5出口8与换热器37进口50的管道52上还安装一台空气过滤器49，以滤除风管回路中的杂质。
图9中相应的蓄热器5示于图10。如前所述，它是用空气作为吸热介质。
蓄热管9水平安装在带保温层15的壳体14内，管子18通过上下转接口53和54串联。此外，蓄热管9可以与图3中所示的相同。建议选择熔点高于100℃的潜热材料作为蓄热管9的蓄热材料。
当蓄热器5进行蓄热时，蓄热管9的外传热面与热废气接触;而在热回复利用工况时，则与作为介质的空气相接触。蓄热管9的内管18中则经常只有空气流过，用以加热载客空间和驾驶室。
图9和图10的设备运行工况如下发动机M工作时，在换向阀6、45和51处在图9所示位置时，热排气流过蓄热器5的容纳蓄热管的空间A。同时，风机44通过风管41和蓄热器5的进口管接头16将空气送入蓄热器5中。
在蓄热器5中加热后的空气(与所需数量的环境空气相混合)被送入汽车内部加热载客空间和驾驶室。
在发动机M停车6～8小时后，蓄热器5中储存的热能被用来预热发动机。为此，作为吸热介质的空气取代排气流入蓄热器5内，此时，换向阀6、45和51调到另一工作位置。在此情况下，换向阀45和51分别阻止气流流向排气管1和大气中，这样就在蓄热器5与换热器37之间形成一个闭式空气回路。此闭式回路中的空气用风机48进行循环。
发动机M的预热实际上与风机48和泵24的起动同时开始。在热回复利用过程中，在蓄热器5的传热面上产生有效的吸热和热传导。这就保证了可以用空气(空气的传热量低于液体的传热量)作为本发明的吸热介质，因而就保证了发动机M预热所需要的热量。
由蓄热器5中回收的、预热和加热发动机M、燃油过滤器32或在特定条件下预热和加热载客空间和驾驶室用的热能，其分配比例可根据需要通过调节风机44和48的送风量的方法进行调整。
当加热时，排气(在热回复利用工况下则用空气作为介质)通过进口7进入蓄热器5，然后垂直于蓄热管9沿水平挡板19确定的方向流动，最后通过出口8离开蓄热器5。
载客空间和驾驶室加热用的空气通过进口和分配管接头16进入蓄热器5内，并通过蓄热管9的内管18垂直流动。通过对蓄热管9的适当串联，空气管道的数量可以随之增加。空气由管子18之间的转向和转接口53和54导向。加热后的空气通过出口17离开蓄热器5。
应当指出，在蓄热器5的蓄热过程中，风机44在蓄热管9的内管18中产生的过压高于沿蓄热管9外表面流过的排气的过压。这样，可以防止不洁净的排气，例如通过加热器的可能渗漏处进入加热汽车的空气系统中。
本发明的蓄热式加热器的主要优点如下由于所采用的完全是废热能，即不需要附加的加热机构，所以本发明的加热器能够实现有效的节能加热;
本发明的加热器不降低发动机M的功率，因为排气是在蓄热器5中代替在消声器3中进行降压，保温的蓄热器5取代了消声器的作用;
在发动机M起动前对冷却水和发动机的燃油过滤器32进行预热可以达到进一步大量节能，因为在出车之前不再需要运转发动机M进行加热，这样，可以为驾驶员节省大量燃料，特别是在冬季;
按照本发明对发动机M预热有助于延长发动机的寿命;
汽车预热装置能增进驾驶安全性和乘客的舒适感;
可以用汽车(例如大客车)工作时获得的热量(与发动机M的功率无关)来加热汽车;
在一定情况下，冷却水和排气的热能可以同样得到利用;
本发明的加热器需要较低的费用和较小的安装空间。
由以上所述明显可以看出示例中的蓄热器5是闭式双管系统的。但是应当指出，也可采用只有排气管设在水空间内的任何其它具有同样优点的合适的蓄热器。当采用此种热水式蓄热器时，可以将一个单独管状电加热器插入热水加热器的水箱内。例如，在停车几天以后，即当蓄热器5完全冷却下来时，大客车可以用较低的电功率进行加热，即蓄热器可以用功率1～2千瓦的电力在2～3小时内进行蓄热。利用这样蓄热的蓄热器，发动机M能在5～10分钟内预热到要求的温度。
最后应指出，除冷却水、空气、机油和潜热材料之外，任何合适的其它材料都可用作吸热介质。
根据对潜热材料进行实验所取得的经验表明，主要是得到那种潜热(根据固相-液相相变原理)蓄热材料可能有问题，其熔解温度要低于200℃，具有高熔解热，但在350℃时仍能保持其化学稳定性;另一个要求是要有良好的结晶特性，即在冷却过程中当达到相变温度时即应开始结晶，这样就能在所要求的温度范围内回复蓄存的热量。除上述材料外，下列材料也可以作为该蓄热材料熔解温度为150℃的NaOH-KOH或熔解温度为142℃的KNO3-NaNO2-HTS(传热盐)。
权利要求
1.一种内燃机驱动的汽车-主要是大客车的加热设备，它有一个蓄热器与发动机排气管进行传热连接，在特定情况下与汽车内需要加热的空间连接，其特征是，该蓄热器(5)与发动机(M)的延伸冷却水回路(4)直接连接(当采用第二种外加吸热介质时与换热器(37)连接)，此外，在延伸冷却水回路(4)中装一台不依靠发动机(M)工作的循环泵(24)。
2.根据权利要求1的设备，其特征是，蓄热器(5)的传热介质进口管接头(16)和出口管接头(17)与构成冷却水回路(4)延伸部分的送水管(23)和回水管(25)相连接，此外，有燃油过滤器(32)和(或)至少有一个车内空间加热器(26)安装(最好是跨接)在回水管(25)上。
3.根据权利要求2的设备，其特征是蓄热器(5)的另一种介质的进口(7)通过设在排气管(1)与消声器(3)之间的换向阀(6)与排气管(1)连接，换向阀最好由蓄热器(5)的热传感器(29)遥控。
4.根据权利要求2或3的设备，其特征是有一根连接回水管(25)与送水管(23)的管子(23A)设在蓄热器(5)的出口管接头(17)与加热器(26)之间，管子(23A)上装有一个止回阀(27)。
5.根据权利要求1的设备，其特征是换热器(37)接在构成发动机(M)的冷却水回路(4)的延伸部分的送水管(23)与回水管(25)之间，换热器的第二种介质进口和出口通过管子(35、36)与蓄热器(5)的进口管接头(16)和出口管接头(17)连接，一台泵(38)装在管道(35)上，它与送水管(23)的热传感器(28)连接，受该传感器控制。
6.根据权利要求1的设备，其特征是换热器(37)接在构成发动机(M)的冷却水回路(4)的延伸部分的送水管(23)与回水管(25)之间，换热器的第二介质进口(50)通过换向阀(51)与蓄热器(5)的出口连接，其出口(47)通过管道(46)和排气管(1)上的换向阀(45)与蓄热器(5)的进口(7)连接，此外，蓄热器(5)的进口管接头(16)和出口管接头(17)通过管道(41、42)与需要加热的汽车内空间连接，此外，还有风机(48和44)分别装在管道(46和41)上。
7.根据权利要求1至6中的任意一项的设备，其特征是蓄热管(9)平行安装在蓄热器(5)的壳体(14)内，蓄热管(9)之间互相隔开，蓄热器(5)设有保温层(15)、一种介质的进口(7)和出口(8)、另一种介质的进口管接头(16)和出口管接头(17)，中心管(18)与一种介质(例如排气)相接进行传热，而外表面(管子10)与外壳(14)单独空间(A)内的另一种介质(例如冷却水、机油)相接。
8.根据权利要求7的设备，其特征是蓄热管(9)的中心管(18)与蓄热器(5)的进口(7)和出口(8)直接连接，而蓄热管(9)的外表面与壳体内空间(A)相接，该空间(A)与进口管接头(16)和出口管接头(17)相接。
9.根据权利要求1至6中的任意一项的设备，其特征是蓄热器(5)的进口(16)和出口(17)与壳体(14)的空间(A)内的至少一根加热管(33)相连接，此外，该空间(A)内的蓄热管(9)与加热管(33)离开一段距离。
10.根据权利要求7至9中的任意一项的设备，其特征是蓄热管(9)至少有一个主要容纳潜热性蓄热材料的单独内部空间(B)。
11.根据权利要求7至10中的任意一项的设备，其特征是蓄热管(9)有一根形成外传热面的外管(10)，在外管(10)内至少有一根内管(11)，内外管之间有一容纳蓄热材料(13)的空间(B)，此外，内管的内传热面形成介质导管(18)。
12.根据权利要求11的设备，其特征是内管(11)同轴安装在外管(10)内，内管与外管之间用纵向肋片(12)连接，而形成多个容纳蓄热材料的空间(B)。
13.根据权利要求11的设备，其特征是在外管(10)内设有多根内管(11)，内管与内管及内管与外管(10)互相离开一定距离。
全文摘要
本发明涉及内燃机驱动的汽车——主要是大客车的加热设备，它有蓄热器与发动机排气管进行传热连接，并在特定情况下与需要加热的空间相接。本发明的基本特征是蓄热器(5)与发动机(M)的延伸冷却水回路直接连接(当有第二种吸热介质时则通过换热器(37)连接)，此外，不依靠发动机(M)而单独工作的循环泵(24)装在延伸的冷却水回路上。
文档编号B60H1/02GK1044262SQ8910030
公开日1990年8月1日 申请日期1989年1月20日 优先权日1989年1月20日
发明者拉兹罗·保尔·托斯, 安德烈·帕茨托, 爱弋斯顿·考曼迪, 吉奥吉·普莱伯尔, 吉乌拉·迈丽斯, 伯拉·霍尔亚斯, 盖查·伊茨特戈尔尤斯 申请人:布达佩斯技术大学, 莫哥特机械外贸公司, 伊卡鲁斯汽车制造机械厂, 吉乌拉·迈丽斯, 伯拉·霍尔万斯, 盖查·伊茨特戈尔·尤斯