Термоэлектрическое устройство для предпускового обогрева стационарного ДВС

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно, к системам подогрева стационарных двигателей внутреннего сгорания в зимнее время для дистанционного запуска.

Известно устройство с электронным управлением для парового обогрева масляного картера двигателя внутреннего сгорания, коробки передач, мостов автомобиля в зимних условиях, включающем воздушный обогреватель, соединенный с направляющим кожухом (узел обогрева картера) металлическим воздуховодом, куда периодически и в конце тепловой подготовки подается газовоздушная смесь с отключением подачи пара, подача которого управляется блоком управления [Патент РФ №2478824, МПК F02N19/00, 2010].

Основным недостатком известного устройства является невозможность его использования для неработающего двигателя внутреннего сгорания в условиях зимнего времени в местности, лишенной источников электроснабжения, так как необходимо подача электроэнергии от постороннего источника, что затрудняет его использование для запуска двигателя.

Более близким к предлагаемому изобретению является предпусковой подогреватель, основанный на сжигании жидкого топлива, содержащий камеру сгорания (тепловую камеру), форсунку (горелку), расположенную внутри камеры, электромагнитный клапан для подачи топлива в форсунку, выключатель электромагнитного клапана (электропривод запорно–регулирующей арматуры), устройство зажигания с искровой свечой зажигания (электрозажигание), расположенной в камере сгорания, выключатель устройства зажигания, электромагнитное реле с нормально разомкнутыми контактами, соединенными параллельно с выключателем электромагнитного клапана, который механически соединен с выключателем устройства зажигания для синхронного “включения-выключения”, двумя электрически изолированными электродами, соединенными с источником питания. [Патент РФ №2362901, МПК F02N17/00, 2009].

Основными недостатками известного устройства являются сложность конструкции и необходимость подачи электроэнергии от постороннего источника, что затрудняет его использование для дистанционного пуска двигателя в зимнее время при низких температурах (–30⁰С и ниже) в местности, лишенной источников электроснабжения, так как при этих температурах современные аккумуляторы теряют свою работоспособность, что снижает его эффективность,

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности термоэлектрического устройства для предпускового обогрева стационарного ДВС.

Технический результат достигается термоэлектрическим устройством для предпускового обогрева стационарного ДВС, включающим баллон со сжиженным природным газом, соединенный через дроссель с общим и распределительными трубопроводами с запорно–регулирующей арматурой, снабженными электроприводом, с узлами подогрева аккумулятора и картера, узел подогрева аккумулятора состоящий из тепловой камеры, представляющей собой короб, снабженный нижним патрубком, в коробе помещен аккумулятор с образованием газовых зазоров, короб закрыт двухскатной крышкой, выполненной с продольным щелью; газовую горелку, помещенную под горизонтальной предохранительной плитой в тепловой камере в нижний патрубок с образованием кольцевого канала вторичного воздуха, вышеупомянутая горелка состоит из корпуса, сопряженного с газовой форсункой, нижний торец которой соединен с распределительным трубопроводом с образованием кольцевого канала первичного воздуха, зубчатого венца, выполненного с радиальными канавками, верхней крышки, закрывающей горелку сверху, запальной свечи размещенной в вертикальной канавке корпуса; расположенную вокруг корпуса, первую термоэлектрическую секцию, состоящую из термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых, состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых соединены между собой пайкой или сваркой, образуя собой зигзагообразный ряд в форме разомкнутой окружности и кольцевой канал между рядом и наружной поверхностью корпуса, причем длина отрезков металлов М1 и М2 выбирается такой, чтобы верхние спаи зигзагообразного ряда были расположены в зоне основания факела, нижние спаи вышеупомянутого ряда находились вблизи нижнего торца нижнего патрубка, а токовыводы присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенными с преобразователем, где создается требуемые напряжение и сила тока для подзарядки аккумулятора; днище короба тепловой камеры выполнено со щелями, в которые вставлены прямые зигзагообразные ряды, состоящие из термоэмиссионных преобразователей, соединенные между собой на торцах перемычками и электрическими конденсаторами, образуя вторую термоэлектрическую секцию, причем длина отрезков металлов М1 и М2 термоэмиссионных преобразователей выбирается такой, чтобы верхние спаи рядов второй термоэлектрической секции были расположены в зоне тепловой камеры, нижние спаи вышеупомянутых рядов находились за пределами днища тепловой камеры, часть отрезков термоэмиссионных преобразователей, находящихся в щелях, помещены в планки, выполненные из диэлектрического материала, токовыводы второй термоэлектрической секции присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенными с преобразователем, где создается требуемые напряжение и сила тока для подзарядки аккумулятора; узел подогрева картера состоит из и теплового поддона, образующего между ним и картером газовый зазор, снабженного несколькими нижними патрубками, в которые, как и в тепловой камере вставлены газовые горелки без термоэлектрических секций, аналогичные по устройству с газовой горелкой тепловой камеры, соединенные снизу с распределительным трубопроводом.

Предлагаемое термоэлектрическое устройство для предпускового обогрева стационарного ДВС (ТЭУОСДВС) изображено на фиг.1–6 (фиг.1 – принципиальная схема устройства, фиг. 2,3 – разрезы узла обогрева аккумулятора, фиг. 4,5– узел соединения газовой горелки и первой темоэлектрической секции с тепловой камерой аккумулятора, фиг.6 – узел второй термоэлектрической секции.

ТЭУОСДВС включает баллон со сжиженным природным газом 1, соединенный через дроссель 2 с общим 3 и распределительными трубопроводами 4 и 5, снабженными запорно–регулирующей арматурой 6 и электроприводом (на фиг. 1–6 не показан), с узлами подогрева аккумулятора 7 и картера 8, узел подогрева аккумулятора 7 соcтоит из тепловой камеры 9, представляющей собой короб 10, снабженный нижним патрубком 11, в котором помещен аккумулятор 7 с образованием газовых зазоров 12, 13, закрытый двухскатной крышкой 14, выполненной с продольным щелью 15; газовую горелку 16, помещенную в нижний патрубок 11 с образованием кольцевого канала вторичного воздуха 17 под горизонтальной предохранительной плитой 18 в тепловой камере 9, вышеупомянутая горелка 16 состоит из корпуса 19, сопряженного с газовой форсункой 20, нижний торец которой соединен с распределительным трубопроводом 5 с образованием кольцевого канала первичного воздуха 21, зубчатого венца 22, выполненного с радиальными канавками (пламенными каналами, на фиг. 1–6 не показаны), верхней крышки 23, закрывающей горелку 16 сверху, запальной свечи размещенной в вертикальной канавке (на фиг.1-6 не показаны) корпуса 19; расположенную вокруг корпуса 19 первой термоэлектрической секции (1ТЭС) 24, состояшей из термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 25, каждый из которых, состоит из пары отрезков 26, 27, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых соединены между собой пайкой или сваркой, образуя собой зигзагообразный ряд 28 в форме разомкнутой окружности вокруг наружной поверхности корпуса 19, причем длина отрезков металлов М1 и М2 выбирается такой, чтобы верхние спаи ряда 28 были расположены в зоне основания факела, нижние спаи ряда 28 находились вблизи нижнего торца патрубка 11, а токовыводы 29 и 30 1ТЭС 24 присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенными с преобразователем, где создается требуемые напряжение и сила тока для подзарядки аккумулятора 7 (на рис. 1–6 не показаны). Днище тепловой камеры 9 короба 10 выполнено со щелями 31, в которые вставлены прямые зигзагообразные ряды 32, состоящие из термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 25, соединенные между собой на торцах перемычками (на рис. 1–6 не показаны), образуя вторую теплоэлектрическую секцию (2ТЭС) 33, причем длина отрезков металлов М1 и М2 2ТЭС выбирается такой, чтобы верхние спаи рядов 32 были расположены в зоне тепловой камеры 9, нижние спаи рядов 32 находились за пределами днища тепловой камеры 9, часть отрезков 25,26 ТЭП 24 находящихся в щелях 31, помещены в планки 34, выполненные из диэлектрического материала, токовыводы 2ТЭС 33 присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенными с преобразователем (на рис. 1–6 не показаны), где создается требуемые напряжение и сила тока для

подзарядки аккумулятора 7, узел подогрева картера 8 состоит из теплового поддона 35, образующего газовый зазор 36 между ним и картером 8, снабженного несколькими нижними патрубками 11, в которые, как и в тепловой камере 9 вставлены газовые горелки 16 без термоэлектрических секций, аналогичные по устройству с газовой горелкой 16 тепловой камеры 9, соединенные снизу с распределительным трубопроводом 4.

ТЭУОСДВС используют в зимнее время при температурах ниже 0⁰С (максимальный нижний предел температуры –60⁰С). Устройство работает следующим образом. Вначале устанавливают баллон 1 со сжиженным природным газом, в количество которого достаточно для постоянной работы горелки 16 узла подогрева аккумулятора 7 и периодического разогрева днища картера 8 при работе его нескольких горелок 16, которое также зависит от периодичности посещения ДВС обслуживающим персоналом.

При остановке ДВС автоматически электроприводом (на фиг.1–6 не показан) открывается дроссель 2 и запорно-регулирующая арматура 6 на распределительном трубопроводе 5 и также автоматически электрозажиганием (на фиг.1–6 не показано) разжигается горелка 16 узла обогрева аккумулятора 7, в которую природный газ из баллона 1, в результате прохождения через дроссель 2, поступает в газообразном состоянии, смешиваясь при этом с необходимым для горения первичным воздухом, инжектируемым через кольцевой канал первичного воздуха 21. При начале горения в горелке 16 полученные выхлопные газы из–под крышки 23 поступают в газовые зазоры 12,13 тепловой камеры 9, смешиваются с наружным воздухом, поступающим в нее через кольцевой канал вторичного воздуха 17 за счет самотяги, в результате чего их температура снижается до (40–50⁰С) и при умеренной температуре обогревают корпус аккумулятора 12 (предохранительная

плита 18 предохраняет днище аккумулятора 7 от местного перегрева при прямом контакте днища с горячими выхлопными газами, выходящими горелки 16). При проходе через газовые зазоры 13 газовоздушная смесь отдает тепло аккумулятору 7 и охлажденная до (15–20)⁰С удаляется из тепловой камеры 9 через щель 15 (уклон двухскатной крышки 14 служат для скатывания конденсата в случае его образования во избежание образования наледи на щели 15).

При получении команды запуска ДВС, в результате сохранения полной работоспособности аккумулятора 7 за счет его постоянного обогрева и подзарядки, автоматически электроприводом (на фиг.1–6 не показан), открывается запорно-регулирующая арматура 5 на трубопроводе 4 и также автоматически электрозажиганием (на фиг.1–6 не показано) разжигаются горелки 16 узла подогрева картера 8, процесс горения в которых происходит аналогично вышеописанному. После розжига горелок 16 горячие выхлопные газы в смеси с воздухом обогревают днище картера 8 и удаляются через газовый зазор 36, а при достижении требуемой температуры масла автоматически запускается двигатель, после чего также автоматически закрывается дроссель 2 и запорно–регулирующая арматура 6 на трубопроводах 4 и 5.

Таким образом, предлагаемое устройство для предпускового обогрева стационарного двигателя внутреннего сгорания сохраняет работоспособность аккумулятора в течении длительного времени в зимний период при низких температурах (–30⁰С и ниже), производя одновременно его подзарядку и обеспечивает возможность предпускового подогрева днища картера двигателя, что гарантирует успешный дистанционный пуск двигателя в местности, лишенной источников электроснабжения.