Результат интеллектуальной деятельности: Система водяного охлаждения двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к конструированию систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известны двухконтурные системы водяного охлаждения (системы), в которых пресная, умягченная вода внутреннего контура охлаждает блоки и крышки цилиндров, маслоохладитель, воздухоохладитель [1].

Внешний контур циркуляции охлаждает теплообменники (радиаторы, «теплые ящики») внутреннего контура и сбрасывает тепло в окружающую среду.

Теплообменники, передающие тепло от внутреннего контура во внешний контур, как правило водо-водяные, или водо-воздушные.

Известны пароэжекторные холодильные машины (установки) [2], [3], служащие для охлаждения больших количеств технической воды на промпредприятиях. Охлаждение воды происходит в результате ее частичного испарения с отбором скрытой теплоты парообразования от основной массы рабочей воды, циркулирующей через испаритель.

Прототипом заявляемому устройству является [1] «Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания», содержащая внутренний контур циркуляции состоящий из радиатора, циркуляционного насоса и зарубашечных пространств двигателя, маслоохладителя, воздухоохладителя и внешнего контура циркуляции для охлаждения радиатора.

Недостатки прототипа [1]

1. Использование теплообменников в виде водо-воздушных радиаторов увеличивает массо-габаритные показатели системы из-за низких коэффициентов теплопередачи.

2. Использование в системе водоструйных эжекторов с крайне низкими коэффициентами инжекции, ограничивает производительность испарителей (емкости 8) по холодному пару.

3. Высокие тепловые потери в окружающую среду с уходящими газами (УГ).

Цель изобретения

1. Сокращение тепловых потерь в окружающую среду,

2. Поддержание фиксированной температуры охлаждающей воды в испарителе независимо от режима работы двигателя, в результате чего повышается экономичность и увеличивается моторесурс двигателя [4], [5] .

Сокращение тепловых потерь в окружающую среду (по сравнению с [1]) достигается тем, что в выхлопном коллекторе двигателя установлен подогреватель отепленной воды 3, что сокращает тепловые потери с УГ в окружающую среду.

Сокращение тепловых потерь в окружающую среду по сравнению с [2], [3], [4] достигается тем, что в предлагаемом устройстве отсутствует паровой котел, вырабатывающий для эжектора рабочий пар, тепло которого вместе с теплом охлаждения выносится из системы в окружающую среду через конденсатор.

Поясняю, в предлагаемой системе применены два испарителя (испарители 1 и 6), при этом испаритель 6 является источником рабочего пара для эжектора 5, - вследствие этого не нужен и паровой котел.

Поставленная задача достигается за счет того, что система водяного охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащая контур циркуляции, два испарителя: первый испаритель, из которого рабочая вода подается насосом в воздухоохладитель, а отепленная вода возвращается в первый испаритель через распределительную гребенку, и второй испаритель, из которого рабочая вода подается насосом в двигатель и маслоохладитель, а отепленная вода возвращается в второй испаритель, при этом отепленная вода возвращается в второй испаритель через терморегулирующий вентиль и распределительную гребенку, при этом первый и второй испарители связаны между собой гидростатически циркуляционной трубой, первый испаритель снабжен вакуум-насосом, а эжектор выполнен с подачей рабочего пара из второго испарителя с подачей холодного пара из первого испарителя, с подачей смеси рабочего и холодного пара в конденсатор и сбросом конденсата в второй испаритель.

Предлагаемая система сбалансирована по тепловой нагрузке, - сколько система поглощает теплоты для своей работы от двигателя 8, столько же она и выделяет в окружающую среду через конденсатор 7. А с учетом того, что температура конденсации 63°С, - появляется реальная возможность использовать это тепло для хозяйственно-бытовых нужд, в этом случае, тоже сокращаются тепловые потери в окружающую среду через систему.

Поддержание фиксированной температуры охлаждающей воды в испарителе второго контура 6 достигается за счет образования в нем постоянного количества пара, независимо от режима работы двигателя. При этом температура отепленной воды 80°С поддерживается постоянной при помощи терморегулирующего вентиля 12, направляющего поток отепленной воды через подогреватель 13, расположенный в выхлопном коллекторе двигателя, который также сокращает тепловые потери в окружающую среду.

Теоретическое обоснование предлагаемого изобретения изложено автором в [4]. К сожалению, в системе [4] применен в качестве конденсатора водоструйный эжектор с низким коэффициентом инжекции, что ограничивает применение системы [4] на практике.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом. Графическое изображение состоит из одной фигуры - фигура 1. Фигура 1 изображает схему устройства «Система водяного охлаждения двигателя внутреннего сгорания».

На Фиг. 1 рабочая вода первого контура с t_Н1=25°С (температура насыщения воды при P_Н1=3,17 кПа) из испарителя первого контура 1 подается насосом 2 к воздухоохладителю 3 (ВО), где охлаждая воздух, нагревается до t=30°С, затем отепленная вода через распределительную гребенку 4 сбрасывается в испаритель 1. Из испарителя 1 холодный пар отсасывается эжектором 5, который получает рабочий пар с t_H2=70°С и Р_H2=31,2 кПа из испарителя второго контура 6. Далее смесь паров с параметрами (t_C=63°С, Р_C=8,2 кПа) из эжектора 5 попадает в конденсатор 7 где конденсируется отдавая тепло во внешнюю среду или на хозяйственно-бытовые нужды. Конденсат из конденсатора 7 сбрасывается в испаритель 6.

Рабочая вода второго контура для охлаждения двигателя 8 (Д) и маслоохладителя 9 (МО) подается из испарителя второго контура 6 насосом 10. Отепленная вода из двигателя 8 и маслоохладителя 9 нагретая до 80°С сбрасывается через распределительную гребенку 11в испаритель 6.

Для поддержания температуры отепленной воды в 80°С, независимо от режима работы двигателя 8, перед распределительной гребенкой 11 установлен терморегулирующий вентиль 12, направляющий поток отепленной воды через подогреватель 13, когда температура отепленной воды опускается ниже 80°С.

Давление P_H1=3,17 кПа в испарителе 1 создает вакуум-насос 14, который необходим при запуске и выходе системы охлаждения на рабочий режим.

Испаритель 1 и испаритель 6 связаны между собою по давлению гидростатически циркуляционной трубой 15 - гидравлическим затвором для поддержания Н_Г - геометрической высоты столба воды, обеспечивающего перепад давления в испарителях 1 и 6.

На случай запуска двигателя 8 из холодного состояния, испаритель 6 снабжен подогревателем 16.

Литература

1. Патент SU №1553744 А1 на изобретение «Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания». 1988 г.

2. М.А. Сильман, М.Г. Шумелишский «Пароводяные эжекторные холодильные машины». М. «Легкая и пищевая промышленность», 1984 г. С. 5-8.

3. A.M. Бакластов «Промышленные тепломассообменные процессы и установки». М. «Энергоиздат», 1986 г. С. 289-292.

4. Ю.П. Кондрашов «Система жидкостного охлаждения судовых ДВС с термофиксацией параметров охлаждения». «Изобретательство», том 15, №8, 2015 г., С. 53-55.

5. З.А. Хандов «Судовые двигатели внутреннего сгорания». М. «Транспорт», 1969 г., С. 229.