СПОСОБ МОНТАЖА АВТОМОБИЛЬНОГО ТЕПЛОАККУМУЛЯТОРА Российский патент 1997 года по МПК F28D20/00 

Изобретение относится к способу монтажа автомобильного теплоаккумулятора, содержащего блок аккумуляции скрытого тепла, состоящего из резервуара и расположенного в нем пакета теплоаккумулирующих ячеек, и корпус, окружающий теплоаккумулирующий блок с замкнутым изолирующим промежутком, причем теплоаккумулирующий блок со своим резервуаром непосредственно или косвенно опирается одним концом на дно корпуса, а другим на его крышку. Такой теплоаккумулятор располагают обычно в охлаждающем контуре автомобиля, например между двигателем и отопителем. Понятно, что теплоноситель охлаждающего контура должен вводиться в теплоаккумуляторный блок и снова выводиться из него по соответствующим трубопроводам, проходящим через вакуумный изолирующий промежуток. Автомобильные теплоаккумуляторы описанной конструкции и назначения известны в различных исполнениях. Их монтаж сложен.

В соответствии с решением, известным из заявки ФРГ N 4108227 А1, для монтажа предварительно изготавливают блок аккумуляции скрытого тепла с пакетом теплоаккумулирующих ячеек, заполненных теплоаккумулирующей средой. Нерешенной остается проблема дальнейшего монтажа в готовый автомобильный теплоаккумулятор с вакуумным изолирующим промежутком и соответствующей вакуумной изоляцией.

В основу изобретения положена задача разработки простого способа монтажа автомобильного теплоаккумулятора описанной конструкции, который, в частности, позволяет простым образом осуществить вакуумную изоляцию, легко может быть интегрирован в автоматическую линию изготовления автомобильных теплоаккумуляторов и пригоден, в частности, для массового производства.

Для решения этой задачи осуществляют следующую совокупность операций способа:
а) предварительно изготавливают теплоаккумулирующий блок с пакетом теплоаккумулирующих ячеек, заполненных теплоаккумулирующей средой;
б) в снабженный дном корпус теплоаккумулятора вставляют предварительно изготовленный теплоаккумулирующий блок;
в) агрегат из корпуса и теплоаккумулирующего блока помещают в вакуумную камеру, содержащую устройство для надевания крышки на корпус;
г) вакуумную камеру закрывают и откачивают из нее воздух до создания изолирующего вакуума;
д) в вакуумированной камере на корпус теплоаккумулятора надевают крышку и корпус герметично соединяют с надетой крышкой,
причем после этого вакуумную камеру заполняют воздухом, открывают ее и извлекают теплоаккумулятор. Понятно, что в рамках способа согласно изобретению трубопроводы с теплоносителем, соединяющие теплоаккумулятор с охлаждающим контуром, или другие трубопроводы с теплоносителем, например трубопроводы для выпуска ОГ, проходящие через вакуумный изолирующий промежуток, проходят через дно корпуса и с этой стороны входят также в теплоаккумулирующий блок. Это означает, что крышка, надеваемая согласно изобретению на корпус в вакуумной камере, не имеет отверстий для трубопроводов и может быть поэтому легко смонтирована. Согласно изобретению, смонтирована может быть также крышка, имеющая соответствующие отверстия для трубопроводов. Понятно, что эти отверстия в дне или крышке корпуса должны быть выполнены вакуумплотными. Это относится и к вводу трубопроводов с теплоносителем в теплоаккумулирующий блок.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, в рамках способа из вакуумной камеры воздух откачивают до давления по меньшей мере 10^-6 мбар. Этим достигается очень эффективная вакуумная изоляция. Ей может способствовать нанесение зеркального покрытия на наружную поверхность резервуара для теплоаккумулятора и внутренние поверхности его корпуса. По возможности следует работать с давлением 10^-7 10^-9 мбар. Как правило, по причинам технической прочности и по технологическим причинам теплоаккумулирующий блок изготавливают цилиндрического сечения. Тогда его можно заключить в цилиндрический корпус.

Герметичное соединение корпуса и крышки может осуществляться разными путями. Так, между корпусом и крышкой может быть расположено уплотнительное кольцо, а крышка фиксирована на корпусе за счет вакуума в нем. Предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, напротив, вакуумную камеру, устройство для надевания крышки которой имеет устройство для индукционной пайки, причем между крышкой и корпусом располагают припой, например, в форме кольца.

Изобретение исходит из того факта, что и без того необходимое в рамках монтажа автомобильного теплоаккумулятора устройство для создания вакуумной изоляции может быть усовершенствовано в монтажное устройство и использовано соответственно при его оборудовании для надевания крышки. Монтаж крышки может осуществляться, таким образом, просто и надежно в короткие промежутки времени и особенно пригоден, следовательно, для массового производства. В рамках изобретения предусмотрено также выполнение работающего в вакуумной камере устройства для надевания крышки таким образом, что оно сначала берет предварительно свободно надетую на агрегат крышку, а после откачивания воздуха из вакуумной камеры снова надевает ее. В рамках изобретения предусмотрено, кроме того, осуществление в процессе вакуумирования индуктивного нагрева корпуса теплоаккумулятора до температуры около 400^oC и резервуара теплоаккумулятора до температуры около 200^oC. За счет этого "испарения" можно ускорить откачку воздуха и улучшить вакуум. При работе с кольцом припоя рекомендуется "испарить" и его.

Описанный выше способ хорошо зарекомендовал себя. Правда, путем выбора материала или его обработки следует позаботиться о том, чтобы созданный для вакуумной изоляции вакуум не терялся или не подвергался вредному воздействию вакуумного обезгаживания уже при монтаже теплоаккумулятора или после этого. Вакуумным обезгаживанием называется такое явление, когда растворенные в металле газы выделяются под действием вакуума. Металлы, и в частности сталь, содержат зачастую атомарный водород, выделяющийся при повышенной температуре. При температурах около 1000^o и выше обезгаживание может происходить с относительно высокой скоростью в окружающем пространстве с достаточно низким давлением. Для удаления следов вредных газов из камер с высоким вакуумом известны так называемые геттеры. Геттерами называются газопоглотители, которые способны удалять вредные газы на пути к сорбции или прочной химической связи. В качестве геттеров служат главным образом металлы I, II и III групп периодической системы или их соединения и сплавы. Для удаления водорода в качестве вредного газа часто применяют в качестве геттера, например, титан. Известно выполнение геттеров в качестве так называемых высоковаккумных геттерных элементов, легко устанавливаемых в вакуумированной камере с помощью особых держателей. Подобные высоковакуумные геттерные элементы выполнены за счет подходящей обработки таким образом, что при окружающей температуре она пригодна для хранения и/или установки. Их активируют в вакуумированной камере после установки за счет термообработки или термоудара. К уровню техники не относятся попытки расположить в рамках описанных выше мероприятий один или несколько высоковакуумных геттерных элементов в корпусе теплоаккумулятора. Таким образом, должны быть поглощены выделяющиеся за счет вакуумного обезгаживания вредные газы, в частности водород. Высоковаккумные геттерные элементы должны одновременно действовать как атомарный или молекулярный насос. Их активируют тогда, когда готовый, снабженный крышкой теплоаккумулятор находится вне вакуумной камеры. Опыты показали, что эти меры не приводят к успеху, если только не расположить относительно большое число отдельных высоковакуумных геттерных элементов, что является дорогостоящим делом.

Что касается дальнейшего выполнения и усовершенствования описанного выше способа, то в основу изобретения положена дополнительная задача предотвратить влияние на изолирующий вакуум выделения вредных газов в процессе монтажа теплоаккумулятора, не нарушая времени цикла автоматического производства.

Для решения этой задачи у способа по п. 1 формулы, при котором в вакуумированной камере на корпус теплоаккумулятора надевают крышку и корпус герметично соединяют с надетой крышкой посредством пайки, а именно с помощью устройства для индукционной пайки с индукционной катушкой в камере, объектом изобретения являются дальнейшие операции:
е) в корпусе теплоаккумулятора со стороны крышки устанавливают требующий активирования высоковакуумный геттерный элемент;
ж) высоковаккумный геттерный элемент активируют в процессе пайки для соединения крышки с корпусом по достижении температуры пайки,
причем активирование осуществляют лишь по достижении заданного значения изолирующего вакуума. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, высоковакуумный геттерный элемент располагают под крышкой корпуса.

В отношении описанных выше мероприятий изобретение исходит из того факта, что вредные газы, влияющие на изолирующий вакуум при применении материалов, имеющий эффект вакуумного обезгаживания, выделяются при нагреве для осуществления процесса пайки и при припаивании крышки. В рамках признаков е) и ж), согласно которым активирование осуществляют лишь до достижения поддерживаемого вакуумным насосом заданного значения изолирующего вакуума, выделяющиеся вредные газы, пусть это происходит даже спонтанно, отсасываются вакуумным насосом, так что они не расходуют высоковакуумный геттерный элемент, поскольку он активируется лишь в процессе пайки, а тем самым после отсасывания вредных газов. Это выражается на практике в том, что активирование происходит лишь по достижении поддерживаемого заданного значения изолирующего вакуума. Высоковакуумный геттерный элемент остается работоспособным в течение длительного времени. Он работает в течение длительного времени в качестве геттерного насоса. Тем самым работоспособной в течение длительного времени на длительный срок службы теплоаккумулятора остается и полученная посредством высокого вакуума изоляция. Понятно, что предусматривают один или несколько высоковакуумных геттерных элементов в зависимости от того, на какую "вместимость" рассчитаны отдельные элементы.

В рамках изобретения существует несколько возможностей дальнейшего усовершенствования способа. Так, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, высоковакуумный геттерный элемент располагают на центральном участке под крышкой корпуса и этот участок нагревают до температуры активирования геттерного элемента, которая ниже температуры зоны пайки. Это нетрудно сделать за счет соответствующего исполнения и расположения индукционной катушки устройства для индукционной пайки, а также за счет соответствующего управления индукционным нагревом. В режимах изобретения активированию геттерного элемента с помощью устройства для индукционной пайки предшествует этап испарения, на котором резервуар теплоаккумулятора нагревают по меньшей мере со стороны крышки до температуры около 200^oC, а корпус со стороны крышки до температуры около 400^oC. Вакуумный насос остается включенным. Выделяющиеся в процессе испарения вредные газы отсасываются на этом этапе, что исключает нарушение времени цикла при автоматическом производстве. Этого не происходит по той причине, что описанные температуры в режимах способа согласно главному патенту или в рамках способа согласно изобретению должны быть соблюдены, а температурный градиент для осуществления этапа испарения приходится изменять лишь незначительно. По достижении заданного значения изолирующего вакуума при продолжающем работать вакуумном насосе названные детали и/или участки деталей нагревают в течение нескольких секунд в зоне пайки до температуры выше 1000^oC. По окончании пайки крышки рекомендуется еще на одну или несколько минут поддерживать температуру 700 800^oC, причем вакуумный насос продолжает работать. По окончании пайки крышки рекомендуется еще на одну или несколько минут поддерживать температуру около 400^oC.

На фиг. 1 4 схематично изображены различные операции способа согласно изобретению.

На фиг. 4 изображен автомобильный теплоаккумулятор 1, монтируемый способом согласно изобретению. Он состоит из блока 2 аккумуляции скрытого тепла и корпуса 3. Фиг. 1 и 4 изображают этот блок 2, а сечения на этих фигурах пакет теплоаккумулирующих ячеек 4, в которых находится теплоаккумулирующая среда.

На фиг. 4 видно, что корпус 3 окружает блок 2 с вакуумным изолирующим промежутком 5. В отношении конструкции ячеек см. например, выкладку ФРГ N 4036392 А1. На фиг. 4 блок 2 со своим резервуаром 6 опирается одним концом на дно 7 корпуса 3, а другим на его крышку 8. На дно 7 блок 2 опирается посредством пружинящей опоры 9, а на крышку 8 посредством непружинящих или малопружинящих опор 10 с геометрическим замыканием.

Из фиг. 1 видно, что блок 2 с пакетом ячеек 4, заполненных теплоаккумулирующей средой, изготавливают заранее. На фиг. 2 корпус 3 с одной стороны открыт, а с другой уже снабжен дном 7. На фиг. 3 в снабженный дном 7 корпус 3 вставлен предварительно изготовленный блок 2.

На фиг. 4 агрегат из корпуса 3 и блока 2 помещен в вакуумную камеру 11 с устройством 12 для надевания крышки 8. Речь может идти о магазине с несколькими крышками 8, причем магазин может надевать их на открытый край 13 корпуса 3. Имеется также возможность просто сбрасывать отдельные крышки 8. Далее имеется возможность свободно надевать крышку 8 на соответствующее отверстие корпуса 3 и помещать все это в вакуумную камеру 11, где осуществляют откачку воздуха и пайку. После помещения агрегата из корпуса 3 и блока 2 в камеру 11 ее закрывают и откачивают воздух до создания изолирующего вакуума. Это состояние изображено на фиг. 4. Видно, что в вакуумированной камере 11 крышка 8 надета на корпус 3 и что корпус 3 герметично соединен с надетой крышкой 8. Припой может быть соединен с крышкой 8 и подвергнут "испарению", прежде чем произойдет пайка. После этого камеру 11 заполняют воздухом, открывают ее и извлекают теплоаккумулятор 1. В примере исполнения согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения блок 2 имеет цилиндрическое сечение, и его помещают, следовательно, при монтаже в цилиндрический корпус 3. Не показано, что между корпусом 3 и крышкой 8 может быть расположено уплотнительное кольцо и что крышка 8 может удерживаться на корпусе 3 за счет вакуума в нем. Для этого необходимо по меньшей мере временно зафиксировать крышку 8, с тем чтобы после открывания камеры 11 она удерживалась на корпусе 3 за счет вакуума в нем. Из фиг. 4 видно, что устройство 12 для надевания крышки 8 содержит устройство 14 для индукционной пайки. В этом случае между крышкой 8 и корпусом 3 располагают припой, например, в форме кольца. Оно может быть вложено отдельно или уже соединено с крышкой 8 и, как уже было сказано, подвергнуто испарению.

В примере исполнения трубопроводы 15 для подвода и отвода теплоносителя охлаждающего контура автомобиля вводят через дно 7 корпуса 3. Соответственно через дно 16 резервуара происходит подвод и отвод теплоносителя к блоку 2.

Из фиг. 3 и 4 видно, что в корпус 3 со стороны крышки установлен по меньшей мере один требующий активирования высоковакуумный геттерный элемент 17. Расположение и управление происходит таким образом, что элемент 17 активируют по достижении температуры пайки для соединения крышки 8 с корпусом 3. Таким образом, активирование осуществляют лишь по достижении заданного значения изолирующего вакуума. В примере исполнения и согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения элемент 17 располагают под крышкой 8. Он находится там на центральном участке. Способом управляют таким образом, что на этом участке достигается температура активирования элемента 17, например 800 900^oC, тогда как в зоне пайки она выше 1000^oC. В остальном операции легко осуществляются по п.п. 4 и 5 формулы.

Процесс пайки целесообразно выполнять тогда, когда корпус теплоаккумулятора со вставленным в него теплоаккумулирующим блоком стоит вертикально.

Объектом изобретения являются также теплоаккумуляторы скрытого тепла, изготовленные по меньшей мере по одному из п.п. 1 10 формулы.

Использование: в автомобилестроении. Сущность изобретения: в способе монтажа автомобильного теплоаккумулятора, содержащего блок аккумуляции скрытого тепла, состоящего из резервуара и расположенного в нем пакета теплоаккумулирующих ячеек, и корпус, окружающий теплоаккумулирующий блок с вакуумным изолирующим промежутком, теплоаккумулирующий блок с пакетом теплоаккумулирующих ячеек изготовляют заранее. Предварительно изготовленный теплоаккумулирующий блок вставляют в снабженный дном корпус. Агрегат из корпуса и теплоаккумулирующего блока помещают в вакуумную камеру с устройством для надевания крышки. В камере, из которой откачивают воздух, крышку надевают на корпус. Корпус герметично соединяют с надетой крышкой посредством пайки. В корпусе со стороны крышки устанавливают по меньшей мере один, требующий активирования высоковакуумный геттерный элемент. Его активируют в процессе пайки для соединения крышки с корпусом по достижении температуры пайки. Активирование осуществляют лишь по достижении заданного значения изолирующего вакуума. 9 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ монтажа автомобильного теплоаккумулятора, заключающийся в том, что предварительно изготовленный блок аккумуляции скрытого тепла, состоящий из резервуара и расположенного в нем пакета теплоаккумулирующих ячеек, заполненных теплоаккумулирующей средой, вставляют в корпус с образованием между ними вакуумного изолирующего промежутка, причем резервуар блока аккумуляции скрытого тепла непосредственно или косвенно опирается одним концом на дно корпуса, а другим на его крышку, отличающийся тем, что агрегат из корпуса и блока аккумуляции скрытого тепла помещают в вакуумную камеру, содержащую устройство для надевания крышки на корпус, вакуумную камеру закрывают и откачивают из нее воздух до создания изолирующего вакуума, в вакуумной камере на корпус надевают крышку и корпус герметично соединяют с надетой крышкой, после этого камеру заполняют воздухом, открывают ее и извлекают агрегат из корпуса и блока аккумуляции скрытого тепла. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что из вакуумной камеры воздух откачивают до давления около 10^- 6 мбар. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что блок аккумуляции скрытого тепла изготавливают с цилиндрическим сечением и заключают в цилиндрический корпус. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что между корпусом и крышкой располагают уплотнительное кольцо и крышку удерживают на корпусе за счет вакуума в нем. 5. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что при работе с вакуумной камерой, устройство для надевания крышки которой содержит устройство для индукционной пайки, между крышкой и корпусом располагают припой, например, в форме кольца. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в вакуумной камере крышку надевают на корпус, корпус герметично соединяют с надетой крышкой посредством пайки, а именно с помощью устройства для индукционной пайки с индукционной катушкой, причем после этого камеру заполняют воздухом, открывают ее и извлекают агрегат из корпуса и блока аккумуляции, в корпусе со стороны крышки устанавливают по меньшей мере один требующий активирования высоковакуумный геттерный элемент, который активируют в процессе пайки для соединения крышки с корпусом по достижении температуры пайки, и активирование осуществляют лишь по достижении заданного значения изолирующего вакуума. 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что высоковакуумный геттерный элемент располагают под крышкой корпуса. 8. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что высоковакуумный геттерный элемент располагают на центральном участке под крышкой корпуса и этот участок нагревают до температуры активирования высоковакуумного геттерного элемента, которая ниже температуры зоны пайки. 9. Способ по пп. 6 8, отличающийся тем, что активированию высоковакуумного геттерного элемента с помощью устройства для индукционной пайки предшествует этап испарения, на котором резервуар блока аккумуляции скрытого тепла нагревают по меньшей мере со стороны крышки корпуса до температуры около 200^oС, а корпус со стороны крышки до температуры около 400^oС. 10. Способ по пп. 6 9, отличающийся тем, что по достижении заданного значения изолирующего вакуума при продолжающем работать вакуумном насосе упомянутые детали и/или участки деталей нагревают на несколько секунд в зоне пайки до температуры выше 1000^oС, а по окончании пайки крышки корпуса еще на одну или несколько минут поддерживают температуру 700 800^oС.