АККУМУЛЯТОР ТЕПЛОТЫ Российский патент 1999 года по МПК F24H7/00 

Изобретение относится к тепловым аккумуляторам и может быть использовано в устройствах, потребляющих теплоту при неравномерном ее получении или расходовании, в частности в системе предпусковой подготовки транспортных средств и их силовых установок.

Известны аккумуляторы теплоты (Авторские свидетельства СССР N 857656, 1323828, статья в Auto Motor und Sport (ФРГ), 1982 г., N 8, стр. 86-88 - аналоги), содержащие корпус, снабженный слоем теплоизоляции, в котором размещены теплоаккумулирующие насадки, выполненные в виде полых элементов, заполненных веществом, многократно изменяющим свое агрегатное состояние в интервале рабочих температур.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является аккумулятор теплоты (Решение о выдаче патента на изобретение от 12.01.1995 г. N 93-035329/06 по заявке N 93-035329/06/034921 от 7.07.93 - прототип), содержащий теплоизолированный корпус с входным и выходным отверстиями, к которым подключены впускная и выпускная трубы, размещенные в корпусе капсулы, заполненные изменявшим свое агрегатное состояние в интервале рабочих температур теплоаккумулирующим составом.

Недостатком известной конструкции является ограниченный ресурс и излишняя материалоемкость из-за дополнительных механических, статических и знакопеременных нагрузок на корпус (капсулы размещены непосредственно в корпусе) и в силу значительного (5-10%) расширения и сжатия капсул при нагревании, охлаждении и изменении агрегатного состояния теплоаккумулирующего состава в каждом цикле разогрева-охлаждения. Для автомобилей ВАЗ число циклов разогрева-охлаждения составляет 10 000.

Актуальность увеличения ресурса и снижения материалоемкости очевидна, поскольку снижаются затраты на эксплуатацию из-за потребности меньшего количества аккумуляторов теплоты, уменьшаются нагрузки на кронштейны крепления аккумулятора теплоты и в целом снижаются затраты на производство.

Цель изобретения - увеличение ресурса и снижение материалоемкости аккумулятора теплоты.

Данная цель достигается тем, что капсулы с теплоаккумулирующим составом размещены в каркасе в виде блока, присоединенного к одной стороне каркаса, между блоком и другой стороной каркаса образован зазор, в котором размещен компенсирующий расширение блока предварительно напряженный элемент, например конусная пружина, при этом зазор с учетом размера компенсирующего элемента гарантирован при всех изменениях размера блока, а боковая поверхность блока не касается внутренней стенки корпуса.

Заявляемая конструкция аккумулятора теплоты пояснена на чертеже и представляет собой теплоиэолированный корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, к которым подключены впускная 4 и выпускная 5 трубы, капсулы 6, заполненные изменяющим свое агрегатное состояние в интервале рабочих температур теплоаккумулирующим составом 7, каркас 8 и компенсирующий элемент 9. Капсулы 6 соединены в блок 10, который одним концом присоединен к стенке каркаса 8, между другим концом блока 10 и стенкой каркаса 8 образован зазор 11, в котором расположен компенсирующий элемент 9. Компенсирующий элемент 9 предварительно напряжен и создает постоянное усилие, сжимающее капсулы 6, собранные в блок 10, для фиксации блока 10 в каркасе 8. Между боковой поверхностью блока 10 и внутренней стенкой корпуса 1 имеется пространство 12. Зазор 11 с учетом размера компенсирующего элемента 9 гарантирован при всех изменениях размера блока 10. Корпус 1 имеет вакуумную теплоизоляцию 13.

Заявляемая конструкция аккумулятора теплоты работает следующим образом. При аккумулировании теплоты теплоноситель, нагретый в рабочем диапазоне температур, через входное отверстие 2 и впускную трубу 4 подается внутрь корпуса 1 аккумулятора теплоты, обтекает капсулы 6, нагревает и расплавляет теплоаккумулирующий состав 7 и выходит через выпускную трубу 5. Запасенная теплота во время нагрева и фазового перехода теплоаккумулирующего состава 7 сохраняется длительное время за счет вакуумной теплоизоляции 13. В случае необходимости использования запасенной теплоты процесс идентичен: во входное отверстие 2 подается теплоноситель, последний отбирает запасенную теплоту, теплоаккумулирующий состав 7 затвердевает и нагретый теплоноситель через выходное отверстие 3 выходит наружу. В процессе многократного разогрева, охлаждения и особенно фазового перехода теплоаккумулирующий состав 7 расширяется или сжимается, соответственно расширяются или снимаются капсулы 6 и увеличиваются или уменьшаются размеры блока 10. Постоянно создаваемое усилие от предварительно напряженного компенсирующего элемента 9 замыкается на каркас 8 и не передается на корпус 1. Увеличивающийся в размерах блок 10 занимает пространство зазора 11, а создаваемые им дополнительные знакопеременные усилия через компенсирующий элемент 8 передаются на каркас 9 и не оказывают воздействия на корпус 1.

Примером использования аккумулятора теплоты может быть его применение в системе предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания автомобиля. При движении автомобиля охлаждающая жидкость разогревает теплоаккумулирующий состав, например гидроксид бария (температура плавления - 87^oC, скрытая теплота плавления - 305 кДж/кг). Во время стоянки автомобиля эапасенная теплота сохраняется, а при запуске автомобиля при отрицательной температуре окружающей среды до минус 40^oC насос прокачивает охлаждающую жидкость через аккумулятор теплоты и двигатель, двигатель нагревается и запускается. Процесс может повторяться.

Положительный эффект достигается за счет создания механически замкнутой системы в виде каркаса, воспринимающего и передающего от компенсирующего элемента статические механические и дополнительные знакопеременные усилия, возникающие от деформации капсул при разогреве, охлаждении и изменении агрегатного состояния теплоаккумулирующего состава, в результате чего механические нагрузки не передаются на корпус аккумулятора теплоты, что позволяет увеличить ресурс аккумулятора теплоты и уменьшить его материалоемкость.

Расчетная сравнительная оценка показывает, что для заявляемой конструкции, по сравнению с прототипом, ресурс увеличивается, так как на корпус действует в процессе эксплуатации на 10000 циклов меньше знакопеременных нагрузок, в то же время на 200-250 H уменьшается статическая нагрузка на корпус аккумулятора теплоты, что с учетом массы каркаса дает выигрыш в 0,2-0,5 кг и составляет до 5% массы аккумулятора теплоты.

Таким образом, в заявляемой конструкции аккумулятора теплоты увеличен ресурс и снижена материалоемкость аккумулятора теплоты.

Изобретение предназначено для использования в устройствах, потребляющих теплоту при неравномерном ее получении или расходовании, в частности в системе предпусковой подготовки транспортных средств и их силовых установок. Аккумулятор теплоты содержит теплоизолированный корпус с входным и выходным отверстиями, к которым подключены впускная и выпускная трубы, размещенные в корпусе капсулы, заполненные изменяющим свое агрегатное состояние в интервале рабочих температур теплоаккумулирующим составом. Капсулы с теплоаккумулирующим составом размещаются в каркасе в виде блока, присоединенного к одной стороне каркаса. Между блоком и другой стороной каркаса образован зазор, в котором размещен компенсирующий расширение блока предварительно напряженный элемент (например, конусная пружина), при этом зазор с учетом размера компенсирующего элемента гарантирован при всех изменениях размера блока, а боковая поверхность блока не касается внутренней стенки корпуса. При этом уменьшается нагрузка на кронштейны крепления аккумулятора тепла, что увеличивает его ресурс. 1 ил.

Аккумулятор теплоты, содержащий теплоизолированный корпус с входным и выходным отверстиями, к которым подключены впускная и выпускная трубы, размещенные в корпусе капсулы, заполненные изменяющим свое агрегатное состояние в интервале рабочих температур теплоаккумулирующим составом, отличающийся тем, что капсулы с теплоаккумулирующим составом размещены в каркасе в виде блока, присоединенного к одной стороне каркаса, между блоком и другой стороной каркаса образован зазор, в котором размещен компенсирующий расширение блока предварительно напряженный элемент, например конусная пружина, при этом зазор с учетом размера компенсирующего элемента гарантирован при всех изменениях размера блока, а боковая поверхность блока не касается внутренней стенки корпуса.