ТЕПЛОВОЙ АККУМУЛЯТОР ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА Российский патент 2002 года по МПК F24H7/00 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для обогрева двигателя внутреннего сгорания (ДВС) строительных, дорожных, лесозаготовительных, коммунальных и других мобильных машин и автомобилей в условиях безгаражного хранения при отрицательных температурах окружающей среды.

Известна установка воздухообогрева двигателей автомобилей, состоящая из узла нагрева и подачи воздуха, диффузора, воздуховодов и соединительных рукавов. В свою очередь узел нагрева и подачи воздуха состоит из калорифера и вентилятора, приводимого в работу от электродвигателя. При функционировании установки калорифер нагревает воздух, который с помощью вентилятора подается через диффузор, воздуховоды и соединительные рукава на радиатор или в картер обогреваемого двигателя [1].

Данная установка может применяться в стационарных условиях автотранспортного предприятия как групповое средство предпускового подогрева ДВС автомобилей при их безгаражном хранении и требует значительных затрат энергии.

Известен также жидкостный предпусковой подогреватель ДВС, предназначенный для обогрева деталей и сред двигателя и состоящий из котла, системы подачи топлива, системы подачи воздуха, жидкостного насоса, трубопроводов и устройств автоматики. При работе данного подогревателя обогрев блока и головки двигателя осуществляется жидким теплоносителем (водой, тосолом) через зарубашечное пространство, а моторное масло подогревается отработавшими газами подогревателя.

Многочисленные исследования эксплуатационной надежности подогревателей показывают, что они обладают повышенной пожароопасностью из-за большого расхода топлива, замыкания электропроводки или выхода из строя электродвигателя вентилятора. Кроме того, с понижением температуры окружающего воздуха в подогревателе ухудшается испаряемость топлива и образуются ледяные пробки в системе его подачи. При розжиге подогревателя это приводит к срыву факела, при работе - к отказам подогревателя или снижению его теплопроизводительности [2].

Наиболее близким аналогом [3] предлагаемого изобретения является тепловой аккумулятор фазового перехода (ТАФП), состоящий из теплоизолированного вакуумированного цилиндрического корпуса со съемной крышкой, имеющей входное и выходное отверстия, с запрессованными в них впускной и выпускной трубами, размещенного в корпусе блока из параллельно расположенных в шахматном порядке трубчатых капсул, заполненных изменяющим агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур теплоаккумулирующим материалом (ТАМом). ТАФП подключается в систему охлаждения ДВС мобильной машины.

Накопление ТАФП тепловой энергии осуществляется при работе ДВС за счет теплообмена его охлаждающей жидкости с теплоаккумулирующим материалом, находящимся в трубчатых капсулах. При этом ТАМ нагревается в твердой фазе до температуры плавления, плавится, а затем нагревается в жидкой фазе до некоторой температуры, при которой наступает равновесие между ним и охлаждающей жидкостью.

Хранение тепловой энергии осуществляется за счет наличия в конструкции аккумулятора теплоизолированного вакуумированного корпуса.

Разогрев ДВС мобильной машины происходит за счет теплообмена охлаждающей жидкости (ОЖ) с расплавленным ТАМом, при котором последний претерпевает обратимый фазовый переход из жидкого состояния в твердое и выделяет скрытую теплоту кристаллизации. Выделяющаяся тепловая энергия переносится ОЖ и передается двигателю.

Описанный выше ТАФП состоит из большого количества трубчатых капсул, изготовление и заполнение которых представляют собой трудоемкий процесс. Более того, большое количество запаянных капсул снижает надежность конструкции аккумулятора.

Задача, стоящая перед предлагаемым изобретением, состоит в повышении надежности конструкции теплообменника теплового аккумулятора.

Тепловой аккумулятор фазового перехода состоит из теплоизолированного вакуумированного цилиндрического корпуса, съемной крышки, входного и выходного отверстий. В эти отверстия запрессованы впускная и выпускная трубы. Внутри корпуса находится теплообменник, состоящий из коаксиально расположенных цилиндрических капсул. Капсулы заполнены теплоаккумулирующим материалом. Теплообменник монтируется на съемной крышке при помощи болтового соединения и приваривается к корпусу.

Устройство работает следующим образом.

В период зарядки теплового аккумулятора поток ОЖ из зарубашечного пространства ДВС поступает во впускную трубу, проходит через кольцевые отверстия и выходит из аккумулятора в выпускную трубу. ТАМ, находящийся в цилиндрических капсулах, нагревается в твердой фазе до температуры плавления, плавится, а затем нагревается в жидкой фазе до некоторой температуры, при которой наступает тепловое равновесие между ним и ОЖ.

Хранение тепловой энергии осуществляется за счет наличия вакуумированного цилиндрического корпуса.

В период разрядки теплового аккумулятора происходит обратимый процесс, при котором ТАМ охлаждается и кристаллизуется с выделением скрытой теплоты фазового перехода, а поток ОЖ нагревается и поступает в зарубашечное пространство ДВС.

Предлагаемая конструкция теплового аккумулятора фазового перехода по сравнению с прототипом является более надежной, так как необходимая площадь теплообмена ОЖ с ТАМом реализуется меньшим количеством элементов, состоящих из коаксиально расположенных цилиндров с образованием между ними кольцевых зазоров для прохода жидкого теплоносителя. Новым в заявляемом изобретении является выполнение капсул в виде коаксиально расположенных цилиндров.

Указанный признак не выявлен из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Предлагаемый тепловой аккумулятор фазового перехода представлен на фиг. 1 и 2.

Он состоит из вакуумированного корпуса 1, съемной крышки 2, имеющей входное 3 и выходное 4 отверстия, в которые запрессованы впускная 5 и выпускная 6 трубы. Внутри корпуса находится теплообменник, состоящий из коаксиально расположенных цилиндрических капсул 7 с зазорами 8 для прохода жидкости. Вся конструкция теплообменника смонтирована на съемной крышке 2, которая закреплена при помощи болтового соединения 10 к кольцу 9, приваренному к корпусу.

Данный аккумулятор включен в систему охлаждения ДВС мобильной машины. Накопление им тепловой энергии осуществляется следующим образом.

При работе ДВС поток ОЖ поступает в впускную трубу 5, затем проходит через кольцевые отверстия 8 и выходит из аккумулятора в выпускную трубу 6. При этом ТАМ, находящийся в цилиндрических капсулах 7, нагревается в твердой фазе до температуры плавления, плавится, а затем нагревается в жидкой фазе до некоторой температуры, при которой наступает тепловое равновесие между ним и ОЖ.

Хранение тепловой энергии осуществляется за счет наличия в конструкции теплового аккумулятора вакуумированного корпуса 1. Отдача аккумулятором тепловой энергии (разогрев двигателя) осуществляется путем прокачки теплоносителя через впускную трубу 5, кольцевые зазоры 8 и выпускную трубу 6. При этом происходит обратимый фазовый переход, в результате которого ТАМ находится в капсулах 7, кристаллизуется и отдает ранее запасенную энергию теплоносителю. Теплоноситель нагревается от температуры окружающей среды до температуры +35 - 50^oС и передает эту энергию деталям двигателя.

Вышесказанное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности "промышленная применимость".

Источники информации
1. Крамаренко Г. В. , Николаев В.А., Шаталов А.И. Безгаражное хранение автомобилей при низких температурах. - М.: Транспорт, 1984, 136 с.

2. Системы подготовки двигателей экскаваторов и кранов к запуску при низких температурах. /В.А. Карепов, А.И. Хорош. - Обзор, вып. 1, М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1981, 52 с.

3. Заявка RU 97113939/06, МПК 6 F 24 H 7/00, 1999 г.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для обогрева двигателя внутреннего сгорания строительных, дорожных, лесозаготовительных, коммунальных и других мобильных машин и автомобилей в условиях безгаражного хранения при отрицательных температурах окружающей среды. Сущность изобретения: в аккумуляторе фазового перехода, содержащем теплоизолированный вакуумированный цилиндрический корпус со съемной крышкой, имеющей входное и выходное отверстия с запрессованными в них впускной и выпускной трубами, блок капсул заполнен изменяющим агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур теплоаккумулирующим материалом, а капсулы выполнены из коаксиально расположенных цилиндров с образованием между ними кольцевых зазоров для прохода жидкого теплоносителя. Такой аккумулятор имеет повышенную надежность вследствие исключения большого количества запаянных капсул. 2 ил.

Тепловой аккумулятор фазового перехода, содержащий теплоизолированный вакуумированный цилиндрический корпус со съемной крышкой, имеющей входное и выходное отверстия с запрессованными в них впускной и выпускной трубами, блок капсул, заполненных изменяющим агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур теплоаккумулирующим материалом, отличающийся тем, что капсулы выполнены из коаксиально расположенных цилиндров с образованием между ними кольцевых зазоров для прохода жидкого теплоносителя.