АККУМУЛЯТОР ТЕПЛОТЫ Российский патент 2002 года по МПК F24H7/00 

Изобретение относится к теплотехнике, а более конкретно к аккумуляторам теплоты, предназначенный для накопления, сбережения и отдачи тепла для подогрева при пуске автомобильного двигателя внутреннего сгорания в холодное время года.

Известен аккумулятор теплоты, содержащий теплоизолированный корпус, образующий полость циркуляции теплоносителя, в которой размещены трубки подвода и отвода теплоносителя. Трубка отвода теплоносителя помещена внутри трубки подвода теплоносителя. На конце трубки подвода, находящейся в полости циркуляции теплоносителя, выполнены раздающие отверстия и установлен рассекатель. Концы трубок размещены в противоположных концах полости циркуляции теплоносителя. Аккумулятор теплоты установлен в системе охлаждения автомобильного двигателя (см. патент РФ 2143649).

После остановки двигателя часть теплоносителя, находящаяся в полости корпуса аккумулятора, может некоторое время оставаться нагретой до температуры, близкой к рабочей температуре теплоносителя.

При разрядке аккумулятора холодный теплоноситель поступает через трубку подвода, раздающие отверстия и рассекатель в полость циркуляции и вытесняет через трубку отвода горячий теплоноситель в систему охлаждения двигателя, нагревая его.

Недостатком известного аккумулятора является распределение потока теплоносителя рассекателем, выполненным в виде мембраны с отверстиями, через которые проходит поток теплоносителя в полость циркуляции.

Теплоноситель поступает в аккумулятор из системы под давлением, поэтому в районе отверстий рассекателя на выходе будет образовываться завихрение потока, что нарушает ламинарность течения.

Кроме того, в поперечном сечении скорость потока на выходе из отверстий рассекателя на периферийных участках возле стенки корпуса будет ниже, чем в центральной части.

Вышеперечисленные недостатки приводят к процессу перемешивания холодного и горячего теплоносителя при разрядке аккумулятора, когда холодный теплоноситель вытесняет горячий в систему охлаждения двигателя и далее в двигатель для его обогрева.

В аккумуляторах теплоты, работающих на принципе вытеснения горячего теплоносителя холодным, чем меньше процесс перемешивания разнотемпературных теплоносителей, тем выше эффективность аккумулятора.

В основу изобретения поставлена задача создания высокоэффективного аккумулятора, в котором вероятность перемешивания холодного и горячего теплоносителя сведена до минимума.

Предлагаемый аккумулятор теплоты содержит теплоизолированный корпус, образующий полость циркуляции теплоносителя. В ней расположены соосно продольной центральной оси полости трубка подвода теплоносителя с раздающими отверстиями и трубка отвода теплоносителя, размещенная внутри трубки подвода, концы которых расположены в противоположных концах полости. В полости циркуляции теплоносителя размещен соосно продольной центральной оси набор концентрических обечаек, между которыми установлены перегородки, образующие со стенками обечаек продольные каналы, соединяющие входную и выходную части полости. Аккумулятор снабжен разделителем потока, выполненным в виде радиально расположенных конических направляющих, каждая из которых закреплена на трубке подвода в районе раздающих отверстий, а свободные их концы прилегают к набору концентрических обечаек с образованием конических каналов подвода теплоносителя от раздающих отверстий к продольным каналам. В каждом коническом канале установлены пластины, разделяющие эти каналы на секторные участки. Количество и площадь раздающих отверстий определена из соотношения:
(S₁n₁):(S₂n₂)...:(S_in_i)=S'₁:S'₂...:S'_i,
где S₁, S₂,...S_i - площадь раздающих отверстий в каждом коническом канале;
n₁, n₂,...n_i - количество отверстий в каждом канале;
S'₁, S'₂,...S'_i - площадь каждого из концентрических колец, образованных концами конических направляющих.

В выходной части полости установлен фиксатор, обеспечивающий крепление набора обечаек.

Движение теплоносителя по предельным каналам, образованным обечайками с перегородками, исключает появление застойных зон, скапливание холодного теплоносителя в нижней части аккумулятора при его установке в горизонтальном положении в процессе разрядки.

Разбивка входящего потока теплоносителя по коническим каналам, подбор и расчет количества и площадей раздающих отверстий и их взаимосвязь с площадью концентрических колец, образованных свободными концами конических направляющих на входе в продольные каналы, обеспечивает одинаковую скорость движения потока на входе в полость циркуляции теплоносителя как в ее центральной части, так и возле стенок корпуса, что устраняет завихрение потока и способствует ламинарности его течения.

Установка пластин в конических каналах, разбивающих эти каналы на секторные участки, способствует равномерному распределению потока теплоносителя на входе, препятствует перетечению холодного теплоносителя в нижнюю часть аккумулятора при его горизонтальной установке.

Вследствие выравнивания потока, входящего в полость циркуляции, обеспечение одинаковых скоростей во всех точках поперечного сечения потока процесс перемешивания холодного и горячего теплоносителя будет минимальным.

В любом пространственном положении аккумулятора процесс вытеснения горячего теплоносителя холодным будет одинаковым, что обеспечивает повышение эффективности аккумулятора и удобство его эксплуатации.

На фиг.1 изображен продольный разрез заявляемого аккумулятора;
на фиг.2 - поперечный разрез набора обечаек с перегородками;
на фиг.3 - поперечное сечение разделителя потока.

Аккумулятор теплоты содержит теплоизолированный корпус 1 с полостью 2 циркуляции теплоносителя и трубками подвода 3 и отвода 4 теплоносителя, подключенными к системе охлаждения двигателя патрубками 5 и 6. Трубки подвода 3 и отвода 4 расположены соосно продольной центральной оси полости 2. На конце трубки подвода 3 выполнены раздающие отверстия 7. Концы трубок подвода 3 и отвода 4 расположены в противоположных концах полости 2.

В полости 2 циркуляции теплоносителя размещен набор 8 концентрических обечаек 9. Между обечайками 9 установлены перегородки 10 с образованием каналов 11, которые соединяют входную 12 и выходную 13 части полости 2.

Аккумулятор снабжен разделителем потока 14, выполненным в виде радиально расположенных конических направляющих 15, каждая из которых закреплена на трубке подвода 3 в районе отверстий 7. Свободные конца 16 направляющих 15 прилегают к набору 8 концентрических обечаек 9. Направляющими 15 образованы каналы 17 прохождения теплоносителя от раздающих отверстий 5 в продольные каналы 11. В каждом коническом канале 17 установлены пластины 18, разделяющие каждый канал 17 на секторные участки 19.

В выходной части 13 полости 2 установлен фиксатор 20 для крепления обечаек 9 с перегородками 10.

Аккумулятор теплоты работает следующий образом.

После остановки работающего двигателя и прекращения циркуляции теплоносителя часть его объема, находящаяся в полости 2, в течение периода стоянки благодаря теплоизоляции корпуса 1 может длительное время оставаться нагретой до температуры, близкой к рабочей. При разрядке аккумулятора холодный теплоноситель поступает по трубке подвода 3, отверстия 7 в конические каналы 17 и далее в продольные каналы 11. Взаимосвязь между площадью и количеством раздающих отверстий 7 и площадью каждого из концентрических колец, образованных свободными концами 16 направляющих 15 на выходе из разделителя 14, регулирует равномерное распределение потока на выходе в продольные каналы 11 набора обечаек 9. Разделение конических каналов 17 на секторные участки 19 пластинами 18 исключает перетечение холодного теплоносителя в ту часть полости 2, которая будет в нижней части аккумулятора в зависимости от его пространственного положения.

Холодный теплоноситель, проходя по каналам 11, вытесняет горячий через трубку отвода 4 в систему охлаждения двигателя и нагревает его.

Аккумулятор теплоты предназначен для использования в системе охлаждения автомобильного двигателя для накопления, хранения и отдачи тепла при запуске двигателя. В теплоизолированном корпусе вдоль центральной оси размещены соосные трубки подвода и отвода теплоносителя. В полости циркуляции теплоносителя соосно центральной оси установлен набор концентрических обечаек, между которыми установлены перегородки, образующие со стенками обечаек продольные каналы, соединяющие входную и выходную части полости. На трубке подвода в районе раздающих отверстий закреплен разделитель потока, выполненный в виде радиально расположенных конических направляющих, закрепленных на трубке подвода теплоносителя в районе раздающих отверстий. Свободные концы направляющих прилегают к набору обечаек с перегородками с образованием конических каналов, которыми проходит теплоноситель от раздающих отверстий к продольным каналам набора обечаек. В каждом коническом канале установлены пластины, разделяющие эти каналы на секторные участки. Количество и площадь раздающих отверстий на трубке подвода определяются из заданного соотношения. Такое выполнение аккумулятора позволяет устранить застойные зоны в полости циркуляции теплоносителя, свести к минимуму процесс перемешивания горячего и холодного теплоносителя, обеспечивает установку аккумулятора в любом пространственном положении, повышает его эффективность и улучшает условия эксплуатации. 3 ил.

Аккумулятор теплоты, содержащий теплоизолированный корпус, образующий полость циркуляции теплоносителя, расположенные в ней соосно продольной центральной оси полости трубки подвода теплоносителя с раздающими отверстиями и отвода, размещенная внутри трубки подвода, концы которых расположены в противоположных концах полости, отличающийся тем, что в полости циркуляции теплоносителя размещен соосно продольной центральной оси набор концентрических обечаек, между которыми установлены перегородки, образующие со стенками обечаек продольные каналы, соединяющие входную и выходную части полости, и он снабжен разделителем потока, выполненным в виде радиально расположенных конических направляющих, каждая из которых закреплена на трубке подвода в районе раздающих отверстий, а свободные их концы прилегают к набору концентрических обечаек с образованием конических каналов подвода теплоносителя от раздающих отверстий к продольным каналам, в каждом коническом канале установлены пластины, разделяющие эти каналы на секторные участки, а количество и площадь раздающих отверстий определены из соотношения
(S₁n₁): (S₂n₂). . . . . : (S_in_i)= S₁ ¹: S₂ ¹. . . . . : S_i ¹,
где S₁, S₂. . . . S_i - площадь раздающих отверстий в каждом коническом канале;
n₁, n₂. . . . n_i - количество отверстий в каждом канале;
S₁ ¹, S₂ ¹. . . . . S_i ¹ - площадь каждого из концентрических колец, образованных концами конических направляющих, при этом в выходной части полости установлен фиксатор, обеспечивающий крепление набора обечаек с перегородками.