Гидрогазовый аккумулятор Советский патент 1992 года по МПК F15B1/47 

Изобретение относится к машиностроению, к гидравлическим системам, а более, конкретно к гидрогазовым аккумуляторам, и может быть использовано, например, в объ- емных гидроприводах транспортных средств.

Известен гидрогазовый аккумулятор, используемый в гидросистемах с гидромашинами объемного типа, который представляет собой сосуд высокого давления, снабженный разделителем-поршнем или эластичной мембраной.

Недостатком аккумулятора является низкая удельная объемная энергоемкость и потеря части накопленной энергии из-за остывания газа в паузе между зарядкой и разрядкой,

Известен гидрогазовый аккумулятор, газовая полость которого заполнена вспененным пластиком, в порах которого содержится рабочий газ. При использовании газовой смеси, меняющей свое агрегатное состояние в процессе зарядки-разрядки, рабочий цикл приближается к изобарному. Если в пластик введено вещество, плавящееся в диапазоне рабочих температур аккумулятора, например парафин, рабочий процесс будет приближаться к изотермическому, чему способствует развитая теплообменная поверхность пор.

Недостатком аккумулятора является низкая надежность и малая долговечность из-за многократной деформации пористого пластика с изменением объема в несколько раз, что неизбежно приведет к разрушению части пор, объединению их в более крупные, газ в которых начнет нагреваться до температуры выше расчетной. Этому будет споVI

СО

ю о о о

собствовать хорошая теплоизоляция окружающим вспененным материалом, способствующая лавинообразному развитию процесса разрушения.

Известен гидрогазовый аккумулятор, содержащий корпус, эластичную мембрану, установленную в корпусе с образованием газовой и жидкостной полостей, и теплообменник. Теплообменник отводит тепло из газовой полости во внешнее пространство в процессе зарядки аккумулятора и подводит тепло при разрядке.

Однако изменение размеров и формы газовой полости при работе аккумулятора не позволяет развить теплообменную поверхность и увеличить интенсивность теплообмена. Поэтому трудно приблизиться к изотермическому рабочему процессу. Внешнее теплообменное устройство увеличивает габариты аккумулятора. Отводимая из газовой полости в виде тепла энергия бесполезно теряется, а для увеличения отдаваемой энергии при разрядке потребуется дополнительный нагреватель, причем КПД процесса расширения будет невысок из-за того, что в гидроаккумуляторах целесообразно использовать лишь небольшие степени расширения газа.

Целью изобретения является повышение эффективности аккумулятора путем увеличения удельной объемной энергоемкости и уменьшения потерь накопленной энергии.

Поставленная цель достигается тем, что гидрогазовый аккумулятор, содержащий корпус, разделитель, установленный в корпусе с образованием газовой и жидкостной полостей, итеплообменник, снабжен дополнительной газовой полостью, установленной на корпусе, теплообменник заполнен теплоаккумулирующим рабочим телом и установлен внутри дополнительной газовой полости, а дополнительная газовая полость сообщена с газовой полостью в корпусе аккумулятора посредством каналов теплообменника, при этом газовая полость аккумулятора заполнена одноатомным газом, а в качестве теплоаккумулирующего рабочего тела использовано вещество с фазовым переходом в диапазоне рабочих температур аккумулятора.

Изобретение поясняется фиг.1-3.

Описываемый аккумулятор содержит корпус 1 с мембраной 2, штуцером 3 для входа и выхода жидкости. На корпусе установлена дополнительная газовая полость 4 с зарядным газовым клапаном 5. Внутри дополнительной полости размещен теплообменник 6 с ребрами 7 на внешней поверхности. По торцам теплообменник снабжен трубными досками или опорными решетками 8, между которыми размещено теплоак- кумулирующее рабочее тело и каналы 9 для прохода газа. Рабочее тело и каналы могут быть выполнены различным образом: .либо

в виде отдельных герметичных элементов, заполненных рабочим телом и размещенных между опорными решетками, либо в виде трубок, герметично закрепленных в трубных досках и окруженных рабочим телом.

Гидрогазовый аккумулятор работает следующим образом.

При разрядке жидкость из гидросистемы поступает через штуцер 3 в жидкостную

полость, прогибая мембрану 2, вследствие чего газ вытесняется в дополнительную полость 4. При этом давление и температура газа возрастают. Нагретый газ, протекая по каналам 9, имеющим развитую теплообменную поверхность, отдает тепловую энергию теплоаккумулирующему рабочему телу. Теплообмену с газом, находящимся в дополнительной полости 4, способствуют ребра 7. Ребра могут иметь полости, заполненные

теплоаккумулирующим рабочим телом. Благодаря интенсивному теплообмену рабочий процесс аккумулятора близок к изотермическому, причем часть энергии оказывается запасена в виде давления газа, а часть в

виде тепла в теплоаккумулирующем рабочем теле. Рабочий процесс наиболее изотер- мичен п-ри постоянной температуре теплообменника 6. Поэтому целесообразно выбрать в качестве рабочего тела вещество,

имеющее в диапазоне рабочих температур

фазовый переход - плавление или кипение.

При разрядке аккумулятора процесс

протекает в обратном порядке: жидкость

выводится в гидросистему, где расширяется, охлаждается, отбирается тепло от тепло- обменника, благодаря чему давление понижается медленнее, чем при политропическом расширении, следовательно, совершаемая механическая

работа увеличивается. Уравнение механической работы политропного процесса А P0V0(1 - 1/ ь)/(к- 1), где Ро - начальное давление газа; V0 - полный объем основной и дополнительной газовых

полостей; к- показатель политропы, Ј - степень сжатия. Отсюда видно, что при (изотермический процесс) степень сжатия, при которой механическая работа максимальна, стремится к г - 2,72

(основание натуральных логарифмов). При к 1 максимальная работа соответствует меньшим степеням сжатия. Полная работа процесса, учитывающая изменение температур газа L А к , следовательно, при

использовании одноатомных газов (аргона, гелия: /е-4 ,67-1,5) доля энергии, накопленная в виде тепла, будет больше, чем в случае применения двуатомных газов (воздуха, азота:/с 1,4-1,3). При Ј -v 2,5-3 изотермический процесс обеспечивает увеличение энергоемкости гидрогазового аккумулятора более чем в 1,5 раза по сравнению с политропическим.

При использовании газопаровых смесей, приближающих рабочий процесс к изо- барно-изотермическому, можно еще больше увеличить э ергоемкость аккумулятора.

Форма дополнительной газовой полости может выбираться с учетом уменьшения внешней поверхности. Размещение теплообменника внутри нее улучшает теплоизоляцию аккумулированного тепла и в сочетании с почти постоянной температурой в процессе работы обеспечивает лучшее сохранение накопленной энергии.

Основной областью применения предложенного гидрогазового аккумулятора являются гидросистемы с более широким диапазоном рабочих давлений, чем обычно принято, когда Ј 1,2-1,3. Такие гидросистемы могут, например, использоваться для рекуперации энергии торможения движущихся масс - транспортных средств, экскаваторов, прокатных станов и т.п. При торможении и последующем разгоне гидросистема реализует в несколько раз большую мощность, чем при установившемся движении, следовательно, уровень давления в эти периоды должен быть увеличен. Это позволит реализовать в аккумуляторе большую степень сжатия

При характерном, например, для транспортных средств диапазоне температур в двигательном отсеке 90-95°С теплоаккуму- лирующкм рабочим телом может быть вода

(теплота испарения при 100°С более 2 МДж/кг) или натрий (теплота плавления при 98°С более 0,11 МДж/кг). Ценой некоторого снижения теплоты фазового перехода можно менять при необходимости температуру

перехода с помощью добавок, например сплавляя натрий с калием, смешивая воду со спиртом.

Наряду с экономией энергии, предлагаемый гидрогазовый аккумулятор способствует расширению областей применения объемного гидропривода, улучшению технико-экономических и эксплуатационных показателей транспортных и других машин, Формула изобретения

Гидрогазовый аккумулятор, содержащий корпус, разделитель, установленный в корпусе образованием газовой и жидкостной полостей, и теплообменник, отличающийся тем, что, с целью повышения

эффективности путем увеличения удельной объемной энергоемкости и уменьшения потерь накопленной энергии, он снабжен дополнительной газовой полостью, установленной на корпусе, теплообменник

заполнен теплоаккумулирующим рабочим телом и установлен внутри дополнительной газовой полости, а дополнительная газовая полость сообщена с газовой полостью в корпусе аккумулятора посредством каналов

теплообменника, при этом газовая полость аккумулятора заполнена одноатомным газом, а в качестве теплоаккумулирующего рабочего тела использовано вещество с фазовым переходом в диапазоне рабочих

температур аккумулятора.

8

Риг.1

Риг.2

Изобретение относится к машиностроению, к гидравлическим системам, а конкретно к гидрогазовым аккумуляторам, и может быть использовано, в частности, в объемных гидроприводах транспортных средств. Цель изобретения - повышение эффективности аккумулятора путем увеличения удельной объемной энергоемкости и уменьшения потерь накопленной энергии. Сущность изобретения: гидрогазовый аккумулятор, содержащий корпус, разделитель, установленный в корпусе с образованием газовой и жидкостной полостей, и теплообменник, снабжен дополнительной газовой полостью, установленной на корпусе, теплообменник заполнен теплоаккумулирующим рабочим телом и установлен внутри дополнительной газовой полости, а дополнительная газовая полость сообщена с газовой полостью в корпусе аккумулятора посредством каналов теплообменника, при этом газовая полость аккумулятора заполнена одноатомным газом, а в качестве теплоакку- мулирующего рабочего тела используют в- во с фазовым переходом в диапазоне рабочих температур аккумулятора. 3 ил.

Изотерп UL/ECKUIJ процесс