аккумулятор теплоты

Формула изобретения

Аккумулятор теплоты, содержащий капсульный блок, размещенный в теплоизолированном корпусе с входным и выходным отверстиями, при этом капсульный блок содержит плоские полые кольцевые диски с центральным отверстием и заполнен изменяющим свое агрегатное состояние в интервале рабочих температур теплоаккумулирующим составом, на одной плоской поверхности дисков имеются выступы заданной высоты и с заданным расположением, отличающийся тем, что на одной плоской поверхности диска выполнены два отверстия, а на другой плоской поверхности диска два отверстия с отбортовками, направленными наружу диска и высота которых больше высоты выступов, и соосных с отверстиями на противоположной стороне диска, диски капсульного блока соединены между собой герметично и отбортовки каждого диска соединены с отверстиями другого диска.

Описание изобретения к патенту

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

Известны аккумуляторы теплоты (Авторские свидетельства СССР 857656, 1323828, статья в Auto Motor und Sport (ФРГ), 1992, 8, с. 86 - аналоги), содержащие корпус, снабженный слоем теплоизоляции, в котором размещены теплоаккумулирующие элементы, выполненные в виде блока из параллельных рядов полых цилиндров, заполненных веществом, многократно изменяющим свое агрегатное состояние в интервале рабочих температур.

Недостатком известной конструкции является необходимость многократного заполнения веществом полых цилиндров и их многократная герметизация при наличии в цилиндрах теплоаккумулирующего вещества.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является аккумулятор теплоты (Патент на изобретение RU 2052734 - прототип), 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. Корпус выполнен цилиндрическим, а капсулы в виде кольцевых дисков с плоскими поверхностями, одна из которых в каждой капсуле снабжена выступами с заданным расположением и размещена перпендикулярно оси корпуса и с образованием центрального канала.

Недостатком известной конструкции является значительная трудоемкость заправки капсул теплоаккумулирующим составом (ТАС), так как необходимо заправлять каждую капсулу в отдельности. Недостаточная надежность сварных швов и технологические сложности проверки их герметичности, так как каждая капсула перед сваркой швов, которые герметизируют внутренний объем капсул, заполняется ТАС; соответственно, каждый сварочный шов перед сваркой надо очистить от ТАС, чтобы обеспечить надежную герметизацию швов, поскольку при разгерметизации капсул ТАС попадает в систему охлаждения двигателя и может создать значительные трудности, а каждый шов в данной ситуации является замыкающим, поэтому требования к нему по проверке его герметичности являются особенными, а методы проверки специальными и технически сложными, например определение химического состава жидкости, в которую может при испытаниях выделиться ТАС. Учитывая, что оптимальное количество капсул в аккумуляторе теплоты для автомобиля в зависимости от их конструкции составляет от 30 до 150 и более штук, проблема заправки капсул и их герметизация составляют большую технологическую трудность.

Актуальность уменьшения трудоемкости заправки капсул теплоаккумулирующим составом и увеличения надежности сварных швов и уменьшения технологической сложности проверки их герметичности очевидна, поскольку они непосредственно оказывают влияние на стоимость конечной продукции, а соответственно, на потребительские качества аккумулятора теплоты.

Задачей настоящего изобретения является упрощение и уменьшение трудоемкости заправки теплоаккумулирующим составом, увеличение надежности герметизации мест соединения деталей, уменьшение технологической сложности проверки герметичности мест соединения деталей.

Сущность изобретения: поставленная задача решается тем, что в аккумуляторе теплоты, содержащем капсульный блок, размещенный в теплоизолированном корпусе с входным и выходным отверстиями, причем капсульный блок содержит плоские полые кольцевые диски с центральным отверстием и заполнен изменяющим свое агрегатное состояние в интервале рабочих температур теплоаккумулирующим составом, на одной плоской поверхности дисков имеются выступы заданной высоты и с заданным расположением, при этом на одной плоской поверхности диска выполнены два отверстия, а на другой плоской поверхности диска имеются два отверстия с отбортовками, направленными наружу диска и высота которых больше высоты выступов, и соосных с отверстиями на противоположной стороне дисков, диски капсульного блока соединены между собой герметично, причем отбортовки каждого диска соединены с отверстиями другого диска.

На фиг.1 показана конструкция аккумулятора теплоты; на фиг.2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - плоские полые кольцевые диски; на фиг.47 - последовательность операций соединения дисков в капсульный блок.

Аккумулятор теплоты содержит капсульный блок 1, размещенный в теплоизолированном корпусе 2 с входным 3 и выходным 4 отверстиями, капсульный блок 1 состоит из плоских полых кольцевых дисков 5 с центральным отверстием и заполнен изменяющим свое агрегатное состояние в интервале рабочих температур теплоаккумулирующим составом 6, на одной плоской поверхности дисков 5 имеются выступы 7 заданной высоты и с заданным расположением и два отверстия 8, а на другой плоской поверхности диска 5 имеются два отверстия 9 с отбортовками 10, направленными наружу диска 5 и высота которых больше высоты выступов 7, и соосных с отверстиями 8 на противоположной стороне дисков 5, диски 5 капсульного блока 1 соединены между собой герметично, причем отбортовки 10 каждого диска 5 соединены с отверстиями 8 другого диска.

Последовательность операций соединения деталей капсульного блока заявляемой конструкции аккумулятора теплоты следующая. При первой операции герметично соединяются две плоские поверхности диска 11 и 12, образуя плоский диск 5 с центральным отверстием и двумя отверстиями 9 и отбортовками 10, на второй операции с образованным диском соединяется плоская поверхность 11 диска 5, при этом герметично соединяются отверстия 8 и отбортовки 10 диска 5, такое соединение возможно, поскольку отверстия 8 и отбортовки 10 соосны, между дисками образуется зазор, величина которого определена высотой выступов 7, на третьей операции к образованному после второй операции узлу герметично присоединяется плоская поверхность 12, затем операции с получаемыми узлами повторяются до создания необходимого размера или внутреннего объема капсульного блока 1, далее через одно из отверстий 9 последнего диска 5 заправляется внутренний объем капсульного блока 1 теплоаккумулирующим составом 6, а из другого отверстия 9 выходит воздух, замещаемый теплоаккумулирующим составом 6, после чего герметизируются отверстия 9. При такой конструкции и последовательности операций соединения деталей капсульного блока операция его заправки теплоаккумулирующим составом происходит за один раз, а проверка герметичности возможна после каждой операции простейшими способами, например методом "аквариума".

Заявляемая конструкция аккумулятора теплоты работает следующим образом. К входному отверстию 3 и выходному отверстию 4 подключаются магистрали системы охлаждения двигателя транспортного средства. В режиме аккумулирования теплоты теплоноситель, нагретый в рабочем диапазоне температур, через входное отверстие 3 подается внутрь корпуса 2 аккумулятора теплоты, проходит через центральные отверстия дисков 5, обтекает плоские поверхности дисков 5, отбортовок 10, выступов 7, нагревает и расплавляет теплоаккумулирующий состав 6 и выходит через выпускную трубу 4. Запасенная в режиме аккумулирования теплота сохраняется длительное время за счет теплоизоляции корпуса 2. В случае необходимости использования запасенной теплоты процесс идентичен: во входное отверстие 3 подается теплоноситель, последний отбирает запасенную теплоту, теплоаккумулирующий состав 6 охлаждается и затвердевает, нагревая при этом теплоноситель, нагретый теплоноситель через выходное отверстие 4 выходит в магистрали двигателя.

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 - 360 К (87^oC), скрытая теплота плавления - 305 кДж/кг). Во время стоянки автомобиля запасенная 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 надежно запускается. Процесс может повторяться.

Положительный эффект достигается за счет создания конструкции капсульного блока, объединяющего внутренние объемы всех дисков, в результате чего заправка теплоаккумулирующим составом осуществляется один раз в полном объеме, герметизация мест соединения деталей не требует специальной подготовки поверхностей, в частности освобождения их от теплоаккумулирующего состава, проверка всех мест соединения деталей на герметичность осуществляется из-за отсутствия во внутренних полостях теплоаккумулирующего состава простейшими техническими средствами, что позволяет упростить и уменьшить трудоемкость операции по заправке, увеличить надежность герметизации мест соединения деталей, уменьшить технологическую сложность проверки герметичности мест соединения деталей.

Расчетная сравнительная оценка показывает, что для заявляемой конструкции по сравнению с прототипом количество заправок аккумулятора теплоты теплоаккумулирующим составом уменьшается в 30-100 раз, соответственно в такое же число раз уменьшается количество мест соединения деталей, требующих герметичности и проверки на герметичность при наличии теплоаккумулирующего состава во внутренней полости.

Таким образом, в заявляемой конструкции аккумулятора теплоты уменьшена трудоемкость изготовления и испытаний и увеличена надежность.