аккумулятор теплоты

Формула изобретения

АККУМУЛЯТОР ТЕПЛОТЫ, содержащий теплоизолированный корпус с входным и выходным отверстиями, к которым подключены впускная и выпускная трубы, размещенные в корпусе капсулы, заполненные изменяющим агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур теплоаккумулирующим составом, и разделительные пластины, отличающийся тем, что 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 с зазором относительно его стенок и с образованием центрального канала, а также с направлением выступов в одну сторону и с обеспечением контакта выступов одной капсулы с плоской поверхностью сменной капсулы, выпускная труба размещена в упомянутом центральном канале, а разделительные пластины установлены в зазоре между корпусом и капсулами и в центральном канале между корпусом и капсулами, при этом изоляция корпуса выполнена вакуумной.

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 подготовки транспортных средств и их силовых установок.

Известен аккумулятор теплоты, содержащий корпус, снабженный со стороны внутренней поверхности слоем теплоизоляции, в котором соосно корпусу размещен теплоаккумулирующий элемент, который выполнен в виде блока из параллельных рядов полых цилиндров, заполненных веществом, изменяющим свое агрегатное состояние в интервале рабочих температур.

Недостатком известной конструкции является малое удельное (отнесенное к объему) теплосодержание и небольшой коэффициент теплообмена.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является аккумулятор теплоты (Auto Motor und Sport, ФРГ, N 8, с.86-88), содержащий цилиндрический корпус с теплоизоляцией, входное и выходное отверстия, капсулы, заполненные гидроксидом бария, изменяющим свое агрегатное состояние в интервале рабочих температур системы охлаждения двигателя автомобиля фирмы Saab. Капсулы с теплоаккумулирующим веществом гидроксидом бария представляет собой плоские пластины, расположенные вдоль оси корпуса.

Недостатком известной конструкции является недостаточная теплоемкость из-за использования пространства между капсулами, малый коэффициент теплообмена в силу обтекания теплоносителем плоской стенки капсул, усложненная конструкция, так как размещение плоских капсул вдоль оси корпуса требует нескольких типоразмеров капсул, специальных уплотнений в корпусе.

Актуальность упрощения конструкции, увеличения теплоемкости и коэффициента теплообмена очевидна, поскольку упрощается производство, увеличиваются запасы аккумулированной теплоты (или уменьшаются размеры аккумулятора теплоты), сокращается время на разогрев и отбор теплоты, что в совокупности снижает затраты на производство и эксплуатацию.

Цель изобретения увеличение теплосодержания, увеличение коэффициента теплообмена, упрощение конструкции аккумулятора теплоты.

Цель достигается тем, что капсулы выполнены в виде кольцевых дисков, установленных плоской поверхностью перпендикулярно оси цилиндрического корпуса, с выступами на плоской поверхности с заданным расположением и заполненных теплоаккумулирующим составом, размещенных вплотную, соосно, выступами в одну сторону и с зазором у корпуса, на оси корпуса размещена впускная труба в осевых отверстиях капсул с зазором по всей длине капсул, зазоры перегораживаются разделительными перегородками.

Существенной отличительной особенностью заявляемой конструкции является то, что капсулы выполнены в виде кольцевых дисков, установленных плоской поверхностью перпендикулярно оси цилиндрического корпуса, с выступами на плоской поверхности, заполненными теплоаккумулирующим составом, и с зазором у корпуса, впускная труба размещена на оси корпуса с зазором по всей длине капсул, зазоры перегораживаются разделительными перегородками.

Положительный эффект достигается за счет дополнительного количества теплоаккумулирующего состава, размещенного внутри выступов на поверхности капсул, за счет выступов, заполняющих частично пространство между соседними капсулами, интенсифицирующих теплообмен посредством турбулизации потока, и дополнительной площади обтекания выступов с размещенным внутри теплоаккумулирующим составом, системы распределения потока теплоносителя путем впускной трубы, зазоров и разделительных пластин, обеспечивающих одинаковое обтекание всех капсул, за счет идентичности (один типоразмер) всех капсул, так как они выполнены в виде дисков, устанавливаемых плоской поверхностью перпендикулярно оси корпуса.

На фиг. 1 показана конструкция аккумулятора теплоты; на фиг.2 вид А на фиг.1.

Аккумулятор содержит цилиндрический корпус 1 с вакуумной теплоизоляцией 2, входное 3 и выходное 4 отверстия, насос 5, капсулы 6 с изменяющим агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур теплоаккумулирующим составом 7, впускную трубу 8, внутреннюю 9 и наружную 10 разделительные пластины. На плоской поверхности капсул 6 имеются выступы 11, капсулы 6 размещены перпендикулярно оси корпуса 1, соосно, вплотную, выступами 11 в одну сторону, с зазором 12 у корпуса 1. Выпускная труба 8 расположена на оси корпуса 1 с зазором 13 по всей длине капсул 6, разделительные пластины 9 и 10 перегораживают зазоры 12 и 13 соответственно. Расположение, размеры и количество выступов 11 определяются из условий теплообмена и размещения в них теплоаккумулирующего состава 7. Стрелками показано направление течения теплоносителя.

Конструкция аккумулятора теплоты работает следующим образом. При аккумулировании теплоты теплоноситель, нагретый в рабочем диапазоне температур, через входное отверстие 3 подается насосом 5 во впускную трубу 8, поступает в зазор 13 и течет в пространство между капсулами 6, в котором находятся выступы 11, затем собирается в зазоре 12 и через выпускное отверстие 4 выходит наружу.

Омывая поверхности капсул 6 и выступов 11, турбулизированный выступами 11 теплоноситель нагревает и расплавляет теплоаккумулирующий состав 7, после чего насос 5 прекращает подачу теплоносителя, а запасенная в конструкции капсул 6 теплота сохраняется за счет вакуумной теплоизоляции 2. В случае необходимости использования запасенной теплоты процесс идентичен. Во входное отверстие 3 подается насосом 5 теплоноситель, последний отбирает запасенную теплоту от теплоаккумулирующего состава 7, который затвердевает, и нагретый теплоноситель через выходное отверстие 4 выходит наружу.

Такая конструкция позволяет увеличить теплосодержание и коэффициент теплообмена, поскольку выступы, являясь интенсификаторами теплообмена, содержат теплоаккумулирующий состав и расположены в каналах для течения теплоносителя, а также упрощает конструкцию, так как сокращается номенклатура деталей ввиду одного типоразмера всех капсул.

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 (Т плавления 87^оС, 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^оС насос прокачивает охлаждающую жидкость через аккумулятор теплоты и двигатель, двигатель нагревается и запускается. Процесс может повторяться.

Расчетная сравнительная оценка показывает, что для заявляемой конструкции, по сравнению с прототипом, теплосодержание увеличивается на 10-12% эффективность теплообмена увеличивается на 5-10% номенклатура капсул уменьшается в 6-8 раз.

Таким образом, в заявляемой конструкции аккумулятора теплоты увеличены теплосодержание и коэффициент теплообмена и упрощена конструкция.