Тепловой аккумулятор фазового перехода с саморегулируемым устройством электроподогрева

Тепловой аккумулятор фазового перехода с саморегулируемым устройством электроподогрева

Реферат

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к устройствам предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания (ДВС) 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 (см. Безгаражное хранение автомобилей при низких температурах. Караменко Г.В., Николаев В.А., Шаталов А.И. - М.: Транспорт, 1984, 136 с.).

Кроме того, известно устройство в виде теплового аккумулятора фазового перехода, состоящего 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 (см. Патент РФ 2187049 С1, МКИ 7 F24Н 7/00. Тепловой аккумулятор фазового перехода. Авторы: Шульгин В.В., Гулин С.Д., Никифоров Г.И., Кинев Ю.Г., Крапивко О.В., Золотарев Г.М. (РФ) - №2000132463/06, заявлено 25.12.2000 г., опубл. 10.08.2002 г. бюл. №22. Открытое издание. Прототип).

Известное устройство позволяет накапливать теплоту при работающем ДВС за счет теплообмена его теплоносителя (охлаждающей жидкости системы охлаждения или масла, системы смазки) с теплоаккумулирующим материалом (ТАМ) и отдавать ее в последующем теплоносителю, поддерживая их заданную температуру, необходимую для подготовки к пуску двигателя, в течение определенного (ограниченного) промежутка времени.

Однако указанное устройство имеет недостаток, оно не предусматривает поддержания в течение длительного промежутка времени требуемой температуры теплоносителя при неработающем (выключенном) ДВС в условиях низких температур окружающей среды.

Задачей предлагаемого изобретения является аккумулирование тепловой энергии, используемой для подогрева теплоносителя (охлаждающей жидкости, масла) выключенного ДВС в течение длительного промежутка времени, с минимальной тратой энергии, в условиях низкой температуры окружающей среды.

Технически задача решается за счет того, что в тепловом аккумуляторе фазового перехода с саморегулируемым устройством электроподогрева (ТАФП) используются саморегулирующиеся нагревательные элементы на позисторной керамике, способные работать от внешнего источника при выключенном ДВС или от электрической сети машины, при выключенном двигателе. Саморегулирующиеся нагревательные элементы на позисторной керамике обеспечивают подогрев ТАМа до потребной температуры с минимальной затратой электроэнергии.

Техническим результатом предложенного изобретения является поддержание в течение длительного промежутка времени, необходимой температуры теплоносителя (охлаждающей жидкости системы охлаждения или масла системы смазки ДВС) при работающем и выключенном двигателе, что позволяет подготовить к пуску двигатель в условиях низких температур окружающей среды.

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, капсулы, заполненные изменяющим агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур теплоаккумулирующим материалом, выполненные из коаксиально расположенных цилиндров с образованием между ними кольцевых зазоров для прохода жидкого теплоносителя, отличающийся тем, что снабжается устройством электроподогрева с саморегулирующимися нагревательными элементами на позисторной керамике, работающим от внешнего источника питания или электрической сети машины при выключенном двигателе.

Тепловой аккумулятор фазового перехода с саморегулируемым устройством электроподогрева поясняется фиг.1, на которой представлена схема, обеспечивающая его работу, где 1 - наружный корпус; 2 - тепловая изоляция; 3 - внутренний корпус; 4 - цилиндрические капсулы с ТАМ; 5 - щелевые зазоры; 6 - входной патрубок; 7 - выходной патрубок; 8 - болтовое соединение; 9 - крышка из диэлектрического материала; 10 - съемная крышка; 11 - саморегулирующиеся нагревательные элементы на позисторной керамике; 12 - корпус нагревательного элемента; 13 - токоподводящая пластина; 14 - ввод электропитания (9+12, 24 В).

ТАФП используется в качестве устройства для подготовки к пуску ДВС в условиях низкой температуры окружающей среды.

Между наружным корпусом 1 и внутренним корпусом 3, изготовленных из нержавеющей стали, располагается тепловая изоляция 2. Для тепловой изоляции 2 можно использовать вакуумную (вакуумно-порошковую) тепловую изоляцию; тепловую изоляцию, выполненную из теплоизоляционных материалов; комбинированную тепловую изоляцию, состоящую из вакуумной прослойки и каких-либо теплоизоляционных материалов. ТАФП имеет в своем составе теплообменник, состоящий из цилиндрических капсул с ТАМ 4. Размещение ТАМ в цилиндрических капсулах обеспечивает высокую надежность конструкции и позволяет создавать развитую поверхность теплообмена.

Цилиндрические капсулы с ТАМ 4 представляют собой коаксиально расположенные цилиндры с образованием между ними щелевых зазоров 5, предназначенных для прохода жидкого теплоносителя. Благодаря такой конструкции обеспечивается более рациональное использование внутреннего объема ТАФП.

В качестве ТАМ предлагается использовать вещество, способное претерпевать обратимое полиморфное превращение, которое не вызывает существенного изменения объема ТАМ в рабочем интервале температур: кристаллогидраты солей и оснований; органические вещества; соли и основания; различные смеси этих веществ.

Входной патрубок 6 служит для подвода к щелевым зазорам 5 теплоносителя для его нагрева. Выходной патрубок 7 служит для вывода от щелевых зазоров 5 теплоносителя.

Крышка из диэлектрического материала 9 и съемная крышка 10 крепятся болтовым соединением 8 к корпусу нагревательного элемента 12.

В качестве саморегулирующихся нагревательных элементов на позисторной керамике 11 используются терморезисторы (позисторы) с положительным температурным коэффициентом сопротивления, которые через токоподводящую пластину 13 от ввода электропитания 14 (внешнего источника питания или электросети машины) нагреваются, передавая теплоту теплоносителю.

Работа устройства. Накопление ТАФП теплоты осуществляется при работе ДВС за счет теплообмена его теплоносителя с цилиндрическими капсулами с ТАМ 4. Теплоноситель подводится через входной патрубок 6, проходит через щелевые зазоры 5 и отводится через выходной патрубок 7. При этом ТАМ 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 теплоносителем. При включении саморегулируемого устройства электроподогрева при выключенном двигателе накопление ТАФП теплоты осуществляется через саморегулирующиеся нагревательные элементы на позисторной керамике 11 через токоподводящую пластину 13 от ввода электропитания 14 (аккумуляторных батарей или внешнего источника электрического тока).

Хранение накопленной теплоты осуществляется за счет наличия между наружным корпусом 1, внутренним корпусом 3 тепловой изоляции 2 и крышки из диэлектрического материала 9, съемной крышки 10, крепящихся болтовым соединением 8 к корпусу нагревательного элемента 12.

Разогрев ДВС происходит за счет теплообмена теплоносителя с расплавленным ТАМ, при котором последний претерпевает обратимый фазовый переход из жидкого состояния в твердое и выделяет скрытую теплоту кристаллизации. Выделяющаяся накопленная теплота передается теплоносителю и деталям ДВС.

Предлагаемое устройство позволяет накапливать теплоту при работающем и выключенном ДВС и отдавать ее теплоносителю (охлаждающей жидкости системы охлаждения, или маслу системы смазки) с целью поддержания их требуемой температуры, необходимой для подготовки пуска двигателя в условиях низких температур окружающей среды, используя энергию внешнего источника питания или электросети самой машины, с минимальными затратами электроэнергии.

Литература

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

2. Патент РФ 2187049 С1 МКИ 7 F24Н 7/00. Тепловой аккумулятор фазового перехода. Авторы: Шульгин В.В., Гулин С.Д., Никифоров Г.И., Кинев Ю.Г., Крапивко О.В., Золотарев Г.М. (РФ) - №2000132463/06, заявлено 25.12.2000 г., опубл. 10.08.2002 г. бюл. №22. Открытое издание. Прототип.

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, капсулы, заполненные изменяющим агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур теплоаккумулирующим материалом, выполненные из коаксиально расположенных цилиндров с образованием между ними кольцевых зазоров для прохода жидкого теплоносителя, отличающийся тем, что снабжается устройством электроподогрева с саморегулирующимися нагревательными элементами на позисторной керамике, работающим от внешнего источника питания или электрической сети машины при выключенном двигателе.