Тепловий акумулятор фазового переходу

Реферат: Тепловий акумулятор фазового переходу містить не менше двох блоків капсул з різним теплоакумулюючим матеріалом, розміщених в одному вакуумованому корпусі, має спільні вхідний і вихідний трубопроводи. Також містить не менш двох блоків секцій з різним теплоакумулюючим матеріалом, розділених перегородками і розміщених в одному теплоізольованому (вакуумованому) корпусі, має спільні впускний трубопровід газоподібного теплоносія і повітряний трубопровід з нагнітаючим насосом, випускний трубопровід газоподібного теплоносія, зі встановленим на ньому датчиком робочої температури, змішувальну камеру, в яку входять випускні трубопроводи блоків секцій і повітряний трубопровід. UA 78985 U (12) UA 78985 U UA 78985 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до транспортного та енергетичного машинобудування, зокрема до двигунобудування, а саме до пристроїв розігріву і підтримання необхідної температури двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ), що встановлена заводською інструкцією або умовами експлуатації, і може застосовуватись в процесі експлуатації будівельних, дорожніх, лісозаготівельних машин, автомобілів, тепловозів і іншої мобільної наземної техніки, в тому числі і на транспортних засобах, оснащених системою рекуперації електричної енергії, а також стаціонарних енергетичних засобів із ДВЗ в умовах негативних температур навколишнього повітря, або, якщо температура охолоджуючої рідини (оливи і палива) ДВЗ не відповідає встановленим вище вимогам. Відомий тепловий акумулятор фазового переходу, що складається з теплоізольованого вакуумованого циліндричного корпусу, знімної кришки, вхідного і вихідного отворів. У ці отвори запресовані впускна і випускна труби. Усередині корпусу знаходиться теплообмінник, що складається з коаксіально розташованих циліндричних капсул. Капсули заповнені теплоакумулюючим матеріалом. Теплообмінник монтується на знімній кришці за допомогою болтового з'єднання і приварюється до корпусу. Даний акумулятор включений в систему охолодження двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ) мобільної машини [1]. Недоліком теплового акумулятора є те, що така конструкція не може забезпечити прогрів теплоносія від температури навколишнього середовища вище +50° С і регулювання кількості теплоти, що подається, а крім цього тепловий акумулятор не має можливості додатково використовувати сторонні джерела енергії, а саме у транспортних засобах, оснащених системою рекуперації електричної енергії, для підготовки його до здійснення роботоздатності [1]. Відомий тепловий акумулятор фазового переходу, який містить теплоізольований вакуумований циліндричний корпус зі знімною кришкою, що має вхідний і вихідний отвори, впускну і випускну труби, блок капсул, заповнених однаковим теплоакумулюючим матеріалом і виконаних з коаксіально розташованих циліндрів з утворенням між ними кільцевих зазорів для проходу рідкого теплоносія. Він містить не менше двох блоків капсул з різним теплоакумулюючим матеріалом, розміщених в одному вакуумованому корпусі, має спільні вхідний і вихідний трубопроводи, причому впускні труби блоків капсул пов'язані перепускними трубами з вхідним трубопроводом, а випускні труби блоків капсул пов'язані перепускними трубами з впускними трубами блоків з більш низьким діапазоном робочих температур і на кожній перепускний трубі встановлено запірний клапан. Такий акумулятор дозволяє здійснювати відбір теплової енергії від відпрацьованих газів ДВЗ в більш широкому температурному діапазоні і тим самим накопичувати і утримувати більшу кількість теплоти, а також забезпечує вибірковість діапазону робочих температур. Недоліком теплового акумулятора є те, що описана конструкція не може забезпечити фіксований в допустимому інтервалі температур прогрів газоповітряного теплоносія, який подається в блок циліндрів двигуна (у районі ванни для накопичення і колінчастого вала) на рівні робочих температур оливи і самого двигуна з потрібною продуктивністю з одночасним підігрівом охолоджуючої рідини системи охолодження, а виконує їх послідовно, переміщуючи використовуваний теплоносій, через всі наявні в його конструкції блоки (або прогрів блока циліндрів, або підігрів системи охолодження), а також регулювання теплоти, що подається, за допомогою одних тільки запірних клапанів здійснюється кількісно. Крім цього, представлена конструкція не забезпечує можливість використовувати запасену теплоту кожного з блоків окремо (зокрема блока з високим діапазоном робочих температур), а змушує працювати їх лише послідовно. Представлена конструкція також не має можливості здійснювати автономно перезарядку (власний підігрів) блока з більш низьким діапазоном робочих температур від блоків з більш високим діапазоном робочих температур, а також у теплового акумулятора відсутня можливість додаткового заряджання його від сторонніх джерел енергії, а саме у транспортних засобах, оснащених системою рекуперації електричної енергії [2]. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності використання палива та утилізації відпрацьованих газів у більш широкому температурному діапазоні, підтримання температури охолоджуючої рідини в системі охолодження при заглушеному ДВЗ в межах температур "гарячого прогріву" (50-70 °C, в залежності від експлуатаційних вимог і заводської інструкції) при низьких температурах навколишнього повітря, або, якщо температура охолоджуючої рідини (оливи і палива) двигуна не відповідає встановленим вище вимогам, а також одночасного підтримання температури теплоносія, що надходить в ДВЗ паралельно по двом потокам, як газоповітряному, так і рідкому, причому з фіксованою однаковою температурою потоків з більш вузьким діапазоном робочих температур, наближених до робочої температури ДВЗ, а також додаткового заряджання теплового акумулятора електронагрівальними елементами секцій 1 UA 78985 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 теплового акумулятора, які дають змогу заряджати його від електричної мережі або стаціонарного джерела електроенергії, електрогенератора або рекуперативної системи транспортного засобу через блок керування і розподілу напруг електронагрівачів за допомогою силового електрокабелю від вказаного джерела електроенергії. Як джерело електроенергії транспортного засобу, оснащеного системою рекуперації електричної енергії (на прикладі тепловозу або іншого транспортного засобу з електричною тягою), для додаткового заряджання теплового акумулятора за допомогою електронагрівача теплового акумулятора і силового електрокабелю використовується рекуперативна система транспортного засобу, яка складається з підсилювача, перетворювача електроенергії, блока накопичувачів електроенергії конденсаторного типу, ШІМ контролера (контролера широтноімпульсної модуляції) і блока керування системою рекуперації [3]. Поставлена задача вирішується тим, що запропонований тепловий акумулятор фазового переходу має в своїй конструкції не менш двох блоків секцій (у нашому випадку три) з різним теплоакумулюючим матеріалом, розділених перегородками і розміщених в одному теплоізольованому (вакуумованому) корпусі, має спільні впускний трубопровід газоподібного теплоносія і повітряний трубопровід з нагнітаючим насосом, випускний трубопровід газоподібного теплоносія, зі встановленим на ньому датчиком робочої температури, змішувальну камеру, в яку входять випускні трубопроводи блоків секцій і повітряний трубопровід, причому впускні трубопроводи блоків секцій пов'язані перепускними трубопроводами з вхідним трубопроводом газоподібного теплоносія і повітряним трубопроводом, а випускні трубопроводи блоків секцій, з встановленими на кожній з них запірними клапанами, пов'язані перепускними трубами між собою і зі змішувальною камерою, в яку входить повітряний трубопровід, на який також встановлені запірні клапани, крім цього, на перепускному трубопроводі між блоками секцій встановлені запірні клапани і нагнітальний насос, впускний трубопровід рідинного теплоносія, зі встановленими запірним клапаном і нагнітальним насосом, з'єднаний з нагрівальними елементами рідинного теплоносія блока секції з більш низьким діапазоном робочих температур, і випускним трубопроводом рідинного теплоносія через запірний клапан, зі встановленим на ньому датчиком робочої температури, а як джерело електроенергії для додаткового заряджання теплового акумулятора за допомогою електронагрівальних елементів секцій теплового акумулятора, блока керування і розподілу напруг електронагрівачів, силового електрокабелю і джерела електроенергії, за який може бути використана електрична мережа, стаціонарне джерело електроенергії, електрогенератор або рекуперативна система транспортного засобу при гальмуванні, що включає електронагрівач теплового акумулятора, силовий електрокабель, підсилювач, перетворювач електроенергії, блок накопичувачів електроенергії конденсаторного типу, ШІМ контролер (контролер широтноімпульсної модуляції) і блок керування системою рекуперації [3]. На кресленні показано схему запропонованого теплового акумулятора фазового переходу. Тепловий акумулятор фазового переходу складається з вакуумованого корпусу 1, знімної кришки 2, що має вхідні 3, 4, 5, 6 і вихідні 7, 8, 9, 10 отвори, в які встановлені впускний трубопровід газоподібного теплоносія 11, впускні 12, 13 і випускні 15, 16, 17 трубопроводи блоків, впускний 14 і випускний 18 трубопроводи рідинного теплоносія. До впускного трубопроводу газоподібного теплоносія 11 примикає повітряний трубопровід 51, який забезпечений нагнітаючим насосом 47 і запірним клапаном 41. Усередині корпусу знаходяться блоки секцій 19, 20, 21, що складаються з циліндричних коаксіально розташованих капсул, заповнених фазоперехідним теплоакумулюючим матеріалом 22 з кільцевими зазорами 23 для проходу газоподібного теплоносія (відпрацьовані гази ДВЗ), з встановленими в блоках секцій відповідно електронагрівальними елементами секцій теплового акумулятора 53, 54, 55, що з'єднані з джерелом електроенергії 58 за допомогою блока керування і розподілу напруг електронагрівачів 56, силових електрокабелів 57 і 59 з підсилювачем 60, перетворювачем електроенергії 62, блоком накопичувачів електроенергії конденсаторного типу 61, ШІМ контролером (контролером широтноімпульсної модуляції) 63 і блоком керування системою рекуперації 64. Крім цього в блоці секції 21 встановлені нагрівальні елементи 24 рідинного теплоносія блока секції з більш низьким діапазоном робочих температур. Вся конструкція теплообмінника змонтована на знімній кришці 2, яка закріплена за допомогою болтових з'єднань 25 до елементів кріплення корпусу 26, встановлених на самому корпусі. Випускний трубопровід газоподібного теплоносія 50 з датчиком 45 робочої температури приєднаний до змішувальної камері 44, в яку підходять випускні трубопроводи блоків 15, 16, 17 і повітряний трубопровід 51. Випускний трубопровід 18 рідинного теплоносія з датчиком робочої температури 46 приєднаний до нагрівальних елементів 24 рідинного теплоносія блока секції з більш низьким діапазоном робочих температур, встановленим у блоці секції 21, які приєднані до 2 UA 78985 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 впускного трубопроводу рідинного теплоносія 14 із нагнітаючим насосом 49 і запірним клапаном 37 (встановлення нагрівальних елементів всередині циліндричних капсул умовно не показано). Регулювати кількість тепла, що подається, в змішувальну камеру 44 і, відповідно, до випускного трубопроводу газоподібного теплоносія 50 дозволяє наявність на перепускних трубопроводах запірних клапанів 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 35, 38, 39, 40, 41, 42, 43, а автономно здійснювати перезарядку (власний підігрів) блока секції 21 з більш низьким діапазоном робочих температур від блоків секцій 19, 20 з більш високим діапазоном робочих температур дозволяє наявність перепускного 52 трубопроводу з нагнітаючим насосом 48 і запірних клапанів 34 і 36. Пристрій працює таким чином. При роботі ДВЗ потік відпрацьованих газів Т ог надходить через впускний трубопровід газоподібного теплоносія у впускний трубопровід газоподібного теплоносія 11, потім проходить через кільцеві отвори для проходу газоподібного теплоносія 23, виходить з блока секцій 19 зі середньотемпературним теплоакумулюючим матеріалом, температура фазового переходу якого нижче найвищої температури відпрацьованих газів (Тр1