Тепловой аккумулятор фазового перехода с саморегулируемым устройством электроподогрева

Авторы патента:

Фролов Александр Леонидович (RU)

Бублий Инна Анатольевна (RU)

Котровская Ирина Олеговна (RU)

Котровский Александр Александрович (RU)

Бублий Сергей Анатольевич (RU)

Котровский Александр Валентинович (RU)

Савчук Роман Васильевич (RU)

F24H7/00 - Аккумуляторные нагреватели, т.е. нагреватели, в которых энергия хранится в теплоемких массах для последующего ее использования (бытовые печи или кухонные плиты с дополнительными теплоемкими массами F24B 1/24,F24C 15/34)

Владельцы патента RU 2506503:

Бублий Инна Анатольевна (RU)
Бублий Сергей Анатольевич (RU)
Фролов Александр Леонидович (RU)
Савчук Роман Васильевич (RU)
Котровский Александр Валентинович (RU)
Котровский Александр Александрович (RU)
Котровская Ирина Олеговна (RU)

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к устройствам предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания (ДВС) при отрицательных температурах окружающей среды. 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. Тепловой аккумулятор фазового перехода содержит 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. Кроме того, аккумулятор снабжен устройством электроподогрева с саморегулирующимися нагревательными элементами на позисторной керамике, работающим от внешнего источника питания или электрической сети машины при выключенном двигателе. 1 ил.

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.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, преимущественно к атомной энергетике, и предназначено для использования на паротурбинных установках атомных электростанций двухконтурного типа с водо-водяными энергетическими реакторами.

Электротеплоаккумулирующий нагреватель // 2466333

Изобретение относится к теплоаккумулирующим материалам и электрическим нагревателям, которые могут быть применены для терморегулирования объекта, в частности на автотранспортной технике для терморегулирования топлива, моторного масла, низкотемпературной жидкости; в пищевой промышленности для хранения ферментов, селективной пастеризации различных субстратов, селективного выращивания различных культур дрожжей.

Аккумулятор тепла // 2436020

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к устройствам для аккумуляции тепла (холода), и может использоваться для аккумулирования энергии в системах теплоснабжения и кондиционирования.

Аккумулятор холода и/или тепла // 2392557

Изобретение относится к теплотехнике и может быть применено в устройствах для аккумулирования холода и/или тепла. .

Тепловой аккумулятор для нагрева рабочего тела // 2366865

Изобретение относится к устройствам для нагрева газового потока с использованием аккумулирования тепловой энергии. .

Резервуар для горячей воды // 2353864

Тепловой аккумулятор // 2348868

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для повышения процесса теплопередачи в тепловых аккумуляторах с различными теплоаккумулирующими материалами.

Аккумуляционный теплообменник // 2333433

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для нагревания теплоносителя, а также для длительного аккумулирования энергии, полученной при утилизации тепловых выбросов с изменяющимся температурным режимом или при нетрадиционном теплоснабжении зданий, в частности с использованием солнечного излучения.

Теплоаккумулирующее устройство // 2306494

Изобретение относится к области теплотехники, более конкретно к теплоаккумулирующим устройствам, использующим скрытую теплоту фазовых переходов рабочего вещества для обеспечения требуемого теплового режима источников энергии (ИЭ) при их циклической работе, а также в качестве их защиты от кратковременных воздействий внешних тепловых потоков.

Устройство для охлаждения или нагрева газообразных сред // 2299380

Изобретение относится к области теплообменной техники и может найти применение при создании теплообменных аппаратов для охлаждения или нагрева газообразных сред при их периодическом однонаправленном течении, а также в качестве аккумуляторов холода или тепла.

Аккумулятор тепловой энергии периодического действия // 2537661

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в аккумуляторах тепловой энергии, произведенной за счет использования электрической энергии в периоды ее наименьшей стоимости по ночным тарифам. Сущность изобретения: аккумулятор тепловой энергии периодического действия, содержащий в термоизолированном корпусе теплоаккумулятор из твердого высокотемпературного рабочего тела с каналами для потока теплопередающего газа, входными и выходными штуцерами для него, ТЭНы, вентилятор, подключенный к выходному штуцеру корпуса, блок автоматики для определения времени работы на ночном тарифе электроэнергии и обработки сигналов с датчиков температуры в теплоаккумуляторе и у потребителей, содержит дополнительно присоединенный водяной термоаккумуляционный накопитель, в корпусе которого размещен трубчатый теплообменник с входным и выходным штуцерами, подключенными через вентилятор соответственно к выходным и входным штуцерам теплоаккумулятора, резервный пиковый ТЭН, выходной и входной штуцера подачи горячей воды потребителям посредством дополнительно введенного насоса, причем ТЭНы, вентилятор и насос подключены к блоку автоматики. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Аккумулятор теплоты с фазопереходным материалом // 2547680

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для аккумулирования тепловой энергии. Сущность изобретения в том, что аккумулятор теплоты с фазопереходным материалом, содержащий корпус, заполненный теплоаккумулирующим материалом с фазовым переходом в зоне рабочих температур, поверхность теплообмена и электронагревательный элемент, содержит промежуточную крышку и приемник солнечного излучения, поверхность теплообмена состоит из вертикальных трубок, расположенных внутри во всем объеме бака-аккумулятора и заполненных материалом с фазовым переходом, и кожухов электронагревательных элементов, установленных в вертикальных трубках, причем теплоноситель проходит снизу вверх по межтрубному пространству, а сверху над промежуточной и герметичной крышкой расположена свободная полость, выполняющая роль камеры для расширения фазопереходного материала из вертикальных трубок, а дно бака-аккумулятора выполнено приемником солнечного излучения. При таком выполнении повышается эффективность аккумулирования тепла и теплообмена с теплоносителем системы за счет увеличения и равномерного расположения площади поверхности теплообмена по всему объему бака-аккумулятора. 4 ил.

Парогазовая установка на базе аэс // 2553725

Изобретение относится к области теплоэнергетики, преимущественно к атомной энергетике, и предназначено для использования на энергокомплексах, включающих паротурбинные установки атомных электростанций (АЭС) двухконтурного типа. Парогазовая установка на базе АЭС снабжена газопаровым теплообменником, подключенным по греющей стороне к тракту отработавших газов газовой турбины, а по нагреваемой - к паропроводу между цилиндрами паровой турбины параллельно второй ступени паропарового перегревателя, пусковой резервной котельной, расположенной за газоводяным подогревателем и соединенной на входе по греющей стороне с газопроводом отработавших газов, а на выходе - с подогревателем химически очищенной воды, по нагреваемой стороне на входе - с подогревателем химически очищенной воды, на выходе - с сателлитной турбиной. Сателлитная турбина на входе соединена с пусковой резервной котельной, а на выходе - с конденсатором сателлитной турбины. Узлом подготовки стороннего пара, включающим паровую электролизерную, хранилище кислорода, хранилище водорода, компрематор кислорода, компрематор водорода, водородокислородный парогенератор, соединенные на входе с отбором пара из цилиндра высокого давления паровой турбины, а на выходе - с трубопроводом отбора пара из цилиндра высокого давления паровой турбины на первую ступень промежуточного перегрева пара и на смеситель пара, который на входе соединен с пусковой резервной котельной и узлом подготовки стороннего пара, а на выходе - с сателлитной турбиной и паропроводом, замещающим отбор пара из паровой турбины, подогреватель химически очищенной воды, соединенный на входе по греющей стороне с газопроводом отработавших газов, расположенным за пусковой резервной котельной, а на выходе - с дымовой трубой, а по нагреваемой стороне на входе - с трубопроводом химически очищенной воды, на выходе - с пусковой резервной котельной. Технический результат заключается в увеличении мощности и маневренности парогазовой установки. 1 ил.

Система для нагрева масла в качестве теплоносителя с использованием отработанного тепла котельного газа // 2586036

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для утилизации отработанного тепла котельных дымовых газов с помощью передачи тепла маслом. Система нагрева масляного теплоносителя с использованием тепла отработанных котельных дымовых газов, включает экономайзер и воздушный подогреватель, расположенный в дымоходе. Система дополнительно содержит масляный нагреватель теплопередачи, который расположен внутри дымохода перед экономайзером и подключен к устройству потребления тепла через первую циркуляционную трубу и циркуляционный насос, расположенный на первой циркуляционной трубе, а также маслоотделитель газа, подключенный к слоту расширения, связанному с масляным резервуаром и масляным насосом, при этом система снабжена устройством утилизации и возврата тепла выхлопных газов для воздушного подогревателя, содержащим элемент поглощения тепла и элемент тепловыделения, сообщенные друг с другом второй циркуляционной трубой, причем элемент поглощение тепла расположен внутри дымохода за воздушным подогревателем. Система нагрева масла в качестве теплоносителя, используя дымовые газы котла снижает температуру выхлопных газов котла, использует переработанное тепло для нагрева теплоносителя. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Система подогрева установки с тепловым двигателем // 2641775

Система обеспечивает саморегулируемую утилизацию и аккумулирование тепловой энергии выхлопных газов установки с тепловым двигателем, передачу накопленной теплоты требующим обогрева элементам установки, и состоит из теплообменника-утилизатора теплоты выхлопных газов, замкнутого контура промежуточного теплоносителя - низкокипящей жидкости, теплоаккумулирующего блока, в котором находятся: теплоаккумулирующий материал, претерпевающий обратимый фазовый переход плавление - кристаллизация, трубный теплообменник-конденсатор промежуточного теплоносителя, располагаемый между имеющимися вертикальными трубами, пронизывающими насквозь теплоаккумулирующий блок. Последний располагается под элементами установки с тепловым двигателем, требующими подогрева при отрицательных температурах наружного воздуха - электрическим аккумулятором, емкостью с маслом и другими. К замкнутой системе промежуточного теплоносителя присоединена расширительная емкость, а испаритель промежуточного теплоносителя содержит вытеснитель в виде шариков. Отдача теплоты от теплоаккумулирующего материала теплоаккумулирующего блока осуществляется естественной конвекцией воздуха при его прохождении через вертикальные трубы. Накопление теплоты обеспечивается посредством пропускания через теплообменник - утилизатор потока выхлопных газов теплового двигателя, во время работы установки. Саморегулирование обеспечивается наличием в замкнутой расширительной емкости свободного воздушного объема и осуществляется при накоплении теплоты вытеснением горячего теплоносителя в эту емкость. Данная саморегулируемая система подогрева наиболее эффективна для необслуживаемых установок с тепловыми двигателями периодического запуска. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.