CZ164294A3

CZ164294A3 - Motor vehicle heat accumulator

Info

Publication number: CZ164294A3
Application number: CZ941642A
Authority: CZ
Inventors: Hartmut Dipl-Ing Boltz; Karl-Josef Dr Ing Jakobi
Original assignee: Fritz Werner Praezismaschbau
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 1995-01-18
Also published as: DE4322899C1; JPH07167574A; SK81594A3; EP0633154A1; HUT67832A; RU94026290A; PL304194A1; HU9402048D0

Description

Vynález se týká akumulátoru tepla motorového vozidla s vnitřní nádobou, s vnější nádobou a s tepelně izolačním prostorem mezi vnitřní nádobou a vnější nádobou, přičemž ve vnitřní nádobě je uspořádán svazek plochých akumulačních buněk latentního tepla z tenkého plechu, které mají obdélníkový půdorys a mezi jednotlivými akumulačními buňkami latentního tepla jsou prostrednictvíni rozpěrných mřížek mezer vytvořeny rozpěrné mezilehlé prostory, protékané v provozním stavu chladicí vodou jako teplonosným médiem, přičemž v akumulačních buňkách latentního tepla je uspořádáno tepelné akumulační médium·

Dosavadní_stav_technik£

Akumulátory tepla motorového vozidla popsané konstrukce jsou známé v různých provedeních a do značné míry se osvědčují. Jejich úkolem je akumulovat teplo, které při provozu vozidla pohlcuje chladicí voda, aby mohly akumulované teplo při uvádění motorového vozidla do provozu, zejména v chladných oblastech nebo ročních obdobích, krátkodobě opět předávat prostřednictvím chladicí vody na ty části motorového vozidla, které vyžadují ohřev. Přesně vzato by bylo třeba uvažovat o množstvích tepla. V praktickém provozu záleží na tom, aby bylo možné zajistit velkou akumulační kapacitu v akumulátoru tepla motorového vozidla, který by měl malý objem, přičemž je žádoucí, aby se teplo z akumulačních buněk latentního tepla uvolňovalo ve velmi krátkých časových intervalech, aby chladicí voda mohla dopravit uvolněné tep_w Ί _ lo ve velmi krátké době tam, kde je potřebné, a aby bylo možné akumulační buňky latentního tepla ve velmi krátké době naplnit na jejich plnou akumulační kapacitu· Jako akumulační buňky latentního tepla se zde míní akumulační buňky tepla, které pro naplnění a uvolněni tepla využívají fázovou změnu akumulačního média tepla. Γο všechno vede k fyzikálně komplexnímu problémovému okruhu, který je navíc ještě zatížen výrobně technickými okrajovými podmínkami, pokud se mají akumulátory tepla motorového vozidla vyrábět v pokud možno flexibilní automatické výrobě, ve velkém počtu kusů, s vysokou přesností a tak, aby dostatečně vyhovovaly všem požadavkům.

Pod^s-ΣΣ

Vynález vychází z popsaného komplexního prohlémového okruhu a řeší jej velmi jednoduše.

Pro vyřešení tohoto problémového okruhu tvoří předmět vynálezu akumulátor tepla motorového vozidla s vnitřní nádobou, s vnější nádobou a s tepelně izolačním prostorem mezi vnitrní nádobou a vnější nádobou, přičemž ve vnitřní nádobě je uspořádán svazek plochých akumulačních buněk latentního tepla z tenkého plechu, které mají obdélníkový půdorys a mezi jednotlivými akumulačními buňkami latentního tepla jsou prostřednictvím rozpěrných mřížek mezer vytvořeny rozpěrné mezilehlé prostory, protékané v provozním stavu chladicí vodou jako teplonosným médiem, přičemž v akumulačních buňkách latentního tepla je uspořádáno tepelné akumulační médium, a podle vynálezu se vytváří dosahovaný účinek kombinací znaků, která spočívá v tom, že jednak mají rozpěrné mezilehlé *

prostory tlouštku mezery v oblasti 1 až 3 mm, jednak mají akumulační buňky latentního tepla tlouštku buňky v oblasti 5 miu až 8 mra a na vnější straně mají hladkou povrchovou plochu s nepatrnou drsností, jednak má svazek akumulačních buněk latentního tepla akumulační kapacitu o hodnotě nejméně 400 watthodin ^ri akumulační teplotě o hodnotě nejméně 70 °C, a jednak mají rozpěrné mřížky mezer na akumulační buňky latentního tepla dosedající elementy mřížky, které jsou upraveny ve směru proudění chladicí vody, a napříč k nim úpravěV V né volné elementy mřížky, přičemž tlouštky mezer a tlouštky buněk jsou navzájem sladěny tak, že z akumulační buňky latentního tepla je uvolňována akumulační teplota při rychlosti uvolňování o hodnotě nejméně 100 watthodin/min, přičemž volné elementy mřížky jsou uspořádány tak, že při rychlosti proudění chladicí vody odpovídající rychlosti uvolňování akumulační teploty je na volných elementech mřížky vytvářeno turbulentní proudění, a přičemž na akumulační buňky latentního tepla dosedající elementy mřížky vykompenzované zachycují změny objemu akumulačních buněk latentního tepla, vyplývající ze změny fáze akumulačního média, aniž by bylo omezeno vytváření turbulence na volných elementech mřížky. S výhodou mají akumulační buňky latentního tepla tlouštku buňky o hodnotě větší než 6 mm. 3 výhodou má uvolňovací rychlost hodnotu v oblasti mezi 100 až 150 watthodin/min, například 125 watthodin/min.

U výhodného provedení je uspořádání vytvořeno tak, že tr při uvolňování je na chladicí vodu předáno ve dvou minutách nejméně 50 % akumulovaného množství tepla. Je samozřejmé, že tato skutečnost se vztahuje na maximální akumulované množství tepla. V rámci vynálezu lze pracovat s nejrůznějšími akumulačními médii tepla, která fungují v teplotních oblastech daných teplotou chladicí vody prostřednictvím fázové přeměny.

jak bylo uvedeno v patentovém nároku 1, s výhodou jak bylo uvedeno v patentových nárocích 1 a 2. U osvědčeného provedení mají akumulační buňky latentního tepla jako akumulační médium osmihydrát hydroxidu barnatého nebo jeho směsi na bázi osmihydrátu hydroxidu barnatého.

Vynález spočívá na poznatku, že uvolňování tepla z latentního akumulátoru tepla v krátkém časovém intervalu není závislé jenom na tom, Že je akumulační kapacita přizpůsobena množství proudu chladicí kapaliny, který protéká akumulátorem latentního tepla při procesu uvolňování tepla. Mnohem důležitější je správně vytvořit hydrodynamické fenomény ve vztahu na proudění chladicí kapaliny v akumulátoru tepla motorového vozidla, změnu fáze akumulačního média a přechod tepla uvolňujícího se při změně fáze v akumulační buňce latentního tepla, Toho se podle vynálezu dosahuje kombinací prvních tří znaků význakové části patentového nároku 1, které jsou samy o sobě závislé na akumulační kapacitě a na termodynamických potenciálech různých přechodů tepla, Tlouštka buňky a tím i objem akumulačního média v jednotlivých akumulačních buňkách latentního tepla jsou zvoleny tak, aby byl počet akumulačních buněk tepla v akumulátoru tepla motorového vozidla co nejmenší, avšak aby se přesto zajistilo při uvolňované fázové změně nosného média tepla, že se uvolňované teplo dostatečně rychle dostane na povrchovou plochu akumulačních buněk latentního tepla a tam se předá na chladicí vodu. V souladu s tím je vytvořena tlouštka buňky podle druhého význaku význakové Části hlavního patentového nároku. K tomu však ještě musí navíc protékat dostatečně velký objemový proud chladicí vody skrz mezilehlé prostory. Proto nesmí být tlouštka mezery v souladu s prvním znakem význakové části hlavního patentového nároku příliš malá.

Aby se i tak zajistilo pro přechod tepla pozitivní turbulentní proudění protékající vody v rozpěrných mezilehlých prostorech, jsou volné elementy mřížky vytvořeny podle Kármána jako zdroje turbulence, na kterých vznikají Kármánovy vířivé stezky. Vzhledem k hydrodynamice musí být turbulentní proudění zachováno i v průběhu doby fázové přeměny, protože turbulentní proudění při pokud možno hladké povrchové ploše akumulačních buněk latentního tepla podstatně zdokonaluje přestup tepla z akumulačních buněk latentního tepla na chladicí vodu a opačně a právě při fázové přeměně uvolňuje teplo fázové přeměny, které se musí odvádět. V dalším je výhodné, že přestup tepla nemůže být nepříznivě ovlivňován vytvářením rušivých pásem v chladicí vodě v oblasti povrchových ploch akumulačních buněk latentního tepla. Povrchová plocha akumulačních buněk latentního tepla je vytvořena tak hladká, že se na nich nemůže vytvářet rovnoměrně ulpívající vrstva chladicí vody, která by nepříznivě ovlivňovala přestup tepla. Při fázové změně vznikající změny objemu akumulačního média a tím i akumulačních buněk latentního tepla, které mají zpravidla hodnotu 10 %_t nesmějí nepříznivě ovlivňovat turbulenci chladicí vody protékající rozpěrnými mřížkami mezer. K tomu by docházelo, když by se elementy mřížek uvolnily od povrchových ploch akumulačních buněk latentního tepla a v důsledku toho by část proudu chladicí vody mohla protékat kolem volných elementů mřížky, vytvořených jako zdroj turbulence. Všechny tyto skutečnosti se podle vynálezu dosahují v kombinaci s dalšími znaky a v kombinaci se zněním čtvrtého znaku význakové části hlavního patentového nároku. Potřebné vyladění provede odborník na podkladě skutečností podle vynálezu v laboratoři již bez potíží. Překvapivě postačuje výkon chladicího čerpadla, které je obvykle instalováno v chladicím okruhu motorového vozidla, k tomu, aby spolehlivě překonal taká tlakové ztráty, které obvykle vznikají v akumulátoru tepla motorového vozidla podle vynálezu.

V detailech se vytvářejí v rámci vynálezu mnohé možnosti dalšího vytvoření a uspořádání akumulátoru tepla motorového vozidla podle vynálezu. Tak jsou například akumulační buňky latentního tepla s výhodou uspořádány ve vnitřní nádobě v podstatě vodorovně. Akumulační buňky latentního tepla sestávají s výhodou z tenkého měděného plechu, který sleduje bez problémů deformace vyplývající z fázové změny Pro obvyklý osobní automobil s větším nebo s menším, avšak s obvyklým výkonem, se osvědčilo, upravit číselné parametry tak, aby to odpovídalo patentovým nárokům 6 až 10. Z předcházejících skutečností vyplývá, že chování proudění chladicí vody v prostorech rozpěrných mřížek mezer má zvláštní význam. Proto se v této souvislosti doporučuje, aby volné elementy mřížky byly vytvořeny a uspořádány tak, aby se v chladicí kapalině vytvářelo spektrum homogenní izotropní turbulence. Tím seírozumí, že v souladu s Xármánovými vírovými stezkami mají zaoblení vírů vznikajících na volných elementech mřížky shodné průměry, které se ve směru proudění chladicí vody ve svém průměru zmenšují a energeticky doznívají, avšak na volných elementech mřížky se vždy znovu vytvářejí, takže statistické rozdělení je konstantní, výhodou je uspořádání dále provedeno tak, že volné elementy mřížky a dosedající elementy mřížky mají zaoblené průřezy a/nebo pravoúhlý průřez se zaoblenými rohy a křížící se rohy mezi volnými elementy mřížky a mezi dosedajícími elementy mřížky mají také zaoblení. Tím se zajistí, že v proudu chladicí kapaliny se v rozporných aie2ilehlých prostorech nevytvářej:, kapsy, přesněji řečeno oblasti s mrtvou vodou, která by narušovaly přechod tepla.

Přehled obřízku nu výkresech

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladu provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je znázorněn podélný řez akumulátorem tepla motorového vozidla podle vynálezu rovnoběžně s akumulačními buňkami latentního tepla. Na obr. 2 je znázorněn řez rovinou podle čáry A - A skrz předmět podle obr. 1. Na obr. 3 je vzhledem k obr. 2 znázorněn v podstatně větším měřítku výřez B z předmětu podle obr. 2. Na obr. 4 je znázorněn půdorys rozpěrné mřížky mezer z akumulátoru tepla motorového vozidla podle obr. 1.

Na obr. 5 je grafická vyobrazení, které vysvětluje termodynamické vztahy u akumulátoru tepla motorového vozidla podle vynálezu.

říí£lad_grovedení_yynálezu

Na obrázcích znázorněný akumulátor tepla motorového vo zidla je akumulátor latentního tepla a má vnitřní nádobu 1^ vnější nádobu 2 a tepelně izolační prostor 3 mezi vnitřní nádobou 1. 3 mezi vnější nádobou 2^. Je samozřejmé, že vnitřní nádoba 1^ je ve vnější nádobě 2 mechanicky upevněna. To není v detailech znázorněno. U tepelné izolace se může jednat o podtlakovou tepelnou izolaci, ζθ vzájemného porovnání obr. 1 až 3 je patrno, že ve vnitrní nádobě I. J^e uspořádán svazek akumulačních buněk 4 latentního tepla, které mají pravoúhlý půdorys, jsou ploché a jsou vytvořeny z tenkého plechu, přičemž mezi jednotlivými akumulačními buňkami latentního tepla jsou prostřednictvím rozpěrných mřížek mezer vytvořeny rozpěrné mezilehlé prostory 6. Ve spojení s touto skutečnosti se také poukazuje na obr. 4. Rozpěrné mezilehlé prostory 6 jsou v provozním stavu protékány chladicí vodou jako nosičem tepla. V akumulačních buňkách 4 latentního tepla je uloženo akumulační médium tepla, Rozpěrné mezilehlé prostory 6 mají tlouštku 7 mezery, tak jak je to uvedeno v patentových nárocích 1 a 7. Akumulační buňky 4 latentního tepla mají tlouštku 3 buňky, jak je to uvedeno v patentových nárocích 1 a 8. Přitom mají na vnější straně hladkou povrchovou plochu s pokud možno co nejmenší drsností. Svazek akumulačních buněk 4 latentního tepla musí mít dostačující akumulační kapacitu. Ta má být nejméně 400 watthodin při akumulační teplotě o hodnotě nejméně 70 °C. Ze vzájemného porovnání obr. 3 a 4 je patmo, že elementy mřížky rozpěrné mřížky 5 mezer, které dosedají na akumulační buňky 4 latentního tepla, jsou upraveny ve směru proudění chladicí vody, přičemž napříč k nim jsou upraveny volné elementy 10 mřížky.

Jinak je upravena zvláštní úprava, případně vzájemné sladění. Tlouštka 7 mezery a tlouštka 8 buňky jsou navzájem sladěny tak, že akumulátor latentního tepla se uvolňuje z akumulační teploty při rychlosti uvolňování o hodnotě nejméně 100 watthodin/min, přičemž volné elementy 10 mřížky jsou uspořádány tak, že při rychlosti proudění, vyplývající z rychlosti uvolňování, vzniká v chladicí vodě na volných elementech 10 mřížky turbulentní proudění, přičemž dosedající elementy mřížky, která dosedají na akumulační buňky 4 latentního tepla, zachycují a vyrovnávají objemové změny akumulačních buněk 4 latentního tepla, které vyplývají z fázová přeměny akumulačního média, takže se zajistí, že není nepříznivě ovlivňováno vytváření turbulence na volných élementech 10 mřížky. S výhodou je uspořádání provedeno tak, že při uvolňování se předá ve dvou minutách nejméně 50 % akumulovaného množství tepla na chladicí vodu. U příkladu provedení akumulátoru tepla motorového vozidla se může jednat o provedení, u kterého mají akumulační buňky latentního tepla jako akumulační médium osmihydrát hydroxidu barnatého nebo jeho směsi na bázi osmihydrátu hydroxidu barnatého.

V příkladu provedení a podle výhodného provedení vynálezu jsou akumulační buňky 4 latentního tepla uspořádány ve vnitrní nádobě _1 v podstat’’ vodorovně. Mohúu být vytvoře v

ny z tenkého měděného plechu, který má tloustku uvedenou v patentovém nároku 6. Je možné dosáhnout toho, že rychlost uvolňování má hodnotu nejméně 120 watthodin/min.

Jak již bylo uvedeno, jsou volná elementy 10 mřížky vytvořeny jako zdroje turbulence. Vzhledem k souměrnosti, která je z obrázků patrná, lze dosáhnout toho, že se v chla dici kapalině vytváří spektrum homogenní izotropní turbulen ce, jejíž turbulenční kruhy opět současně vznikají jako Xármánovy vírové stezky na volných elementech 10 mřížky.

To je zvláště výhodné pro přechod tepla. Volné elementy 10 mřížky, stejně tak jako dosedající elementy () mřížky,mají kruhový nebo zaoblený průřez, nebo, jak je to znázorněno.

pravoúhlá průřezy se zablenými rohy. Křížící se rohy mezi volnými elementy 10 mřížky a mezi dosedajícími elementy _9 mřížky mají také zaoblení 11, aby se zabránilo vytváření oblastí mrtvé vody, které nepříznivě ovlivňují přechod tepla.

Termodynamika vzájemných vztahů je vysvětlena na obr. 5, kde je znázorněn jen jeden příklad. Na první ose je znázorněn čas, a to v lineárních roztečích. Délka první osy by mohla odpovídat časovému intervalu o hodnotě 25 minut. Na druhé ose je také lineárně vynesena teplota. Délka této druhé osy může odpovídat hodnotě 100 °C. Grafické znázornění celkově popisuje chování akumulátoru tepla motorového vozidla podle vynálezu v údobí mezi naplněním a uvolněním. Plně znázorněná křivka ukazuje teplotu přiváděné horké vody. Čerchovaně znázorněná křivka až k bodu S znázorňuje plnění akumulátoru tepla motorového vozidla ve watthodinách. V okamžiku bodu 3 bylo dosaženo naplnění na zhruba 600 watthodin a akumulační kapacita je vyčerpána. Akumulátor tepla motorového vozidla odebíral odpovídající množství tepla z přiváděné horké vody. Čárkovaná křivka uvádí teplotu vody, která vystupuje při uvolňování akumulátoru tepla motorového vozidla. Narůstá od své vstupní teploty při zapojení uvolňování nejprve rychle a potom pomaleji až na teplotu akumulovaného množství tepla, která je prakticky shodná s teplotou horké vody, přiváděné pro naplnění akumulátoru teplem. Celá tato oblast je oblasti fázové přeměny v akumulátoru tepla motorového vozidla. Teplota vody, vystupující při uvolňování z akumulátoru tepla motorového vozidla potom velmi rychle klesá. Čerchovaně znázorněnou křivku je při tomto uvolňování třeli ba současně považovat za inverzní. Po změně fáze zůstávající množství zbytkového tepla, jakož i teplota vody vystupující z akumulátoru tepla motorového vozidla po změně fáze prudce poklesnou.

Claims

1. Akumulátor tepla motorového vozidla s vnitřní nádobou, s vnější nádobou a s tepelná izolační;.; prostorem mezi vnitřní nádobou a vnější nádobou, přičemž ve vnitřní nádobě je uspořádán svazek plochých akumulačních buněk latentního tepla z tenkého plechu, které mají obdélníkový půdorys a mezi jednotlivými akumulačními buňkami latentního tepla jsou prostřednictvím rozpěrných mřížek mezer vytvořeny rozporné mezilehlé prostory, protékané v provozním stavu chladicí vodou jako teplonosným médiem, přičemž v akumulačních buňkách latentního tepla je uspořádáno tepelné akumulační médium, vyznačující se tím, že jednak mají rozpěrné mezilehlé prostory (6) tlouštku (7) mezery v oblasti 1 až 3 mm, jednak mají akumulační buňky (4) latentního tepla tlouštku (8) buňky v oblasti 5 mm až 8 mm a na vnější straně mají hladkou povrchovou plochu s nepatrnou drsností, jednak má svazek akumulačních buněk (4) latentního tepla akumulační kapacitu o hodnotě nejméně 400 watthodin při akumulační teplotě o hodnotě nejméně 70 C, a jednak mají rozpěrné mřížky (5) mezer na akumulační buňky (4) latentního tepla dosedající elementy (9) mřížky, které jsou upraveny ve směru proudění chladicí vody, a napříč k nim upravené volné elementy (10) mřížky, přičemž tlouštky (7) mezer a tloušťky (8) buněk jsou navzájem sladěny tak, že z akumulační buňky (4) latentního tepla je uvolňována akumulační teplota při rychlosti uvolňování o hodnotě nejméně 100 watthodin/min, přičemž volné elementy (10) mřížky jsou uspořádány tak, že při rychlosti proudění chladicí vody odpovídající rychlosti uvolňování akumulační teploty je na volných elementech (10) mříž13 ky vytvářeno turbulentní proudění, a přičemž na akumulační buňky (4) latentního tepla dosedající elementy i9) mřížky vykompenzované zachycují změnu objemu akumulačních buněk (4) latentního tepla, vyplývající ze změny fáze akumulačního média, aniž by bylo omezeno vytváření turbulebce na volných elementech (10) mřížky·

2. Akumulátor tepla motorového vozidla podle nároku 1, vyznačující se tím, že při uvolňování je na chladicí vodu předáno ve dvou minutách nejméně 50 % akumulovaného množství tepla.

3. Akumulátor tepla motorového vozidla podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že akumulační buňky (4) latentního tepla mají jako akumulační médium osmihydrát hydroxidu barnatého nebo jeho směsi na bázi osmihydrátu hydroxidu barnatého.

4. Akumulátor tepla motorového vozidla podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že akumulační buňky (4) latentního tepla jsou uspořádány ve vnitřní nádobě (1) v podstatě vodorovně.

5. Akumulátor tepla motorového vozidla podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že akumulační buňky (4) latentního tepla jsou vytvořeny z tenkého měděného plechu.

6. Akumulátor tepla motorového vozidla podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že akumulační buňky (4) latentního tepla mají ve směru proudění chladicí vody délku o hodnotě maximálně 500 mm a jsou vytvořeny 2 plechu o tlouštice 0,1 až 0,15 mm.

7, Akumulátor tepla motorového vozidla podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že tlouštka (7) mezery má hodnotu zhruba 1,5 mm.

S, Akumulátor tepla motorového vozidla podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že tlouštka {

8) buňky má hodnotu zhruba 6,5 mm.

9. Akumulátor tepla motorového vozidla podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že jednotlivé akumulační buňky (4) latentního tepla mají akumulační kapacitu 30 až 70 watthodin.

10. Akumulátor tepla motorového vozidla podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že uvolňovací rychlost je zhruba 120 watthodin/min.

11. Akumulátor tepla motorového vozidla podle jednoho z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že volné elementy (10) mřížky jsou vytvořeny a uspořádány tak, že se v chladicí kapalině vytváří spektrum homogenní izotropní turbulence.

12. Akumulátor tepla motorového vozidla podle jednoho z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že volné elementy 110) mřížky a dosedající elementy (9) mřížky mají zaoblené průřezy a/nebo pravoúhlý průřez se zaoblenými rohy a křížící se rohy mezi volnými elementy (10) mřížky a mezi dosedajícími el?merty (9) mřížky mají také zaoblení (11).