FI104118B - Lämmön varastointilaite - Google Patents

Description

104118 Lämmön varastointilaite

Nykyinen keksintö liittyy lämmön varastointilait-teeseen, jonka laatu on määritelty patenttivaatimuksen 1 5 johdanto-osassa.

Ongelmat, jotka liittyvät polttomoottorien, kuten ajoneuvojen moottorien kylmäkäynnistykseen, tunnetaan yleisesti. Nämä ongelmat ratkaistaan yleensä liittämällä moottoriin erillinen lämmönlähde, kuten moottorin sähkö-10 lämmitin, ennen moottorin käynnistämistä. Laitteita, jotka hyödyntävät moottorin lämmittämän jäähdytysnesteen lämpö-sisältöä varastoimalla nestettä eristetyssä astiassa, joka on yhteydessä moottorin jäähdytysjärjestelmään, on myös esitetty. Tällaisiin laitteisiin kohdistuu kuitenkin eri-15 tyisvaatimuksia silloin, kun niitä on tarkoitus käyttää nykyaikaisissa polttomoottoreissa, joissa on niin kutsuttu suljettu jäähdytysjärjestelmä, joka toimii yhtenäisellä jäähdytysnesteen tilavuudella.

Eräs esimerkki laitteesta, joka on tarkoitettu 20 tällaiseen tarkoitukseen, on kuvattu SE-patenttijulkaisussa 444 348, joka laite edustaa sitä tekniikkaa, johon nykyinen keksintö perustuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaisesti. Tämä patenttiselitys kuvaa sovitelmaa, • · joka liittyy nestejäähdytteisiin polttomoottoreihin, joi- • * ';··| 25 den moottorilohkossa on kanavat vesi jäähdytysnestettä var- • · · * ” ten, ja jossa on lämpöeristetty varastointiastia kuuman : '·· jäähdytysnesteen varastoimiseksi, kaksitoiminen pumppu, « · · : jonka avulla jäähdytysneste voidaan pumpata moottorilohkon kanavista lämpöeristettyyn varastointiastiaan, ja sieltä 30 takaisin moottorilohkon kanaviin, joka varastointiastia on f * jaettu kahteen kammioon edestakaisin liikkuvalla mäntävä- , lineellä, ja jossa kammiot ovat yhteydessä moottorilohkon τ · » · ;;/ jäähdytysnesteen kanavien sisääntulo- ja ulostuloaukkoi- • · ';·* hin. Tämän suoritusmuodon tapauksessa varastointiastian 35 toinen kammio sisältää kylmää jäähdytysnestettä moottorin · · — ;\j ollessa käynnissä. Kun moottori pysäytetään, kuuma jäähdy-

* V

2 104118 tysneste pumpataan toiseen kammioon, jolloin mäntä siirtyy paikaltaan ja kylmä jäähdytysneste kulkeutuu moottoriloh-kon kanaviin. Ennen kuin moottori käynnistetään uudestaan, pumppu käynnistetään, vaikkakin vastakkaiseen suuntaan, | 5 niin että varastoitu kuuma jäähdytysneste mainitusta toi- ! sesta kammiosta kulkeutuu moottorilohkon kanaviin samalla kun moottorilohkon kylmä jäähdytysneste kulkeutuu samanaikaisesti ensin mainittuun kammioon.

, Tällä ongelmanratkaisulla on tiettyjä haittapuo li) lia. Ensinnäkin varastointiastia jäähtyy, kun sen toisesta kammiosta tyhjennetään siinä oleva kuuma jäähdytysnestesi-sältö liikkuvan mäntävälineen avulla, ja kylmä jäähdytys-neste johdetaan sen jälkeen moottorista varastointilait-teen toiseen kammioon, ts. kylmä jäähdytysneste varastoi-15 daan astiaan kun moottori on käynnissä. Siten kun moottori pysäytetään, moottorilohkosta varastointiastiaan johdettu kuuma jäähdytysneste varastoidaan kammioon, jonka kylmä jäähdytysneste on jäähdyttänyt, pienentäen siten suuresti sovitelman tehokkuutta. Toiseksi, tämä sovitelma edellyt-20 tää suuntaa vaihtavaa pumppua.

Siten eräs nykyisen keksinnön päämääristä on tar-jota käyttöön lämmön varastointilaite, joka käsittää eris-tetyn varastointiastian, jonka lämpötila on yhtä suuri kuin jäähdytysnesteen moottorin ollessa käynnissä, ja joka 25 edellyttää vain yksitoimista pumppua. Toisin sanoen tämän i » · *· " keksinnön päämäärä on tarjota käyttöön lämmön varastointi- : ’·· laite, jonka läpi kuuma jäähdytysneste voi virrata tämän • 4 · V ' lämmittämiseksi moottorin ollessa käynnissä. Tässä mieles sä on myös tärkeää, että letkussa normaalisti oleva jääh-:T: 30 dytysneste johdetaan moottoriin astian tyhjentämiseksi ko- ;*·*; konaan jäähdytysnesteestä.

, Aiemmin tunnetuilla lämmön varastointisovitelmil- i « · j ·;;/ la, jotka liittyvät vesijäähdytteisiin polttomoottoreihin, i · a *···’ ei ole ollut mahdollista saavuttaa näitä tavoitteita. Nämä 35 tavoitteet kuitenkin saavutetaan tämän keksinnön mukaises- » · · • « • · · « « · * · t 3 104118 ti lämmön varastointilaitteen avulla, jonka ominaisuudet esitetään jäljempänä patenttivaatimuksissa.

Tätä keksintöä kuvataan nyt yksityiskohtaisemmin viitaten sen ei-rajoittavaan suoritusmuotoon ja myös liit-5 teenä oleviin piirustuksiin, joissa:

Kuvio 1 on kaaviomainen osittainen leikkauskuva vesijäähdytteisestä polttomoottorista, jossa on keksinnöllinen lämmön varastointilaite; kuvio 2 on pituussuuntainen leikkauskuva lämmön 10 varastointilaitteesta, jonka läpi kuuma jäähdytysneste virtaa moottorin ollessa käynnissä; ja kuvio 3 on pituussuuntainen leikkauskuva lämmön varastointilaitteesta, jossa varastoitu jäähdytysneste johdetaan moottoriin.

15 Viitaten piirustukseen, viitenumerolla 1 viitataan yleensä vesijäähdytteiseen polttomoottoriin, jonka moottori lohkossa 2 on jäähdytysnestepumppu 3 ja jäähdytysnesteen kiertokanavat (yksityiskohtia ei esitetty), joka mainittu jäähdytysneste johdetaan myös ilmajäähdytteiseen lämmön-20 vaihtimeen 4, niin kutsuttuun jäähdyttimeen.

Jäähdytysnesteen moottorilohkossa olevien kanavien .. toinen pää liitetään keksinnölliseen lämmön varastointi- !, ! laitteeseen 6 putkijohdon 5 avulla. Lämmön varastointilai- te 6 käsittää eristetyn varastoastian 7, jossa on ensim- '··' 25 mäinen kammio 8, jonka rajoittaa toisesta kammiosta 8' • · ·.*·: edestakaisin liikkuva mäntäväline 9. Toinen kammio 8' on • *·* liitetty pumppuun 10, joka on vuorostaan liitetty mootto- rilohkon 2 jäähdytysnesteen kanavan vastaavaan toiseen päähän putkijohdon 11 avulla.

30 Kuten kuvioista 2 ja 3 nähdään, esitetyn suoritus- .·:*. muodon tapauksessa varastointiastian sisääntulo- ja ulostuloaukot on sijoitettu mainitun astian toiseen pää- • « * f :·'· : tyyn, ja ne ulottuvat vastaavaan tilaan tai onteloon rei- ·...' kien 12 ja 13 kautta. Nämä ontelot tai tilat voidaan saat- .**·. 35 taa yhteyteen varastointiastian 7 ensimmäisen ja toisen « » · ψ * m · ·

• I

4 104118 kammion kanssa kanavien 15 ja 16 avulla, joissa on eristävät sulkuvälineet 17, 17'.

Toinen mainituista kanavista 16 on putken muotoinen, joka on suunnilleen astian keskellä ja ulottuu oleel-5 lisesti koko astian pituuden läpi. Tämä putki muodostaa myös johteen edestakaisin liikkuvalle männälle 9.

Kukin sulkuväline 17, 17' on venttiilikartion muotoinen ja niiden tila voidaan vaihtaa samanaikaisesti avoimen ja suljetun välillä sähkömagneettisen laitteen 18 j 10 avulla.

Varastointiastian 7 ensimmäinen ja toinen kammio 8, 8' voidaan asettaa yhteyteen toistensa kanssa virtaus-yhteyden kautta. Tämä virtausyhteys käsittää vähintään yhden venttiilivälineen 19, joka on osa mäntävälinettä 9 ja 15 jota ohjataan avoimen ja suljetun asennon välillä mäntävä-lineen 9 aseman mukaisesti suhteessa varastointiastian 7 päätyseinämiin, jotka mainitut päätyseinämät muodostavat aksiaalisen mäntävälineen vasteet. Venttiiliväline 19 on suunniteltu olemaan suljettu mäntävälineen 9 ollessa eril-20 lään varastointiastian päätyseinämistä, ja avoinna kun mäntäväline ja samalla myös venttiiliväline 19 lähestyy ja koskettaa astian 7 toista päätyseinämää.

Alalla tunnetaan useita tällaisen venttiiliväli-neen suoritusmuotoja, ja keksinnössä esitetyssä suoritus-25 muodossa venttiiliväline käsittää venttiililuistin 20, • * jossa on osa, joka ulkonee venttiilivälineen 9 molemmista .1 « 4 • *·· päistä ulospäin, jolloin venttiililuisti ohjautuu venttii-

Iin sulkevaa asentoa kohti jousivälineen 21 avulla. Kun toiseen ulospäin suuntautuvista venttiililuistin 20 osista 30 kohdistuu voima, joka on suurempi kuin jousen 21 voima, venttiili avautuu sallien jäähdytysnesteen virtaamisen mäntävälineen 9 läpi ja siten varastointiastian 7 läpi.

1(1 : Käytännön kokeet ovat osoittaneet, että voima, jolla liik- * * * kuvaa mäntävälinettä 9 viedään kohden varastointiastian 7 35 toista päätyseinämää kohti, joka voima johtuu jäähdytys- i : nesteen virtaamisesta ja kammioiden 8 ja 8' välillä siten • « · • · 5 104118 olevasta suhteellisesta paine-erosta, on riittävä siihen, että venttiililuisti 20 siirtyy venttiilin auki-asentoon ollessaan kosketuksessa päätyseinämään, kun jousen ominaisuudet on valittu oikein. Kun jäähdytysnesteen virtauksen 5 aiheuttama vaikutus lakkaa ja paine-ero mäntävälineen 9 eri puolilla siten tasoittuu, jousi työntää mäntävälineen poispäin päätyseinämästä ja venttiililuisti 20 siirtyy venttiilin sulkevaan asentoon.

Moottorilohkon 2 kanavissa oleva vesijäähdytysnes-10 te lämpenee, kun moottori 1 on käynnissä. Sen lisäksi että moottorin jäähdytysnestepumppu 3 kierrättää jäähdytysnestettä moottorin lämmönvaihtimeen 4, jäähdytysnestepumppu 3 kierrättää jäähdytysnestettä myös lämmön varastointilait-teen 6 läpi.

15 Moottorin ollessa käynnissä liikkuva mäntäväline 9 sijaitsee alhaalla päätyasemassa koskettaen päätyseinämää (ks. kuvio 3), jolloin venttiililuisti 20 on venttiilin avaavassa asennossa. Moottorin jäähdytysnestepumppu 3 kierrättää jäähdytysnestettä varastointiastian 7 ja pumpun 20 10 läpi, joka ei aktivoidu tämän johdosta.

Jäähdytysneste, joka kiertää varastointiastiaan 7, johdetaan mainitun astian ensimmäiseen kammioon ja sitten • toiseen kammioon 8' venttiililuistin 20 kautta. Jäähdytys-*..'t neste kulkee sitten pumpun 10 läpi ja takaisin moottori- I". 25 lohkoon 2 putkijohdon 11 läpi.

i » * \\ Varastointiastian 7 sisäseinämät lämpenevät näin • · • ” ollen jatkuvasti lämpötilaan, joka on sama kuin jäähdytys- • · · '.· : nesteen lämpötila moottorin 1 ollessa käynnissä.

Kun moottori 1 sammutetaan, mikä aiheuttaa moottori · 30 rin jäähdytysnestepumpun 3 pysähtymisen, paineen lisäys :T: mäntävälineen 9 toisella puolella lakkaa myös ja venttii- . liluisti 20 sulkeutuu sen johdosta.

« ♦ · rl.* Jotta estettäisiin lämmönvaihto kuuman eristetyssä '"· varastointiastiassa olevan jäähdytysnesteen ja jäähdytys- :/t>: 35 nesteen, joka on varastointiastian 7 ulkopuolella ja jääh- tyy jatkuvasti moottorin 1 sammuttamisen jälkeen, liikkuva 6 104118 mäntäväline 9 on asiaankuuluvasti lämpöä eristävä. Jotta edelleen estettäisiin lämmönvaihto kuuman eristetyssä va-rastointiastiassa olevan jäähdytysnesteen ja säiliön ulkopuolella olevan jäähdytysnesteen välillä, lämmön varas-5 tointilaitteen sulkuvälineet 17, 17' ovat myös asiaankuuluvasti lämpöä eristäviä.

Ennen moottorin käynnistämistä uudelleen aktivoidaan pumppu 10, jotta jäähtynyt jäähdytysneste pumppautuu pois moottorista ja kulkeutuu moottorilohkon 2 toisesta 10 päästä varastointiastian 7 toiseen kammioon 8', toisin sanoen sisään kohti liikkuvaa mäntävälinettä 9, jonka vent-tiililuisti 20 on siis venttiilin sulkevassa asennossa.

i s Liikkuva mäntäväline liikkuu ylöspäin (kuvio 3) jäähdytys- nesteen virtauksen aiheuttaman voiman ansiosta sekä mäntä-15 välineen toisella puolella tapahtuvan paineen kasvun ansiosta, niin että ensimmäiseen kammioon 8 varastoitu jäähdytysneste johdetaan moottorilohkon 2 toiseen päähän putki-johtoa 5 pitkin samalla kun jäähtynyt jäähdytysneste johdetaan moottorilohkosta 2 toiseen kammioon 8' täyttäen vä-20 hitellen mainitun toisen kammion.

Kun liikkuva mäntäväline 9 lähestyy varastointias-tian 7 ylempää päätyseinämää, venttiililuistin 20 ulospäin suuntautuva osa osuu päätyseinämään ja avaa siten venttii-Iin auki-asentoon. Pumppu 10 ei kuitenkaan pysähdy vent-1". 25 tiililuistin tässä asennossa vaan jatkaa toimintaansa, • · 9 *· kunnes moottorilohkon 2 jäähdytysnestekanaviin liitetty « · • *' putkijohto 5 on myös tyhjennetty kuumasta varastoidusta 1 V : jäähdytysnesteestä. Tämän tuloksena moottorilohkon jäähdy- tysneste korvautuu oleellisesti varastointiastiassa 7 va-· 30 rastoidusta kuumasta jäähdytysnesteestä, minkä jälkeen moottori on valmis käynnistettäväksi.

. Kun moottori 1 käynnistetään, moottorin pumppu 3 f 4 « pumppaa jäähdytysnestettä vastakkaiseen suuntaan, toisin a · sanoen varastointiastian 7 ensimmäiseen kammioon 8, jol-35 loin jäähdytysnesteen virtaus siirtää liikkuvaa mäntäväli-nettä 9 takaisin alempaan päätyasemaan (kuvio 2) kosketta • · 7 104118 maan päätyseinämää, jolloin venttiililuisti 20 on avoinna ja jäähdytysneste voi taas kiertää varastointiastian 7 läpi.

Pumpun 10 moottoria voidaan ohjata tunnetuilla ta-5 voilla, esimerkiksi rajakytkimellä, jotka aktivoituvat va-rastointiastiassa 7 olevan mäntävälineen 9 aseman mukaisesti, sekä ohjausvälineillä jotka pysäyttävät pumpun 10 tietyn ajanjakson kulumisen jälkeen. Lämpötila-antureita voidaan luonnollisesti sijoittaa sopiviin paikkoihin estä-10 mään laitteen turhan aktivoitumisen esimerkiksi silloin kun käynnistettävä moottori on jo tarvittavan lämpöinen. Kaikki antureiden tuottamat signaalit koordinoidaan edullisesti mikroprosessorin avulla.

Koska varastointiastian kaksi kammiota 8, 8' voi-15 daan asettaa virtausyhteyteen toistensa kanssa venttiili-luistin 20 avulla, keksinnöllinen lämmön varastointilaite tarjoaa myös käyttöön edun, jonka mukaan ajoneuvon kuljettaja ja matkustajat voivat käyttää varastoitua lämpöä ajoneuvon sisätilojen lämmitykseen ajoneuvon sisätiloissa 20 olevan lämmönvaihtimen avulla moottorin 1 ollessa sammutettuna. Käytännössä tämä mahdollistaa pysäköidyn ajoneu-von, jonka moottori on sammutettu, pitämisen lämpimänä ak- .... tivoimalla pumppu 10 ja siten kierrättäen kuumaa varastoi- tua jäähdytysnestettä ajoneuvon sisätiloissa olevan läm-25 mönvaihtimen läpi. Ajoneuvon sisätilat voidaan pitää läm- • · · '· " pimänä suhteellisen pitkän pysäköinnin aikana kuljettajan • · : *· ja matkustajien mukavuuden lisäämiseksi, voidaan varas- «I» *·,: · tointiastiaan 7 asentaa sopivaan paikkaan lämmityselement- ti, niin että pumpun 10 käynnistäminen johtaa jäähdytys-30 nesteen virtaamiseen lämmityselementin ohi, minkä avulla ajoneuvon sisätilat voidaan lämmittää.

t , \ Keksinnöllisessä lämmön varastointilaitteessa on * I i * myös se etu, että useita varastointiastioita voidaan liit- '··' tää tarvittaessa keskenään sarjaan, jolloin kaikkia mai- 35 nittuja astioita voidaan käyttää yhden ainoan pumpun avul- * « · la. On ymmärrettävää, että tämä on mahdollista siksi, että • * 8 104118 nämä kaksi kammiota voidaan asettaa virtausyhteyteen toistensa kanssa mäntävälineessä olevan venttiilivälineen 19 avulla, joka venttiiliväline sallii jäähdytysnesteen kulun varastointiastian 7 läpi.

5 On ymmärrettävää, että keksinnöllistä laitetta voidaan käyttää muilla aloilla kuin mitä piirustuksessa on kuvattu ja esitetty, kuten jäähdytysnesteen varastoimiseen ja huoneen lämpötilan säätämiseksi.

i

4 · I

4 · 4 $ *

< I

4 * I I > I · • · • · « · · • · • » • * • «· IM « * · • · · t M· · · • · · f ' M· • Φ · « · * f 4 I 4 V I * I · ·

Claims (4)

9 104118

1. Lämmön varastointilaite, joka liittyy neste-jäähdytteiseen polttomoottoriin ja joka on tarkoitettu 5 moottorin lämmittämiseen ennen moottorin käynnistämistä, jolloin moottorilohkossa (2) on jäähdytysnestepumppu (3) ja jäähdytysnesteen kiertokanavat, ja jolloin lämmön varastointilaite käsittää lämpöeristetyn varastointiastian (7) lämmenneen jäähdytysnesteen varastoimiseksi, edesta-10 kaisin liikkuvan mäntävälineen (9), joka on kiinnitetty astiaan (7) ja joka jakaa mainitun astian kahteen kammioon (8, 8')/ jotka on yhdistetty moottorilohkon jäähdytysnes- tekanavien sisääntuloon ja ulostuloon, sekä pumpun (10), jonka avulla jäähdytysneste voidaan johtaa moottorilohkon 15 kanavista varastointiastiaan (7), tunnettu siitä, että kaksi kammiota (8, 8') voidaan asettaa virtausyhtey-teen toistensa kanssa vähintään yhden venttiilivälineen (19) avulla, joka on liikkuvassa mäntävälineessä (9), jotta jäähdytysnesteen virtaus varastointiastian (7) läpi on 20 mahdollista moottorin (1) ollessa käynnissä; ja siitä, että pumppu (10) toimii tunnetulla tavalla pumpaten jäähdy-tysnestettä toiseen (8') varastointiastian kahdesta kairani- • · osta (8, 8') suuntaan, joka on vastakkainen moottorin I > jäähdytysnesteen virtaussuunnalle ennen moottorin käynnis-25 tämistä, jotka liikkuvan mäntävälineen (9) venttiiliväli- ♦ * * '· ”· neet (19) ovat suljetut. • · :’·· 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, *.#ί : tunnettu siitä, että venttiiliväline (19) rakenne taan siten, että se on auki tullessaan kosketukseen astian ;·*: 30 (7) päätyseinämän kanssa, ja että se on suljettu kun män- * · täväline (9) liikkuu irti kosketuksesta päätyseinämän « kanssa kohti vastakkaista päätyseinämää. : 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että venttiiliväline (19) käsittää 35 venttiililuistin, jossa on osa joka ulottuu poispäin män- • « · ;··,· tävälineen kustakin päädystä, jolloin venttiililuisti (20) V · 10 104118 jännittyy kohti venttiilin sulkevaan asentoa jousivälineen (21) avulla, ja jolloin venttiililuistin asennoksi tulee venttiilin avaava asento, kun ulospäin suuntautunut osa koskettaa toista astian päätyseinämää.

4. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että liikkuva mäntäväline on lämpöeristetty. • · « · · • · · • · • · « · t «· • · · • · · I · < « • · · • · · » · · • · · • · · • · · ί ! I I I ♦ * * • · · ♦ k- * J n 104118 1.Värmelagringsanordning vid en vätskekyld för-bränningsmotor och avsedd för uppvärmning av motorn före 5 start, varvid motorblocket (2) uppvisar en kylarvattenpump (3) och kanaler för cirkulerande kylarvätska, och varvid värmelagringsanordningen omfattar en värmeisolerad lager-behällare (7) för lagring av uppvärmd kylarvätska, ett fram och äter rörligt kolvorgan (9), som är fäst vid be-10 hällaren (7) och som delar upp nämnda behällare i tvä kam-mare (8, 8’), vilka stär i förbindelse med in- och utlopp hos motorblockets (2) kylkanaler, samt en pump (10) me-delst vilken kylarvätskan kan ledas frän motorblockets kanaler tili lagerbehällaren (7), kännetecknad av att 15 de bäda kamrarna (8, 8 *) kan sättas i flödesförbindelse med varandra via ätminstone ett i det rörliga kolvorganet (9) anordnat ventilorgan (19) för att, under motorns (1) drift, möjliggöra för kylarvätskan att strömma genom lagerbehällaren (7); och av att pumpen (10) fungerar pä ett 20 känt sätt för att pumpa kylarvätska in i den ena (8?) av lagerbehällarens kamrar (8, 8') i en riktning motsatt flö- . . desriktningen för motorns (1) kylvätska före start av mo- ; torn, varvid det rörliga kolvorganets (9) ventilorgan (19) : befinner sig i ett stängt läge.

2. Anordning enligt patentkrav 1, känneteck- • · nad av att ventilorganet (19) är anordnat pä ett sädant • · • *·· sätt, att det intar ett öppet läge när det kommer i kon- :T: takt med en ändvägg av lagerbehällaren (7), och att dem intar ett stängt läge när kolvorganet (9) lämnar ändväggen 30 och rör sig mot den motstäende ändväggen.

3. Anordning enligt patentkrav 2, känneteck- * « · n ad av att ventilorganet (19) innefattar en ventilslid, r t ; som uppvisar en del som skjuter ut frän kolvorganets var- dera ändsida, varvid ventilsliden (20) medelst en fjäder 35 (21) spänns mot ett ventil-stängande läge, och varvid ven- tilsliden päverkas att intä ett ventil-öppnade läge dä en • · * 12 104118 utskjutande del konuner i anliggning mot nägon av behälla-rens ändväggar.

4. Anordning enligt nägot av föregäende pa-tentkrav, kännetecknad av att det rörliga 5 kolvorganet (9) är värmeisolerat. j • 1 • · · • · · • · • · • · • · · ·»· · c • · « • « · • « · • · · m M· • · « • · · ‘ I 4 I * · « I · « · · • · • 1 · · · • · ·