RU2117881C1

RU2117881C1 - Heat accumulator

Info

Publication number: RU2117881C1
Application number: RU94019250A
Authority: RU
Inventors: Игорь Геннадьевич Овчинников
Original assignee: Игорь Геннадьевич Овчинников
Priority date: 1994-05-12
Filing date: 1994-05-12
Publication date: 1998-08-20
Also published as: RU94019250A

Abstract

FIELD: heat accumulators; may be used as heat sources for prestarting heating of internal combustion engines and in accumulation of heat energy of boiler units, heat energy storage and supply during peak consumption periods. SUBSTANCE: used in accumulator is not only latent melting heat but large heat capacity of mixtures on the basis of lithium nitrate. The accumulator has external and internal bodies filled with heat accumulating members and pipeline for circulation of heat carrying medium and additional tube for charging heat carrier. Pipeline and tube are embraced by heat accumulating members and made of metal similar to metal of body - stainless steel. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может использоваться, в частности, для предпускового прогрева двигателей внутреннего сгорания в холодное время года, запасения тепла от энергетических и бытовых котлоагрегатов и пр. The invention relates to heat exchangers and can be used, in particular, for preheating internal combustion engines in the cold season, storing heat from energy and domestic boilers, etc.

Известны тепловые аккумуляторы, в частности для отопления автомобиля, питаемые отходящей теплотой двигателя: с гидроокисью бария-октагидрата в качестве аккумулирующей массы и материалом - бескислородной медью или ее сплавом и элементами группы никеля, хрома, фосфора, из которого изготовлены элементы, контактирующие с аккумулирующей средой. (DE, 4007002 AI, 15.08.91). Thermal batteries are known, in particular for heating a car, fed by the waste heat of the engine: with barium octahydrate hydroxide as the storage mass and material - oxygen-free copper or its alloy and elements of the nickel, chromium, phosphorus group, from which the elements in contact with the storage medium are made . (DE, 4007002 AI, 08/15/91).

Наиболее близким заявляемому является устройство (DE, 4007002, A₁), содержащее внутренний корпус с теплоаккумулирующим элементом (наполнителем) - гидроокись бария, октагидрат, (температура плавления 78^oC), заключенными в отдельные капсулы из легированной бескислородной меди, компоновкой которых сформированы каналы для прохода охлаждающей двигатель жидкости, являющейся теплоносителем и при зарядке, и при разрядке аккумулятора. Причем внутренний корпус размещается внутри наружного корпуса с образованием между ними полости с пониженным давлением. Оболочки корпусов изготовлены из нержавеющей стали. Изготовленные из меди капсулы позволяют улучшить теплопередачу между теплоносителем и аккумулятором при зарядке и разрядке его.The closest to the claimed is a device (DE, 4007002, A ₁ ) containing an inner case with a heat storage element (filler) - barium hydroxide, octahydrate, (melting point 78 ^o C), enclosed in separate capsules of doped oxygen-free copper, the arrangement of which channels are formed for the passage of a coolant fluid that is a coolant both during charging and when discharging the battery. Moreover, the inner case is located inside the outer case with the formation between them of a cavity with reduced pressure. Shell casings are made of stainless steel. Capsules made of copper can improve heat transfer between the coolant and the battery when charging and discharging it.

Недостатками описанного устройства является ограниченная теплоемкость аккумулятора вследствие использования низкопотенциального тепла теплоносителя - охватывающей двигатель жидкости (температура охлаждающей жидкости не превышает 90^oC, в процессе зарядки аккумулятора) и использование только "скрытой" теплоты плавления теплоаккумулирующего элемента (наполнителя), и как следствие, незначительный запас тепла (280 кДж/кг). Отсюда и небольшие строки хранения тепла (в лучшем случае трое суток на двадцатиградусном морозе). Такой аккумулятор способен обеспечить невысокие температуры нагрева двигателя в процессе разрядки аккумулятора. Поэтому не позволяет прогревать и двигатель, и салон автомобиля. Это приводит к достаточно сложным схемам переключения потоков теплоносителя от аккумулятора при выборе объекта разогрева. Сравнительно низкая температура на входе(выходе) из(в) аккумулятора вызвала применение дорогостоящей меди для снижения тепловых сопротивлений при передаче тепла от теплоносителя к теплоаккумулирующему элементу (наполнителю) и обратно. Но это же приводит к необходимости дополнительных систем контроля и защиты от коррозии, так как материалы капсул и корпуса имеют различные теплофизические и электрохимические свойства, что снижает надежность устройства в процессе эксплуатации.The disadvantages of the described device are the limited heat capacity of the battery due to the use of low potential heat carrier fluid - covering the engine fluid (coolant temperature does not exceed 90 ^o C, during battery charging) and the use of only the "latent" heat of fusion of the heat storage element (filler), and as a result, insignificant heat reserve (280 kJ / kg). Hence the small lines of heat storage (at best, three days in a twenty-degree frost). Such a battery is able to provide low temperature heating of the engine during the discharge of the battery. Therefore, it does not allow warming up both the engine and the passenger compartment. This leads to rather complicated schemes for switching the coolant flows from the battery when choosing a heating object. The relatively low temperature at the inlet (outlet) of the (c) battery caused the use of expensive copper to reduce thermal resistance during heat transfer from the heat carrier to the heat storage element (filler) and vice versa. But this also leads to the need for additional control and corrosion protection systems, since the materials of the capsules and the case have various thermophysical and electrochemical properties, which reduces the reliability of the device during operation.

В предлагаемом тепловом аккумуляторе через корпус и изолированную полость проходит транзитом дополнительный канал отработавших газов, являющихся теплоносителем зарядки, а охлаждающая двигатель (агрегат) жидкость является теплоносителем разрядки. В качестве теплоаккумулирующего элемента (наполнителя) применены смеси на основе нитрата лития. Наружный и внутренний корпуса и каналы выполнены из однородного металла - нержавеющей стали. In the proposed heat accumulator, an additional channel of exhaust gases, which are the charge carrier, passes in transit through the body and the insulated cavity, and the cooling engine (unit) fluid is the discharge coolant. Mixtures based on lithium nitrate are used as a heat storage element (filler). The outer and inner shells and channels are made of homogeneous metal - stainless steel.

Предлагаемый тепловой аккумулятор для двигателей внутреннего сгорания заряжается от высокотемпературных выхлопных газов двигателя (от 300 до 600^oC), которые позволяют использовать, помимо скрытой теплоты плавления вещества, его теплоемкость, благодаря этому, общая величина запасаемого тепла на единицу объема аккумулятора значительно увеличивается (до 865 кДж/кг при скрытой теплоте плавления 362 кДж/кг). Высокие температуры разогрева нитрата лития (более 300^oC при температуре плавления 253^oC) позволяют одновременно и поднять температуру двигателя при разогреве до и более высоких параметров и применить для изготовления деталей аккумулятора однородный материал - нержавеющие стали. А это увеличивает его коррозиестойкость и механическую прочность. Благодаря гораздо большему количеству накопляемого тепла, по сравнению с известным теплоаккумулятором, срок хранения тепла при морозе -20^oC возрастают. Аккумулятор способен длительно хранить тепло даже при более низких температурах окружающей среды. Становится возможным для отопления автомобиля, в случае необходимости, использовать штатную "печку" без конструктивных или схемных изменений, работа которой может осуществляться параллельно прогреву двигателя. Во время работы печки интенсифицируется теплообмен из-за возрастания температурного напора, особенно в конце процесса разогрева.The proposed heat accumulator for internal combustion engines is charged from high-temperature exhaust gases of the engine (from 300 to 600 ^o C), which allow using, in addition to the latent heat of fusion of the substance, its heat capacity, due to this, the total amount of stored heat per unit volume of the battery increases significantly (up to 865 kJ / kg with a latent heat of fusion of 362 kJ / kg). High temperatures of heating lithium nitrate (more than 300 ^o C at a melting point of 253 ^o C) can simultaneously raise the temperature of the engine when heated to higher parameters and use homogeneous material for the manufacture of battery parts - stainless steels. And this increases its corrosion resistance and mechanical strength. Due to the much greater amount of accumulated heat, compared with the known heat accumulator, the shelf life of heat during frost -20 ^o C increase. The battery is capable of storing heat for a long time even at lower ambient temperatures. It becomes possible to heat the car, if necessary, to use the standard “stove” without structural or circuit changes, the work of which can be carried out in parallel with the engine warming up. During the operation of the stove, heat transfer is intensified due to an increase in the temperature head, especially at the end of the heating process.

Предлагаемый тепловой аккумулятор, изображенный на чертеже, содержит наружный корпус 1, внутри которого размещен внутренний корпус 2, заполненный теплоаккумулирующим элементом (наполнителем) 3 (смесью на основе нитрата лития). Пространство между внутренним 2 и наружным корпусом 1 образуют изолированную полость 4 с пониженным давлением. Через стенки наружного корпуса 1, изолированную полость 4 и стенки внутреннего корпуса 2 проходит трубопровод для циркуляции теплонесущей среды, имеющий входной конец 5 и выходной конец 6, а также дополнительная трубка для прохода отработавших газов, имеющая входной конец 7 и выходной конец 8, внутренние полости которых образуют во внутреннем корпусе 2, заполненным теплоаккумулирующим элементом (наполнителем) 3, канал 9 теплонесущей среды и канал 10 отработавших газов. Канал 9 имеет соответственно входной конец 5 трубопровода и выходной конец 6. Канал 10 имеет соответственно входной конец 7 и выходной конец 8 дополнительной трубки. Перед входом в наружный корпус 1 и при выходе из наружного корпуса 1 трубопровод имеет клапан 11 трубопровода теплонесущей среды, а дополнительная трубка клапаны 12. Трубопровод и дополнительная трубка выполнены как и наружный и внутренний корпуса из нержавеющей стали. The proposed thermal accumulator, shown in the drawing, contains an outer casing 1, inside which an inner casing 2 is placed, filled with a heat storage element (filler) 3 (a mixture based on lithium nitrate). The space between the inner 2 and the outer casing 1 form an insulated cavity 4 with reduced pressure. Through the walls of the outer casing 1, the insulated cavity 4 and the walls of the inner casing 2, a pipeline for circulating a heat-transfer medium having an inlet end 5 and an outlet end 6, and also an additional tube for exhaust gas passage having an inlet end 7 and an outlet end 8, inner cavities which form in the inner housing 2 filled with a heat storage element (filler) 3, a channel 9 of a heat transfer medium and a channel 10 of exhaust gases. Channel 9 has respectively an input end 5 of the pipeline and an output end 6. Channel 10 has an input end 7 and an output end 8 of an additional tube, respectively. Before entering the outer casing 1 and when exiting the outer casing 1, the pipeline has a valve 11 for the heat transfer medium, and the additional tube for valves 12. The pipeline and additional tube are made as the outer and inner stainless steel cases.

Работа теплового аккумулятора осуществляется следующим образом. The operation of the heat accumulator is as follows.

Зарядка. Тепловой аккумулятор устанавливается рядом с двигателем возле выхлопного коллектора двигателя (на фиг. не показан). Входной конец 7 дополнительной трубки соединяют с системой вывода отработавших газов двигателя. Входной конец 5 трубопровода соединяют с каналом охлаждающей двигатель жидкости в точке выхода из двигателя через электрический насос, запитанный от источника электроэнергии, или ручной насос (насос на чертеже не показан). Выходной конец 8 дополнительной трубки соединяется с выхлопной трубой или окружающей средой, а выходной конец 6 трубки - с точкой входа охлаждающей двигатель жидкости в двигатель. При аккумуляции тепла отобранные горячие отработавшие газы проходят под естественным напором через открытые клапаны 11 и канал 9 теплоаккумулятора, отдавая часть своего тепла теплоаккумулирующему элементу (наполнителю) - нитрату лития, расплавляя его и затем нагревая до температуры выше 300^oC. Клапаны 12 канала охлаждающей жидкости 10 в этом время перекрыты, а электронасос отключен.Charging. A thermal battery is installed next to the engine near the exhaust manifold of the engine (not shown in FIG.). The inlet end 7 of the additional tube is connected to the exhaust system of the engine. The inlet end 5 of the pipeline is connected to the channel of the engine cooling liquid at the exit point from the engine through an electric pump powered from an electric power source or a hand pump (the pump is not shown in the drawing). The output end 8 of the additional tube is connected to the exhaust pipe or the environment, and the output end 6 of the tube is connected to the entry point of the engine cooling liquid into the engine. During heat accumulation, the selected hot exhaust gases pass under natural pressure through the open valves 11 and channel 9 of the heat accumulator, giving up part of their heat to the heat storage element (filler) - lithium nitrate, melting it and then heating to a temperature above 300 ^o C. Valves 12 of the coolant channel 10 at this time are blocked, and the electric pump is turned off.

Хранение тепла. При хранении тепла каналы 9 и 10 отключены клапанами 11 и 12. Этим предотвращается унос тепла через трубки 5, 6 и трубки 7, 8. Heat storage. When storing heat, the channels 9 and 10 are turned off by valves 11 and 12. This prevents the entrainment of heat through tubes 5, 6 and tubes 7, 8.

Разрядка аккумулятора. При прогреве двигателя после хранения включают насос, прокачивая тем самым охлаждающую двигатель жидкость, которая имеет начальную температуру окружающей среды, через канал 10 теплоаккумулятора, при открытых клапанах 12. Нагреваясь, охлаждающая жидкость попадает в холодный двигатель, отдавая ему полученное в аккумуляторе тепло, и нагревает салон, если включена штатная "печка". Клапаны 11 в это время закрыты. Процесс разогрева завершается при запуске двигателя. При этом автоматически тепловой аккумулятор переходит в режим зарядки. Low battery. When the engine warms up after storage, turn on the pump, thereby pumping the cooling engine fluid, which has an initial ambient temperature, through the heat accumulator channel 10, with valves 12 open. When heated, the cooling fluid enters the cold engine, giving it the heat received in the battery, and heats up Salon, if the standard "stove" is included. Valves 11 are closed at this time. The warm-up process ends when the engine starts. In this case, the heat accumulator automatically switches to charging mode.

Claims

1. A heat accumulator containing a sealed outer casing, in the inner cavity of which has a reduced pressure, is a sealed inner casing with heat-accumulating elements (fillers) covering the pipeline for circulation of the heat-carrying medium, characterized in that at least one additional tube is installed in it for the charge carrier passing through the outer casing and the inner casing in which the tube is covered by heat-accumulating elements (fillers) based on lithium nitrate , And wherein the conduit tube is made of a homogeneous material with housings - stainless steel.

2. The heat accumulator according to claim 1, characterized in that shut-off valves are installed at the inlet and outlet of the heat accumulator on the pipe and tube.