RU2150603C1 - Тепловой аккумулятор фазового перехода - Google Patents
Тепловой аккумулятор фазового перехода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2150603C1 RU2150603C1 RU98121746A RU98121746A RU2150603C1 RU 2150603 C1 RU2150603 C1 RU 2150603C1 RU 98121746 A RU98121746 A RU 98121746A RU 98121746 A RU98121746 A RU 98121746A RU 2150603 C1 RU2150603 C1 RU 2150603C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- internal combustion
- phase transition
- combustion engine
- tam
- Prior art date
Links
Landscapes
- Exhaust Silencers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для разогрева двигателя внутреннего сгорания (ДВС) мобильных машин в условиях отрицательных температур окружающего воздуха. Тепловой аккумулятор фазового перехода (ТАФП), утилизирующий и аккумулирующий тепловую энергию отработавших газов ДВС, состоит из наружного и внутреннего корпусов, между которыми установлен слой тепловой изоляции, например минеральная вата. В замкнутой полости, ограниченной внутренним корпусом, находится теплоаккумулирующий материал (ТАМ), способный претерпевать обратимое полиморфное превращение. Теплоаккумулирующий материал пронизан двумя теплообменниками: газовым, соединенным с системой выхлопа ДВС, и жидкостным, соединенным с зарубашечным пространством двигателя. Применение в качестве ТАМ вещества, способного претерпевать обратимые полиморфные превращения с поглощением (выделением) теплоты фазового перехода без существенного изменения объема в рабочем интервале температур (например, BeF2), позволяет упростить конструкцию ТАФП и снизить его массовые показатели. 1 ил.
Description
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для разогрева двигателей внутреннего сгорания (ДВС), и может использоваться в эксплуатации строительных, дорожных, лесозаготовительных машин, автомобилей, тепловозов и других мобильных машин в условиях отрицательных температур окружающего воздуха.
Известен тепловой аккумулятор фазового перехода (ТАФП), утилизирующий и аккумулирующий тепловую энергию отработавших газов ДВС [1], который состоит из наружного и внутреннего корпусов, между которыми расположен слой теплоизоляции. Внутри теплоаккумулирующего ядра, представляющего собой замкнутую полость, ограниченную внутренним корпусом, расположены газовый теплообменник, соединенный с системой выхлопа отработавших газов, жидкостный теплообменник, соединенный с зарубашечным пространством ДВС, и теплоаккумулирующий материал (ТАМ). Для компенсации увеличения объема ТАМ при его плавлении полость теплоаккумулирующего ядра заполняется ТАМ на 75-85%, а для защиты конструкции от избыточных давлений, возникающих вследствие теплового расширения ТАМ, предусмотрены специальные меры - изготовление внутреннего корпуса из толстостенного металла и применение пояса жесткости.
Утилизация и аккумулирование теплоты обеспечивается за счет того, что отработавшие газы работающего ДВС проходят через газовый теплообменник и нагревают ТАМ, вызывая фазовое превращение ТАМ из твердого состояния в жидкое, при этом теплоизоляция препятствует рассеиванию тепловой энергии в окружающую среду.
Использование накопленной теплоты для разогрева ДВС перед пуском в условиях отрицательных температур осуществляется за счет прохождения по жидкостному теплообменнику охлаждающей жидкости, что вызывает кристаллизацию ТАМ, сопровождающуюся выделением теплоты фазового перехода, переносимой теплоносителем в зарубашечное пространство двигателя.
Недостатком указанного устройства является существенная разница в объемах ТАМ в жидком и твердом состояниях. Например, при использовании в качестве ТАМ солей последние могут увеличивать свой объем при плавлении более чем на 25% [2], что вынуждает существенно усиливать конструкцию устройства.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, сводится к замене ТАМ, позволяющей избежать существенной разницы в объемах ТАМ, находящегося в твердой и жидкой фазах, что позволяет упростить конструкцию устройства и уменьшить его массу за счет отказа от усиления конструкции.
Задача решается благодаря тому, что ТАФП, утилизирующий и аккумулирующий тепловую энергию отработавших газов ДВС, состоит из наружного и внутреннего корпусов, между которыми установлен слой тепловой изоляции (например, минеральная, шлаковая вата или вакуум). В замкнутой полости, ограниченной внутренним корпусом, расположены два теплообменника - газовый и жидкостный, первый из которых соединен с системой выхлопа отработавших газов ДВС, а второй - с зарубашечным пространством ДВС; между теплообменниками находится ТАМ, способный претерпевать полиморфное превращение.
Утилизация и аккумулирование теплоты обеспечивается за счет того, что отработавшие газы работающего ДВС проходят через газовый теплообменник и нагревают ТАМ, а слой теплоизоляции препятствует рассеиванию теплового потока в окружающую среду. При этом ТАМ претерпевает полиморфное превращение в твердой фазе, которое не вызывает существенного изменения его объема в рабочем интервале температур. При работе в режиме отдачи накопленной теплоты в жидкостный теплообменник подается жидкий теплоноситель (вода, тосол, антифриз), который нагревается за счет теплообмена с ТАМ, при этом последний претерпевает обратимое полиморфное превращение в твердой фазе и отдает определенное количество теплоты, достаточное для разогрева ДВС.
Примером такого ТАМ может быть фторид бериллия BeF2.
При температуре фазового перехода, равной 130oC, тетрагональная кристаллическая решетка фторида бериллия превращается в кубическую, при этом выделяется энергия в виде теплоты фазового перехода, равная 5,3 кДж/моль. Плотность фторида бериллия при 25oC - 1,99 г/см3 [3].
Новым в заявляемом изобретении является использование в качестве ТАМ вещества, которое при нагревании отработавшими газами ДВС претерпевает полиморфное превращение с поглощением теплоты фазового перехода, а при охлаждении жидким теплоносителем - обратимое полиморфное превращение с выделением теплоты фазового перехода, например фторид бериллия.
Указанный новый признак не выявлен из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень".
Предлагаемый ТАФП представлен на чертеже.
Он состоит из наружного 1 и внутреннего 2 корпусов, между которыми установлен слой тепловой изоляции 3 (минеральная вата). Внутри корпуса 2 размещено теплоаккумулирующее ядро, представляющее собой замкнутую полость, которая заполнена ТАМ 4 и через которую проходят трубы газового 5 и жидкостного 6 теплообменников.
На поверхности труб 5 и 6 закреплены ребра 7.
Для ликвидации между корпусами 1, 2 и трубами 5, 6 "тепловых мостов" установлены втулки 8 из материала с небольшим коэффициентом теплопроводности.
ТАФП работает следующим образом.
Зарядка аккумулятора тепловой энергией осуществляется пропусканием потока отработавших газов ДВС мобильной машины через трубу 5.
В процессе теплообмена отработавших газов с ТАМ 4 последний нагревается в твердой фазе до температуры полиморфного превращения, испытывает полиморфное превращение с поглощением теплоты фазового перехода, а затем продолжает нагреваться в твердой фазе до некоторой температуры, при которой наступает тепловое равновесие в системе тепловой аккумулятор - окружающая среда.
В период безгаражного хранения мобильной машины, когда ее ДВС заглушен, ТАМ 4 сохраняется при температуре, превышающей температуру полиморфного превращения за счет тепловой изоляции 3.
Для функционирования ТАФП с целью предпускового разогрева ДВС в трубу 6 подается жидкий теплоноситель (вода, тосол, антифриз), который нагревается за счет теплообмена с ТАМ 4. Последний отдает количество теплоты ΔQ, рассчитываемое по формуле
где mт - масса теплоаккумулирующего материала;
Tо, Tф, Tк - температуры теплоаккумулирующего материала соответственно начальная, полиморфного превращения и конечная;
rф - удельная теплота полиморфного превращения;
C1(T), C2(T) - удельные массовые теплоемкости теплоаккумулирующего материала в интервалах температур соответственно [Tо; Tф] и [Tф; Tк].
где mт - масса теплоаккумулирующего материала;
Tо, Tф, Tк - температуры теплоаккумулирующего материала соответственно начальная, полиморфного превращения и конечная;
rф - удельная теплота полиморфного превращения;
C1(T), C2(T) - удельные массовые теплоемкости теплоаккумулирующего материала в интервалах температур соответственно [Tо; Tф] и [Tф; Tк].
За счет организации циркуляции жидкого теплоносителя по замкнутому контуру жидкостный теплообменник ТАФП - зарубашечное пространство ДВС происходит предпусковой разогрев последнего.
Подтверждением достижения поставленной задачи является следующее: применение в качестве ТАМ вещества, претерпевающего обратимые полиморфные превращения с выделением (поглощением) теплоты фазового перехода без существенного изменения объема в рабочем интервале температур позволяет упростить конструкцию ТАФП, не применяя при этом специальных поясов жесткости, а также уменьшить массу его металлоконструкции за счет того, что не требуется предусматривать увеличение прочности корпуса теплоаккумулирующего ядра вследствие тепловых расширений. Вышесказанное позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию "промышленная применимость".
Библиография:
1. Гулин С.Д., Шульгин В.В., Яковлев С.А. Система разогрева двигателя с помощью теплового аккумулятора. // Лесная промышленность. - 1996. - N 3. - С. 20, 21.
1. Гулин С.Д., Шульгин В.В., Яковлев С.А. Система разогрева двигателя с помощью теплового аккумулятора. // Лесная промышленность. - 1996. - N 3. - С. 20, 21.
2. Данилин В.Н. Физическая химия тепловых аккумуляторов: Учебное пособие. - Краснодар: КПИ, 1981. - 91 с.
3. Свойства неорганических соединений. Справочник /Ефимов А.И. и др. - Л.: Химия, 1983. - 392 с.
Claims (1)
- Тепловой аккумулятор фазового перехода, состоящий из наружного и внутреннего корпусов, между которыми установлен слой тепловой изоляции, пространство внутреннего корпуса заполнено теплоаккумулирующим материалом, способным претерпевать фазовые превращения с поглощением (выделением) теплоты фазового перехода, сквозь которой проходят газовый и жидкостный теплообменники, отличающийся тем, что пространство внутреннего корпуса заполнено теплоаккумулирующим материалом, фазовое превращение которого сводится к обратимому полиморфному превращению, например фторид, бериллия Be F2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98121746A RU2150603C1 (ru) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | Тепловой аккумулятор фазового перехода |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98121746A RU2150603C1 (ru) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | Тепловой аккумулятор фазового перехода |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2150603C1 true RU2150603C1 (ru) | 2000-06-10 |
Family
ID=20212919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98121746A RU2150603C1 (ru) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | Тепловой аккумулятор фазового перехода |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2150603C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2589885C2 (ru) * | 2010-02-15 | 2016-07-10 | Оливер ОПЕЛЬ | Способ, тепловой аккумулятор и система аккумулирования тепла для нагревания и охлаждения рабочей текучей среды |
| RU2710423C1 (ru) * | 2019-05-06 | 2019-12-26 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Фазопереходная тепловая рубашка для аккумулятора |
| RU213998U1 (ru) * | 2022-07-20 | 2022-10-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Парогенератор-аккумулятор теплоты с фазовым переходом |
-
1998
- 1998-12-01 RU RU98121746A patent/RU2150603C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Гулин С.Д. и др. Система разогрева двигателя с помощью теплового аккумулятора. Ж. "Лесная промышленность", 1996, N 3, с. 20-21. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2589885C2 (ru) * | 2010-02-15 | 2016-07-10 | Оливер ОПЕЛЬ | Способ, тепловой аккумулятор и система аккумулирования тепла для нагревания и охлаждения рабочей текучей среды |
| US9624792B2 (en) | 2010-02-15 | 2017-04-18 | Leuphana Universität Lüneburg | Method, heat accumulator and heat accumulator system for heating and cooling a working fluid |
| RU2710423C1 (ru) * | 2019-05-06 | 2019-12-26 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Фазопереходная тепловая рубашка для аккумулятора |
| RU213998U1 (ru) * | 2022-07-20 | 2022-10-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Парогенератор-аккумулятор теплоты с фазовым переходом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ianniciello et al. | Electric vehicles batteries thermal management systems employing phase change materials | |
| Jankowski et al. | A review of phase change materials for vehicle component thermal buffering | |
| Omara | Phase change materials for waste heat recovery in internal combustion engines: A review | |
| US8191618B2 (en) | Methods of forming thermal management systems and thermal management methods | |
| Kim et al. | Feasibility study on a novel cooling technique using a phase change material in an automotive engine | |
| Moldgy et al. | Study on thermal energy storage properties of organic phase change material for waste heat recovery applications | |
| WO2003015192A3 (en) | Thermal jacket for battery | |
| CN201252709Y (zh) | 热管与相变材料联合热控装置 | |
| CN106099252B (zh) | 一种电动汽车电池热管理系统 | |
| KR20160120293A (ko) | 축전지 배터리의 수동 온도 조절 | |
| HUP9700202A2 (hu) | Berendezéscsoport és eljárás hőenergia tárolására | |
| US20120003523A1 (en) | Battery thermal management with phase transition | |
| Lin et al. | Research progress of phase change storage material on power battery thermal management | |
| US20120125285A1 (en) | Latent heat storage and method for temperature control of an internal combustion engine | |
| Park et al. | Experimental study on heat storage system using phase-change material in a diesel engine | |
| JPH10144361A (ja) | バッテリーシステムとそれを備えた輸送機械 | |
| JP2001207163A (ja) | 蓄熱槽及びそれを用いた蓄熱装置 | |
| RU2150603C1 (ru) | Тепловой аккумулятор фазового перехода | |
| CN113097599A (zh) | 基于过冷相变材料被动式电池热调节器、方法和管理系统 | |
| KR20010050598A (ko) | 열 에너지를 상 전환열의 형태로 저장하기 위한 염 혼합물및 그의 용도 | |
| CN109564069B (zh) | 用于热交换器的热交换和调节的方法 | |
| CN214589018U (zh) | 基于过冷相变材料的被动式电池热调节器、热管理系统和电池组 | |
| Subramanian et al. | Experimental analysis of a PCM based IC engine exhaust waste heat recovery system | |
| GB2125156A (en) | Heat storage in motor vehicles | |
| DE59409365D1 (de) | Latentwärmespeicher |