АККУМУЛЯТОР ТЕПЛА ДЛЯ ХЛАДАГЕНТА ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
HEAT ACCUMULATOR FOR VEHICLE ENGINE COOLANT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к аккумулятору тепла для хладагента двигателя транспортного средства. В частности, цель изобретения заключается в создании эластичного аккумулятора тепла для хладагента двигателя транспортного средства.
Уровень техники
В автомобилях нагрев трансмиссии из-за наличия трения, а также эффекты формирования топливной смеси оказывают большое влияние на расход топлива и объем токсичных выбросов. Поэтому, полезно, чтобы уже в начале поездки трансмиссия автомобиля была готова к использованию и имела рабочую температуру. Обычно в автомобиле, на котором ездили и который был разогрет, после восьми или более часов пребывания в остановленном, выключенном состоянии, запуск двигателя совершается из холодного состояния. Аккумулятор тепла для хладагента, который запасает тепло двигателя во время поездки, может держать это тепло по меньшей мере в течение двадцати четырех часов в зависимости от наружной температуры.
Если запуск из холодного состояния и поездка совершаются на следующий день, то тепло, которое было запасено в аккумуляторе тепла, высвобождается в короткий контур охлаждения двигателя, и тогда это может сократить фазу прогрева двигателя. Такое решение улучшает показатели расхода топлива и качественный состав токсичных выбросов, возникающих при работе двигателя.
Аккумулятор тепла такого типа обычно выполняют из металла, и поэтому он имеет цилиндрическую форму. Аккумулятор содержит изолирующий слой, который обычно реализуют в форме вакуума. Из-за фиксированной конструкции, размеров и веса при работе двигателя проявляются недостатки.
В документе ЕР 1983167 А1 раскрыт аккумулятор тепла, образованный путем соединения первого контейнера со вторым контейнером при помощи пружины. У контейнеров имеется внутренняя стенка, форма которой соответствует стенке цилиндра двигателя. В результате нагрева теплозапасающей среды в контейнерах указанные контейнеры расширяются, что приводит к отделению контейнеров от стенки цилиндра.
В заявке JP 2010054162 А представлен аккумулятор тепла с множеством эластичных теплозапасающих капсул, которые размещены в камере теплообмена, находятся под давлением давящего диска и деформированы.
В патенте US 4414932 раскрыт аккумулятор тепла, который находится в контакте с впускным коллектором, чтобы накапливать тепло и снова его отдавать. Аккумулятор тепла может быть выполнен в виде сильфона.
Раскрытие изобретения
В основе настоящего изобретения лежит задача усовершенствования аккумулятора тепла для хладагента двигателя транспортного средства.
Задача решается за счет отличительных признаков, приведенных в п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления аккумулятора изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с изобретением в его первом аспекте аккумулятор тепла для хладагента двигателя транспортного средства содержит эластичный накопительный контейнер с внутренней оболочкой и наружной оболочкой, между которыми размещены изолирующие средства, а также впуск и выпуск для хладагента. Хладагент, например жидкость, такая как вода, может быть использован для управления температурой двигателя, то есть нагреванием и/или охлаждением. Аккумулятор тепла может быть использован в пассажирских и грузовых автомобилях, а также в других транспортных средствах, сельскохозяйственных машинах или в строительной промышленности, на судах и в авиации. Хладагент может быть использован для двигателя транспортного средства или для дополнительных элементов в трансмиссии. Поэтому возможно применение аккумулятора тепла, например, для обогрева батарей электрического транспортного средства в целях улучшения условий работы батарей при низких температурах. Кроме того, в электрических транспортных средствах аккумулятор тепла можно использовать для обогрева пассажирского салона, в результате чего ценная энергия батареи может быть сохранена для приведения транспортного средства в движение. Термин «двигатель транспортного средства» также охватывает и такие области применения.
Эластичный накопительный контейнер позволяет получить недорогую и, прежде всего, легкую по весу конструкцию, позволяющую сэкономить приблизительно 2,5-4,5 кг веса по сравнению с традиционными техническими решениями, что снижает расход топлива транспортного средства. Дополнительно, улучшается поведение конструкции при авариях, поскольку отсутствуют жесткие твердые детали, которые могли бы проникнуть в пассажирский салон, что случается с известными контейнерами. Благодаря эластичности материала накопительного контейнера возможен значительно более широкий выбор его внешней формы, что облегчает планирование конструкции двигательного отсека.
Изолирующие средства могут содержать формообразующий материал, например, такой, как химически запускаемая пена. Поэтому накопительный контейнер может сохранять свою форму даже в опорожненном состоянии. С другой стороны, во внутренней оболочке и/или в наружной оболочке могут быть предусмотрены стабилизирующие элементы, например стержни или стабилизирующие структуры.
Внутренняя оболочка и/или наружная оболочка могут быть выполнены из ткани. Этот легкий и эластичный материал может быть дополнительно оснащен, например, резиновым покрытием, чтобы обеспечить его водонепроницаемость.
Ткань может иметь фактурную или текстурированную поверхность в целях обеспечения сопротивления давлению хладагента и увеличения устойчивости конструкции.
Аккумулятор тепла может содержать держатель для установки накопительного контейнера. Держатель служит для крепления накопительного контейнера в транспортном средстве, например, в двигательном отсеке, и обеспечивает накопительный контейнер жесткостью, например, в случае резкого торможения. Это упрощает конструкцию и изготовление аккумулятора тепла, поскольку накопительный контейнер служит только для размещения хладагента, в то время как держатель служит для крепления и обеспечения устойчивости. Поэтому есть возможность любую из деталей аккумулятора разрабатывать и изготовлять оптимальным образом в соответствии с конкретными требованиями.
Держатель может содержать термопластичный материал или может быть целиком выполнен из термопластичного материала. Такой легкий и в то же самое время стабильный материал особенно подходит для держателя. Кроме того, при изготовлении держателя доступно широкое разнообразие форм, что позволяет приспосабливаться к условиям в двигательном отсеке.
Держатель может по меньшей мере частично охватывать накопительный контейнер в области боковых сторон и с его нижней стороны. Поэтому контейнер можно легко вставлять в держатель и легко производить замену, и при этом обеспечивается достаточная устойчивость конструкции. С отдельных сторон держатель может закрывать или охватывать контейнер полностью, или по причинам оптимизации веса, снижения расхода материала и/или облегчения доступа, например, к соединениям он может также закрывать или охватывать контейнер частично.
Краткое описание чертежей
Варианты выполнения настоящего изобретения будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 в трех проекциях изображает аккумулятор тепла, соответствующий настоящему изобретению,
фиг.2 изображает контур движения хладагента с аккумулятором тепла, соответствующим настоящему изобретению, и
фиг.3 изображает двигательный отсек с установленным в нем аккумулятором тепла, соответствующим настоящему изобретению.
Чертежи служат только целям объяснения изобретения, и не ограничивают собой идею изобретения. Чертежи и отдельные детали не обязательно выполнены в масштабе. Идентичные или подобные детали обозначены одинаковыми номерами.
Осуществление изобретения
На фиг.1 в трех проекциях изображен аккумулятор 1 тепла для хладагента двигателя транспортного средства, или для средств управления хладагентом или температурой двигателя. Фронтальная проекция с разрезом показана в левой части фигуры, фронтальная проекция также изображена в центре, а справа изображена боковая проекция аккумулятора. Аккумулятор 1 содержит эластичный накопительный контейнер 2 и держатель 3 для размещения и крепления накопительного контейнера 2. Накопительный контейнер 2 содержит внутреннюю оболочку 4 и наружную оболочку 5, при этом между двумя оболочками 4, 5 расположены изолирующие средства 6. Внутренняя оболочка 4 и наружная оболочка 5 частично или полностью выполнены из ткани, при этом по меньшей мере ткань внутренней оболочки 4 является водонепроницаемой, например, за счет резинового покрытия. Внутренняя оболочка 4 и наружная оболочка 5 являются эластичными, в результате чего накопительный контейнер 2 также является эластичным. Внутренняя оболочка (внутренний рукав) 4 охватывает внутреннее пространство 7 для хладагента 8, например воды. Швы оболочек (рукавов) 4, 5 могут быть клееными или вулканизированными, без применения предварительной прошивки. Поэтому индивидуальные куски ткани из волокна или элементы можно соединять вместе, чтобы получить требуемую форму контейнера. Форму контейнера задают индивидуально в соответствии с располагаемым местом в двигательном отсеке, и она может отличаться от привычной цилиндрической или прямоугольной формы, чтобы оптимальным образом использовать располагаемое свободное пространство. Накопительный контейнер 2 может вмещать объем жидкости приблизительно 3-5 л.
Ткань внутренней оболочки 4 и/или наружной оболочки 5 может иметь фактурную или текстурированную поверхность для увеличения устойчивости конструкции и сопротивления давлению воды. Когда температура растет, контур хладагента находится под давлением, которое может доходить приблизительно до 3 бар. Ткань и размеры соединений или швов выбраны так, чтобы они могли выдержать указанное давление. Для аварийной ситуации может быть предусмотрен определенный порог разрыва начиная от определенного давления, чтобы в аварийной ситуации могло произойти опорожнение контейнера.
Изолирующие средства 6 могут быть выполнены в виде химически запускаемой пены. Изолирующие средства 6 могут обладать определенной степенью жесткости или формообразующим свойством, чтобы поддерживать форму накопительного контейнера 2 даже в порожнем состоянии. Однако изолирующие средства могут также быть эластичными, в результате чего накопительный контейнер 2 можно складывать или сминать.
С нижней стороны накопительного контейнера 2 предусмотрены впуск 9 и выпуск 10 для хладагента 8. Впуск 9 соединен с внутренним пространством 7 посредством патрубка 11, из нижнего конца которого хладагент 8 втекает во внутреннее пространство 7 накопительного контейнера 2. Через верхний конец патрубка 11 хладагент 8 может снова уходить из контейнера 2. Клапаны или запорные краны могут перекрывать впуск 9 и/или выпуск 10.
Кроме того, внутри контейнера 2 показана перегородка 31, которая может содержать ограничитель расхода / клапан 32.
Внутренняя оболочка 4 и наружная оболочка 5 скреплены друг с другом в нижней части или в области впуска 9 и выпуска 10.
Держатель 3 содержит термопластичный материал или полностью выполнен из такого материала. С одной стороны держатель 3 содержит элемент 12 крепления, например пластину с резьбовыми отверстиями для крепления аккумулятора 1 тепла к кузову транспортного средства.
У держателя 3 имеется открытая сторона, в данном случае верхняя сторона, чтобы можно было удобно вставлять накопительный контейнер 2. На боковых сторонах и на нижней стороне предусмотрены вырезы для уменьшения веса и стоимости держателя. Размеры держателя 3 определяются выбором конфигурации (толщин, конструкции) материала таким образом, чтобы накопительный контейнер 2 вместе с наполнением был надежно зафиксирован даже в случае резкого торможения или аварии.
На фиг.2 показан контур 14 хладагента с аккумулятором 1 тепла. Начинаясь от двигателя 15, контур вначале проходит через датчик 16 температуры и клапан 17 к охладителю 18, а оттуда - через водяной насос 19 обратно к двигателю 15. Второй контур проходит к обогревателю 20 пассажирского салона, и далее к водяному насосу 19, расположенному перед двигателем 15.
Дополнительный контур отходит от клапана 17 и следует через водяной насос 21 к аккумулятору 1 тепла. После аккумулятора 1 установлен датчик 22 температуры. После датчика 22 линия присоединяется к клапану 23. Система 24 сообщения с атмосферой обеспечивает выпуск воздуха из контура 14 хладагента.
При нормальной работе аккумулятор 1 тепла соединен параллельно с контуром, но клапаны 17 и 23 переключены так, что хладагент 8 проходит через охладитель 18 и обогреватель 20, а не через аккумулятор 1 тепла. В режиме накопления тепла клапаны 17 и 23 открываются, в результате чего теплый или горячий хладагент 8 проходит в аккумулятор 1 тепла, пока последний не заполнится горячим хладагентом 8. Это может быть обнаружено посредством датчика 22 температуры. Затем указанные два клапана переключаются обратно в режим нормальной работы, в результате чего горячий хладагент 8 остается в аккумуляторе 1 тепла и сохраняется там. Изолирующие средства 6 аккумулятора 1 обеспечивают сохранение тепла столь долго, насколько это возможно. В ином варианте или в качестве дополнения в накопительном контейнере 2 может быть предусмотрен термоаккумулирующий материал, который дополнительно к самому хладагенту 8 служит в качестве накопителя тепловой энергии и затем отдает тепло обтекающему его хладагенту.
Если двигатель 15, например, запускают снова после окончания поездки и сравнительно длительного простоя, к примеру ночного, то есть имеет место запуск из холодного состояния, то датчик 16 зарегистрирует пониженную температуру хладагента 8. После этого клапаны 17 и 23 переключатся таким образом, что теплый хладагент 8 из аккумулятора 1 тепла начнет циркулировать через двигатель 15 по короткому контуру, за счет чего двигатель 15 быстро разогреется. Когда двигатель 15 достигнет своей рабочей температуры или определенного температурного порога, клапаны 17 и 23 снова переключатся на нормальный режим работы.
Новое заполнение аккумулятора 1 тепла уже могло произойти перед обратным переключением клапанов 17 и 23, или же клапаны 17 и 23 снова открываются позднее, чтобы запасти теплый хладагент в аккумуляторе 1 тепла. Во время поездки могут быть предусмотрены периодическая проверка и/или новое заполнение аккумулятора 1, чтобы всегда гарантированно иметь высокую температуру хладагента 8 в аккумуляторе 1 тепла.
На фиг.3 справа изображен двигательный отсек 25 автомобиля, в котором установлен аккумулятор 1 тепла. На фиг.3 слева изображен сам аккумулятор 1 тепла в демонтированном виде. В данном случае аккумулятор 1 тепла имеет форму неравностороннего прямого параллелепипеда или колонны трапецеидального сечения. Данная форма оптимизирована в отношении имеющегося свободного места в двигательном отсеке 25.
Конструкция аккумулятора 1 тепла позволяет оптимально адаптировать аккумулятор к располагаемому свободному пространству за счет выбора формы аккумулятора 1. Аккумулятор 1 тепла может, например, иметь форму колонны треугольного сечения, форму с L-образной поверхностью основания и т.п. Эластичный накопительный контейнер 2 позволяет реализовать очень большое число форм (даже и неправильных), которые могут позволить хорошо использовать имеющееся свободное пространство. В частности, в комбинации с держателем 3 получается выгодное сочетание эластичности и устойчивости конструкции.
Изготовление неправильных форм накопительного контейнера 2 и держателя 3 легко осуществимо благодаря конструкции аккумулятора 1 тепла. Для накопительного контейнера 2 соответствующие куски ткани вырезают в размер и соединяют друг с другом, чтобы сформировать внутреннюю оболочку 4 и наружную оболочку 5. Держатель 3 можно изготовлять из пластмассы, которой также можно придавать множество различных форм.