Тепловые аккумуляторы фазового перехода

а затем нагревается в  жидкой фазе до температуры 80…85 °С, при которой происходит тепловое равновесие между ним и охлаждающей жидкостью

в трубопроводе-змеевике 5. Одновременно подогревается трансмиссионное масло в трубопроводе-змеевике 6 и резервуаре 4. Аккумулирование теплоты обеспечивается тепловой изоляцией 3.

Разрядка. При прогреве двигателя после остановки насос 8, приводимый в работу от бортовой электрической сети, прокачивает холодное масло из картера КП в трубопровод-змеевик 6 и подает подогретое масло из резервуара 4 в картер КП. В процессе теплообмена между трансмиссионным

маслом и теплоаккумулирующим  материалом последний претерпевает обратимый фазовый переход, переходя из жидкого состояния в твердое и отдавая трансмиссионному маслу скрытую теплоту кристаллизации. Когда температура трансмиссионного масла в картере КП достигнет 70 °С, установленный температурный датчик 10 подаст сигнал на заслонку 9, которая перекроет циркуляцию масла. Одновременно осуществляется прокачка охлаждающей жидкости из радиатора системы охлаждения ДВС через трубопровод-змеевик 5, которая, в свою очередь, нагревается до рабочей температуры двигателя.

Соединение трубопровода-змеевика 6 с резервуаром 4 позволяет при пуске двигателя после длительной остановки подавать подогретое трансмиссионное масло в картер КП и тем самым сократить время его разогрева до рациональной температуры 60…75 °С и, следовательно, уменьшить износ деталей КП.

Предлагаемый ТАФП рекомендуется устанавливать на тракторе таким образом, чтобы длина трубопроводов-змеевиков была минимальна с целью исключения в них тепловых потерь. Место его установки (рисунок 7) должно быть оптимальным с точки зрения условий эксплуатации и удобства обслуживания.

Применение теплового  аккумулятора фазового перехода способствует улучшению смазывания деталей трансмиссии, что в свою очередь позволяет

повысить технический  ресурс трансмиссии до 40 % и топливную экономичность трактора до 10 % в связи с уменьшением затрат мощности на привод деталей трансмиссии до 50 %.

Рисунок 7 – Размещение ТАФП (2) на тракторе МТЗ – 80(1)

 

4. ТАФП (патент № 2075626 РФ)

На рисунке 8 дана принципиальная схема системы предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания; на рисунке 9 принципиальная схема теплового аккумулятора фазового перехода.

Система предпускового разогрева  двигателя внутреннего сгорания 1 включает в себя тепловой аккумулятор  фазового перехода 2 с заливной трубой 3, сливным трубопроводом 4 и краниками 5, 6; теплоизолированный газовый трубопровод 7 с заслонкой 8; выхлопную трубу 9 с заслонкой 10; нагреватель масла 11; расширительный бак 12 с воздушным  краном 13; трубопроводы подвода 14 и  отвода 15, 16 теплоносителя; запорные краны 17, 18 и спускной кран 19.

Теплоизолированный газовый  трубопровод 7 соединяет входной  газовый патрубок теплового аккумулятора 2 с выхлопной трубой 9.

Нагреватель масла 11 расположен в масляной ванне двигателя 1 и  представляет собой выполненный  из нескольких трубок водомасляный теплообменник, количество и линейные размеры которых  рассчитаны на нагрев масла до температуры 40^oC при температуре окружающей среды минус 40^oC.

Расширительный бак 12 с  помощью трубопровода 20 связан с  водоотводной трубой 21 двигателя.

Трубопровод подвода теплоносителя 14 через запорный кран 17 соединяет  выходной жидкостной патрубок теплового  аккумулятора 2 с водоотводной трубой 21 двигателя. Трубопровод отвода теплоносителя 15 через запорный кран 18 связывает рубашку охлаждения двигателя в районе нижней части последнего цилиндра с входным патрубком нагревателя масла 11, а трубопровод 16 выходной патрубок нагревателя масла с входным жидкостным патрубком теплового аккумулятора 2.

Спускной кран 19 смонтирован  на трубопроводе 16 в самый нижний точке системы.

Рисунок 8 - Принципиальная схема системы предпускового разогрева двигателя       внутреннего сгорания

 

Тепловой аккумулятор  фазового перехода 2 состоит из емкости 22 для межсменного хранения воды, теплоаккумулирующего ядра 23 и тепловой изоляции 24, выполненной из минеральной ваты. Для обеспечения термосифонной циркуляции теплоносителя тепловой аккумулятор располагается на машине таким образом, чтобы его теплоаккумулирующее ядра находилось не выше рубашки охлаждения двигателя.

Теплоаккумулирующее ядро 23 представляет собой емкость формы  параллелепипеда, образованного двумя  газовыми трубными досками 25 и двумя  жидкостными трубными досками 26, а  также двумя боковыми пластинами 27, приваренными к ним. Газовый теплообменник  теплового аккумулятора образован  несколькими рядами взаимно параллельных газовых труб 28, концы которых  завальцованы в отверстиях трубных досок 25. Жидкостные трубы 29 перпендикулярны газовым трубам 28, расположены между ними и аналогично завальцованы в отверстиях жидкостных трубных досок 26. Совокупность жидкостных труб 29 образует жидкостной теплообменник теплового аккумулятора. Свободный объем между газовым и жидкостным теплообменником заполнен теплоаккумулирующим веществом 30, в качестве которого применяется бинарная солевая эвтектическая смесь нитратов лития и калия. Для подвода и отвода отработавших газов к газовым трубным доскам 25 с помощью болтовых соединений через медноасбестовые прокладки прикреплены газовые крышки 31 с патрубками. Для подвода и отвода воды к жидкостным трубным доскам 26 приварены жидкостные бачки 32, имеющие входной и выходной патрубки. Емкость 22 для межсменного хранения воды и теплоаккумулирующее ядро 23 разделены пластиной 33 и слоем теплоизоляции.

Рисунок 9 - Принципиальная схема теплового аккумулятора фазового перехода

 

Система разогрева работает следующим образом.

Во время работы двигателя 1 отработавшие газы при открытой заслонке 8 и закрытой заслонке 10 направляются в теплоизолированный газовый трубопровод 7, а затем в газовые трубки 28 теплоаккумулирующего ядра. Проходя  газовый теплообменник, отработавшие газы отдают часть своей тепловой энергии теплоаккумулирующему веществу 30 и выбрасываются через одну из газовых крышек 31 в атмосферу. Теплоаккумулирующее вещество нагревается  до температуры плавления, равной 133^oC, плавится, претерпевая фазовый переход твердое тело жидкость и запасная тепловую энергию в виде скрытой теплоты плавления, а затем нагревается в жидкой фазе до температуры 250 300^oC. Время зарядки теплового аккумулятора 2 зависит от режима работы двигателя 1 и составляет в среднем 5 6 часов при температуре окружающей среды минус 40^oC.

После остановки двигателя  вода из его рубашки охлаждения сливается  в емкость 22 теплового аккумулятора 2 через заливную трубу 3 с открытым краном 45 вручную или заканчивается  в нее установленным на борту  машины ручным насосом (на фиг. 1, 2 он не показан). Благодаря теплоизоляции 24 теплоаккумулирующее вещество 30 в период межсменной стоянки, продолжительность которой при температуре окружающей среды минус 40^oC может достигать 24 - 36 часов в зависимости от скорости ветра, находится в расплавленном состоянии и имеет температуру к концу межсменного периода 220-250^oС, а находящаяся в емкости вода 80-90^oС.

Разогрев двигателя 1 осуществляется разрядкой теплового аккумулятора 2. Перед пуском двигателя после  межсменной стоянки открываются запорные 17, 18, воздушный кран 13 и закрывается спускной кран 19. При открытии краника 6 находящаяся в емкости вода по сливному трубопроводу 4 самотеком поступает в нижний жидкостной бачок 32 и из него в жидкостные трубки 29 теплоаккумулирующего ядра 23. Так как температура стенок трубок 29 жидкостного теплообменника выше 200^oC, то в результате теплообменника в нем образуется пароводяная смесь. При этом теплоаккумулирующее вещество 30 претерпевает обратимый фазовый переход жидкость твердое тело и отдает теплоносителю запасенную тепловую энергию, большая часть которой выделяется в виде скрытой теплоты кристаллизация. Заполнение рубашки охлаждения двигателя производится по трубопроводу 14 и трубопроводам 16, 15 через нагреватель масла 11. Находящийся при этом в системе воздух поднимается в расширительный бак 12 по трубопроводу 20 и удаляется через воздушный кран 13. При полном заполнении системы за счет разности плотностей теплоносителя в жидкостном теплообменнике теплового аккумулятора 2 и в рубашке охлаждения двигателя 1 возникает термосифонная циркуляция по следующему контуру: тепловой аккумулятор 2 - трубопровод подвода 14 водоотводная труба 21 и водяной радиатор двигателя 1 головки и блок основного и пускового двигателей трубопровод отвода 15 - нагреватель масла 11 трубопровод отвода 16 тепловой аккумулятор 2. Расширительный бак 12 воспринимает увеличивающийся объем теплоносителя. Время окончания разогрева контролируется оператором по показаниям установленных в кабине указателей температуры воды в системе охлаждения и масла в поддоне. При температуре окружающей среды минус 40^oC время разогрева двигателя составляет в среднем 15 мин.

По окончании разогрева  двигатель 1 запускается, закрываются  запорные краны 17, 18, открывается спускной кран 19 и из жидкостного теплообменника теплового аккумулятора 2, трубопроводов 14, 15, 16 и нагревателя масла 11 удаляется  находящаяся в них вода, которая  затем заливается по трубопроводу 3 в емкость 22.

 

 

Содержание 

 

 

1. Введение

 

2. ТАФП и грамотная организация системы подвода теплоты

 

3. Виды ТАФП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом тепловой аккумулятор фазового перехода – наиболее кардинальное решение проблемы предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания при отрицательных температурах окружающего воздуха.

Так же в отличии от предпусковых подогревателей, ТАФП не требует внешнего питания от электрической сети.

Однако, каждый ТАФП имеет свои достоинства и недостатки. Выбор того или иного аккумулятора будет зависеть от потребителя, исходя из массогабаритных показателей, характера применения и стоимости оборудования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Министерство сельского  хозяйства

Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Пензенская  ГСХА»

Кафедра «Ремонт машин»

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

на тему:

«ТЕПЛОВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА ДЛЯ  ТЕПЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ

АГРЕГАТОВ АВТОМОБИЛЕЙ»

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент 336 гр.

Проверил: канд. техн. наук, доцент

 

 

 

 

 

 

 

Пенза 2012