SU1732006A1

SU1732006A1 - Hydro-gas accumulator

Info

Publication number: SU1732006A1
Application number: SU904788491A
Authority: SU
Inventors: Александр Анатольевич Расновский; Александр Александрович Расновский
Original assignee: А.АН.Расистский и А.А.Расновский
Priority date: 1990-02-02
Filing date: 1990-02-02
Publication date: 1992-05-07

Abstract

Изобретение относитс к машиностроению , к гидравлическим системам, а конкретно к гидрогазовым аккумул торам, и может быть использовано, в частности, в объемных гидроприводах транспортных средств. Цель изобретени - повышение эффективности аккумул тора путем увеличени удельной объемной энергоемкости и уменьшени потерь накопленной энергии. Сущность изобретени : гидрогазовый аккумул тор, содержащий корпус, разделитель, установленный в корпусе с образованием газовой и жидкостной полостей, и теплообменник, снабжен дополнительной газовой полостью , установленной на корпусе, теплообменник заполнен теплоаккумулирующим рабочим телом и установлен внутри дополнительной газовой полости, а дополнительна газова полость сообщена с газовой полостью в корпусе аккумул тора посредством каналов теплообменника, при этом газова полость аккумул тора заполнена одноатомным газом, а в качестве теплоакку- мулирующего рабочего тела используют в- во с фазовым переходом в диапазоне рабочих температур аккумул тора. 3 ил.The invention relates to mechanical engineering, to hydraulic systems, and specifically to hydro-gas batteries, and can be used, in particular, in volumetric hydraulic drives of vehicles. The purpose of the invention is to increase battery efficiency by increasing the specific volume energy intensity and reducing the accumulated energy losses. SUMMARY OF THE INVENTION: A hydro gas accumulator comprising a housing, a separator mounted in the housing to form gas and liquid cavities, and a heat exchanger is provided with an additional gas cavity mounted on the housing, the heat exchanger is filled with an accumulating working fluid and installed inside the additional gas cavity, and the additional gas cavity communicated with the gas cavity in the battery case through the heat exchanger channels, while the gas cavity of the battery is filled with a monatomic gas And teploakku- be stated as a working fluid used in the in-phase change in the operating temperature range of the battery. 3 il.

Description

Изобретение относитс к машиностроению , к гидравлическим системам, а более, конкретно к гидрогазовым аккумул торам, и может быть использовано, например, в объ- емных гидроприводах транспортных средств.The invention relates to mechanical engineering, to hydraulic systems, and more specifically to hydro-gas batteries, and can be used, for example, in the bulk hydraulic drives of vehicles.

Известен гидрогазовый аккумул тор, используемый в гидросистемах с гидромашинами объемного типа, который представл ет собой сосуд высокого давлени , снабженный разделителем-поршнем или эластичной мембраной.A hydrogas accumulator is known that is used in hydraulic systems with volumetric type hydraulic machines, which is a high pressure vessel equipped with a separator-piston or an elastic membrane.

Недостатком аккумул тора вл етс низка удельна объемна энергоемкость и потер части накопленной энергии из-за остывани газа в паузе между зар дкой и разр дкой ,The disadvantage of the battery is the low specific volume energy consumption and the loss of part of the accumulated energy due to the cooling of the gas in the pause between charge and discharge,

Известен гидрогазовый аккумул тор, газова полость которого заполнена вспененным пластиком, в порах которого содержитс рабочий газ. При использовании газовой смеси, мен ющей свое агрегатное состо ние в процессе зар дки-разр дки, рабочий цикл приближаетс к изобарному. Если в пластик введено вещество, плав щеес в диапазоне рабочих температур аккумул тора , например парафин, рабочий процесс будет приближатьс к изотермическому, чему способствует развита теплообменна поверхность пор.A hydrogas accumulator is known, the gas cavity of which is filled with foamed plastic, in the pores of which there is a working gas. When using a gas mixture that changes its state of aggregation during the charge-discharge process, the working cycle approaches the isobaric one. If a substance is melted into the plastic in the operating temperature range of the battery, for example paraffin, the working process will approach the isothermal one, which is facilitated by the developed heat exchange surface of the pores.

Недостатком аккумул тора вл етс низка надежность и мала долговечность из-за многократной деформации пористого пластика с изменением объема в несколько раз, что неизбежно приведет к разрушению части пор, объединению их в более крупные, газ в которых начнет нагреватьс до температуры выше расчетной. Этому будет споVIThe disadvantage of the battery is low reliability and low durability due to repeated deformation of porous plastic with a change in volume several times, which will inevitably lead to the destruction of part of the pores, combining them into larger ones, the gas in which will begin to heat up to the calculated temperature. This will be spy

СОWITH

ю о о оyoo oh oh oh

собствовать хороша теплоизол ци окружающим вспененным материалом, способствующа лавинообразному развитию процесса разрушени .to provide good thermal insulation with the surrounding foam material, contributing to the avalanche-like development of the destruction process.

Известен гидрогазовый аккумул тор, содержащий корпус, эластичную мембрану, установленную в корпусе с образованием газовой и жидкостной полостей, и теплообменник . Теплообменник отводит тепло из газовой полости во внешнее пространство в процессе зар дки аккумул тора и подводит тепло при разр дке.A hydraulic gas accumulator is known, comprising a housing, an elastic membrane installed in the housing to form gas and liquid cavities, and a heat exchanger. The heat exchanger removes heat from the gas cavity to the outer space during the charging process of the battery and supplies heat during discharge.

Однако изменение размеров и формы газовой полости при работе аккумул тора не позвол ет развить теплообменную поверхность и увеличить интенсивность теплообмена . Поэтому трудно приблизитьс к изотермическому рабочему процессу. Внешнее теплообменное устройство увеличивает габариты аккумул тора. Отводима из газовой полости в виде тепла энерги бесполезно тер етс , а дл увеличени отдаваемой энергии при разр дке потребуетс дополнительный нагреватель, причем КПД процесса расширени будет невысок из-за того, что в гидроаккумул торах целесообразно использовать лишь небольшие степени расширени газа.However, a change in the size and shape of the gas cavity during battery operation does not allow for the development of a heat exchange surface and an increase in the heat exchange rate. Therefore, it is difficult to approach an isothermal workflow. External heat exchanging device increases the size of the battery. The energy withdrawn from the gas cavity as heat is uselessly lost, and an additional heater is required to increase the energy output when discharging, and the efficiency of the expansion process will be low due to the fact that only a small amount of gas expansion is advisable in hydroaccumulators.

Целью изобретени вл етс повышение эффективности аккумул тора путем увеличени удельной объемной энергоемкости и уменьшени потерь накопленной энергии.The aim of the invention is to increase the efficiency of the battery by increasing the specific volume energy intensity and reducing the loss of stored energy.

Поставленна цель достигаетс тем, что гидрогазовый аккумул тор, содержащий корпус, разделитель, установленный в корпусе с образованием газовой и жидкостной полостей, итеплообменник, снабжен дополнительной газовой полостью, установленной на корпусе, теплообменник заполнен теплоаккумулирующим рабочим телом и установлен внутри дополнительной газовой полости, а дополнительна газова полость сообщена с газовой полостью в корпусе аккумул тора посредством каналов теплообменника , при этом газова полость аккумул тора заполнена одноатомным газом , а в качестве теплоаккумулирующего рабочего тела использовано вещество с фазовым переходом в диапазоне рабочих температур аккумул тора.The goal is achieved by the fact that the hydro gas accumulator, comprising a housing, a separator installed in the housing to form gas and liquid cavities, and a heat exchanger, is provided with an additional gas cavity installed on the housing, the heat exchanger is filled with an accumulating working fluid, and an additional the gas cavity communicates with the gas cavity in the battery case through the heat exchanger channels, while the gas cavity of the battery is filled with one Atomic gas, and a substance with a phase transition in the range of operating temperatures of the battery was used as the heat-accumulating working medium.

Изобретение по сн етс фиг.1-3.The invention is illustrated in FIGS. 1-3.

Описываемый аккумул тор содержит корпус 1 с мембраной 2, штуцером 3 дл входа и выхода жидкости. На корпусе установлена дополнительна газова полость 4 с зар дным газовым клапаном 5. Внутри дополнительной полости размещен теплообменник 6 с ребрами 7 на внешней поверхности . По торцам теплообменник снабжен трубными досками или опорными решетками 8, между которыми размещено теплоак- кумулирующее рабочее тело и каналы 9 дл прохода газа. Рабочее тело и каналы могут быть выполнены различным образом: .либоThe described battery includes a housing 1 with a membrane 2, a fitting 3 for inlet and outlet of a liquid. An additional gas cavity 4 with a charging gas valve 5 is installed on the housing. Inside the additional cavity there is a heat exchanger 6 with fins 7 on the outer surface. At the ends, the heat exchanger is provided with tube plates or support grids 8, between which a heat-accumulating working fluid and channels 9 for the passage of gas are placed. The working body and the channels can be made in various ways:

в виде отдельных герметичных элементов, заполненных рабочим телом и размещенных между опорными решетками, либо в виде трубок, герметично закрепленных в трубных досках и окруженных рабочим телом .in the form of separate hermetic elements filled with working fluid and placed between support grids, or in the form of tubes hermetically fixed in tube plates and surrounded by working fluid.

Гидрогазовый аккумул тор работает следующим образом.Hydraulic battery works as follows.

При разр дке жидкость из гидросистемы поступает через штуцер 3 в жидкостнуюWhen discharging, the fluid from the hydraulic system enters through the nozzle 3 into the liquid

полость, прогиба мембрану 2, вследствие чего газ вытесн етс в дополнительную полость 4. При этом давление и температура газа возрастают. Нагретый газ, протека по каналам 9, имеющим развитую теплообменную поверхность, отдает тепловую энергию теплоаккумулирующему рабочему телу. Теплообмену с газом, наход щимс в дополнительной полости 4, способствуют ребра 7. Ребра могут иметь полости, заполненныеthe cavity, the deflection of the membrane 2, as a result of which the gas is forced into the additional cavity 4. At the same time, the pressure and temperature of the gas increase. The heated gas, flowed through the channels 9, which have a developed heat exchange surface, transfers thermal energy to the heat accumulating working fluid. The heat exchange with the gas in the additional cavity 4 is facilitated by the fins 7. The fins may have cavities filled

теплоаккумулирующим рабочим телом. Благодар интенсивному теплообмену рабочий процесс аккумул тора близок к изотермическому , причем часть энергии оказываетс запасена в виде давлени газа, а часть вheat storage working fluid. Due to intensive heat exchange, the battery's working process is close to isothermal, with some of the energy being stored in the form of gas pressure, and some in

виде тепла в теплоаккумулирующем рабочем теле. Рабочий процесс наиболее изотер- мичен п-ри посто нной температуре теплообменника 6. Поэтому целесообразно выбрать в качестве рабочего тела вещество,the form of heat in the heat-accumulating working body. The working process is most isothermal with a constant temperature of the heat exchanger 6. Therefore, it is advisable to choose a substance as

имеющее в диапазоне рабочих температурhaving a range of operating temperatures

фазовый переход - плавление или кипение.phase transition - melting or boiling.

При разр дке аккумул тора процессWhen the battery is discharged, the process

протекает в обратном пор дке: жидкостьflows in reverse order: liquid

выводитс в гидросистему, где расшир етс , охлаждаетс , отбираетс тепло от тепло- обменника, благодар чему давление понижаетс медленнее, чем при политропическом расширении, следовательно , совершаема механическа is brought out into the hydraulic system, where it expands, cools, heat is removed from the heat exchanger, so that the pressure decreases more slowly than during polytropic expansion, therefore, the performed mechanical

работа увеличиваетс . Уравнение механической работы политропного процесса А P0V0(1 - 1/ ь)/(к- 1), где Ро - начальное давление газа; V0 - полный объем основной и дополнительной газовыхwork increases. The equation of the mechanical work of the polytropic process is A P0V0 (1 - 1 / ь) / (k-1), where Ro is the initial gas pressure; V0 - the total volume of the main and additional gas

полостей; к- показатель политропы, Ј - степень сжати . Отсюда видно, что при (изотермический процесс) степень сжати , при которой механическа работа максимальна, стремитс к г - 2,72cavities; K-polytropic index, Ј - degree of compression. This shows that at (isothermal process) the degree of compression at which the mechanical work is maximum, tends to r - 2.72

(основание натуральных логарифмов). При к 1 максимальна работа соответствует меньшим степен м сжати . Полна работа процесса, учитывающа изменение температур газа L А к , следовательно, при(base of natural logarithms). With k 1, the maximum work corresponds to lower degrees of compression. The process is fully operational, taking into account the change in the gas temperature L And K, therefore, when

использовании одноатомных газов (аргона, гели : /е-4 ,67-1,5) дол энергии, накопленна в виде тепла, будет больше, чем в случае применени двуатомных газов (воздуха, азота:/с 1,4-1,3). При Ј -v 2,5-3 изотермический процесс обеспечивает увеличение энергоемкости гидрогазового аккумул тора более чем в 1,5 раза по сравнению с политропическим .the use of monatomic gases (argon, gels: / e-4, 67-1.5), the share of energy accumulated in the form of heat will be greater than in the case of the use of diatomic gases (air, nitrogen: / s 1.4-1.3 ). When Ј -v 2.5-3, the isothermal process provides an increase in the energy intensity of a hydro gas battery by more than 1.5 times compared with a polytropic one.

При использовании газопаровых смесей , приближающих рабочий процесс к изо- барно-изотермическому, можно еще больше увеличить э ергоемкость аккумул тора .When using gas-vapor mixtures that approximate the working process to iso-bar-isothermal, the capacity of the battery can be further increased.

Форма дополнительной газовой полости может выбиратьс с учетом уменьшени внешней поверхности. Размещение теплообменника внутри нее улучшает теплоизол цию аккумулированного тепла и в сочетании с почти посто нной температурой в процессе работы обеспечивает лучшее сохранение накопленной энергии.The shape of the additional gas cavity can be chosen in view of the reduction of the outer surface. Placing the heat exchanger inside it improves the thermal insulation of the accumulated heat and, in combination with an almost constant temperature during operation, provides better conservation of stored energy.

Основной областью применени предложенного гидрогазового аккумул тора вл ютс гидросистемы с более широким диапазоном рабочих давлений, чем обычно прин то, когда Ј 1,2-1,3. Такие гидросистемы могут, например, использоватьс дл рекуперации энергии торможени движущихс масс - транспортных средств, экскаваторов , прокатных станов и т.п. При торможении и последующем разгоне гидросистема реализует в несколько раз большую мощность, чем при установившемс движении , следовательно, уровень давлени в эти периоды должен быть увеличен. Это позволит реализовать в аккумул торе большую степень сжати The main area of application of the proposed hydro-gas accumulator is hydraulic systems with a wider range of operating pressures than is usually accepted when 1.2-1.3. Such hydraulic systems may, for example, be used to recover the braking energy of moving masses — vehicles, excavators, rolling mills, and the like. During braking and subsequent acceleration, the hydraulic system realizes several times more power than during steady motion, therefore, the pressure level during these periods must be increased. This will allow a greater degree of compression in the battery

При характерном, например, дл транспортных средств диапазоне температур в двигательном отсеке 90-95°С теплоаккуму- лирующкм рабочим телом может быть водаWith a characteristic, for example, for vehicles, temperature range in the engine compartment of 90-95 ° C, the heat storage battery may be water

(теплота испарени при 100°С более 2 МДж/кг) или натрий (теплота плавлени при 98°С более 0,11 МДж/кг). Ценой некоторого снижени теплоты фазового перехода можно мен ть при необходимости температуру(heat of evaporation at 100 ° C more than 2 MJ / kg) or sodium (heat of fusion at 98 ° C more than 0.11 MJ / kg). At the cost of some reduction in the heat of phase transition, the temperature can be changed if necessary.

перехода с помощью добавок, например сплавл натрий с калием, смешива воду со спиртом.transition using additives, such as fusion sodium with potassium, mixing water with alcohol.

Claims

Along with the energy saving, the proposed hydro-gas accumulator contributes to the expansion of the field of application of the volumetric hydraulic drive, the improvement of technical, economic and operational indicators of transport and other machines,

A hydropneumatic accumulator comprising a housing, a separator installed in the housing by forming gas and liquid cavities, and a heat exchanger characterized in that, in order to increase

efficiency by increasing the specific volume of energy and reducing the accumulated energy losses, it is equipped with an additional gas cavity mounted on the housing, the heat exchanger

filled with heat-accumulating working fluid and installed inside the additional gas cavity, and the additional gas cavity is connected to the gas cavity in the battery housing by means of channels

heat exchanger, while the gas cavity of the battery is filled with a monatomic gas, and a substance with a phase transition in the range of workers is used as the heat-accumulating working fluid

battery temperatures.

eight

Riga.1

Rig.2

Isotherm UL / ECKUIJ process