FI127612B - Mäntäpaineakku - Google Patents

Abstract

Keksinnön kohteena on mäntäpaineakku (1), johon kuuluu: runko (2); mäntä (3; 30), joka on järjestetty liikkumaan rungon (2) suhteen rungon (2) sisäpuoliseen tilaan. Tila on jaettu ainakin kahteen osatilaan (4 ja 5), joista ensimmäiseen osatilaan (4) on syötettävissä ulkoisen järjestelmän hydraulineste ja toiseen osatilaan (5) on järjestetty painekaasu. Männän (3; 30) ja rungon (2) väliin on järjestetty liukuelementti (2a; 2b’), jonka varassa mäntä (3) on tuettu liikkumaan matkan päähän ensimmäisen osatilan (4) sisäpinnasta (4a) ja toisen osatilan sisäpinnasta (5a). Mäntäpaineakkuun (1) on järjestetty ainakin yksi regeneraattori (7a;7b;8), joka on rungon (2) tai männän (3) suhteen liikkumaton.

Description

Mäntä paineakku

Keksinnön kohteena on mäntäpaineakku, johon kuuluu: pitkänomainen runko; mäntä, joka on järjestetty liikkumaan rungon pituussuunnassa rungon sisäpuoliseen ti5 laan; joka mainittu tila on jaettu ainakin kahteen osatilaan, joista ensimmäiseen osatilaan on syötettävissä ulkoisen järjestelmän hydraulineste ja toiseen osatilaan on järjestetty painekaasu.

Paineakkuja käytetään tyypillisesti osana jonkin hydraulisen järjestelmän hydraulisen 10 energian talteenottojärjestelmää parantamaan hydraulisen järjestelmän kokonaishyötysuhdetta. Hydraulinen energia varastoituu paineakkuun puristamalla hydraulisen järjestelmän hydraulinesteen välityksellä paineakun kaasua, joka sijaitsee paineakun toisessa osatilassa. Puristusvaiheessa kaasun lämpötila nousee. Nykyisin tunnetaan rakenteeltaan erilaisia paineakkuja, joista voidaan mainita kalvoakut, rak15 koakut ja mäntäakut. Niiden perusrakenne ja -toiminta on kaikissa sama eli rungon sisällä on kaksi osatilaa, joista ensimmäiseen osatilaan tuodaan hydraulineste toisessa osatilassa sijaitsevan kaasun puristamiseksi. Kalvo-ja rakkoakun toiminta perustuu tilojen välisen kalvon tai rakon muodonmuutokseen, joka puristusvaiheessa sallii toisen osatilan tilavuuden pienenemisen (kaasun puristumisen). Näitä käytet20 tään tyypillisesti hydraulijärjestelmien paineenvaihteluiden tasaamiseen

Mäntäakussa on puolestaan rungon sisäpintaa vasten hydraulinesteen tuottaman voiman välityksellä liukuva mäntä, joka jakaa myös rungon sisäpuolisen tilan kahteen edellä mainittuun osatilaan.

Nykyisissä paineakuissa puristusvaiheessa syntynyt lämpö pyrkii ja alkaa virrata paineakusta ympäristöön. Tämä muodostaa paineakun hyötysuhdetta laskevan tekijän. Etenkin rakko- ja kalvoakuissa tämän haitan poistaminen on vaikeaa kalvon tai rakon muodon muutosten takia. Tiedetään, että rakkoakuissa käytetään kaasutilassa 30 vaahtomaista ainetta, jolla on lämpöä varaava ominaisuus kuten internetin sivulla:

http://www.hvdac.com.au/www.hvdac.com.au/news technews bladderwithfoam.as px on esitetty. Tässä ratkaisussa lämmön siirryttyä sekä kaasuun, että vaahtomaiseen materiaaliin, alkaa puristusvaiheessa muodostunut lämpö siirtyä vapaasti ympäristöönsä eli rakkoa ympäröivään hydraulinesteeseen. Mäntäpaineakuissa tunne35 taan julkaisusta US 8201582 B2 toisen osatilan pään ja männän väliin järjestetyt

20146065 prh 28 -02- 2017 männän liikkeen sunnassa aukeavat yhteen liitetyt levyelementit, jotka toimivat kokoonpuristuvana regeneraattorina. Julkaisun eräässä suoritusmuodossa (kuvio 3) on esitetty toisen osatilan sisäpintaan järjestetty eristävä kerros, johon kukin levyelementti on kiinnitetty. Männässä on myös värähtelynvaimentimena toimivat palkeet, jotka rakenteestaan ja sijoituksestaan (suorassa kosketuksessa hydraulinesteeseen) johtuen siirtävät epäedullisesti kaasun lämpöä suoraan ensimmäisen osatilan hydraulinesteeseen ja edelleen ympäristöön. Tällainen rakenne, jossa monimutkainen kokoonpuristuva regeneraattori on kosketuksissa ja liikkeessä suhteessa moniin elementteihin, kuten runkoon, mäntään ja muotoaan muuttavaan eristeeseen, on altis vaurioille. Lisäksi tämä asettaa rungon koko sisäpinnan ja männän ulkopinnan laadulle suuria vaatimuksia, mikä puolestaan nostaa valmistuskustannuksia. Tämän lisäksi mäntäpaineakkuja tunnetaan myös seuraavista julkaisuista US 2817361 A, US 2790462 A sekä DE 3333597 AI.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaan saada mäntäpaineakku, jossa edellä mainitut haittakohdat saadaan poistettua tai ainakin olennaisesti vähennettyä. Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan mäntäpaineakku, jossa aiempaa kustannustehokkaammalla rakenteella voidaan tehokkaammin säilyttää toiseen osatilaan syntynyt lämpöjä vapauttaa se oikealla hetkellä, esimerkiksi purkuvaiheessa.

Edellä mainittu keksinnön tarkoitus savutetaan keksinnön mukaisesti siten, että männän ja rungon väliin on järjestetty liukuelementti, jonka varassa mäntä on tuettu liikkumaan matkan päähän ensimmäisen osatilan sisäpinnasta ja toisen osatilan sisäpinnasta, ja että mäntäpaineakkuun on järjestetty ainakin yksi regeneraattori, 25 joka on rungon tai männän suhteen liikkumaton.

Tällaisella mäntäpaineakulla saavutetaan se, että toiseen osatilaan (runkoon) sekä mäntään voidaan aiempaa yksinkertaisemmalla rakenteella liittää regeneraattori, esimerkiksi liikkuvan männän ja rungon sisäpinnan väliin koska mäntä on erillään (ei 30 kosketuksessa) rungosta. Mäntäpaineakun keksinnön mukaisella rakenteella vältetään rungon sisäpintojen kallis työstäminen liukupinnaksi mäntää varten, eikä sitä näin ollen tarvitse viimeistellä.

20146065 prh 28 -02- 2017

Keksinnön edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa. Niissä on esitetty sellaisia lisäpiirteitä, joilla keksinnön mukaisen mäntäpaineakun toimivuutta ja hyötysuhdetta on parannettu.

Seuraavaksi keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joista:

Kuvio 1 esittää poikkileikkausta keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesta mäntäpaineakusta, joka on varustettu uppomännällä, ja 10

Kuvio 2 esittää poikkileikkausta keksinnön erään toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesta mäntäpaineakusta,

Kuvio 3 esittää poikkileikkausta keksinnön erään kolmannen edullisen suori15 tusmuodon mukaisesta mäntäpaineakusta, joka on varustettu laajennetulla rungolla ja männällä, ja

Kuvio 4 esittää poikkileikkausta keksinnön erään neljännen edullisen suoritusmuodon mukaisesta mäntäpaineakusta, joka on varustettu lämmön20 vaihtimella ja jäähdytysvälineillä.

Kuviossa 1 on siis esitetty keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukainen mäntäpaineakku, jota on merkitty viitenumerolla 1. Mäntäpaineakkuun 1 kuuluu tässä suoritusmuodossa pitkänomainen runko 2, jonka seinämät rajaavat sisäpuoli25 sen tilan. Tilaan on järjestetty mäntä, jonka runkoa on merkitty viitenumerolla 3.

Mäntä 3 on tässä suoritusmuodossa pitkänomainen ontto holkkimainen elementti, joka on ensimmäisestä päästään umpinainen. Mäntä on tässä siis poikkileikkaukseltaan rengasmainen, mutta muoto ei välttämättä rajoitu siihen. Poikkileikkaus voi olla esimerkiksi myös neliö tai suorakaide. Myös rungon 2 poikkileikkausmuoto voi poike30 ta vastaavasti.

Männän 3 ja rungon 2 väliin on järjestetty keksinnön mukainen liukuelementti 2b, jonka varassa mäntä 3 on tuettu liikkumaan tilassa. Kuviossa 1 esitetty mäntäpaineakun 1 rakenne on näin ollen männän osalta uppomäntä. Liukuelementti voi 35 muodostua yhdestä tai useammasta rungon pituussuuntaan peräkkäin sovitetusta

20146065 prh 28 -02- 2017 rengasmaisesta liukulaakerielementistä 2b. Liukuelementti 2b on järjestetty tässä rungon 2 suhteen liikkumattomaksi, mutta se voidaan järjestää myös männän 3 suhteen liikkumattomaksi. Kuviossa 1 on esitetty kaksi liukulaakerielementtiä.

Edelleen männän 3 ja rungon 2 väliin on järjestetty tiivistyselementti 2c tai jokin muu vastaava tiivistyksen muodostava elementti, joka jakaa tilan yhdessä männän 3 kanssa rungon 2 pituussuunnassa kahteen osatilaan 4 ja 5. Tässä tiivistyselementti 2c on järjestetty liikkumattomaksi rungon 2 suhteen, joten tiivistyspinta jää männän 3 ulkopinnan 3'yhteyteen.

Näistä ensimmäinen osatilaan 4 on syötettävissä hydraulineste rungon 2 yhteyteen järjestetyn yhteen 2a kautta. Hydraulinesteen lähde on tyypillisesti jokin ulkoinen järjestelmä, jossa on hydraulipiiri, johon mäntäpaineakku 3 on yhteydessä. Toiseen osatilaan 5 on järjestetty painekaasu. Edelleen onton männän 3 seinämien sisäpuo15 linen tila muodostaa tässä suoritusmuodossa kolmannen osatilan 6, joka on yhteydessä toiseen osatilaan 5. Näin ollen myös kolmas osatila 6 sisältää samassa paineessa olevaa painekaasua kuin toinen osatila 5. Painekaasu on kokoonpuristuvaa kaasua. Tämä kokoonpuristuminen tapahtuu, kun ulkoisesta järjestelmästä syötetään kokoonpuristumatonta tai olennaisesti kokoonpuristumatonta hydraulinestettä 20 ensimmäiseen osatilaan 4. Tämän seurauksena mäntä 3 tai muu vastaava elementti liikkuu (kuviossa 1 oikealle) pienentäen toisen osatilan 5 ja kolmannen osatilan 6 yhteistä tilavuutta. Tämän seurauksena myös painekaasu lämpenee toisessa ja kolmannessa osatilassa 5 ja 6.

Mäntään 3 kuuluu keksinnön edullisessa suoritusmuodossa ensimmäinen eristävä kerros, jota on merkitty viitenumerolla 10a. Ensimmäinen eristävä kerros 10a on järjestetty edullisesti männän 3 seinämien sisäpinnan yhteyteen peittämään männän 3 koko sisäpinta.

Keksinnön mukaiseen mäntäpaineakkuun 3 on järjestetty ainakin yksi regeneraattori, joka on rungon 2 tai männän 3 suhteen liikkumaton. Kuviossa 1 on esitetty kaksi regeneraattoria 7a ja 7b, jotka voivat olla toistensa vaihtoehtoja tai niitä voidaan soveltaa keksinnön mukaisessa mäntäpaineakussa 3 samanaikaisesti. Mainittakoon, että nämä ovat vain esimerkkejä regeneraattorien muodoista, eikä keksintö rajoitu näihin muotoihin ja sijainteihin. Regeneraattori 7a esittää siis erästä ratkaisua sellai

20146065 prh 28 -02- 2017 sei le regeneraattorille, joka on rungon 2 suhteen liikkumaton. Pitkänomainen regeneraattori 7a on kiinnitetty rungon 2 päätyyn ja se on järjestetty ulottumaan matkan verran kolmanteen osatilaan 6. Tällöin mäntään 3 järjestetty ensimmäinen eristävä kerros 10a ainakin osittain ympäröi regeneraattoria 7a. Männän 3 siirtyessä kuviossa 1 oikealle, ympäröi vastaavasti ensimmäinen eristävä kerros 10a pidemmältä matkalta regeneraattoria. Regeneraattori 7a ja/tai mäntä 3 voidaan muodostaa pituudeltaan myös sellaiseksi, että eristävä kerros 10a ympäröi sitä vain puristusvaiheessa eli hydraulisen paineen siirtäessä mäntää 3 (kuviossa 1 oikealle). Regeneraattorin 7a rakenne ja/tai materiaali on sellaista, että kolmannessa osatilassa

6 oleva painekaasu voi virrata regeneraattoriin 7a ja tarvittaessa regeneraattorin 7a läpi toiseen osatilaan 5.

Regeneraattorin 7a vaihtoehtona tai lisäksi mäntäpaineakussa 1 voi olla regeneraattori 7b, joka on männän 3 suhteen liikkumaton. Kuviossa 1 on esitetty regeneraatto15 h 7b, jolla on ontelomainen rakenne ja se on järjestetty eristävän kerroksen 10a yhteyteen siten, että regeneraattori 7b peittää ensimmäisen eristävän kerroksen 10a kokonaan. Tällöin mäntäpaineakun 1 ollessa puristuneessa tilassa, rungon 2 suhteen liikkumaton regeneraattori 7a (mikäli sellainen on) on siirtynyt männän 3 suhteen liikkumattoman regeneraattorin 7b onteloillaan. Regeneraattorin 7b onteloilla muo20 dostaa tässä suoritusmuodossa kolmannen osatilan 6. Männän 3 eristekerros 10a voidaan vaihtoehtoisesti jättää pois ja valinnaisesti korvata esimerkiksi paksummalla kerroksella regeneraattorimateriaalia, jolloin regeneraattorilla 7b on suurempi massa ja lämpökapasiteetti.

Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa toisen osatilan 5 rajaama rungon 2 sisäpinta on varustettu toisella eristävällä kerroksella 10b. Tämä voidaan toteuttaa siten, että toinen eristekerros 10b on kiinnitetty liikkumattomasti rungon 2 suhteen runkoon 2. Tämän mahdollistaa erityisen edullisesti se, että mäntä 3 on tuettu liikkumaan liukuelementtien 2b avulla matkan päähän ensimmäisen osatilan 4 sisäpinnas30 ta 4a ja toisen osatilan 5 sisäpinnasta 5a. Näin ollen toiselle eristävälle kerrokselle jää, toisin kuin ennestään tunnetuissa ratkaisuissa, männän 3 ja sisäpinnan 4a väliin tila 0oka on siis tässä osa toista osatilaa 5), johon toinen eristävä kerros 10b voidaan rungon 2 sisäpuolelle helposti sovittaa.

20146065 prh 28 -02- 2017

Kuviossa 1 nähdään edelleen eräs toinen suoritusmuoto toiselle regeneraattorille, joka on rungon 2 suhteen liikkumaton. Toista regeneraattoria on merkitty viitenumerolla 8 ja se on tässä järjestetty halutun paksuiseksi kerrokseksi eristävän kerroksen 10b ympärille. Mainittakoon, toinen eristävä kerros 10b ei ole keksinnön mukai5 sen mäntäpaineakun 1 toiminnan kannalta välttämättömyys, joten toinen regeneraattori 8 voidaan järjestää valinnaisesti suoraan rungon 2 toisen osatilan 5 sisäpinnan 5a yhteyteen. Tämän mahdollistaa se, että mäntä 3 on tuettu liikkumaan keksinnön mukaisesti liukuelementtien 2b avulla matkan päähän ensimmäisen osatilan 4 sisäpinnasta 4a ja toisen osatilan 5 sisäpinnasta 5a.

Keksinnön mukaisen mäntäpaineakun uppomäntärakenne mahdollistaa erilaisten materiaalien käytön regeneraattoreissa. Materiaalina voidaan käyttää esimerkiksi metallia, keräämiä, komposiittia ja/tai polymeeriä. Myös faasimuutokseen perustavaa materiaalia, kuten parafiinia voidaan käyttää. Lisäksi regeneraattoreiden raken15 ne voi olla edullisesti sintrattu, verkkomainen, kuitumainen, raemainen ja/tai vaahtomainen. Rakenteeltaan muunlaisia regeneraattoreita on mahdollista toteuttaa.

Tällaisten rakenteiden tarkoituksena on aikaan saada rungon 2 sisäpuoliseen tilaan erityisesti toiseen osatilaan 5 haluttuihin kohtiin lämpökapasiteetiltaan, mutta myös lämmönsiirtokyvyltään riittävä regeneraattori. Erityisesti toisen osatilan 5 kaasuun, 20 kuten myös kolmannen osatilan 6 kaasuun yhteydessä olevan regeneraattorin pintaala tulee olla suuri verrattuna toisen osatilan sisäpinnan 5a pinta-alaan. Tarkoitus on kerätä kaasusta mahdollisimman tarkoin puristusvaiheen aikana kehittyvä lämpöjä luovuttaa se purkuvaiheen eli paisuntavaiheen aikana takaisin kaasuun. Samalla estetään tehokkaasti lämmön virtaukset rungon suuntaan sitomalla lämpö sekä hi25 dastamalla ja estämällä tarkoituksenmukaisen rakenteensa ja materiaaliensa avulla lämmön virtaus runkorakenteeseen. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella mäntäpaineakun rakenteella erityisen hyvin, koska mäntä 3 ei estä regeneraattorien sijoittelua erityisesti toisessa osatilassa 5. Keksinnön mukaisella rakenteella saavutetaan regeneraattorin tai regeneraattoreiden materiaalista ja rakenteesta 30 riippuen regeneraattorille noin 10-1000 kertainen pinta-ala verrattuna sisäpintaan

5a, regeneraattorin tai regeneraattoreiden lämpökapasiteetin kuitenkin ollessa riittävä kaasuun syntyneen lämmön talteenottamiseksi. Regeneraattorin pinta-ala suhteessa sisäpintaan 5a voi kuitenkin poiketa tästä.

20146065 prh 28 -02- 2017

Edelleen keksinnön mukaisessa mäntäpaineakussa 1 regeneraattori 7a, 7b, 8 voidaan muodostaa rakenteeltaan ja materiaalivalinnoilla lämmönsiirtimeksi tai lämmönsiirtimen omaiseksi. Siten regeneraattori 7a; 7b; 8 toimii myös elementtinä, joka luovuttaa siihen varastoituneen lämmön halutulla tavalla. Tällöin regeneraattori tai lämmönsiirrin sallii painekaasun puristusvaiheessa regeneraattorille 7a; 7b; 8 varastoituneen lämpöenergian vapautumisen viimeistään mäntäpaineakun 1 purkuvaiheen päättyessä. Tyypillisesti purkuvaiheen kesto on 1-60 sekuntia, mutta voi sovelluksesta ja mäntäpaineakun kapasiteetista riippuen poiketa edellä annetusta aikavälistä ollen esimerkiksi 0,5-600 sekuntia. Luonnollisesti regeneraattori tai lämmönsiirto rin voidaan muodostaa siten, että se luovuttaa lämpöenergiaa vielä purkuvaiheen päättymisen jälkeen.

Kuviossa 1 on esitetty pitkänomainen mäntä, jonka liikkeensuuntainen pituus on noin 2,7 kertainen verrattuna pituussuuntaan nähden poikittaiseen leveyteen, tässä 15 tapauksessa poikkileikkaukseltaan pyöreän männän ulkohalkaisijaan. Kuviossa 3 on esitetty rakenteeltaan vastaavanlainen mäntäpaineakku kuin kuviossa 1, mutta sen männän 3 pituuden suhde poikittaissuuntaiseen leveyteen eli halkaisijaan on pienempi ollen noin 1,4. Kuviosta 3 nähdään, että rungon 2 mitoituksen seuratessa männän leveyttä, toisen osatilan 5 ja kuviossa 3 esitetyn valinnaisen kolmannen osatilan 6 tilavuus kasvaa huomattavasti suhteessa osatilan 5 sisäpinnan 5a 0oka on lämmönsiirtopinta-ala) suhteen. Tällöin saadaan rungon 2 sisäpuoliseen tilaan vieläkin paremmat mahdollisuudet varustaa painemäntäakku 1 tarpeellisella regeneraattorien 7a, 7b, 8 määrällä. Toisin sanoen regeneraattorien massa halutun lämmön talteen oton saavuttamiseksi on riittävä. Esimerkiksi onton männän 3 sisäpuoliseen kolmanteen osatilaan 6 voidaan tuoda useampia kerroksia regeneraattoreita 7b. On edullista, että mäntä 3 on liikkeen suuntaiselta pituudeltaan 0,01-1000 kertainen poikittaissuuntaiseen leveyteensä verrattuna. Näin ollen regeneraattorilla 7b varustetun keksinnön mukaisen männän 3 leveys voi olla jopa suurempi kuin sen liikkeen suuntainen pituus. Yleisesti ottaen tällaisella uppomäntä- tai kelluvamäntäratkaisulla voidaan toteuttaa kustannustehokkaasti todella suuria ja rakenteeltaan kestäviä mäntäpaineakkuja, koska sen rakenne ei vaadi männän 3 ulkopintaa lukuun ottamatta täysin viimeisteltyjä pintoja eikä rungon 2 ja männän 3 välillä ole liikkuvia osia.

20146065 prh 28 -02- 2017

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön eräs toinen edullinen suoritusmuoto, jossa liukuelementti, jota on merkitty viitenumerolla 2b', poikkeaa rakenteeltaan kuvioissa 1 ja 3 esitetyistä rengasmaisista liukulaakerielementeistä 2b. Kuviossa 2 on esitetty lähinnä olennaiset piirteet kyseisen suoritusmuodon ymmärtämiseksi. Kuviosta 2 nähdään, että liukuelementti 2b' on edullisesti ohutseinäinen putki. Putki 2b' ulottuu edullisesti männän 30 liikkeen suunnassa olennaisesti kokonaan tai kokonaan rungon 2 sisäpuolisen tilan matkalle. Putken 2b' sisäpinta muodostaa tässä liukupinnan, jonka varaan mäntä 30 tukeutuu liikkuessaan rungon 2 sisäpuolisessa tilassa. Mäntä 30 on kuvattu tässä perinteisen mäntäakun mukaiseksi männäksi, mutta se voi olla rakenteeltaan myös kuviossa 1 esitetyn mukainen mäntä 3. Parhaan mahdollisen toiminnan takaamiseksi liukuelementin 2b' materiaali on ominaislämpökapasiteetiltaan ja seinämän paksuudeltaan mahdollisimman pieni. Materiaalista riippuen on edullista, että seinämän paksuus ei ylitä kuitenkaan 0,5 millimetriä. Seinämän paksuuden alarajaa rajoittaa ainoastaan olemassa olevien sekä tulevaisuudessa kehitet15 tävien materiaalien ominaisuudet. Putki 2b' on mitoitettu edullisesti siten, että sen ulkopinta jää matkan päähän ensimmäisen osatilan 4 sisäpinnasta 4a sekä toisen osatilan 5 sisäpinnasta 5a. Näin ollen regeneraattori 8 voidaan sijoittaa putken 2b' ulkopinnan ja ainakin sisäpinnan 4a ja valinnaisesti sisäpinnan 5a väliin. Putki 2b' on mitoitettu toisessa osatilassa 5 siten, että rungon 2 päädyn ja putken reunan väliin jää aukko 2b. Tällöin toisessa osatilassa 5 ja putken 2b'ja toisen osatilan 5 ja ensimmäisen osatilan 4 sisäpintojen 5a ja 5a välissä vallitsee sama paine. On mahdollista varustaa liukuelementti 2b' erillisillä tukielimillä (ei esitetty), joilla se tukeutuu sisäpintoihin 5a ja 4a. Huomioitavaa on myös ei esitetty suoritusmuoto, jossa putken 2b' ulkopinta voidaan mitoittaa myös siten, että putken ulkopinta on kosketuk25 sessa sisäpintoihin 4a ja 5a. Tällöin männän 30 liukupintojen matka sisäpintoihin 4a ja 5a on vähintään sama kuin liukuelementin 2b' seinämän paksuus.

Kuviossa 2 esitetyssä suoritusmuodossa voidaan ainakin toiseen osatilaan 5 ja valinnaisesti ensimmäiseen osatilaan 4 järjestää regeneraattori 8, joka voidaan sovittaa putken 2b' ulkopinnan ja sisäpinnan 5a 0a valinnaisesti myös ensimmäisen osatilan sisäpinnan 4a) väliin. Näin ollen regeneraattori 8 tukee osaltaan liukuelementtiä 2b' paikalleen männän 30 liikkeen suuntaan nähden poikittaisessa suunnassa. Edelleen tässä regeneraattori 7b, joka on siis esitetty ainoastaan esimerkin omaisesti, voidaan järjestää liikkumattomaksi männän 30 suhteen. Tämän lisäksi kuvion 2 mu35 kaiseen järjestelyyn voidaan soveltaa kuvioissa 1 ja 3 esitettyjä regeneraattoreiden

7a ja 7b sekä eristävien kerroksien 10a ja 10b ratkaisuja, eikä niitä ole tarpeen tässä yhteydessä esittää.

Tämän lisäksi keksinnön mukainen mäntäpaineakku 1 voidaan varustaa muilla välineillä keksinnön mukaisen mäntäpaineakun toimivuuden parantamiseksi sekä mäntäpaineakkuun yhteydessä olevan hydraulisen ulkoisen järjestelmän tai muun ulkoisen järjestelmän kokonaishyötysuhteen parantamiseksi. Kuviossa 4 on esitetty esimerkkinä viitenumerolla 11 merkitty lämmönvaihdin. Lämmönvaihdin 11 on järjestetty toiseen osatilaan 5 männän 3 ulkopinnan ja toisen osatilan 5 sisäpinnan väliselle alueelle esimerkiksi verkkomaisen regeneraattorin 8 (lämmönsiirtimen) sisään. Tämän mahdollistaa keksinnön mukainen mäntäpaineakku, jossa männän 3 liike rungon 2 suhteen sallii regeneraattoreiden ja muiden paikallaan olevien lisätoimintojen sijoittelun. Lämmönvaihtimen 11 tehtävänä on tuoda ulkoiselta järjestelmältä lämpöenergiaa toiseen osatilaan 5 korvaamaan tarvittaessa kaasusta ja regeneraattoreilta tai lämmönsiirtimiltä ympäristöön siirtynyt (etenkin pitkissä mäntäpaineakun puristusvaiheissa ja staattisessa puristusvaiheessa tätä jonkin verran tapahtuu) lämpöenergia. Lämpöenergia tuodaan lämmönvaihtimelle esimerkiksi polttomoottorien jäähdytysnesteeltä tai pakokaasuilta, uusiutuvaan energiaan, kuten aurinkoenergiaan pohjautuvilta voimaloilta, ja/tai teollisuusprosesseista yleensä. Lämmönvaihtimen 11 toiminta voidaan muodostaa automaattiseksi (aktiiviseksi) esimerkiksi lämmönvaihtimen 11 ja ulkoisen järjestelmän 22 välisillä ohjausvälineillä 22a, joilla ohjataan esimerkiksi fluidin aineen (kaasu, neste) sisältämän lämpöenergian syöttöä lämmönvaihtimelle 11 ja niin muodoin toiseen osatilaan 5. Lämpöenergian syöttöä voidaan hallita esimerkiksi ohjausvälineillä 22a esimerkiksi toiselta osatilalta 5 saatujen parametrien, kuten kaasun lämpötilan, paineen ja/tai mäntäpaineakun 1 työvaiheen perusteella. Lämmönvaihdin 11 mahdollistaa tarvittaessa sen, että lämpöä voidaan poistaa toisesta osatilasta 5.

Kuviossa 4 on esitetty myös jäähdytysvälineet 12a ja 12b. Jäähdytysvälineet 12a ovat rungon 2 ulkopintaan ensimmäisen osatilan 4 kohdalle järjestetyt jäähdytysrivat tai vastaavat. Vaihtoehtoisesti tai ripojen 12a lisäksi ensimmäisen osatilan 4 yhteyteen, esimerkiksi sen sisäpinnalle 4a voi olla sovitettuna johtimet 12b nestejäähdytystä varten. Niiden tarkoitus on estää ensimmäisessä osatilassa 5 olevan hydraulinesteen lämpötilan nousu liian korkealle. Toisin sanoen niiden tarkoitus on jäähdyttää tarpeen mukaan hydraulinestettä. Hydraulinesteestä jäähdytysvälineille

12a ja/tai 12b siirtynyt lämpöenergia voidaan ottaa talteen ja hyödyntää esimerkiksi lämmönvaihtimessa 11. Toisaalta on myös mahdollista järjestää välineet lämmönvaihtimelta 11 jäähdytysvälineille 12a ja/tai 12b, joilla voidaan tarvittaessa aktiivisesti viilentää osatilassa 5 oleva hydraulinen neste. Näitä toimintoja voidaan hallita esimerkiksi ohjausvälineiden 22a avulla vastaavalla tavalla kuin lämmönvaihtimen 11 yhteydessä. Voidaan myös ajatella, että ääriolosuhteissa, kuten pakkasessa, erityisesti jäähdytysvälineiden 12b kautta voidaan tuoda hydraulista nestettä lämmittävää väliainetta.

Esillä oleva keksintö ei rajoitu pelkästään esitettyihin suoritusmuotoihin vaan sitä voidaan soveltaa oheisten patenttivaatimusten määrittämän suoja-alan piirissä.

Claims (5)

Patenttivaatimukset

1. Mäntäpaineakku (1), johon kuuluu: runko (2); mäntä (3; 30), joka on järjestetty liikkumaan rungon (2) suhteen rungon (2) sisäpuoliseen tilaan; joka mainittu tila on

5 jaettu ainakin kahteen osatilaan (4 ja 5), joista ensimmäiseen osatilaan (4) on syötettävissä ulkoisen järjestelmän hydraulineste ja toiseen osatilaan (5) on järjestetty painekaasu, tunnettu siitä, että männän (3; 30) ja rungon (2) väliin on järjestetty liukuelementti (2a; 2b'), jonka varassa mäntä (3) on tuettu liikkumaan matkan päähän ensimmäisen osatilan (4) sisäpinnasta (4a) ja toisen osatilan sisäpinnasta (5a),

10 ja että mäntäpaineakkuun (1) on järjestetty ainakin yksi regeneraattori (7a;7b;8), joka on rungon (2) tai männän (3) suhteen liikkumaton.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että männän (3) ulkopintaa (3') ympäröi mainitun ensimmäisen päädyn alueelta ensimmäi-

15 nen osatila (4) ja mainitun toisen päädyn alueelta toinen osatila (5).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että liukuelementti (2a) on yksi tai useampi rengasmainen liukulaakerielementti, joka tai jotka on järjestetty rungon (2) suhteen liikkumattomaksi.

4. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-3 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että liukuelementti (2a) on yksi tai useampi rengasmainen liukulaakerielementti, joka tai jotka on järjestetty männän (3) suhteen liikkumattomaksi.

25 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mäntäpaineakku, tunnettu siitä, että liukuelementti (2b') on ohutseinäinen putkimainen elementti, joka ulottuu männän (30) liikkeen suunnassa olennaisesti kokonaan tai kokonaan rungon (2) sisäpuolisen tilan matkalle.

30 6. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-5 mukainen mäntäpaineakku, tunnettu siitä, että mäntään (3) kuuluu: kolmas osatila (6), joka on yhteydessä toiseen osatilaan (5).

7. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-6 mukainen mäntäpaineakku, tun-

35 nettu siitä, että mäntään kuuluu ensimmäinen eristävä kerros (10a), joka ympäröi

20146065 prh 28 -02- 2017 osittain tai kokonaan mainittua ainakin yhtä regeneraattoria (7a; 7b) ainakin painekaasun puristusvaiheessa.

8. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-7 mukainen mäntäpaineakku, tun-

5 nettu siitä, että ainakin rungon (2) toisen osatilan (5) sisäpintaa (5a) ympäröi toinen regeneraattori (8).

9. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-8 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että toisen osatilan (5) sisäpinta on varustettu toisella eristävällä

10 kerroksella (10b).

10. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-9 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että rungon (2) ulkopinta on varustettu kolmannella eristävällä kerroksella.

11. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-10 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että rungon (2) yhteyteen on järjestetty lämmönvaihdin (11), joka käsittää välineet ulkoisen järjestelmän tuottaman ylimääräisen lämmön tuomiseksi painekaasuun.

12. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 11 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että lämmönvaihdin (11) on sijoitettu toisen eristekerroksen (10b) ja/tai kolmannen eristävän kerroksen rajaaman tilan sisäpuolelle.

25

13. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-12 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että toisen osatilan (5) yhteyteen on järjestetty jäähdytysvälineet (12a; 12b) mäntäpaineakussa (1) olevan hydraulinesteen jäähdyttämiseksi.

14. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 7-13 mukainen mäntäpaineakku (1),

30 tunnettu siitä, että mäntäpaineakkuun (1) järjestetty ainakin yksi regeneraattori (7b) on männän (3) suhteen liikkumaton ja jota ensimmäinen eristävä kerros (10a) kokonaan ympäröi.

15. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-14 mukainen mäntäpaineakku (1), 35 tunnettu siitä, että mäntä (3) on pitkänomainen ontto elementti, joka on ensim

20146065 prh 28 -02- 2017 maisesta päädystään umpinainen ja jonka ontto toinen pääty avautuu toiseen osatilaan (5).

16. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-15 mukainen mäntäpaineakku (1), 5 tunnettu siitä, että mäntä (3) on liikkeen suuntaiselta pituudeltaan 0,01-1000 kertainen poikittaissuuntaiseen leveyteensä verrattuna.

17. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-16 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että männän suhteen liikkumaton regeneraattori (7b) ulottuu run-

10 gon (2) pituussuunnassa matkan verran toiseen osatilaan (5).

18. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-17 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että mainitun ainakin yhden regeneraattorin (7a; 7b) rakenne on muodostettu lämmönsiirtimeksi, jolloin regeneraattorin (7a; 7b) rakenne sallii paine-

15 kaasun puristusvaiheessa regeneraattorille (7a; 7b) varastoituneen lämpöenergian vapautumisen viimeistään mäntäpaineakun (1) purkuvaiheen päättyessä.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että purkuvaiheen kesto on 1-60 sekuntia.

20. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-19 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että toisen regeneraattorin (8) rakenne ja/tai materiaali on valittu mahdollistamaan regeneraattorin (8) toimimisen stabilointielementtinä kaasun virtauksen pienentämiseksi toisessa osatilassa (5).

21. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-20 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että regeneraattorin (7a, 7b, 8) materiaali on metallia, keräämiä ja/tai polymeeriä.

30

22. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-21 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että regeneraattorin (7a, 7b, 8) materiaali on parafiinia ja/tai muuta faasimuutosmateriaalia.

23. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-22 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että regeneraattoriIla (7a, 7b, 8) on sintrattu, verkkomainen, kuitumainen, raemainen ja/tai vaahtomainen rakenne.

5 24. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen 1-23 mukainen mäntäpaineakku (1), tunnettu siitä, että männän (3) ja rungon (2) väliin on järjestetty tiivistyselementti (2c) tai jokin muu vastaava tiivistyksen muodostava elementti, joka jakaa tilan yhdessä männän (3) kanssa rungon (2) pituussuunnassa ensimmäiseen osatilaan (4) ja toiseen osatilaan (5).