Тепловой аккумулятор-теплообменник

Авторы патента:

F24H7 - Аккумуляторные нагреватели, т.е. нагреватели, в которых энергия хранится в теплоемких массах для последующего ее использования (бытовые печи или кухонные плиты с дополнительными теплоемкими массами F24B 1/24,F24C 15/34)

Полезная модель относится к теплотехнике, предназначена для автономного энерго- и теплоснабжения различных объектов за счет аккумулирования и использования тепла от солнечных коллекторов и других источников, имеющих неравномерную выработку тепловой энергии. Технический результат достигается использованием разработанных устройств, повышающих теплоэффективность сбора и аккумулирования тепловой энергии и возможностью максимально использовать и передать полученную тепловую энергию при автоматическом саморегулировании нагревающего и охлаждающего потоков. Устройство содержит корпус, заполненный веществом фазового перехода с теплопроводными включениями и трубы теплообменника, который имеет улиткообразную форму из каналов теплоносителя. Температурное постоянство нагреваемой среды на выходе из аккумулятора-теплообменника достигается тем, что с веществом фазового перехода соприкасается только наружная труба с нагреваемой средой. Трубы с охлаждаемой средой гофрирована и имеет форму для интенсификации теплообмена. На входе-выходе трубы теплоносителя в аккумулятор-теплообменник расположен клапан регулирования потока, который автоматически регулирует поступление потока без применения электричества. 3 зав. п. ф-лы, 3 ил.

Технический результат достигается использованием разработанных устройств, повышающих теплоэффективность сбора и аккумулирования тепловой энергии и возможностью максимально использовать и передать полученную тепловую энергию при автоматическом саморегулировании нагревающего и охлаждающего потоков.

Известно устройство RU 114130, F24D 15/00 Тепловой аккумулятор с регулируемым отбором тепла, содержащий корпус, размещенный между трубопроводом нагреваемой среды и трубопроводом греющей среды и заполненный теплоаккумулирующим материалом и регулируемый отбор тепла за счет датчиков температуры.

Недостатком известного устройства является сложность и необходимость дополнительного подвода электроэнергии для питания датчиков и вычислительных устройств, а также трубопроводы нагреваемой и греющей среды расположены достаточно далеко друг от друга, что уменьшает теплообмен.

Известно устройство RU 65191, F24H 7/02 Тепловой аккумулятор фазового перехода, содержащий корпус с крышкой, имеющей входное и выходное отверстия, впускную и выпускную трубы, блок капсул, заполненных теплоаккумулирующим материалом и цилиндров с образованием между ними кольцевых зазоров для прохода жидкого теплоносителя.

Недостатком известного устройства является невозможность регулирования поступления потока в самом аккумуляторе, а также сложность конструкции с применением вакуумной технологии для снижения теплопотерь и наличие нескольких блоков для температур различного уровня.

Наиболее близкой к заявляемому устройству по совокупности признаков является конструкция RU 65190, F24H 7/00 Тепловой аккумулятор фазового перехода, содержащий корпус с внутренней полостью, заполненной теплоаккумулирующим материалом, в которой располагаются трубопроводы-змеевики с теплоносителями заряда и разряда, имеющих входные и выходные патрубки и резервуар.

Недостатком прототипа является необходимость дополнительного подвода электроэнергии для электропитания датчиков и работы насоса, а также то, что трубопроводы нагреваемой и греющей среды расположены достаточно далеко друг от друга, что снижает эффективность теплообмена.

Задачей, на решение которой направлена разработка конструкции заявляемой полезной модели является увеличение возможности наиболее полного сбора и использования тепловой энергии, интенсификация теплообмена, простота изготовления и улучшение теплофикационных свойств устройства. Тепловой аккумулятор содержит корпус 1, заполненный веществом фазового перехода 2 с теплопроводными включениями 3 и трубы теплообменника 4, который имеет улиткообразную форму из каналов теплоносителя (охлаждаемой среды, атрифриз) 5, в центр которого по внутренней трубе 6 приходит наиболее нагретый теплоноситель, а охлажденный теплоноситель выходит на наружной части 7, таким образом, самая горячая температура остается в центре, охлаждаясь к краям. По мере продвижения происходит охлаждение теплоносителя за счет встречного потока нагреваемой среды (воды системы отопления). Потоки охлаждаемой и нагреваемой среды движутся навстречу друг другу и обмениваются теплом за счет конструкции труба-в-трубе. При этом по внутренней трубе течет теплоноситель (охлаждаемая среда), а по наружной нагреваемая среда (вода системы отопления). Таким образом, достигается максимально возможный нагрев нагреваемой среды, а при избытке тепла излишки тепловой энергии начинают забираться веществом с фазовым переходом, имеющим температуру плавления в необходимом диапазоне, которое начинает плавиться только при избытке тепла в нагреваемой среде. С веществом фазового перехода соприкасается только наружная труба с нагреваемой средой. Этим достигается температурное постоянство нагреваемой среды на выходе трубы с нагреваемой средой из аккумулятора-теплообменника.

Кроме этого конструкция теплообменника труба-в-трубе выполнена таким образом, что внутренняя труба с охлаждаемой средой гофрирована и теплообменная поверхность между средами имеет большую площадь по сравнению с гладкотрубными конструкциями, поскольку величина теплового потока прямо пропорциональна площади поверхностей теплообмена. Гофрированная поверхность труб сделана таким образом, что пристеночный теплообмен почти всегда имеет турбулизацию за счет выступов и неровностей на стенках, при этом увеличивается интенсивность пристеночного и общего теплообмена.

Улиткообразная форма каналов помещена в вещество с фазовым переходом, которое плавится при необходимой температуре и в котором размещены теплопроводные включения из металла или графита для улучшения теплопроводности вещества по массе.

На входе-выходе трубы теплоносителя (охлаждаемой среды, атрифриз) в аккумулятор-теплообменник расположен клапан регулирования потока 8, который автоматически регулирует поступление потока в аккумулятор-теплообменник. Клапан регулирования потока действует следующим образом. Теплоноситель из солнечных коллекторов или другого источника поступает в аккумулятор-теплообменник при температуре большей, чем находящаяся среда в аккумуляторе-теплообменнике. Система регулирования поступления нагретой среды в аккумулятор-теплообменник в представленном устройстве может не содержать энергозависимых элементов, для работы которых требуется электроэнергия, поскольку циркуляция теплоносителя может осуществляться механически за счет разности давлений нагретой и охлажденной среды внутри клапана регулирования. Для этого на входе-выходе трубы теплоносителя в аккумулятор-теплообменник. Клапан представляет собой цилиндр с подвижной мембраной 8а. Нагретый теплоноситель на входе 8б в теплообменник-аккумулятор расширяется больше, чем охлажденный теплоноситель на выходе 8в, то есть имеет больший коэффициент теплового расширения при нагревании. При попадании нагретого теплоносителя мембрана расширяется и открывает клапан 8г для поступления нагретого теплоносителя из солнечного коллектора в аккумулятор-теплообменник через патрубок 8д. При обратной разности температур, когда теплоноситель на входе становится холоднее, чем теплоноситель на выходе, мембрана охлаждается, и подвижная запорная часть 8г клапана закрывается, прекращая поступление недостаточно нагретого теплоносителя из солнечного коллектора или источника. Такая конструкция позволяет избежать удорожания системы из-за устройства автоматики.

Перечень фигур на чертежах

1 - корпус, заполненный веществом фазового перехода;

2 - вещество фазового перехода;

3 - теплопроводные включения с большим коэффициентом теплопередачи;

4 - трубы теплообменника;

5 - каналы теплоносителя (охлаждаемой среды, атрифриз);

6 - внутренняя труба наиболее нагретого теплоносителя;

7 - наружная часть охлажденного теплоносителя;

8 - клапан - цилиндр;

8а - подвижная мембрана;

8б - вход нагретого теплоносителя;

8в - выход охлажденного теплоносителя;

8г - клапан для поступления нагретого теплоносителя из солнечного коллектора в аккумулятор-теплообменник;

8д - патрубок на вход в теплообменник горячего теплоносителя от солнечного коллектора.

1. Тепловой аккумулятор-теплообменник, содержащий корпус, заполненный веществом фазового перехода с теплопроводными включениями, и теплообменник труба-в-трубе.

2. Тепловой аккумулятор-теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что имеет гофрированную внутреннюю трубу.

3. Тепловой аккумулятор-теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что имеет клапан регулирования потока.