Устройство для аккумулирования теплоты

 

Изобретение относится к системам теплоснабжения. Целью изобретения является повышение потенциала теплоты, отводимой потребителю. Для этого внутри блока 3 с теплоаккумулирующим материалом установлен герметичный элемент 8 с сильфоном 9 и Т-образным поршнем 10, образующим внутри элемента 8 три замкнутые полости 11, 12 и 13, заполненные соответственно легкокипящим веществом, газом и вязкой жидкостью. Благодаря нагреву теплоаккумулирующего вещества нагревается и вскипает легкокипящее вещество внутри полости 11 герметичного элемента 8. Пары легкокипящего вещества давят на основание поршня 10. Перемещаясь вверх, поршень сдавливает жидкость в полости 13 и повышает одновременно давление расплавленного теплоаккумулирующего вещества внутри блока 3. За счет повышения давления фазовый переход в теплоаккумулирующем веществе происходит при более высокой температуре. 1 ил.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ сОциАлистичесних

РЕСПУБЛИК ($1)$ F 24 Н 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСИОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbtTHAM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4296932/29-06 (22) 06.08.87 (46) 30.04.90. Бюл. М -16 (71) Тбилисский зональный научноисследовательский и проектный институт типового и экспериментального проектирования жилых и общественных зданий (72) О.Б.Алоян и З.И.Чачава (53) 621.365.39 (088.8) (56) Соколов Е.Я., Бродянский В.М.

Энергетические основы трансформации . тепла и процессов охлаждения. М.:

Энергоатомиздат, 1981, с. 320.

Авторское свидетельство СССР

У 1288458, кл. Р 24 Н 7/00, 1987.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛИРОВАНИЯ

ТЕПЛОТЫ (57) Изобретение относится к системам теплоснабжения. Целью изобретения является повышение потенциала тепло ты, отводимой потребителю.Для этого внутри блока 3 с теплоаккумулирующим материалом установлен герметичный элемент 8 с сильфоном 9 и Т-образным поршнем 10, образующим внутри элемента 8 три замкнутые полости 11„

12 и 13, заполненные. соответственно легкокипящим веществом, газом и вязкой жидкостью. Благодаря нагреву теплоаккумулирующего вещества нагревается и вскипает легкокипящее ве1560943

40 щество внутри полости 11 герметичного элемента 8. Пары легкокипящего вещества давят на основание поршня 10

Перемещаясь вверх, поршень сдавливает жидкость в полости 13 и повышает одновременно давление расплавленИзобретение относится к тепловым ,аккумуляторам с аккумуляцией тепло" ты за счет фазовых переходов. 15

Цель изобретения — повышение по,,тенциала теплоты, отводимой потреби: телю.

На чертеже изображена принципиаль, ная схема предлагаемого устройства. 2О !

Устройство содержит теплоизоля" ционный корпус 1, внутри которого с зазором 2 установлен блок 3 с тепло аккумулирующим материалом, подающие трубопроводы 4 и 5 и обратные трубопроводы 6 и 7, подключенные к источнику.и потребителю теплоты соответг> ственно, (не показаны) и сообщающиеся с зазором 2. Кроме этого устройство содержит установленный в. блоке 3 герметичный элемент 8 с сильфоном 9, жестко закрепленным на его торце и Т-образный поршень 10, уста, новленный внутри элемента 8 с обра) зованием в нем трех замкнутых полостей 11 — 13, заполненных соответственно легкокипящим веществом, га, зом и вязкой жидкостью. Устройство также содержит бак-накопитель 14, подогреватель 15, охладитель 16, уплотняющие кольца 17 и циркуляционный насос 18.

Устройство работает следующим образом.

Через трубопроводы 4 и 6 теплоноситель привносит в корпус 1 теплоту от низкопотенциального источника с ! температурой, достаточной для расплавления теплоаккумулирующего материала (ТАМ) . Таким образом, ггроизводится аккумулирование теплоты до полного расплавления всего ТАМ, имеющегося внутри блока 3. Далее циркуляцию теплоносителя через низкопотенциальный источник прекращают, чем завершается первый этап работы

55 устройства. На этом этапе внутри блока 3 поддерживается определенное начальное давление, а температура ного теплоаккумулирующего вещества внутри блока 3. 3а счет повышения давления фазовый переход в теплоак-кумулирующем веществе происходит при более высокой температуре. 1 ил

ТАМ приблизительно соответствует (либо чуть ниже) температуре низкопотенциального источника тепла.

На втором этапе производится циркуляция теплоносителя насосом 18 через бак-накопитель 14 и подогреватель 15,,проходя через который теплоноситель подогревается до требуемой температуры и вновь поступает в зазор 2 между корпусом 1 и блоком 3. В течение данного этапа происходит нагрев ТАМ теплоносителем и повышение его температуры. При этом нагревается также и легкокипящее вещество внутри полости 11 герметичного элемента 8, оно вскипает, резко увеличивая свой объем, и начинает давить на основание

Т-образного поршня 10. Полость 12 над основанием поршня 10 заполнена газообразным веществом, не изменяющим своего агрегатного состояния в рабочем диапазоне температур установки. Давление газа в полости 11 предполагается довольно малым для снижения противодействия его перемещению поршня 10 вверх. Перемещаясь вверх поршень 10 начинает сдавливать жидкость в полости 13 и это повышение давления через сильфон 9 передается расплавленному ТАМ. Повышение давления в полости 13, а через сильфон 9 и внутри блока 3 будет больше, чем повышение давления в полости 11 и пропорционально отношению площадей нижнего и верхнего торцов поршня 10. Второй этап работы устройства продолжается до тех пор, пока весь TAM не будет подогрет до требуемой температуры и не будет достигнуто (за счет поддавливания сильфона 9) давление ТАМ внутри блока 3, при котором возможно фазовое изменение ТАМ при заданной повышенной температуре.

После достижения требуемых параметров ТЛИ начинается третий этап работы устройства. На данном этапе циркуляционный насос 18 и подогре1560943

15

35

45

50 ватель 15 отключают, а теплоноситень через трубопроводы 5 и ? подводится и отводится от потребителя, при этом производится отбор теплоты от ТАМ на расчетном уровне температур. При отборе. теплоты происходит твердение ТАМ при повышенном давлении, обеспечиваемом сильфоном 9.

Это давление практически не изменится до тех пор, пока не изменится температура легкокипящего вещества внутри полости 11 элемента 8, что может произойти лишь после того, как весь TAM отвердеет и теплота плавления на расчетном уровне температур будет передана потребителю.

Последний, четвертый этап работы устройства, заключается в возвращении TAM в исходное состояние к начальному давлению и температуре. Для этого устройство для аккумулирования теплоты вновь отключают и от потребителя тепла и от источника потенциала. Включаются циркуляционный насос 18, который прокачивает накопленную в баке-накопителе 14 воду через зазор 2 между корпусом 1 и блоком 3, тем самым охлаждая ТАМ.

Со снижением температуры ТАМ постепенно охлаждается и конденсируется легкокипящее вещество в полости 11., Для достижения исходной температуры

ТАМ, которая несколько ниже температуры низкопотенциального источника тепла, в охладителе 16 производится доохлаждение воды системой оборотного водоснабжения (не показана) cD сбросом теплоты в окружающую среду.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает решение задачи аккумулирования .теплоты и повышения ее потенциала. Использование ТАМ в качестве рабочего тела, которое подвергается сжатию и дополнительному внешнему нагреву, позволяет довольно простым способом повысить потенциал аккумулированной теплоты.

Используемый для аккумулирования теплоты ТАМ должен обладать следующими свойствами: плавиться и твердеть в заданном рабочем диапазоне температур и давлеHHH

У иметь достаточную теплоту плавления 55 и теплопроводность; иметь удельный ооъем в расплавленном состоянии больший, чем в твердом состоянии; иметь как можно большую зависимость изменения температуры от давления (для фазовых переходов твердое тело — жидкость); иметь невысокую стоимость.

В качестве примера таких магериалов можно принять кристаллогидраты нитратов тяжелых металлов, ряд парафинов и др. Следует отметить, что для предотвращения слишком высоких давлений внутри корпуса 1 в исходном состоянии ТАМ может находиться под вакуумом. В этом случае ту же степень сжатия ТАМ можно осуществить не достигая очень высоких давлений внутри корпуса 1.

Для обеспечения сжатия ТАМ предлагается испольэовать легкокипящие вещества, например, некоторые эфиры, фреоны, ацетон.

Таким образом, экономическая эффективность предлагаемого устройства для аккумулирования теплоты заключается в следующем: одновременное использование ТАМ и для аккумуляции низкопотенциального тепла, и в качестве рабочего тела, посредством которого повышается потенциал аккумулированного тепла, что снижает капитальные затраты на осуществление теплоснабжения объекта; . исключительная надежность, простота и дешевизна реализации предлагаемого способа; отсутствие необходимости какоголибо квалифицированного эксплуатационного персонала; возможность регенерации большей части тепла, необходимого для осуществления предлагаемого способа; возможность осуществления повышения потенциала тепла не только использованием высокопотенциальной электрической энергией, но и тепловой энергией, температурный уровень которой лишь несколько превышает температурный уровень потребителя тепла.

Формула изобретения

Устройство для аккумулирования теплоты, содержащее теплоизолированный корпус, внутри которого с зазором установлен блок с теплоаккумулирующим материалом и подающие и обратные трубопроводы, подключенные к источнику и потребителю тепло15б0943

Составитель В.Ситас

Техред М. Дидык

Корректор Н.Король

Редактор A.Ðåâèí

Эакаэ 971 Тираж 581 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 ты roîòâå ñòâåííî и сообщающиеся с упомянутым зазором, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения потенциала теплоты отво5 димой потребителю, оно снабжено установленным в упомянутом блоке герметичным элементом с сильфоном, жестко закрепленным на его торце и

Т-образным поршнем„ установленным внутри этого элемента с образованиer; в нем трех замкнутых полостей, заполненных соответственно легкокипящим веществом, газом и вязкой жидкостью,