Тепловой аккумулятор

Изобретение относится к области теплотехники и предназначено для предотвращения солевых отложений (накипи) на рабочих поверхностях нагрева различных теплообменных аппаратов. Тепловой аккумулятор, содержащий корпус с изоляцией и твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий трубопроводы в виде змеевиков, снабжен магнитострикционными вибраторами со спектром частот 21,3 кГц и амплитудой колебаний 0,1 мм, волноводы которых закреплены на упомянутых трубопроводах перед входом в аккумулятор. Такое выполнение аккумулятора позволит увеличить процесс теплопередачи за счет нарушения пограничного ламинарного слоя теплоносителя в подводящем и отводящем трубопроводах. 1 ил.

 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для повышения процесса теплопередачи в тепловых аккумуляторах с различными теплоаккумулирующими материалами.

Известны тепловые аккумуляторы с твердым теплоаккумулирующим материалом. Амерханов Р.А. Оптимизация сельскохозяйственных энергетических установок с использованием возобновляемых источников энергии. - М.: КолосС, 2003, 532 с.

Известен аккумулятор по а.с. СССР №1657891 А1, опубл. 23.06.1991, кл. F 24 H 7/00, содержащий корпус с изоляцией и твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий трубопроводы в виде змеевиков.

Однако представленный аккумулятор имеет серьезный недостаток, связанный с тем, что процесс теплопередачи между теплоносителями и теплоаккумулирующим материалом недостаточно интенсивен в связи с ламинарным потоком теплоносителя в тонком пристенном слое, характеризующемся наличием значительных градиентов скорости, см. - Л.Ландау, Е.Лифшиц. Механика сплошных сред. М.: Полиграфкнига, 1944, 623 с., глава VI «Пограничный слой», § 32. Ламинарный пограничный слой.

В качестве прототипа нами взят патент №2253807 (разработка сотрудников Кубанского государственного аграрного университета).

Известное изобретение, несмотря на ряд достоинств, имеет серьезные недостатки. Первое - для практической реализации необходим компрессор, потребляющий значительное количество электроэнергии, учитывая общую тенденцию к непрерывному росту цен на энергоносители, что приводит к экономическим затратам. Второе - спектр частот, создаваемый воздушным вибратором, не превышает 400 Гц (см. Справочник: вибрации в технике. М.: Машиностроение. Том 4. 1981 г. Раздел: Пневматические вибровозбудители.), что не позволяет эффективно проводить нарушение ламинарного слоя и превращения его в турбулентный.

Техническим решением задачи является повышение процесса теплопередачи между теплоносителем и теплоаккумулирующим материалом.

Поставленная задача достигается тем, что тепловой аккумулятор, содержащий корпус с изоляцией и твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий трубопроводы в виде змеевиков, отличается тем, что он снабжен магнитострикционными вибраторами со спектром частот 21,3 кГц и амплитудой колебаний 0,1 мм, волноводы которых закреплены на упомянутых трубопроводах перед входом в аккумулятор.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что достижение поставленной задачи, а именно повышение процесса теплопередачи между теплоносителями и теплоаккумулирующим материалом достигается за счет нарушения пограничного ламинарного слоя теплоносителя в подводящем и отводящем трубопроводах. Нарушенный ламинарный поток приобретает турбулентный характер, что усиливает конвективный теплообмен, а соответственно и процесс теплопередачи, - см. Тихомиров К.В. Общая теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. - М.: Стройиздат, 1969 г., стр.288, Драганов Б.Х., Кузнецов В.А., Рудобашта С.П. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве./ Под ред. Б.Х.Драганова. - М.: Агропромиздат, 1990. - 463 с.

По данным патентной и другой научно-технической литературы не обнаружено аналогичного предложения, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемого предложения.

На чертеже представлена схема теплового аккумулятора.

Тепловой аккумулятор включает в себя корпус 1 с теплоизоляцией 2, внутри которого расположен твердый теплоаккумулирующий материал 3, представляющий собой пористую матрицу, например щебень. Тепловой аккумулятор имеет подводящий трубопровод 4 и отводящий трубопровод 5 в виде змеевиков, магнитострикционные вибраторы 6, 7, подключенные к импульсному ультразвуковому генератору 9, и гасители вибрации 8.

Тепловой аккумулятор работает следующим образом. Горячий теплоноситель подается в трубопровод 4 и, проходя по нему, отдает теплоту теплоаккумулирующему материалу 3. Одновременно с этим включается импульсный ультразвуковой генератор 9, вследствие чего начинает работать магнитострикционный вибратор 6, и т.к. он жестко связан (на молекулярном уровне посредством электросварки) с трубопроводами 4, то в последних возникают ультразвуковые колебания со спектром частот 21,3 кГц и амплитудой колебаний 0,1 мм, которые эффективно нарушают ламинарный слой, превращая его в турбулентный, что значительно увеличивает процесс теплопередачи, а соответственно и скорость зарядки аккумулятора.

Аналогично происходит процесс разрядки аккумулятора.

Холодный теплоноситель подается по трубопроводу 5 в нижнюю часть теплового аккумулятора и, проходя по нему, забирает теплоту у теплоаккумулирующего материала 3. Одновременно с этим включается магнитострикционный вибратор 7, и далее процесс проходит аналогично, как и при зарядке теплового аккумулятора.

Во избежание распространения колебаний на корпус 1 теплового аккумулятора в местах ввода в него подающих трубопроводов 4 и 5 установлены гасители вибрации 8, изготовленные из вакуумированной резины.

Частота и амплитуда колебаний магнитострикционных вибраторов 6 и 7 установлены экспериментальным путем и являются практически оптимальными для всех типов и геометрических размеров тепловых аккумуляторов.

Предложенный способ можно использовать также в различных теплообменных аппаратах для повышения процесса теплопередачи путем усиления конвективного теплообмена.

Тепловой аккумулятор, содержащий корпус с изоляцией и твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий трубопроводы в виде змеевиков, отличающийся тем, что он снабжен магнитострикционными вибраторами со спектром частот 21,3 кГц и амплитудой колебаний 0,1 мм, волноводы которых закреплены на упомянутых трубопроводах перед входом в аккумулятор.