Тепловой аккумулятор

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для повышения процесса теплопередачи в тепловых аккумуляторах с различными теплоаккумулирующими материалами. Техническим решением задачи является повышение эффективности работы теплового аккумулятора за счет улучшения процесса теплопередачи между теплоносителем и теплоаккумулирующим материалом. Для решения поставленной задачи предложен тепловой аккумулятор, содержащий корпус с изоляцией и твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий трубопроводы в виде змеевиков, на которых размещены (закреплены) магнитострикционные вибраторы. На входе и выходе подводящих и отводящих трубопроводов на расстоянии 3-5 мм размещены плоские электромагнитные индукторы, подключенные к источнику импульсного тока. 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 (см. 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. F24H 7/00, содержащий корпус с изоляцией и твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий трубопроводы в виде змеевиков.

Однако представленный аккумулятор имеет существенный недостаток, связанный с тем, что процесс теплопередачи между теплоносителем и теплоаккумулирующим материалом недостаточно интенсивен, в связи с ламинарным потоком теплоносителя в тонком пристенном слое, характеризующимся наличием градиентов скорости (см. Ландау Л., Лифщиц Е. Механика сплошных сред. - М.: Полиграфкнига, 1944, 623 с.).

Известен 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: Вибрация в технике. М.: Машиностроение, Том 4, 1981), что не позволяет эффективно проводить нарушение ламинарного слоя и превращение его в турбулентный.

В качестве прототипа выбран патент RU №2292002 Тепловой аккумулятор (более ранняя наша разработка), в котором подводящие и отводящие змеевики снабжены магнитострикционными вибраторами со спектром частот 21,3 кГц и амплитудой колебаний 0,1 мм, при этом волноводы вибраторов закреплены перед входом в аккумулятор.

Несмотря на достаточно высокую эффективность в работе выявились и серьезные недостатки известного изобретателя. Первое - магнитострикционные материалы, включая самые современные, не позволяют получать амплитуду колебаний более 0,1 мм (см. Д.А. Гершгал, В.М. Фридман. Ультразвуковая технологическая аппаратура. М.: Энергия, 1976 г., стр.45-46).

Второе - частота в 21,3 кГц не может быть признана оптимальной для различных типов тепловых аккумуляторов.

Третье - кпд магнитострикционных преобразователей не превышает 98-60%, что недостаточно для эффективной работы, учитывая общую тенденцию к непрерывному росту цен на энергоносители. Техническим решением задачи является повышение эффективности работы теплового аккумулятора, в частности, за счет улучшения процесса теплопередачи между теплоносителем и теплоаккумулирующим материалом. А 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, на которых закреплены магнитострикционные вибраторы, отличающийся тем, что на входе и выходе подводящих и отводящих трубопроводов на расстоянии 3-5 мм размещены плоские электромагнитные индукторы, подключены к источнику тока.

Такое техническое решение позволяет в исключительно широких пределах менять частоту и амплитуду возбуждаемых в трубопроводах колебаний, что в свою очередь существенно значительно влияет на теплообмен (см. П.П. Ястребов, И.П. Смирнов, Электрооборудование. Электротехнология. М.: Высшая школа, 1978 г., стр.71-74). Нарушенный ламинарный поток приобретает турбулентный характер, что усиливает конвективный теплообмен, а соответственно и процесс теплопередачи (см. Драганов Б.Х. и др. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве. М.: Агропромиздат, 1990 г., стр.463).

По данным патентной и другой научно-исследовательской литературе не обнаружено аналогичного предложения, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

На чертеже представлена схема теплового аккумулятора. Он включает в себя корпус 1 с теплоизоляцией 2, внутри которого расположен твердый теплоаккумулирующий материал 3, представляющий собой простую матрицу, например щебень.

Тепловой аккумулятор имеет подводящий трубопровод 4 и отводящий трубопровод 5, в виде змеевиков, плоские электромагнитные вибраторы 6 и 7, подключенные к источнику импульсного тока 8 и гасители вибрации 9 (обычно используют мелкопористую резину).

Тепловой аккумулятор работает следующим образом. 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 источник импульсного тока 8, который подает электромагнитные импульсы на плоские вибраторы 7 и 6, которые размещены на расстоянии 3-5 мм от подводящих и отводящих трубопроводов 4 и 5. Регулируя частоту и величину электромагнитных импульсов в плоских индукторах, подбирают оптимальную величину теплопередачи.

Тепловой аккумулятор, содержащий корпус с изоляцией и твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий трубопроводы в виде змеевиков, на которых размещены (закреплены) магнитострикционные вибраторы, отличающийся тем, что на входе и выходе подводящих и отводящих трубопроводов на расстоянии 3-5 мм размещены плоские электромагнитные индукторы, подключенные к источнику импульсного тока.