Способ и устройство регулирования тепломассопереноса в газовой среде

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработкам солнечных коллекторов. В способе регулирования тепломассопереноса в газовой среде, включающем формирование газовой среды с заданной теплоемкостью, согласно изобретению в газовую среду добавляют ультрадисперсный порошок с размером частиц от 0,1 мк и менее и проводят перемешивание газовой среды с ультрадисперсным порошком с помощью лопастей и заборника аэратора в движущемся потоке. Устройство для регулирования тепломассопереноса в газовой среде содержит приемник лучистой энергии, имеющий газопроводящие каналы, и дополнительно содержит аэраторы, размещенные в газопроводящих каналах приемника лучистой энергии и содержащие лопасти и заборники, жестко закрепленные на оси аэратора. Изобретение должно обеспечить повышение качественных и количественных показателей тепломассопереноса газового потока. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработкам солнечных коллекторов (теплонакопителей).

В настоящее время в целях экономии затрат на энергопотребление широко используются солнечные накопители, работающие на жидких и газовых средах.

Известен солнечный коллектор, содержащий приемник лучистой энергии, соединенный с каналами для жидкости, трубопровод для подачи в коллектор жидкости и трубопровод для соединения с потребителем (RU 2330217, 27.07.2008). При этом при наличии снижения себестоимости и материалоемкости в данном солнечном коллекторе невозможно осуществлять регулирование тепломассопереноса.

Мы рассматриваем в качестве ближайшего аналога солнечный коллектор, состоящий из приемника лучистой энергии, содержащего газопроводящие каналы, силовой установки для прокачки газовой среды, содержащей компрессор-вентилятор, и которая соединена с приемником лучистой энергии посредством трубопровода. Приемник лучистой энергии также соединен с потребителем с помощью другого трубопровода (RU 2330218, 27.07.2008). Однако данный коллектор также не обеспечивает возможность регулирования тепломассопереноса газового патока.

Предложенные способ и устройство позволяют повысить качественные и количественные показатели тепломассопереноса газового потока за счет использования твердых наночастиц и возможности их аэрации в движущейся газовой среде с помощью лопастей и заборника аэратора.

Сущность способа заключается в том, что для регулирования тепломассопереноса в газовой среде формируют газовую среду с заданной теплоемкостью, при этом в газовую среду добавляют ультрадисперсный порошок с размером частиц до наноуровня от 0.1 мк и менее и проводят перемешивание газовой среды с ультрадисперсным порошком с помощью лопастей и заборника аэратора в движущемся потоке.

Наряду с этим устройство содержит для регулирования тепломассопереноса в газовой среде приемник лучистой энергии, имеющий газопроводящие каналы и дополнительно аэраторы, размещенные в газопроводящих каналах приемника лучистой энергии и содержащие лопасти и заборники, жестко закрепленные на оси аэратора.

На фиг.1 представлен приемник лучистой энергии - 1, состоящий из коллектора - 2, соединенный с газопроводящими каналами - 3, и трубопровод для подачи в коллектор газовой среды и ультрадисперсного порошка - 4 посредством дозатора - 13 и трубопровод - 5 для соединения с потребителем.

На фиг.2 представлен общий вид устройства: приемник лучистой энергии - 1, силовая установка для прокачки газовой среды и ультрадисперсного порошка - 6, содержащая компрессор-вентилятор - 7 и соединенная с приемником лучистой энергии посредством трубопровода - 4, а с потребителем - 8 посредством трубопровода - 5.

На фиг.3 представлен разрез газопроводящего канала - 3, содержащий аэратор - 9 с закрепленными жестко на его оси - 10 лопастями - 11 и заборниками - 12.

Работа устройства для регулирования тепломассопереноса в газовой среде начинается с процесса включения силовой установки - 6, которая осуществляет подачу газовой среды под давлением в газопроводящие каналы - 3 (или система заполняется из баллона), после чего в коллектор - 2 вносят посредством дозатора - 13 ультрадисперсные частицы, например SiO₂, угольная пыль и др., измельченные до наноуровня (от 0.1 мк до 20 А). Данные частицы захватываются подаваемой под давлением газовой средой и распределяются в газопроводящих каналах - 3. Затем посредством аэратора - 9, в частности его лопастей - 11 и заборника - 12, выполненных, например, из металлической фольги или пластмассы, производится борбатирование (перемешивание) ультрадисперсных частиц с газовой средой, обеспечивая нахождение ультрадисперсных частиц во взвешенном состоянии.

При этом газовая среда, например CO₂, CO, содержащая ультрадисперсные частицы, которая аккумулирует тепло солнечных лучей с газовым потоком, доставляет тепло к потребителю - 8. Данное устройство позволяет расширить возможности применения различных газовых смесей, включая в них твердые частицы для нужд тепломассопереноса.

Способ осуществляется следующим образом.

Замкнутую систему приемника лучистой энергии заполняют избранной газовой средой, например CO₂, CO, под рабочим давлением (от 0,1 до 1,5 атм). После чего в коллекторную часть подают с помощью дозатора дискретную порцию ультрадисперсного порошка, в зависимости от емкости системы, но не менее от 0.1 до 0,001 объема емкости, с размером частиц от 0.1 мк и менее. Затем производят перемешивание газовой среды с ультрадисперсным порошком посредством лопастей и заборника аэратора в движущемся потоке.

В ходе эксперимента было установлено, что с помощью твердых частиц в газовом потоке поглощение тепла возрастает в 3-4 раза. При этом плотность потока регулируется как за счет степени запыления потока, так и кратности его обмена.

При незначительных световых потоках солнечных лучей для поддержания постоянной температуры у потребителя увеличиваем степень запыленности, не изменяя кратность обмена.

В случае интенсивного потока солнечных лучей и увеличения потребления тепла увеличиваем кратность обмена рабочего потока.

То есть заявленная система и способ дают возможность гибко регулировать как отбор тепловой энергии, так и ее дозирование потребителем.

1. Способ регулирования тепломассопереноса в газовой среде, включающий формирование газовой среды с заданной теплоемкостью, отличающийся тем, что в газовую среду добавляют ультрадисперсный порошок с размером частиц от 0,1 мкм и менее и проводят перемешивание газовой среды с ультрадисперсным порошком с помощью лопастей и заборника аэратора в движущемся потоке.

2. Устройство для регулирования тепломассопереноса в газовой среде, содержащее приемник лучистой энергии, имеющий газопроводящие каналы, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит аэраторы, размещенные в газопроводящих каналах приемника лучистой энергии и содержащие лопасти и заборники, жестко закрепленные на оси аэратора.