Аккумулятор тепла



Аккумулятор тепла
Аккумулятор тепла
Аккумулятор тепла
Аккумулятор тепла

 


Владельцы патента RU 2436020:

Общество с ограниченной ответственностью "МИКТЕРМ" (RU)

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к устройствам для аккумуляции тепла (холода), и может использоваться для аккумулирования энергии в системах теплоснабжения и кондиционирования. Аккумулятор тепла содержит контейнер, заполненный теплоаккумулирующей средой фазового перехода, размещенные в контейнере теплообменные элементы и трубы с теплоносителем, образующие змеевики и имеющие непосредственный контакт с теплообменными элементами, при этом теплообменные элементы выполнены из металлической сетки, трубы с теплоносителем выполнены гофрированными, металлические сетки с трубами образуют кассеты, теплоноситель в трубах соседних кассет пропускают в противоположных направлениях, пространство между кассетами заполнено металлической теплопроводной структурой, трубы соседних кассет расположены в шахматном порядке, причем соотношение расстояния между осями соседних труб и диаметра труб в зависимости от коэффициента теплопроводности теплоаккумулирующей среды фазового перехода в твердом состоянии определяется по заданной формуле. Такое выполнение позволяет повысить эффективность процесса зарядки-разрядки аккумулятора и увеличить энергоемкость циклов заряд-разряд. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к устройствам для аккумуляции тепла (холода), и может использоваться для аккумулирования тепловой энергии в системах теплоснабжения и холодной энергии в системах кондиционирования.

Известен теплоаккумулятор (SU №1239472, кл. F24H 7/04, опубл. 1986), содержащий корпус с пластинчатыми теплообменными элементами, образующими каналы, заполненные через один веществом фазового перехода, причем в корпусе со стороны торцов теплообменных элементов дополнительно установлены торцовые перегородки из теплопроводного материала, подвижные на участках каналов, заполненных веществом фазового перехода, и образующие полости, подключенные к источнику нагрева, а теплообменные элементы частично размещены внутри полости.

Известно изобретение, относящееся к способу работы аккумулятора тепла (SU №1288458, кл. F24H 7/00, опубл. 1987), заключающееся в поочередном пропускании параллельными потоками теплообменивающихся сред вдоль обеих поверхностей блоков, заполненных веществом, претерпевающим фазовые переходы при его нагревании и охлаждении, причем потоки каждой теплообменивающейся среды по обе стороны каждого блока пропускают во взаимно противоположных направлениях.

Основным недостатком указанных аккумуляторов тепла является недостаточно динамичные зарядно-разрядные характеристики плоских каналов, заполненных веществом фазового перехода, что обусловлено отсутствием их непосредственного теплового контакта с теплоносителем, циркулирующим между пластинчатыми элементами, которые в данном случае представляют собой промежуточное термическое сопротивление. Кроме того, наличие незаполненных веществом фазового перехода плоских каналов снижает тепло-аккумулирующую способность теплоаккумулятора.

Наиболее близким к заявленному является известный теплоаккумулятор (SU №1776931, кл. F24H 7/00, опубл. 1992), содержащий корпус с пластинчатыми теплообменными элементами, подключенными к циркуляционному контуру одного из теплоносителей и образующими между собой каналы, часть из которых заполнена веществом фазового перехода, при этом аккумулятор теплоты снабжен трубами, подключенными к контуру второго теплоносителя и установленными в упомянутых каналах с обеспечением контакта с теплообменными элементами, при этом оставшаяся часть каналов также заполнена веществом фазового перехода.

Недостатками известного аккумулятора тепла являются недостаточно динамичные зарядно-разрядные характеристики теплообмена, а также неравномерный отвод тепла в обогреваемое помещение из-за неравномерности температуры в объеме теплоаккумулирующего вещества.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса зарядки-разрядки аккумулятора тепла за счет увеличения поверхности теплообмена между теплопередающей и теплоаккумулирующей средой, повышение интенсификации процесса зарядки аккумулятора за счет размещения в теплоаккумулирующей среде материалов с коэффициентом теплопроводности, превышающим коэффициент теплопроводности теплоаккумулирующего вещества, за счет чего увеличивается энергоемкость циклов заряд-разряд, а также за счет особенностей конструкции заявленного аккумулятора.

Поставленная задача решена тем, что аккумулятор тепла содержит контейнер, заполненный теплоаккумулирующей средой фазового перехода, размещенные в контейнере теплообменные элементы и трубы с теплоносителем, образующие змеевики и имеющие непосредственный контакт с теплообменными элементами, причем теплообменные элементы выполнены из металлической сетки, трубы с теплоносителем выполнены гофрированными, металлические сетки с трубами образуют кассеты, теплоноситель в трубах соседних кассет пропускают в противоположных направлениях, пространство между кассетами заполнено металлической теплопроводной структурой, трубы соседних кассет расположены в шахматном порядке, причем соотношение расстояния между осями соседних труб и диаметра труб в зависимости от коэффициента теплопроводности теплоаккумулирующей среды фазового перехода в твердом состоянии определяется формулой

0,18<λ·ℓ/π·d<0,26,

где λ - коэффициент теплопроводности теплоаккумулирующей среды фазового перехода, Вт/м·°С;

ℓ - расстояние между осями соседних труб, м;

π - число, равное 3,14;

d - диаметр трубы, м.

Контейнер аккумулятора тепла выполнен из полиэтилена или стали с теплоизоляцией. Металлическая теплопроводная структура выполнена из стальной, алюминиевой, медной, латунной проволоки или проволочного плетения (путанки).

Сущность изобретение поясняется подробнее чертежами и описанием к ним.

На фиг.1 схематично изображен аккумулятор тепла, поперечный разрез; на фиг.2 - аккумулятор тепла, продольный разрез; на фиг.3 - аккумулятор тепла, вид сверху; на фиг.4 - аккумулятор тепла, разрез А-А на фиг.1.

Аккумулятор тепла содержит контейнер (корпус) 1, выполненный из полиэтилена или тонкостенной стали и снабженный с внутренней стороны теплоизоляцией 2 (например, полистирол, к-flex и др.) и герметичной эластичной оболочкой (мембранный вкладыш) 3. Контейнер заполнен теплоаккумулирующей средой фазового перехода 4 (например, парафином). В контейнере размещены кассеты 5, образуемые из теплообменных элементов - металлических сеток 6 с закрепленными на них змеевиками из гофрированных труб 7 для теплоносителя, подсоединенных к коллектору 8. Теплоноситель в трубах соседних кассет пропускают в противоположных направлениях. Пространство между кассетами, а также между изгибами змеевика заполнено металлической теплопроводной структурой 9, выполненной из стальной, алюминиевой, медной, латунной проволоки или проволочного плетения (путанки). Трубы соседних кассет расположены в шахматном порядке, причем соотношение расстояния между осями соседних труб и диаметра труб в зависимости от коэффициента теплопроводности теплоаккумулирующей среды фазового перехода в твердом состоянии определяется формулой 0,18<λ·ℓ/π·d<0,26, где λ - коэффициент теплопроводности теплоаккумулирующей среды фазового перехода, Вт/м·°С; ℓ - расстояние между осями соседних труб, м; π - число, равное 3,14; d - диаметр трубы, м. Данная формула применима для суточного режима разрядки-зарядки.

Аккумулятор тепла работает следующим образом.

В режиме зарядки аккумулятора тепла теплоноситель (горячая вода) через подающий и обратный коллекторы 8 подается в гофрированные трубы змеевиков 7, приваренных к металлическим сеткам теплообменных элементов 6, образующих кассеты 5. Трубы соседних кассет расположены в шахматном порядке с определенным соотношением расстояния между осями соседних труб и их диаметром. При этом трубы соседних кассет подключены к коллектору таким образом, что течение теплоносителя (горячей воды) в них осуществляется во взаимно противоположных направлениях. Поток теплоносителя протекает по змеевику и через гофрированную поверхность труб отдает тепло теплоаккумулирующей среде фазового перехода 4. Теплоаккумулирующая среда фазового перехода 4 плавится, аккумулируя подводимое тепло. Металлическая сетка 6 имеет коэффициент теплопроводности выше, чем коэффициент теплопроводности теплоаккумулирующей среды, в связи с чем процесс зарядки аккумулятора происходит быстрее. Интенсификация процесса зарядки аккумулятора тепла также значительно возрастает за счет размещения в объеме теплоаккумулирующей среды металлической теплопроводной структуры 9, имеющей коэффициент теплопроводности выше коэффициента теплопроводности теплоаккумулирующей среды (λ). Теплопроводная структура выполнена из стальной, алюминиевой, медной, латунной проволоки или проволочного плетения (путанки) и занимает примерно 8-10% объема теплоаккумулирующей среды.

Зарядка аккумулятора тепла, как правило, производится в ночное время при пониженных тарифах на электроэнергию, разрядка - в дневные часы.

В режиме разрядки аккумулятора тепла холодная вода прокачивается через гофрированные трубы змеевиков 7, постепенно отбирая скрытое тепло фазового перехода у теплоаккумулирующей среды 4. Нагретая таким образом вода поступает потребителю. Теплоаккумулирующая среда изменяет свое агрегатное состояние, при этом металлические сетки теплообменных элементов 6 и металлическая теплопроводная структура 9 способствуют более равномерному отбору скрытого тепла, не допуская зон застоя. Этому же способствует размещение труб на соседних кассетах в шахматном порядке и протекание теплоносителя в трубах соседних кассет в противоположном направлении.

Гофрированный профиль труб с теплоносителем не только увеличивает поверхность контакта теплоносителя и теплоаккумулирующей среды, но и способствует улучшению теплообмена за счет образования турбулентных вихрей на кольцевых выступах и впадинах гофрированного профиля. Кроме того, гофрированная труба компенсирует температурную деформацию, возникающую в процессе зарядки и разрядки аккумулятора тепла.

Наличие металлических сеток и металлической теплопроводной структуры способствуют более полному и равномерному фазовому переходу теплоаккумулирующего вещества. Этому же способствует направление течения теплоносителя в гофрированных трубах соседних кассет противотоком благодаря тому, что в одном участке (объеме) контейнера расположены соседние кассеты, на одной из которых в гофрированную трубу втекает более нагретый теплоноситель (при зарядке аккумулятора), а на соседней кассете в этом же участке (объеме) контейнера из гофрированной трубы вытекает теплоноситель, частично отдавший тепловую энергию теплоаккумулирующему веществу.

Соотношение расстояния между осями соседних труб и диаметра труб в зависимости от коэффициента теплопроводности теплоаккумулирующей среды фазового перехода в твердом состоянии определяется формулой

0,18 < λ (Вт/м·°C) ·ℓ (м) / π · d(м) < 0,26

Повышение соотношения более 0,26 нецелесообразно, поскольку снижается интенсивность процесса зарядки аккумулятора, аккумулятор не успеет зарядиться за ночь. Снижение соотношения менее 0,18 также нецелесообразно, поскольку для поддержания необходимой эффективности процесса пришлось бы увеличить плотность труб, однако в этом случае снижается объем теплоаккумулирующей среды (ТАМ).

Предложенный аккумулятор тепла может быть использован также и в качестве аккумулятора холода, например, в системах кондиционирования воздуха. Зарядка аккумулятора холода осуществляется в ночное время при пониженных тарифах на электроэнергию, разрядка - в дневные часы. Принцип работы заявленного аккумулятора в качестве аккумулятора холода состоит в следующем: на стадии зарядки теплоноситель, протекающий по трубам, отбирает тепло у теплоаккумулирующей среды (среды фазового перехода), например, парафина, переводя его в твердое состояние. В дневное время используют холод, получаемый от плавления теплоаккумулирующей среды, аккумулятор разряжается.

Таким образом, предложенный аккумулятор тепла (холода) способствует повышению эффективности процесса зарядки-разрядки аккумулятора за счет увеличения поверхности теплообмена между теплопередающей и теплоаккумулирующей средой, интенсифицирует процесс зарядки-разрядки аккумулятора за счет размещения в теплоаккумулирующей среде материалов с коэффициентом теплопроводности, превышающим коэффициент теплопроводности теплоаккумулирующего вещества, что в свою очередь увеличивает энергоемкость циклов заряд-разряд. Достигнутые результаты позволяют рекомендовать заявленное изобретение для широкого внедрения в различных областях теплоснабжения с аккумулированием тепла и системах кондиционирования с аккумулированием холода.

1. Аккумулятор тепла, содержащий контейнер, заполненный теплоаккумулирующей средой фазового перехода, размещенные в контейнере теплообменные элементы и трубы с теплоносителем, образующие змеевики и имеющие непосредственный контакт с теплообменными элементами, отличающийся тем, что теплообменные элементы выполнены из металлической сетки, трубы с теплоносителем выполнены гофрированными, металлические сетки с трубами образуют кассеты, теплоноситель в трубах соседних кассет пропускают в противоположных направлениях, пространство между кассетами заполнено металлической теплопроводной структурой, трубы соседних кассет расположены в шахматном порядке, причем соотношение расстояния между осями соседних труб и диаметра труб в зависимости от коэффициента теплопроводности теплоаккумулирующей среды фазового перехода в твердом состоянии определяется формулой
0,18<λ·ℓ/π·d<0,26,
где λ - коэффициент теплопроводности теплоаккумулирующей среды фазового перехода, Вт/м·°С;
ℓ - расстояние между осями соседних труб, м;
π - число, равное 3,14;
d - диаметр трубы, м.

2. Аккумулятор тепла по п.1, отличающийся тем, что контейнер выполнен из полиэтилена или стали с теплоизоляцией.

3. Аккумулятор тепла по п.2, отличающийся тем, что металлическая теплопроводная структура выполнена из стальной, алюминиевой, медной, латунной проволоки или проволочного плетения (путанки).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к теплоаккумулирующим регенеративным теплообменникам. .

Изобретение относится к теплотехнике и может быть применено в устройствах для аккумулирования холода и/или тепла. .

Изобретение относится к области энергетики и, в частности, к установкам отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений. .

Изобретение относится к теплообменным устройствам, применяемым для передачи тепла или холода в процессах, использующих потоки жидкости или газа, и может быть использовано в системах отопления, вентиляции, в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам для нагрева газового потока с использованием аккумулирования тепловой энергии. .

Изобретение относится к тепловым аккумуляторам, предназначенным для накопления, хранения и отдачи тепла при пуске системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.

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

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для нагревания теплоносителя, а также для длительного аккумулирования энергии, полученной при утилизации тепловых выбросов с изменяющимся температурным режимом или при нетрадиционном теплоснабжении зданий, в частности с использованием солнечного излучения.

Изобретение относится к области теплотехники, более конкретно к теплоаккумулирующим устройствам, использующим скрытую теплоту фазовых переходов рабочего вещества для обеспечения требуемого теплового режима источников энергии (ИЭ) при их циклической работе, а также в качестве их защиты от кратковременных воздействий внешних тепловых потоков.

Изобретение относится к теплоаккумулирующим материалам и электрическим нагревателям, которые могут быть применены для терморегулирования объекта, в частности на автотранспортной технике для терморегулирования топлива, моторного масла, низкотемпературной жидкости; в пищевой промышленности для хранения ферментов, селективной пастеризации различных субстратов, селективного выращивания различных культур дрожжей

Изобретение относится к области теплоэнергетики, преимущественно к атомной энергетике, и предназначено для использования на паротурбинных установках атомных электростанций двухконтурного типа с водо-водяными энергетическими реакторами

Изобретение относится к энергетике и может использоваться в аппаратах для нагрева воды. Сущность изобретения в том, что аппарат для нагрева воды, по меньшей мере, содержащий бак для воды, впуск и выпуск для воды, а также металлическое тело для накопления тепла, содержащее по меньшей мере один материал с фазовым переходом с одним средством для теплопередачи, включает по меньшей мере две противолежащие электрически изолированные стенки металлического тела для накопления тепла, а тело выполнено с возможностью приложения к нему электрического напряжения для нагрева посредством прохождения тока через средство для теплопередачи. Предложенный аппарат для нагрева воды предлагает экономичные, компактные и эффективные возможности нагревания воды и накопления тепла. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к устройствам предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания (ДВС) при отрицательных температурах окружающей среды. Устройство позволяет накапливать теплоту при работающем и выключенном ДВС и отдавать ее теплоносителю (охлаждающей жидкости системы охлаждения или маслу системы смазки) с целью поддержания их требуемой температуры, необходимой для подготовки пуска двигателя. Тепловой аккумулятор фазового перехода содержит теплоизолированный вакуумированный цилиндрический корпус со съемной крышкой, имеющей входное и выходное отверстия с запрессованными в них впускной и выпускной трубами, капсулы, заполненные изменяющим агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур теплоаккумулирующим материалом, выполненные из коаксиально расположенных цилиндров с образованием между ними кольцевых зазоров для прохода жидкого теплоносителя. Кроме того, аккумулятор снабжен устройством электроподогрева с саморегулирующимися нагревательными элементами на позисторной керамике, работающим от внешнего источника питания или электрической сети машины при выключенном двигателе. 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики, более конкретно к средствам накопления, хранения и выделения или преобразования тепловой энергии. Аккумулятор тепловой энергии содержит по крайней мере один управляющий элемент и рабочее тело, обеспечивающее накопление тепловой энергии и имеющее возможность выделения тепловой энергии в результате воздействия по крайней мере одного управляющего элемента. При этом согласно изобретению рабочее тело представляет собой аморфные частицы тугоплавкого материала, обеспечивающие накопление тепловой энергии при нахождении в состоянии метастабильной сильно неупорядоченной дефектно-насыщенной конденсированной фазы и выделение тепловой энергии при фазовом переходе из дефектно-насыщенного неупорядоченного конденсированного состояния в состояние кристаллической упорядоченности. В результате заявленный аккумулятор обладает повышенной энергоемкостью в сравнении с аналогами, известными на текущем уровне техники. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для отопления и терморегулирования. Изобретение позволит снизить энергетические потери и повысить эффективность регулирования мощности нагрева. Электротеплоаккумулирующий нагреватель содержит корпус, теплоаккумулирующее вещество и электронагреватель, подключенный к источнику питания. Новым является выполнение электронагревателя в виде взаимодействующего с подвижным электродом электропроводящего слоя, содержащего углеродный наноматериал, над которым располагается теплоаккумулирующий диэлектрический слой. Устройство характеризуется высокоэффективным теплоаккумулированием и возможностью изменения мощности с шагом 2 Вт и широким диапазоном регулирования от 10 Вт до 20 кВт. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в аккумуляторах тепловой энергии, произведенной за счет использования электрической энергии в периоды ее наименьшей стоимости по ночным тарифам. Сущность изобретения: аккумулятор тепловой энергии периодического действия, содержащий в термоизолированном корпусе теплоаккумулятор из твердого высокотемпературного рабочего тела с каналами для потока теплопередающего газа, входными и выходными штуцерами для него, ТЭНы, вентилятор, подключенный к выходному штуцеру корпуса, блок автоматики для определения времени работы на ночном тарифе электроэнергии и обработки сигналов с датчиков температуры в теплоаккумуляторе и у потребителей, содержит дополнительно присоединенный водяной термоаккумуляционный накопитель, в корпусе которого размещен трубчатый теплообменник с входным и выходным штуцерами, подключенными через вентилятор соответственно к выходным и входным штуцерам теплоаккумулятора, резервный пиковый ТЭН, выходной и входной штуцера подачи горячей воды потребителям посредством дополнительно введенного насоса, причем ТЭНы, вентилятор и насос подключены к блоку автоматики. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для аккумулирования тепловой энергии. Сущность изобретения в том, что аккумулятор теплоты с фазопереходным материалом, содержащий корпус, заполненный теплоаккумулирующим материалом с фазовым переходом в зоне рабочих температур, поверхность теплообмена и электронагревательный элемент, содержит промежуточную крышку и приемник солнечного излучения, поверхность теплообмена состоит из вертикальных трубок, расположенных внутри во всем объеме бака-аккумулятора и заполненных материалом с фазовым переходом, и кожухов электронагревательных элементов, установленных в вертикальных трубках, причем теплоноситель проходит снизу вверх по межтрубному пространству, а сверху над промежуточной и герметичной крышкой расположена свободная полость, выполняющая роль камеры для расширения фазопереходного материала из вертикальных трубок, а дно бака-аккумулятора выполнено приемником солнечного излучения. При таком выполнении повышается эффективность аккумулирования тепла и теплообмена с теплоносителем системы за счет увеличения и равномерного расположения площади поверхности теплообмена по всему объему бака-аккумулятора. 4 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, преимущественно к атомной энергетике, и предназначено для использования на энергокомплексах, включающих паротурбинные установки атомных электростанций (АЭС) двухконтурного типа. Парогазовая установка на базе АЭС снабжена газопаровым теплообменником, подключенным по греющей стороне к тракту отработавших газов газовой турбины, а по нагреваемой - к паропроводу между цилиндрами паровой турбины параллельно второй ступени паропарового перегревателя, пусковой резервной котельной, расположенной за газоводяным подогревателем и соединенной на входе по греющей стороне с газопроводом отработавших газов, а на выходе - с подогревателем химически очищенной воды, по нагреваемой стороне на входе - с подогревателем химически очищенной воды, на выходе - с сателлитной турбиной. Сателлитная турбина на входе соединена с пусковой резервной котельной, а на выходе - с конденсатором сателлитной турбины. Узлом подготовки стороннего пара, включающим паровую электролизерную, хранилище кислорода, хранилище водорода, компрематор кислорода, компрематор водорода, водородокислородный парогенератор, соединенные на входе с отбором пара из цилиндра высокого давления паровой турбины, а на выходе - с трубопроводом отбора пара из цилиндра высокого давления паровой турбины на первую ступень промежуточного перегрева пара и на смеситель пара, который на входе соединен с пусковой резервной котельной и узлом подготовки стороннего пара, а на выходе - с сателлитной турбиной и паропроводом, замещающим отбор пара из паровой турбины, подогреватель химически очищенной воды, соединенный на входе по греющей стороне с газопроводом отработавших газов, расположенным за пусковой резервной котельной, а на выходе - с дымовой трубой, а по нагреваемой стороне на входе - с трубопроводом химически очищенной воды, на выходе - с пусковой резервной котельной. Технический результат заключается в увеличении мощности и маневренности парогазовой установки. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для утилизации отработанного тепла котельных дымовых газов с помощью передачи тепла маслом. Система нагрева масляного теплоносителя с использованием тепла отработанных котельных дымовых газов, включает экономайзер и воздушный подогреватель, расположенный в дымоходе. Система дополнительно содержит масляный нагреватель теплопередачи, который расположен внутри дымохода перед экономайзером и подключен к устройству потребления тепла через первую циркуляционную трубу и циркуляционный насос, расположенный на первой циркуляционной трубе, а также маслоотделитель газа, подключенный к слоту расширения, связанному с масляным резервуаром и масляным насосом, при этом система снабжена устройством утилизации и возврата тепла выхлопных газов для воздушного подогревателя, содержащим элемент поглощения тепла и элемент тепловыделения, сообщенные друг с другом второй циркуляционной трубой, причем элемент поглощение тепла расположен внутри дымохода за воздушным подогревателем. Система нагрева масла в качестве теплоносителя, используя дымовые газы котла снижает температуру выхлопных газов котла, использует переработанное тепло для нагрева теплоносителя. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх