способ работы аккумулятора теплоты на фазовом переходе

Формула изобретения

СПОСОБ РАБОТЫ АККУМУЛЯТОРА ТЕПЛОТЫ НА ФАЗОВОМ ПЕРЕХОДЕ, заключающийся в поочередном пропускании теплоотдающей и теплопоглощающей сред по трубкам, которые окружены веществом, претерпевающим фазовые переходы при его нагреве и охлаждении, причем теплоотдающую среду пропускают через все трубки теплообменника одновременно, отличающийся тем, что теплопоглощающую среду пропускают сначала поочередно через отдельные группы трубок, причем через одни и те же группы по несколько раз, а затем через все группы трубок одновременно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Известен способ работы аккумулятора теплоты на фазовом переходе, предусматривающий механическую очистку теплообменной поверхности от корочки теплоаккумулирующего материала (ТАМ), образующейся в режиме разрядки аккумулятора. Данный способ реализован в устройстве аккумулятора теплоты на фазовом переходе.

Недостатком этого способа является необходимость дополнительной энергии на механическую очистку (движение скребковой пластины), снижение срока службы аккумулятора в результате истирания теплообменной поверхности, сложность конструкции.

Наиболее близким техническим решением по общности решаемой задачи является способ работы аккумулятора теплоты на фазовом переходе, заключающейся в поочередном пропускании параллельными взаимно противоположными потоками теплообменивающихся сред вдоль поверхностей блоков, заполненных ТАМ, претерпевающим фазовые переходы; при его нагреве и охлаждении, причем теплоотдающую среду пропускают по всем каналам теплообменника одновременно.

Недостатком этого способа является низкая эффективность работы блоков в режиме разрядки аккумулятора (т.е. нагрева теплообменивающейся среды), так как в результате соприкосновения холодного воздуха со стенками блока с ТАМ происходит затвердение ТАМ на внутренних стенках блока, что снижает теплоотдачу от ТАМ к воздуху и приводит к снижению температуры нагреваемого воздуха и колебаниям последней в широком диапазоне в процессе разрядки аккумулятора.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности теплоотдачи от ТАМ к нагреваемой среде, поддержании постоянной температуры нагреваемой среды в течение всего процесса разрядки; более полное использование тепла, аккумулированного ТАМ.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе работы аккумулятора теплоты на фазовом переходе (АТФП) удаление корочки затвердевшего ТАМ с теплообменной поверхности (например, трубок) в режиме разрядки происходит в результате того, что нагреваемую среду пропускают поочередно через группы теплообменных поверхностей (например, группы трубок), а на незадействованных группах в это время происходит плавление корочки затвердевшего ТАМ за счет его внутренней энергии.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что он позволяет получать нагреваемую среду с одинаковой температурой во время всего процесса разрядки АТФП, а время, в течение которого нагреваемая среда имеет высокую температуру, увеличивается.

Сопоставительный анализ изобретения с прототипом показывает, что изобретение отличается от известного тем, что в процессе разрядки АТФП происходит поочередное использование групп теплообменивающихся поверхностей.

Вследствие вышеизложенного предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками предлагаемого технического решения и соответствие критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображена схема расположения элементов установки, обеспечивающей реализацию предлагаемого способа, например, с четырьмя группами теплообменивающихся поверхностей (трубок); на фиг.2 пример расположения групп трубок, например четырех, в поперечном сечении теплообменника.

Установка состоит из вертикального кожухотрубного теплообменника 1, имеющего в нижней части входную камеру 2 и трубную доску 3, в которой укреплены, например, четыре группы трубок 5-8, причем последние выходят соответственно в четыре выпускных камеры 9-12, каждая из которых имеет на выходе в сеть запорное устройство 13-16 соответственно. Между трубной доской 3 и камерой 12 расположено межтрубное пространство 4.

Пример расположения групп трубок в поперечном сечении теплообменника показан на фиг. 2. Для четырех групп трубки расположены таким образом, что вокруг каждой из трубок одной группы расположены трубки трех других групп по вершинам правильного шестиугольника.

Для осуществления предлагаемого способа представлена принципиальная схема работы АТФП, включающая нагрев ТАМ за счет пропускания горячей теплоотдающей среды через все группы трубок одновременно, плавление ТАМ и нагревание другой теплопоглащающей среды, пропускаемой через отдельные группы трубок поочередно до полного затвердевания ТАМ в следующей последовательности: 5 (I группа), затем 6 (II группа), затем 7 (III группа), затем 8 (IV группа), затем опять 5 (I группа), 6 (II группа), 7 (III группа), 8 (IV группа) и затем все четыре группы одновременно.

Предлагаемый способ осуществляется на предложенной установке следующим образом.

Горячую теплоотдающую среду (воду) подают во входную камеру 2 теплообменника 1. Все запорные устройства 13-16 открыты, поэтому вода проходит по всем четырем группам трубок 5-8, в выпускные камеры 9-12 и через запорные устройства 13-16 уходит в сеть, при этом происходит нагрев и плавление ТАМ в межтрубном пространстве 4 теплообменника. После того, как весь ТАМ расплавился, начинается процесс разрядки АТФП и нагрева теплопоглащающей среды (холодной воды). Холодную воду подают во входную камеру 2, при этом запорные устройства 14, 15 и 16 закрыты и вода движется по группе трубок 5 в выпускную камеру 9 и затем через открытое запорное устройство 13 в сеть. Как только в процессе подогрева воды ТАМ вокруг трубок группы 5 остывает, затвердевает и покрывает трубки корочкой, в результате чего начинают снижаться теплопередача от ТАМ к воде и температура нагреваемой воды, одновременно производят переключение на следующую группу трубок путем закрытия запорного устройства 13 и открытия запоpного устройства 14, в результате вода проходит через группу трубок 6. В это же время за счет того, что ТАМ находится в расплавленном состоянии, а в группе трубок 5 нет движения холодной воды, начинается расплавление корочки ТАМ на группе трубок 5.

После того, как отработает группа трубок 6, включают группу 7, а затем группу 8. В это же время корочка ТАМ вокруг группы трубок 5 окончательно расплавится и эту группу опять включают в работу после отключения группы трубок 8.

А затем цикл повторяется. После повторного использования всех групп трубок включают в работу все четыре группы трубок, так как происходит затвердевание ТАМ почти одновременно во всем объеме сразу.

Изобретение может быть использовано в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения для накопления теплоты и использования ее в пиковые нагрузки, кроме того, для систем горячего водоснабжения с гелиоприемниками для накопления теплоты в солнечное время и использования ее в остальное время суток, а также для поддержания постоянной температуры нагреваемой среды.