Устройство для аккумулирования теплоты

(51) Г 2 ЬСТВУ агревеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпО изОБРетениям и ОтнРытиямпРи гкнт ссо И АВТОРСКОМ,Ф СВИ(71) Тбилисский зональный научноисследовательский и проектный институт типового и экспериментального проектирования жилых и общественных зданий(56) Соколов Е.Я., Бродянский В М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. М.: Энергоатомиздат, 1981, с. 320.Авторское свидетельство СССР У 1288458, кл. Р 24 Н 7/00, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ(57) Изобретение относится к системам теплоснабжения. Целью изобретения является повышение потенциала тепло ты, отводимой потребителю.Для этого внутри блока 3 с теплоаккумулирующим материалом установлен герметичный элемент 8 с сильфоном 9 и Т-образным поршнем 10, образующим внутри элемента 8 три замкнутые полости 11, 12 и 13, заполненные. соответственно легкокипящим веществом, газом и вязкой жидкостью. Благодаря нагреву теплоаккумулирующего вещества н вается и вскипает легкокипящее1560943 40 щество внутри полости 11 герметичного элемента 8. Пары легкокипящеговещества давят на основание поршня 10Перемещаясь вверх, поршень сдавливает жидкость в полости 13 и повышает одновременно давление расплавленИзобретение относится к тепловым ,аккумуляторам с аккумуляцией тепло" ты за счет фазовых переходов. 15Цель изобретения - повышение потенциала теплоты, отводимой потребителю.На чертеже изображена принципиаль, ная схема предлагаемого устройства. 2 ОУстройство содержит теплоизоля" ционный корпус 1, внутри которого сзазором 2 установлен блок 3 с тепло аккумулирующим материалом, подающие трубопроводы 4 и 5 и обратные труба проводы б и 7, подключенные к источнику.и потребителю теплоты соответоственно, (не показаны) и сообщающиеся с зазором 2. Кроме этого устройство содержит установленный в. блоке 3 герметичный элемент 8 с силь- фоном 9, жестко закрепленным на его торце и Т-образный поршень 10, уста, новленный внутри элемента 8 с обра зованием в нем трех замкнутых полостей 11 - 13, заполненных соответственно легкокипящим веществом, га, зом и вязкой жидкостью. Устройствотакже содержит бак-накопитель 14, подогреватель 15, охладитель 16, уплотняющие кольца 17 и циркуляционный насос 18.Устройство работает следующим образом.Через трубопроводы 4 и 6 теплоноситель привносит в корпус 1 теплоту от низкопотенциального источника стемпературой, достаточной для расплавления теплоаккумулирующего материала (ТАИ) . Таким образом, производится аккумулирование теплотыдо полного расплавления всего ТАИ,имеющегося внутри блока 3. Далеециркуляцию теплоносителя через низкопотенциальный источник прекращают,чем завершается первый этап работы55устройства. На этом этапе внутриблока 3 поддерживается определенноеначальное давление, а температура ного теплоаккумулирующего веществавнутри блока 3, За счет повышениядавления фазовый переход в теплоак-.кумулирующем веществе происходитпри более высокой температуре. 1 ил ТАМ приблизительно соответствует (либо чуть ниже) температуре низко- потенциального источника тепла.На втором этапе производится циркуляция теплоносителя насосом 18 через бак-накопитель 14 и подогреватель 15, ,проходя через который теплоноситель подогревается до требуемой температуры и вновь поступает в зазор 2 между корпусом 1 и блоком 3. В течение данного этапа происходит нагрев ТАИ теплоносителем и повышение его температуры. При этом нагревается также и легкокипящее вещество внутри полости 11 герметичного элемента 8, оно вскипает, резко увеличивая свой объем, и начинает давить на основание Т-образного поршня 10. Полость 12 над основанием поршня 10 заполнена газообразным веществом, не изменяющим своего агрегатного состояния в рабочем диапазоне температур установки. Давление газа в полости 11 предполагается довольно малым для снижения противодействия его перемещению поршня 10 вверх, Перемещаясь вверх поршень 10 начинает сдавливать жидкость в полости 13 и это повышение давления через сильфон 9 передается расплавленному ТАМ. Повышение давления в полости 13, а через сильфон 9 и внутри блока 3 будет больше, чем повьппение давления в полости 11 и пропорционально отношению площадей нижнего и верхнего торцов поршня 10. Второй этап работы устройства продолжается до тех пор, пока весь ТАМ не будет подогрет до требуемой температуры и не будет достигнуто (за счет поддавливания сильфона 9) давление ТАМ внутри блока 3, при котором возможно фазовое изменение ТАМ при заданной повьппенной температуре.После достижения требуемых параметров ТАИ начинается третий этап работы устройства, На данном этапе циркуляционный насос 18 и подогре1560943 10 5 30 35 40 45 50 ватель 15 отключают, а теплоноситень через трубопроводы 5 иподводится и отводится от потребителя, при этом производится отбор теплоты от ТАМ на расчетном уровне температур. При отборе. теплоты происходит твердение ТАМ при повышенном давлении, обеспечиваемом сильфоном 9. Это давление практически не изменится до тех пор, пока не изменится температура легкокипящего вещества внутри полости 11 элемента 8, что может произойти лишь после того, как весь ТАМ отвердеет и теплота плавления на расчетном уровне температур будет передана потребителю.Последний, четвертый этап работы устройства, заключается в возвращении ТАМ в исходное состояние к начальному давлению и температуре, Для этого устройство для аккумулирования теплоты вновь отключают и от потребителя тепла и от источника потенциала. Включаются циркуляционный насос 18, который прокачивает накопленную в баке-накопителе 14 воду через зазор 2 между корпусом 1 и блоком 3, тем самым охлаждая ТАМ. Со снижением температуры ТАМ постепенно охлаждается и конденсируется легкокипящее вещество в полости 11 Для достижения исходной температуры ТАМ, которая несколько ниже температуры низкопотенциального источника тепла, в охладителе 16 производится доохлаждение воды системой оборотного водоснабжения (не показана) со сбросом теплоты в окружающую среду,Использование предлагаемого устройства обеспечивает решение задачи аккумулирования .теплоты и повышения ее потенциала. Использование ТАМ вкачестве рабочего тела, которое подвергается сжатию и дополнительному внешнему нагреву, позволяет довольно простым способом повысить потенциал аккумулированной теплоты.Используемый для аккумулирования теплоты ТАМ должен обладать следующими свойствами: плавиться и твердеть в заданном рабочем диапазоне температур и давленийФиметь достаточную теплоту плавления 55 и теплопроводность;иметь удельный ооъем в расплавленном состоянии больший, чем втвердом состоянии; иметь как можно большую зависимость изменения температуры от давления (для фазовых переходов твердоетело - жидкость);иметь невысокую стоимость.В качестве примера таких магериалов можно принять кристаллогидратынитратов тяжелых металлов, ряд парафинов и др. Следует отметить, чтодля предотвращения слишком высокихдавлений внутри корпуса 1 в исходномсостоянии ТАМ может находиться подвакуумом. В этом случае ту же степень сжатия ТАМ можно осуществитьне достигая очень высоких давленийвнутри корпуса 1.Для обеспечения сжатия ТАМ предлагается испольэовать легкокипящиевещества, например, некоторые эфиры,фреоны, ацетон,Таким образом, экономическая эффективность предлагаемого устройствадля аккумулирования теплоты заключается в следующем:одновременное использование ТАМи для аккумуляции низкопотенциального тепла, и в качестве рабочеготела, посредством которого повышаетсяпотенциал аккумулированного тепла,что снижает капитальные затраты наосуществление теплоснабжения объекта;. исключительная надежность, простотаи дешевизна реализации предлагаемогоспособа;отсутствие необходимости какоголибо квалифицированного эксплуатационного персонала;возможность регенерации большейчасти тепла, необходимого для осуществления предлагаемого способа;возможность осуществления повы- .шения потенциала тепла не только использованием высокопотенциальнойэлектрической энергией, но и тепловой энергией, температурный уровенькоторой лишь несколько превышаеттемпературный уровень потребителятепла. Формула изобретения Устройство для аккумулирования теплоты, содержащее теплоизолированный корпус, внутри которого с зазором установлен блок с теплоаккумулирующим материалом и подающие и обратные трубопроводы, подключенные к источнику и потребителю тепло15 б 0943 Составитель В.СитасТехред М. Дидык Корректор Н.Король Редактор А.Ренин Эакаэ 971 Тираж 581 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 ты соответственно и сообщающиеся с упомянутым зазором, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения потенциала теплоты отвоЭ димой потребителю, оно снабжено устЭновленным в упомянутом блоке герметичным элементом с сильфоном,жестко закрепленным на его торце иТ"образным поршнем установленнымвнутри этого элемента с образование;в нем трех замкнутых полостей, заполненных соответственно легкокипящим веществом, газом и вязкой жидкостью,