Теплообменное устройство для динамических аккумуляторов скрытого тепла

(5)с Р 24 Н 7/ Н ИЕ ОПИ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРГТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯДИНАМИЧЕСКИХ АККУМУЛЯТОРОВ(57) Изобретение может быть использованодля аккумулирования тепла с использованием теплоты фазового перехода. Цель - увеличение мощности теплопередачи иснижение материалоемкости путем интенсификации теплообмена, Устройство содержит корпус (К) 3 с теплоаккумулирующимвеществом (ТВ) 2, претерпевающим фэзовое превращение в диапазоне рабочих температур, и находящимся с ним в прямом 1652891 А контакте промежуточным теплоносителем (ПТ) 1. В последний погружена греющая теплообменная поверхность 4, В К 3 установлены нагреваемая теплообменная поверхность 5 и дополнительный теплообменник из одной или нескольких труб (Т) 7, погруженный в ТВ 2. Т 7 расположены вдоль конической поверхности с углом наклона 50-85" к горизонтали. Т 7 могут быть снабжены нижним и/или верхним кольцевыми коллекторами 9 и 10 с расположением последнего в ТВ 2. Т 7 могут быть выполнены с петлеобразными участками, Т 7 может быть выполнена спиральной. Т 7 могут быть снабжены только нижним кольцевым коллектором и выполнены с заглушенными верхними концами. Греющий теплоноситель, протекая через Т 7 и греющую теплообменную поверхность 4, расплавляет ТВ 2, образуя в нем канал 8. и испаряет ПТ 1 на теплообменной поверхности 4. Пузыри пара ПТ 1 поднимаются по каналу 8 и конденсируются на нагреваемой теплообменной поверхности 5. Теплообмен между ПТ 1 и ТВ 2 интенсифицирован за счет наклона Т 7, улучшающего контакт паровых пузырей и ТВ 2, 4 з,п. ф лы, 4 ил,Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для аккумулирования тепла с использованием теплоты фазового перехода,Известные технические решения направлены, в основном на решение двух типов задач: на использование веществ с возможно большей скрытой теплотой фазового перехода для повышения компактности, а также на использование веществ и добавочных элементов, компенсирующих отрицательное влияние на теплообмен с теплоаккумулирующим веществом (патент ГДР М 154126, кл. Г 24 Н 7/02, опублик.1982).Для таких технических решений характерно применение сред, транспортирующих тепло, которые для повышения мощности теплопередачи приводятся в движение и находятся в прямом контакте с веществом, меняющим агрегатное состояние. Тепло транспортируют с помощью жидкостей с высокой температурой кипения, например масел, которые при теплообмене находятся в жидком состоянии, или с помощью легкокипящих жидкостей, например хладагентов, испаряющихся и конденсирующихся при теплообмене. При этом важно условие нерастворимости контактирующих сред одна в другой.Движение сред, транспортирующих тепло, может осуществляться с помощью насосовавторское свидетельство СССР М 1455170, кл. Г 24 Н 7/02. 14,07,86), либо с использованием естественной конвекции, в частности с использованием кипения.При этом проблемой является непроницаемость теплоаккумулирующего вещества, находящегося в твердой фазе. Перемешивание с ним труднокипящих жидкостей либо невозможно, либо требует применения высоконапорных насосов. Перемешивание легкокипящих жидкостей возможно только ,через капилляры и трещины в твердом теплоаккумулирующем веществе, либо через промежуточные области, возникающие при добавках в теплоаккумулирующее вещество специальных присадок в кристаллическом виде. В этих областях теплопередаче препятствует противочное движение поднимающегося пара и стекающего вниз конденсата.Наиболее близким к предлагаемому является устройство (патент ФРГ 1 Ф 3010625, кл. С 09 К 5/02, опублик. 1981), содержащее корпус с теплоаккумулирующим веществом, претерпевающим фаэовое превращение в диапазоне рабочих температур, и находящимся с ним в прямом контакте промежуточным теплоносителем, погруженную в10 20 ществом в упомянутых вертикальных каналах, Применение средств, увеличивающих поверхность теплообмена в этих каналах и внутри теплоаккумуляторного вещества (оребрения, решеток и т.п,), повышает материалоемкость и затрудняет процессы кипения и конденсации.Цель изобретения - увеличение мощности теплопередачи и снижение материало- емкости устройства путем интенсификации теплообмена между теплоаккумулирующим веществом и промежуточным теплоносителем.На фиг.1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - то же, с трубами дополнительного теплообменника, выполненными с петлеобразными участками; на фиг,З - то же, с трубой дополнительного теплообменника, выполненной спиральной; на фиг.4 - то же, с заглушенными трубами дополнительного теплообменника.Теплообменное устройство для динамических аккумуляторов скрытого тепла содержит герметичный корпус 3 с теплоаккумулирующим веществом 2, претерпевающим фазовое превращение в диапазоне рабочих температур, и находящимся с ним в прямом контакте промежуточным теплоносителем 1, В последний погружена греющая теплообменная поверхность 4. В корпусе установлены нагреваемая теплообменная поверхность 5 и дополнительный теплообменник из одной или нескольких труб 7, погруженный в теплоаккумулирующее вещество 2. Одна или несколько труб 7 дополнительного теплообменника расположены вдоль воображаемой конической поверхности с углом наклона а 50-85 к Горизонтали,25 30 35 40 45 50 55 последний греющую теплообменную поверхность, а также нагреваемую теплообменную поверхность и дополнительный теплообменник из труб, погруженный в теплоаккумулирующее вещество.В данном устройстве трубы дополнительного теплообменника, расположенные вертикально, расплавляют вокруг себя теплоаккумулирующее вещество, создавая впоследнем вертикальные каналы для циркуляции промежуточного теплоносителя, что улучшает теплообмен в случае применения труднокипящих промежуточных теплоносителейНедостатком известного устройства является невысокая мощность теплопередачи при использовании легкокипящих промежуточных теплоносителей из-за отсутствияконтакта пузырей пара промежуточного теплоносителя с теплоаккумулирующим ве 1657891Трубы 7 дополнительного теплообмен- ный теплоноситель 1, заполняющий нижника могут быть снабжены нижним и/или нюю часть корпуса 3 (что может бытьверхним кольцевыми коллекторами 9 и 10 достигнуто за счет разности плотностейсоответственно, причем последний распо- промежуточного теплоносителя 1 и теплоакложен в зоне теплоаккумулирующего веще кумулирующего вещества 2), испаряется нагреющей теплообменной поверхности 4.Трубь 7 дополнительного теплообмен- Образующиеся паровые пузыри промежуника могут быть выполнены с петлеобраэ- гочного теплоносителя 1 поднимаются поными участками (фиг.2). наклонным каналам (или каналу) 8, вступаяТруба 7 дополнительного теплообмен в контакт с еще не расплавленным теплоакника может бьть выполнена спиральной и кумулирующим веществом 2, Температураполностью погружена в теплоаккумулирую- плавления последнего, естественно, должч еве на быть ниже температуры кипения промеТрубы 7 дополнительного теплообмен- жуточного теплоносителя 1. Паровыеника могут быть снабжены только нижним 15 пузыри нагревают и расплавляют теплоаккольцевым коллектором 9 и выполнены с ку;улирующее вещество 2 Пар про.лежузаглушенными верхними концами. точно о теплоносителя 1 конденсируется наТеплообменное устройство снабжено нагреваемой теплообменной поверхностивходной 14 и выходной 15 камерак",и грею, отдавая тепло протекающему через неещего теплоносителя. обратным трубапрово нагреваемому теплсносителю, а конденсатдом 6. Нагреваемая теплообменная стекает в канал 8 и на его стенке сноваповерхность 5 установлена в зоне 13 отвода вступает в контакт с теплоэккумулирующимвеществом 2. Достигнув греющей теплообВ теплоаккумулирующем веществе 2 в менной поверхности 4, конденсат вновь исреэультате его расплавления образован ка паряется и цикл повторяетсянал 8. Позициями 11 и 12 обозначены на- Как показали эксперименты, протекаправления движения соответственно ние 8 греющего теплоносителя (от полногреющего и нагреваемого теплоносителей, го его расхода) черезрубки 7Теплообменное устройство для динами- дополнительного теплообмен ника, распоческих аккумуляторпв скрытого тепла рабо ложенные, например, под углом и = 78 кгоризонтали, позволяет увеличить мощГ реющий теплоноситель подают из ка- ность теплообменного устройства по перемеры 14 в греющую теплообменную повер- даче тепла на 20.хность 4 и параллельным потоком в одну Теплообмен между промежуточнымили несколько труб дополнительного тепло теплоносителем 1 и теплоаккумулирующимобменника, Из последнего греющий тепло- веществом 2 интенсифицирован за сче наноситель после отбора от него тепла по клона труб 7 дополнительного теплообменобратномутрубопроводу б попадает в каме- ника, обеспечивающего тесноеру 15 и отводится из устройства в направле- контактирование паровых пузырей с тепло 40 аккумулирующим веществом 2,Нагреваемый теплоноситель подают внагреваемую теплообменную поверхность Формула изобретения5 (направление подачи обозначено позицией 1,2), где он нагревается, отбирая тепло 1. Теплообменное устройство для динаот пара промежуточного теплоносителя 1, и 45 мических аккумуляторов скрытого тепла, спотводят из устройства к потребителю тепла держащее корпус с теплоаккумулирующимвеществом, претерпевающим фазовое преПри протекании греющего теплоноси- вращение в диапазоне рабочих температур,теля через однуили несколькотруб 7 допол- и находящимся с ним в прямом контактетеплообменника, 50 промежуточным теплоносителем, погррурасположенные в толще теплоаккумулиру- женную в последний греющую теплообменющего вещества 2, последнее плавится, об- ную поверхность, а также нагреваемуюраэуя вдоль труб 7 соответственно один или теплообменную поверхность и дополнинесколько каналов 8, открывая доступ про- тельный теплообменник из одной или немежуточному теплоносителю 1 в зону 13 от скольких труб, по рру, погруженныи ввода тепла в верхней части корпуса 3 теплоаккумулирующеевещество,отличаюОдновоеменно в результате протекания щ е е с я тем, что, с целью увеличениягреющего теплоносителя через греющую мощности теплопередачи и снижения матетеплообменнуюповерхность 4 промежуточ- риалоемкости путем интенсификации теплообмена между теплоаккумулирующимвеществом и промежуточным теплоносителем, одна или несколько труб дополнительного теплообменника расположены вдоль конической поверхности с углом наклона 50 - 85 к горизонтали.2. Устройство поп.1, отл ича ю щеес я тем, что трубы дополнительного теплообменника снабжены нижним и/или верхним кольцевыми коллекторами, причем последний расположен в зоне теплоаккумулирующего вещества.3, Устройство по пп.1 и 2, отл и ча ющ е е с я тем, что трубы дополнительного теплообменника выполнены с петлеобразными участками. 4. Устройство поп.1, отл ича ющее 5 с я тем, что труба дополнительного теплообменника выполнена спиральной и полностью погружена в теплоаккумулирующеевещество,5. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е 10 с я тем, что трубы дополнительного теплообменника снабжены нижним кольцевымколлектором и выполнены с заглушеннымиверхними концами,