ТЕПЛОПРИЕМНИК-АККУМУЛЯТОР ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1998 года по МПК F24J2/34 F24J2/32 F28D15/02 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в энергетических установках с преобразованием излучения в тепловую и электрическую энергию, например солнечного, лазерного и др.

Энергетические установки, использующие тепловую энергию, например, солнечные, состоят из зеркала-концентратора излучения, теплообменника-аккумулятора и системы преобразования энергии в электрическую, например, турбинная схема преобразования или на основе термоэмиссионного преобразования энергии и т.п.

Известен теплообменник-аккумулятор солнечной энергетической установки, описанный в [1]
Он представляет собой цилиндрический корпус с одной торцевой стороны которого располагается бленда с отверстием для прохода солнечного излучения внутрь теплообменника-аккумулятора. По внутренней цилиндрической поверхности теплообменника-аккумулятора расположены теплообменные трубки с надетыми на них таблетками с теплоаккумулирующим веществом.

Основной недостаток неравномерность прогрева теплоаккумулирующего вещества по периметру теплообменной трубки и невозможность варьирования тепловой мощности теплоприемника-аккумулятора в широком диапазоне мощностей при заданных геометрических размерах.

В качестве прототипа выбран теплоприемник-аккумулятор, описанный в [2]
Он представляет собой цилиндрический корпусу одной стороны которого располагается полостная ловушка излучения, состоящая из цилиндрического корпуса, бленды с отверстием для входа излучения и днища с вваренными в него по периферии тепловыми трубами. Причем тепловые трубы ввариваются в днище таким образом, что их зоны испарения выступают над днищем в сторону бленды с входным отверстием и по длине равны продольной длине полостной ловушки. Солнечное излучение, попадающее внутрь полосной ловушки, нагревает зоны испарения тепловых труб (участок 1 тепловой трубы), которые передают тепло расположенному на них теплоаккумулирующему веществу (участок 2) и через свободные от теплоаккумулирующего вещества концы тепловых труб (участок 3) теплоносителю, который доставляет тепло к системе преобразования энергии.

Основной недостаток большие габариты из-за наличия трех участков теплообмена и более низкий уровень передаваемой тепловой мощности при заданных габаритах теплоприемника-аккумулятора. Низкий уровень передаваемой теплоносителю тепловой мощности объясняется тем, что тепловые трубы располагаются по периферии днища полостной ловушки излучения, что ограничивает возможность значительного увеличения забора из ловушки тепловой энергии за счет увеличения числа тепловых труб и, следовательно, так же препятствует увеличению площади передачи ее теплоносителю.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном теплоприемнике-аккумуляторе энергетической установки, содержащем цилиндрический корпус о полостной ловушкой излучения, входной и выходной коллекторы, тепловые трубы с теплоаккумулирующим веществом и днище с отверстиями под тепловые трубы, введена распределительная доска, имеющая сквозные отверстия для тепловых труб и теплоносителя, и образующая полость между днищем, соединенную с входным коллектором, при этом отверстия в днище и распределительной доске под тепловые трубы расположены по всей их поверхности, а теплоаккумулирующее вещество нанесено на тепловую трубу по всей длине ее зоны конденсации.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является повышение возможностей теплоприемника-аккумулятора по приему, передаче и аккумуляции поступающей в него тепловой энергии. Указанный эффект достигается следующим образом:
1) размещение тепловых труб по всей площади днища, расположенного перпендикулярно падающему потоку лучистой энергии, значительно повышает равномерность теплопритока к зонам испарения тепловых труб, что будет способствовать уменьшению потерь в тепловых трубах при передаче тепла;
2) размещение тепловых труб по всей поверхности днища позволит также значительно увеличить их количество и таким образом уменьшить толщину теплоаккумулирующего вещества, размещенного на каждой трубе (при жестко заданном количестве теплоаккумулирующего вещества), что позволит значительно снизить время прогрева теплоаккумулирующего вещества до рабочей температуры в процессе запуска энергоустановки, что позволит значительно сократить общее время запуска энергоустановки;
3) увеличение числа тепловых труб позволит значительно увеличить площадь теплоотдачи тепла теплоносителю при заданных линейных размерах или значительно их уменьшить по сравнению с прототипом;
4) значительное увеличение числа тепловых труб и как правило значительное уменьшение толщины теплоаккумулирующего вещества, нанесенного на всю зону конденсации тепловой трубы, позволят отказаться от третьего участка тепловой трубы рассматриваемого прототипа, за счет значительного снижения времени прогрева теплоаккумулирующего вещества, что также позволит уменьшить габаритную длину теплоприемника-аккумулятора.

На фиг.1 приведен продольный разрез предполагаемого теплоприемника- аккумулятора; на фиг. 2 поперечное сечение А-А фиг.1; на фиг.3 и 4- выносные виды I и II по фиг.1.

Теплоприемник-аккумулятор состоит из общего цилиндрического корпуса 1, образующего в совокупности с блендой 2 и днищем 3 полостную ловушку излучения 4, входного 5 и выходного 6 коллекторов, распределительной доски 7, теплоизоляции 8 и тепловых труб 9. Для пропускания излучения в полостную ловушку к переднему торцу корпуса 1 прикрепляют бленда 2 из тугоплавкого материала, а к другой стороне корпуса подсоединяют выходной коллектор 6 для отвода нагретого теплоносителя. К внутренней поверхности корпуса 1 закрепляют также днище 3 и распределительную доску 7, образующие между собой распределительную полость 10. На днище 3 по всей его площади выполнены отверстия 11. n, в которые установлены тепловые трубы 9, на которые по всей длине их зоны конденсации надеты специальные таблетки с теплоаккумулирующим веществом 12.

Тепловые трубы 9 устанавливают на днище 3 таким образом, чтобы они частично были выдвинуты в сторону бленды 2 на величину, не превышающую 0,1 от полной длины тепловых труб. При этом распределительная доска 7 имеет по всей поверхности аналогично отверстиям 11.n днища 3 отверстия 13.m для свободного прохождения через нее тепловых труб 9. Распределительная доска 7 имеет также отверстия 14.k для пропуска теплоносителя.

С внешней стороны корпуса 1 устанавливают входной коллектор 5, который через отверстия в корпусе 15.1 связан с распределительной полостью 10. Вся внешняя поверхность теплоприемника-аккумулятора за исключением бленды 2 покрывается с целью исключения тепловых потерь слоем теплоизоляции 8. Теплоприемник-аккумулятор располагается относительно источника излучения таким образом, что поток лучистой энергии в плоскости днища 3 имеет те же геометрические размеры, что и днище.

Предложенный теплоаккумулятор работает следующим образом.

Излучение в виде луча (например, лазерный луч или луч, сконцентрированный с помощью солнечного концентратора) попадает через бленду 2 на днище 3 с установленными в него тепловыми трубами 9 полостной ловушки 4. При этом за счет поглощения лучистая энергия преобразуется в тепловую, которая равномерно распределяется по всей поверхности днища 3 и расположенных по всей ее поверхности тепловых труб 9 и с их помощью передается теплоаккумулирующему веществу 12, расположенному в специальных таблетках по всей длине зоны конденсации тепловых труб 9, и через него теплоносителю.

Тепловая энергия передается теплоносителю за счет теплоотдачи от наружных стенок таблеток с теплоаккумулирующим веществом. Причем увеличение по сравнению с прототипом числа тепловых труб 9 за счет их расположения по всей поверхности днища 3 позволяет значительно увеличить долю полезного объема по отношению к общему объему теплоприемника-аккумулятора и как следствие значительно уменьшить толщину теплоаккумулирующего вещества 12, наносимого на зону испарения тепловых труб 9, а это, в свою очередь, уменьшает время прогрева теплоаккумулирующего вещества 12 до рабочей температуры.

Теплоноситель через входной коллектор 5 и через отверстия 15.1 в корпусе 1 попадает в распределительную полость 10, образованную днищем 3 и распределительной доской 7, из которой он через отверстия 14.k равномерно распределяется в объеме между зонами конденсации тепловых труб 9, обтекая которые в продольном направлении он нагревается до заданной температуры и выводится из теплоприемника-аккумулятора через выходной коллектор 6. Потери тепла через внешнюю поверхность теплоприемника-аккумулятора (кроме бленды 2) предотвращаются с помощью установки на нее теплоизоляции 8.

Таким образом расположение тепловых труб 9 по всей поверхности днища 3 позволяет:
повысить эффективность теплоотвода от нагреваемой излучением поверхности;
повысить эффективность теплоотдачи тепла теплоносителю;
тем самым повысить мощностные и удельные характеристики теплоприемника-аккумулятора теплового излучения энергетической установки;
а нанесение теплоаккумулирующего вещества 12 по всей длине зоны конденсации тепловых труб 9 позволяет примерно в 1.5.2 раза уменьшить продольные размеры теплоприемника-аккумулятора.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в энергетических установках с преобразованием излучения в тепловую и электрическую энергию, например солнечного, лазерного и др. Сущность изобретения заключается в том, что теплоприемник-аккумулятор содержит цилиндрический корпус 1 с днищем 3 и расположенными по всей поверхности трубами 9 с теплоаккумулирующим веществом, нанесенным в виде таблеток по всей поверхности их зоны испарения, и распределительную доску 7, обеспечивающую равномерное распределение теплоносителя между тепловыми трубами 9. 4 ил.

Теплоприемник-аккумулятор энергетической установки, содержащий цилиндрический корпус с полостной ловушкой излучения, входной и выходной коллекторы, тепловые трубы с теплоаккумулирующим веществом и днище с отверстиями под тепловые трубы, отличающийся тем, что в него введена распределительная доска, имеющая сквозные отверстия для тепловых труб и теплоносителя, и образующая полость между днищем, соединенную с входным коллектором, при этом отверстия в днище и распределительной доске под тепловые трубы расположены по всей их поверхности, а теплоаккумулирующее вещество нанесено на тепловую трубу по всей длине ее зоны конденсации.