Предлагаемое изобретение касается устройства теплового переноса между первой стенкой и второй стенкой, находящимися в контакте соответственно с первой тепловой массой и со второй тепловой массой.
Устройства подобного типа известны из существующего уровня техники. Такие устройства используются, в частности, для передачи тепла между стенкой, которая может быть нагрета при помощи солнечного излучения, и другой стенкой, например стеной здания, стенкой резервуара для воды и т.п. В этом случае одна из упомянутых тепловых масс представляет собой наружный окружающий воздух, тогда как вторая тепловая масса представляет собой само здание, резервуар с водой и т.п.
В этом специфическом варианте применения такие устройства должны обеспечивать возможность передавать тепло, образующееся в результате воздействия солнечного излучения, в направлении подлежащей нагреву стенки, не допуская при этом теплового переноса в обратном направлении после того, как это солнечное излучение прекращается.
Известно устройство теплового переноса между первой и второй стенками, содержащее теплоизолирующий модуль, который может быть вставлен между первой стенкой и второй стенкой для формирования контура циркуляции текучего теплоносителя ( SU 986119 A, 3 стр.), являющееся ближайшим аналогом заявленного изобретения.
В этом специфическом варианте применения такое устройство должно обеспечивать возможность передавать тепло, образующееся в результате воздействия солнечного излучения, в направлении подлежащей нагреву стенки, не допуская при этом теплового переноса в обратном направлении после того, как это солнечное излучение прекращается.
Известные устройства подобного рода не всегда обеспечивают возможность надежного контроля процесса передачи тепла при всех ситуациях, встречающихся на практике, и они обычно ограничены нагреванием стенки и связанной с ней тепловой массы при помощи солнечного излучения и термической изоляцией этой тепловой массы в том случае, когда солнечное излучение прекращается.
Существуют также и другие ситуации, для которых было бы желательно обеспечить охлаждение тепловой массы, о которой идет речь в данном случае.
Таким образом, в ряде случаев существует необходимость иметь в распоряжении такое устройство переноса тепла, которое способно отвечать требованиям различных ситуаций таким образом, чтобы обеспечить возможность, в частности, либо нагрева или тепловой изоляции, либо охлаждения или тепловой изоляции.
Для решения этой задачи в данном изобретении предлагается устройство теплового переноса между первой стенкой и второй стенкой, находящимися в контакте соответственно с первой тепловой массой и второй тепловой массой, причем согласно изобретению устройство содержит теплоизолирующий модуль, который может быть вставлен между первой стенкой и второй стенкой для того, чтобы ограничить замкнутый контур циркуляции текучего теплоносителя, и этот замкнутый контур содержит первый проходящий вдоль первой стенки вертикальный или расположенный под углом к вертикали канал, и второй проходящий вдоль второй стенки вертикальный или расположенный под углом к вертикали канал, причем первый канал и второй канал смещены друг относительно друга в вертикальном направлении для того, чтобы определить так называемый "расположенный ниже канал" и так называемый "расположенный выше канал", а также верхний канал, связывающий первый канал и второй канал, и нижний канал, связывающий первый канал и второй канал таким образом, чтобы циркуляция текучего теплоносителя осуществлялась за счет конвекции в упомянутом контуре в том случае, когда расположенный ниже канал оказывается под действием температуры, превышающей температуру располагающегося выше канала, что позволяет обеспечить перенос тепла, и чтобы циркуляция текучего теплоносителя в упомянутом контуре блокировалась естественным образом в том случае, когда расположенный ниже канал оказывается под действием температуры, меньшей, чем температура расположенного выше канала, что препятствует переносу тепла, обеспечивая тем самым тепловую изоляцию.
Таким образом, можно получить устройство переноса тепла, которое можно квалифицировать как "тепловой диод", по аналогии с соответствующим элементом электрических схем.
Это устройство переноса тепла, которое находит многочисленные применения на практике, позволяет благодаря конфигурации каналов этого устройства и, в частности, благодаря относительному вертикальному смещению между первым каналом и вторым каналом допустить или воспрепятствовать циркуляции текучего теплоносителя при помощи простого конвекционного движения в функции значений температуры соответственно первого канала и второго канала.
Говоря другими словами, циркуляция текучего теплоносителя осуществляется или блокируется естественным образом благодаря конвекции текучего теплоносителя.
Действительно, в том случае, когда располагающийся ниже канал имеет температуру, превышающую температуру канала, располагающегося выше, являющаяся теплоносителем текучая среда имеет тенденцию подниматься вверх за счет конвекции из располагающегося ниже канала в направлении канала, располагающегося выше, занимая при этом верхний соединительный канал (который является восходящим). Затем эта текучая среда охлаждается в располагающемся выше канале, который имеет более низкую температуру, и опускается вниз за счет конвекции с тем, чтобы вернуться в этот располагающийся ниже канал через нижний соединительный канал (который является нисходящим), и так далее.
И наоборот, в том случае, когда располагающийся ниже канал имеет температуру, более низкую, чем температура располагающегося выше канала, текучая среда имеет тенденцию подниматься вверх и застаиваться в этом канале, который имеет температуру, превышающую температуру канала, располагающегося ниже. Вследствие этого застаивания располагающийся выше канал заполняется теплым текучим теплоносителем, что позволяет обеспечить тепловую изоляцию для тепловой массы, располагающейся со стороны канала, расположенного выше. При этом наблюдается присутствие явления стратификации температуры, в соответствии с которым более теплый текучий теплоноситель застаивается в верхней части упомянутого контура, а более холодный текучий теплоноситель застаивается в нижней части этого контура.
Из последующего изложения будет понятно, что такое устройство находит многочисленные практические применения, причем одно из этих применений представляет собой обогрев, теплоизоляцию или охлаждение зданий.
В соответствии с одним из вариантов реализации предлагаемого изобретения упомянутый первый канал представляет собой канал, располагающийся ниже, а упомянутый второй канал представляет собой канал, располагающийся выше, что позволяет обеспечить теплообмен в том случае, когда температура первого канала превышает температуру второго канала, и предотвратить такой теплообмен в том случае, когда температура первого канала ниже температуры второго канала.
В соответствии с другим вариантом реализации этого изобретения первый канал представляет собой канал, располагающийся выше, а второй канал представляет собой канал, располагающийся ниже, что позволяет обеспечить теплообмен в том случае, когда температура первого канала ниже температуры второго канала, и воспрепятствовать этому теплообмену в том случае, когда температура первого канала превышает температуру второго канала.
В соответствии с одним из способов реализации предлагаемого изобретения данное устройство содержит средства переключения, предназначенные для перевода этого устройства в одно или в другое из двух его состояний, среди которых существует первое состояние, в котором первый канал образует канал, располагающийся ниже, а второй канал образует канал, располагающийся выше, и второе состояние, в котором этот первый канал образует канал, располагающийся выше, а этот второй канал образует канал, располагающийся ниже.
Из сказанного выше следует, что одно и то же устройство в соответствии с предлагаемым изобретением может быть использовано, например, в качестве устройства нагрева, устройства охлаждения или устройства тепловой изоляции здания.
Так, например, при использовании этого устройства можно обеспечить, на протяжении зимнего периода, обогрев здания в дневное время при помощи солнечного излучения и тепловую изоляцию этого здания в ночное время. Можно также, на протяжении летнего периода, обеспечить тепловую изоляцию здания в дневное время и его охлаждение в ночное время, если температура наружного воздуха ночью оказывается ниже температуры внутри этого здания.
В соответствии с одним из вариантов реализации предлагаемое устройство содержит первые модули, переведенные в упомянутое первое положение, и вторые модули, переведенные в упомянутое второе положение, и средства переключения содержат средства, предназначенные для приведения в действие либо первых модулей, либо вторых модулей.
В соответствии с другим вариантом реализации предлагаемого устройства модули переведены в первое или второе положение, причем средства выбора содержат средства перевода упомянутых модулей соответственно во второе и в первое положение.
Так, например, это устройство может быть выполнено в виде заслонки или аналогичного элемента, объединяющего один или несколько модулей и способного переходить из первого положения во второе положение, или наоборот, путем переворота.
Также может быть рассмотрен вариант реализации, в соответствии с которым данное устройство содержит средства блокировки, предназначенные для желательного блокирования циркуляции используемого текучего теплоносителя и препятствия таким образом любого переноса тепла.
В предпочтительном варианте применения устройства в соответствии с предлагаемым изобретением первая стенка может быть расположена таким образом, чтобы она подвергалась воздействию солнечного излучения, тогда как вторая стенка может быть прислонена одной из своих сторон к тепловой массе, подлежащей нагреву или охлаждению.
Кроме того, вторая стенка может быть прислонена к стене здания.
Таким образом, вторая стенка может представлять собой, например, стену здания.
Упомянутый текучий теплоноситель предпочтительным образом представляет собой воздух, но в данном случае можно также использовать другие текучие среды, в частности жидкости.
Упомянутый модуль предпочтительным образом изготовлен из теплоизоляционного материала. В качестве такого материала может быть использован тот или иной полимер, ячеистый бетон или гибкий материал типа ткани.
В предпочтительном варианте реализации данного изобретения этот модуль содержит теплоизолирующий сердечник, который может быть размещен между первой стенкой и второй стенкой для того, чтобы способствовать разграничению соответственно первого канала и второго канала. Кроме того, модуль содержит верхнюю теплоизоляционную перегородку и нижнюю теплоизоляционную перегородку, которые могут быть размещены соответственно выше и ниже этого сердечника для того, чтобы содействовать разграничению соответственно верхнего соединительного канала и нижнего соединительного канала.
В приведенном ниже описании не являющихся ограничительными примеров реализации предлагаемого изобретения даются ссылки на приведенные в приложении чертежи, среди которых:
- Фиг. 1 представляет собой схематический вид в разрезе устройства, выполненного в соответствии с первым вариантом реализации предлагаемого изобретения, и функционирующего в данном случае в режиме нагревания;
- Фиг. 2 представляет собой схематический вид в разрезе, аналогичный виду, показанному на фиг.1, и иллюстрирующий то же самое устройство, но функционирующее в данном случае в режиме тепловой изоляции;
- Фиг. 3 представляет собой схематический вид спереди устройства, представленного на фиг.1 и 2;
- Фиг. 4 представляет собой схематический вид в разрезе устройства, выполненного в соответствии с вторым вариантом реализации предлагаемого изобретения и функционирующего в данном случае в режиме тепловой изоляции;
- Фиг. 5 представляет собой схематический вид в разрезе, аналогичный виду, показанному на фиг.4, и иллюстрирующий данное устройство, функционирующее в данном случае в режиме охлаждения;
- Фиг. 6 представляет собой схематический вид в разрезе устройства, выполненного в соответствии с третьим вариантом реализации предлагаемого изобретения и представляющего собой в данном случае заслонку, размещенную в своем первом положении;
- Фиг. 7 представляет собой схематический вид в разрезе, аналогичный виду, показанному на фиг.6, и иллюстрирующий эту заслонку, размещенную в своем втором положении;
- Фиг. 8 представляет собой схематический вид в горизонтальном разрезе, иллюстрирующий заслонку, выполненную с возможностью ее перемещения в убранное положение;
- Фиг. 9 представляет собой схематический вид в разрезе, аналогичный виду, показанному на фиг. 8, и иллюстрирующий эту заслонку в ее активном положении;
- Фиг. 10 представляет собой схематический вид в вертикальном разрезе устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом реализации предлагаемого изобретения и функционирующего в данном случае в режиме нагрева;
- Фиг. 11 представляет собой схематический вид в разрезе, аналогичный виду, показанному на фиг. 10, и иллюстрирующий это устройство, функционирующее в данном случае в режиме тепловой изоляции;
- Фиг. 12 и 13 представляют собой схематические виды в разрезе устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, содержащего средства блокировки и представленного в двух своих различных положениях;
- Фиг. 14 и 15 представляют собой схематические виды, аналогичные видам, показанным на фиг. 12 и 13, и иллюстрирующие другое устройство, содержащее средства блокировки и представленное в двух своих различных положениях;
- Фиг. 16 и 17 представляют собой соответственно схематический перспективный вид и схематический вид спереди устройства, содержащего модули, соответствующие фиг. 12 и 13, которые чередуются с модулями, соответствующими фиг. 14 и 15;
- Фиг. 18 и 19 представляют собой схематические виды в разрезе устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, содержащего средства переключения и проиллюстрированного в двух различных положениях;
- Фиг. 20 и 21 представляют собой соответственно схематический перспективный вид и схематический вид в разрезе устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, реализованного в виде литого блока;
- Фиг. 22 представляет собой схематический вид в разрезе устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, используемого в качестве ловушки для солнечного излучения с целью нагревания воды;
- Фиг. 23 представляет собой схематический вид спереди устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, выполненного в форме поворотной заслонки;
- Фиг. 24 представляет собой схематический вид в горизонтальном разрезе заслонки, показанной на фиг. 23 и размещенной в своем первом положении;
- Фиг. 25 представляет собой схематический вид в вертикальном разрезе, соответствующий виду, показанному на фиг. 24;
- Фиг. 26 и 27 представляет собой схематические виды, соответствующие видам, показанным на фиг. 24 и 25, и относящиеся к второму положению этой заслонки;
- Фиг. 28 представляет собой схематический вид спереди устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, реализованного в виде поворотного элемента;
- Фиг. 29 представляет собой схематический вид в горизонтальном разрезе устройства, показанного на фиг. 28;
- Фиг. 30 представляет собой схематический вид в вертикальном разрезе устройства, показанного на фиг. 28 и 29 в его первом положении;
- Фиг. 31 представляет собой схематический вид, аналогичный виду, показанному на фиг. 30, но для второго положения данного устройства.
Прежде всего здесь будет рассмотрена фиг.1, на которой схематически представлено устройство 10, выполненное в соответствии с предлагаемым изобретением и содержащее теплоизолирующий модуль 12, который может быть вставлен в пространство между первой стенкой 14 и второй стенкой 16.
В рассматриваемом здесь примере реализации первая стенка 14 образована наружной стенкой, которая может быть расположена таким образом, чтобы подвергаться воздействию солнечного излучения S, тогда как вторая стенка 16 представляет собой часть стены 18 здания. Обе эти стенки 14 и 16 являются по существу вертикальными и располагаются на расстоянии D друг от друга, которое может иметь величину, например, заключенную в диапазоне от 100 мм до 200 мм.
Стенка 14 в наиболее простом варианте реализации может представлять собой простой металлический лист, имеющий, например, покрытие черного цвета.
Модуль 12 содержит по меньшей мере один теплоизолирующий сердечник 20, который в отвесном вертикальном сечении имеет форму параллелограмма. Этот теплоизолирующий сердечник 20 устанавливается, например, между двумя вертикальными стойками 22 (см. фиг. 3), образующими раму. В то же время, теплоизолирующий сердечник 20 размещен между первой стенкой и второй стенкой, но при этом не входит в контакт с этими стенками. Кроме того, данный модуль содержит верхнюю теплоизолирующую перегородку 24 и нижнюю теплоизолирующую перегородку 26, которые могут быть размещены соответственно выше и ниже сердечника 20. Две перегородки 24 и 26 располагаются наклонным образом и проходят между стенками 14 и 16.
Здесь следует отметить, что названная в предыдущем абзаце верхней теплоизолирующая перегородка 24 представляет собой нижнюю теплоизолирующую перегородку по отношению к другому теплоизолирующему сердечнику 20, размещенному выше данного сердечника, и что названная в предыдущем абзаце нижней теплоизолирующая перегородка 26 представляет собой верхнюю теплоизолирующую перегородку по отношению к другому сердечнику 20, размещенному ниже данного сердечника. Эти перегородки 24 и 26 также установлены между стойками 22 (см. фиг. 3).
Должно быть понятно, что сердечник 20, перегородки 24 и 26, а также стенки 14 и 16, способствуют, таким образом, определению траектории циркуляции текучего теплоносителя в замкнутом контуре. Этот контур содержит первый канал 28, проходящий по существу вертикально вдоль первой стенки 14, и второй канал 30, также проходящий по существу вертикально вдоль второй стенки 16 (см. фиг.1).
Вертикальные каналы 28 и 30 смещены друг относительно друга в вертикальном направлении таким образом, чтобы определить "канал, располагающийся ниже" (в данном случае этим каналом является первый канал 28), и "канал, располагающийся выше" (в данном случае этим каналом является второй канал 30).
Вертикальные каналы 28 и 30 связаны между собой, в своих верхних частях, при помощи верхнего соединительного канала 32 и связаны между собой, в своих нижних частях, при помощи нижнего соединительного канала 34. Каналы 32 и 34 располагаются по существу параллельно друг другу и ориентированы восходящим образом в направлении от канала 28 к каналу 30. Вследствие того, что каналы 28 и 30 смещены друг относительно друга в вертикальном направлении, верхняя точка РН, принадлежащая каналу 28, располагается по существу на том же уровне, что и нижняя точка РВ, принадлежащая каналу 30. Разумеется, верхняя точка РН может располагаться на уровне, несколько превышающем уровень расположения нижней точки РВ, или же может располагаться на уровне, немного более низком, чем уровень расположения этой нижней точки РВ.
Каналы 28, 30, 32 и 34 являются герметичными и по ним циркулирует текучий теплоноситель FC, который в рассматриваемом здесь примере реализации представляет собой воздух. Воздух в качестве теплоносителя имеет возможность циркулировать в перечисленных выше каналах естественным образом, без всякого внешнего вмешательства, и только под действием разности температур, существующей между стенками 14 и 16.
В варианте реализации, представленном на фиг.1, предлагаемое устройство используется в зимний период и в дневное время для того, чтобы обеспечить нагревание стены 18 при помощи солнечного излучения S.
В этих условиях стенка 14 и, следовательно, канал 28 (то есть канал, располагающийся ниже), имеют температуру, превышающую температуру стенки 16 и, следовательно, температуру канала 30 (то есть канала, располагающегося выше). Текучая среда FC нагревается в канале 28 и вследствие этого имеет тенденцию подниматься естественным образом потому, что она становится более легкой, и занимает, таким образом, соединительный канал 32, который является восходящим, так, чтобы затем проникнуть в канал 30, располагающийся вдоль стенки 16. Поскольку температура этой стенки меньше температуры стенки 14, текучая среда охлаждается в контакте с ней и имеет вследствие этого тенденцию опускаться естественным образом в направлении вниз с тем, чтобы проследовать вдоль стенки 16 и опуститься затем через соединительный канал 34 таким образом, чтобы снова вернуться в канал 28, и так далее.
Поскольку стенка 14 имеет температуру, превышающую температуру стенки 16, текучая среда FC циркулирует естественным образом в направлении, обозначенном стрелками, показанными на фиг.1, для того чтобы обеспечить перенос тепла, который позволяет нагреть стену 18 при помощи солнечного излучения S.
В представленном здесь варианте реализации сердечники 20 и перегородки 24 и 26 изготовлены из теплоизоляционного материала, который может представлять собой, например, тот или иной полимер (полистирол, полиуретан и т.п.) или же ячеистый бетон, называемый также легким бетоном.
Ширина L сердечников 20 и перегородок 24 и 26 может иметь величину, заключенную, например, в диапазоне от 50 см до 5 м (см. фиг. 3).
Теперь будет рассмотрена фиг.2, на которой схематически представлено устройство, показанное на фиг.1 и используемое в зимний период и в ночное время. В этой конфигурации считается, что солнечное излучение S прекратилось, и стенка 14 оказывается по воздействием наружного окружающего воздуха, температура которого ниже температуры стенки 16, находящейся в контакте со стеной здания 18. Из этого следует, что в данном случае стенка 14 представляет собой холодную стенку, а стенка 16 представляет собой теплую стенку.
Вследствие этого обстоятельства текучая среда FC нагревается теплом стенки 16 и имеет тенденцию застаиваться в канале 30, располагающемся вдоль стенки 16, и в соединительном канале 32 вследствие того, что канал 30 (то есть канал, располагающийся выше) и соединительный канал 32 располагаются на более высоком уровне по отношению к каналу 28 (то есть каналу, располагающемуся ниже) и соединительному каналу 34. Таким образом, циркуляция текучей среды FC блокируется естественным образом, что препятствует переносу тепла между стенками 14 и 16. Наиболее теплая часть текучей среды FC застаивается в верхней области данного контура, а наиболее холодная часть текучей среды FC застаивается в нижней области этого контура.
Поскольку теплая текучая среда FC имеет тенденцию застаиваться в канале 30, это приводит к формированию тепловой изоляции, существенно снижающей потери тепла.
Нетрудно понять, что таким образом сформировано устройство теплового переноса, которое можно условно квалифицировать как "тепловой диод", функционирующий естественным образом без всякого внешнего вмешательства, и которое, в зимний период, предназначено для обеспечения обогрева в дневное время (см. фиг.1) и тепловой изоляции в ночное время (см. фиг.2).
Теперь будут рассмотрены фиг. 4 и 5, на которых схематически представлено другое устройство в соответствии с предлагаемым изобретением, которое кажется похожим на устройство, показанное на фиг.1 и 2, но имеет отличную от него конфигурацию .
Действительно, в случае использования конструкции устройства, показанной на фиг. 4 и 5, первый канал 28 представляет собой канал, располагающийся выше, а второй канал 30 представляет собой канал, располагающийся ниже, при том, что верхний канал 32 и нижний канал 34 ориентированы нисходящим образом в направлении от стенки 14 к стенке 16. Такая конфигурация находит применение, в частности, в летний период для обеспечения тепловой изоляции здания в дневное время (см. фиг. 4) и охлаждения этого здания в ночное время (см. фиг. 5).
В течение дневного времени (см. фиг. 4) стенка 14 подвергается воздействию солнечного излучения. Вследствие этого текучая среда FC нагревается вдоль стенки 14 и поэтому имеет тенденцию застаиваться в верхней части данного контура, то есть в канале 28 (который представляет собой канал, располагающийся выше) и в соединительном канале 32. При этом текучая среда, находящаяся при более низкой температуре, имеет тенденцию застаиваться в нижней части этого контура, то есть в канале 30 (который представляет собой канал, располагающийся ниже) и в соединительном канале 34, то есть со стороны стенки 16. Вследствие этого обстоятельства циркуляция текучего теплоносителя блокируется естественным образом и обеспечивается тепловая изоляция в результате того, что тепло, создаваемое солнечным излучением S, не может быть перенесено к стенке 16. В этой ситуации предпочтительным оказывается использование в качестве стенки 14 листового металла, имеющего покрытие белого цвета, что позволяет минимизировать поглощение тепла этой стенкой.
В случае, представленном на фиг. 5, стенка 14 уже не подвергается воздействию солнечного излучения и оказывается при температуре, более низкой, чем температура стенки 16. Из этого следует, что текучий теплоноситель приобретает тенденцию циркулировать естественным образом в результате конвекции в направлении, показанном здесь стрелками. Таким образом, текучая среда FC нагревается в канале 30 (который представляет собой канал, располагающийся ниже), затем поступает в канал 28 (который представляет собой канал, располагающийся выше) через соединительный канал 32, после чего, охлаждаясь, снова возвращается в канал 30 через соединительный канал 34, и так далее.
Нетрудно понять, что было бы выгодно располагать устройством, схематически представленным на фиг.1 и 2, для его использования в зимний период и устройством, схематически представленным на фиг. 4 и 5, для его использования в летний период. При этом видно, что два этих устройства являются симметричными. Таким образом, в принципе имеется возможность переходить от конфигурации, показанной на фиг.1 и 2, к конфигурации, показанной на фиг. 4 и 5, путем переворота.
Удобный способ такого переворота состоит в том, чтобы реализовать заслонку или аналогичный ей элемент, как это схематически показано на фиг. 6. Заслонка 36 содержит сердечники 20, чередующиеся с перегородками 24 или 26 и располагающиеся между двумя стенками 14 и 16. Каждая из стенок 14 и 16 может представлять собой простое остекление или лист непрозрачного материала. При этом стенка 14 является черной или имеет темный цвет, тогда как стенка 16 является белой или имеет светлый цвет. Заслонка 36 устанавливается позади оконного стекла 42 здания, которое подвергается воздействию солнечного излучения S. В данном случае эта заслонка может быть выполнена в виде заслонки, которая имеет возможность перемещаться в горизонтальном направлении (см. фиг. 8 и 9) и которая может быть убрана в выемку 43, выполненную в стене 18 (см. фиг. 8), или может быть размещена позади стекла 42 (см. фиг. 9).
На протяжении зимнего периода данное устройство устанавливается в положение, показанное на фиг. 6, и функционирует так же, как и устройство, описанное выше со ссылками на фиг.1 и 2.
На протяжении летнего периода заслонка переворачивается и устанавливается в положение, показанное на фиг. 7, которое соответствует функционированию, описанному выше со ссылками на фиг. 4 и 5. Говоря другими словами, в этом случае обеспечивается тепловая изоляция в дневное время и охлаждение в ночное время. Такому функционированию благоприятствует то обстоятельство, что белая поверхность (стенка 16) теперь обращена в сторону поступления солнечного излучения, тогда как черная поверхность (стенка 14) обращена в противоположную сторону.
Теперь будут рассмотрены фиг. 10 и 11, на которых схематически представлен другой вариант реализации устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, похожего на устройство, показанное на фиг.1 и 2. Принципиальное различие двух этих вариантов реализации предлагаемого устройства состоит в том, что первая стенка 14 последовательно содержит стекло 44, подвергающееся воздействию солнечного излучения, стеклоткань 46 или пластический материал и металлический лист 48, имеющий с одной стороны покрытие черного цвета 50, а с другой стороны имеющий покрытие белого цвета 52.
Кроме того, в данном случае стенка 14 снабжена органом блокировки 54, который в положении, показанном на фиг.10, ориентирован в направлении наружу. На протяжении зимнего периода данное устройство находится в конфигурации, показанной на фиг.10, и функционирует аналогично устройству, описанному выше со ссылками на фиг.1 и 2.
На протяжении летнего периода эта стенка 14 переворачивается таким образом, что орган блокировки 54 перекрывает канал 28. Из этого следует, что циркуляция текучего теплоносителя FC умышленно прекращается. Вследствие этого обстоятельства текучий теплоноситель не может обеспечить перенос тепла от стенки 14, подвергающейся воздействию солнечного излучения, к стенке 16, располагающейся со стороны стены здания.
В варианте реализации предлагаемого устройства, схематически представленном на фиг. 12 и 13, можно видеть устройство, похожее на то устройство, которое было описано выше со ссылками на фиг. 10 и 11. Однако блокировка циркуляции текучей среды в летний период в данном случае осуществляется при помощи поворота сердечника 20 относительно оси вращения 56.
На протяжении зимнего периода сердечник 20 находится в положении, показанном на фиг. 12. Это означает, что в данном случае сердечник способствует формированию каналов циркуляции текучей среды для того, чтобы обеспечить нагревание. При наступлении летнего периода поворачивают сердечник 20 относительно его оси вращения таким образом, чтобы он вошел в упорный контакт с перегородками 24 и 26 для блокировки возможности циркуляции текучей среды в данном контуре, как это показано на фиг. 13. Таким образом реализуется тепловая изоляция.
Вариант реализации предлагаемого устройства, схематически представленный на фиг. 14 и 15, похож на вариант его реализации, описанный выше со ссылками на фиг. 12 и 13, но с конфигурацией, подобной конфигурации, показанной на фиг. 4 и 5. Это означает, что канал 28 и канал 30 образуют соответственно канал, располагающийся выше, и канал, располагающийся ниже. Здесь сердечник 20 также установлен с возможностью поворота относительно оси вращения 56. На протяжении летнего периода (см. фиг. 15) сердечник устанавливается таким образом, чтобы обеспечить возможность циркуляции текучего теплоносителя, тогда как на протяжении зимнего периода (см. фиг. 14) сердечник поворачивается таким образом, чтобы заблокировать циркуляцию этого текучего теплоносителя в каналах 28 и 30.
Устройство, схематически представленное на фиг. 16 и 17, содержит первые модули 12а, выполненные в соответствии с фиг. 12 и 13, которые чередуются с вторыми модулями 12b, выполненными в соответствии с фиг. 14 и 15. Модули выставлены по одной линии и располагаются таким образом, чтобы сердечники 20 имели возможность поворачиваться синхронно. Как это видно на фиг. 16 и 17, модули 12а находятся в зимнем положении, обеспечивающем нагревание (см. фиг. 12), а модули 12b находятся также в зимнем положении, обеспечивающем тепловую изоляцию (см. фиг. 14). Если при этом обеспечить синхронный поворот этих сердечников, то модули 12а перейдут в свое летнее положение, обеспечивающее тепловую изоляцию (см. фиг. 13), а модули 12b перейдут в свое летнее положение, обеспечивающее охлаждение (см. фиг. 15).
В варианте реализации, схематически представленном на фиг. 18 и 19, каналы 28 и 30 предлагаемого устройства связаны между собой при помощи двух верхних соединительных каналов 32а и 32b, которые пересекаются под прямым углом, и при помощи двух нижних соединительных каналов 34а и 34b, которые также пересекаются под прямым углом. На уровне двух сформированных таким образом пересечений размещены соответственно два переключающих устройства 58 и 60, каждое из которых представляет собой поворотный клапан четырехканального типа, причем переключающие устройства предназначены для их синхронного приведения в действие и они могут быть установлены в одно из двух своих рабочих положений. Упомянутые выше каналы формируются между стенками 14 и 16 и концевыми сердечниками 62 и 64, причем эти каналы проходят, кроме того, сквозь центральный сердечник 66.
В первом положении, или в так называемом зимнем положении, представленном на фиг. 18, обеспечивается возможность циркуляции текучего теплоносителя в каналах 32а и 34а, которые ориентированы восходящим образом в направлении от канала 28 к каналу 30, и эта циркуляция блокируется в каналах 32b и 34b, которые ориентированы нисходящим образом в направлении от канала 28 к каналу 30. Таким образом, в этом случае данное устройство функционирует так же, как и устройство, показанное на фиг. 1 и 2 .
Во втором положении, или в так называемом летнем положении, представленном на фиг. 19, обеспечивается возможность циркуляции текучего теплоносителя в каналах 32b и 34b, но подобная циркуляция блокируется в каналах 32а и 34а. В этом случае данное устройство функционирует так же, как и устройство, показанное на фиг. 4 и 5.
Устройство, схематически показанное на фиг. 20 и 21, представляет собой блок 68, имеющий в целом форму параллелепипеда, который отформован из того или иного теплоизоляционного материала, например, из пластического материала или из ячеистого бетона. Эти блоки выполнены таким образом, чтобы каждый такой блок мог быть уложен в вертикальный штабель с одним или несколькими другими аналогичными блоками, как это схематически показано на фиг.21. Этот блок содержит два участка сердечника 20а и 20b, располагающиеся по одну и по другую стороны от наклонной перегородки 70. Он определяет два вертикальных канала 28 и 30, располагающихся соответственно вдоль двух больших противоположных вертикальных сторон блока, а также наклонный канал 32, располагающийся выше перегородки 70 и сообщающийся с вертикальным каналом 28, и другой наклонный канал 32, располагающийся ниже перегородки 70 и сообщающийся с вертикальным каналом 30. В том случае, когда блоки уложены друг на друга, они формируют устройство, которое похоже либо на устройство, показанное на фиг.1 и 2, либо на устройство, показанное на фиг. 4 и 5, в зависимости от того, располагаются или не располагаются каналы 28 со стороны воздействия солнечного излучения.
Теперь будет рассмотрена фиг. 22, на которой схематически представлен еще один вариант реализации устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, в котором данное устройство похоже на устройство, показанное на фиг.1 и 2, но используется для обеспечения нагревания воды, которая циркулирует в системе трубопроводов 12, примыкающих к стенке 16.
Здесь также следует отметить, что в данном случае стенки 14 и 16 уже не являются строго вертикальными, но наклонены под углом А, имеющим величину порядка 30°, по отношению к вертикали. Кроме того, как и в устройстве, показанном на фиг.1 и 2, канал 28 образует канал, располагающийся ниже, и канал 30 образует канал, располагающийся выше. Из этого следует, что можно обеспечить нагревание воды под действием солнечного излучения и воспрепятствовать затем охлаждению этой воды, обеспечивая тепловую изоляцию воды в том случае, когда солнечное излучение прекращается.
Устройство, схематически представленное на фиг. 23, выполнено в виде заслонки 36, смонтированной с возможностью ее поворота относительно вертикальной оси 74, что позволяет ей занимать два различных положения, причем первое из этих положений (см. фиг. 24 и 25) соответствует положению "зима", а второе положение (см. фиг. 26 и 27) соответствует положению "лето". Заслонка 36 имеет возможность поворота вдоль стены 18 между двумя упомянутыми выше положениями и похожа, таким образом, на заслонку, способную совершать так называемый поворот "по-французски".
Заслонка 36 похожа на заслонку, описанную выше со ссылками на фиг. 6 и 7. Эта заслонка содержит сердечники 20, чередующиеся с перегородками 24 или 26 и располагающиеся между двумя стенками 14 и 16. В данном случае стенка 14 представляет собой приемный металлический лист черного цвета, размещенный позади стекла 42, тогда как стенка 16 представляет собой металлический лист белого цвета. В положении "зима" стекло 42 и стенка 14 обращены в направлении наружу, тогда как стенка 16 обращена в направлении внутрь, то есть в сторону стены. В положении "лето" положение этой заслонки является противоположным.
На протяжении зимнего периода данное устройство размещается в положении, показанном на фиг. 24 и 25, и функционирует аналогично устройству, показанному на фиг.1 и 2. На протяжении летнего периода эта заслонка поворачивается и функционирует аналогично устройству, показанному на фиг. 4 и 5.
Устройство, схематически представленное на фиг.27, реализовано в виде элемента 36, выполненного в форме диска, смонтированного с возможностью поворота относительно оси 76, перпендикулярной стене 18. Как и в предшествующем варианте реализации, данное устройство содержит сердечники 20, чередующиеся с перегородками 24 или 26 и располагающиеся между двумя стенками, а именно, между наружной стенкой 14, которая в данном случае представляет собой металлический лист черного цвета, и внутренней стенкой 16, которая в данном случае также представляет собой металлический лист черного цвета. Стекло 42 располагается с наружной стороны данного устройства.
Между стеклом 42 и стенкой 14 предусмотрена совокупность подвижных пластин 78, каждая из которых шарнирно закреплена относительно горизонтальной оси 80, размещенной позади стекла 42. Эти пластины окрашены в белый цвет и имеют возможность поворачиваться в зависимости от положения заслонки 36. В своем первом положении (см. фиг. 30), соответствующем зимнему положению, пластины 78 наклонены в зависимости от положения солнца и позволяют солнечным лучам падать на металлический лист 14. В своем втором положении (см. фиг. 31), соответствующем летнему положению, пластины 78 поворачиваются в вертикальное положение и прижимаются к стеклу 42 позади него, препятствуя таким образом проникновению солнечной энергии к защищаемой стене.
Очевидно, что предлагаемое изобретение не ограничивается теми вариантами его реализации, которые были описаны выше в качестве примеров, и что можно найти и другие применения, отличные от нагревания, охлаждения и тепловой изоляции зданий. Так, например, при использовании такого устройства можно обеспечить нагревание печи (солнечная печь), нагревание бассейна с водой, теплицы и т.п. Можно также обеспечить тепловую изоляцию по отношению к холодильным установкам.
Во всех случаях реализации предлагаемого устройства формируется своего рода "тепловой диод", который обеспечивает или предотвращает циркуляцию текучего теплоносителя естественным образом, что упрощает реализацию данного устройства.
Кроме того, хотя предлагаемое устройство было описано здесь со ссылками на текучий теплоноситель, в качестве которого подразумевалось использование воздуха, можно применять в качестве такого теплоносителя и другие текучие среды, в частности те или иные жидкости.
И наконец, реализация одного или нескольких модулей может быть выполнена в многочисленных вариантах, в частности, в том, что касается выбора теплоизоляционного материала. Этот теплоизоляционный материал также может быть сформирован, например, из ткани или аналогичных материалов.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ГЕЛИОТЕПЛОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВОДНОГО БАЗИРОВАНИЯ ДЛЯ ГЕЛИОТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ | 2007 |
|
RU2344354C1 |
| ГЕЛИОАЭРОБАРИЧЕСКАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАЦИИ | 2007 |
|
RU2341733C1 |
| СОЛНЕЧНАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С ВЛАГОКОНДЕНСИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКОЙ | 2007 |
|
RU2373428C2 |
| ГЕЛИОТЕПЛОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ТЕКУЧИМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ ДЛЯ ГЕЛИОТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ | 2007 |
|
RU2344353C1 |
| НОВАТОРСКАЯ ЭКОЛОГИЧНАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ | 2009 |
|
RU2493503C2 |
| ГАЗООТВОДНАЯ СИСТЕМА РЕЗЕРВУАРА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ЛЕГКОИСПАРЯЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ | 1992 |
|
RU2031822C1 |
| АККОМОДАЦИЯ ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ С ЦИРКУЛИРУЮЩЕЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДОЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ ТОЛЩИ ПОРОД | 2012 |
|
RU2612774C2 |
| ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ГЕНЕРИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ И ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ | 2017 |
|
RU2719392C1 |
| КАНАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ИНДУКТОРНОЕ УСТРОЙСТВО | 2008 |
|
RU2516691C2 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ВНУТРЕННЕЙ ЦИРКУЛЯЦИИ В РЕАКТОРЕ С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ И РЕАКТОР, ОБОРУДОВАННЫЙ ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ | 1995 |
|
RU2146555C1 |
Изобретение предназначено для применения в устройствах теплового переноса между первой стенкой и второй стенкой, находящимися в контакте соответственно с первой тепловой массой и второй тепловой массой. Устройство теплового переноса между первой стенкой и второй стенкой, находящимися в контакте соответственно с первой тепловой массой и второй тепловой массой, содержащее теплоизолирующий модуль, который может быть вставлен между первой стенкой и второй стенкой для формирования замкнутого контура циркуляции текучего теплоносителя, и этот замкнутый контур содержит первый проходящий вдоль первой стенки вертикальный или расположенный под углом к вертикали канал, и второй, проходящий вдоль второй стенки вертикальный или расположенный под углом к вертикали канал, причем первый канал и второй канал смещены друг относительно друга в вертикальном направлении для того, чтобы определить канал, расположенный ниже, и канал, расположенный выше, а также содержит верхний соединительный канал, связывающий первый канал и второй канал, и нижний соединительный канал, связывающий первый канал и второй канал с обеспечением, чтобы циркуляция текучего теплоносителя в упомянутом контуре осуществлялась за счет конвекции в том случае, когда расположенный ниже канал оказывается под действием температуры, превышающей температуру расположенного выше канала, что позволяет обеспечить перенос тепла, и чтобы эта циркуляция текучего теплоносителя в данном контуре блокировалась за счет конвекции в том случае, когда расположенный ниже канал оказывается под действием температуры, меньшей, чем температура расположенного выше канала, что препятствует переносу тепла, обеспечивая тем самым тепловую изоляцию. Изобретение позволяет создать устройство переноса тепла, которое способно отвечать требованиям различных ситуаций таким образом, чтобы обеспечить возможность нагрева или тепловой изоляции либо охлаждения или тепловой изоляции. 13 з.п. ф-лы, 31 ил.
| Стеновое ограждение | 1981 |
|
SU986119A1 |
