ЗОНАЛЬНЫЙ ТЕПЛОАККУМУЛЯТОР С РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯМИ ПО ТЕМПЕРАТУРЕ ДЛЯ ЖИДКОСТИ И ВОЗДУХА Российский патент 2018 года по МПК F24H7/02 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к энерготеплосберегающим устройствам, основанным на зональном накоплении в них тепловой энергии с целью последующего использования для обеспечения микроклимата в различных крупногабаритных сооружениях. Известны изобретения, относящиеся к теплотехнике и предназначенные для аккумулирования в них тепловой энергии в с целью последующего использования для обеспечения микроклимата в капитальных жилых и промышленных сооружениях: оранжереях, теплицах, ангарах … и т.д. Из них к аналогам можно отнести заявку Российской Федерации №2002103695, 15.02.2002, «Ресурсосберегающая теплица, способ ее обогрева и использования». В этом техническом решении предложен водонаполненный теплоаккумулятор, в котором создается и поддерживается температурный градиент воды передачей тепловой энергии, переносимой водой и воздухом в зависимости от температуры в определенные области объема теплоаккумулятора, то есть области с соответствующей температурой. Близкими аналогами этому изобретению являются заявки: РФ №2005128163, 12.09.2005, «Ресурсосберегающий микроклимат»; заявка РФ №2008141672, 20.10.2008, «Ресурсосберегающий микроклимат в строениях»; заявка РФ 2013138983, 20.09.2013, "Гелиоэнергетическое сооружение с функцией водообмена"; заявка РФ №2013138995, 20.09,2013, «Устройство для микроклимата». В заявках: №2005128163, №2008141672, №2013138983, №2013138995 предложена конструкция теплоаккумулятора, состоящая из труб. Все эти аналоги с предлагаемым техническим решением объединяет следующий общий признак. Накопление тепловой энергии в водонаполненных теплоаккумуляторах происходит в определенных изотемпературных областях - зонах, за счет теплообмена в них с двумя теплоносителями водой и воздухом посредством распределения их через распределители по температуре, при этом сохраняются зоны со средними и низкими температурами. Аналоги предлагаемых вариантов температурных распределителей представлены в заявке №2015112425, 06.04.2015, «Распределитель для жидкой или газообразной среды». Прототипом по сумме близких признаков является заявка №2013138995, 20.09.2013, «Устройство для микроклимата». Теплоаккумулятор, представленный в прототипе, состоит из соединенных друг с другом модулей, состоящих из трубных крестовин, каждая из которых образована как пересечение трех труб расположенных по координатным осям: х, у, z, и пересекающихся в одной точке, то есть на шесть соединений. Она соединена с шестью соседними крестовинами, кроме трубных крестовин расположенных на наружных граничных поверхностях теплоаккумулятора, которые состоят из пяти трубных соединений или шестые соединения соединены между собой горизонтальными трубами или патрубками. При этом трубы расположенные по осям х, у, лежащие в горизонтальных плоскостях, образуют изотемпературные области теплоаккумулятора, а трубы по вертикальным осям z, имеют с одной из сторон на глубину соединения посадкой внутренний диаметр трубы равный наружному с противоположной стороны модуля и фиксирующие выступы для фиксации, расположенных в них теплоизолирующих экранов с конвекционными каналами. Через окна между вертикальных труб проложены зигзагообразной формы воздуховоды, расположенные на границе изотемпературных областей теплоаккумулятора. Они соединены с соответствующими по температуре выходными окнами температурного распределителя для воздуха, соединенного с системой вентиляции. Температурные распределители для воды могут быть расположены, как снаружи, так и внутри теплоаккумулятора. Такая конструкция дорога в изготовлении, а, следовательно, не экономична, сложна в обслуживании и ремонте, она не обладает возможностью бесперебойной работы, что означает возможные долговременные перерывы в его работе. Кроме того, в ней используется только смесительный теплообмен, то есть жидким теплоносителем может быть только вода, наполняющая теплоаккумулятор, что накладывает ограничения на его работу, связанные с воздействием на теплоноситель минусовых температурных значений.

Изготовленный из труб теплоаккумулятор, в связи с высокими затратами на штучное его изготовление, в крупногабаритном варианте экономически не выгоден и больше подходит для вариантов объектов средне и малогабаритных. Поскольку основным аккумулирующим тепловую энергию веществом является вода, то для повышение эффективности теплоаккумулятора требуются значительные ее массы в каждой из изотемпературных зон. Предложенный вариант не имеет габаритных ограничений в отличие от прототипа, зависимого от габаритов труб. Возможность использовать несколько жидких теплоносителей расширяет его функциональные возможности по подключению к теплоаккумулятору несколько разных типов теплообменников, кроме того, повышает его надежность. Возможность независимого отключения каждой теплоаккумулирующей ячейки позволяет проводить ремонтные и профилактические работы, не останавливая работу всего теплоаккумклятора, что позволяет бесперебойно обеспечивать микроклимат в сооружении. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей теплоаккумулятора, повышение его экономичности, эффективности, обеспечение надежной и бесперебойной работы.

Сущность изобретения

Зональный теплоаккумулятор с распределителями по температуре для жидкости и воздуха, включающий: теплоаккумулирующую емкость с водой, имеющую разделение на сообщающиеся через конвекционные каналы горизонтально расположенные друг над другом изотемпературные зоны, образуемые делением внутренней области теплоаккумулятора посредством теплоизолирующих экранов, с возможностью поддерживания на границах изотемпературных зон температурного градиента воды, передачей тепловой энергии, переносимой воздухом через температурный распределитель для воздуха и (или) жидким теплоносителем через температурный распределитель для жидкости, в зависимости от температуры в соответствующие изотемпературные зоны теплоаккумулятора. При этом чем выше температура изотемпературные зоны, тем выше уровень ее расположения. Зональный теплоаккумулятор также включает: температурный распределитель для жидкости и температурный распределитель для воздуха, имеющие общие признаки: корпус каждого температурного распределителя состоит из полой фигуры с внутренней полостью, представляющей собой фигуру вращения, включающую размещенные соосно центральной оси вращения внутри друг друга полые фигуры вращения - оболочки с возможностью движения: перемещения и поворота, обеспечиваемого конструкцией опор, связанных с оболочками валами или осями, соосными центральной оси вращения, по меньшей мере одной оболочки относительно других и(или) корпуса распределителя. Материал и толщина стенок оболочек и корпуса зависит от конкретного конструктивного выполнения, связанного с назначением распределителя и оболочек, некоторые из которых неподвижны относительно одной из прилегающих поверхностей и выполняют функцию коррекции и уплотнения граничных поверхностей между корпусом и подвижной оболочкой. Они выполнены из эластичного материала и плотно скреплены с корпусом и подвижной оболочкой. Стенки оболочек и корпуса распределителя имеют сквозные окна, в области расположения которых граничная поверхность каждой оболочки подобна по форме соседней и внутренней полости корпуса распределителя. Переключение распределителя связано с возможностью совмещения окна(он) в оболочке(ах) и корпусе распределителя, посредством поворота подвижной оболочки вокруг центральной оси вращения относительно других и корпуса распределителя, воздействием крутящего момента от поворотного средства, управляемого температурным датчиком. Под действием привода поступательного перемещения, по меньшей мере одна подвижная оболочка распределителя по температуре имеет возможность в период переключения, в пределах, определяемых ее формой, конструкцией распределителя и его опор, продольного относительно центральной оси поступательного перемещения по отношению к корпусу распределителя. При этом на границе между подвижной оболочкой и корпусом располагаются неподвижные оболочки, плотно скрепленные с прилегающими к ним поверхностями подвижной оболочки и корпуса распределителя. Они выполняют функцию уплотнения и коррекции формы граничных поверхностей между подвижной оболочкой и корпусом распределителя, придавая им форму усеченного конуса.

Динамика переключения распределения зависит от соотношения, определяемого взаимным расположением совмещаемых окон и их шириной. Это соотношение является параметром дискретности динамики переключения распределения и определяет минимальный угол переключения распределителя - угол относительно оси вращения, на который должна быть повернута подвижная оболочка относительно ближайшего полного предыдущего совмещенного состояния окна(он) в подвижной оболочке и корпусе распределителя до ближайшего полного последующего совмещенного состояния окна(он) в подвижной оболочке и корпусе распределителя. Для соблюдения дискретности переключения, минимальный угол переключения равен по меньшей мере удвоенной ширине окна, выраженного в дуговых градусах, отсчитываемых по дуге граничной между перемещаемыми поверхностями окружности, образуемой плоскостью поперечного сечения, проходящей через максимально широкую часть этого окна. Для соблюдения непрерывности переключения его значение меньше двух, но больше одной ширины окна. Максимальная ширина самого окна по меньшей мере в полтора раза меньше диаметра внутренней полости распределителя. При этом внутренняя полость распределителя сообщается с заборно-подающей трубой. Зональный теплоаккумулятор также включает конструктивные средства для передачи теплоты: теплообменники, насосы для жидкости и вентиляторы для воздуха, трубы для жидкости и воздуховоды для воздуха. При этом теплоаккумулятор имеет блок-ячеистую структуру. Теплоаккумулирующая блок-ячейка представляет собой прямую призму или прямую призму в сопряжении с цилиндром. Она имеет внутри подобную наружной форму или форму прямого цилиндра, поделенного на горизонтальные изотемпературные зоны посредством теплоизолирующих экранов. Все экраны, кроме верхнего, плавающего на поверхности воды, имеют конвекционные каналы. При этом каждый из теплоизолирующих экранов имеет монтажные окна для температурных распределителей и(или) труб ведущих от них.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей теплоаккумулятора, повышение его экономичности и эффективности в применении к крупногабаритным сооружениям, обеспечение надежной и бесперебойной работы. Технический результат подтверждается возможностью использовать несколько жидких теплоносителей, разных типов теплообмена, а также автономностью функционирования каждой теплоаккумулирующей блок-ячейки. Конструкция и число температурных распределителей для жидкости, связанных с теплоаккумулирующей блок-ячейкой, и число поверхностных теплообменников в ней зависит от числа жидких теплоносителей и их состава. Если жидкий теплоноситель отличается от воды, наполняющий теплоаккумулятор - это поверхностный теплообмен, осуществляемый через теплопроводный материал поверхностных теплообменников для жидкости, включающих подающие ветви, расположенные внутри изотемпературных зон и возвратные ветви, проходящие сквозь теплоизолирующие экраны изотемпературных зон и соединяющие ветви теплообменников с возвратной заборно-подающей трубой. Если теплоносителем является вода, наполняющая теплоаккумулятор, - это смесительный теплообмен, осуществляемый забором воды из одной изотемпературной зоны теплоаккумулятора и возвратом ее, после внешнего теплообмена, в другую, соответствующую изменившейся температуре воды. Если задействованы по меньшей мере два жидких теплоносителя и оба варианта теплообмена, то такая теплоаккумулирующая блок-ячейка связана по меньшей мере с двумя температурными распределителями для жидкости. Теплообменники для воздуха располагаются по периметрам теплоаккумулирующих блок-ячеек, каждый из них имеет форму винтового змеевика, витки которого последовательно охватывают периметр изотемпературных зоны теплоаккумулирующей блок-ячейки с возможностью поверхностного теплообмена проходящего по ним воздуха с водой изотемпературных зон, определяемых температурным распределителем для воздуха. Теплообменник для воздуха выполнен с возможностью стекания водного конденсата в накопитель конденсата, расположенный в нижней части теплообменника для воздуха и включающий устройство для забора и удаления избытков конденсата. Входящие в теплоаккумулятор теплоаккумулирующие блок-ячейки могут иметь конструктивные отличия по внешней форме и(или) оснащению. При этом каждая из теплоаккумулирующих блок-ячеек выполнена с возможностью функционирования независимо от других или отключения без остановки функционирования всего теплоаккумулятора. Некоторые из них могут включать герметичные емкости с веществами повышенной теплоемкости и веществами, например: глицерином, парафином, накапливающими и сохраняющими тепловую энергию в их измененном агрегатном состоянии за счет внутренней тепловой энергии, необходимой для их фазового перехода в другое агрегатное состояние. Они располагаются в некоторых из изотемпературных зон теплоаккумулирующих блок-ячеек теплоаккумулятора с температурой соответствующей их фазовому переходу. Сверху теплоаккумулирующая блок-ячейка закрыта теплоизолирующей крышкой, состоящей из частей, границы между которыми проходят через центры входящих в блок-ячейку труб. Температурные распределители для воздуха расположены снаружи, а для жидкого теплоносителя внутри и снаружи теплоаккумулирующей блок-ячейки, при этом каждый расположенный снаружи распределитель по температуре функционально связан по меньшей мере с двумя теплоаккумулирующими блок-ячейками и имеет две подвижные оболочки, одна из которых обеспечивает выбор изотемпературной зоны, а другая выбор ячейки(ек) подсоединяемой(ых) распределителем к заборно-подающей трубе; подвижные части температурных распределителей приводятся в движение электроприводами, управляемыми от процессора по программе с учетом выбора подсоединяемых ячеек и изотемпературной зон по показаниям температурных датчиков. Эффективность и экономичность зональный теплоаккумулятора зависит от его теплоизоляции. Теплоизолирующий экран для теплоизоляции теплоаккумулятора по периметру, теплоаккумулирующих блок-ячеек друг от друга и разделения изотемпературных зон теплоаккумилятора, комплектуется из вставленных в необходимой формы и размеров раму теплоизолирующих элементов, каждый из которых состоит из двух слоев прозрачной пленки с напыленным изнутри на них отражающим излучение покрытием. Воздушный зазор между пленками заполнен пузырьковым или пористым материалом, пленки с заполнением помещены между двумя сетками натянутыми на жесткий каркас. При этом если экран разделяет изотемпературные зоны теплоаккумулятора, то его рама включает конвекционные каналы. На Фиг. 1 представлены фронтальный вид и вид сверху зонального теплоаккумулятора, в котором в качестве жидкого теплоносителя применяется вода, наполняющая теплоаккумулятор. Он состоит из шести теплоаккумулирующих ячеек, пять из которых имеют одинаковую прямоугольную форму и одна из них - треугольную.

На фронтальной проекции Фиг 1 представлен разрез зонального теплоаккумулятора по оси дальнего ряда теплоаккумулирующих блок-ячеек. На нем обозначены: каркас теплоаккумулятора, состоящий из наружных стенок теплоаккумулирующих блок-ячеек 1 теплообменник для воздуха 2, крышка теплоаккумулирующей блок-ячйки 3, теплоизолирующие экраны 4, распределитель по температуре для жидкого теплоносителя 5, электропривод управления распределителя по температуре для жидкого теплоносителя 6, воздуховоды 7, распределитель по температуре для воздуха 8, заборно-подающая труба для воздуха 9, электропривод управления распределителя по температуре для воздуха 10, заборно-подающая труба для жидкого теплоносителя 11, накопитель конденсата 12, возвратная заборно-подающая труба для жидкого теплоносителя 13, возвратная заборно-подающая труба для воздуха 14.

Устройство распределителей по температуре для жидкости и воздуха поясняют упрощенные чертежи: Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5. На них обозначены: заборно-подающая труба 11, корпус 15, внутренняя подвижная оболочка 16, опора вращения соосная центральной оси вращения 17, приводной вал внутренней подвижной оболочки 18, окна 19, крепеж подвижной оболочки 20, наружная подвижная оболочка 21, полый приводной вал наружный подвижной оболочки 22, неподвижные оболочки корректирующие форму граничных поверхностей 23, возвратная винтовая пружина 24, заглушка заборно-подающей трубы 25, минимальный угол переключения распределителя 26. Вариант распределителя на Фиг. 2 - это вариант распределителя по температуре для жидкости и воздуха с двумя подвижными оболочками и коррекцией формы граничных поверхностей между корпусом и подвижной оболочкой неподвижными оболочками, подвижная оболочка подпружинина возвратной винтовой пружиной, под фронтальной проекцией представлен разрез, а под профильной сечение плоскостями по осям окон. Этот вариант распределителя может быть расположен снаружи и внутри теплоаккумулирующей блок-ячейки. Варианты распределителя на Фиг. 3 и Фиг. 4 с заборно-подающей трубой, заведенной соосно центральной оси со стороны большего из оснований усеченного конуса, и заглушкой. На Фиг. 4 между заглушкой и заборно-подающей трубой, соосно с ней, расположена работающая на сжатие возвратная винтовая пружина, подпружинивающая подвижную оболочку и отжимающая заглушку от заборно-подающей трубы. Под фронтальным видом и видом распределителя сбоку представлены сечения поперечными плоскостями проходящими через центры окон. На Фиг. 5 представлен вариант с внутренней оболочкой герметично и жестко соединенной с заборно-подающей трубой и подвижной наружной оболочкой или корпусом распределителя. Он рекомендуется для установки внутри теплоаккумулятора. Осуществление изобретения. Предложены многочисленные варианты осуществления теплоаккумулятора, позволяющие варьировать подборкой теплоаккумулирующих блок-ячейеек в зависимости от конкретного сооружения для которого предназначается теплоаккумулятор. Рекомендации по осуществлению конкретных вариантов, например по расположению. Зональный теплоаккумулятор расположен под сооружением, в котором обеспечивается микроклимат, и по меньшей мере на половину его высоты заглублен в грунт.Наполнение теплоаккумулирующих блок-ячеек теплоаккумулятора водой и водообмен между ними осуществляется через сеть сообщающихся труб, имеющих развитую поверхность и выполненных из материала, обеспечивающего теплопередачу тепловой энергии грунту. Сеть труб расположена в грунте под теплоаккумулятором и подсоединена к источнику воды, при этом подключения теплоаккумулирующих блок-ячеек к сети труб оборудованы клапанами, управляемыми поплавками и(или) электромагнитами. Зональный теплоаккумулятор включает теплоаккумулирующие блок-ячейки, состоящие из наружных стенок, составляющих каркас теплоаккумулятора, разделяющий блок-ячейки и обеспечивающий посредством теплоизолирующих экранов их теплоизоляцию друг от друга, и внутренних водонаполненных частей. При этом теплообменники для воздуха охватывают наружные периметры водонаполненных частей. Варианты форм и конкретного устройства теплоаккумулирующиих блок-ячеек зонального теплоаккумулятора. Наружные части его теплоаккумулирующих блок-ячеек, состоящие из стенок прочностного железобетонного каркаса, разделяющих их друг от друга, в сечении плоскостью, перпендикулярной их высоте, имеют следующие формы: треугольник, четырехугольник, пятиугольник, шестиугольник, а также многоугольник с большим числом углов, а также формы, получаемые сопряжением этих фигур с окружностью. При этом их внутренние водонаполненные части могут отличаться от наружных и иметь в сечении той же плоскость кроме названных фигур круг и(или) овал. Конкретные конструкции поверхностных теплообменников в зависит от жидких теплоносителей и их состава Выходные окна температурных распределителей, соответствующие конкретным температурам, соединены с поверхностными теплообменниками, изготовленными из теплопроводных металлических труб и расположенными в соответствующих их температурам изотемпературных зонах теплоаккумулирующей блок-ячейки. Эти трубы имеют развитую поверхность или форму змеевиков. Они составляют подающие ветви поверхностных теплообменников. Противоположные по отношению к окнам распределителя концы поверхностных теплообменников расположены на границе водонаполненной части теплоаккумулирующей блок-ячейки. Они соединены с возвратными ветвями, изготовленными из полимерных труб, обеспечивающих связь подающих ветвей теплообменников смежных изотемпературных зон друг с другом и возвратной заборно-подающей трубой. Представлен вариант при расположении температурного распределителя внутри теплоаккумулирующей блок-ячейки. В этом варианте теплоаккумулирующая блок-ячейка имеет по меньшей мере один вертикально расположенный внутри ее водонаполненной части температурный распределитель для жидкого теплоносителя, высота которого позволяет располагать окна во всех изотемпературных зонах теплоаккумулирующей блок-ячейки. Окна корпуса распределителя соединены с змеевиками поверхностных теплообменников, подающие ветви которых расходятся от распределителя к гидроизолированным границам, составляющим периметр водонаполненной части теплоаккумулирующей блок-ячейки, где они соединяются с возвратными ветвями, которые, проходя через теплоизолирующие экраны, объединяют между собой подающие ветви, обеспечивая прохождение по ним жидкого теплоносителя через смежные изотемпературные зоны. Представлены варианты осуществления форм змеевиков поверхностных теплообменников. Подающие ветви змеевиков в зависимости от конструктивного выполнения имеют одну из следующих форм: спиральную, винтовую, зигзагообразную, а также с возможностью сочетания в одном змеевике по меньшей мере двух из этих форм змеевиков. Для осуществления предложены варианты жидкого теплоносителя. Например, в качестве жидкого теплоносителя служит водный конденсат, убыль которого пополняется водой, забираемой насосом из накопителя конденсата, расположенного в нижней части теплообменника для воздуха. Если жидким теплоносителем является вода, наполняющая теплоаккумулятор - это смесительный теплообмен, осуществляемый забором воды из одной изотемпературной зоны теплоаккумулятора и возвратом ее после внешнего теплообмена в другую, соответствующую изменившейся температуре воды. При этом теплопередача в изотемпературные зоны осуществляется непосредственно водой, поступающей в соответствующие изотемпературные зоны через окна температурного распределителя для жидкости, или трубы, соединяющие окна температурного распределителя с соответствующими им по температуре распределяемой воды изотемпературными зонами. Представлен вариант осуществления поверхностного теплообменника для воздуха. Поверхностный теплообменник для воздуха, в пределах каждой из изотемпературных зон теплоаккумулирующей блок-ячейки, выполнен из теплопроводного материала: металла или комбинированного материала, включающего металл, а в пределах границ изотемпературных зон из теплоизолирующего, например полимерного материала. Представлены рекомендации по осуществлению распределителей по температуре зонального теплоаккумулятора. Температурные распределители изготовлены из полимерных труб. Их окна представляет собой одну из следующих форм: треугольник, прямоугольник, квадрат, круг, эллипс или сложную форму, представляющую собой сочетание и сопряжение в одной сложной форме этих простых форм или скругление в них углов. Корпуса и подвижные оболочки температурных распределителей выполнены из труб, имеющих цилиндрическую форму и являющихся каркасной основой, к которой крепятся неподвижные оболочки, выполняющие функцию уплотнения и коррекции формы граничных поверхностей между подвижными оболочками и корпусами распределителей. Особое значение придается функции коррекции формы граничных поверхностей для достижения уплотнения в распределителях по температуре. Предложены их конкретные конструктивные варианты. Граничная поверхность внутренней полости температурного распределителя представляет собой цилиндрическую поверхность трубы, скорректированную посредством неподвижных оболочек в коническую поверхность. При этом подвижная оболочка с граничной поверхностью формы усеченного конуса закреплена на расположенном соосно оси вращения приводном валу, который заведен внутрь через поворотно-скользящую опору, подпружинивающую подвижную оболочку посредством возвратной винтовой пружины в направлении вдоль центральной оси вращения. Приведены более конкретные варианты осуществления. Температурный распределитель включает две подвижные оболочки, по меньшей мере внешняя из которых имеет скорректированные граничные поверхности между внешней оболочкой и корпусом распределителя. Приводной вал внутренней подвижной оболочки температурного распределителя соосно заведен в распределитель через полый вал внешней подвижной оболочки со стороны меньшего из оснований усеченного конуса, образуемого коррекцией граничных поверхностей распределителя. При этом на конце, связанного с корпусом через поворотно-скользящую опору и расположенного внутри подвижной оболочки приводного вала, через опору вращения или шарнирно закреплена заглушка, предназначенная для закрытия заборно-подающей трубы, заведенной соосно центральной оси со стороны большего из оснований усеченного конуса. Между заглушкой и заборно-подающей трубой, соосно с ней, расположена работающая на сжатие возвратная винтовая пружина, подпружинивающая подвижную оболочку и отжимающая заглушку от заборно-подающей трубы. Приводной вал подвижной оболочки заведен в распределитель по температуре с граничной поверхностью конической формы через поворотно-скользящую опору со стороны меньшего из оснований внутренней полости в форме усеченного конуса, состоящей из цилиндра, сопряженного с меньшим основанием усеченного конуса. В области полости распределителя, прилегающей к вершине усеченного конуса, или в цилиндрической части полости корпуса между подвижной оболочкой и корпусом, соосно центральной оси установлена работающая на растяжение возвратная винтовая пружина, подпружинивающая подвижную оболочку в направлении вдоль центральной оси вращения. Возвратная винтовая пружина, подпружинивающая подвижную оболочку и отжимающая заглушку от заборно-подающей трубы температурного распределителя, расположена между корпусом распределителя и подвижной оболочкой соосно с валом, на котором закреплена заглушка. Она работает на растяжение. Предложены к осуществлению варианты конкретных приводов поступательного перемещения подвижных оболочек распределителей по температуре. Приводом прямого поступательного перемещения подвижной оболочки и заглушки, перекрывающей заборно-подающую трубу, служит устройство на электромагнитном принципе функционирования, а приводом возвратного перемещения возвратная винтовая пружина или то же электромагнитное устройство. Температурный распределитель расположен вертикально, при этом приводом прямого поступательного перемещения подвижной оболочки служит устройство на электромагнитном принципе функционирования, а приводом возвратного перемещения сила тяжести. Предложен к осуществлению вариант экономичного распределителей по температуре, в котором датчиком, управляющим распределением по температуре, и поворотным средством, формирующими механический момент, является спиральная биметаллическая пластина, расположенная внутри корпуса распределителя. Внутренний неподвижный конец пластины закреплен на заведенной внутрь распределителя соосно центральной оси вращения заборно-подающей трубе, а внешний конец биметаллической пластины закреплен на подвижной оболочке. Предложены варианты распределителей по температуре для зонального теплоаккумулятора, в котором в качестве жидкого теплоносителя применяется вода, наполняющая теплоаккумулятор. Корпус или(и) внутренняя оболочка температурного разделения для воды, имеющая граничную поверхность скорректированную до конической посредством корректирующих оболочек, жестко соединена с заборно-подающей трубой, а подвижная наружная оболочка с скорректированной до конической граничной поверхностью установлена на заборно-подающей трубе с возможностью поворота и продольного перемещения. Предложен конкретный простой вариант для практического осуществления распределителя по температуре для зонального теплоаккумулятора, в котором в качестве жидкого теплоносителя применяется вода. Изготовленная из трубы внутренняя оболочка, вертикально расположенного внутри теплоаккумулирующей блок-ячейки температурного распределителя для воды, жестко и герметично соединена с заборно-подающей трубой, а изготовленный из трубы корпус закреплен на заборно-подающей трубе через подшипник с возможностью поворота.

Изобретение относится к теплотехнике и представляет зональный теплоаккумулятор с распределителями по температуре для жидкости и воздуха. Предложен зональный теплоаккумулятор, скомпанованный из разных по форме и структуре теплоаккумулирующих блок-ячеек. Он имеет блок-ячеистую структуру, состоящую из прямых призм с заполненной водой внутренней полостью в форме цилиндров, поделенных на горизонтальные изотемпературные зоны с возможностью направленной теплопередачи в них смесительным и/или поверхностным теплообменом через распределители по температуре для жидкого теплоносителя и воздуха. Теплоаккумулирующие блок-ячейки имеют варианты конструкции температурных распределителей для жидкости и поверхностных теплообменников в зависимости от числа применяемых жидких теплоносителей, при этом каждая из них может функционировать независимо от других, что обеспечивает бесперебойную работу теплоаккумулятора. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, повышение его экономичности и эффективности в применении к крупногабаритным сооружениям, обеспечение надежной и бесперебойной работы. 24 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Зональный теплоаккумулятор с распределителями по температуре для жидкости и воздуха, включающий: теплоаккумулирующую емкость с водой, имеющую разделение на сообщающиеся через конвекционные каналы горизонтально расположенные друг над другом изотемпературные зоны, образуемые делением внутренней области теплоаккумулятора посредством теплоизолирующих экранов, с возможностью поддерживания на границах изотемпературных зон температурного градиента воды, передачей тепловой энергии, переносимой воздухом через температурный распределитель для воздуха и(или) жидким теплоносителем через температурный распределитель для жидкости, в зависимости от температуры в соответствующие изотемпературные зоны теплоаккумулятора, при этом чем выше температура изотемпературной зоны, тем выше уровень ее расположения; температурный распределитель для жидкости и температурный распределитель для воздуха, имеющие общие признаки: корпус каждого температурного распределителя состоит из полой фигуры с внутренней полостью, представляющей собой фигуру вращения, включающую размещенные соосно центральной оси вращения внутри друг друга полые фигуры вращения - оболочки с возможностью движения: перемещения и поворота, обеспечиваемого конструкцией опор, связанных с оболочками валами или осями, соосными центральной оси вращения, по меньшей мере одной оболочки относительно других и(или) корпуса распределителя; материал и толщина стенок оболочек и корпуса зависят от конкретного конструктивного выполнения, связанного с назначением распределителя и оболочек, некоторые из которых неподвижны относительно одной из прилегающих поверхностей и выполняют функцию коррекции и уплотнения граничных поверхностей между корпусом и подвижной оболочкой, они выполнены из эластичного материала и плотно скреплены с корпусом или подвижной оболочкой; стенки оболочек и корпуса распределителя имеют сквозные окна, в области расположения которых граничная поверхность каждой оболочки подобна по форме соседней и внутренней полости корпуса распределителя; переключение распределителя связано с возможностью совмещения окна(он) в оболочке(ах) и корпусе распределителя, посредством поворота подвижной оболочки вокруг центральной оси вращения относительно других и корпуса распределителя, воздействием крутящего момента от поворотного средства, управляемого температурным датчиком; динамика переключения распределения зависит от соотношения, определяемого взаимным расположением совмещаемых окон и их шириной, это соотношение является параметром дискретности динамики переключения распределения и определяет минимальный угол переключения распределителя - угол относительно оси вращения, на который должна быть повернута подвижная оболочка относительно ближайшего полного предыдущего совмещенного состояния окна(он) в подвижной оболочке и корпусе распределителя до ближайшего полного последующего совмещенного состояния окна(он) в подвижной оболочке и корпусе распределителя, для соблюдения дискретности переключения, минимальный угол переключения равен по меньшей мере удвоенной ширине окна, выраженного в дуговых градусах, отсчитываемых по дуге граничной между перемещаемыми поверхностями окружности, образуемой плоскостью поперечного сечения, проходящей через максимально широкую часть этого окна, для соблюдения непрерывности переключения его значение меньше двух, но больше одной ширины окна; максимальная ширина самого окна по меньшей мере в полтора раза меньше диаметра внутренней полости распределителя, при этом внутренняя полость распределителя сообщается с заборно-подающей трубой; а также теплоаккумулятор включает конструктивные средства для передачи теплоты: теплообменники, насосы для жидкости и вентиляторы для воздуха, трубы для жидкости и воздуховоды для воздуха; отличающийся тем, что теплоаккумулятор имеет блок-ячеистую структуру, каждая из блок-ячеек которой представляет собой прямую призму или прямую призму в сопряжении с цилиндром, имеет внутри подобную наружной форму или форму прямого цилиндра, поделенного на горизонтальные изотемпературные зоны посредством теплоизолирующих экранов; все экраны, кроме верхнего, плавающего на поверхности воды, имеют конвекционные каналы, каждый из теплоизолирующих экранов имеет монтажные окна для температурных распределителей и(или) труб, ведущих от них; конструкция и число температурных распределителей для жидкости, связанных с теплоаккумулирующей блок-ячейкой, и число поверхностных теплообменников в ней зависит от числа жидких теплоносителей и их состава: если жидкий теплоноситель отличается от воды, наполняющий теплоаккумулятор - это поверхностный теплообмен, осуществляемый через теплопроводный материал поверхностных теплообменников для жидкости, включающих подающие ветви, расположенные внутри изотемпературных зон и возвратные ветви, проходящие сквозь теплоизолирующие экраны изотемпературных зон и соединяющие ветви теплообменников с возвратной заборно-подающей трубой, если теплоносителем является вода, наполняющая теплоаккумулятор, - это смесительный теплообмен, осуществляемый забором воды из одной изотемпературной зоны теплоаккумулятора и возвратом ее, после внешнего теплообмена, в другую, соответствующую изменившейся температуре воды, если задействованы по меньшей мере два жидких теплоносителя и оба варианта теплообмена, то такая теплоаккумулирующая блок-ячейка связана по меньшей мере с двумя температурными распределителями для жидкости; теплообменники для воздуха располагаются по периметрам теплоаккумулирующих блок-ячеек, каждый из них имеет форму винтового змеевика, витки которого последовательно охватывают периметр изотемпературных зон теплоаккумулирующей блок-ячейки с возможностью поверхностного теплообмена проходящего воздуха с водой изотемпературных зон, определяемых температурным распределителем для воздуха; теплообменник для воздуха выполнен с возможностью стекания водного конденсата в накопитель конденсата, расположенный в нижней части теплообменника для воздуха и включающий устройство для забора и удаления избытков конденсата; при этом каждая из теплоаккумулирующих блок-ячеек выполнена с возможностью функционирования независимо от других, или отключения без остановки функционирования всего теплоаккумулятора, некоторые из изотемпературных зон теплоаккумулирующих блок-ячеек теплоаккумулятора включают герметичные емкости с теплоемкими веществами и веществами, накапливающими и сохраняющими тепловую энергию в их измененном агрегатном состоянии, а сверху она закрыта теплоизолирующей крышкой, состоящей из частей, границы между которыми проходят через центры входящих в блок-ячейку труб.

2. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что температурные распределители для воздуха расположены снаружи, а для жидкого теплоносителя внутри и снаружи теплоаккумулирующей блок-ячейки, при этом каждый расположенный снаружи распределитель по температуре функционально связан по меньшей мере с двумя теплоаккумулирующими блок-ячейками и имеет две подвижные оболочки, одна из которых обеспечивает выбор изотемпературной зоны, а другая - выбор ячейки(ек), подсоединяемой(ых) распределителем к заборно-подающей трубе; подвижные части температурных распределителей приводятся в движение электроприводами, управляемыми от процессора по программе с учетом выбора подсоединяемых ячеек и изотемпературных зон по показаниям температурных датчиков.

3. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что он расположен под сооружением, в котором обеспечивается микроклимат, и по меньшей мере на половину его высоты заглублен в грунт; наполнение теплоаккумулирующих блок-ячеек теплоаккумулятора водой и водообмен между ними осуществляется через сеть сообщающихся труб, имеющих развитую поверхность и выполненных из материала, обеспечивающего теплопередачу тепловой энергии грунту; сеть труб расположена в грунте под теплоаккумулятором и подсоединена к источнику воды, при этом подключения теплоаккумулирующих блок-ячеек к сети труб оборудованы клапанами, управляемыми поплавками и(или) электромагнитами.

4. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что включает теплоаккумулирующие блок-ячейки, состоящие из наружных стенок, составляющих каркас теплоаккумулятора, разделяющий блок-ячейки и обеспечивающий посредством теплоизолирующих экранов их теплоизоляцию друг от друга, и внутренних водонаполненных частей; при этом теплообменники для воздуха охватывают наружные периметры водонаполненных частей.

5. Зональный теплоаккумулятор по п. 1 или 4, отличающийся тем, что наружные части его теплоаккумулирующих блок-ячеек, состоящие из стенок прочностного железобетонного каркаса, разделяющих их друг от друга, в сечении плоскостью, перпендикулярной их высоте, имеют следующие формы: треугольник, четырехугольник, пятиугольник, шестиугольник, а также многоугольник с большим числом углов, а также формы, получаемые сопряжением этих фигур с окружностью, при этом их внутренние водонаполненные части могут отличаться от наружных и иметь в сечении той же плоскостью, кроме названных фигур, круг и(или) овал.

6. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что выходные окна температурных распределителей, соответствующие конкретным температурам, соединены с поверхностными теплообменниками, изготовленными из теплопроводных металлических труб и расположенными в соответствующих их температурам изотемпературных зонах теплоаккумулирующей блок-ячейки, эти трубы имеют развитую поверхность или форму змеевиков; они составляют подающие ветви поверхностных теплообменников, противоположные по отношению к окнам распределителя, концы которых, расположенные на границе водонаполненной части теплоаккумулирующей блок-ячейки, соединены с возвратными ветвями, изготовленными из полимерных труб, обеспечивающих связь подающих ветвей теплообменников смежных изотемпературных зон друг с другом и возвратной заборно-подающей трубой.

7. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что теплоаккумулирующая блок-ячейка имеет по меньшей мере один вертикально расположенный внутри ее водонаполненной части температурный распределитель для жидкого теплоносителя, высота которого позволяет располагать окна во всех изотемпературных зонах теплоаккумулирующей блок-ячейки; окна корпуса распределителя соединены со змеевиками поверхностных теплообменников, подающие ветви которых расходятся от распределителя к гидроизолированным границам, составляющим периметр водонаполненной части теплоаккумулирующей блок-ячейки, где они соединяются с возвратными ветвями, которые, проходя через теплоизолирующие экраны, объединяют между собой подающие ветви, обеспечивая прохождение по ним жидкого теплоносителя через смежные изотемпературные зоны.

8. Зональный теплоаккумулятор по п. 6 или 7, отличающийся тем, что подающие ветви змеевиков в зависимости от конструктивного выполнения имеют одну из следующих форм: спиральную, винтовую, зигзагообразную, а также с возможностью сочетания в одном змеевике по меньшей мере двух из этих форм змеевиков.

9. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что жидким теплоносителем является вода, наполняющая теплоаккумулятор, посредством которой осуществляется смесительный теплообмен, при этом теплопередача в изотемпературные зоны осуществляется непосредственно водой, поступающей в соответствующие изотемпературные зоны через окна температурного распределителя для жидкости, или трубы, соединяющие окна температурного распределителя с соответствующими им по температуре распределяемой воды изотемпературными зонами.

10. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкого теплоносителя служит водный конденсат, убыль которого пополняется водой, забираемой насосом из накопителя конденсата, расположенного в нижней части теплообменника для воздуха.

11. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что поверхностный теплообменник для воздуха, в пределах каждой из изотемпературных зон теплоаккумулирующей блок-ячейки, выполнен из теплопроводного материала: металла или комбинированного материала, включающего металл, а в пределах границ изотемпературных зон из теплоизолирующего, например, полимерного материала.

12. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что входящие в него теплоаккумулирующие блок-ячейки имеют конструктивные отличия по внешней форме и(или) оснащению; некоторые из них включают герметичные емкости с веществами повышенной теплоемкости и веществами, например глицерином, парафином, накапливающими и сохраняющими тепловую энергию в их измененном агрегатном состоянии за счет внутренней тепловой энергии, необходимой для их фазового перехода в другое агрегатное состояние, они располагаются в изотемпературных зонах с температурой, соответствующей их фазовому переходу.

13. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что теплоизолирующий экран для теплоизоляции теплоаккумулятора по периметру, теплоаккумулирующих блок-ячеек друг от друга и разделения изотемпературных зон теплоаккумулятора, скомплектован из вставленных в необходимой формы и размеров раму теплоизолирующих элементов, каждый из которых состоит из двух слоев прозрачной пленки с напыленным изнутри на них отражающим излучение покрытием, воздушный зазор между пленками заполнен пузырьковым или пористым материалом, пленки с заполнением помещены между двумя сетками, натянутыми на жесткий каркас; если экран разделяет изотемпературные зоны теплоаккумилятора, то рама включает конвекционные каналы.

14. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что корпуса и подвижные оболочки его температурных распределителей выполнены из труб, имеющих цилиндрическую форму и являющихся каркасной основой, к которой крепятся неподвижные оболочки, выполняющие функцию уплотнения и коррекции формы граничных поверхностей между подвижными оболочками и корпусами распределителей.

15. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что под действием привода поступательного перемещения, по меньшей мере одна подвижная оболочка распределителя по температуре имеет возможность в период переключения, в пределах, определяемых ее формой, конструкцией распределителя и его опор, продольного относительно центральной оси поступательного перемещения по отношению к корпусу распределителя, при этом на границе между подвижной оболочкой и корпусом располагаются неподвижные оболочки, плотно скрепленные с прилегающими к ним поверхностями подвижной оболочки и корпуса распределителя, они выполняют функцию уплотнения и коррекции формы граничных поверхностей между подвижной оболочкой и корпусом распределителя, придавая им форму усеченного конуса.

16. Зональный теплоаккумулятор по п. 1 или 7, отличающийся тем, что его температурные распределители изготовлены из полимерных труб, а их окна представляют собой одну из следующих форм: треугольник, прямоугольник, квадрат, круг, эллипс или сложную форму, представляющую собой сочетание и сопряжение в одной сложной форме этих простых форм или скругление в них углов.

17. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что граничная поверхность внутренней полости температурного распределителя представляет собой цилиндрическую поверхность трубы, скорректированную посредством неподвижных оболочек в коническую поверхность; при этом подвижная оболочка с граничной поверхностью формы усеченного конуса закреплена на расположенном соосно оси вращения приводном валу, который заведен внутрь через поворотно-скользящую опору, подпружинивающую подвижную оболочку посредством возвратной винтовой пружины в направлении вдоль центральной оси вращения.

18. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что температурный распределитель включает две подвижные оболочки, по меньшей мере внешняя из которых имеет скорректированные граничные поверхности между внешней оболочкой и корпусом распределителя; приводной вал внутренней подвижной оболочки температурного распределителя соосно заведен в распределитель через полый вал внешней подвижной оболочки со стороны меньшего из оснований усеченного конуса, образуемого коррекцией граничных поверхностей распределителя; при этом на конце, связанного с корпусом через поворотно-скользящую опору и расположенного внутри подвижной оболочки приводного вала, через опору вращения или шарнирно закреплена заглушка, предназначенная для закрытия заборно-подающей трубы, заведенной соосно центральной оси со стороны большего из оснований усеченного конуса; между заглушкой и заборно-подающей трубой, соосно с ней, расположена работающая на сжатие возвратная винтовая пружина, подпружинивающая подвижную оболочку и отжимающая заглушку от заборно-подающей трубы.

19. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что приводной вал подвижной оболочки заведен в распределитель по температуре с граничной поверхностью конической формы через поворотно-скользящую опору со стороны меньшего из оснований внутренней полости в форме усеченного конуса, состоящей из цилиндра, сопряженного с меньшим основанием усеченного конуса; в области полости распределителя, прилегающей к вершине усеченного конуса, или в цилиндрической части полости корпуса между подвижной оболочкой и корпусом, соосно центральной оси установлена работающая на растяжение возвратная винтовая пружина, подпружинивающая подвижную оболочку в направлении вдоль центральной оси вращения.

20. Зональный теплоаккумулятор по п. 1 или 18, отличающийся тем, что возвратная винтовая пружина, подпружинивающая подвижную оболочку и отжимающая заглушку от заборно-подающей трубы температурного распределителя, расположена между корпусом распределителя и подвижной оболочкой соосно с валом, на котором закреплена заглушка, и работает на растяжение.

21. Зональный теплоаккумулятор по п. 1 или 18, отличающийся тем, что приводом прямого поступательного перемещения подвижной оболочки и заглушки, перекрывающей заборно-подающую трубу, служит устройство на электромагнитном принципе функционирования, а приводом возвратного перемещения - возвратная винтовая пружина или то же электромагнитное устройство.

22. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что температурный распределитель расположен вертикально, при этом приводом прямого поступательного перемещения подвижной оболочки служит устройство на электромагнитном принципе функционирования, а возвратного перемещения - сила тяжести.

23. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что датчиком, управляющим распределением по температуре, и поворотным средством, формирующими механический момент, является спиральная биметаллическая пластина, расположенная внутри корпуса распределителя, внутренний неподвижный конец пластины закреплен на заведенной внутрь распределителя соосно центральной оси вращения заборно-подающей трубе, а внешний конец биметаллической пластины закреплен на подвижной оболочке.

24. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что корпус или(и) внутренняя оболочка температурного разделения для воды, имеющая граничную поверхность, скорректированную до конической посредством корректирующих оболочек, жестко соединена с заборно-подающей трубой, а подвижная наружная оболочка с скорректированной до конической граничной поверхностью установлена на заборно-подающей трубе с возможностью поворота и продольного перемещения.

25. Зональный теплоаккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что изготовленная из трубы внутренняя оболочка, вертикально расположенного внутри теплоаккумулирующей блок-ячейки температурного распределителя для воды, жестко и герметично соединена с заборно-подающей трубой, а изготовленный из трубы корпус закреплен на заборно-подающей трубе через подшипник с возможностью поворота.