Теплообменное устройство для динамических аккумуляторов скрытого тепла Советский патент 1991 года по МПК F24H7/00 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для аккумулирования тепла с использованием теплоты фазового перехода.

Известные технические решения направлены, в основном на решение двух типов задач: на использование веществ с возможно большей скрытой теплотой фазового перехода для повышения компактности, а также на использование веществ и добавочных элементов, компенсирующих отрицательное влияние на теплообмен с теплоаккумулирующим веществом (патент ГДР N 154126, кл. F 24 Н 7/02, опублик. 1982).

Для таких технических решений характерно применение сред, транспортирующих тепло, которые для повышения мощности теплопередачи приводятся в движение и находятся в прямом контакте с веществом, меняющим агрегатное состояние. Тепло транспортируют с помощью жидкостей с высокой температурой кипения, например масел, которые при теплообмене находятся в жидком состоянии, или с помощью легкокипящих жидкостей, например хладагентов, испаряющихся и конденсирующихся при теплообмене. При этом важно условие нерастворимости контактирующих сред одна в другой.

Движение сред, транспортирующих тепло, может осуществляться с помощью насосов (авторское свидетельство СССР № 1455170, кл. F 24 Н 7/02. 14.07.86), либо с использованием естественной конвекции, в частности с использованием кипения.

При этом проблемой является непроницаемость теплоаккумулирующего вещества, находящегося в твердой фазе. Перемешивание с ним труднокипящих жидкостей либо невозможно, либо требует применения высоконапорных насосов. Перемешивание легкокипящих жидкостей возможно только через капилляры и трещины в твердом теп- лоаккумулирующем веществе, либо через промежуточные области, возникающие при добавках втеплоаккумулирующее вещество специальных присадок в кристаллическом виде. В этих областях теплопередаче препятствует противочное движение поднимающегося пара и стекающего вниз конденсата.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство (патент ФРГ № 3010625, кл. С 09 К 5/02, опублик. 1981), содержащее корпус с теплоаккумулирующим веществом, претерпевающим фазовое превращение в диапазоне рабочих температур, и находящимся с ним в прямом контакте промежуточным теплоносителем, погруженную в

последний греющую теплообменную поверхность, а также нагреваемую теплообменную поверхность и дополнительный теплообменник из труб, погруженный в теплоаккумулирующее вещество.

В данном устройстве трубы дополнительного теплообменника, расположенные вертикально, расплавляют вокруг себя теп- лоаккумулирующее вещество, создавая в

последнем вертикальные каналы для циркуляции промежуточного теплоносителя, что улучшает теплообмен в случае применения труднокипящих промежуточных теплоносителей.

Недостатком известного устройства является невысокая мощность теплопередачи при использовании легкокипящих промежуточных теплоносителей из-за отсутствия контакта пузырей пара промежуточного

теплоносителя с теплоаккумулирующим веществом в упомянутых вертикальных каналах. Применение средств, увеличивающих поверхность теплообмена в этих каналах и внутри теплоаккумуляторного вещества

(оребрения, решеток и т.п.), повышает материалоемкость и затрудняет процессы кипения и конденсации.

Цель изобретения - увеличение мощности теплопередачи и снижение материалоемкости устройства путем интенсификации теплообмена между теплоаккумулирующим веществом и промежуточным теплоносителем.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - то же, с трубами допол- нительноготеплообменника,

выполненными с петлеобразными участками; на фиг.З - то же, с трубой дополнительного теплообменника, выполненной спиральной; на фиг.4 - то же, с заглушенными трубами дополнительного теплообменника.

Теплообменное устройство для динамических аккумуляторов скрытого тепла содержит герметичный корпус 3 с

теплоаккумулирующим веществом 2, претерпевающим фазовое превращение в диапазоне рабочих температур, и находящимся с ним в прямом контакте промежуточным теплоносителем 1. В последний погружена

0 греющая теплообменная поверхность 4. В корпусе установлены нагреваемая теплообменная поверхность 5 и дополнительный теплообменник из одной или нескольких труб 7, погруженный в теплоаккумулирую5 щее вещество 2. Одна или несколько труб 7 дополнительного теплообменника расположены вдоль воображаемой конической поверхности с углом наклона а50-85° к горизонтали.

Трубы 7 дополнительного теплообменника могут быть снабжены нижним и/или верхним кольцевыми коллекторами 9 и 10 соответственно, причем последний расположен в зоне теплоаккумулирующего вещества 2.

Трубь- 7 дополнительного теплообменника могут быть выполнены с петлеобразными участками (фиг.2).

Труба 7 дополнительного теплообменника может быть выполнена спиральной и полностью погружена в теплоаккумулирую- v зе вещество 2 (фиг 3).

Трубы 7 дополнительного теплообменника могут быть снабжены только нижним кольцевым коллектором 9 и выполнены с заглушенными верхними концами.

Теплообменное устройство снабжено входной 14 и выходной 15 камерами греющего теплоносителя, обратным трубопроводом 6. Нагреваемая теплообмен пая поверхность 5 установлена в зоне 13 отвода тепла.

В теплоаккумулирующем веществе 2 в результате его расплавления образован канал 8. Позициями II и 12 обозначены направления движения соответственно греющего и нагреваемого теплоносителей.

Теплообменное устройство для динами ческих аккумуляторов скрытого тепла работает следующим образом.

Греющий теплоноситель подают из камеры 14 в греющую теплообменную поверхность 4 и параллельным потоком в одну или несколько труб дополнительного теплообменника. Из последнего греющий теплоноситель после отбора от него тепла по обратному трубопроводу 6 попадает в камеру 15 и отводится из устройства в направлении 11.

Нагреваемый теплоноситель подают в нагреваемую теплообменную поверхность 5 (направление подачи обозначено позицией 1.2), где он нагревается, отбирая тепло от пара промежуточного теплоносителя 1, и отводят из устройства к потребителю тепла (не показан).

При протекании греющего теплоносителя через одну или несколько труб 7 допол- нительноготеплообменника,

расположенные в толще теплоаккумулирующего вещества 2, последнее плавится, образуя вдоль труб 7 соответственно один или несколько каналов 8, открывая доступ промежуточному теплоносителю 1 в зону 13 отвода тепла в верхней части корпуса 3 Одновременно в результате протекания греющего теплоносителя через греющую теплообменную поверхность 4 промежуточный теплоноситель1, заполняющий нижнюю часть корпуса 3 (что может быть достигнуто за счет разности плотностей промежуточного теплоносителя 1 и теплоак- 5 кумулирующего вещества 2), испаряется на греющей теплообменной поверхности 4. Образующиеся паровые пузыри промежуточного теплоносителя 1 поднимаются по наклонным каналам (или канату) 8, вступая

10 в контакт с еще не расплавленным теплоак- кумулирующим веществом 2, Температура плавления последнего, естественно, должна быть ниже температуры кипения промежуточного теплоносителя 1. Паровые

5 пузыри нагревают и расплавтяют теплоак- куг.;улирующее вещество 2 Пар промежуточного теплоносителя 1 конденсируется на нагреваемой теплообменной поверхности 5, отдавая тепло протекающему через нее

0 нагреваемому теплоносителю, а конденсат стекает в канал 8 и ча его стенке снова вступает в контакт с теплоэккумулирующим веществом 2. Достигнув греющей теплообменной поверхности 4, конденсат вновь ис5 пэряется и цикл повторяется

Как показали эксперименты, протекание 8% греющего теплоносителя (от полного его расхода) через трубки 7 дополнительного теплообменника, распо0 ложенные, например, под углом и - 78° к горизонтали, позволяет увеличить мощность теплообменного устройства по передаче тепла на 20%.

Теплообмен между промежуточным

5 теплоносителем 1 и теплоэккумулирующим веществом 2 интенсифицирован за счет наклона труб 7 дополнительного теплообмен- ника, обеспечивающего тесное контактирование паровых пузырей с тепло0 аккумулирующим веществом 2.

Формула изобретения

1 Теплообменное устройство для дина- 5 мических аккумуляторов скрытого тепла, содержащее корпус с теплоэккумулирующим веществом, претерпевающим фазовое превращение в диапазоне рабочих температур, и находящимся с ним в прямом контакте 0 промежуточным теплоносителем, погруженную а последний греющую теплообменную поверхность, а также нагреваемую теплообменную поверхность и дополнительный теплообменник из одной или не- 5 скольких труб, погруженный з теплоакк/мулирующее вещество, отличающееся тем, что, с целью увеличения мощности теплопередачи и снижения материалоемкости путем интенсификации теплообмена между теплоаккумулирующим

веществом и промежуточным теплоносителем, одна или несколько труб дополнительного теплообменника расположены вдоль конической поверхности с углом наклона 50-85° к горизонтали.

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что трубы дополнительного теплообменника снабжены нижним и/или верхним кольцевыми коллекторами, причем последний расположен в зоне теплоаккуму- лирующего вещества.

3.Устройство по пп.1 и 2, отличающее с я тем, что трубы дополнительного

0

теплообменника выполнены с петлеобразными участками.

4.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что труба дополнительного теплообменника выполнена спиральной и полностью погружена в теплоаккумулирующее вещество.

5.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что трубы дополнительного теплообменника снабжены нижним кольцевым коллектором и выполнены с заглушенными верхними концами.

Изобретение может быть использовано для аккумулирования тепла с использованием теплоты фазового перехода. Цель - увеличение мощности теплопередачи и снижение материалоемкости путем интенсификации теплообмена. Устройство содержит корпус (К) 3 с теплоаккумулирующим веществом (ТВ) 2, претерпевающим фазовое превращение в диапазоне рабочих температур, и находящимся с ним в прямом контакте промежуточным теплоносителем (ПТ) 1. В последний погружена греющая теп- лообменная поверхность 4. В К 3 установле- ны нагреваемая теплообменная поверхность 5 и дополнительный теплообменник из одной или нескольких труб (Т) 7, погруженный в ТВ 2. Т 7 расположены вдоль конической поверхности с углом наклона к горизонтали. Т 7 могут быть снабжены нижним и/или верхним кольцевыми коллекторами 9 и 10 с расположением последнего в ТВ 2. Т 7 могут быть выполнены с петлеобразными участками. Т 7 может быть выполнена спиральной. Т 7 могут быть снабжены только нижним кольцевым коллектором и выполнены с заглушенными верхними концами. Греющий теплоноситель, протекая через Т 7 и греющую теплообмен- ную поверхность 4,расплавляет ТВ 2, образуя в нем канал 8. и испаряет ПТ 1 на теплообменной поверхности 4. Пузыри пара ПТ 1 поднимаются по каналу 8 и конденсируются на нагреваемой теплообменной поверхности 5. Теплообмен между ПТ 1 и ТВ 2 интенсифицирован за счет наклона Т 7, улучшающего контакт паровых пузырей и ТВ 2. 4 з.п. ф-лы, 4 ил. {л С о ел VJ 00 ю

77

15

У.«л/У. : :xj

/

Фиг. 2

Ъ 9

Фие.З

13

/