Тепловой аккумулятор ю.к.рашидова Советский патент 1981 года по МПК F24J3/02 

Изобретение.относится к гелиотехнике и предназначено для использования в системах гелиотеплоснабжения. Известен тепловой аккумулятор, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода аккумулирукицей среды разделенный -вертикальной коаксиаль перегородкой на сообщаквдиеся между собой внутреннюю и наружную полости, и змеевики зарядки и разрядки, установленные соответственно в нижн части внутренней полости и в верхней части наружной полости корпуса Наличие вертикальной перегородки а также расположение змеевиков зарядки и разрядки соответственно в нижней и в верхней частях внутренне и наружной полостей обеспечивает интенсивный теплообмен между теплоносителем, циркулирующим в змеевиках, и аккумулирующей средой. Недостаток известного аккумулятора в том, что аккумулирование тепла в нем осуществляется одновре менно всем объемом аккумулирующей среды. Это увеличивает продолжител ность зарядки аккумулятора до температуры, при которой возможен отб тепла и снижает его аккумулирующую способность при аккумулировании небольших количеств тепла в системс1х гелиотеплоснабжения, характеризующихся переменной и прерывистой теплопроизводительностью приемнйка солнечной энергии. Цель изобретения - повышение аккумулирующей способности. Поставленная цель достигается тем, что аккумулятор дополнительно содержит открытый снизу сосуд, расположенный в нижней части внутренней полости и частично заполненный средой, удельный вес которой меньше удельного веса аккумулирующей среды, и вторую вертикальную перегородку, расположенную коаксиально первой и разделяющей наружную полость на внутренний и внешний отсеки, сообщенные между собой в верхней части непосредственно, а в нижней - канаxiOM, снабженным отводом, введенным в сосуд. . Вторая перегородка может быть выполнена из теплоизоляционного материала. На фиг. 1 показан тепловой аккумулятор; на фиг. 2 - распределение аккумулирующей среды и среды, частично заполняющей открытый снизу

сосуд в качестве которой используют воздух в режиме нагрева аккумулирующей среды; на фиг. 3 - то же, в режиме циркуляции холодного теплоносителя через змеевик зарядки; на фиг. 4 - то же, что на фиг. 2, но при использовании масла в качестве среды, частично заполняющей сосуд; на фиг, 5 -,. о же, что на фиг. 3, но при использовании масла в качестве частично заполняющей среды-.

Тепловой аккумулятор содержит копус 1 с патрубками 2, 3 подвода и Iотвода аккумулирующей среды, разде ленный вертикальной коаксиальной перегородкой 4 на сообщгиощиеся межд собой внутреннюю и наружную полости .5,6, и змеевики 7,8 зарядки и разрядки, установленные соответственно в нижней части внутренней полости 5 и в верхней части наружной полости 6 корпуса 1, Аккумулятор дополнительно содержит открытый снизу сосуд 9, расположенный в нижней части внуренней полости 5 и частично заполненной воздухом(фиг. 2 и 3)или маслом (фиг. 4 и 5)и вторую вертикальную перегородку 10, расположенную коаксиально первой перегородке 4 и разделяющей наружную полость 6 на внутренний и внешний отсеки 11, 12, сообщенные между собой в верхней части непосредственно, а в нижней - каналом 13, снабженным отводом 14, введенным в сосуд 9. Вторая перегородка 10 выполнена из тепло- g изоляционного материсша.

Аккумулятор содержит также третью вертикальную перегородку 15, служащую для интенсификации теплообмена между аккумулирующей средой и змеевиком 8 разрядки, перфорированную трубу 16, расположенную по периметру корпуса 1 и соединенную с патрубком 2, стакан 17, внутри которого с зазором расположен сосуд 9 при использовании масла или различных нефтепродуктов.

Подбор среды в сосуде 9 осуществляется исходя из интервала рабочих температур аккумулятора, высоты дополнительной перегородки 10 и высоты проникновения свободного конца отвода 14 в среду сосуда 9.

Перед заполнением аккумулятора аккумулирующей средой сосуд 9 должен быть заполнен воздухом или маслом. При использовании воздуха он сам заполняет сосуд, а при использовании масла применяют стакан 17, который заполняется маслом. Это приводит к заполнению сосуда 9 маслом до уровня свободного конца отвода 14, поэтому сосуд 9 необходимо предварительно опустить, чтобы обеспечить почти полное вытеснение воздуха из-под сосуда маслом.

Аккумулятор заполняется аккумулирующей средой, например водой, через патрубок 2. Вода при этом поступает во внешний отсек 12, а оттуда по каналу 13, отводу 14, через J воздух ( масло)jкоторый благодаря своему малому удельному весу всплывает на поверхность поступающей воды и скапливается в верхней части сосуда 9, во внутреннюю полость 5.

Q Зарядка аккумулятора происходит следукхцим образом.

В начальный момент,когда температура воды в отсеке 12 и во внутренней полости 5 одинакова, воздух(масло) в сосуде 9 и в отводе 14 займет уровень А-А (фиг. 2 и 4),так как воздух(масло) испытывает одинаковое давление воды с обеих сторон перегородки 10.При циркуляции через змеевик 7 зарядки горячего теплоносителя во внутренней

0 полости 5 вода будет нагреваться и подниматься вверх, а в отсеке 11 опускаться вниз. Это приведет к возникновению циркуляции за счет разности удельных весов холодной и горячей воды и обеспечит интенсивный теплообмен между водой в полости 5 и змеевиком 7.

По мере нагрева воды ее удельный вес будет уменьшаться и давление

Q столба воды на воздух (масло)со стороны полости 5 будет меньше, чем со стороны отсека 12, поэтому уровень воды в отводе 14 начнет подниматься (фиг. 2 и 4 ) и при достижении в- полосг ти 5 рабочей температуры, начнется поступление в нее холодной воды из отсека 12. Нагретая до рабочей температуры вода вытеснится из полости 5 в верхнюю часть отсека 12 и образует там слой горячей воды. Это приведет к возникновению циркуляции по большому контуру (фиг. 1) за .счет разности удельных весов воды в полости 5 и в отсеке 12. Воздух (масло) препятствует циркуляции воды по больc шому контуру и выполняет роль постоянного гидравлического сопротивления, так как для того, чтобы выдавить воздух (масло) из отвода 14 на высоту Vl , необходимо давление. ПоэтомуQ циркуляция по большому контуру возникает только тогда, когда циркуляционный напор сравнивается или становится больше гидравлического сопротивления воздуха или масла. При этом гидравлическое сопротивление воздуха (масла ) не зависит от расхода и поэтому при увеличении подвода тепла к змеевику 7 по большому контуру начинает циркулировать больший расход воды при постоянной величине циркуляционного напора, что обеспечивает почти постоянную температуру воды на выходе из внутренней полости 5 в отсек 12.

При циркуляции воды по большому

5 контуру она нагревается до рабочей

температуры аккумулятора за один оборот и тепловой фронт горячей воды в отсеке 12 продвигается сверху вни пропорционально циркуляционному расходу, В процессе аккумулирования вода в отсеке 12 будет расслаиваться на два слоя - горячий, имеющий рабочую температуру аккумулятора, и холодный.

Разрядка аккумулятора осуществляется ц- верхней части отсека 12 через змеевик 8. разрядки (отбор тепл по закрытой схеме на горячее водоснабжение и через патрубки 2,3 подвода и отвода аккумулирукядей среды отбор тепла по открытой схеме на отопление). При этом змеевик 8 разрядки отбирает тепло от горячей воды, поступающей из верхней части отсека 12 или отсека 11 в момент одновременной зарядки, что приводит к возникновению циркуляции и интенсивному теплообмену между змеевиком 8 и горячей водой, так как перегородка 15, исключая перемешивание охлажденной воды с горячей, увеличивает циркуляционный напор, создает тягу наподобие дымовой трубы, но в обратном направлении , Охлажденная вода опускается в нижнюю часть отсека 12 и вытесняет горячую воду вверх, что на фиг, 1 изображено пунктирными стрелками. При разрядке аккумулятора через патрубки 2 и 3 горячая вода забирается из верхней части отсека 12, а охлажденная - возвращается в нижнюю чгзсть ртсека через перфорированную трубу 16, которая позволяет равномерно распределить ее по периметру корпуса 1, что обеспечивает минимальное перемешивание охлажденной воды с горячей в отсеке 12 даже при наличии принудительной циркуляции в контуре разрядки,

В процессе разрядки тепловой фро горячек воды продвигается снизу вверх, то есть в обратном направлении его продвижению в процессе зарядки (фиг, 1) поэтому результирующее продвижение теплового фронта горячей воды в -ч аждый момент времени зависит от соотношения поступающего и отбираемого тепла.

При циркуляции холодного теплоносителя через змеевик 7 зарядки из аккумулятора теряется тепло из объема воды, находящейся ниже верхнего уровня змеевика, причем только из внутренней полости 5, так воздух (масло препятствует движению охлажденной воды в отсек 12 фиг, 3 и и возникновению обратной циркуляции а дополнительная перегородка ID, выполненная из теплоизоляционного матриала, уменьшает до минимума теплопотери . Это обеспечивает диодность зарядки,

В предлагаемом тепловом аккумуляторе происходит температурное расслоение аккумулир ллцей среды и осуществляется аккумулирование тепла только в такой части среды, которую можно нагреть до рабочей температуры. Это сокращает продолжительность зарядки аккумулятора до температуры,

при которой возможен отбор тепла, и повышает его аккумулирующую способность, так как аккумулирование даже небольшого количества тепла в аккумуляторе происходит без потерь температурного потенциала, благодаря аккумулированию не во всем объеме аккумулятора, а только в его части, что уменьшает долю балластного тепла в аккумуляторе и увеличивает

Q долю полезного. Хранение тепла до следующего цикла нагрева происходи с теплопотерями, т, е. повышается полезная аккумулирующая способность аккумулятора,

25

Формула изобретения

1,Тепловой аккумулятор, содержащий корпус с патрубками подвода и

отвода аккумулирующей среды, разделенный вертикальной коаксиальной перегородкой на сообщающиеся между собой внутреннюю и наружную полости, и змеевики зарядки и разрядки, установленные соответственно в нижней части внутренней полости и в верхней части наружной полости корпуса, отличающийся теУи,

ЧТО, С целью повышения аккумулирующей способности, аккумулятор дополнительно содержит открытый снизу сосуд, расположенный в нижней части внутренней полости и частично заполненный средой удельный вес которой меньше удельного веса аккумулирующей среды, и вторую вертикальную перегородку, расположенную коаксиально первой и разделяющей наружную полость на внутренний и

внешний отсеки, сообщенные между собой в верхней части непосредственно, а в нижней - каналом, снабженным отводом, введенным в сосуд.

2.Аккумулятор по п. 1, о т л ичающийся тем, что вторая

перегородка выполнена из теплоизоляЦИОЕ1НОГО материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Заявка Великобритании № 1397013, кл, F 8 D 1/02, опублик, 197Ь,

.J