Теплообменное устройство для динамических аккумуляторов скрытого тепла
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 теплообменная поверхность 4. В К 3 установлены 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 теплообменную 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
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРГТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (89)DD/204/86 SU (48) 15.12.86 (21) 7774387/06 (22) 22.12.86 (31) W P F 28 F/285763 (32) 31.12,85 (33) DD (46) 23.06.91. Бюл. M 23 (71) Академия строительства (DD) (72) Гюнтер Андреас, Кеснер Уве, Аренс Вольфганг, Айльдерманн Христине, Фанггенель Томас. Эмонс Ганс-Гайнс, Дитрих Вольфганг и Науманн Рудигер (DD) (53) 621.565 (088,8) (54) ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ АККУМУЛЯТОРОВ . СКРЫТОГО ТЕПЛА (57) 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 фэзовое превращение в диапазоне рабочих температур, и находящимся с ним в прямом „„ .Ж„„1657891 А1 контакте промежуточным теплоносителем (ПТ) 1. В последний погружена греющая теплообменная поверхность 4. В К 3 установлены 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 50-85" к горизонтали. Т 7 могут быть снабжены нижним и/или верхним кольцевыми коллекторами 9 и IÎ 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 теплообменную поверхность 4, расплавляет ТВ 2, образуя в нем канал 8. и испаряет ПТ 1 на теплообменной поверхности 4. Пузыри пара Г1Т 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, 1657891 10 телей 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 теппообмен с теплоаккумулирующим веществом (патент ГДР N154126,,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 М 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 теплоаккумулирующем веществе, либо через промежуточные области, возникающие при добавках в теппоаккумулирующее 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 hL 3010625, кп. С 09 К 5/02, опублик. 1981), содержащее корпус с теплоаккумулирующим веществом, претерпевающим фаэовое превращение в диапазоне рабочих температур, и находящимся с ним а прямом контакте промежуточным теплоносителем, погруженную в 55 последний греющую теплообменную поверхность, а также нагреваемую теплообменную поверхность и дополнительный теплообменник из труб, погруженный в теплоаккумулирующее вещество. B данном устройстве трубы дополнительного теплообменника, расположенные вертикально, расплавляют вокруг себя теплоаккумулирующее вещество, создавая в последнем вертикальные каналы для циркуляции промежуточного теплоносителя, что улучшает теплообмен в случае применения труднокипящих промежуточных теплоносиНедостатком известного устройства является невысокая мощность теплопередачи при использовании легкокипящих промежуточных теплоносителей из-за отсутствия контакта пузырей пара промежуточного теплоносителя с теппоаккумупирующим 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 теппопередачи 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 дополнительного теплообменника, выполненными с петлеобразными участками; на фиг.3 — то же, с трубой дополнительного теппообменника, 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 греющая теплообменная поверхность 4. В корпусе установлены нагреваемая теплообменная поверхность 5 и дополнительный теплообменник из одной или нескольких труб 7, погруженный в теплоаккумулирующее вещество 2. Одна или несколько труб 7 дополнительного теплообменника расположены вдоль воображаемой конической поверхности с углом наклона а 50-85 к горизонтали, 1657891 Трубы 7 дополнительного теплообмен- ный теплоноситель1, заполняющий нижника могут быть снабжены нижним и/или нюю часть корпуса 3 (что может быть верхним кольцевыми коллекторами 9 и 10 достигнуто за счет разности плотностей соответственно, причем последний распо- промежуточного теплоносителя 1 и теплоакложен в зоне теплоаккумулирующего веще- 5 кумулирующего вещества 2), испаряется на греющей теплообменной поверхности 4. Трубь 7 дополнительного теплообмен- Образующиеся паровые пузыри промежуника могут быть выполнены с петлеобраз- гочного теплоносителя 1 поднимаются по ными участками (фиг.2). наклонным каналам (или каналу) 8, вступая Труба 7 дополнительного теплообмен- 10 в контакт с еще не расплавленным теплоакника может бь,ть выполнена спиральной кумулирующим веществом 2. Температура полностью погружена в теплоаккумулирую- плавления последнего, естественно, должч еее h3 быть ниже температуры кипения промеТрубы 7 дополнительного теплообмен- жуточного теплоносителя 1. Паровые ника могут быть снабжены только нижним 15 пузыри нагревают и расплавляют теплоаккольцевым коллектором 9 и выполнены = ку :улирующее вещество 2 Пар про. лежузаглушенными верхними концами. точного теплоносителя 1 конденсируется на Теплообменное устройство снабжено нагреваемой теплообменной поверхности входной 14 и выходной 15 камерак".и грею- 5, отдавая тепло протекающему через нее щего теплоносителя. обратным трубапрово- 20 нагреваемому теплсносителю, а конденсат дом 6. Нагреваемая теплообменная стекает в канал 8 и на его стенке снова поверхность 5 установлена в зоне 13 отвода вступает в контакт с теплоаккумулирующим веществом 2. Достигнув греющей теплообВ теплоаккумулирующем веществе 2 в менной поверхности 4, конденсат вновь исреэультате его расплавления образован ка- 25 паряется и цикл повторяется. нал 8. Позициями 11 и 12 обозначены на- Как показали эксперименты, протекаправления движения соответственно ние 87, греющего теплоносителя (от полногреющего и нагреваемого теплоносителей. го его расхода) через 1рубки 7 Теплообменное устройство для динами- дополнительного теплообменника, распоческих аккумуляторпв скрытого тепла рабо- 30 ложенные, например, под углом и = 78 к горизонтали, позволяет увеличить мощГ реющий теплоноситель подают из ка- ность теплообменного устройства по перемеры 14 в греющую теплообменную повер- даче тепла на 20 . хность 4 и параллельным потоком в одну Теплообмен между промежуточным или несколько труб дополнительного тепло- 35 теплоносителем 1 и теплоаккумулирующим обменника. Из последнего греющий тепло- веществом 2 интенсифицирован за сче наноситель после отбора от него тепла по клона труб 7 дополнительного теплообменобратномутрубопроводу 6 попадает в каме- ника, обеспечивающего тесное ру 15 и отводится из устройства в направле- контактирование паровых пузырей с тепло40 аккумулирующим веществом 2, Нагреваемый теплоноситель подают в нагреваемую теплообменную поверхность Формула изобретения 5 (направление подачи обозначено позицией 1.2), где он нагревается, отбирая тепло 1. Теплообменное устройство для динаот пара промежуточного теплоносителя 1, и 45 мических аккумуляторов скрытого тепла, спотводят из устройства к потребителю тепла держащее корпус с теплоаккумулирующим веществом, претерпевающим фазовое преПри протекании греющего теплоноси- вращение в диапазоне рабочих температур, теля через однуили несколькотруб7допол- и находящимся с ним в прямом контакте теплообменника, 50 промежуточным теплоносителем, погрру расположенные в толще теплоаккумулиру- женную в последний греющую теплообменющего вещества 2, последнее плавится, об- ную поверхность. а также нагреваемую раэуя вдоль труб 7 соответственно один или тепл0обменную поверхность и дополнинесколько каналов 8, открывая доступ про- тельный теплообменник из одной или немежуточному теплоносителю 1 в зону 13 от- "5 скольких труб, по р ру, погруженныи в вода тепла в верхней части корпуса 3 теплоаккумулирующеевещество,отличаюОдновоеменно в результате протекания щ е е с я тем, что, с целью увеличения греющего теплоносителя через греющую мощности теплопередачи и снижения матетеплообменнуюповерхность4промежуточ- риалоемкости путем интенсификации теплообмена между теплоаккумулирующим 1657891 веществом и промежуточным теплоносителем, одна или несколько труб дополнительного теплообменника расположены вдоль конической поверхности с углом наклона 50 — 85 к горизонтали. 2. Устройство по п.1, отл и ч а ю щ е ес я тем, что трубы дополнительного теплообменника снабжены нижним и/или верхним кольцевыми коллекторами, причем последний расположен в зоне теплоаккумулирующего вещества. 3, Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что трубы дополнительного теплообменника выполнены с петлеобразными участками. 4. Устройство по п.1, от л и ч а ю ще е5 с я тем, что труба дополнительного теплообменника выполнена спиральной и полностью погружена в теплоаккумулирующее вещество. 5. Устройство no n.1, о т л и ч а ю щ е е10 с я тем, что трубы дополнительного теплообменника снабжены нижним кольцевым коллектором и выполнены с заглушенными верхними концами, 1657891
