тепловой аккумулятор

Формула изобретения

Тепловой аккумулятор, содержащий корпус с теплоизоляцией и твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий трубопроводы в виде змеевиков, отличающийся тем, что он снабжен пневматическими вибраторами, волноводы которых закреплены на упомянутых трубопроводах перед входом в аккумулятор, и гасителями вибраций, размещенными в местах прохождения трубопроводов через корпус.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для повышения процесса теплопередачи в тепловых аккумуляторах с различными теплоаккумулирующими материалами.

Известны тепловые аккумуляторы с твердым теплоаккумулирующим материалом. Амерханов Р.А. Оптимизация сельскохозяйственных энергетических установок с использованием возобновляемых источников энергии. - М.: КолосС, 2003, 532 с.

В качестве прототипа нами выбран аккумулятор по а.с. СССР №1657891 А1, опубл. 23.06.1991, кл.F 24 H 7/00, содержащий корпус с изоляцией и твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий трубопроводы в виде змеевиков.

Однако представленный аккумулятор имеет серьезный недостаток, связанный с тем, что процесс теплопередачи между теплоносителями и теплоаккумулирующим материалом не достаточно интенсивен в связи с ламинарным потоком теплоносителя в тонком пристенном слое, характеризующемся наличием значительных градиентов скорости, см. Л.Ландау, Е.Лифшиц. Механика сплошных сред. М.: Полиграфкнига, 1944, 623 с., глава VI “Пограничный слой”, § 32. Ламинарный пограничный слой.

Техническим решением задачи является повышение процесса теплопередачи между теплоносителем и теплоаккумулирующим материалом.

Поставленная задача достигается тем, что тепловой аккумулятор, содержащий корпус с теплоизоляцией и твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий трубопроводы в виде змеевиков, снабжен пневматическими вибраторами, волноводы которых закреплены на упомянутых трубопроводах перед входом в аккумулятор, и гасителями вибрации, размещенными в местах прохождения трубопроводов через корпус.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что достижение поставленной задачи, а именно повышения процесса теплопередачи между теплоносителями и теплоаккумулирующим материалом достигается за счет нарушения пограничного ламинарного слоя теплоносителя в подводящем и отводящем трубопроводах. Нарушенный ламинарный поток приобретает турбулентный характер, что усиливает конвективный теплообмен, а соответственно и процесс теплопередачи. См. Тихомиров К.В. Общая теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. - М.: Стройиздат, 1969 г., стр.288., Драганов Б.Х., Кузнецов В.А., Рудобашта С.П. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве./Под ред. Б.Х.Драганова. - М.: Агропромиздат, 1990. - 463 с.

По данным патентной и другой научно технической литературы не обнаружено аналогичного предложения, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемого предложения.

На чертеже представлена схема теплового аккумулятора.

Тепловой аккумулятор включает в себя корпус 1 с теплоизоляцией 2, внутри которого расположен твердый теплоаккумулирующий материал 3, представляющий собой пористую матрицу, например щебень. Тепловой аккумулятор имеет подводящий трубопровод 4 и отводящий трубопровод 5 в виде змеевиков, пневматические вибраторы 6, 7, гасители вибрации 8.

Тепловой аккумулятор работает следующим образом. Горячий теплоноситель подается в трубопровод 4 и, проходя по нему, отдает теплоту теплоаккумулирующему материалу 3. Одновременно с этим включают пневматический вибратор 6 путем подвода к нему сжатого воздуха под давлением от 2 до 5 атм. Упругие колебания, возникающие в обойме пневматического вибратора, носят ударный характер и при помощи волновода, прикрепленного (сваркой) к трубопроводу 4, вызывают нарушение пограничного ламинарного слоя, придавая ему турбулентный характер и тем самым увеличивая процесс теплопередачи, а соответственно и скорость зарядки аккумулятора.

Аналогично происходит процесс разрядки аккумулятора.

Холодный теплоноситель подается по трубопроводу 5 в нижнюю часть теплового аккумулятора и, проходя по нему, забирает теплоту у теплоаккумулирующего материала 3. Одновременно с этим включается пневматический вибратор 7, и далее процесс проходит аналогично, как и при зарядке теплового аккумулятора.

Во избежание распространения колебаний на корпус 1 теплового аккумулятора в местах ввода в него подающих трубопроводов 4 и 5 установлены гасители вибрации 8, изготовленные из вакуумированной резины.

Частота и амплитуда колебаний пневматических вибраторов 6 и 7 принимаются в зависимости от типа и размера теплового аккумулятора и определяются геометрическими размерами обоймы и шарика пневматического вибратора, давлением и расходом сжатого воздуха. Частотный диапазон устройства может быть выбран в пределах от нескольких сот герц до десятков килогерц. Амплитуда колебаний излучателя достигает сотен микрон.

Предложенный способ можно использовать также в различных теплообменных аппаратах для повышения процесса теплопередачи путем усиления конвективного теплообмена.