Пристрій для акумулювання тепла для теплопостачання

Реферат: Пристрій для акумулювання тепла для теплопостачання включає секції, заповнені теплоакумулюючою речовиною. Секції акумулювання тепла розміщені послідовно в потоці води, що відбирає тепло, а ініціювання процесу кристалізації починають із останньої по ходу води секції, за допомогою ультразвукових пристроїв, що підключені до відповідних секцій. UA 74690 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ АКУМУЛЮВАННЯ ТЕПЛА ДЛЯ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ UA 74690 U UA 74690 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до комунальної енергетики та може бути використана в пристроях для акумулювання тепла. Відомий пристрій акумулювання теплової енергії, в якому використовується один або декілька матеріалів із густиною що перевищує густину води, наприклад свинець, що дозволяє підвищити питому теплоємність акумулюючої речовини [1]. Недоліком вказаного пристрою є обмежена теплоємність акумулюючих матеріалів, їх здатність забруднювати основний теплоносій - воду, що надходить в систему теплофікації, а також ініціювання корозійних процесів в тепловому акумуляторі внаслідок виникнення різниці потенціалів між основним конструктивним матеріалом акумулятора та акумулюючою речовиною. Іншим відомим технічним рішенням для акумулювання тепла є використання різниці в фізичному стані речовини, при якому при підводі теплоти речовина переходить із твердого стану в рідкий, а при кристалізації - зворотному переході - речовина віддає тепло в зовнішній контур, наприклад для теплопостачання з використанням бака з секціями, які заповнені теплоакумулюючою речовиною. Така теплота є скритою теплотою фазового перетворення. Для акумулювання тепла використовуються кристалогідрати, для розплаву яких необхідна значна кількість енергії. При нагріві кристалогідратів утворюється так званий гідратний розчин. Кристалогідрати використовують в сонячних обігрівачах в жилому секторі в США. Використання кристалогідратів дозволяє суттєво (в декілька разів) скоротити об'єм теплоакумулюючих баків, а отже значно зменшити обсяги капітальних вкладень [2]. Проте використання енергоакумулюючих пересичених розчинів солей (кристалогідратів) не дозволяє забезпечити надійний відвід тепла в разі необхідної потреби. Це зумовлено тим, що навіть при високому ступені пересичення індукційний період кристалізації солей може сягати десятки годин. Це не дозволяє надійно використати накопичене за рахунок фазового переходу тепло. Окрім цього процес кристалізації при відборі тепла здійснюється лавиноподібно, що також не дозволяє використати весь обсяг виділеного тепла та може призвести до перегріву, або кипіння розчину. Це також знижує ефективність процесу акумулювання тепла. Задачею корисної моделі є забезпечення регулювання процесу відводу тепла від акумулюючої речовини та скорочення капітальних та експлуатаційних витрат на процес акумулювання тепла. Поставлена задача вирішується тим, що секції акумулювання тепла розміщені послідовно в потоці води, що відбирає тепло, а ініціювання процесу кристалізації починають із останньої по ходу води секції, за допомогою ультразвукових пристроїв, що підключені до відповідних секцій. Корисна модель пояснюється кресленням, де показаний накопичувач тепла з фазовим переходом акумулюючої речовини, 1 - потік теплоносія для подачі підігрітої води споживачам, 2 - розчин речовини з фазовим переходом, 3 - електричні нагрівачі (ТЕНи), 4 - ультразвукові випромінювачі (ініціатори кристалізації), А - вхід води, що нагрівається, В - вихід підігрітої води. Корисна модель працює таким чином, що тепловий акумулятор виконаний у вигляді бака (фіг. 1), в якому послідовно розташовані ємності, заповнені розчином акумулюючої речовини (2), що має властивість при підігріві здійснювати фазовий перехід переходити в розчин, а при кристалізації віддавати тепло фазового переходу в теплову мережу. Для накопичення тепла в ємностях з акумулюючою тепло речовиною встановлені електричні нагрівачі (3), що в періоди міжпікового електричного навантаження нагрівають теплоакумулюючу речовину та здійснюють її фазовий перехід з твердого в рідкий стан. При цьому контур речовини, що відбирає тепло фазового переходу (1), наприклад вода, послідовно контактує з ємностями, заповненими теплоакумулюючою речовиною (2). Для ініціювання кристалізації в пересиченому розчині встановлені ультразвукові пристрої (4). Прикладом використання пристрою для акумулювання теплової енергії, одержаної за рахунок використання теплоелектронагрівачів (ТЕНів), що підключаються в нічний час, коли вартість електроенергії по 3-и зонному тарифу складає 35 % від середньої вартості є його застосування для обігріву адміністративного будинку. Це дозволяє використовувати електричну енергію, яка одержується в Україні, в основному за рахунок опалювання твердого палива на теплових електростанціях та за рахунок розщеплення урану на атомних електростанціях. Енергоносії, які використовуються на вказаних електростанціях, мають значно меншу вартість порівняно з природним газом. 3 Адміністративна будівля має загальний об'єм опалення 12300 м . В будинку існують підвальні приміщення, в яких можуть бути розташовані ємності з акумулюючою речовиною та насоси циркуляції теплоносія. Вимірювання обсягів теплопостачання при зовнішній температурі -14 °C та температурі всередині будівлі +20 °C показали, що необхідна кількість теплової 1 UA 74690 U 5 10 15 20 енергії, що споживається за добу складає 2,2 Гкал (9,21 Гдж=2558 кВтгод). Це відповідає потужності 320 кВт, що споживається в міжпіковий період часу з 23,00 до 7,00. Для акумулювання теплової енергії, яка одержується в нічні години міжпікового споживання енергії, використовується нітрат літію LiNO2·3Н2О, що плавиться при температурі 30 °C та має теплоту плавлення 306 кДж/кг (73,2 ккал/кг=0,085 кВтгод/кг) або менш дефіцитний реагент глауберову сіль - сульфат натрію Na2SО4·10Н2О з температурою плавлення 186 кДж/кг (44,5 ккал/кг=0,019 кВтгод/кг). При використанні нітрату літію необхідний об'єм накопичувача теплоти для конкретної 3 будівлі складає 20 м . При цьому кількість теплоти знаходиться по формулі: Q=m·СТ(Тп-Тн)+Lп·m+Ср·m(Tв-Тп)=ρ·V[СТ(Тп-Тн)+Lп+Ср(Тв-Тп)] де m - маса кристалогідрату, кг; 3 ρ - щільність кристалогідрату, 1,44 кг/дм ; 3 V - об'єм накопичувача, м ; Тп - температура плавлення, 30 °C; Тн - температура нагріву, при якій починається плавлення, 32 °C; Тв - температура нагріву розчину в накопичувачеві теплоти, 50 °C; СТ - питома теплоємність твердої фази, 0,58 кДж/кг°С; Ср - питома теплоємність рідкої фази, 0,94 кДж/кг°С; Lн- теплота плавлення, 306 кДж/кг. 3 3 6 Q=20·10 ·1,44[0,58(33-30)+306+0,94(50-30)]·10 =9403·10 Дж=9,403 ГДж При використанні глауберової солі необхідний обсяг накопичувача складає по зворотному балансу: 9 3 3 6 9,21·10 =V·10 ·1,58[0,54(21-17)+186+1,0(50-18)]·10 =331,2·10 Об'єм накопичувача теплоти складає в цьому випадку: V 25 9,21  10 9  28 3 331,2  10 6 м При використанні традиційної генерації теплової енергії в водогрійних котлах, що працюють з середнім коефіцієнтом корисної дії ηк=0,85 витрата природного газу при його теплотвірній 3 здатності Qн  8000 ккал/м складає за добу для конкретної будівлі: р V 30 35 2,2  10 9  323 ,5 3 8000  0,85 м При ціні газу 600 дол/1000 м, тобто 4,8 грн/м витрати газу на обігрів складуть - 1553 грн/добу. По запропонованій технології при базовій вартості електроенергії 0,3684 грн/кВтгод для споживачів, які витрачають більше 150 кВтгод/місяць (по тарифам НКРЕ з 01.04.2011 р.) ціна 1 кВтгод електроенергії буде складати з урахуванням коефіцієнту 0,35 (споживання електроенергії в позапіковий нічний період) - 0,129 грн/кВтгод. Враховуючи те, що в накопичувачеві практично вся спожита електроенергія перетворюється на тепло, то витрата електроенергії складе: Bc  40 45 50 2,2  10 6  0,129 860 грн/добу Таким чином, витрати на обігрів приміщення скорочуються майже в 5 разів. Джерела інформації: 1. Л.П. Шелудько. Тепловой аккумулятор. СССР, 1985 р., бюлетень № 34, СУ 1179041а. 2. Г. Бекмен, П. Гилли. Тепловое аккумулирование энергии. Перевод с англ. Е.В. Сидорова, под редакцией д.т.н. профессора В.Н. Бродянского. - М.: "Мир", 1987. - С. 59-69 (прототип). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для акумулювання тепла для теплопостачання, що включає секції, заповнені теплоакумулюючою речовиною, який відрізняється тим, що секції акумулювання тепла розміщені послідовно в потоці води, що відбирає тепло, а ініціювання процесу кристалізації починають із останньої по ходу води секції, за допомогою ультразвукових пристроїв, що підключені до відповідних секцій. 2 UA 74690 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3