Акумулятор теплової енергії

Реферат: Акумулятор теплової енергії включає теплоізольований корпус, заповнений теплоакумулюючим матеріалом. Корпус, по ходу повітря, розділений сітчастими перегородками на секції, в яких встановлено вентилятор, зволожувач, електричний резистивний нагрівальний елемент і гідравлічний контур, розташований в теплоакумулюючому матеріалі. UA 83438 U (12) UA 83438 U UA 83438 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі теплоенергетики, зокрема, до акумуляторів теплової енергії (теплових акумуляторів, теплоакумуляторів), і може бути використана в автономних системах опалення. Відомо тепловий акумулятор, що включає теплоізольований корпус, в якому розміщено теплоакумулюючу вставку з твердого матеріалу (талькохлориту або кераміки (глини)) з вбудованим електронагрівальним елементом і каналами для протоку під дією вентилятора 7 нагріваного повітряного потоку [Пат. 40757 Российская Федерация, МПК Е 04 В 1/74. Стационарные теплоаккумуляторы, применяемые для обогрева помещений различного назначения [Текст] / Анисимов A.M. (Российская Федерация); заявитель и патентообладатель Анисимов Александр Михайлович. - № 2004102450/22; заявл. 29.01.04; опубл. 27.09.04.-2 с.]. Теплоакумулятор встановлюють в отворі не несучій стіні (перегородці) або в печі або каміні як нагрівник. Недоліком відомого теплового акумулятора є низька густина запасання енергії, унаслідок вживання теплоакумулюючого матеріалу ємнісного типу. Відомо тепловий акумулятор, що включає двостінний корпус з горизонтальною подовжньою віссю, днища з вакуумно-порошковою ізоляцією міжстінного зазору, патрубки входу і виходу теплоносія, що проходить через днища, поздовжні герметичні теплоакумулюючі капсули, виконані у формі кругових циліндрів, заповнені фазоперехідним теплоакумулюючим матеріалом, і встановлені в герметичній порожнині циркуляції теплоносія в поперечних діафрагмах з сегментними зрізами, торці цих капсул зафіксовані поперечними обмежувальними перегородками з перфорацією. Патрубки входу і виходу теплоносія розташовані співвісно 6 уздовж горизонтальної поздовжньої осі [Пат. 18133 Україна, МПК F 24 Н 7/00. Тепловій акумулятор [Текст] / Кудріч В.П., Мальцев П.В., Найдьонов В.В. (Україна); заявник та патентовласник Товариство з обмеженою відповідальністю "Мотортехніка". - № 96103752; заявл. 01.10. 96; опубл. 16.10.00, Бюл. № 5-1.-2 с.]. До недоліків даного пристрою слід віднести низьку густину запасання енергії, унаслідок невеликої поверхні контакту теплоносія з теплоакумюючим матеріалом. Відомо тепловий акумулятор, що включає реактор адсорбційно-десорбційного типу циліндрової форми, по центру якого встановлено гідравлічний контур, що є віссю єдиного ребра профілю синусоїди, що забезпечує достатню швидкість тепловіддачі від гранул адсорбенту, розташованого в порожнинах єдиного ребра профілю синусоїди, по зовнішньому контуру якого закріплена обмежуюча сітка, а також конденсатор, утворений охолоджуючою сорочкою, розташованою на зовнішній поверхні реактора, і внутрішньою поверхнею реактора, і випарник у формі циліндрового бака, через який проходить оребрений гідравлічний контур, пов'язаний з реактором звужуючим горлом [Пат. 18578 Україна, МПК6 F25B 17/00, F25B 27/00. Адсорбційний акумулятор теплоти [Текст] / Журавленко В.Я., Наумов З.Є., Ракітін О.І., Чалаєв Д.М. (Україна); заявник та патентовласник Інститут технічної теплофізики Академії наук України. - № 4913640/SU; заявл. 25.02.91; опубл. 25.12.97, бюл. № 6. 2 с.]. Як адсорбент використовують цеоліт (NaX або СаХ), або сіль кальцій хлорид. До недоліків даного пристрою слід віднести конденсацію пари води безпосередньо на внутрішній поверхні реактора, що сприяє сорбції водяної пари у верхньому шарі теплоакумулюючого матеріалу, і отже уповільненню його регенерації, а також зниженню густини запасання енергії. Відомо тепловий акумулятор, що включає корпус з теплоізоляцією і твердим теплоакумулюючим матеріалом (щебенем або галькою), усередині якого розташовані підвідний і відвідний трубопроводи у вигляді змійовиків з пневматичними вібраторами, хвилеводи яких закріплені на згаданих трубопроводах перед входом в акумулятор, і гасителями вібрацій, розміщеними в місцях проходження трубопроводів через корпус [Пат. 2253807 Российская 7 Федерация, МПК F 24 Н 7/00. Тепловой аккумулятор [Текст] / Амерханов Р.А., Потапенко И.А., Ададуров Е.А. (Российская Федерация); заявитель и патентообладатель Кубанский государственный аграрный университет. - № 2004126300/06; заявл. 30.08.04; опубл. 30.08.04.-2 с.]. Недоліками даного пристрою є можливість його використання лише за наявності гарячого теплоносія і низька густина запасання енергії, унаслідок вживання твердого теплоакумулюючого матеріалу. Найближчим за технічною суттю і результатом, який досягається, до корисної моделі, що заявляється, є акумулятор теплової енергії [Ляшков В.И. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии [Текст]: учеб. пособие / В.И. Ляшков, С.Н. Кузьмин - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. унта, 2003.-96 с.] (прототип), що включає теплоізольований корпус, заповнений твердим теплоакумулюючим матеріалом ємнісного типу (подрібненим каменем або галькою). В процесі зарядки через теплоакумулючий матеріал пропускають повітря, нагріте в сонячному колекторі. Коли його температура досягає температури цього повітря, продування припиняють. 1 UA 83438 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Для передачі акумульованого тепла через нагрітий шар прокачують холодне повітря, що направляється споживачу. Недоліком прототипу є низька густина запасання енергії, обумовлена використанням акумулюючого матеріалу ємнісного типу. Зарядку здійснюють тільки за допомогою сонячного колектора, що не дозволяє підтримувати однакову температуру повітря в зимовий і літній час. Крім того, процес установки пристрою утруднений, оскільки його конструкція не передбачає вбудованого нагнітача (вентилятора). В основу корисної моделі поставлено задачу розробки вдосконаленого пристрою для акумуляції теплової енергії з підвищеною густиною запасання енергії, з простим процесом збірки, розміщення і монтажу шляхом модульного виконання пристрою, що не вимагає додаткових елементів для роботи. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому акумуляторі теплової енергії, що включає теплоізольований корпус, заповнений теплоакумулюючим матеріалом, згідно з корисною моделлю, корпус, по ходу повітря, розділений сітчастими перегородками на секції, в кожній з яких встановлено вентилятор, зволожувач, електричний резистивний нагрівальний елемент і гідравлічний контур, розташований в теплоакумулюючому матеріалі. В першій секції встановлено направляючий кожух. Три перші секції по ходу повітря з вентилятором, зволожувачем і електричним резистивним нагрівальним елементом закриті кришкою. Корисна модель приведена на кресленні - загальний вид акумулятора теплової енергії з розрізом. Пристрій, що заявляється, включає теплоізольований корпус 1, розділений сітчастими перегородками 2 на чотири секції (секції І, II, III, IV по ходу повітря). Теплоізольована кришка 3 накриває зверху секції І, II, III, сітчаста кришка 4 - торець секції IV. Між перегородками послідовно встановлено в секції І вентилятор 5 з направляючим кожухом 6, II - зволожувач 7, III - електричний резистивний нагрівальний елемент 8. В останню секцію (IV), де встановлено гідравлічний контур (змійовик) 9, засипають теплоакумулюючий матеріал 10. На кришці 3, розташовано патрубок 11 з кришкою 12. Акумулятор теплової енергії збирають таким чином. В корпус 1 встановлюють сітчасті перегородки 2. Встановлюють в секцію І вентилятор 5 і направляючий кожух 6, в секцію II зволожувач 7 (наприклад, холодний (заснований на ефекті природного, "холодного" випаровування без нагрівання), паровий, ультразвуковий, атомайзер і ін.), в секцію III електричний резистивний нагрівальний елемент 8. Закривають кришкою 3. В секції IV закріплюють гідравлічний контур (змійовик) 9, потім засипають теплоакумулюючий матеріал 10. Закривають кришку 4. У разі використання теплоакумулюючого матеріалу ємнісного типу (наприклад, щебінь, галька, бетон і т.д.) акумулятор теплової енергії працює наступним чином. Експлуатацію здійснюють в два етапи. На першому етапі повітря з навколишнього середовища вентилятором 5 за допомогою направляючого кожуха 6 подають в зволожувач 7, де його відносна вогкість зростає до 40-50 %, а потім в електричний резистивний нагрівальний елемент 8, де його температура збільшується до 70-90 °C. Гаряче повітря поступає в теплоакумулюючий матеріал 10, що приводить до підвищення його температури. На другому етапі відключають електричний резистивний нагрівальний елемент 8. Як теплоносій для передачі акумульованої теплової енергії споживачу можна використовувати воду і повітря. У разі використання як теплоносія води її подають по гідравлічному контуру 9, де вона нагрівається до 40-60 °C і направляється в систему опалювання або гарячого водопостачання. При використанні як теплоносія повітря включають вентилятор 5 і прокачують його через теплоакумулюючий матеріал споживачу 10, наприклад, в приміщення, що обігрівається. У разі використання теплоакумулюючого матеріалу сорбційно-десорбційного типу (наприклад, силікагель, в пористій матриці якого розподілено сорбент води, цеоліт NaX або СаХ, або кальцій хлорид та ін.) акумулятор теплової енергії працює таким чином. Експлуатацію здійснюють в два етапи. На першому етапі повітря з навколишнього середовища вентилятором 5 за допомогою направляючого кожуха 6 подають в зволожувач 7, де його відносна вогкість зростає до 70-80 %. Далі зволожене повітря нагрівають в електричному резистивному нагрівальному елементі 8 до 30 °C, оскільки при більш низьких температурах процес сорбції не відбувається. Потім зволожене повітря подають в теплоакумулюючий матеріал. Після нетривалого прогрівання теплоакумулюючого матеріалу (15 хв.) відбувається сорбція води з повітря що подається в теплоакумулюючий матеріал, яка є екзотермічним процесом. Це 2 UA 83438 U 5 10 15 20 25 приводить до зростання температури як теплоакумулюючого матеріалу, так і повітря. При цьому температура повітря на виході з секції IV складає 90-115 °C. На другому етапі відключають зволожувач 7 і електричний резистивний нагрівальний елемент 8, потім, при включеному вентиляторі 5, по гідравлічному контуру (змійовику) 9 подають воду з температурою 40-70 °C, підвищуючи температуру теплоакумулюючого матеріалу, що сприяє його швидкій дегідратації. Воду в гідравлічний контур 9 можна подавати не тільки від системи централізованого опалювання або гарячого водопостачання, але і від сонячного колектора. Модульне виконання пристрою, що заявляється, сприяє спрощенню процесу збірки, розміщення і монтажу. Вживання теплоакумулюючого матеріалу сорбційно-десорбційного типу дозволяє підвищити густину запасання енергії в порівнянні з прототипом. Пристрій, що заявляється, може бути використаний в автономних системах опалення і гарячого водопостачання, кондиціонування повітря і сорбції водяної пари. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Акумулятор теплової енергії, що включає теплоізольований корпус, заповнений теплоакумулюючим матеріалом, який відрізняється тим, що корпус, по ходу повітря, розділений сітчастими перегородками на секції, в яких встановлено вентилятор, зволожувач, електричний резистивний нагрівальний елемент і гідравлічний контур, розташований в теплоакумулюючому матеріалі. 2. Акумулятор теплової енергії за п. 1, який відрізняється тим, що в першій секції встановлено направляючий кожух. 3. Акумулятор теплової енергії за п. 1, який відрізняється тим, що три перші секції по ходу повітря з вентилятором, зволожувачем і електричним резистивним нагрівальним елементом закриті кришкою. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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