RU145327U1

RU145327U1 - HEAT BATTERY-HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: RU145327U1
Application number: RU2014107434/06U
Authority: RU
Inventors: Ирина Юрьевна Поспелова; Мария Ярославовна Поспелова
Original assignee: Ирина Юрьевна Поспелова
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2014-09-20

Abstract

1. Тепловой аккумулятор-теплообменник, содержащий корпус, заполненный веществом фазового перехода с теплопроводными включениями, и теплообменник труба-в-трубе.2. Тепловой аккумулятор-теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что имеет гофрированную внутреннюю трубу.3. Тепловой аккумулятор-теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что имеет клапан регулирования потока.1. A heat accumulator-heat exchanger comprising a housing filled with phase transition material with heat-conducting inclusions, and a tube-in-tube heat exchanger. 2. A heat accumulator-heat exchanger according to claim 1, characterized in that it has a corrugated inner pipe. 3. The heat accumulator-heat exchanger according to claim 1, characterized in that it has a flow control valve.

Description

Полезная модель относится к теплотехнике, предназначена для автономного энерго- и теплоснабжения различных объектов за счет аккумулирования и использования тепла от солнечных коллекторов и других источников, имеющих неравномерную выработку тепловой энергии.The utility model relates to heat engineering, designed for autonomous energy and heat supply of various objects due to the accumulation and use of heat from solar collectors and other sources having an uneven generation of thermal energy.

Технический результат достигается использованием разработанных устройств, повышающих теплоэффективность сбора и аккумулирования тепловой энергии и возможностью максимально использовать и передать полученную тепловую энергию при автоматическом саморегулировании нагревающего и охлаждающего потоков.The technical result is achieved by using developed devices that increase the thermal efficiency of the collection and accumulation of thermal energy and the ability to maximize the use and transfer of the received thermal energy during automatic self-regulation of heating and cooling flows.

Известно устройство RU №114130, F24D 15/00 Тепловой аккумулятор с регулируемым отбором тепла, содержащий корпус, размещенный между трубопроводом нагреваемой среды и трубопроводом греющей среды и заполненный теплоаккумулирующим материалом и регулируемый отбор тепла за счет датчиков температуры.A device RU No. 114130, F24D 15/00 is known. A heat accumulator with adjustable heat extraction, comprising a housing located between the heated medium pipeline and the heating medium pipeline and filled with heat-accumulating material and adjustable heat selection due to temperature sensors.

Недостатком известного устройства является сложность и необходимость дополнительного подвода электроэнергии для питания датчиков и вычислительных устройств, а также трубопроводы нагреваемой и греющей среды расположены достаточно далеко друг от друга, что уменьшает теплообмен.A disadvantage of the known device is the complexity and need for an additional supply of electricity to power the sensors and computing devices, as well as the pipelines of the heated and heating medium are located far enough from each other, which reduces heat transfer.

Известно устройство RU №65191, F24H 7/02 Тепловой аккумулятор фазового перехода, содержащий корпус с крышкой, имеющей входное и выходное отверстия, впускную и выпускную трубы, блок капсул, заполненных теплоаккумулирующим материалом и цилиндров с образованием между ними кольцевых зазоров для прохода жидкого теплоносителя.A device RU No. 65191, F24H 7/02 is known. A phase transition thermal battery comprising a housing with a cover having an inlet and an outlet, an inlet and an outlet pipe, a block of capsules filled with heat-storage material and cylinders with the formation of annular gaps between them for the passage of a liquid coolant.

Недостатком известного устройства является невозможность регулирования поступления потока в самом аккумуляторе, а также сложность конструкции с применением вакуумной технологии для снижения теплопотерь и наличие нескольких блоков для температур различного уровня.A disadvantage of the known device is the inability to control the flow in the battery itself, as well as the complexity of the design using vacuum technology to reduce heat loss and the presence of several blocks for temperatures of various levels.

Наиболее близкой к заявляемому устройству по совокупности признаков является конструкция RU №65190, F24H 7/00 Тепловой аккумулятор фазового перехода, содержащий корпус с внутренней полостью, заполненной теплоаккумулирующим материалом, в которой располагаются трубопроводы-змеевики с теплоносителями заряда и разряда, имеющих входные и выходные патрубки и резервуар.The closest to the claimed device in terms of features is the design RU No. 65190, F24H 7/00 Phase-transition heat accumulator, comprising a housing with an internal cavity filled with heat-accumulating material, in which there are coil pipelines with charge and discharge coolants having input and output nozzles and reservoir.

Недостатком прототипа является необходимость дополнительного подвода электроэнергии для электропитания датчиков и работы насоса, а также то, что трубопроводы нагреваемой и греющей среды расположены достаточно далеко друг от друга, что снижает эффективность теплообмена.The disadvantage of the prototype is the need for an additional supply of electricity for powering the sensors and pump operation, as well as the fact that the pipelines of the heated and heating medium are located far enough from each other, which reduces the efficiency of heat transfer.

Задачей, на решение которой направлена разработка конструкции заявляемой полезной модели является увеличение возможности наиболее полного сбора и использования тепловой энергии, интенсификация теплообмена, простота изготовления и улучшение теплофикационных свойств устройства. Тепловой аккумулятор содержит корпус 1, заполненный веществом фазового перехода 2 с теплопроводными включениями 3 и трубы теплообменника 4, который имеет улиткообразную форму из каналов теплоносителя (охлаждаемой среды, атрифриз) 5, в центр которого по внутренней трубе 6 приходит наиболее нагретый теплоноситель, а охлажденный теплоноситель выходит на наружной части 7, таким образом, самая горячая температура остается в центре, охлаждаясь к краям. По мере продвижения происходит охлаждение теплоносителя за счет встречного потока нагреваемой среды (воды системы отопления). Потоки охлаждаемой и нагреваемой среды движутся навстречу друг другу и обмениваются теплом за счет конструкции труба-в-трубе. При этом по внутренней трубе течет теплоноситель (охлаждаемая среда), а по наружной нагреваемая среда (вода системы отопления). Таким образом, достигается максимально возможный нагрев нагреваемой среды, а при избытке тепла излишки тепловой энергии начинают забираться веществом с фазовым переходом, имеющим температуру плавления в необходимом диапазоне, которое начинает плавиться только при избытке тепла в нагреваемой среде. С веществом фазового перехода соприкасается только наружная труба с нагреваемой средой. Этим достигается температурное постоянство нагреваемой среды на выходе трубы с нагреваемой средой из аккумулятора-теплообменника.The task to which the development of the design of the claimed utility model is aimed is to increase the possibility of the most complete collection and use of thermal energy, intensify heat transfer, ease of manufacture and improve the heat-generating properties of the device. The heat accumulator contains a housing 1 filled with a phase transition substance 2 with heat-conducting inclusions 3 and a heat exchanger pipe 4, which has a cochlear shape from the channels of the heat carrier (cooled medium, atrifreeze) 5, to the center of which along the inner tube 6 comes the most heated coolant, and the cooled coolant leaves on the outer part 7, so that the hottest temperature remains in the center, cooling to the edges. As you move, the coolant is cooled due to the oncoming flow of the heated medium (heating system water). The flows of the cooled and heated medium move towards each other and exchange heat due to the pipe-in-pipe construction. In this case, the coolant flows through the inner pipe (cooled medium), and the heated medium flows through the outer pipe (heating system water). Thus, the maximum possible heating of the heated medium is achieved, and with excess heat, excess thermal energy begins to be absorbed by a substance with a phase transition having a melting point in the required range, which begins to melt only when there is excess heat in the heated medium. With the substance of the phase transition, only the outer pipe in contact with the heated medium is in contact. This ensures the temperature constancy of the heated medium at the outlet of the pipe with the heated medium from the battery-heat exchanger.

Кроме этого конструкция теплообменника труба-в-трубе выполнена таким образом, что внутренняя труба с охлаждаемой средой гофрирована и теплообменная поверхность между средами имеет большую площадь по сравнению с гладкотрубными конструкциями, поскольку величина теплового потока прямо пропорциональна площади поверхностей теплообмена. Гофрированная поверхность труб сделана таким образом, что пристеночный теплообмен почти всегда имеет турбулизацию за счет выступов и неровностей на стенках, при этом увеличивается интенсивность пристеночного и общего теплообмена.In addition, the pipe-in-pipe heat exchanger is designed in such a way that the inner pipe with the cooled medium is corrugated and the heat exchange surface between the media has a large area compared to smooth-tube structures, since the heat flux is directly proportional to the area of the heat exchange surfaces. The corrugated surface of the pipes is made in such a way that the wall heat exchange almost always has turbulence due to protrusions and roughnesses on the walls, while the intensity of the wall and general heat transfer increases.

Улиткообразная форма каналов помещена в вещество с фазовым переходом, которое плавится при необходимой температуре и в котором размещены теплопроводные включения из металла или графита для улучшения теплопроводности вещества по массе.The cochlear shape of the channels is placed in a substance with a phase transition, which melts at the required temperature and in which heat-conducting inclusions of metal or graphite are placed to improve the mass thermal conductivity of the substance.

На входе-выходе трубы теплоносителя (охлаждаемой среды, атрифриз) в аккумулятор-теплообменник расположен клапан регулирования потока 8, который автоматически регулирует поступление потока в аккумулятор-теплообменник. Клапан регулирования потока действует следующим образом. Теплоноситель из солнечных коллекторов или другого источника поступает в аккумулятор-теплообменник при температуре большей, чем находящаяся среда в аккумуляторе-теплообменнике. Система регулирования поступления нагретой среды в аккумулятор-теплообменник в представленном устройстве может не содержать энергозависимых элементов, для работы которых требуется электроэнергия, поскольку циркуляция теплоносителя может осуществляться механически за счет разности давлений нагретой и охлажденной среды внутри клапана регулирования. Для этого на входе-выходе трубы теплоносителя в аккумулятор-теплообменник. Клапан представляет собой цилиндр с подвижной мембраной 8а. Нагретый теплоноситель на входе 8б в теплообменник-аккумулятор расширяется больше, чем охлажденный теплоноситель на выходе 8в, то есть имеет больший коэффициент теплового расширения при нагревании. При попадании нагретого теплоносителя мембрана расширяется и открывает клапан 8г для поступления нагретого теплоносителя из солнечного коллектора в аккумулятор-теплообменник через патрубок 8д. При обратной разности температур, когда теплоноситель на входе становится холоднее, чем теплоноситель на выходе, мембрана охлаждается, и подвижная запорная часть 8г клапана закрывается, прекращая поступление недостаточно нагретого теплоносителя из солнечного коллектора или источника. Такая конструкция позволяет избежать удорожания системы из-за устройства автоматики.At the inlet-outlet of the coolant pipe (refrigerated medium, atrifrization) to the battery-heat exchanger, a flow control valve 8 is located, which automatically controls the flow to the battery-heat exchanger. The flow control valve operates as follows. The heat carrier from the solar collectors or another source enters the battery-heat exchanger at a temperature higher than the environment in the battery-heat exchanger. The system for regulating the flow of heated medium into the battery-heat exchanger in the presented device may not contain volatile elements that require electric power, since the coolant can be circulated mechanically due to the pressure difference between the heated and cooled media inside the control valve. To do this, at the inlet-outlet of the coolant pipe into the battery-heat exchanger. The valve is a cylinder with a movable membrane 8a. The heated heat carrier at the inlet 8b to the heat exchanger-accumulator expands more than the cooled heat carrier at the outlet 8c, that is, it has a larger coefficient of thermal expansion during heating. When the heated coolant enters, the membrane expands and opens the 8g valve for the heated coolant to enter from the solar collector into the battery-heat exchanger through the 8d pipe. With an inverse temperature difference, when the inlet coolant becomes colder than the outlet coolant, the membrane cools and the movable shut-off part 8g of the valve closes, stopping the flow of insufficiently heated coolant from the solar collector or source. This design avoids the cost of the system due to the automation device.

Перечень фигур на чертежахThe list of figures in the drawings

1 - корпус, заполненный веществом фазового перехода;1 - housing filled with phase transition substance;

2 - вещество фазового перехода;2 - phase transition substance;

3 - теплопроводные включения с большим коэффициентом теплопередачи;3 - thermally conductive inclusions with a large heat transfer coefficient;

4 - трубы теплообменника;4 - heat exchanger pipes;

5 - каналы теплоносителя (охлаждаемой среды, атрифриз);5 - channels of the coolant (cooled medium, atrifrization);

6 - внутренняя труба наиболее нагретого теплоносителя;6 - inner tube of the most heated coolant;

7 - наружная часть охлажденного теплоносителя;7 - the outer part of the cooled coolant;

8 - клапан - цилиндр;8 - valve - cylinder;

8а - подвижная мембрана;8a - movable membrane;

8б - вход нагретого теплоносителя;8b - input of the heated coolant;

8в - выход охлажденного теплоносителя;8c - output of the cooled coolant;

8г - клапан для поступления нагретого теплоносителя из солнечного коллектора в аккумулятор-теплообменник;8g - valve for the receipt of heated coolant from the solar collector into the battery-heat exchanger;

8д - патрубок на вход в теплообменник горячего теплоносителя от солнечного коллектора.8d - pipe to the entrance to the heat exchanger of the hot heat carrier from the solar collector.

Claims

1. A heat accumulator-heat exchanger comprising a housing filled with phase transition material with heat-conducting inclusions, and a tube-in-tube heat exchanger.

2. The heat accumulator-heat exchanger according to claim 1, characterized in that it has a corrugated inner pipe.

3. The heat accumulator-heat exchanger according to claim 1, characterized in that it has a flow control valve.