RU2292002C1

RU2292002C1 - Heat accumulator

Info

Publication number: RU2292002C1
Application number: RU2005131141/06A
Authority: RU
Inventors: Роберт Александрович Амерханов (RU); Роберт Александрович Амерханов; Евгений Анатольевич Ададуров (RU); Евгений Анатольевич Ададуров; Константин Алексеевич Гарьковый (RU); Константин Алексеевич Гарьковый; Иосиф Андреевич Потапенко (RU); Иосиф Андреевич Потапенко
Original assignee: Кубанский государственный аграрный университет
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-01-20

Abstract

FIELD: heat engineering, applicable for prevention of salt deposits (scale) on the working heating surfaces of various heat-exchanging apparatuses.

SUBSTANCE: the heat accumulator has a body with an insulation and a solid heat-insulating material, with the feed and drain pipe-lines positioned inside it, the pipe-lines are made in form of coil pipes, it is provided with magneto-striction vibrators with a frequency spectrum of 21.3 kHz and a vibration amplitude of 0.1 mm, their waveguides are fastened on the mentioned pipe-lines before the inlet to the accumulator.

EFFECT: enhanced process of heat transfer due to breaking of the boundary laminar layer of the heat-transfer agent in the feed and drain pipe-lines.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для повышения процесса теплопередачи в тепловых аккумуляторах с различными теплоаккумулирующими материалами.The invention relates to the field of heat engineering and can be used to increase the heat transfer process in heat accumulators with various heat storage materials.

Известны тепловые аккумуляторы с твердым теплоаккумулирующим материалом. Амерханов Р.А. Оптимизация сельскохозяйственных энергетических установок с использованием возобновляемых источников энергии. - М.: КолосС, 2003, 532 с.Heat accumulators with solid heat storage material are known. Amerkhanov R.A. Optimization of agricultural power plants using renewable energy sources. - M .: KolosS, 2003, 532 s.

Известен 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.Known battery A. with. USSR No. 1657891 A1, publ. 06/23/1991, cl. F 24 H 7/00, comprising a housing with insulation and a solid heat storage material, inside of which there are inlet and outlet pipelines in the form of coils.

Однако представленный аккумулятор имеет серьезный недостаток, связанный с тем, что процесс теплопередачи между теплоносителями и теплоаккумулирующим материалом недостаточно 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.However, the presented battery has a serious drawback due to the fact that the heat transfer process between the coolants and the heat-accumulating material is not intensive enough due to the laminar flow of the coolant in a thin wall layer, characterized by the presence of significant velocity gradients, see L. Landau, E. Lifshits. Continuum mechanics. M.: Polygraph book, 1944, 623 pp., Chapter VI “Boundary layer”, § 32. Laminar boundary layer.

В качестве прототипа нами взят патент №2253807 (разработка сотрудников Кубанского государственного аграрного университета).As a prototype, we took patent No. 2253807 (development of employees of the Kuban State Agrarian University).

Известное изобретение, несмотря на ряд достоинств, имеет серьезные недостатки. Первое - для практической реализации необходим компрессор, потребляющий значительное количество электроэнергии, учитывая общую тенденцию к непрерывному росту цен на энергоносители, что приводит к экономическим затратам. Второе - спектр частот, создаваемый воздушным вибратором, не превышает 400 Гц (см. Справочник: вибрации в технике. М.: Машиностроение. Том 4. 1981 г. Раздел: Пневматические вибровозбудители.), что не позволяет эффективно проводить нарушение ламинарного слоя и превращения его в турбулентный.The known invention, despite a number of advantages, has serious disadvantages. The first - for practical implementation, a compressor is required that consumes a significant amount of electricity, given the general trend towards continuous growth in energy prices, which leads to economic costs. The second - the frequency spectrum created by the air vibrator does not exceed 400 Hz (see. Reference: vibrations in technology. M .: Mechanical Engineering. Volume 4. 1981 Section: Pneumatic vibration exciters.), Which does not allow for effective violation of the laminar layer and transformation its turbulent.

Техническим решением задачи является повышение процесса теплопередачи между теплоносителем и теплоаккумулирующим материалом.The technical solution to the problem is to increase the heat transfer process between the coolant and the heat storage material.

Поставленная задача достигается тем, что тепловой аккумулятор, содержащий корпус с изоляцией и твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий трубопроводы в виде змеевиков, отличается тем, что он снабжен магнитострикционными вибраторами со спектром частот 21,3 кГц и амплитудой колебаний 0,1 мм, волноводы которых закреплены на упомянутых трубопроводах перед входом в аккумулятор.This object is achieved in that the heat accumulator, comprising a housing with insulation and a solid heat storage material, inside which there are inlet and outlet pipelines in the form of coils, is characterized in that it is equipped with magnetostrictive vibrators with a frequency spectrum of 21.3 kHz and an oscillation amplitude of 0.1 mm, the waveguides of which are fixed on the mentioned pipelines before entering the battery.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что достижение поставленной задачи, а именно повышение 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.The novelty of the proposed proposal is due to the fact that the achievement of the task, namely, increasing the heat transfer process between the heat transfer media and the heat storage material, is achieved by violating the boundary laminar layer of the heat transfer fluid in the supply and outlet pipelines. The disturbed laminar flow acquires a turbulent character, which enhances convective heat transfer, and, accordingly, the heat transfer process, see Tikhomirov K.V. General heat engineering, heat and gas supply and ventilation. - M.: Stroyizdat, 1969, p. 288, Draganov B.Kh., Kuznetsov V.A., Rudobashta S.P. Heat engineering and the use of heat in agriculture. / Ed. B.Kh.Draganova. - M .: Agropromizdat, 1990 .-- 463 p.

По данным патентной и другой научно-технической литературы не обнаружено аналогичного предложения, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемого предложения.According to the patent and other scientific and technical literature, no similar proposal was found, which allows us to judge the inventive step of the proposed proposal.

На чертеже представлена схема теплового аккумулятора.The drawing shows a diagram of a heat accumulator.

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, магнитострикционные вибраторы 6, 7, подключенные к импульсному ультразвуковому генератору 9, и гасители вибрации 8.The thermal accumulator includes a housing 1 with thermal insulation 2, inside of which there is a solid heat-accumulating material 3, which is a porous matrix, such as crushed stone. The heat accumulator has a supply pipe 4 and a discharge pipe 5 in the form of coils, magnetostrictive vibrators 6, 7 connected to a pulsed ultrasonic generator 9, and vibration dampers 8.

Тепловой аккумулятор работает следующим образом. Горячий теплоноситель подается в трубопровод 4 и, проходя по нему, отдает теплоту теплоаккумулирующему материалу 3. Одновременно с этим включается импульсный ультразвуковой генератор 9, вследствие чего начинает работать магнитострикционный вибратор 6, и т.к. он жестко связан (на молекулярном уровне посредством электросварки) с трубопроводами 4, то в последних возникают ультразвуковые колебания со спектром частот 21,3 кГц и амплитудой колебаний 0,1 мм, которые эффективно нарушают ламинарный слой, превращая его в турбулентный, что значительно увеличивает процесс теплопередачи, а соответственно и скорость зарядки аккумулятора.Thermal battery operates as follows. Hot heat carrier is supplied to the pipeline 4 and, passing through it, gives off heat to the heat-accumulating material 3. At the same time, a pulsed ultrasonic generator 9 is turned on, as a result of which the magnetostrictive vibrator 6 starts to work, and since Since it is rigidly connected (at the molecular level by electric welding) with pipelines 4, in the latter there are ultrasonic vibrations with a frequency spectrum of 21.3 kHz and an amplitude of 0.1 mm, which effectively disrupt the laminar layer, turning it into a turbulent one, which significantly increases the process heat transfer, and accordingly the battery charging speed.

Аналогично происходит процесс разрядки аккумулятора.Similarly, the process of discharging the battery.

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 магнитострикционный вибратор 7, и далее процесс проходит аналогично, как и при зарядке теплового аккумулятора.Cold coolant is supplied through pipeline 5 to the lower part of the heat accumulator and, passing through it, takes away heat from the heat-accumulating material 3. At the same time, the magnetostrictive vibrator 7 is turned on, and then the process proceeds similarly as when charging the heat accumulator.

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.In order to avoid the propagation of vibrations to the housing 1 of the heat accumulator, vibration dampers 8 made of evacuated rubber are installed at the points of entry of the supply pipes 4 and 5 into it.

Частота и амплитуда колебаний магнитострикционных вибраторов 6 и 7 установлены экспериментальным путем и являются практически оптимальными для всех типов и геометрических размеров тепловых аккумуляторов.The frequency and amplitude of the oscillations of the magnetostrictive vibrators 6 and 7 are established experimentally and are practically optimal for all types and geometric dimensions of thermal batteries.

Предложенный способ можно использовать также в различных теплообменных аппаратах для повышения процесса теплопередачи путем усиления конвективного теплообмена.The proposed method can also be used in various heat exchangers to enhance the heat transfer process by enhancing convective heat transfer.

Claims

A heat accumulator comprising a housing with insulation and solid heat storage material, inside which there are inlet and outlet pipelines in the form of coils, characterized in that it is equipped with magnetostrictive vibrators with a frequency spectrum of 21.3 kHz and an oscillation amplitude of 0.1 mm, the waveguides of which are mounted on mentioned pipelines before entering the battery.