ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2292002
ТЕПЛОВОЙ АККУМУЛЯТОР
Имя изобретателя: Амерханов Роберт Александрович (RU); Ададуров Евгений Анатольевич (RU); Гарьковый Константин Алексеевич (RU); Потапенко Иосиф Андреевич
Имя патентообладателя: Кубанский государственный аграрный университет
Адрес для переписки: 350044, г.Краснодар, Калинина, 13, КГАУ, патентно-информационный отдел
Дата начала действия патента: 2005.10.07
Изобретение относится к области теплотехники и предназначено для
предотвращения солевых отложений (накипи) на рабочих поверхностях нагрева различных
теплообменных аппаратов. Тепловой аккумулятор, содержащий корпус с изоляцией и
твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и
отводящий трубопроводы в виде змеевиков, 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. Такое выполнение аккумулятора
позволит увеличить процесс теплопередачи за счет нарушения пограничного ламинарного
слоя теплоносителя в подводящем и отводящем трубопроводах.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
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.
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.
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.
В качестве прототипа нами взят патент №2253807 (разработка сотрудников Кубанского
государственного аграрного университета).
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.
Техническим решением задачи является повышение процесса теплопередачи между
теплоносителем и теплоаккумулирующим материалом.
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.
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.
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, магнитострикционные вибраторы 6, 7,
подключенные к импульсному ультразвуковому генератору 9, и 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 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.
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 магнитострикционный 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 магнитострикционных вибраторов 6 и 7 установлены
экспериментальным путем и являются практически оптимальными для всех типов и
геометрических размеров тепловых аккумуляторов.
Предложенный способ можно использовать также в различных теплообменных аппаратах
для повышения процесса теплопередачи путем усиления конвективного теплообмена.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Тепловой аккумулятор, содержащий корпус с изоляцией и твердым
теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий
трубопроводы в виде змеевиков, отличающийся 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.
Версия для печати
Дата публикации 29.01.2007гг
вверх
|
