Тепловой аккумулятор фазового перехода

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ТЕПЛОВОЙ АККУМУЛЯТОР ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства(72) Авторы Коляда Михаил Николаевич Корбут Валентина Игнатьевна Марукович Юлия Михайловна Иванова Татьяна Викторовна(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства(57) Тепловой аккумулятор фазового перехода, содержащий вход и выход нагреваемой воды, змеевик, корпус, изоляцию, теплоаккумулирующий материал и электронагреватели,отличающийся тем, что на задней стенке расположены подающие и обратные патрубки подключения системы отопления, горячего водоснабжения и альтернативных источников энергии, причем на корпусе установлен электрошкаф с аппаратурой защиты и управления,обеспечивающей автоматический контроль температурного режима и программное обеспечение работы электронагревателей.(56) 1. Патент РФ 2241915, 2004. 2. Трепутнев В.В. Электротеплоаккумулирующее оборудование для агропромышленного комплекса Украины // Промышленная теплотехника. - 2000. - Т. 22. -5-6 (прототип). 66102010.10.30 Полезная модель относится к теплотехнике и предназначена для накопления теплоты при электрическом нагреве теплоаккумулирующего материала в условиях льготного тарифа на электричество или (и) при подводе тепла через патрубки для подключения альтернативных источников энергии. Известен тепловой аккумулятор фазового перехода, предназначенный для аккумулирования и утилизации низкопотенциального тепла жидкостей или газов, которые нельзя хранить и/или накапливать в больших объемах без специального оборудования, например едких агрессивных веществ, дымовых газов от химических производств и т.п., и может быть использован для отопления зданий 1. Аккумулятор содержит цилиндрический корпус со сферическим днищем, блок вертикальных трубчатых капсул, заполненных теплоаккумулирующим веществом, претерпевающим в интервале рабочих температур фазовое превращение, подводящий и отводящий патрубки. Аккумулятор снабжен перегородкой, разделяющей корпус на изолированные камеры, испарителем теплового насоса, расположенным в верхней камере вблизи блока капсул, двумя трубчатыми элементами с отверстиями на поверхности для подачи воздуха,один выполнен в форме змеевика, охватывающего ряды капсул и установленного на перегородке в верхней камере, другой выполнен в форме спирали и установлен на днище корпуса в нижней камере, блок капсул закреплен на поперечной перегородке таким образом,что в нижней камере расположен их испарительный участок, а в верхней - конденсационный участок, отводящий патрубок расположен в днище на продольной оси корпуса, а подводящий патрубок - в нижней камере тангенциально корпусу, верхняя камера заполнена теплоаккумулирующей средой. Однако конструкция данного аккумулятора не позволяет производить зарядку от источников электроэнергии, а аккумуляция происходит от низкопотенциального тепла жидкостей или газов, которые нельзя хранить и/или накапливать в больших объемах без специального оборудования, например едких агрессивных веществ, дымовых газов от химических производств и т.п. Функциональные возможности данного аккумулятора ограничены только отоплением зданий. Наиболее близким к заявляемому техническому решению и принятым в качестве прототипа является теплоаккумулирующий электроводонагреватель, включающий вход и выход нагреваемой воды, змеевик, корпус, изоляцию, аккумулирующую жидкость,аккумулирующую соль и электронагреватель 2. Данный теплоаккумулирующий электроводонагреватель предназначен для горячего водоснабжения. Нагрев воды происходит непосредственно во время водоразбора при ее движении через трубчатый змеевик. Оребренный снаружи змеевик омывается жидкостью(вода или антифриз), переносящей теплоту от полимерных капсул, заполненных теплоаккумулирующим материалом. К недостаткам данного аккумулятора следует отнести отсутствие теплообменного оборудования, предназначенного для подвода тепла от альтернативных источников энергии к легкоплавкому теплоаккумулирующему материалу, который перед началом зарядки находится в твердом состоянии. Отсутствует автоматизация управления температурным режимом и программное обеспечение работы нагревателей. Теплоаккумулирующий электроводонагреватель используется только в целях горячего водоснабжения для бытовых нужд (умывание, душ, мытье посуды). Задачей полезной модели является повышение эффективности использования энергии потребителями. Решение поставленной задачи достигается тем, что в тепловом аккумуляторе фазового перехода, содержащем вход и выход нагреваемой воды, змеевик, корпус, изоляцию, теплоаккумулирующий материал и электронагреватели, на задней стенке расположены подающие и обратные патрубки подключения системы отопления, горячего водоснабжения и альтернативных источников энергии, причем на корпусе установлен электрошкаф с ап 2 66102010.10.30 паратурой защиты и управления, обеспечивающей автоматический контроль температурного режима и программное обеспечение работы электронагревателей. Такая конструкция теплового аккумулятора фазового перехода позволяет производить универсальную зарядку от двух источников тепла (альтернативный источник и электронагреватели). Расширены функциональные возможности аккумулятора обеспечение отопления или (и) горячего водоснабжения сельскохозяйственных объектов (рассадные теплицы, молочно-товарные фермы и комплексы по откорму животных, механические мастерские, подсобные помещения для созданий условий труда и быта людей, жилые дома и т.п.) за счет обратимых процессов накопления, хранения и передачи тепловой энергии в соответствии с требованиями потребителя. Тепловой аккумулятор фазового перехода позволяет накапливать тепло при электрическом нагреве теплоаккумулирующего материала в условиях льготного тарифа на электричество и накапливать солнечную энергию, сбросное тепло различных объектов, в том числе котельных. Сущность полезной модели заключается в том, что тепловая энергия запасается в форме скрытой теплоты плавления и теплоты нагрева рабочего тела, что значительно повышает емкость аккумулятора. Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид теплового аккумулятора фазового перехода на фиг. 2 - вид сбоку теплового аккумулятора фазового перехода на фиг. 3 - теплообменник на фиг. 4 - вид сверху теплообменника. Тепловой аккумулятор фазового перехода состоит из теплообменника 1, установленного внутри корпуса 2 крышки 3, закрывающей проем в корпусе 2, через который обеспечивается доступ к электронагревателям 4, установленным на теплообменнике 1 электрошкафа 5 с аппаратурой защиты и управления. Корпус 2 представляет прямоугольную конструкцию с теплоизоляцией. На задней стенке теплового аккумулятора фазового перехода расположены подающие патрубки 6 подключения системы отопления, патрубки 7 горячего водоснабжения и патрубки 8 альтернативных источников энергии и обратные патрубки 9 подключения системы отопления, патрубки 10 горячего водоснабжения и патрубки 11 альтернативных источников энергии. Заполнение и слив теплоносителя (воды) осуществляется из водопровода через патрубок 12 входа и патрубок 13 выхода нагреваемой воды. Вверху теплового аккумулятора фазового перехода установлены термопреобразаватели сопротивления 14, 15, предназначенные для контроля температуры теплоаккумулирующего материала и воды соответственно, рым болты 16, предназначенные для строповки теплового аккумулятора фазового перехода. Теплообменник 1, представляющий собой сварную конструкцию прямоугольной формы, предназначен для накопления, хранения и отдачи тепловой энергии. На лицевой части теплообменника 1 вверху установлен указатель 17 уровня воды, в нижней части находятся электронагреватели 4, закрытые крышкой 3. В верхней части теплообменника 1 имеются патрубки 18, 19, на которых устанавливаются термопреобразователи сопротивления 14,15. Внутри теплообменника 1 расположен цилиндр 20, предназначенный для подогрева воды, используемой для отопления, и баки 21, наполненные теплоаккумулирующим материалом. Вокруг цилиндра 20 обвит змеевик 22, предназначенный для подогрева воды для горячего водоснабжения. В электрошкафу 5 размещена аппаратура защиты (не показана) от токов перегрузки,короткого замыкания, поражения электрическим током при случайном непреднамеренном прикосновении к токоведущим частям при повреждении изоляции и возникновения пожаров вследствие протекания токов утечки на землю. Аппаратура управления (не показана) обеспечивает автоматическое управление температурным режимом и программным обес 3 66102010.10.30 печением работы электронагревателей 4 во временные периоды минимальной и максимальной нагрузки в электросети. Тепловой аккумулятор фазового перехода работает следующим образом. Разогрев теплоаккумулирующего материала, находящегося в баках 21, и накопление им тепловой энергии происходит за счет теплообмена с водой. Нагрев воды происходит трубчатыми электронагревателями 4. Через патрубок 8 возможна зарядка теплового аккумулятора фазового перехода от альтернативного источника. При нагреве теплоаккумулирующего материала до температуры его плавления происходит фазовый переход из твердого состояния в жидкое, сопровождающийся накоплением тепловой энергии при постоянной температуре. Контроль температуры разогрева теплоаккумулирующего материала осуществляется установленным в электрошкафу 5 измерителем температуры (не показан). Когда температура разогрева теплоаккумулирующего материала достигнет установленной на измерителе, произойдет отключение питания электронагревателей 4. Тепловой аккумулятор фазового перехода заряжен. Нагрев воды, предназначенной для системы отопления, происходит за счет передачи тепла через поверхность цилиндра 20 от теплоносителя. При прохождении сетевой воды через змеевик 22 происходит ее нагрев и подача к потребителю. В процессе отопления и горячего водоснабжения происходит отбор тепла от теплоаккумулирующего материала через теплоноситель. Когда температура воды опустится ниже температуры плавления теплоаккумулирующего материала, установленной на измерителе температуры воды, произойдет включение электронагревателей 4, если в этот момент нагрузка в электросети минимальна. Тепловой аккумулятор фазового перехода обеспечивает накопление теплоты при электрическом нагреве теплоаккумулирующего материала в условиях льготного тарифа на электричество и накопление энергии от альтернативных источников энергии с последующим нагревом воды для отопления и горячего водоснабжения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5