| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2088857
Теплоакумулюючого ЕЛЕМЕНТ І ТЕПЛОВОЇ АКУМУЛЯТОР НА ЙОГО ОСНОВІ
Ім'я винахідника: Буличов Володимир Вікторович; Ємельянов Євген Стефанович; Загрязкін Валерій Миколайович; Маковецький Олександр Вікторович; Степанов Віктор Сергійович
Ім'я патентовласника: Буличов Володимир Вікторович; Ємельянов Євген Стефанович; Загрязкін Валерій Миколайович; Маковецький Олександр Вікторович; Степанов Віктор Сергійович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1993.07.16
Використання: для акумулювання теплоти фазового переходу в теплових акумуляторах для обігріву житлових приміщень. Суть винаходу: теплоакумулюючого елемент виконаний у вигляді блоку з каналами з композиційного матеріалу, що містить основу з жаростійкої кераміки, в якій розподілені гранули з заевтектичних сплаву на основі алюмінію з кремнієм. Композиційний матеріал, зокрема, виконується на основі окису магнію з гранулами зі сплаву на основі алюмінію з 12,5-25,0 мас.% Кремнію з об'ємним вмістом гранул до 30-70% (об'ємні.). Описуваний теплоакумулюючого елемент використовується в якості основи теплового акумулятора і закріплений усередині монолітного блоку з високопористого бетону на основі матеріалу, вибраного з групи муллит, форстерит, шамот, перліт, вермикуліт. Збірка з одного або декількох монолітних блоків теплоізолюється в металевому контейнері з подвійними стінками, простір між якими заповнюється високоефективної теплоізоляцією, а й може бути використано для організації каналів природної або примусової конвекції теплоносія.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до області теплопостачання і може бути використано для опалення та гарячого водопостачання житлових і виробничих приміщень.
Відомо виконання теплоакумулюючого елемента у вигляді капсули, заповненої плавиться в зоні робочих температур евтектичною сумішшю солей. Капсули укладаються в загальний теплоізольований контейнер. Для організації підведення тепла до зарядно-розрядному теплообміннику і відведення тепла від нього за рахунок випаровування-конденсації застосовується окремий теплоносій (Бекман Г. Гілл П. Теплове акумулювання енергії. М. Світ, 1987, с. 64).
Відомий і електричний нагрівач, що містить корпус, розділений поперечною перфорованої перегородкою на верхню і нижню камери, перша з яких забезпечена патрубком підведення нагрівається теплоносія, а остання заповнена теплоакумулюючі речовиною з фазовим переходом в зоні робочих температур і забезпечена електронагрівальних елементом. Електронагрівач забезпечений додатковою поперечною перегородкою, розміщеної в верхній камері з утворенням між додаткової та перфорованої перегородками порожнини, об'єм якої дорівнює різниці обсягів теплоакумулюючого речовини в твердому і рідкому станах при температурі плавлення теплоакумулюючого речовини. Після включення електронагрівального елемента нагрівання теплоносія (вода) починається тільки після повного розплавлення теплоакумулюючого речовини. Після відключення електронагрівального елемента і початку твердіння речовини в порожнині утворюється повітряний прошарок, що перешкоджає відбору тепла до теплоносія, що підвищує рівномірність нагріву приміщення через бічні стінки корпусу. Як плавиться речовини запропоновано використовувати парафін.
На базі цього електричного нагрівача побудована опалювальна система, в яку окремі електронагрівачі можуть бути включені як в номінальному своє становище, так і поверненими на 180 o щодо своєї горизонтальної осі. З'єднання електронагрівачів здійснюється трубами за допомогою з'єднувальних муфт. Електричне з'єднання здійснюється різьбовими муфтами (авт. Св. 1688071 AI, МКІ 5 F 24H 7/00, 1/20 від 30.10.91 р).
До недоліків відомої конструкції відносяться низька ефективність підведення і знімання тепла внаслідок невисокої теплопровідності парафіну як в твердому, так і в рідкому станах, що обмежує геометричні розміру нагрівача. Обмеження на максимальні розміри, що накладаються низьку теплопровідність парафіну, разом з невисокою теплотою плавлення 40 кВт-год / м 3 при температурі близько 60 o C, призводять до високої матеріаломісткості та низьку ефективність опалювальної системи в цілому для обігріву житлових приміщень.
Завданням авторів є підвищення питомої ємності одиничного теплоакумулюючого елемента і за рахунок цього здешевлення вартості виготовлення і підвищення ефективності експлуатації теплового акумулятора, створеного на його базі.
Для вирішення поставленого завдання авторами запропоновано теплоакумулюючого елемент виготовляти у вигляді циліндра з наскрізним центральним отвором з композиційного матеріалу, що містить основу з жаростійкої кераміки, в якій розподілені гранули з заевтектичних сплавів на основі алюмінію з кремнієм. Цей теплоакумулюючого елемент може бути виконаний як монолітним, так і вигляді суми окремих блочков. Склади жаростійкої кераміки та гранул повинні бути узгоджені як по сумісності в робочому діапазоні температур, так і за коефіцієнтами термічного розширення (КТР). Зокрема для акумуляторів тепла на базі Al Si сплавів, призначених для обігріву житлових приміщень, найбільш зручними в якості робочих температур є мінімальні температури плавлення в системі Al Si, складові 577-700 o C, що відповідає складу сплаву з 12,5-25 мас . кремнію, а найбільш близькою по КТР керамікою для даних сплавів є кераміка на основі окису магнію.
Однією з основних технічних проблем, пов'язаних зі створенням теплових акумуляторів, на основі пропонованих високотемпературних елементів, є проблема високоефективної теплоізоляції. У запропонованій конструкції теплового акумулятора теплоізоляція, зокрема як варіант, може бути виконана у вигляді трьох шарів. Перший шар виконується з жаростійкого високопористого бетону, в якому зафіксовані теплоакумулюючого елемент або група теплоаккумулюючих елементів. Виходячи з функціонального призначення і температурних умов роботи, в якості матеріалу першого шару можуть використовуватися, зокрема, бетони з дешевих з низькою власної питомоющільністю і теплопровідністю матеріалів типу муллит, форстерит, динас, шамот, вермикуліт з пористістю 50-70% При виконанні цього шару теплоізоляції у вигляді прямокутника в перерізі шляхом постановки одного теплоізольованого блоку на інший, можна організувати багатоелементний тепловий акумулятор.
Отримана таким чином збірка, що складається з одного або декількох теплоаккумулюючих елементів з теплоізоляцією з пористого бетону, закріплюється через теплоізолюючі прокладки в металевому контейнері з подвійними стінками. Простір між теплоаккумулирующей складанням і внутрішніми стінками металевого контейнера заповнюється високоефективної теплоізоляцією, наприклад на основі мінеральної вати. Простір між внутрішньою і зовнішньою металевими стінками є третім теплоізоляційним шаром і в залежності від потужності теплового акумулятора використовується для організації природної або примусової конвекції теплоносія. В якості теплоносія в першу чергу можуть використовуватися повітря і / або вода.
Зокрема, природна конвекція повітря реалізується шляхом організації наскрізних каналів на різних рівнях з регульованим прохідним перетином для управління потужністю теплос'ема. Примусова конвекція здійснюється додаткової установкою мікровентіляторов на вході повітря в тепловий акумулятор.
Для апаратів великий теплової потужності в простір між внутрішньою і зовнішньою металевою стінками додатково можуть бути вставлені водяні теплообмінники (змійовики) з природною або примусовою циркуляцією води.
Додатково, у верхній частині тепловий акумулятор може мати знімну теплоізолюючу кришку, що закриває плоский радіатор, службовець для приготування їжі.
Пропонована конструкція дозволяє істотно збільшити питому ємність теплоакумулюючого елемента. Так, наприклад, для елемента з зовнішнім діаметром 100 мм, внутрішнім діаметром для електричного нагрівача 15 мм і загальною довжиною 650 мм, виготовленого з композиційного матеріалу на основі окису магнію з 50% за обсягом гранул з заевтектичних сплаву Al + 12,5 мас. Si, ємність теплоаккумулірованія становить 2,7 кВт-години в робочому діапазоні температур 300-700 o C. Збірка з чотирьох таких елементів буде володіти ємністю в 10 кВт-годин, а тепловий акумулятор в цілому буде мати зовнішні габарити (орієнтовно) 1000х1000х400 мм. З огляду на невеликі величини щільності використовуваних матеріалів (~ 2,5 3,0 г / см 3), питома ємність тепловиділення по відношенню до активної частини теплового акумулятора складе 0,2 кВт · год / кг або 0,6 кВт · год / дм 3.
Висока теплопровідність використовуваних композиційних матеріалів (~ 100 Вт / м o К) дозволяє при необхідності нарощувати одиничну місткість ТА без будь-яких обмежень, а багатошарова конструкція теплоізоляції забезпечує ефективне обмеження температури зовнішніх тепловіддаючим поверхонь.
На кресленні наведена конструкція теплового акумулятора.
 |
Він складається з теплоаккумулюючих елементів 1, виготовлених з композиційного матеріалу, що складається з жаростійкої кераміки та гранул з Al-Si-сплаву, в наскрізне центральний отвір 2 вставлений трубчастий електричних нагрівач 3. Монолітний блок з високопористого бетону 4 служить першим шаром теплоізоляції. Збірка з теплоаккумулюючих елементів закріплена в металевому контейнері з подвійними стінками 5 і 6. Простір між складанням і стінками металевого контейнера заповнене високоефективної теплоізоляцією 7. У просторі між внутрішньою і зовнішньою металевими стінками можуть бути організовані канали для знімання запасеного тепла за допомогою повітря 8 і / або води 9. У верхній частині теплового акумулятора знаходиться теплоізолююча знімна кришка 10, що відкриває доступ до плоского радіатора 11, службовцю для приготування їжі. |
Працює тепловий акумулятор в такий спосіб. При підключенні електроживлення до електричних нагрівачів в них відбувається виділення тепла, яке передається навколишнього композиційному матеріалу теплоакумулюючого елемента. Матеріал, володіючи високою теплопровідністю, швидко розігрівається. Гранули, що входять до його складу, розплавляються. При цьому акумулюється теплота плавлення, складова від 100 до 300 кВт · год / м 3 термодинамічно високоефективної енергії в залежності від об'ємної частки гранул Al-Si-сплаву в складі теплоаккумулюючих елементів без урахування внутрішнього теплосодержания. Після повного їх розплавлення процес накопичення тепла закінчується і електричні нагрівачі відключаються. Запасеної тепло передається в приміщення через шари теплоізоляції і випромінюється переважно фронтальними панелями. При необхідності збільшити тепловий потік використовуються канали повітряного охолодження і / або водяні радіатори. Коли ви будете витрачати запасеного тепла відбувається затвердіння гранул Al-Si-сплаву у напрямку до центру теплоакумулюючого елемента. Після повного затвердіння гранул тепловий акумулятор готовий до повторного циклу.
Зазначений тепловий акумулятор виготовляється наступним чином. Теплоаккумулирующее речовина, що містить гранули обраного складу Al-Si-сплаву з об'ємним вмістом 30-70% замішується разом з керамічною масою на основі окису магнію, формується у вигляді циліндричної заготовки з центральним отвором і потім піддається реакційного спікання. Отримані таким чином елементи, окремо або у вигляді групи, заформовивалі всередину жаростійкого високопористого бетону прямокутної форми на основі легких з низькою власної теплопровідністю матеріалів, вибраних з групи муллит, форстерит, шамот, перліт, вермикуліт. Отриманий блок разом з вставленими електричними нагрівачами, теплоізоляцією встановлюється в металевому контейнері з подвійними стінками. При необхідності збільшити знімання організовуються канали для циркуляції теплоносія (вода або повітря).
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. теплоакумулюючого елемент, що містить плавящееся при робочих температурах речовину, що відрізняється тим, що він виконаний у вигляді блоку з каналами з композиційного матеріалу, що містить основу з жаростійкої кераміки, в якій розподілені гранули з заевтектичних сплаву на основі алюмінію з кремнієм.
2. Елемент по п. 1, який відрізняється тим, що композиційний матеріал виконаний на основі оксиду магнію з гранулами зі сплаву на основі алюмінію з 12,5 25,0 мас. кремнію з об'ємним вмістом гранул 30 70 об.
3. Тепловий акумулятор, що містить корпус, всередині якого розташовані теплоакумулюючі елементи, що акумулюють тепло за рахунок теплоти плавлення, електричні нагрівачі, теплоізоляція, що відрізняється тим, що теплоакумулюючого елемент або група теплоаккумулюючих елементів по п.1 закріплені на теплоізяторах в металевому контейнері з подвійними стінками так , що простір між складанням з теплоаккумулюючих елементів і стінками заповнено високоефективної теплоізоляцією, наприклад мінеральною ватою і / або високопористим жаростійким бетоном, а простір між внутрішньою і зовнішньою стінками додатково використовується для організації природної або примусової конвекції теплоносія.
4. Акумулятор по п. 3, який відрізняється тим, що в його верхній частині додатково встановлено плоский радіатор, що закривається зверху знімною теплоізолюючих кришкою.
Версія для друку
Дата публікації 21.03.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.