АККУМУЛЯТОР ТЕПЛОТЫ С ФАЗОВЫМ ПЕРЕХОДОМ

Полезная модель относится к области аккумуляторов теплоты и теплообменным аппаратам, может быть использована в системах водяного отопления в качестве аккумулятора тепловой энергии.
Известен тепловой аккумулятор фазового перехода (Патент РФ № 65190, опубл. 27.07.2007), содержащий двойной герметичный корпус со слоем тепловой изоляции, с внутренней полостью, заполненной теплоаккумулирующим материалом, в которой располагаются трубопроводы-змеевики с теплоносителем заряда и разряда, имеющих входные и выходные патрубки, на трубопроводе-змеевике с теплоносителем разряда во внутреннем корпусе установлен резервуар, а на его входном патрубке установлен насос и датчик контроля температуры.
К недостаткам относится большая площадь теплообмена, обусловленная низким коэффициентом теплопередачи, что также ведет к высоким потерям давления по ходу движения теплоносителя.
Известен аккумулятор тепла (Патент РФ № 2436020, опубл. 10.12.2011), содержащий контейнер, заполненный теплоаккумулирующей средой фазового перехода, размещенные в контейнере теплообменные элементы и трубы с теплоносителем, образующие змеевики и имеющие непосредственный контакт с теплообменными элементами, при этом теплообменные элементы выполнены из металлической сетки, трубы с теплоносителем выполнены гофрированными, металлические сетки с трубами образуют кассеты.
К недостаткам  относятся большая внешняя площадь конструкции, что увеличивает потери тепла в окружающую среду, большая площадь теплообмена, большие габариты, обусловленные низким коэффициент теплопередачи, что также ведет к высоким потерям давления по ходу движения теплоносителя.
Известен тепловой аккумулятор-теплообменник (Патент РФ № 145327, опубл. 20.09.2014), содержащий корпус, заполненный веществом фазового перехода с теплопроводными включениями и трубы теплообменника, который имеет улиткообразную форму из каналов теплоносителя.
К недостаткам данного аккумулятора относится большая площадь теплообмена, большие габариты, обусловленные низким коэффициентом теплопередачи, как следствие - высокие потери давления по ходу движения теплоносителя.
Известен аккумулятор теплоты с фазопереходным материалом (Патент РФ № 2574680, опубл. 10.02.2016), содержащий корпус, заполненный теплоаккумулирующим материалом с фазовым переходом в зоне рабочих температур, поверхность теплообмена и электронагревательный элемент, содержит промежуточную крышку и приемник солнечного излучения, поверхность теплообмена состоит из вертикальных трубок, расположенных внутри во всем объеме бака-аккумулятора и заполненных материалом с фазовым переходом, и кожухов электронагревательных элементов, установленных в вертикальных трубках.
К недостаткам данного аккумулятора относится большая площадь теплообмена, большие габариты, обусловленные низким коэффициентом теплопередачи, как следствие - высокие потери давления по ходу движения теплоносителя.
Известен  тепловой аккумулятор фазового перехода (патент РФ № 2187049, опубл. 10.08.2002) принятый за прототип,  содержащий теплоизолированный вакуумированный цилиндрический корпус со съемной крышкой, имеющей входное и выходное отверстия с запрессованными в них впускной и выпускной трубами, блок капсул, заполненных изменяющим агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур теплоаккумулирующим материалом.
К недостаткам относится большая площадь теплообмена, обусловленная низким коэффициентом теплопередачи, что также ведет к высоким потерям давления по ходу движения теплоносителя.
Техническим результатом является обеспечение равномерности плавления и затвердевания материала с фазовым переходом.
Технический результат достигается тем, аккумулятор теплоты с фазовым переходом, содержащий цилиндрический корпус со съемной крышкой, имеющей входное и выходное отверстия с запрессованными в них патрубком, теплоаккумулирующий материал, при этом на внешней поверхности внутренней трубы установлены шесть ребер, которые расположены под углом не менее 135°, верхняя граница ребер находится на расстоянии от внутренней поверхности корпуса, на ребрах закреплены ответвления 1-ого порядка,  на которых установлены ответвления 2-ого порядка.
Аккумулятор теплоты с фазовым переходом поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - поперечный разрез аккумулятора;
фиг. 2 - общий вид аккумулятора;
фиг. 3 - аккумулятор с пятью ребрами и углом между ребром и ответвлением менее 135°, где
1 - теплоноситель
2 - внутренняя труба
3 - теплоаккумулирующий материал
4 - ребра
5 - ответвления 1-ого порядка
6 - ответвления 2-ого порядка
7 - корпус
8 - теплоизоляция.
9 - область затрудненного плавления/затвердевания
Аккумулятор тепла с фазовым переходом состоит корпуса 7 (фиг. 1) выполненного в форме цилиндра, например, из металла, со съемной крышкой (на фигуре не показана). С наружи корпуса 7 установлена теплоизоляция 8 (фиг. 1, 2). Корпус 7 заполнен теплоаккумулирующим материалом 3 (фиг. 1), изменяющим агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур.  В передней и задней частях корпуса выполнены входное и выходное отверстия (на фигуре не показаны). Внутри корпуса установлена внутренняя труба 2 (фиг. 1, 2) для прокачки теплоносителя 1, закрепленная в входные и выходные отверстия.  На внешней поверхности внутренней трубы 2 установлены не менее шести ребер 4, высота ребер меньше расстояния от внешней поверхности трубы до внутренней поверхности корпуса. На ребрах 4 закреплены ответвления 1-ого порядка 5, которые расположены под углом не менее 135°. На ответвлениях 1-ого порядка 5 закреплены ответвления 2-ого порядка 6. Между внутренней поверхности корпуса и верхней поверхностью ребер 4 расстояние не менее 10 мм, которое обеспечивает возможность извлечения внутренней трубы с ребрами и ответвлениями из корпуса. При уменьшении количества рёбер или снижении угла между ребром и ответвлением, увеличивается объем области затрудненного плавления/затвердевания 9 (фиг. 3).
Аккумулятор теплоты с фазовым переходом работает следующим образом. Во время процесса зарядки теплоноситель 1 (фиг. 1, 2) передает тепло через стенку внутренней трубы 2 к ребрам 4, от них к ответвлениям 1-го порядка 5 и ответвления 2-го порядка 6, а затем к теплоаккумулирующему материалу 3. До начала фазового перехода теплоаккумулирующего материала 3 теплоотдача от внутренней трубы 2, ребер 4, ответвлений 1-ого порядка 5 и ответвлений 2-ого порядка теплоаккумулирующего материалу 3 обусловлена по большей части теплопроводностью. Когда теплоаккумулирующий материал 3 начинает плавиться, между внешней стенкой внутренней трубы 2, вокруг ребер 4, ответвлений 1-го порядка 5, ответвлений 2-ого порядка 6 и твердой частью теплоаккумулирующего материала 3 образуется тонкий слой жидкости, начинается естественная конвекция. Во время процесса разрядки аккумулятора, теплоаккумулирующий материал 3 передает теплоту теплоносителю 1 через стенку внутренней трубы 2 и ребра 4, ответвлений 1-ого порядка 5, ответвлений 2-го порядка. Ребра 4, ответвления 1-го порядка 5 и ответвления 2-ого порядка 6 способствует интенсификации процесса теплообмена между теплоаккумулирующим материалом 3 и теплоносителем 1, особенно в области затрудненного плавления/затвердевания 9 (фиг. 3), а именно в нижней части аккумулятора и вблизи корпуса 7, где процессы плавления и затвердевания занимают больше времени.
Конструкция предлагаемого аккумулятора способствует равномерному плавлению и затвердеванию теплоаккумулирующего материала.