АККУМУЛЯТОР ЛАТЕНТНОЙ ТЕПЛОТЫ
LATENT HEAT ACCUMULATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для аккумулирования отобранной у текучей среды тепловой энергии в форме латентной теплоты, причем устройство содержит камеру, которая имеет вход и выход и через которую может протекать текучая среда, и, по меньшей мере, две аккумулирующие среды, которые расположены в камере отдельно друг от друга, могут обтекаться текучей средой и имеют различные температуры фазового перехода.
Кроме того, изобретение относится к бытовому прибору, который содержит, по меньшей мере, один трубопровод, через который может протекать текучая среда.
Уровень техники
В патентной заявке DE 2916839 А1 описывается устройство для аккумулирования тепловой энергии, в котором несколько аккумуляторов латентной теплоты включены последовательно друг за другом, причем температуры фазового перехода их аккумулирующих сред ступенчато изменяются. Отдельные аккумуляторы латентной теплоты выполнены в виде труб, и через них протекает текучая среда. Текучая среда, отдающая тепло, сначала протекает через аккумулятор латентной теплоты с максимальной температурой фазового перехода аккумулирующей среды, причем текучая среда отдает первое количество тепла. Затем более холодная текучая среда протекает через следующий аккумулятор латентной теплоты, аккумулирующая среда которого имеет температуру фазового перехода, соответствующую сниженной температуре текучей среды, то есть пониженную температуру фазового перехода. Такое устройство позволяет осуществлять рекуперацию тепловой энергии, содержащейся в сточных водах, для чего устройство может встраиваться в трубопровод, по которому транспортируются сточные воды.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка устройства нового типа для аккумулирования отобранной у текучей среды тепловой энергии в форме латентной теплоты, которое позволит отбирать у текучей среды максимальное количество тепловой энергии.
Согласно изобретению, эта задача решается устройством описанного выше рода за счет того, что аккумулирующие среды располагаются относительно камеры в зависимости от обусловленных конструкцией камеры различных скоростей потока текучей среды таким образом, чтобы аккумулирующая среда с более низкой температурой фазового перехода находилась в той части камеры, в которой скорость потока текучей среды ниже, чем в той части камеры, в которой находится аккумулирующая среда с более высокой температурой фазового перехода.
Изобретение основывается на знании того факта, что передача тепла от текучей среды к аккумулирующей среде сильно зависит от скорости, с которой текучая среда обтекает аккумулирующую среду. Поэтому изобретение предлагает выбирать аккумулирующую среду для конкретной области камеры в зависимости от конструктивно обусловленной скорости потока текучей среды в этой области. В тех областях камеры, в которых текучая среда протекает на более высокой скорости, должна устанавливаться аккумулирующая среда с температурой фазового перехода, которая превышает температуру фазового перехода аккумулирующей среды в тех областях камеры, в которых текучая среда протекает на более низкой скорости.
Различные скорости движения текучей среды, протекающей через камеру устройства согласно изобретению, обусловлены тем, что камера чаще всего не выполняется в форме трубы и не имеет постоянного сечения. Вместо этого камера, предназначенная, в частности, для использования в бытовых приборах и содержащая трубопровод, по которому может протекать текучая среда, выполняется максимально компактной, чтобы она занимала как можно меньше места при установке. При этом, однако, вход и выход камеры не будут располагаться на одной оси. Кроме того, могут оказывать влияние технологические факторы, которые обуславливают и предписывают определенную форму камеры, отличающуюся от формы трубы. Для обеспечения максимально равномерного протекания текучей среды через такую камеру в камере могут размещаться устройства для направления потока текучей среды, которые, однако, приводят к нежелательному увеличению гидравлических потерь. Изобретение позволяет отказаться от этих мер и, несмотря на это, получить устройство, отличающееся повышенной эффективностью в отношении количества тепла, которое может быть отобрано от текучей среды.
Под текучей средой в смысле изобретения понимается как газообразная, так и жидкая среда. Кроме того, латентной теплотой может являться теплота испарения, плавления, возгонки или кристаллизации. Соответственно, под температурой фазового перехода может пониматься температура перехода между жидкой и газообразной, твердой и жидкой, твердой и газообразной или аморфной и кристаллической фазой. Изобретение не ограничивается использованием определенного фазового перехода или одним из двух вариантов текучей среды, протекающей через аккумулятор латентной теплоты.
Согласно изобретению, камера может быть оснащена более чем двумя различными аккумулирующими средами, расположенными отдельно друг от друга. В частности, в камере устройства могут располагаться аккумулирующие среды с тремя и более различными температурами фазового перехода. Такая мера может иметь смысл в том случае, если конструкция камеры предполагает большие различия в скорости потока внутри камеры. Температуры фазового перехода аккумулирующих сред могут различаться между собой, например, на значение до примерно 20 K. Специалист, обладающий знаниями о самых разнообразных аккумулирующих средах с различными температурами фазового перехода, в пределах своей компетенции может привести устройство, описываемое изобретением, в соответствие с самыми различными условиями.
Кроме того, можно использовать различные количества различных аккумулирующих сред. Например, связанное количество аккумулирующей среды с более высокой температурой фазового перехода может превышать связанное количество аккумулирующей среды с более низкой температурой фазового перехода. Это выгодно тем, что в области с более высокой скоростью потока у текучей среды можно отбирать большее количество тепловой энергии, которая может в большем количестве сохраняться в аккумулирующей среде. Поскольку в таких областях располагается аккумулирующая среда с более высокой температурой фазового перехода, то можно было бы увеличить связанное количество этого материала по сравнению со связанным количеством аккумулирующей среды с более низкой температурой фазового перехода. Под связанным количеством в данном случае понимается количество аккумулирующей среды, пространственно отделенное от других объемов аккумулирующей среды.
В выгодном варианте исполнения изобретения вход располагается на оси входа, а выход - на оси выхода, причем ось входа расположена под углом к оси выхода. Например, ось входа и ось выхода могут располагаться под углом 90° друг к другу. Этот вариант исполнения изобретения служит для создания максимально компактного и, тем самым, занимающего мало места при установке устройства, соответствующего условиям конкретной области применения.
В следующем выгодном варианте исполнения изобретения, по меньшей мере, одна аккумулирующая среда, по меньшей мере, частично заключена в стеклянную оболочку. Любой вид аккумулирующей среды требует наличия оболочки, предотвращающей непосредственный контакт с текучей средой. При этом могут применяться самые разнообразные материалы. Тем не менее, наиболее подходящими оказались те материалы, которые обеспечивают хорошую теплопередачу между текучей средой и соответствующей аккумулирующей средой. В связи с этим стекло считается подходящим материалом.
Кроме того, предлагается привязать температуры фазового перехода к переходу от твердой фазы к жидкой фазе. Такой вариант аккумулирующих сред может быть легко реализован и позволяет использовать множество известных аккумулирующих сред с различными температурами фазового перехода, благодаря чему можно очень гибко настраивать устройство, описываемое изобретением, в соответствии с самыми разнообразными условиями.
Кроме того, изобретение описывает бытовой прибор указанного выше рода, который, согласно изобретению, оснащен устройством, выполненным в соответствии с одним из указанных выше вариантов исполнения или произвольной комбинацией этих вариантов, причем устройство встроено в трубопровод. Таким бытовым прибором может быть, например, стиральная, посудомоечная или сушильная машина. Тем не менее, изобретение не ограничивается этими вариантами. Напротив, устройство, описываемое изобретением, может применяться в промышленных установках или двигателях внутреннего сгорания, оснащенных, по меньшей мере, одним трубопроводом, по которому транспортируется текучая среда. Устройство, описываемое изобретением, может устанавливаться в аппараты с функцией рекуперации энергии. Это позволяет, по меньшей мере, частично забирать у текучей среды, использующейся для каких-либо целей, содержащуюся в ней тепловую энергию, которая была передана в текучую среду до осуществления целевого действия, например процесса мойки. Возвращенная энергия впоследствии может использоваться для выполнения следующего рабочего процесса, улучшая энергетическую эффективность такого аппарата. В двигателях внутреннего сгорания в определенных рабочих режимах можно использовать отводящееся тепло (обычно не использующееся) для нагрева надувочного воздуха или охлаждающей жидкости.
Изобретение не ограничивается указанной комбинацией признаков, раскрываемых в независимом пункте и в зависимых пунктах формулы изобретения. Кроме того, можно комбинировать между собой отдельные признаки, в том числе, в той мере, в которой они вытекают из пунктов формулы, последующего описания варианта исполнения или непосредственно из фигур. Использование обозначений, привязывающих пункты формулы к фигурам, не ограничивает защищаемый объем пунктов формулы.
Краткое описание графических материалов
Изобретение детально рассматривается ниже на основании варианта исполнения описываемого изобретением устройства, представленного на прилагаемой фигуре, на которой изображено:
Фигура 1: схематичный продольный разрез устройства согласно одному из вариантов исполнения изобретения.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 схематично показан продольный разрез устройства 1, выполненного согласно одному из вариантов исполнения изобретения и предназначенного для аккумулирования отобранной у текучей среды тепловой энергии в форме латентной теплоты.
Устройство 1 содержит камеру 2, через которую по соответствующему трубопроводу может протекать подводящаяся и отводящаяся текучая среда. Для этого камера содержит вход 3, через который текучая среда может попадать в камеру 2 в направлении, указанном стрелками 11. Кроме того, камера 2 содержит выход 4, через который текучая среда в направлении, указанном стрелками 12, может снова покидать камеру 2. Трубопровод соединяется с входом 3 и выходом 4. Вход 3 расположен на оси Z входа, которая проходит параллельно стрелкам 11 и расположена под углом 90° к параллельной стрелкам 12 оси А выхода, на которой находится выход 4. Такое компактное исполнение устройства 1 позволяет устанавливать его в условиях очень ограниченного пространства. Однако следствием такого исполнения камеры 2 становятся различные скорости потока текучей среды внутри камеры 2. В частности, возникает затор в обоих левых (на фигуре) углах камеры, вследствие чего скорость потока в этих областях очень низка. Напротив, скорость потока высока, например, в области за входом 3 и перед выходом 4.
В камере 2 расположены четыре аккумулятора 5 и 6, причем аккумуляторы 6 расположены в тех областях камеры 2, в которых конструкция камеры 2 обуславливает более высокую скорость потока по сравнению с областями камеры 2, в которых находятся аккумуляторы 5. Для повышения наглядности на фигуре показаны только четыре аккумулятора 5 и 6; в норме, однако, в камеру 2 устанавливается большее количество различных аккумуляторов.
Каждый из аккумуляторов 5 образован аккумулирующей средой 7 и окружающей ее оболочкой 8, причем оболочка 8 выполнена в виде стеклянных трубок. Аккумуляторы 6 также имеют оболочку 10, выполненную в виде стеклянных трубок, в которых расположена аккумулирующая среда 9. Температура фазового перехода аккумулирующей среды 7 ниже, чем температура фазового перехода аккумулирующей среды 9.
Вариант исполнения, представленный на фигуре, приведен для пояснения изобретения и не ограничивает объем правовой охраны изобретения.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 устройство
2 камера
3 вход
4 выход
5 аккумулятор
6 аккумулятор
7 аккумулирующая среда
8 оболочка
9 аккумулирующая среда
10 оболочка
11 стрелка
12 стрелка