ТЕПЛОВОЙ АККУМУЛЯТОР

Полезная модель относится к нагревателям текущей среды, а конкретнее к аккумуляторным нагревателям с передачей теплоты теплоносителю и может быть использовано для обогревателей тепловозного дизеля при отрицательных температурах окружающей среды.
Известен тепловой аккумулятор фазового перехода, 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, причем капсулы выполнены из коаксиально расположенных цилиндров с образованием между ними кольцевых зазоров для прохода жидкого теплоносителя [патент РФ №2187049 МПК F24H 7/00 опубл. 10.08.2002 г. БИ №42 «Тепловой аккумулятор фазового перехода», авторы Шульгин В.В. и др.].
Недостатком теплового аккумулятора является невозможность проводить одновременно процесс зарядки и разрядки теплового аккумулятора, отсутствие возможности отдачи тепла теплоносителю при постоянной температуре, засорения теплоносителя продуктами составляющих выхлопных газов, что снижает ресурс его работы.
Известен тепловой аккумулятор фазового перехода, содержащий теплоизолированный вакуумированный цилиндрический корпус со съемной крышкой, имеющей входное и выходное отверстия, впускную и выпускную трубы, блок капсул, заполненных одинаковым теплоаккумулирующим материалом и выполненных из коаксиально расположенных цилиндров с образованием между ними кольцевых зазоров для прохода жидкого теплоносителя, аккумулятор содержит не менее двух блоков капсул с различным теплоаккумулирующим материалом, размещенных в одном вакуумированном корпусе, имеет общие входной и выходной трубопроводы, причем впускные трубы блоков капсул связаны перепускными трубами с входным трубопроводом, а выпускные трубы блоков капсул связаны перепускными трубами с впускными трубами блоков с более низким диапазоном рабочих температур и на каждой перепускной трубе установлен запорный клапан [патент РФ №65191 МПК F24H 7/02 опубл. 27.07.2007 г. БИ №21 «Тепловой аккумулятор фазового перехода», авторы Носырев Д.Я. и др.].
Недостатком теплового аккумулятора является невозможность проводить одновременно процесс зарядки и разрядки теплового аккумулятора, отсутствие возможности отдачи тепла теплоносителю при постоянной температуре, засорения теплоносителя продуктами составляющих выхлопных газов, что снижает ресурс его работы.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение ресурса работы теплового аккумулятора, за счет обеспечения одновременного процесса зарядки и разрядки и отдача тепла теплоносителю при постоянной температуре.
Технический результат достигается тем, что тепловой аккумулятор, содержащий теплоизолированный вакуумированный корпус с патрубками ввода и вывода, капсулу с теплообменниками с разнотемпературными теплоаккумулирующими материалами, выполнен из зарядной и разрядной части, зарядная капсула выполнена из высокотемпературной камеры с зарядным теплообменником с высокотемпературным теплоаккумулирующим материалом, и низкотемпературной камеры с зарядным теплообменником с низкотемпературным теплоаккумулирующим материалом, а разрядная часть выполнена из теплоизолированного вакуумированного корпуса с вакуумированными патрубками ввода и вывода теплоносителя, внутри которого размещена разрядная капсула, внутри которой в свою очередь размещен разрядный теплообменник с низкотемпературным теплоаккумулирующим материалом, а в нем размещен разрядный теплообменник с высокотемпературным термоаккумулирующим материалом, разрядный теплообменник с низкотемпературным теплоаккумулирующим материалом соединен с зарядным теплообменником с низкотемпературным теплоаккумулирующим материалом входным и выходным вакуумированными трубопроводами, на которых размещены входной и выходной электроуправляемые клапаны, и разрядный теплообменник с высокотемпературным теплоаккумулирующим материалом, который соединен с зарядным теплообменником с высокотемпературным теплоаккумулирующим материалом входным и выходным вакуумированными трубопроводами, на которых размещены входной и выходной электроуправляемые клапаны, причем на входных трубопроводах установлены циркуляционные насосы, на входных и выходных трубопроводах установлены измерители температуры, и все измерители температуры и электроуправляемые клапаны соединены с блоком измерения и управления.
Разделение зарядной и разрядной части теплового аккумулятора позволяет осуществлять отдачу тепла теплоносителю без его засорения продуктами неполного сгорания топлива и одновременно производить как зарядку, так и разрядку.
Установка разрядного теплообменника с высокотемпературным теплоаккумулирующим материалом внутри разрядного теплообменника с низкотемпературным теплоаккумулирующим материалом позволяет производить отдачу тепла теплоносителю при постоянной температуре, что позволяет продлить ресурс разрядки теплового аккумулятора.
Выполнение патрубков ввода и вывода теплоносителя, а также входных и выходных трубопроводов, соединяющих разрядные теплообменники с зарядными теплообменниками, вакуумированными позволяет снизить потери тепла теплоносителем и аккумулирующим материалом при их перекачке.
На фиг.1 представлена схема теплового аккумулятора.
Тепловой аккумулятор состоит из зарядной части 1 и разрядной части 2. Зарядная часть состоит из теплоизолированного вакуумированного корпуса 3 с патрубками ввода 4 и вывода 5 выхлопных газов, зарядной капсулы 6 с высокотемпературной камерой 7 с зарядным теплообменником 8 с высокотемпературным теплоаккумулирующим материалом (350°С) и низкотемпературной камерой 9 с зарядным теплообменником 10 с низкотемпературным теплоаккумулирующим материалом (250°С). Разрядная часть состоит из теплоизолированного вакуумированного корпуса 11 с вакуумированными патрубками ввода 12 и вывода 13 теплоносителя, разрядной капсулы 14, разрядного теплообменника 15 с низкотемпературным теплоаккумулирующим материалом, разрядного теплообменника 16 с высокотемпературным термоаккумулирующим материалом. Разрядные и зарядные теплообменники соединены вакуумированным выходным трубопроводом 17 и входным трубопроводом 18 с выходным 19 и входным 20 электроуправляемыми клапанами и вакуумированным выходным трубопроводом 21 и входным трубопроводом 22 с выходным 23 и входным 24 электроуправляемыми клапанами. Циркуляционные насосы 25, 26, измерители температуры 27, 28, 29, 30, соединены с блоком измерения и управления 31.
Устройство работает следующим образом.
При работе ДВС поток выхлопных газов поступает в зарядную часть 1 теплового аккумулятора. Через патрубок ввода выхлопных газов 4 газовый поток подают в высокотемпературную камеру 7 зарядной капсулы 6, в которой размещен зарядный теплообменник 8 с высокотемпературным теплоаккумулирующим материалом (350°С). Выйдя из высокотемпературной камеры 7, поток газов поступает в низкотемпературную камеру 9, в которой размещен зарядный теплообменник 10 с низкотемпературным теплоаккумулирующим материалом (250°С), откуда поток выхлопных газов выходит через патрубок вывода 5.
При прохождении выхлопных газов через высокотемпературную камеру 7, а затем и низкотемпературную камеру 9 зарядной капсулы 6 теплоаккумулирующий материал, находящийся в зарядных теплообменниках, нагревается до некоторой температуры, при которой наступает тепловое равновесие между ним и выхлопными газами. После чего открываются входные электроуправляемые клапаны 24, 20 на входных трубопроводах 22, 18 и выходные электроуправляемые клапаны 23, 19 на выходных трубопроводах 21, 17, которые соединяют зарядный теплообменник 8 с высокотемпературным теплоаккумулирующим материалом (350°С) с разрядным теплообменником 16 с высокотемпературным термоаккумулирующим материалом, и зарядный теплообменник 10 с низкотемпературным термоаккумулирующим материалом с разрядным теплообменником 15 с низкотемпературным теплоаккумулирующим материалом (250°С). Таким образом, происходит перекачка нагретого теплоаккумулирующего материала из зарядной части 1 теплового аккумулятора в разрядную 2, и, наоборот - из разрядной части в зарядную.
Температура термоаккумулирующих материалов на входе и выходе в зарядную часть теплового аккумулятора контролируется измерителями температуры 27, 28, 29, 30, которые связаны с блоком измерения и управления 31. Прокачка термоаккумулирующих материалов осуществляется циркуляционными насосами 25, 26.
Как только температура теплоаккумулирующих материалов, находящихся в разрядной и зарядной части теплового аккумулятора сравняется и наступит тепловое равновесие между температурой выхлопных газов и температурой аккумулирующего материала, блок измерения и управления 31 закрывает входные 24, 20 и выходные 19, 23 электроуправляемые клапаны. Аккумулирование теплоты осуществляется за счет наличия вакуумированного корпуса 11 разрядной части и вакуумированного корпуса 3 зарядной части теплового аккумулятора.
Отдача аккумулятором тепловой энергии в общем случае осуществляется путем прокачки теплоносителя между разрядным теплообменником 15 с низкотемпературным теплоаккумулирующим материалом и стенкой разрядной капсулы 14. Теплоноситель подается в разрядную капсулу 14 через патрубок ввода 12 теплоносителя и выводится через патрубок вывода 13. При этом происходит отдача тепла при постоянной температуре от низкотемпературного теплоаккумулирующего материала к теплоносителю. Отдача тепла при постоянной температуре происходит до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие между высокотемпературным и низкотемпературным теплоаккумулирующим материалом, т.е. пока температуры высокотемпературного и низкотемпературного теплоаккумулирующего материалов не сравняются.
Применение данного устройства позволит повысить ресурс работы теплового аккумулятора, уменьшить потери тепла при передаче тепла теплоносителю на 80%.
Применение данного устройства позволяет уменьшить затраты дизельного топлива, на прогрев тепловозов в холодное время года.