Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6610
(13) U
(46) 2010.10.30
(51) МПК (2009)
F 24H 7/00
(54) ТЕПЛОВОЙ АККУМУЛЯТОР ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА
(21) Номер заявки: u 20100148
(22) 2010.02.16
(71) Заявитель: Республиканское унитар-
ное предприятие "Научно-практи-
ческий центр Национальной акаде-
мии наук Беларуси по механизации
сельского хозяйства" (BY)
(72) Авторы: Коляда Михаил Николаевич;
Корбут Валентина Игнатьевна; Мару-
кович Юлия Михайловна; Иванова Та-
тьяна Викторовна (BY)
(73) Патентообладатель: Республиканское
унитарное предприятие "Научно-прак-
тический центр Национальной акаде-
мии наук Беларуси по механизации
сельского хозяйства" (BY)
(57)
Тепловой аккумулятор фазового перехода, содержащий вход и выход нагреваемой во-
ды, 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 обес-
печение работы электронагревателей.
(56)
1. Патент РФ 2241915, 2004.
2. Трепутнев В.В. Электротеплоаккумулирующее оборудование для агропромышленно-
го комплекса Украины // Промышленная теплотехника. - 2000. - Т. 22. - № 5-6 (прототип).
Фиг. 1
BY6610U2010.10.30

2. BY 6610 U 2010.10.30
2
Полезная модель относится к теплотехнике и предназначена для накопления теплоты
при электрическом нагреве теплоаккумулирующего материала в условиях льготного та-
рифа на электричество или (и) при подводе тепла через патрубки для подключения аль-
тернативных источников энергии.
Известен тепловой аккумулятор фазового перехода, предназначенный для аккумули-
рования 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 верти-
кальных трубчатых капсул, заполненных теплоаккумулирующим веществом, претерпева-
ющим 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 пере-
городке в верхней камере, другой выполнен в форме спирали и установлен на днище кор-
пуса в нижней камере, блок капсул закреплен на поперечной перегородке таким образом,
что в нижней камере расположен их испарительный участок, а в верхней - конденсацион-
ный участок, отводящий патрубок расположен в днище на продольной оси корпуса, а под-
водящий патрубок - в нижней камере тангенциально корпусу, верхняя камера заполнена
теплоаккумулирующей средой.
Однако конструкция данного аккумулятора не позволяет производить зарядку от ис-
точников электроэнергии, а аккумуляция происходит от низкопотенциального тепла жид-
костей или газов, которые нельзя хранить и/или накапливать в больших объемах без
специального оборудования, например едких агрессивных веществ, дымовых газов от хи-
мических производств и т.п. Функциональные возможности данного аккумулятора огра-
ничены только отоплением зданий.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению и принятым в качестве про-
тотипа является теплоаккумулирующий электроводонагреватель, включающий вход и вы-
ход 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 теплоак-
кумулирующим материалом.
К недостаткам данного аккумулятора следует отнести отсутствие теплообменного
оборудования, предназначенного для подвода тепла от альтернативных источников энер-
гии к легкоплавкому теплоаккумулирующему материалу, который перед началом зарядки
находится в твердом состоянии. Отсутствует автоматизация управления температурным
режимом и программное обеспечение работы нагревателей. Теплоаккумулирующий элек-
троводонагреватель 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, теп-
лоаккумулирующий материал и электронагреватели, на задней стенке расположены по-
дающие и обратные патрубки подключения системы отопления, горячего водоснабжения
и альтернативных источников энергии, причем на корпусе установлен электрошкаф с ап-

3. BY 6610 U 2010.10.30
3
паратурой защиты и управления, обеспечивающей автоматический контроль температур-
ного режима и программное обеспечение работы электронагревателей.
Такая конструкция теплового аккумулятора фазового перехода позволяет производить
универсальную зарядку от двух источников тепла (альтернативный источник и электро-
нагреватели). Расширены функциональные возможности аккумулятора: обеспечение
отопления или (и) горячего водоснабжения сельскохозяйственных объектов (рассадные
теплицы, молочно-товарные фермы и комплексы по откорму животных, механические ма-
стерские, 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 электри-
ческом нагреве теплоаккумулирующего материала в условиях льготного тарифа на элек-
тричество 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 по-
вышает 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, установлен-
ного внутри корпуса 2; крышки 3, закрывающей проем в корпусе 2, через который обес-
печивается 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 па-
трубки 8 альтернативных источников энергии и обратные патрубки 9 подключения систе-
мы отопления, патрубки 10 горячего водоснабжения и патрубки 11 альтернативных
источников энергии.
Заполнение и слив теплоносителя (воды) осуществляется из водопровода через патру-
бок 12 входа и патрубок 13 выхода нагреваемой воды.
Вверху теплового аккумулятора фазового перехода установлены термопреобразавате-
ли сопротивления 14, 15, предназначенные для контроля температуры теплоаккумулиру-
ющего материала и воды соответственно, рым болты 16, предназначенные для строповки
теплового аккумулятора фазового перехода.
Теплообменник 1, представляющий собой сварную конструкцию прямоугольной фор-
мы, 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 мате-
риалом. 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 пожа-
ров вследствие протекания токов утечки на землю. Аппаратура управления (не показана)
обеспечивает автоматическое управление температурным режимом и программным обес-

4. BY 6610 U 2010.10.30
4
печением работы электронагревателей 4 во временные периоды минимальной и макси-
мальной 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 фа-
зового перехода от альтернативного источника.
При нагреве теплоаккумулирующего материала до температуры его плавления проис-
ходит фазовый переход из твердого состояния в жидкое, сопровождающийся накоплением
тепловой энергии при постоянной температуре. Контроль температуры разогрева тепло-
аккумулирующего материала осуществляется установленным в электрошкафу 5 измери-
телем температуры (не показан). Когда температура разогрева теплоаккумулирующего
материала достигнет установленной на измерителе, произойдет отключение питания элек-
тронагревателей 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 по-
требителю. В процессе отопления и горячего водоснабжения происходит отбор тепла от
теплоаккумулирующего материала через теплоноситель. Когда температура воды опу-
стится 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 последую-
щим нагревом воды для отопления и горячего водоснабжения.
Фиг. 2 Фиг. 3

5. BY 6610 U 2010.10.30
5
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.