Аккумулятор тепла

Аккумулятор тепла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в устройствах с аккумулированием и переносом теплоты, преиму5 щественно жидкости. Сущность изобретения: аккумулятор снабжен непроницаемой эластичной оболочкой, выполненной из трех частей, центральной 1 и боковых 2 и 3. Часть 1 выполнена из менее эластичного материала, чем части 2 и 3. В оболочке размещены с возможностью взаимного перемещения упоры 4 и 5, которые, соприкасаясь с оболочкой, полностью перекрывают ее части 2 и 3 и частично часть 1. Такое выполнение аккумулятора позволяет изменить знак плавучести устройства, погруженного в жидкость с градиентом температур , за счет чего обеспечивается его самопроизвольное перемещение между слоями жидкости с разной температурой. 2 ил. со Сл I

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 24 H 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ . ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4909434/06 (22) 19.12.90 (46) 30.07.93. Бюл.. М 28 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) С.Л.Деменок, M.З.Арысланов, В.В,Медведев и А.В.Остапенко (56) Кирилин В.А., Сычев В.В. и Шейдлин

А.E. Техническая термодинамика. М.: Энергоатбмиздат, 1983, с.19, рис;1-5.

Авторское свидетельство СССР

hh 11332233882288, кл. F 24 Н 7/00, 1985;

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1788400, кл. F 24 Н 7/00, 1988. (54) АККУМУЛЯТОР ТЕПЛА (57) Использование: в устройствах с аккумулированием и переносом теплоты, преиму. Ж „1830440A l щественно жидкости, Сущность изобретения: аккумулятор снабжен непроницаемой эластичной оболочкой, выполненной из трех частей, центральной 1 и боковых 2 и 3, Часть 1 выполнена из менее эластичного материала, чем части 2 и 3. В оболочке размещены с возможностью взаимного перемещения упоры 4 и 5, которые, соприкасаясь с оболочкой, полностью перекрывают ее части 2 и 3 и частично часть 1, Такое выполнение аккумулятора позволяет изменить знак плавучести устройства, погруженного в жидкость с градиентом температур, за счет чего обеспечивается его самопроизвольное перемещение между слоями жидкости с разной температурой. 2 ил.

1830440 ние части оболочки, выполненные из более эластичного материала, обеспечивают требуемое изменение объема аккумулятора. А средняя (центральная) часть, выполненная из менее эластичного материала, и упоры, соединенные теплоаккумулирующими элемента40 ии и полностью перекрывающие более эластичную поверхность крайних частей оболочки, позволяют испольэовать аккумулятор в условиях действия высоких давлений (которые могут быть реализованы как внутри оболочки, так и снаружи).

Обратимое мартенситное превращение обнаружено при. охлаждении сплавов Cu—

AI, Cu — Sn, Cu — Zn, а также в сплавах системы

Ti — Ni — Х (в качестве легирующей добавки Х могут быть использованы Fe, Со, Mn, Cu, Si и т.д.) и состоит в структурном переходе от кристаллической решеткИ аустенита к кри- . 55 сталлической решетке мартенсита. Температурный интервал превращения может быть от нескольких градусов до сотен градусов. Количество мартенсита увеличивается по иере понижения температуры ниже темИзобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в устройствах с аккумулированием и переносом теплоты, преимущественно в жидкости.

Цель изобретения — расширение функ- 5 циональных воэможностей аккумулятора тепла, Указанная цель достигается тем, что, в аккумуляторе тепла, содержащем установленные с воэможностью взаимного перемещения упоры и размещенные между ними теплоаккумулирующие элементы из материала, претерпевающего обратимое термоупругое мартенситное превращение в рабочем диапазоне температур, согласно предлагаемому изобретению, упоры и элементы размещены в эластичной оболочке состоящей из трех частей, центральная из которых выполнена из менее эластичного материала чем крайние, причем упоры, со- 20 прикасаясь с оболочкой, полностью перекрывают поверхность крайних частей и по крайней мере частично средней, Такое выполнение аккумулятора позволяет изменять знак плавучести устройства, погруженного в жидкость с градиентом температур, за счет чего обеспечивается его самопроизвольное перемещение между слоями жидкости с разной температурой и саморегулируемая реализация рабочего 0 цикла аккумулятора (прием, хранение и отвод теплоты), что расширяет его функциональные возможности.

Предлагаемая конструкция аккумулятора позволяет удовлетворить противоречивые требования к эластичной оболочке. Так крайпературы начала мартенситного преобразования Мн, пока не будет достигнута температура конца мартенситнрго преобразования М»», при которой превращение завершается полностью, Под действием нагрузки при мартенситном преобразовании наблюдается эффект пластичности превращения, который проявляется в резком возрастании пластичности (снижение сопротивления деформированию) в интервале температур превращений. В процессе мартенситного превращения в пределах превращенного объема имеет место сдвиговая деформация, т,е. деформация с изменением формы. Восстановление исходного состояния (формы) материала достигается как под нагрузкой, так и без нее дополнительным нагревом — эффект памяти формы. Восстановление формы начинается при достижении температуры начала обратного мартенситного превращения Ан. Полное.восстановление возможно после нагрева выше температуры конца обратного мартенситного превращения А».

Описанные выше эффекты реализуются в предлагаемом техническом решении следующим образом, При охлаждении аккумулятора в теплоахкумулирующих элементах происходит прямое мартенситное превращение, Вследствие эффекта пластичности превращения под действием эластичных крайних частей оболочки Теплоаккуиулирующие элементы сжимаются, сжимается и эластичная оболочка, аккумулятор теряет положительную плавучесть и тонет. По мере движения аккумулятор проходит все более теплые слои жидкости, нагревается. При нагреве до температуры начала обратного мартенситного превращения начинается восстановление формы теплоаккумулирующих элементов— они начинают разжиматься, давят на упоры и конечные части оболочки начинают растягиваться, объем аккумулятора увеличивается, он обретает плавучесть и начинает всплывать, Цикл далее может быть многократно повторен.

Следует отметить, что при размещении горячих слоев ниже холодных слоев жидкости и рои сходит само п рои з вол ьн ый тепло-. обмен между слоями за счет естественной конвекции. Однако размещение в этих слоях предлагаемых аккумуляторов позволяет резко повысить интенсивность теплообмена как за счет собственно акхумулирующей способности устройства, так и за счет дополнительного перемешивания слоев, что существенно уменьшает время прогрева слоев, Кроме того, после прогрева всех слоев, аккумуляторы всплывают в верхние

1830440 слои, что при наличии свободной поверхности (теперь, после прогрева, заполненной всплывшими аккумуляторами) уменьшает потери тепла за счет испарения с этой поверхности.

Внутри эластичной оболочки может быть дополнительно размещена жидкость, преимущественно легкокипящая, которая дополнительно повышает теплоаккумулирующую способность устройства за счет поглощения теплоты при фазовом переходе

"жидкость — пар". При этом, благодаря повышенной способности устройства работать при высоком внутреннем давлении, расширяется возможность выбора такой жидкости в зависимости от конкретных условий использованияя предлагаемого технического решения, что также расширяет функциональные возможности аккумулятора.

Жидкость целесообразно выбирать с температурами кипения и конденсации выше температуры начала прямого мартенситного превращения, но ниже температуры начала обратного мартенситного превращения материала теплоаккумулирующих элементов. В этом случае обеспечивается полное испарение жидкости до приобретения положительной плавучести аккумулятора (т.е. при нагреве) и полная конденсация жидкости до приобретения отрицательной плавучести аккумулятором (т.е. при охлаждении). Это позволяет наиболее полно использовать теплоаккумулирующую способность устройства за счет полного использования теплоты фазовых переходов жидкости.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить новое свойство: саморегулируемый подвод, хранение и отвод теплоты аккумулятором в жидкости с градиентом теплоты за счет самопроизольного перемещения аккумулятора между слоями с разными температурами осуществляемого в широком диапазоне конструктивных и режимных параметров.

На чертеже показан продольный разрез аккумулятора тепла.

Аккумулятор тепла содержит непроницаемую эластичную оболочку, например из резины, состоящую из трех частей 1, 2 и 3, центральная 1 из которых выполнена из менее пластичного материала чем крайние 2 и

3. В оболочке установлены с воэможностью взаимного перемещения упоры 4 и 5, которые соприкасаясь с оболочкой полностью перекрывают поверхность крайних 2 и 3 ее частей и, по крайней мере. частично средней 1. Между упорами 4 и 5 размещен, по меньшей мере, один теплоаккумулирующий элемент 6 из материала, претерпевающего пластичности превращения, под действием

25 растянутых участков 2 и 3 оболочки теплоак30

50

20 обратимое термоупругое мартенситное превращение в рабочем диапазоне температур.

Дополнительно в эластичной оболочке может быть размещена жидкость 7, преимущественно легкокипящая.

Аккумулятор работает следующим образом, При погружении "холодного" аккумулятора в жидкость он тонет. В процессе нагрева в нижних, тепловых слоях жидкости аккумулятор запасает теплоту. При нагреве аккумулятора выше температуры начала обратного мартенситного превращения начинается восстановление формы теплоаккумулирующих элементов 6 — они начинают разжиматься, упоры 4 и 5 раздвигаются и растягивают наиболее эластичные участки 2 и 3 оболочки, объем аккумулятора увеличивается, он приобретает плавучесть и всплываег, попадая в более холодные слои жидкости. В процессе охлаждения аккумулятор отдает теплоту. При охлаждении его ниже температуры начала прямого мартенситного превращения, вследствие эффекта кумулирующие элементы 6 сжимаются, сдвигаются упоры 4, 5, объем аккумулятора уменьшается, он приобретает отрицательную плавучесть и тонет в горячие слои жидкости. Жидкость 7 при на греве аккумулятора испаряется, а при охлаждении — конденсируется, за счет чего повышается теплоаккумулирующая способность аккумулятора, Цикл может быть многократно повторен, Перекрытие упорами 4 и 5 поверхности частей 2 и 3 оболочки полностью и части 1, по крайней мере, частично позволяет разгрузить наиболее эластичные участки 2, 3 оболочки от воздействия внешнего (при использовании аккумулятора в жидкости с градиентом температур под давлением) или внутреннего (при малом наружном давлении или высоком внутреннем, возникающем при вскипании жидкости) давления. Что позволяет, учитывая меньшую эластичность участка 1 оболочки, обеспечить возможность значительного изменения объема аккумулятора, а следовательно и плавучести, в условиях существенного перепада давлений действующего на оболочку аккумулятора. увеличение запаса плавучести аккумуля гора позволяет увеличить соответственно вес его элементов. что увеличивает его аккумулирующуа способность.

B случае изготовления оболочки аккумулятора из резины. части 1, 2 и 3 надежно соединяются при вулканизации.

1830440

Составитель С, Деменок

Техред М.Моргентал

Редактор

Корректор М. Андрушенко

Заказ 2518 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Технико-экономический эффект от использования предполагаемого изобретения заключается в следующем: расширяются функциональные возможности аккумулятора тепла, он без дополнительных внешних воздействий накапливает теплоту и передает ее от более горячих к менее горячим слоям жидкости в широком диапазоне конструктивных и режимных параметров; повышается теплоаккумулирующая способ. ность устройства; обеспечивается усиленный перенос теплоты как эа счет теплоаккумулирующей способности устройства, так и эа счет усиленного перемешивания слоев жидкости с градиентом температур; при прогреве всех слоев жидкости аккумуляторы всплывают на поверхность и препятствуют потерям тепла вследствие испарения.

Формула изобретения

Аккумулятор тепла. содержащий установленные с возможностью взаимного перемещения упоры и размещенный между

5 ними по меньшей мере один теплоаккумулирующий элемент, выполненный из материала, претерпевающего обратимое термоупругое мартенситное превращение в рабочем диапазоне температур. о т л и ч а10 ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, упоры и теплоаккумулирующий элемент размещены в эластичной оболочке. выполненной составной из трех частей, центральной и двух

15 боковых, причем центральная часть выполнена из материала с меньшей эластичностью, чем боковые, а упоры размещены с обеспечением контакта частично с центральной частью и полностью с боковыми.