HU199980B - Heat-transfer system for dynamic latent storage heaters - Google Patents

Description

A találmány tárgya höátadó rendszer dinamikus latens hőtárolókhoz, amely fázisváltoztató közeggel működik, amelynek felmelegítése es lehűtése zárt tartályban vagy keringtető vezetékben elpárolgó és lecsapódó hőközvetitó közeggel való közvetlen érintkezés útján történik.

Latens hőtárolók sokféle változata és üzemeltetési módja ismert, igy ismert például

a) fázisváltoztató közegek alkalmazása, amelyeknél a fázisátalakulási hö - kis tárolótérfogat tartása érdekében - igen magas;

b) különböző anyagok és kiegészítő elemek alkalmazása a fázisváltoztató közegbe, illetve közegből való hőbevezetést, illetve hókivezetést kedvezőtlenül befolyásoló anyagjellemzők kiegyenlítésére.

Ilyen megoldást ismertet például a DE-2 937 959 közrebocsátási irat, a DD-209 902 sz. szabadalmi leírás és a DD-154 126 sz. gazdasági szabadalom leírása.

A fenti megoldások közös jellemzője a hőközvetito közegek alkalmazása, amelyek a hőátadási teljesítmény növelése céljából a fázisváltoztató közeggel közvetlenül érintkeznek, és a hőátadás konvektiv összetevőjének növelése céljából mozgásban vannak.

Hökőzvetítő közegként nehezen párolgó folyadékok (például olajok) alkalmazását javasolják, amelyek a hóbevezetés vagy hökivezetés közben folyékony halmazállapotban maradnak. Ismert ugyanakkor könnyen párolgó folyadékok, például hűtószerek alkalmazása is, amelyek a hőbevezetés és hókivezetés közben párolgásból lecsapódásba mennek át.

Az alkalmazás előfeltétele, hogy a höközvetitő közeg és a fázisváltoztató közeg egymásban ne oldódjon, és egymástól elválasztódjon.

Nehezen párolgó folyadékok alkalmazásán alapuló megoldásoknál lényeges, hogy a hőközvetitó közeget keringtető szivattyúval mozgásba hozzák. A többi megoldásnál a hőközvetítő közeg párolgási folyamat közbeni mozgása külön hajtás nélkül is bekövetkezhet, így mechanikai mozgatásra nincs feltétlenül szükség.

Keringtető szivattyúkat alkalmazó megoldásokat ismertet például a DE-2 826 404 sz. közrebocsátási irat, a DE-3 023 494 sz. közrebocsátási irat és a DE-2 916 514 sz. kőzrebocsátási irat.

Keringtető szivattyú nélkül működő, elpárolgó és lecsapódó hőközvetitó közeg alkalmazásán alapuló megoldásokat ismertet például a DD-225 857 sz. gazdasági szabadalom leírása és a 0 079 452 sz. európai szabadalom.

Mindkét megoldásnál a következő probléma all fenn:

A fázis változtató közeg szilárd állapotban valamennyi hőközvetitó közegre nézve egyáltalán nem, vagy csak gyengén áteresztő. A rossz áteresztőképesség következtében a fázisváltoztató közegbe történő hóbevitel erősen korlátozott.

A nehezen párolgó folyadékok keringtetése ezért alig, vagy csak igen nagy szivattyúnyomással lehetséges. A könnyen párolgó folyadékok csak a fázisváltoztató közegben lévő kapillárisokon és repedéseken keresztül, vagy olyan fázisváltorMtó közegekben, amelyek különböző adalékanyagok hatására kristályos ömlesztett formában jelennek meg, a kristályok között lévő hézagokon keresztül keringtethetök.

A párolgás közben a fázisváltoztató közegben keletkező gőz és a visszafolyó csapadék az áthaladási hézagokban egymást kölcsönösen akadályozza és ezáltal jó hóátadási teljesítmény elérését nem teszi lehetővé.

A probléma megoldására a DE-3 010 625 sz. szabadalmi leírás nehezen párolgó folyadékokhoz olyan un. olvasztóvezetéket javasol, amely a fázisváltoztató közegen függőlegesen van átvezetve, és amellyel a fázisváltoztató közeg csatornaszerűen megolvasztható.

A hőközvetitó közeg a hőtároló belsejében az igy képződő csatornán keresztül akadálytalanul keringtethető.

Ez a megoldás kizárólag nehezen párolgó folyadékokra alkalmazható.

Könnyen párolgó folyadékok esetében a fenti javaslat nem alkalmazható, mivel egyrészt a hóátvitelhez szükséges gőzbuborékok a csatornán beiül felszállnak, anélkül, hogy a fázisváltoztató közeggel érintkezve hőt adnának le, másrészt a gözbuborékok a felül nyitott csatornán keresztül eltávoznak és nem maradnak a tárolókózegben, ahol hőleadás és azt követő kicsapódás, illetőleg ismételt elpárolgás játszódhatna le.

Könnyen párolgó folyadékok esetében célravezető megoldást jelenthet a hőközvetitó felületek megnövelése, például a fázisváltoztató közegben elrendezett bordák és lemezkék révén. Az érintkező felületek ily módon történő megnövelése azonban megnövekedett anyagköltséget jelent és korlátozólag hat a párolgási és lecsapódási folyamatra, ezért a hö&tadási teljesítmény növelésének ez a módja csak statikus latens hőtárolókban terjedt el, amelyek ilyen felületek nélkül nem műkődnek.

A találmánnyal célunk elpárolgó és lecsapódó hőközvetitó közegekkel működő dinamikus latens hőtárolók hóbevitel közbeni hőátadási teljesítményének javítása az anyagfelhasználás egyidejű csökentése és az üzembiztonság növelése mellett. A megoldandó feladat a dinamikus latens hótárolók fázisváltoztató közegébe irányuló hőkőzléa szerkezeti elemek segítségével történő növelése.

A kitűzött feladatot a találmány szerint azáltal oldottuk meg, hogy hótároló rendszerben, amelynek hőközvetitó közeggel közvetlenül érintkező hagyományos höátadó része, és a fázisváltoztató közeggel közvetlenül

HU 199980 Β érintkező, olvasztóvezetékekkel ellátott része van, a találmány szerint az olvasztóvezetékeket a vízszintessel 50-85° közötti szöget bezáró alkotójú csonkakúp palástfelülete mentén rendeztük el, és az olvasztóvezetékeket akii a képzelt csonkakúp nagyobbik alapját határoló alsó körvezetékekkel kapcsoltuk össze.

Az olvasztóvezetékek a találmány szerint előnyösen alkotóirányú függélycsövekkénk vannak kialakítva, amelyek a höbevezetö tartományban elrendezett alsó körvezetéket egy a fázisváltoztató közegben elhelyezkedő felső körvezetékkel kötik össze. Ilyen megoldás esetén tehát az alkotóirányú függélycsővek a kapcsolódó alsó és^ felső körvezetékekkel mintegy csóketrecet alkotnak.

A hóátadó rendszer hőközvetitő közeggel közvetlenül érintkező hagyományos hóátadó része a csöketrechez sorosan, vagy párhuzamosan kapcsolódhat.

Párhuzamos kapcsolat esetén a hőforrásból érkező fűtőközeg egy része a hőátadó rendszer hagyományos részéhez az alsó körvezeték elosztóján keresztül vezethető.

Az alsó körvezetékből a fűtőközeg a függélycsöveken keresztül felfelé áramlik, és a felső körvezetékbe kerül. A felső körvezetékben a fűtőközeg összegyűlik és visszavezetócsövön keresztül a hóátadó rendszer hagyományos részénél kilépő fűtőközeggel közös tartályba kerül.

A hőátadó rendszer hagyományos része és a csőketrec közötti soros kapcsolat esetén a fűtőközeg először teljes egészében a csöketrecen lesz átvezetve, és csak ezután áramlik a hőátadó rendszer hagyományos részébe.

A találmány szerinti hőátadó rendszerben a függélycsővek kialakíthatók felül hurokszerüen visszahajtott csövekként is.

Adott esetben előnyös lehet az olvasztóvezeték, illetve olvasztóvezetékek csavarvonalszerű kialakítása is. Ez esetben az olvasztóvezeték a csonkakúp palástfelületén spirálisan felfutó olvasztócsóként van kialakítva.

Az olvasztóvezetékek kialakíthatók továbbá alul az alsó körvezetékbe becsatlakozó, felül lezárt végű függélycsövekként is.

Lényeges, hogy a csonkakúpfelületet meghatározó olvasztóvezetékek, illetőleg függélycsövek a vízszinteshez képest a javasolt szögtartományba eső szöget bezáró alkotójú csonkakúp palástfelület mentén fussanak, és hogy a csóketrec felül a fázisváltoztató közegből ne nyúljon ki.

A függélycsővek ferde elrendezése és a csóketrec korlátozott magassága biztosítja, hogy a höátadó rendszer hagyományos részéből felszálló gözbuborékok csak ferde helyzetű és felül zárt csatornákban mozoghatnak. Ily módon tehát megakadályozható, hogy a felszálló gözbuborékok függőlegesen, a fazisvaltoztató közeg érintése nélkül - így 4 hóleadés nélkül - távozhassanak. A javasolt elrendezésben a gözbuborékok a fázisváltoztató közeggel folyamatosan érintkeznek és megfelelő hóleadást biztosítanak.

A felszálló gözbuborékok a ferde helyzetű csatorna .felső' oldalával érintkeznek, mig a hóleadást kővetően lecsapódó fűtóközegrészecskék a csatorna .alsó oldalán haladnak lefelé, miközben a fázisváltoztató közeggel ugyancsak folyamatosan érintkeznek és további hót adnak le. A lecsapódott részecskék által átadott hó a fázisváltoztató közeget előmelegíti. A fentiek következtében a fázisváltoztató közegbe történő hóbevitel jelentősen megnő.

Amint a fentiekből kitűnik, a fázisváltoztató közegbe történő höbevitei növelése a találmány szerint - a csóketrec révén - a hőközvetítés kinetikai javítása, nem pedig a hőátadó felületek megnövelése hatására következik be. Ennek eredményeképpen jelentkező előnyős hatás, hogy a kitűzött cél eléréséhez viszonylag kevés cső is elegendő, ami az anyagráfordítás csökkenését eredményezi.

A csonkakúpfelületet meghatározó csóketrec a találmány szerint úgy van kialakítva, hogy a csőketrecen keresztül bevitt hóteljesítmény a fázisváltoztató közegbe bevitt hóteljesítmény mintegy 5-20%-a, míg a csonkakúp alkotója a vízszintessel 50-85° közötti szöget zár be.

Abban a speciális esetben, amikor a fűtőközegként hűtöszert alkalmazunk - amely hőleadás révén a csöketrecben kondenzálódik - a felső körvezeték kimaradhat, a függélycsövek pedig felül zártak. A függélycsővek ekkor hűtöszerrel töltött fűtőcsövekként működ nek.

A találmány előnyös kiviteli alakjánál a csonkakúpfelületet meghatározó csókalitka oldalán elrendezett függélycsöveket csőkúpok helyettesítik. A találmány szerint ez úgy valósítható meg, hogy a felső körvezeték a képzeletbeli csonkakúp belsejében közvetlenül az alsó körvezeték fölött van elrendezve. Az alsó és felső körvezeték átmérője előnyösen alig eltérő.

A találmány további kiviteli alakjánál a csonkakúpfelületet meghatározó csóketrec a csonkakúp oldalfelülete mentén csavarvonalszérűén hajlított olvasztócsőből van kialakítva. Ebben az esetben külön körvezetőkre nincs szükség.

A találmány szerint lehetőség van továbbá a csonkakúpfelületet meghatározó csőketrecet úgy megvalósítani, hogy egyetlen alsó körvezetőhöz a csonkakúpfelületet» elrendezett felül zárt függélycsővek csatlakoznak.

A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük. A rajzon az 1. ábrán a találmány szerinti hóátadó rendszer példaként» kiviteli alakjának vázlatát tüntettük fel.

-3HU 199930 Β

Amint a rajzból kitűnik, a találmány szerinti höátadó rendszernek 3 köpennyel határolt tartály 1 höbevezeto tartományában - alsó részében - önmagában ismert 4 höátadó ja (hagyományos része) és ahhoz párhuzamos csatlakoztatott, fölötte elrendezett csöketrece van. A csöketrec alsó 9 körvezetékből, felső 10 körvezetékből és azokat összekötő 7 függélycsövekbol épül fel. Az alsó 9 körvezeték csonkakúp alaplapjának élét a felső 10 körvezeték a csonkakúp fedőlapjának élét, a 7 függélycsövek pedig a csonkakúp alkotóit képezik. A 4 höátadó és az alsó 9 körvezeték bemenetére 14 fütőközegelosztó csatlakozik. A 4 höátadó kimenete és 6 viszszaéezetöcsövön keresztül a felső 10 körvezető 15 fűtöközeggyűjtövel van összekötve.

A tartály 1 hóbevezető tartománya - alsó része - höközvetitö közeggel van feltöltve. A höközvetitö közeg fölött 2 fázisváltoztató közeg van elrendezve. A tartály 2 fázisváltoztató közeg fölötti 13 hókivezetö tartományában - felső részén - 5 hóátadó van elrendezve. A 13 hókivezetö tartomány külön közeggel nincs feltöltve, ezt a tartományi a höközvetitö közeg gőze tölti meg.

A csöketrec úgy van elrendezve, hogy túlnyomórészt a 2 fázisváltoztató közegben helyezkedik el, abból felül nem nyúlik ki. A függélycsövek vízszintessel bezárt oC szöge az 50-85° közötti szögtartományban van.

Az ábrán 11 nyíllal a fűtőközeg áramlási irányát, 12 nyíllal pedig a hőfelvevő közeg áramlási irányát jelöltük.

A találmány szerinti höátadó rendszer a következőképpen működik:

Hőközlés céljából a 14 fütőközegelosztón keresztül a 11 nyíl irányában mind a 4 höátadón, mind pedig a csőketrecen fűtőközeget áramoltatunk keresztül, amelynek hőmérséklete a fázisváltoztató közeg olvadáspontjánál magasabb.

A fűtőközeg-áramoltatás hatására egyidöben az alábbi folyamatok játszódnak le:

Egyrészt a 2 fázisvaltoztató közeg a 7 függélycsövek mentén megolvad, és ezáltal a olvadékcsatornák jönnek létre, másrészt az 1 hőbevezetó tartományban lévő höközvetitö közeg egy része a 4 höátadó felületén elpárolog, és a kcdetkezö gözbuborékok a 8 olvadékcsatornákban felfelé haladnak. A 8 olvadékcsatornák ferde helyzete következtében a gözbuborékok felfelé haladás közben folyamatosan érintkeznek a 8 olvadékcsatornák kifelé néző határolófelületével, vagyis a 2 fázisváltoztató közeggel. Mivel a választott hőátadó rendszerben a höközvetitö közeg elpárolgása a 2 fázisváltoztató közeg olvadáspontjánál magasabb hőmérsékleten következik be, a höközvetitö közeg gözbuborékainak hőmérséklete magasabb, mint a még nem oldott állapotban lévő 2 fázisvaltoztató közeg hőmérséklete, ezért a közvetlen érintkezés hatására a gözbuborékok hőt adnak le és lecsapódnak. A kondenzációs hö egyrészt hozzájárul a 2 fázisvaltoztató közeg felmelegedéséhez, másrészt - a fázisváltási hőmérséklet elérése után - elősegíti a fázisváltást (az olvadást).

A höközvetitö közeg gőzbuborékaiból lecsapódott részecskék cseppek formájában a 8 olvadékcsatornák befelé néző oldalán lefelé haladnak, ahol - a 8 olvadékcsatornák fei’de helyzete következtében - a még nem olvadt fázisváltoztató közeggel ismét közvetlen kapcsolatba kerülnek. A visszafolyató csapadék a 4 höátadó felületén újra elpárolog és az egész fenti folyamat folyamatosan ismétlődik.

Mivel a csöketrec a 2 fázisvaltoztató közegből nem nyúlik ki, a fenti folyamat a 2 fázisváltoztató közeg belsejében igen jó hőátadási hatásfokkal játszódik le.

Fázisvaltoztató közegként Na2SO410 H2O, valamint hütőszer alkalmazásával végrehajtott kísérleteink alapján megállapítottuk, hogy a 7 függélycsövek vízszintessel bezárt a szögének 78° választása esetén, amikor is a csőketrecen a latens hőtárolóba bevezetett fűtőközeg-mennyiség 8%-át áramoltattuk keresztül, mintegy 20%-os hőátadási teljesítmény növekedés érhető el. Hasonló teljesítménynövekedés hagyományos eszközökkel, vagyis a hőátadó kapcsolatban lévő felületek növelésével, mintegy 8-szoros anyagraforditással érhető el.

Claims (5)

1. Hóátadó rendszer dinamikus látens hőtárolókhoz, amelynek a hőtárolón belül elrendezett, höközvetítö közeggel közvetlenül érintkező hagyományos hőátadó része, és fázisváltoztató közeggel közvetlenül érintkező, olvasztóvezetékekkel ellátott része van, azzal jellemezve, hogy az olvasztóvezetékek a vízszintessel 50-85° közötti szöget bezáró alkotójú csonkakúp palástfelülete mentén vannak elrendezve, és alul a csonkakúp nagyobbik alapját határoló alsó körvezetékkel (9) vannak kapcsolatban.

2. Az 1. igénypont szerinti hóátadó rendszer, azzal jellemezve, hogy az olvasztó- , vezetékek alkotóirányú függélycsóvekként (7) vannak kialakítva, amelyek a höbevezető tartományban (1) elrendezett alsó körvezetéket (9) a fázisváltoztató közegben (2) elhelyezkedő felső körvezetékkel (10) kötik öszsze.

3. A 2. igénypont szerinti hőátadó rendszer, azzal jellemezve, hogy a függélycsövek (7.) felül hurokszerüen visszahajtott csövekként vannak kialakítva.

4. Az 1. igénypont szerinti hőátadó rendszer, azzal jellemezve, hogy az olvasztóvezetékiek) a csonkakúp palástfelulete mentén csavarvonalszerúen felfutó olvasztócsöként van(nak) kialakítva.

5. Az 1. igénypont szerinti hőátadó rendszer, azzal jellemezve, hogy az olvasztóvezetékek alul az alsó körvezetékbe (9) becsatlakozó, felül lezárt végű függélycsövekként vannak kialakítva.