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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2088857

Wärmespeicherelement und Wärmespeicher auf der Grundlage ihrer

Wärmespeicherelement und Wärmespeicher auf der Grundlage ihrer

Name des Erfinders: Bulychev Vladimir; Evgeny Emelyanov Stefanovic; Zagryazkin Valery; Makovetskii Alexander; Stepanov Victor S.
Der Name des Patentinhabers: Bulychev Vladimir; Evgeny Emelyanov Stefanovic; Zagryazkin Valery; Makovetskii Alexander; Stepanov Victor S.
Adresse für die Korrespondenz:
Startdatum des Patents: 1993.07.16

Verwendung: zur Wärmespeicherung Phasenübergang in thermischen Batterien für Hausheizung. Das erfindungsgemäße Wärmespeicherelement ist ein Block mit Kanälen aus einem Verbundmaterial mit einer Matrix aus wärmebeständigen Keramik umfasst, die in den Granula der übereutektischen Legierung auf Aluminiumbasis mit Silizium verteilt sind. Das Verbundmaterial, insbesondere mit Körnern aus mit 12,5-25,0 Gew Legierung auf Aluminiumbasis auf der Basis von Magnesiumoxid durchgeführt.% Volumengehalt an Siliciumgranulat zu 30-70% (Vol.). Der beschriebene Wärmespeicherelement wird als Grundlage des Wärmespeichers verwendet wird und in einem monolithischen Block aus Beton auf ein hochporöses Material, ausgewählt aus der Gruppe, Mullit, Forsterit, Schamott, Perlit, Vermiculit basierend befestigt. Die Baugruppe aus einer oder mehreren monolithischen Blöcke isolieren in einem Metallbehälter mit Doppelwänden, wird der Raum zwischen dem mit hoher Wärmedämmung gefüllt und so kann auf die Organisationskanäle natürliche oder erzwungene Konvektion des Kühlmittels angewendet werden.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft das Gebiet von Wärme und kann für Heizung und Warmwasserversorgung von Wohn- und Industrieräume verwendet werden.

Durchführen einer Wärmeakkumulationselement als Kapsel mit einer Schmelztemperatur in der Arbeitszone des eutektischen Gemisches von Salzen gefüllt bekannt. Die Kapseln werden in einem gemeinsamen isolierten Behälter gegeben. Für die Wärmezufuhr Organisation der Ladungs-Entladungs-Wärmetauscher und die Wärmeabfuhr aus es durch die Verdampfung-Kondensation ein separates Wärmeübertragungsfluid verwendet (Beckman G. P. Gilly Thermisches Energiespeicher. Mir, 1987, S.. 64).

Und eine elektrische Heizvorrichtung bekannt, ein Gehäuse mit einer perforierten Querzwischenwand in eine obere und eine untere Kammer unterteilt, wobei der erste davon ist mit einem Rohr vorgesehen, um das erwärmte Kühlmittel zum Zuführen und letztere wird mit dem Wärmespeichermaterial mit einer Phasenübergangszone bei Betriebstemperaturen gefüllt und ist mit einem elektrischen Heizelement versehen. Die elektrische Heizung wird in der oberen Kammer mit einer zusätzlichen Querwand platziert ausgestattet zwischen den mehr und perforierten Trennwände Hohlraum, dessen Volumen in Höhe der Differenz zwischen den Mengen an wärmespeichernden Substanzen in fester und flüssiger Zustände an den Schmelzpunkt wärmespeichernden Substanzen zu bilden. auf dem Heizelement nach dem Einschalten des Kühlmittels (Wasser) beginnt erst nach vollständigem Aufschmelzen der wärmeaufnehmende Substanzen erhitzt wird. Nach dem Abschalten des Heizelementes und den Beginn des Härtungsmittels in der durch eine Schicht aus Luft gebildeten Hohlraum, der die Auswahl der Wärme an das Kühlmittel verhindert, die die Gleichmäßigkeit der Erwärmung des durch die Seitenwand des Gehäuses verbessert. Als werdende Stoffe vorgeschlagen Wachs zu verwenden.

Auf der Grundlage dieser elektrischen Heizung Heizungsanlage konstruiert , in denen einzelne Heizvorrichtungen in seiner nominalen Position kann gedreht und um seine horizontale Achse um 180 o enthalten sein. Die Verbindung von elektrischen Heizgeräten aus Rohren Kupplungen verwenden. Der elektrische Anschluss erfolgt Kupplungen mit Gewinde (Auth. St. 1.688.071 AI, MKI 5 F 24H 7/00, 1/20 10.30.91 war).

Die Nachteile der herkömmlichen Konstruktion umfassen eine geringe Wärmeversorgung und Entfernungseffizienz aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Paraffins in fester oder flüssiger Staaten, die die Größe der Heizung Geometrie begrenzt. Beschränkungen der maximalen Größe durch die geringe Wärmeleitfähigkeit von Paraffin auferlegt, mit geringer Schmelzwärme von 40 kWh / m 3 bei einer Temperatur von etwa 60 o C, für Haus Erhitzen auf hohe Materialverbrauch und die geringe Effizienz des Heizungssystems insgesamt führen.

Das Ziel der Autoren ist die spezifische Kapazität eines einzelnen Wärmespeicherelements zu erhöhen und dadurch die Herstellungskosten zu verbilligen und die Effizienz der thermischen Batteriebetrieb zu verbessern, auf dessen Basis hergestellt.

Zur Lösung dieses Problems die Autoren vorgeschlagen, um das Wärmespeicherelement in Form eines Zylinders mit einer durchgehenden zentralen Öffnung aus einem Verbundmaterial bilden ein Substrat aus feuerfesten Keramik umfaßt, die in den Granula der übereutektischen Legierungen auf Aluminiumbasis mit Silizium verteilt sind. Diese Wärmespeicherelement kann als monolithische, und der Summe der einzelnen Schnecken gebildet werden. Die Zusammensetzungen und hitzebeständige Keramikpellets sollte als die Kompatibilität in der Betriebstemperaturbereich und den Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) vereinbart. Insbesondere Wärmespeicher - Basis - Legierungen Al Si für die Beheizung von Haushalten, da die bequemste Betriebstemperaturen die minimale Temperatur im System Al Si Schmelzen sind, Komponenten 577-700 o C, die mit 12,5 bis 25 Gew die Zusammensetzung der Legierung entspricht . Silizium, und am nächsten in WAK Keramik für diese Legierungen ist Keramik Magnesia basiert.

Eines der wesentlichen technischen Probleme mit der Schaffung von Wärmespeichern verbunden sind, basierend auf den vorgeschlagenen Hoch Elemente ein Problem hoher Wärmedämmung. In der Struktur vorhanden Wärmespeicher Isolierung, insbesondere kann es alternativ als drei Schichten gebildet werden. Die erste Schicht wird in die aus einem hochporösen refraktären Beton der feste Wärmespeicher-Wärmespeicherelement oder einer Gruppe von Elementen. Auf der Grundlage der Funktionalität und thermischen Betriebsbedingungen, wie die erste Schicht aus einem Material verwendet werden kann, insbesondere Betone günstige niedrige spezifische Schwerkraft und seine eigene Wärmeleitfähigkeit Materialien wie Mullit, Forsterit, Dynastien, Schamott, Vermiculit mit einer Porosität von 50-70%, wenn diese Isolationsschicht in Form eines Rechtecks ​​im Querschnitt von einem Block zum anderen isolierten Anheben stellen wir ein Mehrelement-Wärmebatterie.

Wobei die Anordnung so erhaltene, bestehend aus einem oder mehreren Wärmespeicherelemente mit einer Wärmeisolierung aus Porenbeton ist, fixiert durch Isolierdichtung in einem Metallbehälter mit Doppelwänden. Der Raum zwischen der Wärmespeicheranordnung und den Innenwänden des Metallbehälters mit hoher Wärmedämmung, wie Mineralwolle gefüllt. Der Raum zwischen dem inneren und dem äußeren Metallwänden der dritten Isolationsschicht und in Abhängigkeit von der Wärmespeicherfähigkeit verwendet, um die natürliche oder erzwungene Konvektion des Kühlmittels zu organisieren. Als Kühlmittel in erster Linie kann Luft und / oder Wasser verwendet werden.

Insbesondere natürliche Konvektion der Luft wird durch die Bereitstellung der durch die Kanäle auf verschiedenen Ebenen mit einstellbarer Öffnung zur Steuerung der Wärmeentfernungskapazität realisiert. Erzwungene Konvektion wird weiter getragen durch mikroventilyatorov Luft Einstellen des Wärmespeichers eingeben.

Für große Wärmekrafteinheiten in den Raum zwischen den inneren und äußeren Metallwände weiter Wasser-Wärmetauscher (Coils) mit natürlichen oder Zirkulation des Wassers gezwungen eingeführt werden kann.

Darüber hinaus kann die Oberseite des Wärmespeichers haben einen abnehmbaren thermisch isolierende Abdeckung des Flachstrahler zum Kochen dient abdeckt.

Die vorgeschlagene Konstruktion kann die spezifische Kapazität des Wärmespeicherelements erheblich erhöhen. Beispielsweise für ein Element mit einem Außendurchmesser von 100 mm, einem Innendurchmesser des elektrischen Heizers 15 mm und die Gesamtlänge 650 mm, hergestellt aus Verbundmaterial auf Basis von Magnesiumoxid mit 50 Vol-% der Körner übereutektischen Legierung aus Al + 12,5 wt. Si, teploakkumulirovaniya Kapazität von 2,7 Kilowattstunden im Betriebstemperaturbereich von 300 bis 700 o C. Die Anordnung von vier solcher Elemente wird eine Kapazität von 10 Kilowattstunden und Wärmespeicher als Ganzes haben Außenmaße haben (ungefähr) 1000h1000h400 mm. Angesichts der geringen Materialmengen Dichten (2,5 bis 3,0 g / cm3), die spezifische Wärmekapazität bezogen auf den aktiven Teil des Wärmespeichers wird 0,2 kWh / kg oder 0,6 kWh / dm3 betragen.

Hohe thermische Leitfähigkeit Kompositen (~ 100 W / m K o) falls erforderlich, können ohne Einschränkungen die Einheit Kapazität von TA zu erhöhen, wie die mehrschichtige Isolationsstruktur effiziente Grenztemperatur externer Wärmeübertragungsfläche gewährleistet.

Die Zeichnung zeigt einen Wärmespeicher-Struktur.

Wärmespeicherelement und Wärmespeicher auf der Grundlage ihrer

Es besteht aus einem Wärmespeicherelement 1 aus einem Verbundmaterial, bestehend aus 2 keramischen und feuerfesten Körner aus Al-Si-Legierung, in das Durchgangsloch hergestellt wird in das Zentralrohr 3 eingeführt Die elektrische Heizung aus einem hochporösen monolithischen Betonblock 4 als eine erste Isolationsschicht dient. Zusammenbauen des Wärmespeicherelement ist in einem Metallbehälter mit Doppelwände 5 und 6. Der Raum zwischen den Wänden der Anordnung und einem Metallbehälter mit Isolierung 7. Hochleistungskanäle Aufnahmeraum die gespeicherte Wärme angeordnet werden können zwischen dem inneren und dem äußeren Metallwänden 8 mit Luft und / oder gefüllt gesichert 9. Das Wasser im oberen Teil der thermischen Batterie ist entfernbar isolierende Abdeckung 10, ermöglicht den Zugang zu den Flachstrahler 11 ein Mitarbeiter für das Kochen.

Es funktioniert thermische Batterie wie folgt. Wenn Sie die Stromversorgung der elektrischen Heizungen in ihnen verbinden kommt Wärme, die auf das umgebende Verbundmaterial wärmespeichernde Element übertragen wird. Das Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist erwärmt sich schnell. Das Granulat wird in ihm enthalten ist, wird es geschmolzen. Wenn dieser akkumulierte Schmelzwärme von 100 bis 300 kWh / m 3 thermodynamisch hoher Energie in Abhängigkeit von dem Volumenanteil der Pellets Al-Si-Legierung Wärmespeicherelemente in der Zusammensetzung mit Ausnahme des inneren Wärmeinhalt. Nach dem vollständigen Aufschmelzen des Prozesswärmeakkumulations endet und elektrische Heizungen werden ausgeschaltet. Die gespeicherte Wärme wird in den Raum durch die Isolationsschichten übertragen und wird hauptsächlich Frontplatten emittiert. Bei Bedarf erhöhen, werden den Wärmestrom von Luftkühlkanäle und / oder Wasserkühler. Da der Verbrauch der gespeicherten Wärmehärten tritt Granulate Al-Si-Legierung in Richtung der Mitte des Wärmespeicherelements. Nach der vollständigen Verfestigung des Wärmespeicher-Granulat zur Wiederzyklus bereit.

Wobei der Wärmespeicher wird wie folgt hergestellt. Wärmespeichersubstanz Körnchen der gewählten Zusammensetzung Al-Si-Legierung mit einem Volumenanteil von 30-70% enthält, mit dem Keramikmaterial gemischt wird, auf Basis von Magnesiumoxid, ist in einem zylindrischen Rohling ausgebildet mit einem zentralen Loch aufweist, und dann zur Reaktionssintern unterzogen. Die so erhaltenen Elemente, einzeln oder als Gruppe, zaformovyvayutsya hochporösen refraktären Beton in eine rechteckige Form auf Basis von Licht mit geringer intrinsischer Wärmeleitfähigkeit der Materialien aus der Gruppe, Mullit, Forsterit, Schamott, Perlit, Vermiculit ausgewählt. Der resultierende Block zusammen mit eingebetteten elektrischen Heizungen, Isolierung wird in einem Metallbehälter mit Doppelwänden eingebaut. Falls erforderlich, erhöhen die Wärmeabfuhr organisiert Kanäle für die Zirkulation des Kühlmittel (Wasser oder Luft).

FORDERUNGEN

1. Das Wärmespeicherelement schmilzt bei Betriebstemperaturen des Stoffes enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es als eine Einheit an die Kanäle aus einem Verbundmaterial ausgebildet ist, ein Substrat aus feuerfesten Keramik umfaßt, die in den Granula der übereutektischen Legierung auf Aluminiumbasis mit Silizium verteilt sind.

2. Element nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial auf Magnesiumoxid mit Körnern von Aluminiumbasis-Legierung mit 25,0 bis 12,5 Gew basiert. mit einem Volumengehalt an Siliciumgranulat 30 bis 70 vol.

3. Der Wärmespeicher mit einem Gehäuse, in dessen Innerem sich die Wärmespeicherelemente Wärme durch die Schmelzwärme, elektrische Heizungen, Isolierung ansammeln, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher-Wärmespeicherelement oder eine Gruppe von Elementen nach Anspruch 1 auf einem doppelwandigen Metallbehälter teploizyatorah montiert, so daß der Raum zwischen der Anordnung der Wärmespeicherelemente und den Wänden mit hoher Wärmedämmung, wie beispielsweise Mineralwolle und / oder hochporösen hitzebeständigen Beton, der Raum zwischen den inneren und äußeren Wänden gefüllt wird verwendet, um zusätzliche natürliche oder erzwungene Konvektion des Kühlmittels zu organisieren.

4. Batterie nach Anspruch. 3, dass in seinem oberen Teil gekennzeichnet ist zusätzlich Flachstrahlers eingesetzt ist, von oben durch einen abnehmbaren wärmeisolierenden Deckel verschlossen.

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Erscheinungsdatum 21.03.2007gg