Конструкція та фазового переходу
Розміщення ТАМ у капсулах рис. 4, а забезпечує високу надійність конструкції, дозволяє створювати розвинену поверхню теплообміну, компенсувати ( при використанні гнучких капсул) зміни об'єму в процесі фазових переходів. Однак внаслідок низької теплопровідності ТАМ необхідно велика кількість капсул малого розміру, що приводить до великої трудомісткості виготовлення ТА, недостатньо раціональному використанню об'єму ( для циліндричних капсул), малої твердості конструкції ( для плоских капсул). Особливо доцільне застосування капсульних ТА у випадках малих теплових потоків з теплообмінної поверхні.
Рис.4 Основні типи теплових акумуляторів фазового переходу: а — капсульний; 6 —. кожухотрубный; в, г — зі скребковим видаленням ТАМ; д — з ультразвуковим видаленням ТАМ; е, ж — із прямим контактом і прокачуванням ТАМ; з, і — з испарительно-конвективным переносом тепла; 1 -рідкий ТАМ; 2 -твердий ТАМ; 3 — поверхня теплообміну; 4 — корпус ТА; а — теплоносій; 6 — границя розділу фаз; 7 — частки твердого ТАМ; 4— проміжний теплообмінник; 9— парове і рідинний простору для теплоносія.
Розташування ТАМ у межтрубном просторі кожухотрубного теплообмінника (рис. 4,б) забезпечує раціональне використання внутрішнього об'єму ТА й застосування традиційної технології виготовлення теплообмінних апаратів. Однак при такій конструкції утруднене забезпечення вільного розширення ТАМ, внаслідок чого знижена надійність акумулятора в цілому. Забезпечення динамічних характеристик акумулятора утруднене відомими прочностными обмеженнями кроку трубок у трубній дошці.
Найбільше технологічно складним і дорогим елементом ТА традиційної конструкції є теплообмінна поверхня, що визначає потужність теплового акумулятора. Внаслідок низьких коефіцієнтів теплопровідності більшості, що плавляться ТАМ у цей час запропоновані різні способи зменшення поверхні теплообміну шляхом соскребания ТАМ, ультразвукового або електрогідравлічного руйнування затверділого ТАМ. Зазначені способи дозволяють суттєво знизити величину теплообмінної поверхні, але суттєво збільшують навантаження на конструктивні елементи акумулятора. Відомо, що кращим варіантом теплообмінної поверхні є її повна відсутність, тобто безпосередній контакт теплоаккумулирующего матеріалу й теплоносія. Очевидно, що в цьому випадку необхідно підбирати як теплоаккумулирующие матеріали, так і теплоносії за ознаками, що забезпечують працездатність конструкцій.
Теплоаккумулирующие матеріали в цьому випадку повинні відповідати наступним вимогам: кристалізуватися окремими кристалами; мати більшу різницю плотностей твердої й рідкої фаз; бути хімічно стабільними; не утворювати емульсій з теплоносієм.
Теплоносії підбираються по наступних ознаках:
хімічна стабільність у суміші з ТАМ,
більша різниця плотностей стосовно ТАМ,
мала здатність до вспениванию,
ряд інших вимог, що випливають із особливостей конструкції.
При використанні теплоносія, більш щільного чому твердий ТАМ, реалізується схема, зображена на мал. 4 е. У процесі роботи акумулятор заповнений сумішшю теплоаккумулирующего матеріалу й теплоносія. У верхню частину ТА подається рідкий теплоносія, який попадає на поверхню ТАМ, прохолоджує (нагріває) його й приділяється з нижньої частини акумулятора. За рахунок менш щільніст рідк фаз ТАМ у порівнянні з тверд його, що закристаллизовавшиеся частицы опускаются в нижнюю часть У процес робот Т відбува_ поступов заповненн вс об'єм, що закристаллизовавшимися При використанні теплоносія із щільністю, меншої щільності ТАМ, реалізується схема, зображена на мал. 4 ж. Розпил теплоносія відбувається в нижній частині акумулятора. У процесі всплытия крапля теплоносія ТАМ нагрівається або прохолоджується й одночасно інтенсивно перемішується. Основними недоліками наведених способів контакту ТАМ і теплоносія вважаються потреби в сторонньому джерелі енергії для прокачування й необхідність ретельної фільтрації теплоносія з метою перешкоди віднесенню часток ТАМ.
Зазначені недоліки відсутні в конструкції, що використовує принцип испарительно-конвективного переносу тепла при безпосередньому контакті ТАМ і теплоносія (мал.4, з). У цьому випадку крім названих властивостей теплоносія потрібно, щоб температура кипіння при атмосферному тиску була трохи нижче температури плавлення ТАМ. Для заряду акумулятора тиск і відповідно температура кипіння теплоносія в ньому встановлюються вище температури плавлення ТАМ. У зарядному теплообміннику здійснюється підведення тепла. Теплоносій закипає й пухирці пари при температурі вище температури плавлення ТАМ піднімаються нагору й підігрівають ТАМ. При цьому відбувається плавлення ТАМ і конденсація теплоносія. Розплавлений ТАМ піднімається нагору, а конденсат теплоносія опускається вниз, У міру плавлення ТАМ пухирці теплоносія виходять у паровий простір ТА й наприкінці процесу зарядки весь теплоносій у паровій фазі перебуває в паровому просторі. На етапі відводу тепла від ТА тиск у ньому знижується так, що температура конденсації теплоносія стає нижче температури плавлення ТАМ. При відводі тепла на поверхні розрядного теплообмінника відбувається конденсація теплоносія, який стікає на розплавлений ТАМ. Відбувається випар крапель теплоносія й кристалізація часток ТАМ. Затверділий ТАМ опускається в нижню частину ТА, а пара теплоносія піднімається нагору.
У міру охолодження ТАМ краплі теплоносія опускаються усе нижче й нижче й наприкінці процесу розрядки весь теплоносій виявляється в нижній частині ТА.