RU2643930C2 - Method and device for heat transfer - Google Patents
Method and device for heat transfer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2643930C2 RU2643930C2 RU2016126672A RU2016126672A RU2643930C2 RU 2643930 C2 RU2643930 C2 RU 2643930C2 RU 2016126672 A RU2016126672 A RU 2016126672A RU 2016126672 A RU2016126672 A RU 2016126672A RU 2643930 C2 RU2643930 C2 RU 2643930C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fluid
- evaporator
- tank
- phase
- storage tank
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/025—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes having non-capillary condensate return means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для передачи большого количества тепла при малых перепадах (градиентах) температуры на большие расстояния, в частности, может быть использовано для передачи значительных потоков теплоты от устройства к устройству, например, для передачи тепловой мощности до 10 кВт и более на расстояния от 0,01 м до 1 км и более.The invention relates to the field of heat engineering and can be used to transfer large amounts of heat at small temperature differences (gradients) over long distances, in particular, can be used to transfer significant heat fluxes from device to device, for example, to transfer thermal power up to 10 kW and more at distances from 0.01 m to 1 km or more.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
В области техники имеется необходимость передачи значительных потоков теплоты, порядка единиц или десятков киловатт от источника тепла к потребителю тепла, находящемуся на значительном расстоянии, порядка десятков метров и до 1 км. Более того, в условиях повышенной искроопасной и пожароопасной окружающей среды необходимо максимально разнести в пространстве источник получения теплоты, в котором теплоту получают посредством сжигания топлива, и потребителя теплоты, находящегося в условиях повышенной искроопасной и пожароопасной окружающей среды. В области техники известны способы передачи тепла, основанные на использовании тепловых труб.In the technical field there is a need to transfer significant heat fluxes, of the order of units or tens of kilowatts from a heat source to a heat consumer located at a considerable distance, of the order of tens of meters and up to 1 km. Moreover, in conditions of an increased spark-hazardous and fire-hazardous environment, it is necessary to maximally distribute in space the source of heat production, in which heat is obtained by burning fuel, and the heat consumer located in conditions of increased spark-hazardous and fire-hazardous environment. Heat transfer methods based on the use of heat pipes are known in the art.
В наиболее близком аналоге RU 2014106980 предложен способ теплопередачи, в котором: с помощью источника тепловой энергии осуществляют нагрев одной или более емкости испарителя, заполненной, по меньшей мере, двумя различными текучими средами, причем первая из текучих сред находится в газообразной фазе, а вторая текучая среда находится в жидкой фазе; причем нагревание вызывает повышение давления в емкости испарителя и переход жидкой фазы второй текучей среды в газообразную фазу второй текучей среды, которая смешивается с газообразной фазой первой текучей среды; под действием повышенного давления в емкости испарителя обеспечивают перемещение смеси газообразных фаз первой и второй текучих сред, по одному или более паровому трубопроводу в один или более конденсатор, в котором обеспечивают конденсацию газообразной фазы второй текучей среды с отдачей теплоты конденсации приемнику тепловой энергии и образованием жидкой фазы второй текучей среды; под действием повышенного давления в емкости испарителя обеспечивают перемещение сконденсированной жидкой фазы второй текучей среды, смешанной с газообразной фазой первой текучей среды, по жидкостному трубопроводу в одну или более накопительную емкость, до тех пор, пока давление в емкости испарителя больше давления в накопительной емкости; после того как в емкости испарителя обеспечен переход всей второй текучей среды из жидкой фазы в газообразную фазу, и в то время как конденсация газообразной фазы второй текучей среды в конденсаторе продолжается, обеспечивают уменьшение давления в емкости испарителя до значения давления, меньшего чем значение давления в накопительной емкости, в результате чего обеспечивают перетекание сконденсированной жидкой фазы второй текучей среды и газообразной фазы первой текучей среды из накопительной емкости в емкость испарителя через один или более обратный клапан, установленный на одном или более возвратном трубопроводе.In the closest analogue to RU 2014106980, a heat transfer method is proposed in which: using a heat source, one or more evaporator tanks are heated, filled with at least two different fluids, the first of the fluids being in the gaseous phase and the second fluid the medium is in the liquid phase; moreover, heating causes an increase in pressure in the capacity of the evaporator and the transition of the liquid phase of the second fluid into the gaseous phase of the second fluid, which is mixed with the gaseous phase of the first fluid; under the action of increased pressure in the evaporator tank, the mixture of gaseous phases of the first and second fluids is transported through one or more steam pipelines to one or more condensers, in which the gaseous phase of the second fluid is condensed to transfer heat of condensation to the thermal energy receiver and the formation of a liquid phase a second fluid; under the action of increased pressure in the evaporator tank, the condensed liquid phase of the second fluid mixed with the gaseous phase of the first fluid is moved through the liquid pipe to one or more storage tanks, until the pressure in the evaporator tank is greater than the pressure in the storage tank; after the transition of the entire second fluid from the liquid phase to the gaseous phase is ensured in the evaporator tank, and while the condensation of the gaseous phase of the second fluid in the condenser continues, the pressure in the evaporator tank is reduced to a pressure value lower than the pressure in the storage tanks, resulting in the flow of the condensed liquid phase of the second fluid and the gaseous phase of the first fluid from the storage tank into the capacity of the evaporator through one and and a check valve mounted on one or more return conduit.
Вышеуказанный аналог имеет ряд недостатков и ограничений в использовании. В частности, в предложенной схеме емкость испарителя будет перегреваться, за счет того, что находящаяся в ней жидкость уже вся выкипела, в то время как сконденсированная жидкость еще не поступила из емкости накопителя, что приведет к излишним затратам топлива, а также потребует наличия дополнительного объема для аккумулирования тепла горелки, что приведет к увеличению затрат на производство емкости испарителя.The above analogue has a number of disadvantages and limitations in use. In particular, in the proposed scheme, the evaporator capacity will overheat, due to the fact that the liquid inside it has already boiled away, while the condensed liquid has not yet arrived from the storage tank, which will lead to unnecessary fuel consumption, and will also require additional volume to accumulate the heat of the burner, which will lead to an increase in the cost of producing the capacity of the evaporator.
Также в такой системе необходимо наличие дополнительного сепаратора предназначенного для разделения смеси газообразной фазы первой текучей среды и сконденсированной жидкой фазы второй текучей среды, выходящей из накопительной емкости, на поток газообразной фазы первой текучей среды и поток жидкой фазы второй текучей среды, и обеспечивающего задержку между временем поступления газообразной фазы первой текучей среды и временем поступления жидкой фазы второй текучей среды в емкость испарителя, когда сначала поступает газообразная фаза первой текучей среды, а затем поступает жидкая фаза второй текучей среды. Такая конфигурация дополнительно усложняет конструкцию и ведет к увеличению стоимости системы.Also in such a system, an additional separator is required for separating the mixture of the gaseous phase of the first fluid and the condensed liquid phase of the second fluid leaving the storage tank into the flow of the gaseous phase of the first fluid and the flow of the liquid phase of the second fluid, and providing a delay between time the gaseous phase of the first fluid and the time of the liquid phase of the second fluid entering the evaporator tank when the gaseous phase first arrives and the first fluid, and then the liquid phase of the second fluid enters. This configuration further complicates the design and leads to an increase in the cost of the system.
Более того, в наиболее близком аналоге возврат сконденсированной текучей среды будет возможен только в том случае, если обеспечен переход всей второй текучей среды из жидкой фазы в газообразную фазу в емкости испарителя, что накладывает ограничение в использовании предложенной системы только в циклическом режиме. С целью преодоления вышеуказанных недостатков предложен новый способ теплопередачи.Moreover, in the closest analogue, the return of the condensed fluid will be possible only if the entire second fluid is transferred from the liquid phase to the gaseous phase in the evaporator tank, which imposes a restriction on the use of the proposed system only in a cyclic mode. In order to overcome the above disadvantages, a new method of heat transfer.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУРBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
На фиг. 1 представлен вариант осуществления устройства теплопередачи, в котором одна или более емкость (1)(1') испарителя соединена напрямую с конденсатором и накопительная емкостью посредством трубопровода (2).In FIG. 1 shows an embodiment of a heat transfer device in which one or more of the capacity (1) (1 ') of the evaporator is connected directly to the condenser and the storage capacity through a pipe (2).
На фиг. 2 представлен вариант осуществления устройства теплопередачи, в котором накопительная емкость дополнительно соединена с каждой из по меньшей мере одной емкости (1), (1') испарителя возвратным трубопроводом (6), на котором установлено по меньшей мере одно или более запорное средство (7).In FIG. 2 shows an embodiment of a heat transfer device in which a storage tank is additionally connected to each of at least one tank (1), (1 ′) of the evaporator by a return pipe (6) on which at least one or more shut-off means (7) are mounted .
На фиг. 3 представлен вариант осуществления устройства теплопередачи, в котором накопительная емкость (5) дополнительно соединена с каждой из по меньшей мере одной емкости (1), (1') испарителя возвратным трубопроводом (6), на котором установлено по меньшей мере одно или более запорное средство (7), причем каждая из по меньшей мере одной емкости (1), (1') испарителя также соединена с трубопроводом (2) посредством по меньшей мере одного или более запорного средства (7), и возврат жидкой фазы второй текучей среды в емкость(1), (1') испарителя осуществляют по возвратному трубопроводу (6).In FIG. 3 shows an embodiment of a heat transfer device in which a storage tank (5) is additionally connected to each of at least one tank (1), (1 ') of the evaporator by a return pipe (6) on which at least one or more shut-off means are installed (7), each of at least one container (1), (1 ') of the evaporator is also connected to the pipe (2) by at least one or more shut-off means (7), and returning the liquid phase of the second fluid to the container (1), (1 ') of the evaporator is carried out by return pipeline (6).
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯMODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION
В соответствии с заявленным изобретением предложен способ теплопередачи и устройство, реализующее заявленный способ. Устройство теплопередачи, представленное на фиг. 1, содержит емкость (1), (1') испарителя, заполненную, по меньшей мере, двумя различными текучими средами, причем первая текучая среда находится в газообразной фазе, а вторая текучая среда находится в жидкой фаз. Трубопровод (2), соединяющий емкость (1), (1') испарителя с конденсатором (3) и накопительной емкостью (5), которые заполнены первой текучей средой находящейся в газообразной фазе с давлением Р0 от 0,3 атм до 50 атм и более.In accordance with the claimed invention, a heat transfer method and a device that implements the claimed method. The heat transfer device shown in FIG. 1 comprises an evaporator tank (1), (1 ′) filled with at least two different fluids, the first fluid being in the gaseous phase and the second fluid being in the liquid phases. The pipeline (2) connecting the tank (1), (1 ') of the evaporator with a condenser (3) and storage tank (5), which are filled with the first fluid in the gaseous phase with a pressure of P0 from 0.3 atm to 50 atm and more .
В качестве емкости (1), (1') испарителя может выступать резервуар, выполненный в форме многогранника, тела вращения или их комбинации, а также в форме змеевика или группы змеевиков. Также могут быть использованы несколько емкостей испарителя, например, в виде нескольких резервуаров, соединенных между собой соответствующими каналами для перемещения текучих сред. В частном случае объем емкости испарителя составляет 5 литров.The reservoir (1), (1 ') of the evaporator can be a tank made in the form of a polyhedron, a body of revolution, or a combination thereof, as well as in the form of a coil or a group of coils. Several evaporator tanks may also be used, for example, in the form of several tanks interconnected by respective channels for moving fluids. In the particular case, the capacity of the evaporator is 5 liters.
В качестве текучей среды, находящейся в жидкой фазе используют холодильный агент, спирты, ацетон, воду, антифризы, гликоли или их смеси, либо жидкие металлы.As the fluid in the liquid phase, a refrigerant, alcohols, acetone, water, antifreezes, glycols or mixtures thereof, or liquid metals are used.
В качестве текучей среды, находящейся в газообразной фазе используют воздух, азот, гелий, водород, углекислый газ, или их смеси.As the fluid in the gaseous phase, air, nitrogen, helium, hydrogen, carbon dioxide, or mixtures thereof are used.
После заполнения емкости испарителя текучей средой в жидкой фазе и заполнения трубопровода (2), конденсатора (3) и накопительной емкости (5) первой текучей средой, находящейся в газообразной фазе, к емкости испарителя подводят тепло посредством сжигания топлива, нагрева с помощью электрических источников, теплом уходящих газов от турбогенераторов, сбросным теплом теплоэнергетических установок и технологических установок, солнечной и геотермальными источниками тепла или их комбинации. Также нагрев может быть осуществлен любым другим способом, известным из уровня техники.After filling the evaporator tank with fluid in the liquid phase and filling the pipeline (2), condenser (3) and storage tank (5) with the first fluid in the gaseous phase, heat is supplied to the evaporator tank by burning fuel, heating with electric sources, heat of exhaust gases from turbine generators, waste heat of heat power plants and process plants, solar and geothermal heat sources, or a combination thereof. Also, heating can be carried out by any other method known in the art.
Во время нагревания емкости (1), (1') испарителя происходит испарение текучей среды, находящейся в жидкой фазе, и переход жидкой фазы второй текучей среды в парообразную фазу текучей среды. При испарении жидкой фазы текучей среды и повышении давления в емкости испарителя (1), (1') парообразная фаза текучей среды перемещается в конденсатор (3) по трубопроводу (2). Трубопровод (2) соединяет емкость (1) испарителя с конденсатором (3) и обеспечивает перемещение по нему смеси газообразных фаз первой и второй текучих сред. Длина парового трубопровода составляет от 0,01 м до более чем 1 км. Давление в испарителе при переходе жидкой фазы второй текучей среды в газообразную фазу больше давления в накопительной емкости на 5-10 атмосфер и более.During heating of the tank (1), (1 ') of the evaporator, evaporation of the fluid in the liquid phase and the transition of the liquid phase of the second fluid into the vaporous phase of the fluid occur. When the liquid phase of the fluid evaporates and the pressure in the evaporator tank (1), (1 ') increases, the vaporous phase of the fluid moves to the condenser (3) through the pipeline (2). The pipeline (2) connects the capacity (1) of the evaporator with a condenser (3) and ensures the movement of a mixture of gaseous phases of the first and second fluids through it. The length of the steam pipeline is from 0.01 m to more than 1 km. The pressure in the evaporator during the transition of the liquid phase of the second fluid into the gaseous phase is 5-10 atmospheres or more higher than the pressure in the storage tank.
Трубопровод (2) может быть реализован посредством нескольких трубопроводов, соединенных между собой каналами для прохождения текучей среды. Парообразная фаза текучей среды поступает в конденсатор, где она охлаждается до температуры насыщения и отдает тепло приемнику тепловой энергии, после конденсации парообразная фаза текучей среды переходят в сконденсированную жидкую фазу текучей среды. Конденсатор может представлять собой смешивающий конденсатор, либо поверхностный конденсатор, или их комбинации. В частности, конденсатор может представлять собой трубный пучок, состоящий из нескольких змеевиков. Верхние трубы змеевиков соединены с трубопроводом (2), а нижние - с трубопроводом (4).The pipeline (2) can be implemented through several pipelines interconnected by channels for the passage of fluid. The vapor phase of the fluid enters the condenser, where it is cooled to the saturation temperature and transfers heat to the heat energy receiver, after condensation, the vapor phase of the fluid passes into the condensed liquid phase of the fluid. The capacitor may be a mixing capacitor, or a surface capacitor, or combinations thereof. In particular, the capacitor may be a tube bundle consisting of several coils. The upper pipes of the coils are connected to the pipeline (2), and the lower ones to the pipeline (4).
Сконденсированная жидкая фаза текучей среды выходит из конденсатора под действием повышенного давления в емкости испарителя и поступает в трубопровод (4), соединяющий конденсатор (3) с накопительной емкостью (5), в которой происходит накопление сконденсированной жидкой фазы второй текучей среды и накопление энергии сжатия газообразной фазы первой текучей среды с возрастанием давления в накопительной емкости (5) за счет сжатия текучей среды в газообразной фазе в накопительной емкости (5).The condensed liquid phase of the fluid exits the condenser under the action of increased pressure in the evaporator tank and enters the pipeline (4) connecting the condenser (3) to the storage tank (5), in which the condensed liquid phase of the second fluid is accumulated and the compression energy of the gas is accumulated phase of the first fluid with increasing pressure in the storage tank (5) due to compression of the fluid in the gaseous phase in the storage tank (5).
Длина каждого из трубопровода (2), конденсатора (3), трубопровода (4), составляет от 0,01 м до 10 км. Также возможен вариант, в котором трубопровод (2), конденсатор (3), трубопровод (4) представляют собой единый трубопровод с одинаковым поперечным сечением, либо множество трубопроводов с различными поперечными сечениями, причем трубопроводы соединены последовательно или параллельно. Возможен также вариант, в соответствии с которым единый трубопровод представляет собой коаксиальную трубчатую конструкцию, разделенную по меньшей мере одним теплоизолирующим слоем. Причем парообразная фаза текучей среды подается по внешнему кольцевому пространству, а сконденсированная жидкая фаза текучей среды возвращаются по внутреннему кольцевому пространству, либо наоборот подача осуществляется по внутреннему кольцевому пространству, а возврат осуществляется по внешнему кольцевому пространству. В частном случае длина единого трубопровода, составляет 70 м, а площадь поперечного сечения единого трубопровода, составляет 0,00002 м2.The length of each pipeline (2), condenser (3), pipeline (4) is from 0.01 m to 10 km. It is also possible that the pipeline (2), the condenser (3), the pipeline (4) are a single pipeline with the same cross-section, or a plurality of pipelines with different cross-sections, the pipelines being connected in series or in parallel. It is also possible that the single pipeline is a coaxial tubular structure separated by at least one heat insulating layer. Moreover, the vaporous phase of the fluid is supplied through the outer annular space, and the condensed liquid phase of the fluid is returned through the inner annular space, or vice versa, the flow is carried out through the inner annular space, and the return is carried out through the outer annular space. In a particular case, the length of a single pipeline is 70 m, and the cross-sectional area of a single pipeline is 0.00002 m 2 .
Накопительная емкость (5) может представлять собой резервуар, выполненный в форме многогранника, тела вращения или их комбинации. Также накопительная емкость может быть выполнена в виде нескольких резервуаров, соединенных между собой соответствующими каналами для перемещения текучих сред. Трубопровод (4) соединен с накопительной емкостью (5) посредством впускного отверстия в накопительной емкости, расположенного в нижней части накопительной емкости (5).The storage tank (5) may be a reservoir made in the form of a polyhedron, a body of revolution, or a combination thereof. Also, the storage tank can be made in the form of several tanks interconnected by appropriate channels for moving fluids. The pipeline (4) is connected to the storage tank (5) by an inlet in the storage tank located in the lower part of the storage tank (5).
После достижения заданного давления в по меньшей мере одной из емкостей (1), (1') испарителя, конденсаторе (3) или накопительной емкости (5); или при достижении заданного времени нагрева емкости (1), (1') испарителя, при достижении заданной температуры в емкости (1), (1') испарителя, заданного уровня сконденсированной второй текучей среды в конденсаторе (3) или накопительной емкости (5); либо при достижении необходимого количества переданной энергии от источника нагрева к приемнику тепла, сокращают нагрев по меньшей мере одной емкости (1), (1') испарителя, что обеспечивает снижение температуры и снижение давления в емкости (1), (1') испарителя до значения, при котором разность между давлением в накопительной емкости (5) и давлением в емкости (1), (1') испарителя, а также накопленная энергия сжатия газообразной фазы первой текучей среды обеспечивают возврат жидкой фазы второй текучей среды в по меньшей мере одну емкость(1), (1') испарителя.After reaching a predetermined pressure in at least one of the tanks (1), (1 ') of the evaporator, condenser (3) or storage tank (5); or upon reaching a predetermined time for heating the tank (1), (1 ') of the evaporator, upon reaching the specified temperature in the tank (1), (1') of the evaporator, the specified level of the condensed second fluid in the condenser (3) or storage tank (5) ; or when the required amount of transferred energy is reached from the heat source to the heat receiver, the heating of at least one tank (1), (1 ') of the evaporator is reduced, which ensures a decrease in temperature and pressure in the tank (1), (1') of the evaporator to values at which the difference between the pressure in the storage tank (5) and the pressure in the tank (1), (1 ') of the evaporator, as well as the accumulated compression energy of the gaseous phase of the first fluid, return the liquid phase of the second fluid to at least one tank (1), (1 ') will evaporate spruce up.
Изменение уровня сконденсированной текучей среды в накопительной емкости можно отслеживать с помощью датчика уровня жидкости, или любым другим датчиком, известным из уровня техники. Изменение давления или температуры отслеживают с помощью датчика давления или температуры, известного из уровня техники. Измерение времени отслеживают любым известным из уровня техники устройством измерения времени.The change in the level of condensed fluid in the storage tank can be monitored using a liquid level sensor, or any other sensor known in the art. The change in pressure or temperature is monitored using a pressure or temperature sensor known in the art. The time measurement is monitored by any time measuring device known in the art.
При сокращении нагрева емкости (1), (1') испарителя в емкости (1), (1') испарителя происходит снижение давления, в частном случае вплоть до образования вакуума, и такое снижение давления, совместно с накопленной энергией сжатия газообразной фазы первой текучей среды в накопительной емкости (5) обеспечит возможность возврата сконденсированной второй текучей среды из накопительной емкости (5) обратно через трубопровод (4), конденсатор (3) и трубопровод (2) в одну или более емкость (1), (1') испарителя. Причем, это снижение давления, совместно с накопленной энергией сжатия газообразной фазы первой текучей среды в накопительной емкости позволит преодолеть давление высоты столба жидкой фазы второй текучей среды в трубопроводе (2), трубопроводе (4), конденсаторе (3) и накопительной емкости (5), для обеспечения возврата сконденсированной второй текучей среды обратно в емкость (1), (1') испарителя. Причем, такая высота столба может составлять от 1 до 100 м и более. Такой вариант осуществления может применяться для передачи тепла в подземное пространство, например, емкость (1), (1') испарителя может находиться на поверхности земли, в то время как приемник тепловой энергии может находиться на глубине от 1 до 100 м и более под поверхностью земли.When the heating of the container (1), (1 ') of the evaporator is reduced, the pressure in the container (1), (1') of the evaporator decreases, in particular, up to the formation of vacuum, and such a decrease in pressure, together with the accumulated compression energy of the gaseous phase of the first fluid the medium in the storage tank (5) will allow the condensed second fluid to return from the storage tank (5) back through the pipe (4), the condenser (3) and the pipe (2) to one or more capacity (1), (1 ') of the evaporator . Moreover, this decrease in pressure, together with the accumulated compression energy of the gaseous phase of the first fluid in the storage tank, allows overcoming the pressure of the column height of the liquid phase of the second fluid in the pipeline (2), pipeline (4), the condenser (3) and the storage tank (5) , to ensure the return of the condensed second fluid back to the tank (1), (1 ') of the evaporator. Moreover, such a column height can be from 1 to 100 m or more. Such an embodiment can be used to transfer heat to the underground space, for example, the capacity (1), (1 ') of the evaporator can be on the surface of the earth, while the thermal energy receiver can be at a depth of 1 to 100 m or more below the surface land.
В варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг. 2, представлено устройство теплопередачи, в котором накопительная емкость (5) дополнительно соединена с каждой из по меньшей мере одной емкости (1), (1') испарителя возвратным трубопроводом (6), на котором установлено по меньшей мере одно или более запорное средство (7), и возврат жидкой фазы второй текучей среды в емкость (1), (1') испарителя осуществляют по возвратному трубопроводу (6).In the embodiment of FIG. 2, a heat transfer device is provided in which a storage tank (5) is additionally connected to each of at least one tank (1), (1 ') of the evaporator by a return pipe (6) on which at least one or more shut-off means are installed ( 7), and the return of the liquid phase of the second fluid to the tank (1), (1 ') of the evaporator is carried out through a return pipe (6).
В данном варианте осуществления запорное средство (7) представляет собой одно выбранное из группы, содержащей: клапан управляемый вручную, клапан, управляемый автоматически, обратный клапан. Необходимость установки запорного средства (7) на трубопроводе (4) вызвана тем, что при сокращении нагрева емкости (1), (1') испарителя и снижения давления в ней, сжатая газообразная фаза первой текучей среды в накопительной емкости (5) будет стремиться как к перемещению обратно в емкость (1), (1') испарителя через конденсатор и трубопровод (2), так и по возвратному трубопроводу (6). Наличие запорного средства (7) на трубопроводе (4) будет предотвращать перемещение газообразной фазы первой текучей среды из накопительной емкости (5) обратно в емкость (1), (1') испарителя через конденсатор и трубопровод (2), и будет способствовать перемещению сконденсированной второй текучей среды и газообразной фазы первой текучей среды обратно в емкость (1), (1') испарителя. Необходимость установки запорного средства (7) на возвратном трубопроводе (6) вызвана тем, что при осуществлении нагрева емкости (1), (1') испарителя и повышения давления в ней, сжатая газообразная фаза первой текучей среды и парообразная фаза второй текучей среды будут стремиться как к перемещению в накопительную емкость (5) по трубопроводу (2) через конденсатор (3) и трубопровод 4, так и по возвратному трубопроводу (6). Наличие запорного средства (7) на трубопроводе (6) будет предотвращать перемещение газообразной фазы первой текучей среды из емкости (1), (1') испарителя в накопительную емкости (5) через возвратный трубопровод (6) при нагреве, и будет способствовать перемещению сконденсированной второй текучей среды и газообразной фазы первой текучей среды из емкости (1), (1') испарителя в накопительную емкость (5) по трубопроводу (2) через конденсатор (3) и трубопровод 4.In this embodiment, the locking means (7) is one selected from the group consisting of: a manually operated valve, an automatically controlled valve, a check valve. The need to install a shut-off means (7) on the pipeline (4) is caused by the fact that when the heating of the tank (1), (1 ') of the evaporator is reduced and the pressure in it decreases, the compressed gaseous phase of the first fluid in the storage tank (5) will tend to to move back to the tank (1), (1 ') of the evaporator through the condenser and pipe (2), and through the return pipe (6). The presence of shut-off means (7) on the pipeline (4) will prevent the gaseous phase of the first fluid from moving from the storage tank (5) back to the tank (1), (1 ') of the evaporator through the condenser and pipe (2), and will facilitate the movement of the condensed the second fluid and the gaseous phase of the first fluid back to the tank (1), (1 ') of the evaporator. The need to install a shut-off means (7) on the return pipe (6) is caused by the fact that when heating the container (1), (1 ') of the evaporator and increasing the pressure in it, the compressed gaseous phase of the first fluid and the vaporous phase of the second fluid will tend both to move to the storage tank (5) through the pipeline (2) through the condenser (3) and
В одном варианте осуществления, представленном на Фиг. 3, накопительная емкость (5) дополнительно соединена с каждой из по меньшей мере одной емкости (1), (1') испарителя возвратным трубопроводом (6), на котором установлено по меньшей мере одно или более запорное средство (7), причем каждая из по меньшей мере одной емкости (1), (1') испарителя также соединена с трубопроводом (2) посредством по меньшей мере одного или более запорного средства (7), и возврат жидкой фазы второй текучей среды в емкость(1), (1') испарителя осуществляют по возвратному трубопроводу (6).In one embodiment shown in FIG. 3, the storage tank (5) is additionally connected to each of at least one tank (1), (1 ') of the evaporator by a return pipe (6) on which at least one or more shut-off means (7) are installed, each of which at least one tank (1), (1 ') of the evaporator is also connected to the pipe (2) by at least one or more shutoff means (7), and the return of the liquid phase of the second fluid to the tank (1), (1' ) the evaporator is carried out through a return pipe (6).
В данном варианте осуществления обеспечивают нагрев по меньшей мере одной емкости (1) испарителя из по меньшей мере двух емкостей (1), (1') испарителя, причем до сокращения нагрева емкости (1) испарителя, с помощью источника тепловой энергии, обеспечивают нагрев емкости (1') испарителя, что вызывает испарение жидкой фазы второй текучей среды и повышение давления в емкости (1') испарителя с образованием парообразной фазы второй текучей среды, которая смешивается с газообразной фазой первой текучей среды и перемещение по трубопроводу (2) парообразной фазы второй текучей среды и газообразной фазы первой текучей среды из емкости испарителя (1') в конденсатор (3), с конденсацией парообразной фазы второй текучей среды и отдачей теплоты конденсации приемнику тепловой энергии и образованием жидкой фазы второй текучей среды, и перемещением сконденсированной жидкой фазы второй текучей среды и газообразной фазы первой текучей среды, по жидкостному трубопроводу (4) в накопительную емкость (5) с накоплением энергии сжатия газообразной фазы первой текучей среды, и причем сокращение нагрева емкости (1) испарителя обеспечивает перемещение сконденсированной жидкой фазы второй текучей среды и газообразной фазы первой текучей среды из накопительной емкости (5) по жидкостному трубопроводу (4) в емкость (1) испарителя через одно или более запорное средство (7), установленное на одном или более возвратном трубопроводе (6).In this embodiment, provide heating of at least one tank (1) of the evaporator from at least two tanks (1), (1 ') of the evaporator, moreover, to reduce the heating of the tank (1) of the evaporator, using a heat source, provide heating of the tank (1 ') of the evaporator, which causes evaporation of the liquid phase of the second fluid and an increase in pressure in the tank (1') of the evaporator to form a vapor phase of the second fluid, which mixes with the gaseous phase of the first fluid and moves through the pipe (2) vapor phase of the second fluid and the gaseous phase of the first fluid from the evaporator tank (1 ') to the condenser (3), with condensation of the vapor phase of the second fluid and the transfer of heat of condensation to the heat energy receiver and the formation of the liquid phase of the second fluid, and the movement of the condensed liquid phase of the second fluid and the gaseous phase of the first fluid, through the liquid pipe (4) into the storage tank (5) with the accumulation of compression energy of the gaseous phase of the first fluid, and moreover, the reduction in heating is capacious The type (1) of the evaporator allows the condensed liquid phase of the second fluid and the gaseous phase of the first fluid to move from the storage tank (5) through the liquid pipe (4) to the tank (1) of the evaporator through one or more shut-off means (7) mounted on one or more return line (6).
В данном варианте осуществления сначала греют одну из емкостей (1) испарителя, в то время как другую емкость испарителя (1') начинают нагревать до сокращения нагрева емкости (1) испарителя. При нагреве только одной емкости (1') испарителя сконденсированная вторая текучая среда направляется как в накопительную емкость (5), так и в емкость (1') испарителя, при подключении нагрева емкости (1') парообразная фаза второй текучей среды и газообразная фаза первой текучей среды начинают одновременно поступать в трубопровод (2) и конденсатор (3) с конденсацией второй текучей среды и перемещением сконденсированной второй текучей среды в накопительную емкость (5) с накоплением энергией сжатия газообразной фазы первой текучей среды в накопительной емкости (5). Сокращение нагрева емкости (1) испарителя обеспечивает перемещение сконденсированной жидкой фазы второй текучей среды и газообразной фазы первой текучей среды из накопительной емкости (5) по жидкостному трубопроводу (4) в емкость (1) испарителя через одно или более запорное средство (7), установленное на одном или более возвратном трубопроводе (6).In this embodiment, one of the tanks (1) of the evaporator is first heated, while the other tank of the evaporator (1 ') is heated until the heating of the tank (1) of the evaporator is reduced. When heating only one tank (1 ') of the evaporator, the condensed second fluid is directed both to the storage tank (5) and to the tank (1') of the evaporator, when the heating of the tank (1 ') is connected, the vapor phase of the second fluid and the gaseous phase of the first the fluid begin to simultaneously enter the pipeline (2) and the condenser (3) with the condensation of the second fluid and the movement of the condensed second fluid into the storage tank (5) with the accumulation of compression energy of the gaseous phase of the first fluid in the accumulate noy container (5). Reducing the heating of the evaporator tank (1) allows the condensed liquid phase of the second fluid and the gaseous phase of the first fluid to move from the storage tank (5) through the liquid pipe (4) to the evaporator tank (1) through one or more shutoff means (7) installed on one or more return piping (6).
Этот вариант осуществления позволит обеспечить непрерывный перенос тепла от источника нагрева к удаленно установленному приемнику теплоту, и обеспечит сокращение затрат топлива, и избавит от необходимости наличия дополнительного объема для аккумулирования тепла горелки, и снижение затрат на производство емкости испарителя. Данная система позволит исключить наличие сепаратора, ввиду того, что нет необходимости в отслеживании типа текучей среды (газ или жидкость), которая вернется в емкость испарителя.This embodiment will allow for continuous transfer of heat from the heat source to the remotely installed heat sink, and will reduce fuel costs, and eliminate the need for additional volume for accumulating burner heat, and reduce the cost of manufacturing an evaporator tank. This system allows eliminating the presence of a separator, since there is no need to monitor the type of fluid (gas or liquid) that will return to the evaporator tank.
Более того, в настоящем изобретении возврат сконденсированной текучей среды будет возможен без учета того, обеспечен ли переход всей второй текучей среды из жидкой фазы в газообразную фазу в емкости испарителя, исключает использовании предложенной системы только в циклическом режиме, а обеспечивает возможность непрерывной подачи теплоты к потребителю теплоты.Moreover, in the present invention, the return of the condensed fluid will be possible without taking into account whether the transition of the entire second fluid from the liquid phase to the gaseous phase in the tank of the evaporator is ensured, it excludes the use of the proposed system only in a cyclic mode, and allows continuous supply of heat to the consumer heat.
В другом варианте осуществления обеспечивают одновременный нагрев двух или более емкостей (1), (1') испарителя, что вызывает испарение жидкой фазы второй текучей среды и повышение давления в двух или более емкостях (1), (1') испарителя с образованием парообразной фазы второй текучей среды, которая смешивается с газообразной фазой первой текучей среды и перемещение по трубопроводу (2) парообразной фазы второй текучей среды и газообразной фазы первой текучей среды в двух или более емкостей (1), (1') испарителя в конденсатор (3), с конденсацией парообразной фазы второй текучей среды и отдачей теплоты конденсации приемнику тепловой энергии и образованием жидкой фазы второй текучей среды, и перемещением сконденсированной жидкой фазы второй текучей среды и газообразной фазы первой текучей среды, по жидкостному трубопроводу (4) в накопительную емкость (5) с накоплением энергии сжатия газообразной фазы первой текучей среды, и причем сокращение нагрева емкости (1) испарителя обеспечивает перемещение сконденсированной жидкой фазы второй текучей среды и газообразной фазы первой текучей среды из накопительной емкости (5) по жидкостному трубопроводу (4) в емкость (1) испарителя через одно или более запорное средство (7), установленное на одном или более возвратном трубопроводе (6), а сокращение нагрева емкости (1') испарителя обеспечивает перемещение сконденсированной жидкой фазы второй текучей среды и газообразной фазы первой текучей среды из накопительной емкости (5) по жидкостному трубопроводу (4) в емкость (1') испарителя через одно или более запорное средство (7), установленное на одном или более возвратном трубопроводе (6).In another embodiment, two or more containers (1), (1 ') of the evaporator are heated simultaneously, which causes the evaporation of the liquid phase of the second fluid and an increase in pressure in two or more containers (1), (1') of the evaporator to form a vapor phase a second fluid that mixes with the gaseous phase of the first fluid and moving through the pipe (2) the vapor phase of the second fluid and the gaseous phase of the first fluid in two or more evaporator tanks (1), (1 ') into the condenser (3), steam condensing phase of the second fluid and the transfer of heat of condensation to the heat energy receiver and the formation of the liquid phase of the second fluid, and the movement of the condensed liquid phase of the second fluid and the gaseous phase of the first fluid through the liquid pipe (4) into the storage tank (5) with energy storage compressing the gaseous phase of the first fluid, and moreover, reducing the heating of the capacity (1) of the evaporator allows the condensed liquid phase of the second fluid and the gaseous phase of the first fluid to move s from the storage tank (5) through the liquid pipe (4) to the tank (1) of the evaporator through one or more shut-off means (7) installed on one or more return pipes (6), and the reduction in heating of the tank (1 ') of the evaporator provides moving the condensed liquid phase of the second fluid and the gaseous phase of the first fluid from the storage tank (5) through the liquid pipe (4) to the tank (1 ') of the evaporator through one or more shut-off means (7) installed on one or more return pipes ( 6).
Этот вариант осуществления позволит обеспечить непрерывный перенос тепла от источника нагрева к удаленно установленному приемнику теплоту, и обеспечит сокращение затрат топлива, и избавит от необходимости наличия дополнительного объема для аккумулирования тепла горелки, и снижение затрат на производство емкости испарителя.This embodiment will allow for continuous transfer of heat from the heat source to the remotely installed heat sink, and will reduce fuel costs, and eliminate the need for additional volume for accumulating burner heat, and reduce the cost of manufacturing an evaporator tank.
Более того, в настоящем изобретении возврат сконденсированной текучей среды будет возможен без учета того, обеспечен ли переход всей второй текучей среды из жидкой фазы в газообразную фазу в емкости испарителя, что исключает использовании предложенной системы только в циклическом режиме, а обеспечивает возможность непрерывной подачи теплоты к потребителю теплоты.Moreover, in the present invention, the return of the condensed fluid will be possible without taking into account whether the transition of the entire second fluid from the liquid phase to the gaseous phase in the evaporator tank is ensured, which excludes the use of the proposed system only in a cyclic mode, and allows the continuous supply of heat to heat consumer.
Заявленное изобретение позволит исключить перегрев емкости испарителя, излишние затраты топлива, а также снизит использование дополнительного объема для аккумулирования тепла горелки, что приведет к снижению затрат на производство емкости испарителя, и обеспечит возможность непрерывной подачи теплоты к потребителю теплоты.The claimed invention will eliminate the overheating of the evaporator capacity, excessive fuel costs, as well as reduce the use of additional volume for accumulating heat of the burner, which will reduce the cost of producing the evaporator capacity, and will provide the possibility of continuous supply of heat to the heat consumer.
Заявленное изобретение найдет применение в условиях Крайнего Севера при добыче углеводородов, а также в системах отопления, без использования электричества, необходимого для работы циркуляционного насоса, перекачивающего текучую среду по отопительному контуру, а также когда необходимо обеспечить сжигание доступных углеводородов на значительном расстоянии от потребителя тепла, находящегося в условиях повышенной искропожароопасной окружающей среды, например, на буровой площадке, либо для передачи тепла в подземное пространство.The claimed invention will find application in the Far North in the production of hydrocarbons, as well as in heating systems, without the use of electricity, necessary to operate a circulation pump that pumps fluid through the heating circuit, and also when it is necessary to ensure the burning of available hydrocarbons at a considerable distance from the heat consumer, located in conditions of high spark and fire hazardous environment, for example, at a drilling site, or to transfer heat to the underground space.
Claims (52)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016126672A RU2643930C2 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Method and device for heat transfer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016126672A RU2643930C2 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Method and device for heat transfer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2643930C2 true RU2643930C2 (en) | 2018-02-06 |
Family
ID=60999294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016126672A RU2643930C2 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Method and device for heat transfer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2643930C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2802107C2 (en) * | 2021-05-17 | 2023-08-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" | Heat pump operation |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA15361A (en) * | 1995-10-05 | 1997-06-30 | Інститут Технічної Теплофізики Ан України | Method for heat transfer and appliance for its implementation |
| WO2000070289A1 (en) * | 1999-05-18 | 2000-11-23 | 3M Innovative Properties Company | Two-phase heat transfer without de-gassing |
| RU2349852C1 (en) * | 2007-07-05 | 2009-03-20 | Александр Иванович Абросимов | Gravity-assisted heat pipe |
| RU2361168C1 (en) * | 2007-10-29 | 2009-07-10 | Сергей Анатольевич Ермаков | Heat pipe |
| CN102506598A (en) * | 2011-11-01 | 2012-06-20 | 浙江建设职业技术学院 | Gravity-assisted loop heat pipe with ultrasonic vibration atomizing device |
| RU2553827C1 (en) * | 2014-02-25 | 2015-06-20 | Александр Михайлович Деревягин | Heat transfer method and device |
-
2016
- 2016-07-04 RU RU2016126672A patent/RU2643930C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA15361A (en) * | 1995-10-05 | 1997-06-30 | Інститут Технічної Теплофізики Ан України | Method for heat transfer and appliance for its implementation |
| WO2000070289A1 (en) * | 1999-05-18 | 2000-11-23 | 3M Innovative Properties Company | Two-phase heat transfer without de-gassing |
| RU2349852C1 (en) * | 2007-07-05 | 2009-03-20 | Александр Иванович Абросимов | Gravity-assisted heat pipe |
| RU2361168C1 (en) * | 2007-10-29 | 2009-07-10 | Сергей Анатольевич Ермаков | Heat pipe |
| CN102506598A (en) * | 2011-11-01 | 2012-06-20 | 浙江建设职业技术学院 | Gravity-assisted loop heat pipe with ultrasonic vibration atomizing device |
| RU2553827C1 (en) * | 2014-02-25 | 2015-06-20 | Александр Михайлович Деревягин | Heat transfer method and device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2802107C2 (en) * | 2021-05-17 | 2023-08-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" | Heat pump operation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9394771B2 (en) | Single well, self-flowing, geothermal system for energy extraction | |
| US8650875B2 (en) | Direct exchange geothermal refrigerant power advanced generating system | |
| CN105431686B (en) | Geothermal source is connect with the thermal technology of remote heating network | |
| JP6268714B2 (en) | Geothermal power generation system | |
| CN101892964B (en) | Cycling hot-dry-rock generating method and device by using gravity vacuum auxiliary heat pipe in myriameter single-deep-well | |
| US20070289303A1 (en) | Heat transfer for ocean thermal energy conversion | |
| US10676373B2 (en) | Thermal utilization system and methods | |
| CN105180693A (en) | Heat pipe and circulation method for working liquid in heat pipe | |
| WO2020140406A1 (en) | Geothermal energy mining system using stepped gravity-assisted heat pipe having no accumulated liquid effect | |
| CN103759135B (en) | A kind of LNG storage means of BOG zero-emission and device | |
| CN102012115A (en) | Vacuum phase-transition heat transfer solar flat-plate heat-collecting system and working medium used for same | |
| CN201858918U (en) | Gravity heat pipe type heat transfer device for 10,000-meter single deep well | |
| US10443950B2 (en) | Method and device for heat transfer | |
| CN104314782A (en) | Seawater atmospheric temperature difference thermal power device in antarctic and arctic regions | |
| CN205066525U (en) | Heat pipe | |
| RU2643930C2 (en) | Method and device for heat transfer | |
| CN105508160B (en) | Method for generating electricity by utilizing temperature difference and thermo-electric generation equipment | |
| RU2665754C1 (en) | Method and device for heat transfer | |
| CN110530182B (en) | Special-shaped separated heat pipe waste heat recovery evaporation device for passive ORC system | |
| US10060299B2 (en) | Thermo-elevation plant and method | |
| CN204386829U (en) | Thermo-electric generation equipment | |
| CN201858096U (en) | Myriameter single deep well gravity vacuum auxiliary heat pipe circulation dry heat rock electric generator | |
| CN201954783U (en) | Vacuum phase transition heat transmission type solar flat heat-collecting system | |
| Pumaneratkul et al. | Optimum study on primary design of geothermal heat pipe with CO2 based Rankine cycle | |
| RU2707013C1 (en) | Heat transfer method and device |