RU2732581C1 - Apparatus for producing energy of water-ice phase transition - Google Patents

Apparatus for producing energy of water-ice phase transition Download PDF

Info

Publication number
RU2732581C1
RU2732581C1 RU2019133602A RU2019133602A RU2732581C1 RU 2732581 C1 RU2732581 C1 RU 2732581C1 RU 2019133602 A RU2019133602 A RU 2019133602A RU 2019133602 A RU2019133602 A RU 2019133602A RU 2732581 C1 RU2732581 C1 RU 2732581C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ice
water
antifreeze
tank
container
Prior art date
Application number
RU2019133602A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгиевна Ирина Ершова
Дмитрий Витальевич Поручиков
Алексей Николаевич Васильев
Михаил Аркадьевич Ершов
Андрей Александрович Новиков
Николай Ильич Гребенщиков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority to RU2019133602A priority Critical patent/RU2732581C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2732581C1 publication Critical patent/RU2732581C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D15/00—Other domestic- or space-heating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C1/00—Producing ice
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C1/00—Producing ice
    • F25C1/12—Producing ice by freezing water on cooled surfaces, e.g. to form slabs

Abstract

FIELD: refrigerating equipment.
SUBSTANCE: invention relates to refrigeration equipment and can be used in agriculture, namely, in agro-industrial enterprises and in systems of heat accumulators, as well as for heating of industrial and infrastructural facilities. As a result of using the invention, it becomes possible to obtain energy of a water-ice phase transition and use it for heating agricultural facilities, at agro-industrial enterprises and in heat accumulator systems, as well as for heating industrial and infrastructure facilities, due to the fact that the device is equipped with a container, an evaporator, heat exchangers, a compressor, a condenser, a throttle valve, a solar collector, a device for moving ice, circulating pumps enabling to obtain energy of water-ice phase transition.
EFFECT: technical task of proposed invention is use of energy of water-ice phase transition for heating of agricultural facilities, at enterprises of agro-industrial complex and systems of heat accumulators, as well as for heating of industrial and infrastructural facilities.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в сельском хозяйстве, а именно на предприятиях агропромышленного комплекса и в системах тепловых аккумуляторов, а также для отопления промышленных и инфраструктурных объектов.The invention relates to refrigeration technology and can be used in agriculture, namely at the enterprises of the agro-industrial complex and in the systems of thermal accumulators, as well as for heating industrial and infrastructure facilities.

Известна система отопления жилого дома, содержащая расположенный в подвале дома бассейн, в котором находится система вода-лед-вода, тепловой насос, расположенный с возможностью охлаждения воздуха в воздушном слое, расположенном над верхним слоем воды, и нагревом воздуха в отапливаемом помещении (патент РФ № 2412401, МПК F24D 15/04, опубл. 20.02.2011. Бюл. № 5). Система содержит водяной насос, установленный с возможностью перекачивания воды из нижнего слоя в верхний слой, и вентилятор, установленный с возможностью откачивания воздуха через вытяжную трубу из указанного воздушного слоя в атмосферу вне дома, при этом указанный воздушный слой дополнительно сообщен с атмосферой.Known heating system of a residential building, containing a pool located in the basement of the house, in which there is a water-ice-water system, a heat pump located with the ability to cool air in an air layer located above the upper layer of water, and heating the air in a heated room (RF patent No. 2412401, IPC F24D 15/04, publ. 20.02.2011. Bull. No. 5). The system contains a water pump installed with the ability to pump water from the lower layer to the upper layer, and a fan installed with the possibility of pumping air through the exhaust pipe from the specified air layer into the atmosphere outside the house, while the specified air layer is additionally communicated with the atmosphere.

Недостатками известной системы является высокая стоимость и сложность изготовления.The disadvantages of the known system are high cost and manufacturing complexity.

Известен генератор льда и способ генерирования льда, содержащий теплообменник, систему подвода исходной воды и средство удаления льда, замкнутый контур, который образован емкостью для размещения исходной воды и генерируемого льда, подающим трубопроводом, проточным насосом, теплообменником, клапаном и отводной трубой (патент РФ № 2454616, МПК F25C 1/12, F25C 5/18, опубл. 27.06.2012. Бюл. № 18).Known ice generator and method of generating ice, containing a heat exchanger, a system for supplying source water and means for removing ice, a closed loop, which is formed by a container for placing source water and generated ice, a supply pipeline, a flow pump, a heat exchanger, a valve and a drain pipe (RF patent No. 2454616, IPC F25C 1/12, F25C 5/18, publ. 27.06.2012. Bull. No. 18).

Недостатками известного генератора является то, что оборудование позволяет получить лед, не используя энергию фазового перехода вода-лед, малой производительности, работает в периодическом режиме с высокими энергетическими затратами.The disadvantages of the known generator is that the equipment allows to obtain ice without using the energy of the water-ice phase transition, low productivity, and operates in a periodic mode with high energy costs.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство генерирования льда, которое содержит эластичную мембрану, насос, насадку, воду, корпус, хладагент, слой воды и чешуек льда (патент РФ № 2490567, МПК F25C 1/00, F25C 1/12, опубл. 20.08.2013. Бюл. № 23). В устройстве на внешнюю поверхность эластичной мембраны насосом через насадку подают воду, которая равномерно орошает внешнюю поверхность мембраны. Мембрану устанавливают на корпус, куда периодически подают и удаляют хладагент. В результате теплообмена через мембрану между водой и хладагентом часть воды замерзает, и на поверхности мембраны образуются чешуйки льда.The closest in technical essence to the proposed invention is an ice-generating device, which contains an elastic membrane, a pump, a nozzle, water, a housing, a coolant, a layer of water and ice flakes (RF patent No. 2490567, IPC F25C 1/00, F25C 1/12, publ. 20.08.2013. Bulletin No. 23). In the device, water is pumped through a nozzle to the outer surface of the elastic membrane, which evenly irrigates the outer surface of the membrane. The membrane is installed on the housing, where refrigerant is periodically supplied and removed. As a result of heat exchange through the membrane between water and refrigerant, part of the water freezes, and ice flakes form on the membrane surface.

Недостатками известного устройства является то, что оно работает в периодическом режиме с высокими энергетическими затратами, не используя энергию фазового перехода вода-лед.The disadvantages of the known device is that it operates in a batch mode with high energy costs, without using the energy of the water-ice phase transition.

Технической задачей предлагаемого изобретения является использование энергии фазового перехода вода-лед для отопления сельскохозяйственных объектов, на предприятиях агропромышленного комплекса и в системах тепловых аккумуляторов, а также для отопления промышленных и инфраструктурных объектов.The technical objective of the present invention is to use the energy of the water-ice phase transition for heating agricultural facilities, at the enterprises of the agro-industrial complex and in heat accumulator systems, as well as for heating industrial and infrastructure facilities.

В результате использования изобретения появляется возможность получать энергию фазового перехода вода-лед и использовать ее для отопления сельскохозяйственных объектов, на предприятиях агропромышленного комплекса и в системах тепловых аккумуляторов, а также для отопления промышленных и инфраструктурных объектов, за счет того, устройство снабжено емкостью, испарителем, теплообменниками, компрессором, конденсатором, дроссельным вентилем, солнечным коллектором, устройством для перемещения льда, циркуляционными насосами, позволяющими получать энергию фазового перехода вода-лед.As a result of the use of the invention, it becomes possible to obtain the energy of the water-ice phase transition and use it for heating agricultural facilities, at enterprises of the agro-industrial complex and in heat accumulator systems, as well as for heating industrial and infrastructure facilities, due to the fact that the device is equipped with a tank, an evaporator, heat exchangers, a compressor, a condenser, a throttle valve, a solar collector, a device for moving ice, circulating pumps that allow to receive the energy of the water-ice phase transition.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для получения энергии фазового перехода вода-лед, содержащее емкость, циркуляционные насосы, согласно изобретению снабжено испарителем, теплообменниками, компрессором, конденсатором, дроссельным вентилем, солнечным коллектором, устройством для перемещения льда, при этом емкость устройства разделена перегородками с теплоизоляционным материалом на три емкости, емкость для воды с теплообменником с антифризом, емкость для антифриза с испарителем с фреоном и теплообменником с антифризом, и емкость для сбора и растапливания льда, которые соединены трубками с циркуляционными насосами для циркуляции антифриза из емкости для антифриза в силиконовую трубку емкости для воды, для циркуляции водоледяной смеси из емкости для сбора и растапливания льда в емкость для воды, для циркуляции холодной водопроводной воды в емкость для сбора и растапливания льда, причем в емкости для антифриза установлен блок для электрофизического воздействия, понижающий температуру замерзания антифриза, увеличивая количество получаемой энергии фазового перехода вода-лед, а испаритель и теплообменник емкости для антифриза выполнены в виде трубок змеевикового типа, а теплообменник емкости для воды выполнен в виде гибкой гофрированной силиконовой трубки змеевикового типа с металлической вставкой, на поверхности которой образуется лед, а внутри нее циркулирует антифриз для переноса энергии фазового перехода вода-лед к теплообменнику потребителя, для отделения льда от поверхности трубки предусмотрен пьезоэлектрический излучатель ультразвука, который при помощи устройства для перемещения льда перемещается в емкость для сбора и растапливания льда, в котором установлен нагреватель, соединенный с солнечным коллектором.The above technical result is achieved by the fact that the proposed device for obtaining energy of the water-ice phase transition, containing a container, circulation pumps, according to the invention is equipped with an evaporator, heat exchangers, a compressor, a condenser, a throttle valve, a solar collector, a device for moving ice, while the capacity of the device divided by partitions with heat-insulating material into three tanks, a tank for water with a heat exchanger with antifreeze, a tank for antifreeze with an evaporator with freon and a heat exchanger with antifreeze, and a tank for collecting and melting ice, which are connected by tubes with circulation pumps for circulating antifreeze from the tank for antifreeze into the silicone tube of the water container, for circulation of the water-ice mixture from the container for collecting and melting ice into the water container, for circulating cold tap water into the container for collecting and melting ice, and an electrophysical block is installed in the antifreeze container. impact, lowering the freezing point of antifreeze, increasing the amount of energy received from the water-ice phase transition, and the evaporator and heat exchanger of the antifreeze tank are made in the form of coil-type tubes, and the heat exchanger of the water tank is made in the form of a flexible corrugated silicone coil-type tube with a metal insert, on the surface of which ice forms, and inside it circulates antifreeze to transfer the energy of the water-ice phase transition to the consumer's heat exchanger; to separate the ice from the surface of the tube, a piezoelectric ultrasound emitter is provided, which, with the help of a device for moving ice, is moved into a container for collecting and melting ice, in which a heater is installed connected to a solar collector.

Для получения и использования энергии фазового перехода вода-лед в предлагаемом устройстве теплообменник выполнен в виде гибкой гофрированной силиконовой трубки с металлической вставкой, в которой циркулирует антифриз, на поверхности которой образуется лед, который легко отделяется с поверхности силиконовой трубки воздействием на него пьезоэлектрического излучателя ультразвука. В качестве теплового источника для растапливания льда применяется нагреватель, связанный с солнечным коллектором.To obtain and use the energy of the water-ice phase transition in the proposed device, the heat exchanger is made in the form of a flexible corrugated silicone tube with a metal insert, in which antifreeze circulates, on the surface of which ice is formed, which is easily separated from the surface of the silicone tube by the action of a piezoelectric ultrasound emitter on it. A heater connected to a solar collector is used as a heat source for melting ice.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема устройства для получения энергии фазового перехода вода-лед.The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows a general diagram of a device for obtaining energy of the water-ice phase transition.

Устройство для получения энергии фазового перехода вода-лед состоит из емкости 1, покрытой теплоизоляционным материалом для уменьшения теплообмена с окружающей средой. Емкость 1 разделена перегородками 2 и 3, также покрытыми теплоизоляционным материалом, на три емкости. Емкость для воды 4 с теплообменником 5 с антифризом. Емкость 6 для антифриза содержит испаритель 21 с фреоном, и теплообменник 7 с антифризом. Емкость 8 является емкостью для сбора и растапливания образовавшегося льда и получения водоледяной смеси. Причем высота перегородки 2 не доходит до верхнего края емкости, высота перегородки 3 доходит до верхнего края емкости. Используемый антифриз может быть солевым раствором NaCl концентрацией 20%, но не ограничивается им.The device for obtaining the energy of the water-ice phase transition consists of a container 1, covered with a heat-insulating material to reduce heat exchange with the environment. Container 1 is divided by partitions 2 and 3, also covered with heat-insulating material, into three containers. Water tank 4 with heat exchanger 5 with antifreeze. Tank 6 for antifreeze contains an evaporator 21 with freon, and a heat exchanger 7 with antifreeze. Container 8 is a container for collecting and melting the formed ice and obtaining a water-ice mixture. Moreover, the height of the partition 2 does not reach the upper edge of the container, the height of the partition 3 reaches the upper edge of the container. The antifreeze used can be, but is not limited to, 20% NaCl brine.

При этом емкости 4 и 8 соединены трубкой с циркуляционным насосом 9 для перекачки водо-ледяной смеси из емкости 8 в емкость 4, которая образовалась при растапливании льда с помощью нагревателя 10, который соединен с солнечным коллектором 11.In this case, the containers 4 and 8 are connected by a tube with a circulation pump 9 for pumping the water-ice mixture from the container 8 to the container 4, which was formed when the ice was melted using the heater 10, which is connected to the solar collector 11.

В емкости 4 расположен теплообменник 5 змеевикового типа, в которой циркулирует антифриз. Теплообменник 5 выполнен из гибкой гофрированной силиконовой трубки с металлической вставкой, которая расположена в виде змеевика. Теплообменник может быть изготовлен, в частности, из силиконовых каучуков, бутадиен-стирольных каучуков, поливинилхлорида, полиэтиленгликольацетата. Приведенные примеры не ограничивают перечень материалов, которые могут быть использованы в качестве теплообменника.In the tank 4 there is a coil-type heat exchanger 5 in which antifreeze circulates. The heat exchanger 5 is made of a flexible corrugated silicone tube with a metal insert, which is located in the form of a coil. The heat exchanger can be made, in particular, of silicone rubbers, styrene butadiene rubbers, polyvinyl chloride, polyethylene glycol acetate. The examples given do not limit the list of materials that can be used as a heat exchanger.

В емкость 8 для сбора и растапливания льда непрерывно подается холодная водопроводная вода из емкости 12 при помощи циркуляционного насоса 13. Причем температура холодной воды в водопроводной сети в отопительный период равна 5°C; в неотопительный период – 15°C (Постановление Правительства РФ № 306 от 23.05.2006 (редакция от 16.04.2013) «Об утверждении Правил установления и определения нормативов потребления коммунальных услуг»).Cold tap water is continuously supplied to the tank 8 for collecting and melting ice from the tank 12 by means of a circulation pump 13. Moreover, the temperature of cold water in the water supply network during the heating period is 5 ° C; in the non-heating period - 15 ° C (Decree of the Government of the Russian Federation No. 306 of May 23, 2006 (as amended on April 16, 2013) "On approval of the Rules for the establishment and determination of standards for the consumption of utilities").

Лед, образовавшийся на поверхности силиконовой трубки теплообменника 5, легко отделяется при помощи пьезоэлектрического излучателя ультразвука 14, и отрывается от поверхности силиконовой трубки теплообменника 5 емкости 4. Так как плотность льда меньше плотности воды, менее 1 г/см3, он всплывает в верхнюю часть емкости 4, и при помощи устройства для перемещения льда 15 лед перемещается и вываливается в емкость 8. Устройство для перемещения льда 15 может быть представлено в виде вращающегося шнека, или другого устройства. Также для перемещения льда перегородка 2 может перемещаться в вертикальной плоскости.Ice formed on the surface of the silicone tube of the heat exchanger 5 is easily separated by means of a piezoelectric ultrasound emitter 14, and detaches from the surface of the silicone tube of the heat exchanger 5 of the container 4. Since the density of ice is less than the density of water, less than 1 g / cm 3 , it floats to the upper part the container 4, and with the help of the device for moving ice 15, the ice is moved and dumped into the container 8. The device for moving the ice 15 can be presented in the form of a rotating screw or other device. Also, to move ice, the partition 2 can move in a vertical plane.

Полученная энергия фазового перехода вода-лед накапливается внутри силиконовой трубки теплообменника 5 и в виде горячего антифриза температурой 65°С в виде жидкости направляется в теплообменник потребителя 16. Отработавший антифриз возвращается в теплообменник 7 емкости 6.The resulting energy of the water-ice phase transition is accumulated inside the silicone tube of the heat exchanger 5 and in the form of hot antifreeze with a temperature of 65 ° C in the form of a liquid is sent to the consumer's heat exchanger 16. The spent antifreeze is returned to the heat exchanger 7 of the tank 6.

В емкости 6 расположен испаритель 21 змеевикового типа, в котором циркулирует хладагент. Используемый хладагент может быть фреон R410a, но не ограничивается им.In the tank 6 there is a coil-type evaporator 21, in which the refrigerant is circulated. The refrigerant used can be R410a Freon, but is not limited to it.

В емкости 6 также расположен теплообменник 7 змеевикового типа, в котором циркулирует антифриз.In the tank 6 there is also a coil-type heat exchanger 7, in which antifreeze circulates.

Емкость 6 для антифриза и емкость 4 для воды соединены трубкой с циркуляционным насосом 17 для перекачки антифриза из теплообменника 7 емкости 6 в силиконовую трубку теплообменника 5 емкости 4 с водой.The tank 6 for antifreeze and the tank 4 for water are connected by a tube with a circulation pump 17 for pumping antifreeze from the heat exchanger 7 of the tank 6 to the silicone tube of the heat exchanger 5 of the tank 4 with water.

Охлажденный отработавший антифриз поступает из теплообменника потребителя 16 в теплообменник 7 емкости 6.The cooled spent antifreeze is supplied from the consumer heat exchanger 16 to the heat exchanger 7 of the tank 6.

С наружной стороны емкости 1 со стороны емкости для антифриза 6 расположены компрессор 18, конденсатор 19, дроссельный вентиль 20.On the outside of the tank 1, on the side of the tank for antifreeze 6, there are a compressor 18, a condenser 19, a throttle valve 20.

В конденсаторе 19 тепло забирается и поступает к потребителю (на чертеже позиция не показана). В качестве потребителя может выступать, например, отопительная система помещения сельскохозяйственного объекта, а также промышленных и инфраструктурных объектов.In the condenser 19, heat is taken and supplied to the consumer (not shown in the drawing). The consumer can be, for example, the heating system of the premises of an agricultural facility, as well as industrial and infrastructure facilities.

В емкости 6 установлен блок для электрофизического воздействия 22, который понижает температуру замерзания солевого раствора (антифриза), который затем поступает в силиконовую трубку теплообменника 5, для увеличения количества намораживаемого льда на ее поверхности и, тем самым, увеличивая количество получаемой энергии фазового перехода вода-лед.A block for electrophysical action 22 is installed in the tank 6, which lowers the freezing point of the saline solution (antifreeze), which then enters the silicone tube of the heat exchanger 5, to increase the amount of freezing ice on its surface and, thereby, increasing the amount of energy received from the water- ice.

Работает устройство для получения энергии фазового перехода вода-лед следующим образом.The device for obtaining the energy of the water-ice phase transition works as follows.

При поступлении фреона в испаритель 21 емкости 6 происходит его испарение, в результате чего выделившееся тепло поглощается антифризом емкости 6.When freon enters the evaporator 21 of the tank 6, it evaporates, as a result of which the released heat is absorbed by the antifreeze of the tank 6.

Компрессор 18 откачивает пары фреона из испарителя 21 емкости 6 и нагнетает их в конденсатор 19. В конденсаторе 19 пары фреона охлаждаются, конденсируются и переходят в жидкое состояние, при этом выделившееся тепло забирается и поступает к потребителю (позиция на чертеже не показана). В качестве потребителя может выступать, например, отопительная система помещения сельскохозяйственного объекта, а также промышленных и инфраструктурных объектов.Compressor 18 pumps out freon vapors from evaporator 21 of tank 6 and pumps them into condenser 19. In condenser 19, freon vapors are cooled, condensed and become liquid, while the released heat is taken and supplied to the consumer (position in the drawing is not shown). The consumer can be, for example, the heating system of the premises of an agricultural facility, as well as industrial and infrastructure facilities.

Далее жидкий фреон через дроссельный вентиль 20 подается в испаритель 21 емкости 6. На входе фреона в испаритель 21 емкости 6 его давление падает с давления конденсации до давления кипения фреона, происходит вскипание фреона, поступая в трубку испарителя 21 фреон кипит, энергия, необходимая для кипения, в виде тепловой энергии, забирается от поверхности испарителя 21, охлаждая змеевиковую трубку испарителя 21. Цикл циркуляции фреона замыкается.Next, liquid freon through the throttle valve 20 is fed into the evaporator 21 of the tank 6. At the inlet of the freon to the evaporator 21 of the tank 6, its pressure drops from the condensation pressure to the boiling pressure of the freon, the freon boils up, entering the evaporator tube 21, the freon boils, the energy required for boiling , in the form of thermal energy, is taken from the surface of the evaporator 21, cooling the coil tube of the evaporator 21. The freon circulation cycle is closed.

Охлажденный антифриз поступает в теплообменник 7 емкости 6 перекачивается в силиконовую трубку 5 емкости 4 циркуляционным насосом 17, емкость 4 заполнена водой. Емкости 6 и 4 полностью перекрыты перегородкой 3.The cooled antifreeze enters the heat exchanger 7 of the tank 6 and is pumped into the silicone tube 5 of the tank 4 by the circulation pump 17, the tank 4 is filled with water. Tanks 6 and 4 are completely covered by a partition 3.

В емкости 4 с водой расположен теплообменник 5 змеевикового типа из силиконовой трубки, в которой циркулирует антифриз. При поступлении охлажденного антифриза в теплообменник 5 емкости 4 на поверхности силиконовой трубки в результате понижения температуры происходит образование льда. При этом за счет образования энергии фазового перехода вода-лед одновременно происходит выделение теплоты, которая поглощается антифризом теплообменника 5 емкости 4, жидкий антифриз нагревается до температуры 65°С и переносится к теплообменнику потребителя 16. Отработавший антифриз в виде жидкости подается в теплообменник 7 емкости 6. Цикл циркуляции антифриза замыкается.In the tank 4 with water, there is a coil-type heat exchanger 5 made of a silicone tube, in which antifreeze circulates. When cooled antifreeze enters the heat exchanger 5 of the container 4, ice forms on the surface of the silicone tube as a result of the temperature drop. In this case, due to the formation of the energy of the water-ice phase transition, heat is simultaneously released, which is absorbed by the antifreeze of the heat exchanger 5 of the tank 4, the liquid antifreeze is heated to a temperature of 65 ° C and is transferred to the heat exchanger of the consumer 16. The spent antifreeze in the form of a liquid is supplied to the heat exchanger 7 of the tank 6 The antifreeze circulation cycle is closed.

В качестве потребителя 16 может выступать отопительная система помещения сельскохозяйственного объекта, а также промышленных и инфраструктурных объектов.The consumer 16 can be the heating system of the premises of an agricultural facility, as well as industrial and infrastructure facilities.

На поверхности силиконовой трубки теплообменника 5 емкости 4 образуется лед, толщина которого не должна превышать 3,5 см, который легко отделяется при помощи пьезоэлектрического излучателя ультразвука 14. В результате того, что силиконовая трубка теплообменника 5 емкости 4 является эластичной, образовавшийся лед отрывается от поверхности силиконовой трубки. Так как плотность льда меньше плотности воды, лед поднимается вверх в емкости 4, при помощи устройства для перемещения льда 15 лед перемещается, и через перегородку 2 вываливается в емкость 8. Уровень воды в емкости 4 поддерживается поступлением растопленной воды (водоледяной смеси) из емкости 8 циркуляционным насосом 9 и подачей холодной водопроводной воды в емкость 8 из емкости 12 при помощи циркуляционного насоса 13.Ice forms on the surface of the silicone tube of the heat exchanger 5 of the tank 4, the thickness of which should not exceed 3.5 cm, which is easily separated by means of a piezoelectric ultrasound emitter 14. As a result of the elasticity of the silicone tube of the heat exchanger 5 of the tank 4, the ice formed breaks off the surface silicone tube. Since the density of ice is less than the density of water, the ice rises up in container 4, with the help of the device for moving ice 15, the ice moves, and through the partition 2 it falls out into the container 8. The water level in the container 4 is maintained by the inflow of melted water (water-ice mixture) from the container 8 circulating pump 9 and supplying cold tap water to the container 8 from the container 12 using the circulation pump 13.

В емкости 8 установлен нагревательный элемент 10, который соединен с солнечным коллектором 11. В результате нагревания лед растапливается, переходит в жидкое состояние (температурой 0-1°С), и перекачивается из емкости 8 в емкость 4 при помощи циркуляционного насоса 9. В емкость 8 непрерывно подается холодная водопроводная вода из емкости 12 циркуляционным насосом 13. Цикл циркуляции воды замыкается.A heating element 10 is installed in the tank 8, which is connected to the solar collector 11. As a result of heating, the ice melts, turns into a liquid state (with a temperature of 0-1 ° C), and is pumped from the tank 8 to the tank 4 using the circulation pump 9. In the tank 8, cold tap water is continuously supplied from the tank 12 by the circulation pump 13. The water circulation cycle is closed.

Излишки водо-ледяной смеси из емкости 8 могут быть также использованы для охлаждения, например, молока, или для охлаждения помещений сельскохозяйственных объектов (на чертеже не указано).Excess water-ice mixture from tank 8 can also be used for cooling, for example, milk, or for cooling the premises of agricultural facilities (not shown in the drawing).

В емкости 6 установлен блок для электрофизического воздействия 21, который понижает температуру замерзания солевого раствора (антифриза), который затем поступает в силиконовую трубку теплообменника 5, для увеличения количества намораживаемого льда на ее поверхности и, тем самым, увеличивая количество получаемой энергии фазового перехода вода-лед.A block for electrophysical action 21 is installed in the tank 6, which lowers the freezing point of the saline solution (antifreeze), which then enters the silicone tube of the heat exchanger 5, to increase the amount of frozen ice on its surface and, thereby, increasing the amount of energy received from the water- ice.

В качество блока для электрофизического воздействия 21 может применяться сверхвысокочастотный генератор (частота магнетрона 2450 МГц, номинальная мощность – 800 Вт, продолжительность 120 с, объем раствора 50 мл), который понижает температуру замерзания эвтектического раствора концентрацией 23,1% с -21,2 до -25°С, а раствора концентрацией 20% – с -16,6 до -18,5°С. Также в качество блока для электрофизического воздействия 21 может применяться электрогидравлическая установка (напряженность 35 кВ, электрическая емкость 0,2 мкФ, расстояние воздушного зазора 10 мм, между электродами 10 мм, форма электродов «острие-плоскость», 1000 разрядов, объем 2,5 л), при электрогидравлическом воздействии на 20% раствор наблюдается понижение температуры замерзания с -16,6 до -19°С.A super-high-frequency generator (magnetron frequency 2450 MHz, rated power 800 W, duration 120 s, solution volume 50 ml) can be used as a block for electrophysical action 21, which lowers the freezing point of a eutectic solution with a concentration of 23.1% from -21.2 to -25 ° C, and a solution with a concentration of 20% - from -16.6 to -18.5 ° C. Also, an electro-hydraulic installation can be used as a block for electrophysical action 21 (voltage 35 kV, electric capacity 0.2 μF, air gap distance 10 mm, 10 mm between electrodes, shape of the electrodes "point-plane", 1000 discharges, volume 2.5 l), under electrohydraulic action on a 20% solution, a decrease in the freezing temperature from -16.6 to -19 ° C is observed.

Удельное тепловыделение при фазовом переходе вода-лед: λ=306 кДж/л = 0,085 кВт⋅ч/л. Для отопления дома 100 м2 требуется мощность 12,76 кВт. В сутки: 12,76⋅24= 306,24 кВт⋅ч. Для этого в одном цикле замерзания необходимо: 306,24 (кВт⋅ч)/ 0,085 (кВт⋅ч/л) = 3602,8 л льда. Объем выработки льда устройства для получения энергии фазового перехода вода-лед составит 150,1 л льда / ч.Specific heat release during the water-ice phase transition: λ = 306 kJ / l = 0.085 kWh / l. Heating a house of 100 m 2 requires a power of 12.76 kW. Per day: 12.76⋅24 = 306.24 kWh. To do this, in one freezing cycle, you need: 306.24 (kWh) / 0.085 (kWh / l) = 3602.8 liters of ice. The volume of ice production of the device for obtaining the energy of the water-ice phase transition will be 150.1 liters of ice / h.

При замораживании 10,75 кг воды выделяется 1 кВт⋅ч энергии. В одном цикле замерзания в сутки необходимо 10,75⋅306,24=3292,08 кг воды.Freezing 10.75 kg of water releases 1 kWh of energy. One freezing cycle per day requires 10.75⋅306.24 = 3292.08 kg of water.

Claims (1)

Устройство для получения энергии фазового перехода вода-лед, содержащее емкость, циркуляционный насос, отличающееся тем, что снабжено испарителем, теплообменниками, компрессором, конденсатором, дроссельным вентилем, солнечным коллектором, устройством для перемещения льда, при этом емкость устройства разделена перегородками с теплоизоляционным материалом на три емкости, емкость для воды с теплообменником с антифризом, емкость для антифриза с испарителем с фреоном и теплообменником с антифризом и емкость для сбора и растапливания льда, которые соединены трубками с циркуляционными насосами для циркуляции антифриза из емкости для антифриза в силиконовую трубку емкости для воды, для циркуляции водо-ледяной смеси из емкости для сбора и растапливания льда в емкость для воды, для циркуляции холодной водопроводной воды в емкость для сбора и растапливания льда, причем в емкости для антифриза установлен блок для электрофизического воздействия, понижающий температуру замерзания антифриза, увеличивая количество получаемой энергии фазового перехода вода-лед, а испаритель и теплообменник емкости для антифриза выполнены в виде трубок змеевикового типа, а теплообменник емкости для воды выполнен в виде гибкой гофрированной силиконовой трубки змеевикового типа с металлической вставкой, на поверхности которой образуется лед, а внутри нее циркулирует антифриз для переноса энергии фазового перехода вода-лед к теплообменнику потребителя, для отделения льда от поверхности трубки предусмотрен пьезоэлектрический излучатель ультразвука, который при помощи устройства для перемещения льда перемещается в емкость для сбора и растапливания льда, в котором установлен нагреватель, соединенный с солнечным коллектором.A device for obtaining energy of the water-ice phase transition, containing a container, a circulation pump, characterized in that it is equipped with an evaporator, heat exchangers, a compressor, a condenser, a throttle valve, a solar collector, a device for moving ice, while the capacity of the device is divided by partitions with heat-insulating material into three tanks, a water tank with a heat exchanger with antifreeze, an antifreeze tank with an evaporator with freon and an antifreeze heat exchanger and a tank for collecting and melting ice, which are connected by tubes with circulation pumps for circulating antifreeze from the antifreeze tank to the silicone tube of the water tank, for circulation of the ice-water mixture from the container for collecting and melting ice into the water container, for circulating cold tap water into the container for collecting and melting ice, and in the antifreeze container there is a block for electrophysical action that lowers the freezing point of antifreeze by increasing th amount of the received energy of the water-ice phase transition, and the evaporator and heat exchanger of the antifreeze tank are made in the form of coil-type tubes, and the heat exchanger of the water tank is made in the form of a flexible corrugated silicone coil-type tube with a metal insert, on the surface of which ice forms, and inside it circulates antifreeze to transfer the energy of the water-ice phase transition to the consumer's heat exchanger; to separate the ice from the tube surface, a piezoelectric ultrasound emitter is provided, which, with the help of a device for moving ice, is moved into a container for collecting and melting ice, in which a heater connected to the solar collector.
RU2019133602A 2019-10-23 2019-10-23 Apparatus for producing energy of water-ice phase transition RU2732581C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133602A RU2732581C1 (en) 2019-10-23 2019-10-23 Apparatus for producing energy of water-ice phase transition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133602A RU2732581C1 (en) 2019-10-23 2019-10-23 Apparatus for producing energy of water-ice phase transition

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732581C1 true RU2732581C1 (en) 2020-09-21

Family

ID=72922219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019133602A RU2732581C1 (en) 2019-10-23 2019-10-23 Apparatus for producing energy of water-ice phase transition

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732581C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2490567C1 (en) * 2012-09-10 2013-08-20 Сергей Викторович Коровкин Method of ice generation
CN107504552A (en) * 2017-09-15 2017-12-22 国网天津市电力公司电力科学研究院 A kind of solar energy earth source heat pump joint energy supplying system and its progress control method
RU2686717C1 (en) * 2018-11-20 2019-04-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет туризма и сервиса" (ФГБОУ ВО "РГУТИС") Apartment heating system
RU193062U1 (en) * 2019-07-17 2019-10-11 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Heat exchanger for water-ice phase transition energy

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2490567C1 (en) * 2012-09-10 2013-08-20 Сергей Викторович Коровкин Method of ice generation
CN107504552A (en) * 2017-09-15 2017-12-22 国网天津市电力公司电力科学研究院 A kind of solar energy earth source heat pump joint energy supplying system and its progress control method
RU2686717C1 (en) * 2018-11-20 2019-04-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет туризма и сервиса" (ФГБОУ ВО "РГУТИС") Apartment heating system
RU193062U1 (en) * 2019-07-17 2019-10-11 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Heat exchanger for water-ice phase transition energy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU193062U1 (en) Heat exchanger for water-ice phase transition energy
RU2686717C1 (en) Apartment heating system
US4474031A (en) Heatpump
RU194308U1 (en) Heat exchanger for water-ice phase transition energy
RU2732603C1 (en) Apparatus for producing energy of a water-ice phase transition
CN102095290B (en) Ice crystal evaporator and ice crystal water cooling device producing from same
KR101511432B1 (en) Cooling system for low-temperature warehouse and system for supplying hot water using the cooling system
RU192027U1 (en) HEAT EXCHANGE DEVICE FOR WATER TREATMENT SYSTEM BY RECRYSTALLIZATION METHOD
CN201569202U (en) Curtain falling type refrigeration controlling device for chiller
RU2732581C1 (en) Apparatus for producing energy of water-ice phase transition
RU2169032C1 (en) Device for effective preparation of fresh water by condensation of water vapor from air
RU2733527C1 (en) Device for obtaining energy of water-ice phase transition with thermoelectric module
RU2769853C2 (en) Device for producing energy of water-ice phase transition
RU2730865C1 (en) Apparatus for producing energy of a water-ice phase transition with a plate heat exchanger
RU2767525C1 (en) Ice generator on flat heat exchanger with electrophysical effect
JP2023501489A (en) A device that collects water vapor in the atmosphere
RU2715858C1 (en) Apparatus for producing energy of a water-ice phase transition
RU2655732C1 (en) Energy-saving refrigeration unit with combined natural and artificial cold accumulator for livestock farms
RU131465U1 (en) COLD BATTERY
RU2423824C1 (en) Refrigerating plant for milk cooling using natural and artificial cold
WO2015099547A1 (en) Feed collector, particularly for a multiple source heat pump
RU197873U1 (en) DEVICE FOR PRODUCING ICE WATER
Al Douri et al. Review regarding defrosting methods for refrigeration and heat pump systems
RU2168584C2 (en) Cold accumulating device
CN207649200U (en) Use the refrigerator of micro-channel heat exchanger evaporation condensed water