RU2769853C2 - Device for producing energy of water-ice phase transition - Google Patents

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

Info

Publication number
RU2769853C2
RU2769853C2 RU2019132935A RU2019132935A RU2769853C2 RU 2769853 C2 RU2769853 C2 RU 2769853C2 RU 2019132935 A RU2019132935 A RU 2019132935A RU 2019132935 A RU2019132935 A RU 2019132935A RU 2769853 C2 RU2769853 C2 RU 2769853C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ice
tank
water
heat exchanger
antifreeze
Prior art date
Application number
RU2019132935A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019132935A3 (en
RU2019132935A (en
Inventor
Ирина Георгиевна Ершова
Алексей Николаевич Васильев
Original Assignee
Ирина Георгиевна Ершова
Алексей Николаевич Васильев
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 Ирина Георгиевна Ершова, Алексей Николаевич Васильев filed Critical Ирина Георгиевна Ершова
Priority to RU2019132935A priority Critical patent/RU2769853C2/en
Publication of RU2019132935A publication Critical patent/RU2019132935A/en
Publication of RU2019132935A3 publication Critical patent/RU2019132935A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2769853C2 publication Critical patent/RU2769853C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D15/00Other domestic- or space-heating systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25CPRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C1/00Producing ice
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25CPRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C1/00Producing ice
    • F25C1/12Producing ice by freezing water on cooled surfaces, e.g. to form slabs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: invention relates to refrigeration equipment; it can be used in agriculture, namely at enterprises of the agro-industrial complex and in thermal accumulator systems, as well as for heating industrial and infrastructure facilities. The technical objective of the present invention is to use the energy of a water-ice phase transition for heating agricultural facilities, at enterprises of the agro-industrial complex and in thermal accumulator systems, as well as for heating industrial and infrastructure facilities. A device contains tank 1, circulation pumps 9, 13, 17, evaporator 7, heat exchanger 5, compressor 18, condenser 19, throttle valve 20, solar collector 11 and device for moving ice 15. Tank 1 is divided by partitions 2 and 3 with thermal insulation material into three tanks: tank 4 for water with heat exchanger 5, tank 6 for antifreeze with evaporator 7 and tank 8 for collecting and melting ice, which are connected by tubes to circulation pumps for circulating antifreeze from tank 6 for antifreeze with evaporator 7 into a silicone tube of tank 4 for water with heat exchanger 5, for circulating a water-ice mixture from tank 8 for collecting and melting ice into tank 4 for water with heat exchanger 5, for circulating cold tap water into tank 8 for collecting and melting ice. In tank 6 for antifreeze with evaporator 7, block for electrophysical action 21 is installed, which lowers the freezing point of antifreeze, increasing the amount of energy received from the water-ice phase transition. Evaporator 7 is made in the form of a coil-type tube. The heat exchanger 5 is made in the form of a flexible corrugated silicone tube of a coil type with a metal insert, on the surface of which ice is formed, and antifreeze is circulated inside it to transfer the energy of the water-ice phase transition to consumer heat exchanger 16. To separate ice from the surface of the tube, piezoelectric ultrasound emitter 14 is provided, which, using ice moving device 15, is moved into tank 8 for collecting and melting ice, in which heater 10 is installed connected to solar collector 11.
EFFECT: 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 thermal accumulator systems, as well as for heating industrial and infrastructure facilities.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использована 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 engineering and can be used in agriculture, namely in the agro-industrial complex and in heat accumulator systems, 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.A heating system of a residential building is known, containing a pool located in the basement of the house, in which the water-ice-water system is located, a heat pump located with the possibility of cooling the air in the air layer located above the upper layer of water, and heating the air in the heated room (RF patent No. 2412401, IPC F24D 15/04, published on February 20, 2011. Bull. No. 5). The system comprises a water pump installed with the possibility of pumping 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 connected to the atmosphere.

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

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).An ice generator and a method for generating ice are known, containing a heat exchanger, a source water supply system and an ice removal means, a closed circuit, which is formed by a container for accommodating source water and generated ice, a supply pipeline, a flow pump, a heat exchanger, a valve and an outlet pipe (RF patent No. 2454616, IPC F25C 1/12, F25C 5/18, published 06/27/2012, 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 you to get ice without using the energy of the phase transition water-ice, low productivity, 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 generation device that contains an elastic membrane, a pump, a nozzle, water, a housing, a refrigerant, a layer of water and ice flakes (RF patent No. 2490567, IPC F25C 1/00, F25C 1/12, published on August 20, 2013. Bulletin No. 23). In the device, water is supplied to the outer surface of the elastic membrane by a pump through a nozzle, which evenly irrigates the outer surface of the membrane. The membrane is installed on the housing, where the 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 periodic 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 the use of 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, хладагентом, испарителем, теплообменником, компрессором, конденсатором, дроссельным вентилем, солнечным коллектором, устройством для перемещения льда, циркуляционными насосами, позволяющими получать энергию фазового перехода вода-лед.As a result of using the invention, it becomes possible to obtain the energy of the 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, refrigerant, an evaporator, a heat exchanger, a compressor, a condenser, a throttle valve, a solar collector, an ice moving device, circulation pumps that allow to receive energy from the water-ice phase transition.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для получения энергии фазового перехода вода-лед, содержащее емкость, циркуляционный насос, согласно изобретению снабжено испарителем, теплообменником, 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, емкость для антифриза с испарителем, и емкость для сбора и растапливания льда, которые соединены трубками с циркуляционными насосами для циркуляции антифриза из емкости для антифриза с испарителем в силиконовую трубку емкости для воды с теплообменником, для циркуляции водоледяной смеси из емкости для сбора и растапливания льда в емкость для воды с теплообменником, для циркуляции холодной водопроводной воды в емкость для сбора и растапливания льда, причем в емкости для антифриза с испарителем установлен блок для электрофизического воздействия, понижающий температуру замерзания антифриза, увеличивая количество получаемой энергии фазового перехода вода-лед, а испаритель выполнен в виде трубки змеевикового типа, а теплообменник 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, a circulation pump, according to the invention, is equipped with an evaporator, a heat exchanger, a compressor, a condenser, a throttle valve, a solar collector, a device for moving ice, while the device's capacity divided by partitions with thermal insulation material into three tanks, a water tank with a heat exchanger, an antifreeze tank with an evaporator, and a tank for collecting and melting ice, which are connected by pipes with circulation pumps for circulating antifreeze from the antifreeze tank with an evaporator to the silicone tube of the water tank with a heat exchanger, for circulating a water-ice mixture from a tank for collecting and melting ice into a tank for water with a heat exchanger, for circulating cold tap water into a tank for collecting and melting ice, moreover, an electric power unit is installed in the tank for antifreeze with an evaporator physical impact, lowering the freezing point of antifreeze, increasing the amount of energy received from the water-ice phase transition, and the evaporator is made in the form of a coil-type tube, and the heat exchanger is made in the form of a flexible corrugated coil-type silicone tube with a metal insert, on the surface of which ice forms, and inside antifreeze circulates in it to transfer the energy of the water-ice phase transition to the heat exchanger of the consumer, to separate ice from the surface of the tube, a piezoelectric ultrasound emitter is provided, which, using an ice moving device, moves to 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 силиконовой трубки, 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 silicone tube, in which antifreeze circulates, on the surface of which ice is formed, which is easily separated from the surface of the silicone tube by exposure to a piezoelectric ultrasound emitter. 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 the General scheme of the device for obtaining the 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 4 с теплообменником 5 заполнена водой. Емкость 6 с испарителем 7 заполнена 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. Tank 1 is divided by partitions 2 and 3, also covered with heat-insulating material, into three tanks. Tank 4 with heat exchanger 5 is filled with water. Tank 6 with evaporator 7 is filled 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 may be, but is not limited to, 20% NaCl saline solution.

При этом емкости 4 и 8 соединены трубкой с циркуляционным насосом 9 для перекачки водоледяной смеси из емкости 8 в емкость 4, которая образовалась при растапливании льда с помощью нагревателя 10, который соединен с солнечным коллектором 11.At the same time, tanks 4 and 8 are connected by a tube to a circulation pump 9 for pumping the water-ice mixture from tank 8 to tank 4, which was formed during the melting of ice using a heater 10, which is connected to a solar collector 11.

В емкости 4 расположен теплообменник 5 змеевикового типа из силиконовой трубки, 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 made of a silicone tube 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 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°С; в неотопительный период - 15°С (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 tank 8 from tank 12 by means of a circulation pump 13. Moreover, the temperature of cold water in the water supply network during the heating season is 5°C; in the non-heating period - 15 ° С (Decree of the Government of the Russian Federation No. 306 dated 05/23/2006 (as amended on 04/16/2013) "On approval of the Rules for establishing and determining standards for the consumption of utilities").

Излишки водоледяной смеси из емкости 8 перекачиваются для потребителя, например, для охлаждения молока, или для охлаждения помещений сельскохозяйственных объектов (на чертеже не указано).Excess water-ice mixture from the tank 8 is pumped to the consumer, for example, to cool milk, or to cool the premises of agricultural facilities (not indicated in the drawing).

Лед, образовавшийся на поверхности силиконовой трубки теплообменника 5, легко отделяется при помощи пьезоэлектрического излучателя ультразвука 14, и отрывается от поверхности силиконовой трубки теплообменника 5. Так как плотность льда меньше плотности воды, лед поднимается вверх в емкости 4, 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.The ice formed on the surface of the silicone tube of the heat exchanger 5 is easily separated by the piezoelectric ultrasonic emitter 14, and detached from the surface of the silicone tube of the heat exchanger 5. Since the density of ice is less than the density of water, the ice rises up in the tank 4, using the ice moving device 15 the ice moves and falls out into the container 8. The ice moving device 15 can be in the form of a rotating auger or other device. Also, to move the 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 емкость 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 heat exchanger 16. The spent antifreeze is returned to the tank 6.

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

В емкости 6 расположен испаритель 7 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 7 in which the refrigerant circulates. The refrigerant used may be R410a freon, but is not limited to it.

С наружной стороны емкости 1 со стороны емкости с антифризом 6 расположены компрессор 18, конденсатор 19, дроссельный вентиль 20.Compressor 18, condenser 19, and throttle valve 20 are located on the outside of tank 1 on the side of tank with antifreeze 6.

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 in and supplied to the consumer (position not shown in the drawing). The consumer can be, for example, the heating system of an agricultural facility, as well as industrial and infrastructure facilities.

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 unit for electrophysical action 21 is installed in the container 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-phase transition. ice.

Работает устройство для получения энергии фазового перехода вода-лед следующим образом.Works device for energy phase transition water-ice as follows.

При поступлении фреона в испаритель 7 емкости 6 происходит его испарение, в результате чего выделившееся тепло поглощается антифризом емкости 6. Компрессор 18 откачивает пары фреона из испарителя 7 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.When freon enters the evaporator 7 of the tank 6, it evaporates, as a result of which the released heat is absorbed by the antifreeze of the tank 6. The compressor 18 pumps out the freon vapor from the evaporator 7 of the tank 6 and pumps them into the condenser 19. In the condenser 19, the freon vapor is cooled, condensed and transferred to liquid state, while the released heat is taken and supplied to the consumer (position not shown in the drawing). The consumer can be, for example, the heating system of an agricultural facility, as well as industrial and infrastructure facilities.

Далее жидкий фреон через дроссельный вентиль 20 подается в испаритель 7 емкости 6. На входе фреона в испаритель 7 емкости 6 его давление падает с давления конденсации до давления кипения фреона, происходит вскипание фреона, поступая в трубку испарителя 7 фреон кипит, энергия, необходимая для кипения, в виде тепловой энергии, забирается от поверхности испарителя 7, охлаждая змеевиковую трубку испарителя 7. Цикл циркуляции фреона замыкается.Further, liquid freon is fed through the throttle valve 20 to the evaporator 7 of the tank 6. At the inlet of the freon to the evaporator 7 of the tank 6, its pressure drops from the condensation pressure to the freon boiling pressure, the freon boils, entering the evaporator tube 7, the freon boils, the energy required for boiling , in the form of thermal energy, is taken from the surface of the evaporator 7, cooling the coiled tube of the evaporator 7. The freon circulation cycle is closed.

Охлажденный антифриз температурой -20°С из емкости 6 перекачивается в силиконовую трубку 5 емкости 4 циркуляционным насосом 17, которая заполнена водой. Емкости 6 и 4 полностью перекрыты перегородкой 3.Cooled antifreeze at a temperature of -20°C is pumped from tank 6 into silicone tube 5 of tank 4 by circulation pump 17, which is filled with water. Tanks 6 and 4 are completely covered by 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 емкость 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 the cooled antifreeze enters the heat exchanger 5 of the container 4, ice forms on the surface of the silicone tube as a result of a decrease in temperature. At the same time, 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 transferred to the heat exchanger of the consumer 16. The spent antifreeze in the form of a liquid is fed into the tank 6. Cycle antifreeze circulation is closed.

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

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. Излишки водоледяной смеси из емкости 8 могут быть также использованы для охлаждения, например, молока, или для охлаждения помещений сельскохозяйственных объектов (на чертеже не указано).On the surface of the silicone tube of the heat exchanger 5 of the tank 4, ice is formed, the thickness of which should not exceed 3.5 cm, which is easily separated using a piezoelectric ultrasound emitter 14. As a result of the fact that the silicone tube of the heat exchanger 5 of the tank 4 is elastic, the ice formed is detached from the surface silicone tube. Since the density of ice is less than the density of water, ice rises up in tank 4, with the help of an ice moving device 15, the ice moves, and falls through the partition 2 into tank 8. The water level in tank 4 is maintained by the flow of melted water (water-ice mixture) from tank 8 circulating pump 9, and supplying cold tap water to tank 8 from tank 12 using circulation pump 13. Excess water-ice mixture from tank 8 can also be used to cool, for example, milk, or to cool the premises of agricultural facilities (not indicated in the drawing) .

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 4 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 (at a temperature of 0-1 ° C), and is pumped from the tank 8 to the tank 4 using a circulation pump 9. Into the tank 4, cold tap water is continuously supplied from the tank 12 by the circulation pump 13. The water circulation cycle is closed.

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 unit for electrophysical action 21 is installed in the container 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-phase transition. 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 microwave generator (magnetron frequency 2450 MHz, rated power 800 W, duration 120 s., solution volume 50 ml) can be used as a block for electrophysical influence 21, which lowers the freezing point of the 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, as a block for electrophysical impact 21, an electro-hydraulic installation can be used (voltage 35 kV, electric capacitance 0.2 μF, air gap distance 10 mm, between electrodes 10 mm, shape of the electrodes "point-plane", 1000 discharges, volume 2.5 l), with electro-hydraulic action on a 20% solution, a decrease in the freezing point 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. For this, in one freezing cycle, it is necessary: 306.24 (kWh) / 0.085 (kWh / l) \u003d 3602.8 liters of ice. The volume of ice production of the device for obtaining the energy of the phase transition water-ice will be 150.1 l 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. In one freezing cycle, 10.75⋅306.24=3292.08 kg of water is needed per day.

Разработанное техническое решение может быть использовано для создания тепловых насосов, использующих энергию фазового перехода вода-лед, для отопления сельскохозяйственных объектов, а также для получения водоледяной смеси для охлаждения продуктов в сельскохозяйственном производстве.The developed technical solution can be used to create heat pumps using the energy of the water-ice phase transition for heating agricultural facilities, as well as to obtain a water-ice mixture for cooling products in agricultural production.

Claims (1)

Устройство для получения энергии фазового перехода вода-лед, содержащее емкость, циркуляционный насос, отличающееся тем, что снабжено испарителем, теплообменником, 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, емкость для антифриза с испарителем и емкость для сбора и растапливания льда, которые соединены трубками с циркуляционными насосами для циркуляции антифриза из емкости для антифриза с испарителем в силиконовую трубку емкости для воды с теплообменником, для циркуляции водоледяной смеси из емкости для сбора и растапливания льда в емкость для воды с теплообменником, для циркуляции холодной водопроводной воды в емкость для сбора и растапливания льда, причем в емкости для антифриза с испарителем установлен блок для электрофизического воздействия, понижающий температуру замерзания антифриза, увеличивая количество получаемой энергии фазового перехода вода-лед, а испаритель выполнен в виде трубки змеевикового типа, а теплообменник 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 которой 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, a heat exchanger, a compressor, a condenser, a throttle valve, a solar collector, a device for moving ice, while the container of the device is divided by partitions with heat-insulating material into three tanks, a water tank with a heat exchanger, an antifreeze tank with an evaporator and a tank for collecting and melting ice, which are connected by pipes with circulation pumps for circulating antifreeze from the antifreeze tank with an evaporator to the silicone tube of the water tank with a heat exchanger, for circulating the water-ice mixture from a tank for collecting and melting ice into a tank for water with a heat exchanger, for circulating cold tap water into a tank for collecting and melting ice, and in the tank for antifreeze with an evaporator there is a block for electrophysical action that lowers the freezing point of antifreeze, increasing the amount of energy received from the water-ice phase transition, and the evaporator is made in the form of a coil-type tube, and the heat exchanger is made in the form of a flexible corrugated coil-type silicone tube with a metal insert, on the surface of which ice forms, and antifreeze circulates inside it to transfer the energy of the phase transition water-ice to the heat exchanger of the consumer, to separate ice from the surface of the tube, a piezoelectric ultrasound emitter is provided, which, using an ice moving device, moves to a container for collecting and melting ice, in which a heater connected to a solar collector is installed.
RU2019132935A 2019-10-17 2019-10-17 Device for producing energy of water-ice phase transition RU2769853C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132935A RU2769853C2 (en) 2019-10-17 2019-10-17 Device for producing energy of water-ice phase transition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132935A RU2769853C2 (en) 2019-10-17 2019-10-17 Device for producing energy of water-ice phase transition

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019132935A RU2019132935A (en) 2021-04-19
RU2019132935A3 RU2019132935A3 (en) 2021-10-04
RU2769853C2 true RU2769853C2 (en) 2022-04-07

Family

ID=75495434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019132935A RU2769853C2 (en) 2019-10-17 2019-10-17 Device for producing energy of water-ice phase transition

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2769853C2 (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
CN207163022U (en) * 2017-08-15 2018-03-30 依科瑞德(北京)能源科技有限公司 The heat pump being combined using water-ice phase transformation heat of solidification and heat pipe
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

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
CN207163022U (en) * 2017-08-15 2018-03-30 依科瑞德(北京)能源科技有限公司 The heat pump being combined using water-ice phase transformation heat of solidification and heat pipe
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

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019132935A3 (en) 2021-10-04
RU2019132935A (en) 2021-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU193062U1 (en) Heat exchanger for water-ice phase transition energy
US7617697B2 (en) In-ground geothermal heat pump system
RU2686717C1 (en) Apartment heating system
US4412426A (en) Wiser cooling system
Eames et al. An experimental investigation into the integration of a jet-pump refrigeration cycle and a novel jet-spay thermal ice storage system
RU194308U1 (en) Heat exchanger for water-ice phase transition energy
RU2732603C1 (en) Apparatus for producing energy of a water-ice phase transition
KR101511432B1 (en) Cooling system for low-temperature warehouse and system for supplying hot water using the cooling system
RU2769853C2 (en) Device for producing energy of water-ice phase transition
RU2767525C1 (en) Ice generator on flat heat exchanger with electrophysical effect
RU2732581C1 (en) Apparatus 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
RU2715858C1 (en) Apparatus for producing energy of a water-ice phase transition
RU2733527C1 (en) Device for obtaining energy of water-ice phase transition with thermoelectric module
RU2423824C1 (en) Refrigerating plant for milk cooling using natural and artificial cold
WO2015099547A1 (en) Feed collector, particularly for a multiple source heat pump
Slama Refrigerator Coupling to a Water-Heater and Heating Floor to Save Energy and to Reduce Carbon Emissions
RU2168584C2 (en) Cold accumulating device
JPH10205834A (en) Cold heat apparatus and refrigerating equipment
CN207649200U (en) Use the refrigerator of micro-channel heat exchanger evaporation condensed water
WO2008108744A1 (en) Device for deicing an air-cooler for the refrigerated showcase of shop equipment
EP0349576A1 (en) Method for recovering latent heat from a heat transfer medium.
RU2256036C1 (en) Autonomous device for condensation of fresh water from atmosphere
CN205138004U (en) Evaporative condenser
RU2601003C2 (en) Plant for desalination and purification of water at agricultural objects

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant