SI25712A - Metoda prenosa toplote v združeni strukturi toplotnega regeneratorja in izvedba toplotnega regeneratorja - Google Patents

Metoda prenosa toplote v združeni strukturi toplotnega regeneratorja in izvedba toplotnega regeneratorja Download PDF

Info

Publication number
SI25712A
SI25712A SI201800199A SI201800199A SI25712A SI 25712 A SI25712 A SI 25712A SI 201800199 A SI201800199 A SI 201800199A SI 201800199 A SI201800199 A SI 201800199A SI 25712 A SI25712 A SI 25712A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
fluid
heat
regenerator
primary
heat exchanger
Prior art date
Application number
SI201800199A
Other languages
English (en)
Inventor
Andrej Kitanovski
Urban Tomc
Katja Klinar
Joško Valentinčič
Franc MAJDIČ
Izidor Sabotin
Jure Mencinger
Original Assignee
Gorenje Gospodinjski Aparati, D.O.O.
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 Gorenje Gospodinjski Aparati, D.O.O. filed Critical Gorenje Gospodinjski Aparati, D.O.O.
Priority to SI201800199A priority Critical patent/SI25712A/sl
Priority to EP19794721.1A priority patent/EP3847361A1/en
Priority to PCT/SI2019/050018 priority patent/WO2020050780A1/en
Priority to CN201980057922.7A priority patent/CN112654778B/zh
Priority to US17/273,099 priority patent/US12000663B2/en
Publication of SI25712A publication Critical patent/SI25712A/sl

Links

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
    • F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
    • F28D17/02—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles using rigid bodies, e.g. of porous material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/003—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • 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
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/10—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by imparting a pulsating motion to the flow, e.g. by sonic vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/16—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying an electrostatic field to the body of the heat-exchange medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/30—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
    • F02G2243/50—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders having resonance tubes
    • F02G2243/54—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders having resonance tubes thermo-acoustic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2257/00—Regenerators
    • 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
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • 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
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/003—Gas cycle refrigeration machines characterised by construction or composition of the regenerator
    • 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
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1415—Pulse-tube cycles characterised by regenerator details
    • 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
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/001—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using electro-caloric effects
    • 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
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
    • 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
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Predmet izuma je metoda prenos toplote v združeni strukturi toplotnega regeneratorja in izvedba le-tega, to je pripadajočih toplotnih regeneratorjev, ki delujejo na osnovi opisane metode in omogočajo zmanjšanje padca tlaka pri toku tekočine skozi toplotni regenerator in povečanje gostote moči. Koncept delovanja toplotnega regeneratorja po izumu, pri katerem se za oscilacijo toka primarne - prve - tekočine P uporabijo elektro-mehanski elementi. V ohišju (1) sta med elementoma (2) za oscilacijo primarne -prve - tekočine (P) nameščena primarni topli prenosnik (PT) toplote in primarni hladni prenosnik (PH) toplote. V smeri puščice (A) prihaja enosmerni tok sekundarne - druge - tekočine S iz ponora toplote v primarni hladni prenosnik (PH) toplote in v smeri puščice (B) izhaja enosmerni tok sekundarne - druge - tekočine S iz primarnega hladnega prenosnika (PH) toplote proti izvoru toplote, medtem ko v smeri puščice (C) vstopa enosmerni tok sekundarne - druge - tekočine (S) v primarni topli prenosnik (PT)toplote in izhaja v smeri puščice (D) kot enosmerni tok sekundarne - druge - tekočine (S) iz primarnega toplega prenosnika (PT) toplote proti ponoru toplote. Med obema primarnima prenosnikoma (PT, PH) toplote je porozni regenerativni material, kjer je nameščen regenerator (4) s hidravlično ločenimi deli.

Description

METODA PRENOSA TOPLOTE V ZDRUŽENI STRUKTURI TOPLOTNEGA REGENERATORJA IN IZVEDBA LE-TEGA
Predmet izuma je metoda prenosa toplote v združeni strukturi toplotnega regeneratorja in izvedba le-tega, to je izvedba pripadajočih toplotnih regeneratorjev, ki delujejo na osnovi opisane metode in omogočajo zmanjšanje padca tlaka pri toku tekočine skozi toplotni regenerator in povečanje gostote moči. Izum podaja novo metodo za delovanje toplotnih pasivnih in aktivnih regeneratorjev, ki omogoča bistveno nižje viskozne (tlačne) izgube pri črpanju tekočine, ker tekočina ne oscilira vzdolž regeneratorja (v smeri temperaturnega gradienta, ki se vzpostavi v regeneratorju), temveč oscilira pravokotno na dolžino (pravokotno na smer temperaturnega gradienta v regeneratorju).
Toplotni regeneratorji so posebna vrsta prenosnikov toplote, ki služijo za časovno izmenično shranjevanje in oddajanje toplote. V glavnem ločimo dve vrsti regeneratorjev: statične regeneratorje (slika 1) in premikajoče se regeneratorje. Statični regeneratorji so sestavljeni iz porozne strukture, skozi katero oscilira tok tekočine. Tekočina pri tem oddaja toploto porozni strukturi ali sprejema shranjeno toploto iz porozne strukture. Uporabo statičnega regeneratorja je prvi uvedel Robert Stirling leta 1816. Torej gre za znano tehnologijo.
Pri tehnologijah, kot so na primer Stirlingove naprave ali termoakustične naprave, oscilira plin (tudi do 60 Hz) skozi porozno matrico regeneratorja, pri tem pa se na eni izmed strani regeneratorja nahaja ponor toplote (ali topli prenosnik toplote, preko katerega se toplota odvaja iz sistema), ter na drugi strani regeneratorja izvor toplote (ali hladni prenosnik toplote, preko katerega se toplota dovaja v sistem). Pri tem velja omeniti tudi tehnologijo pulznih cevi (ang. pulse tube). To lahko na primer med drugim vidimo v sledečih patentih (US2016281638 (A1), CN105841421 (A), CN105508077 (A), VVO2016146580 (A1), JP2013167220 (A), US2012151912 (A1), US2011314805 (A1), VV02010139316 (A2), JP2013117321 (A), US6560970 (B1), US2011100023 (A1), US2003196441 (A1), US2017045274 (A1), US2014238047 (A1), US2013291565 (A1)).
Številne različne izvedbe regeneneratorjev zasledimo tudi v svetovni literaturi (R K. Shah, D. E. Metzger (Ed); Regenerative and recuperative heat exchangers, Američan Society of Mechanical Engineers ASME, 1981, p.86; M. B. Ibrahim, R. C. Tew Jr., Stirling Convertor Regenerators, 1st Edition, CRC Press; 2011; p. 487; D. Beck, D. G. Wilson, Gas-Turbine Regenerators, 1 st ed., 1996, Springer, p. 250; F. W. Schmidt, J. A. VVillmott, Regenerative and recuperative heat exchangers, Series in thermal and fluids engineering, ASME, 1981; p. 352; B. S. Baclic, G. D. Dragutinovic, Operation of Counterflovv Regenerators, Computational Mechanics, Developments in Heat Transfer, Vol 4, 1998, p.208)
Skupno vsem danes poznanim rešitvam regeneratorjev je zagotavljanje ustrezno velike temperaturne razlike med izvorom in ponorom toplote (drugače naprava ne bi delovala). To zahteva tako konstrukcijo porozne matrice regeneratorja, ki omogoča zadostno površino za prenos toplote med regeneratorjem in tekočino, ter tudi ustrezno dolžino regeneratorja.
Tok tekočine se v vseh znanih primerih vrši vzdolž dolžine regeneratorja (slika 1). Večje, kot je število ciklov v časovni enoti (frekvenca), med katerimi se toplota oddaja ali prejema s strani regeneratorja, hitreje mora tekočina potovati. S povečevanjem frekvence namreč povečamo gostoto moči, t.j. specifično moč glede na maso materiala regeneratorja. Ker gre za porozno strukturo je jasno, da hitro osciliranje tekočine skozi porozno strukturo vodi do bistveno večjih tlačnih izgub, ki so posledica viskoznih sil. To posledično pomeni notranjo (nezaželeno) generacijo toplote, in tudi signifikantno znižanje izkoristka naprave.
Statični regeneratorji se uporabljajo tudi pri t.i. kaloričnih tehnologijah, ki jih nadalje delimo na magnetokalorične, elektrokalorične, barokalorične, elastokalorične in multikalorične. Ker gre pri vseh omenjenih tehnologijah za posebno vrsto regeneratorjev, ki se pod vplivom spremembe zunanjih sil ali polj ohlajajo ali ogrevajo, imenujemo te vrste regeneratorjev aktivni kalorični regeneratorji. Prva, ki sta predlagala uvedbo aktivnega (magnetokaloričnega) regeneratorja, sta bila J.A. Barclay in W.A. Steyert, in sicer leta 1982 (US 4.332.135). Pasivni regenerator je vsak regenerator toplote, ki ni kaloričen. Torej po definiciji pasivni kalorični regeneratorji ne obstajajo.
Tudi pri kaloričnih regeneratorjih oscilira tok tekočine skozi porozno matrico in sicer v smeri temperaturnega gradienta, torej v smeri vzdolž regeneratorja. Večletne raziskave na tem področju so pokazale, da je za učinkovit prenos toplote potrebna porozna struktura, ki ima poroznost v območju od 20 do 40 % (A. Kitanovski, J. Tušek, U. Tomc, U. Plaznik, M. Ožbolt, A. Poredoš, Magnetocaloric Energy Conversion: from Theory to Applications, Springer International Publishing, 2015, p.456)
Za učinkovit prenos toplote se pri kaloričnih regeneratorjih običajno uporabljajo kapljevine (npr. voda, voda z aditivi proti zamrzovanju, olja, tekoče kovine, hladilna sredstva hladilnih sistemov itd). V želji po čim večji gostoti moči mora tekočina v aktivnem kaloričnem regeneratorju čim hitreje oscilirati oziroma se gibati skozi omenjeni regenerator. Omenjeni regenerator pa mora imeti za dober prenos toplote kar se da veliko površino prenosa toplote, kar posledično predstavlja majhno poroznost regeneratorja. Ker imajo kapljevine večjo viskoznost kot plini, se pri oscilaciji kapljevin skozi aktivne regeneratorje z majhno poroznostjo pojavljajo težave, ki so vezane na viskozne izgube. Te pa povzročajo neželeno generiranje toplote (zaradi disipacije energije) in močan padec tlaka oziroma povečanje potrebne moči črpalnih mehanizmov za črpanje kapljevine skozi regenerator. Oboje omejuje učinkovitost regeneratorjev, saj lahko zaradi ohranjanja učinkovitosti v njih običajno kapljevina oscilira le do okoli 5 Hz (število termodinamičnih ciklov na enoto časa).
Temu sledi zmožnost delovanja predvsem pri nižjih frekvencah. To dejstvo tako močno omejuje delovanje kalorične naprave, da je le ta zmožna delovati predvsem pri nižjih frekvencah. Kot je razvidno iz slike 2, običajna vrsta magnetokaloričnega regeneratorja ne omogoča učinkovitega delovanja pri visokih frekvencah oz. večjem številu (številu termodinamičnih ciklov na enoto časa). Če sledimo krivulji za specifično moč na enoto mase magnetokaloričnega materiala, le ta prične padati pri višjih frekvencah obratovanja (med 8 in 10 Hz na sliki 2). Razlog zato je v že omenjenem povečanem trenju tekočine in generaciji toplote zaradi disipacije energije. Če pa povečamo poroznost regeneratorja, se s tem sicer zmanjšajo viskozne izgube, zmanjša pa se tudi površina prenosa toplote. Še bolj očiten kot sama hladilna moč je torej padec učinkovitosti hladilnega cikla (razmerje hladilne moči in vložene moči magnetnega dela in črpalke), ki jo določamo preko hladilnega števila COP. Brez upoštevanja moči črpalke je lahko hladilno število bistveno višje. Razlog za tak občuten padec učinkovitosti je torej v črpalnih izgubah, ki so posledica viskoznih izgub zaradi oscilacije tekočine skozi porozno strukturo regeneratorja. Višja kot je frekvenca, bolj očitne so izgube.
Pregled svetovne literature, kot tudi prijavljenih patentov (npr. A.Kitanovski, J. Tušek, U. Tomc, U. Plaznik, M. Ožbolt, A. Poredoš, Magnetocaloric Energy Conversion: from Theory to Applications, Springer International Publishing, 2015,
p.456; DE 3833251 C1, EP 2615393 A2, SI24240 A, US5743095, US6022486, US2004/0093877 A1, US2010/0107654 A1, US2012/0079834 A1,
US2012/0222427 A1, US2013/0247588 A1, US2016/0069596 A1,
US2017/0130999 A1, WO2017/162768 A1) kaže na dejstvo, da so vsi kalorični regeneratorji izvedeni na način, da tekočina oscilira vzdolž regeneratorja, torej v smeri v kateri se v celotnem regeneratorju pri stacionarnem obratovanju vzpostavi temperaturni gradient.
Kljub temu, da oscilacija tekočine vzdolž matrice regeneratorja povzroča generiranje toplote in velike tlačne izgube, ni niti v patentnih dokumentih, niti v svetovni literaturi zaslediti, da bi bila uporabljena drugačna metoda gibanja tekočine skozi regenerator.
Metoda prenosa toplote z enosmernim tokom tekočine v združeni strukturi toplotnega regeneratorja po izumu podaja nov način delovanja toplotnih pasivnih in aktivnih regeneratorjev, ki omogoča bistveno nižje viskozne (tlačne) izgube pri črpanju tekočine. Bistvo metode po izumu je v tem, da tekočina ne oscilira vzdolž regeneratorja (smeri temperaturnega gradienta, ki se vzpostavi v regeneratorju), temveč oscilira bistveno pravokotno na vzdolžno os (pravokotno na smer temperaturnega gradienta v celotnem regeneratorju).
Pri metodi po izumu sta uporabljeni dve (primarna in sekundarna) tekočini, ki prenašata toploto v strukturi regeneratorja, ki je sestavljena iz regeneratorja, sestavljenega iz več ločenih hidravlično ločenih prekatov in štirih prenosnikov toplote: primarni hladni prenosnik PH toplote, primarni topli prenosnik PT toplote, sekundarni hladni prenosnik SH toplote in sekundarni topli prenosnik ST toplote. Primarna (prva) tekočina P oscilira po širini porozne strukture v regeneratorju in prenaša toploto iz primarnega hladnega prenosnika PH toplote v primarni topli prenosnik PT toplote. Na ta način naredi enak volumen tekočine v enem ciklu veliko krajšo pot kot pri do sedaj znani rešitvi (ki je shematsko prikazana na sliki 1), medtem ko sekundarna tekočina kroži (enosmerni tok) in potuje skozi vse štiri prenosnike PH, PT, SH, ST toplote.
Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi predlagane metode sestoji iz:
• porozne strukture regeneratorja, sestavljenega iz hidravlično ločenih delov, ki onemogočajo vzdolžni tok primarne - prve - tekočine P, ki je delovna tekočina v regeneratorju;
• primarnega toplega prenosnika PT toplote, ki v primeru hladilne naprave ali toplotne črpalke omogoča prenos toplote iz oscilirajočega toka primarne - prve tekočine P na enosmerni tok sekundarne - druge -tekočine S na topli strani porozne strukture regeneratorja;
• primarnega hladnega prenosnika PH toplote, ki v primeru hladilne naprave ali toplotne črpalke omogoča prenos toplote iz enosmernega toka sekundarne druge -tekočine S na oscilirajoči tok primarne - prve - tekočine P na hladni strani porozne strukture regeneratorja;
• sekundarnega hladnega prenosnika SH toplote, ki je nameščen na strani izvora toplote in služi v primeru hladilne naprave ali toplotne črpalke za dovod toplote v sekundarno (drugo) tekočino S;
• sekundarnega toplega prenosnika ST toplote, ki je nameščen na strani ponora toplote in služi v primeru hladilne naprave ali toplotne črpalke za odvod toplote iz sekundarne - druge -tekočine S;
• sekundarne - druge -tekočine S, ki povezuje izvor in ponor toplote preko prenosnikov PT in PH toplote;
• toka sekundarne - druge -tekočine S skozi primarni topli prenosnik PT toplote, ki je nasprotno usmerjen svojemu toku sekundarne - druge -tekočine S v primarnem hladnem prenosniku PH;
• sistema za črpanje sekundarne - druge - tekočine S;
• sistema za oscilacijo primarne - prve - tekočine P.
Izum bomo podrobneje obrazložili na osnovi izvedbenega primera in pripadajočih slik, od katerih kaže:
slika 1 primer statičnega regeneratorja z oscilacijo toka tekočine (znano stanje);
slika 2 graf delovanja kalorične naprave v odvisnosti od frekvence (števila termodinamičnih ciklov na enoto časa);
slika 3 princip delovanja toplotnega regeneratorja po metodi za prenos toplote po izumu;
slika 4A osnovni primer delovanja po konceptu izuma, pri katerem oscilacija toka primarne - prve - tekočine P temelji na delovanju elektro-mehanskih elementov;
slika 4B izvedbeni primer delovanja po konceptu izuma, pri katerem oscilacija toka primarne - prve - tekočine P temelji na delovanju elektro-mehanskih elementov;
slika 5 izvedbeni primer črpanja primarne - prve - tekočine P s piezoelektričnim elementom in hidravličnim ojačevalnikom pomika;
slika 6 izvedbeni primer črpanja primarne - prve - tekočine P s piezoelektričnim elementom z mehanskim ojačevalnikom pomika;
slika 7 izvedbeni primer črpanja primarne - prve - tekočine P s piezoelektričnim aktuatorjem brez ojačevalnika pomikov;
slika 8 izvedbeni primer črpanja primarne - prve - tekočine P z elektromotorjem;
slika 9 izvedbeni primer črpanja primarne - prve - tekočine P z elektromagnetom;
slika 10 shema sistema z eno črpalko v primarnem krogu in 4/2 potnim ventilom;
slika 11 shema koncepta z dvema črpalkama;
slika 12 shema koncepta s štirimi 2/2 vklopno/izklopnimi potnimi ventili;
slika 13A shematski prikaz pulziranja toka tekočine preko regeneratorja z ustvarjanjem tlačnih valov s kontinuiranim delovanjem črpalke ter zapiranjem in odpiranjem 2/2 potnega ventila pri odprtem ventilu, pulz toka v smeri delovanja črpalke;
slika 13B shematski prikaz pulziranja toka tekočine preko regeneratorja z ustvarjanjem tlačnih valov s kontinuiranim delovanjem črpalke ter zapiranjem in odpiranjem 2/2 potnega ventila pri zaprtem ventilu, pulz toka proti smeri delovanja črpalke;
slika 14A osnovi koncept izuma pri katerem oscilacija toka primarne - prve - tekočine P temelji na uporabi principa elektrohidrodinamike ali elektrokinetike tekočine;
slika 14B izvedbeni primer delovanja izuma pri katerem oscilacija toka primarne - prve - tekočine P temelji na uporabi principa elektrohidrodinamike ali elektrokinetike tekočine;
slika 15A prikaz hidravlično ločenega dela celotnega regeneratorja toplote, ki je v stiku s prenosnikoma PT toplote in PH toplote, sestavljenega iz urejene strukture (npr. vzporedne plošče, zig-zag plošče, satovje, plošče z obdelano površino);
slika 15B prikaz hidravlično ločenega dela celotnega regeneratorja toplote, ki je v stiku s prenosnikoma PT toplote in PH toplote, sestavljenega iz porozne matrice (npr. nasutje, pena, ovoj žic);
slika 16A primer izvedbe dela kaloričnega regeneratorja, sestavljenega iz vzporednih plošč kaloričnega materiala, na katerih so nameščene elektrode, kjer so kapljice ločene med ploščicami;
slika 16B primer izvedbe dela kaloričnega regeneratorja, sestavljenega iz vzporednih plošč kaloričnega materiala, na katerih so nameščene elektrode, kjer so kapljice ena zraven druge na ravnini ploščice;
slika 17A primer izvedbe dela kaloričnega regeneratorja, sestavljenega iz vzporednih plošč kaloričnega materiala z orebreno površino na katerih so nameščene elektrode, kjer so kapljice ločene med ploščicami;
slika 17B primer izvedbe dela kaloričnega regeneratorja, sestavljenega iz vzporednih plošč kaloričnega materiala z orebreno površino na katerih so nameščene elektrode, kjer so kapljice ena zraven druge na ravnini ploščice;
slika 17C primer izvedbe dela kaloričnega regeneratorja, sestavljenega iz vzporednih plošč kaloričnega materiala z orebreno
slika 18A slika 18B slika 19A slika 19B slika 20A slika 20B slika 20C slika 20D površino na katerih so nameščene elektrode, ki kaže povečano sliko ploščic z razširjeno površno;
prikazuje spodnjo stran regeneratorja na kateri so nanešene elektrode, s katerimi s spreminjanjem električnega potenciala premikamo tekočino P (princip elektroomočenja) skozi piramidasto oblikovane kanale;
prerez regeneratorja, kjer so razvidni piramidasto oblikovani kanali, eden zraven drugega;
prikazuje spodnjo stran regeneratorja na kateri so nanešene elektrode, s katerimi s spreminjanjem električnega potenciala premikamo tekočino P (princip elektroomočenja) skozi kroglasto oblikovane kanale;
prerez regeneratorja, kjer so razvidni kroglasto oblikovani kanali, eden zraven drugega;
spodnji in zgornji del kaloričnega regeneratorja, sestavljenega iz kaloričnega materiala, katerega površina ima kanale v obliki različnih oblik kanalov;
spodnji del kaloričnega regeneratorja, katerega površina ima kanale v obliki vijugastih kanalov;
zgornji del kaloričnega regeneratorja, sestavljenega iz kaloričnega materiala, katerega površina ima kanale v obliki labirintnih kanalov;
spodnji del kaloričnega regeneratorja, katerega površina ima kanale v obliki cik-cak kanalov;
slika 20E zgornji del kaloričnega regeneratorja, sestavljenega iz kaloričnega materiala, katerega površina ima kanale v obliki labirintnih kanalov;
slika 20F spodnji del kaloričnega regeneratorja, katerega površina ima kanale v obliki labirintnih kanalov;
slika 20G zgornji del kaloričnega regeneratorja, sestavljenega iz kaloričnega materiala, katerega površina ima kanale v obliki labirintnih kanalov;
slika 20H spodnji del kaloričnega regeneratorja, katerega površina ima kanale v obliki križnih kanalov;
slika 21 shematski prikaz mehanizma za oscilacijo toka, ki temelji na principu elektroosmoze; tok primarne tekočine v prenosnik toplote PH toplote; regenerator je podvržen pozitivni spremembi polja ali sile kjer detajl A prikazuje elektrohidrodinamične razmere toka primarne - prve - tekočine P znotraj prenosnika toplote;
slika 22 shematski prikaz mehanizma za oscilacijo toka, ki temelji na principu elektroosmoze; tok primarne - prve - tekočine v prenosnik PT toplote; regenerator je podvržen negativni spremembi polja ali sile kjer detajl A prikazuje elektrohidrodinamične razmere toka primarne - prve - tekočine P znotraj prenosnika toplote;
slika 23 primer strukture prenosnika PT toplote in prenosnika PH toplote, med katerima se v vmesnem prostoru nahaja regenerator;
slika 24 primer strukture prenosnika PT toplote ali prenosnika PH toplote;
slika 25A primer celotne strukture prenosnika PT toplote ali prenosnika PH toplote;
slika 25B primer celotne strukture prenosnika PT toplote ali prenosnika PH toplote v prečnem prerezu;
slika 26 primer strukture prenosnika PT toplote ali prenosnika PH toplote;
slika 27 primer strukture prenosnika PT toplote ali prenosnika PH toplote s pravokotnimi kanali, za primer elektrohidrodinamičnega črpanja primarne - prve - tekočine P·
slika 28 r , primer strukture prenosnika PT toplote ali prenosnika PH toplote s cik-cak kanali, za primer elektrohidrodinamičnega črpanja primarne - prve - tekočine P·
slika 29 I , primer strukture prenosnika PT toplote ali prenosnika PH toplote s trikotnimi kanali za primer elektrohidrodinamičnega črpanja primarne - prve - tekočine P.
Metoda prenosa toplote v združeni strukturi toplotnega regeneratorja po izumu in izvedbeni primeri bodo v nadaljevanju podrobno opisani.
Za lažjo razlago delovanja predlagane metode po izumu je na sliki 3 prikazano delovanje strukture toplotnega regeneratorja po metodi za prenos toplote po izumu. Metoda regeneracije toplote z oscilacijo toka primarne - prve - tekočine P « · poteka pravokotno na smer temperaturnega gradienta v celotni strukturi regeneratorja, in z enosmernim tokom sekundarne - druge - tekočine S, ki povezuje izvor in ponor toplote preko sekundarnega toplega prenosnika ST toplote in sekundarnega hladnega prenosnika SH toplote.
Metodo po izumu lahko za ponazoritev obravnavamo kot delovanje kalorične hladilne naprave in njeno delovanje razdelimo na štiri osnovne termodinamične procese:
- magnetizacija, polarizacija, razteg kaloričnega regeneratorja ali porast tlaka v kaloričnem regeneratorju. Celotna struktura regeneratorja se posledično segreje,
- prenos toplote v konstantnem polju ali ob konstantni sili. Primarna - prva tekočina P v tej fazi oscilacije potuje v smeri primarnega toplega prenosnika PT toplote. Posledično primarna - prva - tekočina P prevzame toploto iz hidravlično ločenih delov regeneratorja in toploto prenese v primarni topli prenosnik PT toplote. Prenosnik PT toplote prenese toploto na sekundarno - drugo - tekočino S;
- demagnetizacija, depolarizacija, razbremenitev kaloričnega regeneratorja ali padec tlaka v kaloričnem regeneratorju. Celotna struktura regeneratorja se posledično ohladi;
- prenos toplote ob odsotnosti polja ali ob odsotnosti sil na kalorični regenerator. Primarna — prva - tekočina P v tej fazi oscilacije potuje v smeri primarnega hladnega prenosnika PH toplote. Posledično primarna - prva tekočina P odda toploto hidravlično ločenim delom regeneratorja in sprejme toploto v primarnem hladnem prenosniku PH toplote. Prenosnik PH toplote sprejme toploto iz sekundarne - druge - tekočine S.
Termodinamični procesi so lahko tudi drugačni, odvisno od vrste termodinamičnega krožnega procesa.
Na slikah 4a in 4b je prikazan koncept delovanja toplotnega regeneratorja po izumu, pri katerem se za oscilacijo toka primarne tekočine P iz slike 3 uporabijo elektro-mehanski elementi.
V ohišju 1 sta med elementoma 2 za oscilacijo primarne - prve - tekočine P nameščena primarni topli prenosnik PT toplote in primarni hladni prenosnik PH toplote. V smeri puščice A prihaja enosmerni tok sekundarne - druge -tekočine S iz ponora toplote ST v primarni hladni prenosnik PH toplote in v smeri puščice B izhaja enosmerni tok sekundarne - druge - tekočine S iz primarnega hladnega prenosnika PH toplote proti izvoru toplote SH, medtem ko v smeri puščice C vstopa enosmerni tok sekundarne - druge - tekočine S izvora toplote v primarni topli prenosnik PT toplote in izhaja v smeri puščice D kot enosmerni tok sekundarne - druge - tekočine S iz primarnega toplega prenosnika PT toplote proti ponoru toplote. Med obema primarnima prenosnikoma PT, PH toplote je porozni regenerativni material, kjer je nameščen regenerator 4 (prikazan na sliki 3) s hidravlično ločenimi deli.
Primarni topli prenosnik PT toplote, primarni hladni prenosnik PH toplote, sekundarni topli prenosnik ST toplote in sekundarni hladni prenosnik SH toplote so sestavljeni iz materialov, izbranih iz skupine , ki jo sestavljajo kovine, polimeri, ogljikovi ali karbonski materiali, kot so ogljik, grafit, grafen, kompozitni materiali, kermični materiali, cement, beton ali kamnine in njihovih kombinacij.
Primarna - prva - tekočina P in sekundarna - druga - tekočina S sta izbrani iz skupine, ki jo sestavljajo kapljevina, tekoči metal, plin ali hladivo.
Mehanizem, naprava ali fizikalni fenomen, ki omogoča tok primarne - prve tekočine P temelji na mehanskem gibanju, kapilarnem efektu, elektro-kinetiki, elektro-hidrodinamiki, magneto-hidrodinamiki, elektro-omočenju ali magnetoomočenju ali principu toplotne cevi, medtem ko mehanizem, naprava ali fizikalni fenomen, ki omogoča tok sekundarne - druge - tekočine S temelji na mehanskem gibanju, kapilarnem efektu, elektro-kinetiki, elektro-hidrodinamiki, magnetohidrodinamiki, elektro-omočenju ali magneto-omočenju, principu toplotne cevi ali parno-kompresorskega procesa.
Porozni regenerativni material regeneratorja 4 v hidravlično ločenih predelkih je lahko kalorični (magnetokalorični, barokalorični, elastokalorični, elektrokalorični, multikalorični) material, kombiniran z vsaj enim drugim materialom izbranim iz skupine, ki jo sestavljajo kovine, keramika, steklo, kompozitni ogljikovi ali karbonski materiali, polimer ali kompozit iz polimernih materialov, metamateriali, tekoči kristali.
Kadar naprava vsebuje kalorični ali kombinacijo kaloričnega materiala in drugih materialov kot porozni regenerativni material v hidravlično ločenih predelkih, potem je naprava, ki jo lahko tvorimo na podlagi tega, izbrana iz skupine, ki jo sestavljajo kalorični hladilnik, kalorična toplotna črpalka in kalorični generator energije.
Porozni regenerativni material regeneratorja v hidravlično ločenih predelkih je lahko izbran iz skupine, ki jo sestavljajo desikativni materiali, kot so: aktiviran aluminij, aerogel, benzofenon, bentonit, kalcijev klorid, kalcijev oksid, kalcijev sulfat, kobaltov klorid, bakrov sulfat, litijev klorid, litijev bromid, magnezijev sulfat, magnetijev perklorat, molekularno sito, kalijev karbonat, kalijev hidroksid, silica gel, natrij, natrijev klorat, natrijev klorid, natrijev hidroksid, natrijev sulfat, sukroza.
Kadar naprava vsebuje desikativni material kot porozni regenerativni material v hidravlično ločenih predelkih, potem je naprava, ki jo lahko tvorimo na podlagi tega izbrana iz skupine, ki jo sestavljajo adsorpcijski hladilnik, adsorpcijska toplotna črpalka ali adsorpcijska sušilna naprava, absorpcijski hladilnik, absorpcijska toplotna črpalka ali absorpcijska sušilna naprava, ali katalizator, ali kemični reaktor.
Porozni regenerativni material regeneratorja v hidravlično ločenih predelkih je lahko izbran iz skupine, ki jo sestavljajo materiali iz skupine, ki načeloma niso kalorični, kot so: kovine, keramika, steklo, kompozitni ogljikovi ali karbonski materiali, polimer ali kompozit iz polimernih materialov, ali metamateriali, ali minerali, cement, beton, kamnine, ali kombinacija vsaj dveh navednih materialov. Kadar naprava vsebuje take materiale kot porozni regenerativni material v hidravlično ločenih predelkih, potem je naprava, ki jo lahko tvorimo na podlagi tega izbrana iz skupine, ki jo sestavljajo: mehanski Stirlingov hladilnik, mehanska Stirlingova toplotna črpalka, mehanski Stirlingov generator energije, termoakustični hladilnik, termoakustična toplotna črpalka, termoakustični generator energije, hladilnik, temelječ na pulzni cevi, hladilnik, temelječ na Gifford-McMahon (GM) ciklu, peč ali kotel, katalizator ali kemični reaktor.
Število hidravlično ločenih predelkov je večje od 10000, prednostno med 1000 in 10000, bolj prednostno med 100 in 1000, in najbolj prednostno med 10 in 100.
Na slikah 5 do 12 so prikazani izvedbeni primeri elektro-mehanskih elementov za oscilacijo toka primarne - prve - tekočine P.
Slika 5 prikazuje prvi izvedbeni primer mehanizma za oscilacijo toka primarne prve - tekočine P iz slike 3. Ta rešitev vključuje piezoelektrični element 5 in hidravlični ojačevalnik 6 pomika. Hidravlični ojačevalnik 6 pomika deluje po principu različnih velikosti stičnih površin. Napolnjen je z nestisljivo kapljevino, ki male pomike velike ploskve pretvori v večje pomike manjše ploskve. Koncept z lijakom poskrbi, da male pomike piezoelektričnega elementa 5 in bata 7 z mebrano dodatno ojača, kar omogoča dosego ciljnega pretoka skozi strukturo regeneratorja. Oba prenosnika PT in PH toplote sta v ohišju nameščena med piezoelektričnim elementom 5 in hidravličnim ojačevalnikom 6 pomika z batom 7 in membrano na eni strani in batom 7' in membrano ter vzmetjo 8 na drugi strani.
Slika 6 prikazuje drugi izvedbeni primer mehanizma za oscilacijo toka primarne - prve - tekočine P iz slike 3. Zamisel je zasnovana na podobnem principu kot rešitev na sliki 5, vendar s to razliko, da je mehanizem ojačenja drugačen. Oba prenosnika PT in PH toplote sta nameščena podobno kot v izvedbi opisani na sliki 5, le da je v tej izvedbi uporabljeno mehansko ojačevanje pomikov. Mehanski ojačevalniki pomikov, ki temeljijo na vzvodu 9, so v praksi najpogosteje uporabljeni. Ko skladovnemu piezoelektričnemu elementu 10 na sliki dovajamo električni tok, se le ta raztegne, ob prekinitvi pa skrči ter se tako ustvari oscilatorno premikanje pieezoelektričnega elementa 10 za črpanje primarne - prve - tekočine P.
Slika 7 prikazuje tretji izvedbeni primer mehanizma za oscilacijo toka primarne
- prve - tekočine P iz slike 3. Oba prenosnika PT in PH toplote sta nameščena podobno kot v izvedbi opisani na sliki 5, le da izvedbo na sliki 7 sestavlja piezoelektrični element 11, ki je vezan direktno na bat 12 z membrano brez ojačevalnikov pomikov. Za doseganje želenih pomikov membrane moramo zaporedno postaviti daljši sklad piezoelektričnih elementov 11.
Slika 8 prikazuje četrti izvedbeni primer mehanizma za oscilacijo toka primarne
- prve - tekočine P iz slike 3. Oba prenosnika PT in PH toplote sta nameščena podobno kot v izvedbi opisani na sliki 5, le da izvedbeni koncept visokofrekvenčnega pulziranja vključuje enosmerni elektromotor 13 brez krtačk in rotor 14, na katerega je ekscentrično pritrjena mehanska povezava, ki rotacijsko gibanje elektromotorja 13 pretvarja v linearno gibanje membrane. Ta posledično pulzira kapljevino skozi strukturo regeneratorja. Razlog za izbiro enosmernega elektromotorja 13 brez krtačk je v tem, da so ti motorji tišji, bolj zanesljivi, imajo večji izkoristek in višje razmerje navor-masa, kot pa motorji s krtačkami. Ena izmed pomembnih lastnosti je tudi, da ne potrebujejo zračnega toka za hlajenje in so posledično lahko zaprti v ohišje, ki preprečuje vdor umazanije in vode.
Slika 9 prikazuje peti izvedbeni primer mehanizma za oscilacijo toka primarne - prve - tekočine P iz slike 3. Oba prenosnika PT in PH toplote sta nameščena podobno kot v izvedbi opisani na sliki 5, pri čemer pulziranje primarne - prve tekočine P omogoča na eni strani nameščen elektromagnet 15, ki ga vklapljamo in izklapljamo tako, da dobimo pulziranje z želeno frekvenco. Na drugi strani je nameščen batom 7' z membrano ter vzmetjo 8. Ko v elektromagnet 15 steče tok, le-ta privlači bat 7 z membrano. Med gibanjem bata 7 in membrane proti elektromagnetu 15 se hkrati stiska tudi vzmet 17, ki po izklopu elektromagneta 15 omogoča vrnitev bata 7 in membrane v prvoten položaj. Sila vzmeti 17 mora biti bistveno manjša od sile elektromagneta, da ne ovira njegovega delovanja, vendar dovolj velika da ob izklopu elektromagneta 15 dovolj hitro vrne bat 7 z membrano v prvotni položaj.
Slika 10 prikazuje shemo šestega izvedbenega primera mehanizma za oscilacijo toka primarne - prve - tekočine P iz slike 3. Ta izvedba zahteva eno črpalko 18 s konstantno iztisnino in 4/2 potni ventil 19. Črpalka 18 primarnem krogu s konstantno iztisnino potiska tekočino skozi ventil 19, ki izmenično spreminja smer toka v primarnem krogu skozi strukturo regeneratorja. Tako v ciklu, ko se generira toplota to potisne na eno stran, ko pa se struktura regeneratorja ohladi pa na njegovo drugo stran. Druga črpalka 20 pa v drugem, sekundarnem krogu potiska tekočino skozi ločeni plasti regeneratorja konstantno v eno smer čez hladni prenosnik PH in topli prenosnik PT toplote.
Slika 11 prikazuje shemo sedmega mehanizma za oscilacijo toka - prve tekočine P iz slike 3. Ta izvedba je sestavljena iz dveh črpalk 21,22, ki sta nameščeni vsaka na eni strani regeneratorja in sta obrnjeni ena proti drugi. Delovanje tega mehanizma temelji na elektronskem krmiljenju, ki z ustrezno frekvenco izmenično vklaplja in izklaplja črpalki 21,22. Na ta način dobimo spremembo smeri vstopa kapljevine v strukturo regeneratorja. Sekundarni krog je enak kot v primeru na sliki 10.
Slika 12 prikazuje shemo osmega mehanizma za oscilacijo toka primarne prve - tekočine P iz slike 3. Ta izvedba je sestavljen iz štirih vklopno/izklopnih 2/2 potnih ventilov 23,24,25,26, črpalke 27 in varnostnega ventila 28. Ventili 23, 24 25, 26 so elektronsko krmiljeni tako, da se smer toka skozi strukturo regeneratorja izmenično spreminja. Na sliki 12 so vsi 2/2 potni ventili 23, 24 25, 26 narisani v ničelnem položaju - to pomeni da za ta položaj ni potrebnega električnega toka na njihovih elektromagnetih. Ničelni položaj vseh štirih 2/2 potnih ventilov 23, 24 25, 26 je izbran tako, da je zagotovljena prva smer toka primarne - prve - tekočine P skozi generator. Črpalka 27 potiska primarno — prvo - tekočino P skozi pretočno odprti ventil št. 23 v regenerator. Iz regeneratorja se primarna - prva - tekočina P vrača na sesalni del črpalke skozi pretočno odprti ventil 26. Ventila 24 in 25 sta za prvo smer toka primarne - prve - tekočine P zaprta. Za zamenjavo smeri toka primarne - prve - tekočine P pa elektronika električno napajanja (vklopi) vse štiri magnete 2/2 potnih ventilov 23, 24 25, 26. Tako je v tem primeru ventil št. 25 pretočno odprt in primarna - prva - tekočina P primarnega kroga potuje od črpalke 27 na drugo stran regeneratorja (na sliki 12 z zgornje strani). Iztok primarne - prve - tekočine P iz regeneratorja je v tem drugem primeru s spodnje strani. Primarna — prva - tekočina P se preko pretočno-odprtega ventila 24 vrača na sesalni del črpalke 27. Sekundarni krog je enak kot v primeru na sliki 10.
Slika 13 prikazuje shemo devetega mehanizma za oscilacijo toka primarne prve - tekočine P iz slike 3, ki ne potrebuje dodatnih elektro-mehanskih komponent. Osciliranje primarne - prve - tekočine P temelji na tlačnem valovanju, ki je posledica nenadnih odpiranj in zapiranj pretočne reže v dvopoložajnem (2/2) potnem ventilu 28. Črpalka 29 deluje enosmerno in kontinuirano, medtem ko s pulzirajočim odpiranjem in zapiranjem 2/2 potnega ventila 28 ustvarjamo tlačne (odbojne) valove, ki potujejo po sistemu. Zato se v sistemu spremeni smer toka primarne - prve - tekočine P. Slika 13A prikazuje stanje, ko je 2/2 potni ventil 28 odprt. Črpalka 29 potiska tekočino v x-smeri proti ponoru toplote in tudi preko porozne strukture regeneratorja. Tako je tlak na tlačni strani črpalke 29 višji, kot pred vstopom v ventil 28, kar je razvidno iz diagrama p-x.
Slika 13B prikazuje tlačne razmere, ko 2/2 potni ventil 28 za trenutek zapremo, medtem ko črpalka 29 še vedno deluje. Zaradi nenadnega zaprtja poti toku primarne - prve - tekočine P pride do nenadnega porasta tlaka tik pred 2/2 potnim ventilom 28. Tlak je tik pred ventilom 28 v tem trenutku višji od tlaka na tlačni strani črpalke 29 (kar prikazuje diagram p-x). Zaradi višjega tlaka na strani ventila 28 tok tekočine spremeni smer in teče preko regeneratorja v nasprotno smer proti črpalki 29. Z izmeničnim vklapljanjem in izklaplanjem ventila 28 se tako ustvari oscilirajoče gibanje primarne - prve - tekočine P preko regeneratorja. Sliki 14A in 14B prikazujeta primer delovanja izvedbe po izumu, pri kateri se za oscilacijo toka primarne - prve - tekočine P iz slike 3 uporabi princip elektrohidrodinamike ali elektrokinetike tekočine. Na sredino naprave je umeščen regenerator s hidravlično ločenimi deli za pretok primarne - prve - tekočine P. Levo in desno od regeneratorja sta postavljena prenosnika PT in PH prenosnik, katerih namen je prenos toplote med primarno - prvo - tekočino P in sekundarno - drugo - tekočino S. Oba prenosnika PH in PT toplote ter regenerator imajo v kanalih za tok primarne - prve - tekočine P elektrode za elektrohidrodinamično gibanje primarne - prve - tekočine P. Primarna — prva - tekočina P je v takšnem primeru v obliki posamičnih kapljic, ki se oscilatorno premikajo med regeneratorjem in prenosnikoma toplote s preminjanjem električnega potenciala na posameznih elektrodah. Sistem za oscilacijo primarne - prve - tekočine P ni prikazan na sliki 14.
Sekundarna - druga - tekočina S kroži (enosmerni tok) in potuje skozi vse štiri prenosnike toplote in sicer skozi primarni hladni prenosnik PH toplote, primarni topli prenosnik PT toplote), sekundarni hladni prenosnik SH toplote in sekundarni topli prenosnik ST toplote. Sistem za črpanje sekundarne - druge -tekočine S je prikazan na sliki 14B.
Slika 15 prikazuje primer desetega mehanizma za oscilacijo toka primarne prve - tekočine P iz slike 3, ki temelji na principu elektro-omočenja. V primeru na sliki 15 je prikazan detajl enega hidravlično ločenega dela celotnega regeneratorja toplote, ki je v stiku s prenosnikom PT toplote in prenosnikom PH toplote.
Na sliki 15A je prikazan primer regeneratorja, ki je sestavljen iz urejene strukture plošč 32 (npr. vzporedne plošče, zig-zag plošče, plošče z obdelano površino). V tem primeru so na površinah 30,30' urejene strukture postavljene elektrode 31. Na sliki 15B je prikazan primer regeneratorja, ki je sestavljen iz porozne matrice 34 (npr. nasutje, pena, ovoj žic). V tem primeru so v regenerator vstavljene med seboj oddaljene elektrode. V obeh primerih na slikah 15 A in 15 B sta prenosnik PT toplote in prenosnih PH toplote izvedena na način, da omogočata kanale za tok oscilacije primarne tekočine. Na površini kanalov v obeh prenosnikih so nameščene elektrode 31.
Delovanje principa elektro-omočenja iz slik 14A in 14B deluje na dva načina. V obeh primerih zaradi lažje razlage privzamemo, da je material regeneratorja kalorični (magnetokalorični ali elektrokalorični ali elastokalorični ali barokalorični ali multikalorični).
Prvi način deluje v štirih fazah delovanja enega termodinamičnega cikla. V prvi fazi je primarna tekočina P v obliki kapljic 35 ločena na dva dela, en del kapljic 35 se nahaja v toplem prenosniku toplote PT ter drugi del kapljic 35 v hladnem prenosniku toplote PH. Regenerator 4, ki sestoji iz kaloričnega materiala, je podvržen pozitivni spremembi sile ali polja (se ogreje). V drugi fazi sta polje ali sila na regenerator 4 še vedno prisotna. Primarna tekočina P v obliki kapljic 35, ki se nahaja v toplem prenosniku toplote PT, se preko spremembe napetostnih potencialov na elektrodah 31 premakne v strukturo regeneratorja 4. Zaradi prenosa toplote primarna tekočina P v obliki kapljic 35 prejme toploto kaloričnega materiala regeneratorja 4. Nato se ob nespremenjenem polju ali sili giblje nazaj v topli prenosnik toplote PT, kjer odda toploto na sekundarno tekočino S. Tretja faza predstavlja prehod polja ali sile na kalorični material, na stanje brez polja ali sile na kalorični material (se ohladi). V četrti fazi delovanja pa se nato primarna tekočina P v obliki kapljic 35, ki se nahaja v hladnem prenosniku toplote PH, preko spremembe napetostnih potencialov na elektrodah 31, premakne v strukturo regeneratorja 4. Zaradi prenosa toplote primarna tekočina P v obliki kapljic 35 odda toploto kaloričnemu materialu regeneratorja 4. Nato se ob nespremenjenem polju ali sili giblje nazaj v hladni prenosnik toplote PH, kjer prejme toploto iz sekundarne tekočine S.
Drugi način deluje prav tako v štirih fazah enega termodinamičnega cikla, le da primarna tekočina P v obliki kapljic 35 ni več ločena na dva dela, kapljice 35 so vedno skupaj in se nahajajo v toplem prenosniku toplote PT in regeneratorju, ali pa v hladnem prenosniku toplote PH in regeneratorju. V prvi fazi je kalorični material regeneratorja 4 podvržen pozitivni spremembi polja ali sile (se ogreje). Primarna tekočina P v obliki kapljic 35, ki se v tem trenutku nahaja v regeneratorju 4 zaradi prenosa toplote prejme toploto iz kaloričnega materiala, drugi del kapljic 35 pa se nahaja v hladnem prenosniku toplote PH. V drugi fazi je regenerator 4 še vedno podvržen pozitivni spremembi polja ali sile. Primarna tekočina P v obliki kapljic 35 se preko spremembe napetostnih potencialov na elektrodah 31 prične gibati proti toplemu prenosniku toplote PT. Kapljice 35, ki so prejele toploto v regeneratorju 4 oddajo toploto v toplem prenosniku PT na sekundarno tekočino S. Kapljice 35, ki so se nahajale v hladnemu prenosniku toplote PH pa vstopijo v regenerator 4. V tretji fazi je regenerator podvržen negativni spremembi polja ali sile, torej polje ali sila nista več prisotna (regenerator se ohladi). Primarna tekočina P v obliki kapljic 35, ki se nahaja v regeneratorju 4 zaradi prenosa toplote odda toploto kaloričnemu materialu. Četrta faza nato še vedno poteka ob neprisotnosti polja ali sile. Primarna tekočina P v obliki kapljic 35 se preko spremembe napetostnih potencialov na elektrodah 31 prične gibati proti hladnemu prenosniku toplote PH. Kapljice 35, ki so bile v regeneratorju se premaknejo v hladni prenosnik toplote PH, kjer zaradi prenosa toplote prejmejo toploto iz sekundarne tekočine S. Kapljice, ki so se nahajale v toplem prenosniku toplote PT pa vstopijo v regenerator 4.
Slike 16 do 22 prikazujejo različne koncepte kombinacije elektrod in kaloričnega materiala za potrebe izvedbe gibanja primarne - prve - tekočine P s pomočjo elektro-omočenja.
Sliki 16A in 16B prikazujeta primer dela regeneratorja, ko je ta sestavljen iz vzporednih plošč 30, na katere so nameščene elektrode 31.
Slika 16A predstavlja primer vzporednih plošč 30, kjer so kapljice 35 ločene med seboj med posameznimi ploščami 30, medtem ko slika 16B prikazuje primer vzporednih ploščic 30, kjer kapljice 35 niso med seboj ločene s ploščicami 30 in so postavljene ena zraven druge glede na ravnino plošč 30.
Slike 17A do 17C prikazujejo primer dela regeneratorja, ko je ta sestavljen iz vzporednih plošč 30 kaloričnega materiala z orebereno površino, na katerih so nameščene elektrode 31. Orebrena površina služi za hitrejši prenos toplote med kapljico 35 in ploščami regeneratorja.
Slika 17A predstavlja primer vzporednih plošč 30, kjer so kapljice 35 ločene med seboj med posameznimi ploščami 30, medtem ko slika 17B prikazuje primer vzporednih ploščic 30, kjer kapljice 35 niso med seboj ločene s ploščicami 30 in so postavljene ena zraven druge glede na ravnino plošč 30.
Slika 17C pa prikazuje povečan detajl ploščic 30 iz slike 17A, kjer se nazorneje vidi povečano površino za prenos toplote.
Sliki 18A in 18B prikazujeta prvi primer dela kaloričnega regeneratorja 4, sestavljenega iz kaloričnega materiala s kroglastimi kanali za primarno - prvo tekočino P (v obliki kapljic).
Slika 18A prikazuje spodnjo stran regeneratorja 4 na kateri so nanešene elektrode, s katerimi s spreminjanjem električnega potenciala premikamo primarno - prvo - tekočino P (princip elektroomočenja) skozi kroglaste kanale (Slika 18B) regeneratorja 4.
Slika 18B prikazuje prerez regeneratorja 4, kjer so razvidni kroglasti kanali, en zraven drugega. Namen takšnih kroglastih kanalov je predvsem v povečanju površine za prenos toplote med regeneratorjem 4 in primarno - prvo - tekočino P.
Sliki 19A prikazuje drugi primer dela kaloričnega regeneratorja 4, sestavljenega iz kaloričnega materiala s kroglastimi kanali za primarno - prvo tekočino P (v obliki kapljic).
Slika 19B prikazuje spodnjo stran regeneratorja 4 na kateri so nanesene elektrode, s katerimi s spreminjanjem električnega potenciala premikamo primarno - prvo - tekočino P (princip elektroomočenja) skozi kroglaste kanale regeneratorja 4. Kroglasti kanali, izvedeni eden zraven drugega imajo namen predvsem v povečanja površine za prenos toplote med regeneratorjem 4 in primarno - prvo - tekočino P.
Slike 20A do 20H prikazuje različne možnosti izvedbe delov kaloričnega regeneratorja 4, sestavljenega iz kaloričnega materiala, katerega površina ima različne oblike kanalov.
Slika 20B prikazuje vijugaste kanale preko regeneratorja 4, slika 20D cik-cak kanale, slika 20F labirintne kanale ter slika 20H križne kanale. Na slikah 20E in 20G so prikazane elektrode 31 na spodnji strani regeneratorja 4 za potrebe elektrohidrodinamičnega premikanja kapljic primarne - prve - tekočine P z principom eketroomočenja. Namen takšnih zavitih kanalov je predvsem v podaljšanju poti primarne - prve - tekočine P preko regeneratorja 4. V primerjavi z ravnimi kanali, se na ta način bistveno poveča površina za prenos toplote med regeneratorjem 4 in primarno - prvo - tekočino P.
Sliki 21 in 22 prikazujeta shemi mehanizma za osilacijo toka primarne tekočine P, ki temelji na principu elektroosmoze. Iz obeh shem je razvidno, da sta prenosnik PT toplote in prenosnik PH toplote izvedena na način, da so kanali za tok primarne - prve - tekočine P pod spreminjajočim se električnim poljem (spreminjanje polaritete).
Slika 21 prikazuje stanje, ko je porozna struktura regeneratorja podvržena pozitivni spremembi polja ali sile, slika 22 pa stanje, ko je porozna struktura regeneratorja podvržena negativni spremembi polja ali sile. Ko je regenerator podvržen pozitivni sprememebi polja, vidimo v detajlu A slike 21, da je prenosnik toplote v električnim polju, ki je levo pozitivno (katoda) in desno negativno (anoda). Stene kanala so nabite negativno, zaradi česar se pozitivni ioni (kationi) iz elektrolitične primarne - prve - tekočine P premikajo proti njej. Ob steni tako nastane sloj, ki je nasičen s pozitivnimi kationi. Zaradi visoke gostote pozitivnih kationov se prične sloj primarne - prve - tekočine P pomikati proti negativni anodi na desni strani kanala. Zaradi viskoznih sil ta sloj za seboj potegne še preostali del primarne - prve - tekočine P, ki je v kanalu. Na ta način se ustvari tok primarne - prve - tekočine P, ki teče iz prenosnika PT toplote, preko regeneratorja, kjer mu odvzame generirano toploto, v prenosnik PH toplote. V prenosniku PH toplote nato primarna - prva - tekočina P odda toploto sekundarni - drugi - tekočini S.
Proces prikazan na sliki 22 je ravno obraten zgornjemu procesu. Regenerator je podvržen negativni spremembi polja ali sile in se zato ohladi. V prenosnikih PT in PH toplote se sedaj polariteta obrne in elektrolitična primarna - prva - tekočina P prične teči iz prenosnika PH toplote, preko regeneratorja, kjer se ohladi in naprej v prenosnik PT toplote, kjer sprejme toploto iz sekundarne - druge tekočine S.
Slika 23 prikazuje primer strukture prenosnika PT toplote in prenosnika PH toplote, med katerima se v vmesnem prostoru nahaja regenerator 4.
Slika 24 prikazuje prvi primer strukture prenosnika PT toplote ali prenosnika PH toplote, ki za prenos toplote v kanalih uporablja ravne urejene strukture.
Slika 25A in 25B prikazujeta drugi primer strukture prenosnika PT toplote ali prenosnika PH toplote, ki za tok sekundarne - druge -tekočine S uporablja cevi okroglih ali drugačnih presekov.
Slika 26 prikazuje tretji primer strukture prenosnika PT toplote ali prenosnika PH toplote, ki za prenos toplote v kanalih uporablja cik-cak, ali drugačne urejene strukture.
V vseh primerih na slikah je lahko površina kanalov za tok tekočine v prenosnik PT toplote in/ali tok tekočine v prenosnik PH toplote orebrena.
Slika 27 prikazuje četrti primer strukture prenosnika PT toplote ali prenosnika PH toplote, kjer je za premikanje primarne - prve - tekočine P (v obliki kapljic) apliciran princip elektroomočenja. Kanali na strani primarne - prve - tekočine P imajo na stenah nanešene elektrode, ki s spreminjanjem električnega potenciala premikajo kapljice iz/v prenosnik PT toplote ali prenosnik PH toplote. Na strani toka sekundarne - druge -tekočine S so prikazani pravokotni kanali, skozi katere kontinuirano teče sekundarna - druga - tekočina S.
Slika 28 prikazuje peti primer strukture prenosnika PT toplote ali prenosnika PH toplote, kjer je za premikanje primarne - prve - tekočine P (v obliki kapljic) apliciran princip elektroomočenja. Kanali na strani primarne - prve - tekočine P imajo na stenah nanešene elektrode, ki s spreminjanjem električnega potenciala premikajo kapljice iz/v prenosnik PT toplote ali prenosnik PH toplote. Na strani toka sekundarne - druge -tekočine S so prikazani cik-cak kanali, skozi katere kontinuirano teče sekundarna - druga - tekočina S.
Slika 29 prikazuje peti primer strukture prenosnika PT toplote ali prenosnika PH toplote, kjer je za premikanje primarne - prve - tekočine P (v obliki kapljic) apliciran princip elektroomočenja. Kanali na strani primarne - prve - tekočine P imajo na stenah nanešene elektrode, ki s spreminjanjem električnega potenciala premikajo kapljice iz/v prenosnik PT toplote ali prenosnik PH toplote. Na strani toka sekundarne - druge -tekočine S so prikazani trikotni kanali, skozi katere kontinuirano teče sekundarna - druga - tekočina S.
Metoda prenosa toplote v združeni strukturi toplotnega regeneratorja 4 in izvedbe pripadajočih toplotnih regeneratorjev, ki delujejo na osnovi opisane metode po izumu uporablja hidravlično ločene predele v generatorju. Ti onemogočajo tok tekočine vzdolž regeneratorja 4, kot je to običajno. Tok tekočine skozi hidravlično ločene predelke regeneratorja 4 se torej vrši pravokotno na smer temperaturnega gradienta, ki je v stacionarnem stanju vzpostavljen vzdolž regeneratorja 4. Uporaba toka tekočine skozi hidravlično ločene predelke ne zadostuje za delovanje pri večjih temperaturnih razponih, saj so predelki v smeri toka tekočine skoznje krajši od celotne dolžine regeneratorja
4. Za uporabo toka primarne - prve - tekočine P skozi regenerator 4 moramo zato na obeh straneh regeneratorja vzpostaviti dva prenosnika toplote. Medtem ko primarna - prva - tekočina P oscilira v regeneratorju 4 in prenaša toploto v oba dodana prenosnika toplote PH in PT je potrebna sekundarna - druga tekočina S ki nemoteno teče med ponorom toplote in izvorom toplote. Če opazujemo samo prenosnika toplote PH in PT, potem je smer toka sekundarne druge - tekočine S skozi en prenosnik toplote PH nasprotno usmerjena smeri toka sekundarne - druge -tekočine S skozi drugi prenosnik toplote PT. Na ta način lahko, kljub temu, da smo vzpostavili oscilatorni tok primarne - prve tekočine S pravokotno na dolžino celotnega regeneratorja, ustvarimo temperaturno porazdelitev, kot če bi imeli oscilatorni tok tekočine vzolž celotne dolžine regeneratorja 4, torej brez hidravličnih predelkov. Pri tem imamo seveda veliko manjši padec tlaka skozi regenerator 4, kot bi ga imeli sicer.

Claims (17)

  1. PATENTNI ZAHTEVKI
    1. Metoda prenosa toplote v združeni strukturi toplotnega regeneratorja, ki jo omogoča:
    - večje število predelkov iz poroznega regenerativnega materiala, ki so hidravlično med seboj ločeni, pri čemer je temperaturni gradient skozi posamezni hidravlično ločeni predelek manjši od temperaturnega gradienta vzdolž združene strukture toplotnega regeneratorja (4);
    - tok primarne - prve - tekočine (P), ki oscilira skozi vsakega izmed predelkov iz poroznega regenerativnega materiala in sicer v smeri, ki je v bistvu pravokotna na smer temperaturnega gradienta, ki je vzpostavljen vzdolž združene strukture toplotnega regeneratorja (4), pri čemer primarna - prva - tekočina (P) oddaja ali prejema toplotni tok iz prvega in drugega prenosnika toplote;
    - prvi prenosnik toplote, ki je hidravlično povezan s prvo stranjo hidravlično ločenih predelkov iz poroznega regenerativnega materiala;
    - drugi prenosnik toplote, ki je hidravlično povezan z drugo stranjo hidravlično ločenih predelkov iz poroznega regenerativnega materiala;
    - prenosnik toplote, ki predstavlja povezavo z virom toplote;
    - prenosnik toplote, ki predstavlja povezavo s ponorom toplote;
    - tok sekundarne - druge - tekočine (S), ki teče skozi prenosnik toplote, ki predstavlja povezavo z virom toplote, teče skozi prvi prenosnik toplote, teče skozi prenosnik toplote, ki predstavlja povezavo s ponorom toplote, ter teče skozi drugi prenosnik toplote;
    - mehanizem, napravo ali fizikalni fenomen, ki omogoča tok primarne prve- tekočine (P) in sekundarne - druge - tekočine (S).
  2. 2. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1, označen s tem, da vsebuje:
    - porozne strukture regeneratorja, sestavljenega iz hidravlično ločenih delov, ki onemogočajo vzdolžni tok primarne tekočine, ki je delovna tekočina v regeneratorju;
    - primarni topli prenosnik (PT) toplote, ki omogoča prenos toplote iz oscilirajočega toka primarne - prve - tekočine (P) na enosmerni tok sekundarne - druge - tekočine (S) na topli strani porozne strukture regeneratorja;
    - primarni hladni prenosnik (PH) toplote, ki omogoča prenos toplote iz enosmernega toka sekundarne - druge - tekočine (S) na oscilirajoči tok primarne - prve - tekočine (P) na hladni strani porozne strukture regeneratorja;
    - sekundarni hladni prenosnik (SH) toplote, ki je nameščen na strani izvora toplote in služi za dovod toplote v sekundarno - drugo - tekočino (S);
    - sekundarni topli prenosnik (ST) toplote, ki je nameščen na strani ponora toplote in služi za odvod toplote iz sekundarne - druge tekočine (S);
    - sekundarno - drugo - tekočino (S), ki povezuje izvor in ponor toplote preko prenosnikov (PT) in (PH) toplote;
    - tok sekundarne - druge - tekočine (S) skozi primarni topli prenosnik (PT) toplote, ki je nasprotno usmerjen svojemu toku sekundarne druge - tekočine (S) v primarnem hladnem prenosniku (PH);
    - sistem za črpanje sekundarne - druge - tekočine (S); in
    - sistem za oscilacijo primarne - prve - tekočine (P).
  3. 3. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 in po zahtevku 2, označen s tem, da je porozni regenerativni material regeneratorja (4) v hidravlično ločenih predelkih kalorični (magnetokalorični, barokalorični, elastokalorični, elektrokalorični, multikalorični) material.
  4. 4. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 in po zahtevku 2, označen s tem, da je porozni regenerativni material regeneratorja (4) v hidravlično ločenih predelkih kalorični (magnetokalorični, barokalorični, elastokalorični, elektrokalorični, multikalorični) material, kombiniran z vsaj enim drugim materialom izbranim iz skupine, ki jo sestavljajo kovine, keramika, steklo, kompozitni ogljikovi ali karbonski materiali, polimer ali kompozit iz polimernih materialov, metamateriali, tekoči kristali.
  5. 5. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 po zahtevku 2, označen s tem, da porozni regenerativni material regeneratorja (4) v hidravlično ločenih predelkih ni kalorični in je izbran iz skupine, ki jo sestavljajo desikativni materiali, kot so: aktiviran aluminij, aerogel, benzofenon, bentonit, kalcijev klorid, kalcijev oksid, kalcijev sulfat, kobaltov klorid, bakrov sulfat, litijev klorid, litijev bromid, magnezijev sulfat, magnetijev perklorat, molekularno sito, kalijev karbonat, kalijev hidroksid, silica gel, natrij, natrijev klorat, natrijev klorid, natrijev hidroksid, natrijev sulfat, sukroza
  6. 6. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 po zahtevku 2, označen s tem, da porozni regenerativni material regeneratorja (4) v hidravlično ločenih predelkih ni kalorični in je izbran iz skupine, ki jo sestavljajo materiali, kot so: kovine, keramika, steklo, kompozitni ogljikovi ali karbonski materiali, polimer ali kompozit iz polimernih materialov, cement, beton, kamnina, ali metamateriali ali kombinacija vsaj dveh navednih materialov.
  7. 7. Toplotni regenerator ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 po zahtevku 2, ter zahtevkih 3, 4, 5, označen s tem, da porozni regenerativni material regeneratorja (4) v hidravlično ločenih predelkih kombinacija vsaj dveh navedenih materialov v zahtevkih 3, 4, 5.
  8. 8. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 in po zahtevku 2, označen s tem, da je število hidravlično ločenih predelkov večje od 10000, prednostno med 1000 in 10000, bolj prednostno med 100 in 1000, in najbolj prednostno med 10 in 100.
  9. 9. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 in po zahtevku 2, označen s tem, da je primarna (prva) tekočina (P) izbrana iz skupine, ki jo sestavljajo kapljevina, tekoči metal, plin ali hladivo.
  10. 10. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 in po zahtevku 2, označen s tem, da je sekundarna (druga) tekočina (S) izbrana iz skupine, ki jo sestavljajo kapljevina, tekoči metal, plin ali hladivo.
  11. 11. Toplotni regenerator ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 in po zahtevku 2, označen s tem, da mehanizem, naprava ali fizikalni fenomen, ki omogoča tok primarne tekočine temelji na mehanskem gibanju, kapilarnem efektu, elektro-kinetiki, elektro-hidrodinamiki, magneto-hidrodinamiki, elektro-omočenju ali magneto-omočenju ali ali principu toplotne cevi.
  12. 12. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 in po zahtevku
    2, označen s tem, da mehanizem, naprava ali fizikalni fenomen, ki omogoča tok sekundarne tekočine temelji na mehanskem gibanju, kapilarnem efektu, elektro-kinetiki, elektro-hidrodinamiki, magneto-hidrodinamiki, elektro-omočenju ali magneto-omočenju, principu toplotne cevi ali parno-kompresorskega procesa
  13. 13. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 in po zahtevku
    2, označen s tem, da so primarni topli prenosnik (PT) toplote, primarni hladni prenosnik (PH) toplote, sekundarni topli prenosnik (ST) toplote in sekundarni hladni prenosnik (SH) toplote sestavljeni iz materialov, izbranih iz skupine , ki jo sestavljajo kovine, polimeri, ogljikovi ali karbonski materiali, kot so ogljik, grafit, grafen, kompozitni materiali, keramični materiali, cement, beton ali kamnine in njihovih kombinacij.
  14. 14. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 in po zahtevku
    3, 4, označen s tem, da je naprava, ki vsebuje kalorični material v hidravlično ločenih predelkih izbrana iz skupine, ki jo sestavljajo kalorični hladilnik, kalorična toplotna črpalka in kalorični generator energije.
  15. 15. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 in po zahtevku 5, označen s tem, da je naprava, ki vsebuje desikativni material v hidravlično ločenih predelkih izbrana iz skupine, ki jo sestavljajo absorpcijski hladilnik, adsorpcijska toplotna črpalka ali adsorpcijska sušilna naprava, absorpcijski hladilnik, absorpcijska toplotna črpalka ali absorpcijska sušilna naprava
  16. 16. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 in po zahtevkih 2, 3 in 4 in 5 in 6, označen s tem, da je naprava, ki uporablja material v hidravlično ločenih predelkih izbrana iz skupine, ki jo sestavljajo: mehanski Stirlingov hladilnik, mehanska Stirlingova toplotna črpalka, mehanski Stirlingov generator energije, termoakustični hladilnik, termoakustična toplotna črpalka, termoakustični generator energije, hladilnik, temelječ na pulzni cevi, hladilnik, temelječ na Gifford-McMahon (GM) ciklu, peč ali kotel, katalizator ali kemični reaktor.
  17. 17. Toplotni regenerator, ki deluje na osnovi metode po zahtevku 1 in po zahtevkih
    2, in 7, označen s tem, da je naprava, ki uporablja material v hidravlično ločenih predelkih izbrana iz skupine naprav, ki so navedene v zahtevkih 15, 16 in 17.
SI201800199A 2018-09-04 2018-09-04 Metoda prenosa toplote v združeni strukturi toplotnega regeneratorja in izvedba toplotnega regeneratorja SI25712A (sl)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI201800199A SI25712A (sl) 2018-09-04 2018-09-04 Metoda prenosa toplote v združeni strukturi toplotnega regeneratorja in izvedba toplotnega regeneratorja
EP19794721.1A EP3847361A1 (en) 2018-09-04 2019-09-02 Method for heat transfer in the embedded structure of a heat regenerator and the design thereof
PCT/SI2019/050018 WO2020050780A1 (en) 2018-09-04 2019-09-02 Method for heat transfer in the embedded structure of a heat regenerator and the design thereof
CN201980057922.7A CN112654778B (zh) 2018-09-04 2019-09-02 热再生器的嵌入式结构中的传热方法及其设计
US17/273,099 US12000663B2 (en) 2018-09-04 2019-09-02 Method for heat transfer in the embedded structure of a heat regenerator and the design thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI201800199A SI25712A (sl) 2018-09-04 2018-09-04 Metoda prenosa toplote v združeni strukturi toplotnega regeneratorja in izvedba toplotnega regeneratorja

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI25712A true SI25712A (sl) 2020-03-31

Family

ID=68344965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI201800199A SI25712A (sl) 2018-09-04 2018-09-04 Metoda prenosa toplote v združeni strukturi toplotnega regeneratorja in izvedba toplotnega regeneratorja

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12000663B2 (sl)
EP (1) EP3847361A1 (sl)
CN (1) CN112654778B (sl)
SI (1) SI25712A (sl)
WO (1) WO2020050780A1 (sl)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220316809A1 (en) * 2021-04-02 2022-10-06 Massachusetts Institute Of Technology Barocaloric heat transfer systems and methods of use
WO2024039720A1 (en) * 2022-08-16 2024-02-22 President And Fellows Of Harvard College Device, methods, and systems for regenerative barocaloric heat transfer
WO2024081374A1 (en) * 2022-10-12 2024-04-18 President And Fellows Of Harvard College Inverted barocaloric effects

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL6602744A (sl) * 1966-03-03 1967-09-04
KR100204849B1 (ko) * 1997-02-10 1999-06-15 박원훈 스터링 사이클 기기용 조합형 재생기
US6138470A (en) * 1997-12-04 2000-10-31 Fedders Corporation Portable liquid desiccant dehumidifier
EP1281032A2 (en) * 2000-05-05 2003-02-05 Rhocraft R.& D. Ltd. University of Victoria Apparatus and methods for cooling and liquefying a fluid using magnetic refrigeration
US6658862B2 (en) * 2002-04-18 2003-12-09 The Regents Of The University Of California Cascaded thermoacoustic devices
DE10240924B4 (de) * 2002-09-02 2005-07-14 Jürgen KLEINWÄCHTER Thermo-Hydrodynamischer Kraftverstärker
US7313926B2 (en) * 2005-01-18 2008-01-01 Rexorce Thermionics, Inc. High efficiency absorption heat pump and methods of use
EP2452063B1 (en) * 2009-07-10 2016-06-01 Etalim Inc. Stirling cycle transducer for converting between thermal energy and mechanical energy
US8375729B2 (en) * 2010-04-30 2013-02-19 Palo Alto Research Center Incorporated Optimization of a thermoacoustic apparatus based on operating conditions and selected user input
US8584471B2 (en) * 2010-04-30 2013-11-19 Palo Alto Research Thermoacoustic apparatus with series-connected stages
WO2017048116A1 (en) * 2015-09-17 2017-03-23 Soundenergy B.V. Thermoacoustic energy conversion system

Also Published As

Publication number Publication date
US20210341232A1 (en) 2021-11-04
CN112654778A (zh) 2021-04-13
WO2020050780A1 (en) 2020-03-12
US12000663B2 (en) 2024-06-04
EP3847361A1 (en) 2021-07-14
CN112654778B (zh) 2023-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11591956B2 (en) Baffled thermoclines in thermodynamic generation cycle systems
CN105593616B (zh) 用于电热能量转换的方法
SI25712A (sl) Metoda prenosa toplote v združeni strukturi toplotnega regeneratorja in izvedba toplotnega regeneratorja
US9599375B2 (en) Magnetic cooling apparatus
JP5700258B2 (ja) 磁気熱量による熱発生器およびその熱交換方法
EP2959237A1 (en) Thermoelectric heat transferring system
US10267544B2 (en) Electrocaloric heat transfer system
US9151520B2 (en) Device for varying the pressure of a pneumatic fluid through displacement of liquid droplets and heat pump using such a device
JP2016513784A (ja) 熱装置
JP6026469B2 (ja) 扁平状蓄熱器、扁平状蓄熱器を備えた蓄熱器ユニット及び蓄熱器ユニットを備えた蓄熱装置
US20170268805A1 (en) Field-active heat pumping using liquid materials
US20110315348A1 (en) Magnetocaloric heat generator
US5066337A (en) Thermal power transfer system using applied potential difference to sustain operating pressure difference
CN110778471B (zh) 一种热声驱动的基于热释电效应的发电系统及方法
US6000463A (en) Metal hydride heat pump
WO2024052960A1 (ja) 磁気熱量材料ベッドおよび磁気冷凍装置
RU2101645C1 (ru) Регенеративно-рекуперативный теплообменник
CN214065350U (zh) 一种基于磁热效应的绿色环保型磁制冷换热设备
JP2015117917A (ja) 蓄熱装置、冷凍サイクル装置
KR20200048308A (ko) Pcm적용 판형 열교환기
JP4059613B2 (ja) 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム
JP2000241036A (ja) 冷却装置
JPS6285450A (ja) 熱伝達装置
RO128809A0 (ro) Echipamente de transfer termic cu microcanale

Legal Events

Date Code Title Description
OO00 Grant of patent

Effective date: 20200331