WO2008018812A1

WO2008018812A1 - Convertisseur d'énergie

Info

Publication number: WO2008018812A1
Application number: PCT/RU2006/000523
Authority: WO
Inventors: Veniamin Iakovlevich Veinberg
Original assignee: Veniamin Iakovlevich Veinberg
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2008-02-14
Also published as: RU2006128456A

Description

ЭНЕРГОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Заявленное устройство относится к охладителям окружающей среды, например воздуха, газа или жидкости, которые могут найти применение как и на производстве, так и в быту для охлаждения среды или помещения.

Широко известны кондиционеры используемые для охлаждения воздуха в помещении.

Недостатком известных устройств является значительная энергоёмкость, механоём- кость и сложность в эксплуатации.

В результате патентного поиска не удалось найти аналога или протатипа заявленному устройству.

Целью предполагаемого изобретения является создание охладителя газа или жидкости наиболее простой конструкции с встроенным в него источником охлаждения.

Эта цель достигается за счёт установки на лопасти энергопреобразователя охлаждающего элемента или выполнения их в виде охлаждающего элемента холодильника встроенного в энергопреобразователь, производитель холода которого технологически связан с этими лопастями с возможностью совместного вращения, при этом температура лопастей в рабочем состоянии ниже температуры окружающей среды, например воздуха или воды.

Энергопреобразователь поясняется следующими чертежами:

Фиг. 1/7 - Продольный разрез устройства с встроенным холодильником.

Фиг. 2/7 - Поперечный разрез лопастей.

Фиг. 3/7 - Поперечный разрез лопастей.

Фиг. 4/7 - Блочнопринцшшальная схема устройства.

Фиг. 5/7 - Продольный разрез устройства с встроенным магнитным холодильником.

Фиг. 6/7 - Продольный разрез устройства с встроенным магнитным холодильником.

Фиг. 7/7 - Поперечный разрез устройства.

Фиг. 8/7 - Пример выполнения встроенного магнитного холодильника.

Фиг. 9/7 - Пример установки устройства.

Фиг. 10/7 - Пример электропитания магнитов.

Фиг. 11/7 - Последовательность установки элементов холодильника.

Фиг. 12/7 - Пример устройства с магнитным холодильником.

Фиг. 13/7 - Пример выполнения теплообменника.

Фиг. 14/7 - Пример установки теплообменника. -

Фиг. 15/7 - Пример выполнения устройства с магнитным холодильником.

Фиг. 16/7 - Пример выполнения магнитного диска.

Фиг. 17/7 - Пример выполнения комля лопастей.

Фиг. 18/7 - Пример выполнения комля лопастей, в аксанометрии.

Фиг. 19/7 - Пример выполнения комля лопастей, в аксанометрии.

Фиг. 20/7 - Пример выполнения комля лопастей, в аксанометрии.

Фиг. 21/7 - Пример выполнения устройства.

Фиг. 22/7 - Пример установки устройства в энергопроводе.

Фиг. 23/7 - Пример установки устройства на энергопроводе.

Энергопреобразователь содержит компрессор 1, на корпусе которого установлены лопасти 2, и на которых установлены или в которых установлены охлаждающие элементы, например испарители 3, в этом случае лопасти 2 считаются полыми, полости 4 которых заполнены хладоносителем, например фреоном, при этом испарители 3 по форме могут совпадать с формой лопастей. В данном примере, можно считать, что лопасти 2 совмещены с испарителем 3, т.е. лопасти 2 совмещены с охлаждающим элементом холодильника встроенного в энергопреобразователь. Можно считать также, что испарители 3 выполнены в виде лопастей 2, более обще - охлаждающие элементы выполнены в виде лопастей 2, или лопасти 2 выполнены в виде испарителей 3, более обще - лопасти 2 выполнены в виде охлаждающих элементов. Но все эти выражения характеризующие связь лопастей 2 и охлаждающих элементов 3, можно объединить одним выражением, а именно лопасти 2 совмещены с охлаждающими элементами, встроенного в энергопреобразователь холодильника, например с испарителем, независимо от того установлены эти элементы, например испарители 3, на лопастях 2 или в них. Составной частью подвижного корпуса компрессора 1 является входной коллектор 5, который закреплён, например при помощи сварки, на входе компрессора 1. Лопасти 2 могут быть установлены на корпусе компрессора 1, например на его составной части - коллекторе 5, своим основанием, или комлем, например при помощи сварки или пайки, если лопасти 2 выполнены металлическими, при этом их полости 4, через проходное отверстие 6 выполненное в месте соединения основания лопастей 2 с коллектором 5, соединены с полостью коллектора 5. На выходе компрессора 1, на его корпусе установлен кольцевой конденсатор 7 соединённый с этим выходом, например при помощи сварки, на котором в свою очередь установлен кольцевой фильтр 8, который выполняет также функции кольцевого коллектора, полость которого связана через проходное отверстие 9 выполненное в корпусе конденсатора 7 с полостью этого конденсатора. Выход фильтра 9 через проходное отверстие 10 выполнен- ное в нём, связан с каиелярными трубками 11, закреплёнными на этом выходе, например при помощи пайки, а противоположное окончание этих трубок может быть соединён с концевой частью полых лопастей 2, а именно с испарителем 3, установленным на этих лопастях или в них, например при помощи пайки, тем самым полость фильтра 8 через ка- пелярные трубки 11 соединена с полостью 4. Таким образом получается замкнутый канал, составными частями которого являются лопасти 2, коллектор 5, конденсатор 7, фильтр 9, капелярные трубки 11 и тем самым реализуется холодильник, например фреоновый, встроенный в энергопреобразователь. Выход компрессора 1 через, по меньшей мере одно, выходное отверстие 13, соединено с полосью конденсатора 7, а полость коллектора 5, через входное отверстие 14, соединено со входом компрессора 1. Вал 15 компрессора 1 жёстко зафиксирован при помощи фиксирующего болта 16 во втулке 17, которая при помощи фланцев 18, закреплена на штативе 19, в основании которого выполнен подпятник 13, которым штатив крепится к какой-либо части аппаратуры или строения или по- чвы.(Фиг.l/7)

Испаритель 3 может крепится непосредственно на лопастях 2, например при помощи сварки, если лопасти 2 выполнены металлическими, или при помощи клея если они выполнены пластмассовыми, трубки 11 могут быть размещены в лопастях 2.(Фиг.2/7)

При выполнении испарителей 3 в лопастях 2, а точнее при выполнении испарителей 3 в форме лопастей 2, или лопасти 2 выполнены в виде испарителей, их корпус может быть оребрённым или гофрированым, т.е. содержать гофры 22 или рёбра. (Фиг.3/7)

После фильтра 8, на его выходе может быть установлен дополнительный выходной коллектор 23, который капиллярными трубками 11 он может быть соединён с основаниями, или комлями, лопастей 2, при этом на этих калилярных трубках 11, может быть установлены дросселя 24, а верхние или концевые кромки этих лопастей 2 трубками 25 соединены с входным коллектором 5.(Фиг.4/7)

В энергопреобразователь может быть встроен магнитный холодильник, например ферромагнитный диск 26, на котором закреплены лопасти 2, может быть установлен между постоянными магнитами 27 расположенные по обе стороны диска 26, и которые связаны с штоке 28 закреплённым на втулке 17, и установлены между упором 29 этого штатива и шайбами 30, на фиксирующем болте 31 проходящего через отверстия выполненные в них и диске 26, при этом диск 26 имеет возможность вращения вокруг его оси совместно с лопастями 2, а болт 31 имеет резьбовое соединение с отверстием 32 выполненным в штоке 28. С диском 26 могут быть механически соединены охлаждающие элементы 33 или выполненные как единое целое из того же материала, что и диск 26, накр- нец сами лопасти 2 могут быть выполнены из того же материала, что и диск 26, за единое целое с ним и выполняя функции охладителя. Но охлаждающие элементы 33 или лопасти 2 могут быть выполнены из другого материала, хорошо проводящего холод, контактно или при помощи сварки соединённого с диском 26.

В диске 26 может быть выполнен подшипник 34 через который он установлен на болте 31 с возможностью вращения, а магниты 27 жёстко запрессованы на нём неподвижно с небольшим зазором от диска 26.(Фиг.5/7)

Магниты 27 могут быть закреплены на кольцевой панели 35, вставлены в её отверстия 36, выполненной из немагнитного материала, запрессованная на втулке 17.

С противоположной стороны диска 26 на болте 31 может быть установлена аналогичная панель 37 с установленными в её отверстиях 38 магнитов 39, например противоположной полярности по отношению к магнитам 27. На диске 26 могут быть установлены лопасти 2, например, при помощи сварки или за единое целое с ним. Охладительные элементы 33, механически, например касательно, соединены с диском 26 или выполнены за единое целое с ним, или сами лопасти 2 могут быть выполнены в виде охладительных элементов . (Фиг.6/7)

На втулке 17 могут быть установлены формирующие вихревой поток воздуха неподвижные лопасти 41, например при помощи сварки, оксиально диску 26.(Фиг.7/7)

Панель 37 может быть жёстко запрессована на болте 31, т.е. быть неподвижной относительно диска 26, или эта панель 37 может быть соединена с лопастями 2 или с диском 26 и устанолена на болте 31 свободной посадкой, с возможностью совместного вращения с диском 26 и лопастями 2, естественно в рабочем состоянии и магниты 39, при этом оси магитов 27 расположены на траектории вращения подвижных магнитов 39.(Фиг.8/7)

В качестве магнтов используемых в энергопреобразователе могут быть как природные магниты, так и электромагниты, при этом последние электропроводами 42 могут связывать электромагниты, например магниты 27, через полую втулку 17 с источником элeктpoпитaния.(Ha чертеже не пoкaзaн.)(Фиг.9/7)

Энергопреобразователь может быть выполнен и в вертикальном исполнении, например его штатив 19 может быть закреплён на раме 43, установленной на перекрытии 44, например на потолке, в котором могут быть выполнены сквозные отверстия 45 связанные, воздухопроводом, например с вентиляционным стояком 46. Ветропреобразова- тель может иметь защитную решётку 47, прикреплённую к раме 43, например при помощи cвapки.(Фиr.lO/7) Фильтр 8 может быть установлен перед конденсатором 7, от окончания которого отходят трубки 11, при этом трубки 11 соединены с выходом конденсатора 6.(Фиг.l 1/7)

Встроенный в энергопреобразователь магнитный холодильник может быть выполнен в стиле холодильника будущего, а именно магнит 48 через магнитопровод 49 связан через рабочий зазор 50 с ферромагнитным полым диском 51, через который он проходит, при этом диск может быть заполнен магнитным веществом, например, парашком редкоземельного металла гадолиния (Gd), при этом диск 51 может быть установлен непосредственно на штоке 28, например запрессован на нём, с одного окончания этого штока жёстко установлена, например запрессована, втулка 52 с закреплёнными на ней лопастями 2, а с противоположной стороны этот шток 28 через падшипник 34 закреплён на панели 53 с возможностю вращения вокруг своей оси, совместно с закреплёнными на нём лопастями 2 и диском 51. На этой же панели 53 установлен и магнитопровод 49. В панеле 53, например в отверстиях 54 могут быть установлены, например запрессованы теплообменники 55, начальная часть которых расположена оксиально диску 51, в близи зазора 50, а на их окончаниях выполнены радиаторы 56. Задача теплообменников 55 отнять излишнее тепло из диска 51. Оксиально диску 51 или на нём установлены окончания теплообменников 57, выполненные из хорошо проводящего тепло материала, например из меди или её сплавов, иначе их можно назвать холодоотборниками или отборникамим холода, или хладопроводниками, начало которых связаны с лопастями 2 или установлены на них. Лопасти 2 и теплообменники 57 могут быть выполнены за единое целое из металлокерамики. Магнит 48 и магнитопровод 49 можно в целом назвать источником магнитного поля, которых может быть установлено оксиально диску 51 несколько, но для работоспособности ветропреобразователя достаточно по меньшей мере одного источника магнитного поля. Теплообменники 55 и 57 могут иметь различную форму, например иметь форму вертикальных стержней круглой или прямоугольной формы.

В этом примере ветропреобразователь выполнен условно вверх лопастями 2, на самом деле он может быть установлен горизонтально, или вниз лопастями 2.(Фиг.l2/7)

Теплообменник 57 может быть выполнен единым для лопастей 2, иметь, например форму цилиндра, и быть соединённым со всеми лопастями 2, сколько бы их не было выполнено на веτропреобразователе, и диском 51. Поэтому в общем для примера исполнения заявленного устройства подходит выражение: выполнен по меньшей мере один теплообменник 57 соединяющий лопасти 2 с диском 51. В этом случае можно считать, что теплообменник 57 выполнен пoдвижным.(Фиг.lЗ/7) Основания теплообменников 57 может быть жёстко соединено с верхней частью корпуса диска 51, например при помощи сварки или быть выполненым с ним как единое цeлoe.(Фиг.l4/7)

Наиболее рентабильной можно считать непосредственную установку лопастей 2 на диск 51 например за единое целое с частью корпуса диска 51 или со всем его корпусом, в этом случае лопасти 2 совмещают в себе роль подвижных теплообменников.

Это может быть реализовано установкой диска 51 через втулку 58 на валу 59, который закреплён через подшипник 34 на штативе 19, с возможностью вращения вокруг своей оси. А составной частью лопастей 2 можно считать её комлевую составляющую 60, котрую можно просто назвать комль лопасти 2, которая может иметь полую цилиндрическую форму, иметь конусную форму или быть выполнена сплошной. Эта комлевая составляющая 60, или комль лопатсей 2, может быть выполнена как единое целое с этими лопатсями и установлена непосредственно на, по меньшей мере, части корпуса диска 51 при помощи сварки или выполнена с ним за единое целое. В этом случае можно считать, что лопасти 2 установлены непосредственно на диске 51.(Фиг.l5/7)

Диск 51 может быть выполнен из сплошного магнитного материала, например из ферромагнетика, и также являтся составной частью лопастей 2 или соединён с ними или с их комлевой составляющей 60, или комлем, при помощи клея, сварки или пай-

Каждая лопасть 2 может иметь комлевую составляющую 60, или комль, например имеющую форму сплошного полуцилиндра, которые при установке их на диск 51 могут быть соединены. При использовании трёх лопастей 2, то и комлевых составляющих 60, или комлей, имеющих форму треть цилиндра будет три, и T.Д.(ФИГ.17/7)

Комлевые составляющие 60, или комли, могут быть выполнены полыми. (Фиг Л 8/6)

У лопастей 2 может быть общая комлевая составляющая 60, или комль, например, выполненный в виде сплошного цилиндра, к которому присоединено определённое количество лопастей 2, например при помощи сварки, пайки или клея, или выполненные за одно с ними в момент плавки или пpeccoвки.(Фиг.l9/7)

Общая комлевая составляющая 60, или комль, может быть выполнена по- лoй.(Фиг.20/7)

Учитывая, что наиболее холодная зона на диске 51 находится с противоположной стороны вала 11 по отношении к зазору 50, то рентабильности желательно снимать холод на лопасти 2 именно из этой зоны, поэтому на штативе 19 может быть закреплена стойка 61, например Г-образной формы, на конце которой закреплён по меньшей мере один теп- лообменник 62, один конец которого расположен оксиально диску 51, а его противоположный конец расположен оксиально втулке 36, которая для данного примера выполнена достаточно большого диаметра. Более обще можно сказать, что теплообменники 62 располагаются вблизи охлаждённой части диска 51.(Фиг.21/7)

Таким образом при использовании встроенного в энергопреобразователь газового холодильника, например фреонового холодильника, производителем холода является компрессор 1, а его охлаждающим элементом являются лопасти 2, которые являются подвижной частью энергопреобразователя, на которых установлены испарители 3, или испарители 3 выполнены в виде лопастей 2, или в общем испарители 3 совмещены с лопастями 2, при этом корпус компрессора 1 при работе компрессора вращается с этими лопастями, а его вал 15 зафиксирован на неподвижной части корпуса ветропреобразователя, какой является втулка 17.

При использовании магнитного холодильника встроенного в энергопреобразователь, производителем холода является по меньшей мере один магнит, например магнит 48, и ферромагнетик оксиально которому установлен этот магнит, а охлаждающим элементом являются лопасти 2, которые соединены с ферромагнетиком, напрямую или через теплообменники.

Энергопреобразователь может быть непосредственно установлен в энергопроводе 63, под которым подразумевается канал для энергоносителя, например для газообразной и жидких сред, например для воздуха и воды, и других движущихся средств, например трубопровод или вентиляционный короб или воздуховод строения или воздухопровод. При этом вал 15 компрессора 1 может быть распорками 64 закреплён к внутренним стенкам энергопровода 63, в этом энергопроводе 63 может быть установлено нагнетательное устройство 65, например насос или компрессор, или вентилятор, двигатель 66 которого распорками 67 закреплён к внутренним стенкам энергопровода 63, а на его валу 68 установлены 69, или кpыльчaткa.(Фиг.22/7)

Привод энергопреобразователя может быть установлен в энергопроводе 63, например ротор вьшолненный в виде крыльчатки 70, или лопастной ротор, установленной при помощи, например, игольчатых подшипников 71 на внутренних стенках энергопровода 63 с возможностью вращения вокруг своей оси. С одной стороны крыльчатка 70 соединена с соосным основанием 72, например при помощи сварки или как единое целое, на котором также соосно установлена шайба 73, например при помощи клея, из магнитоактив- ного материала, а оксиально ей, с внешней стороны стенки энергопровода 63, установлены магниты 74, которые закреплены, например при помощи клея на шайбе 75 адекватной по размерам шайбе 73 и соосной ей, только она может быть выполнена из немагнитного материала. Шайба 75 при помощи патрубка 76 на корпусе компрессора 1, с возможностью вращения совместно с магнитами 74 и этим корпусом вокруг своей оси, а вал 15 компрессора 1 может быть запрессован во втулке 77 установленной на стенке энергопровода 63, например при помощи сварки. Участок энергопровода 63 прилегающий к свзанным через магнитное поле друг с другом шайбе 73 и магнитам 74 может быть выполнен из немагнитного материала. Таким образом реализуется магнитная мyфтa.(Фиг.23/7)

Энергопреобразователь работает следующим образом:

Поток энергоносителя, например жидкость или газ, вода или воздух, начинает вращать лопасти 2, которые передают своё вращение корпусу компрессора 1, а вместе с ним вращается фильтр 7, конденсатор 6. Учитывая, что вал 19 компрессора 1 неподвижен, а его корпус вращается, компрессор начинает засасывать газ, например газообразный фреон, из испарителя 3, выполненного, например, в форме лопастей, сжимает его, переводя в жидкое состояние с выделением тепла и, например, через фльтр 9 выталкивает его в конденсатор 6, в котором он остывает и через капилярные трубки 20 попадает снова в испарители 3, т.е. в полые лопасти 2, в которых фреон переходит в газообразное состояние, резко охлаждается, отнимая тепло от стенок лопастей 2, вьшолняющих роль испарителей 3. Если испаритель 3 совмещён с лопастями 2 путём его установки на эти лопасти, то он передаёт холод лопастям 2, которые в свою очередь охлаждают окружающую среду.

Что касается использования встроенного в энергопреобразователь магнитного холодильника, то наиболее простым вариантом его исполнения является установка двух магнитов 27 оксиально ферромагнитному диску 26, в зоне прикосновения диска 26 с этими магнитами ферромагнитный материал заряжается определённым знаком, а в прелега- ющей ей зоне ферромагнитного диска этот материал заряжается противоположным знаком и охлаждается, это охлаждение передаётся лопастям 2, напрямую или через охлаждающий элемент 33. Но этот пример не отличается большим КПД, но для бытового энерго- преобразователя этого КПД достаточно.

Более эффективным примером выполнения встроенного в энергопреобразователь является устройство изображённое на Фиг.2., в котором используется магнитокалоричес- кий эффект. Когда гадолиний заходит в рабочий зазор 50 магнитопровода 49 он заряжается определённым знаком и нагревается, после выхода из этого зазора гадолиний заряжается противоположным знаком и охлаждается, для более быстрого его охлаждения используется теплообменник 55 установленный у зазора 50 или за ним, отводящий тепло с диска 51 на радиатор 56. А с охлаждённой части диска 51 через теплообменники 53, 62 или через комлевую часть 60 лопастей 2 холод передаётся этим лопастям, которые вращаясь передают его окружающей среде, которая может быть как газовой так и жидкой.

При установке энергопреобразователя в энергопровод 63 движущаяся по нему среда вращает лопасти 2 передавая своё вращение источнику холода, например корпусу компрессора 1, далее лопасти 2 охлаждаются аналогично предыдущим примерам, охлаждая энергоноситель, а именно среду проходящую по энергопроводу. Если в энергопроводе 63 установлено дополнительное нагнетательное устройство 65, то мощность и скорость прохождения среды в нём резко увеличивается, увеличивая хладопроизводительность энерго- преобразователя.

При установки элемента привода, например крыльчатки 70, в энергопроводе, а корпус компрессора 1 через магнитное поле магнитной муфты связан с этой крыльчаткой, то при вращении от потока среды в энергопроводе крыльчатки 70 шайба 73 передаёт через стенку энергопровода 63 своё вращение магнитам 74 и через шайбу 75 и патрубок 76 её вращение передаётся корпусу компрессора с установленными на нём лопастями 2. Далее процес охлаждения лопастей 2 происходит аналогично mридыдущим примерам. В этом случае лопасти 2 охлаждают помещение, в котором они находятся.

Дополнительные материалы:

Фиг. 24/7 - Флюгерное исполнение энергопреобразователя.

Энергопреобразователь может быть выполнен в флюгерном исполнении, например на его валу 15 или на втулке 17 устанавливается по меньшей мере одно управляющее крыло 78, например при помощи сварки, а втулка 17 крепится на штативе 19 через опорный подшипник 79, с возможностью вращения относительно этого штатива.

При таком исполнении энергопреобразователя управляющее крыло разварачивает его вращающиеся лопасти 2 по ветру.

ю

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Энергопреобразователь, содержщий лопасти, установленные на его конструктивной части с возможностью вращения от ветра отличающийся тем, что в нём выполнен встроенный холодильник, охлаждающий элемент которого установлен на его подвижной части.

2. Энергопреобразователь, по п.l отличающийся тем, что охлаждающий элемент встроенного холодильника совмещён с лопастями.

3. Энегопреобразователь, по п.l отличающийся тем, что охлаждающий элемент встроенного холодильника установлен в энергопроводе.

4. Энергопреобразователь, по п.l отличающийся тем, что охлаждающий элемент встроенного холодильника установлен на энергопроводе.