WO2014051466A2 - Способы, устройства и система преобразования тепла в холод - Google Patents

Способы, устройства и система преобразования тепла в холод Download PDF

Info

Publication number
WO2014051466A2
WO2014051466A2 PCT/RU2013/000821 RU2013000821W WO2014051466A2 WO 2014051466 A2 WO2014051466 A2 WO 2014051466A2 RU 2013000821 W RU2013000821 W RU 2013000821W WO 2014051466 A2 WO2014051466 A2 WO 2014051466A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
coolant
heat exchanger
steam generator
evaporation
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000821
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2014051466A3 (ru
Inventor
Вячеслав Иванович КРАСНОВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "МВТУ" (ООО "МВТУ")
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
Priority claimed from RU2012141501/07A external-priority patent/RU2511333C1/ru
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "МВТУ" (ООО "МВТУ") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "МВТУ" (ООО "МВТУ")
Publication of WO2014051466A2 publication Critical patent/WO2014051466A2/ru
Publication of WO2014051466A3 publication Critical patent/WO2014051466A3/ru

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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S90/00—Solar heat systems 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
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the group of inventions relates to the field of heat transfer and can be used for cooling air or equipment, as well as for the disposal of waste heat. State of the art
  • a personal computer processor cooling system comprising a tube-connected evaporator filled with coolant and a condenser is connected.
  • heat from the processor is transferred to the evaporator, the coolant vapor from which enters the condenser, in which it is cooled, passes into the liquid phase and is sent back to the evaporator.
  • the disadvantages of the known solutions are: limited scope, low heat transfer efficiency, use of alcohol or ether as a heat carrier.
  • a device for cooling devices including a steam generator, a condenser, a first heat exchanger and connecting pipelines is known from the prior art (see SU 661877 A1, 05/05/1979).
  • the heat transfer process includes the steps of heating and evaporating the coolant, condensing the coolant and returning the coolant for heating and evaporation.
  • the disadvantages of the known solutions are: limited scope, low heat transfer efficiency.
  • the objective of the proposed group of inventions is the development of fundamentally new solutions for cooling air or equipment, devoid of the disadvantages of known tools and methods for this purpose.
  • the technical result of the proposed group of inventions is to expand the scope, expand functionality, increase heat transfer efficiency, economy, due to lack of power consumption, increase reliability and durability, by minimizing the number of moving elements and environmental friendliness, due to the possibility of using distilled water as a coolant and the possibility waste heat recovery.
  • the technical result is achieved in methods of converting heat into cold.
  • the method of converting heat into cold includes the cyclical execution of the steps of heating, evaporating the coolant, condensation, returning the coolant for heating and evaporation.
  • the proposed method according to the first embodiment differs from the known one in that after the heating and evaporation of the coolant, they provide an increase in the vapor pressure of the coolant, a subsequent sharp decrease in steam pressure and condensation of the cooled coolant, transfer of thermal energy to the cooled coolant from the cooled source or air, and return of the coolant for heating and evaporation is carried out depending on the vapor pressure obtained after evaporation.
  • the method of converting heat into cold involves the cyclical execution of the steps of heating, evaporating the coolant, condensation, returning the coolant for heating and evaporation.
  • the proposed method according to the second embodiment differs from the known one in that after the heating and evaporation of the coolant, they provide an increase in the vapor pressure of the coolant, a subsequent sharp decrease in steam pressure and condensation of the cooled coolant, transfer of thermal energy to the cooled coolant from the cooled air, and return of the coolant for heating and evaporation is carried out depending on the vapor pressure obtained after evaporation, while the supply of cooled air is carried out using pressure p pa.
  • heating and evaporation of the coolant can be carried out by means of solar energy.
  • the technical result is achieved in devices for converting heat into cold.
  • the heat-to-cold conversion apparatus includes a steam generator, a condenser, a first heat exchanger and connecting pipelines.
  • the proposed device differs from the known one in that it further comprises a second heat exchanger, which is cooling, the first heat exchanger being heated and structurally connected to a steam generator containing a heat carrier, the output of the steam generator is connected in series with the condenser a cooling heat exchanger, for absorbing heat from a cooled source of heat energy or air, an overflow valve and, located below, valve to back pressure dispenser and the inlet of the steam generator, wherein the control inputs of the counter and dispenser valve connected to the outlet of the steam generator, and all connections are insulated.
  • the heat-to-cold conversion device includes a steam generator, a condenser, a first heat exchanger and connecting pipelines.
  • the proposed device differs from the known one in that it further comprises a second heat exchanger, which is cooling, the first heat exchanger being heated and structurally connected to a steam generator containing a heat carrier, the output of the steam generator is connected in series with the condenser a cooling heat exchanger, to absorb heat from the cooled air, overflow valve and, located below, backpressure valve, dispenser and steam generator inlet, while the control inputs of the backpressure valve and dispenser are connected to the output of the steam generator, in addition, the steam generator is connected to a turbine configured to rotate from steam pressure and transmit torque to the fan through a magnetic coupling , the fan is configured to supply air to the second heat exchanger, the turbine outlet is connected through a second element of a sharp decrease in pressure with a condenser m, and all connections are insulated.
  • a channel with a variable cross section may be a nozzle or a Laval nozzle.
  • a solar collector can be used as a heater of the first heat exchanger.
  • the technical result is achieved in a system for converting heat into cold, including one or more conversion devices according to the first embodiment and one or more conversion devices according to the second embodiment.
  • one or more conversion devices has a common heated first heat exchanger and / or a common condenser.
  • FIG. 1 is a schematic view of a device for converting heat to cold according to the first embodiment.
  • Fig. 2 is a schematic view of a device for converting heat into cold with a unit for supplying cooled air according to the second embodiment.
  • Fig. 3 is a schematic view of a device for converting heat to cold according to the second embodiment using a solar collector for supplying thermal energy.
  • Embodiments of the invention The proposed group of inventions is intended to convert heat into cold and can be used for cooling (conditioning) air or cooling industrial / domestic equipment using heat from various sources.
  • heat sources you can use fuel sources, radioisotope, atomic (atomic reactor heat), solar, utilization, as well as heat from any sources that produce waste heat (exhaust, furnace gases, etc.).
  • the proposed solutions are based on the principle of converting the internal energy of the gas by performing work.
  • Fig. 1 schematically shows an example implementation of a cooling installation according to a first embodiment of the method and apparatus for its implementation.
  • the principle of operation according to the first embodiment of the method and device is common to all variants of the proposed solutions.
  • the design of the individual elements of the device are widely known from the prior art and their specific parameters are calculated in accordance with the necessary requirements for the operational characteristics of the device.
  • the device for converting heat from a source of thermal energy 1 into cold includes a heated heat exchanger 2 (hereinafter referred to as the first heat exchanger), which is structurally connected with the steam generator 3.
  • the steam generator 3 In the steam generator 3 is a liquid coolant (refrigerant) 4.
  • the output of the Steam Generator 3 is connected to a thin plate located above it with an opening 5 structurally connected to the condenser 6.
  • the condenser 6 is connected to a cooling heat exchanger 8 (hereinafter referred to as the second heat exchanger), which is connected to overflow valve 9.
  • the overflow valve 9 is connected in series with the downstream valve 9, a back pressure valve 11, a dispenser 12 and the input of the steam generator 3. Control inputs of the back pressure valve tions 11 and dispenser 12 connected to the outlet of the steam generator 3.
  • thermal energy is transferred to the steam generator 3.
  • the specified structural connection can be carried out, for example, by installing the steam generator 3 in the first heat exchanger 2 or by performing them as a single structural unit.
  • a coolant (refrigerant) 4 can be used distilled water.
  • any element can be used that provides a sharp pressure drop, namely, an increased pressure at the inlet and a sharp decrease in its output.
  • an element for providing a sharp pressure drop may be a channel with a variable cross section, in particular, a nozzle or a Laval nozzle.
  • the capacitor 6 can be made in the form of a container and contain layers of the grid 7, which increase the area of its inner surface and contribute to increasing the efficiency of the condensation process. Instead of layers of the grid 7 can be used bundles of copper wire or any other structural elements that increase the internal surface area of the capacitor.
  • Thin plate with hole 5 may be located in the upper part of the condenser 6, and the cooled coolant is discharged to the second heat exchanger from the lower part.
  • the second heat exchanger 8 can be installed, for example, in a ventilation system, in case it is necessary to cool the air or can be made with the possibility of heat exchange with equipment or any other heat source that requires cooling (Fig. 1 shows an option for cooling the air).
  • the overflow valve 9 serves to maintain a constant amount of coolant in the second heat exchanger 8, namely, it passes the coolant only in case of overflow of the heat exchanger 8.
  • the vertical pipe 10 is given as an example, in practice there is no need to observe a strict vertical pipe, since the condition of the device is the location of the valve back pressure 11 below the overflow valve 9 with a height difference between them h.
  • the backpressure valve 11 allows the coolant to pass through the dispenser 12 to the inlet of the steam generator 3 when the steam pressure at the steam generator outlet is lower than the pressure created due to the gravity of the coolant in the vertical pipe 10.
  • the mentioned decrease in steam pressure can occur when the liquid coolant 4 ends in the steam generator 3
  • the dispenser 12 allows you to feed the coolant into the input of the steam generator in certain portions and can be configured to control the steam pressure from the steam output ra 3, for which the control input 12 of the dispenser vapor fed from the outlet of the steam generator 3.
  • counterpressure valve 11 and the dispenser 12 form a system of dispensing the coolant in the steam generator 3 in a case where the coolant therein ends. All connections between the elements of the device are provided using a thermally insulated pipeline. Before filling the device with a coolant, it pumps out air (creates a discharged atmosphere) to reduce the boiling point of the coolant and the formation of steam in the steam generator. Additionally, valves may be provided in the device to force stop the operation.
  • the proposed device provides a cyclic mode of operation.
  • the cycle in the device when water is used as the heat carrier (refrigerant) is implemented as follows.
  • Thermal energy from the source 1 is transferred to the first heat exchanger 2, which heats the steam generator 3.
  • the steam generator 3 Inside the steam generator 3 there is water at an initial temperature T x "20 ° C.
  • T x "20 ° C.
  • the steam from the outlet of the steam generator 3, through a pipeline is sent to a thin plate with a hole 5 located above the steam generator 3 and to the control input of the backpressure valve 11, closing it.
  • condensation occurs with the receipt of a small amount of heat from the environment, to shift the equilibrium from the triple point to the side of the liquid, which flows into the second heat exchanger 8.
  • Heated Air x which is necessary to make cooling is supplied to the second heat exchanger 8, in which the heat transfer from the warmer air to the chilled water 4 '4 ° C.
  • the second heat exchanger 8 As a result of the passage of warm air through the second heat exchanger 8, its temperature decreases, and it can again be used for air conditioning or cooling equipment.
  • water is sent to the overflow valve 9.
  • the water is directed through a vertical pipe 10 to, located below the overflow valve 9, the backpressure valve 11.
  • the backpressure valve 11 In the vertical pipeline 10, due to the difference in elevation h, a pressure is created under the action of gravity, which contributes to the further advancement of water to the entrance to the backpressure valve 11.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a device for converting heat to cold, in accordance with a second embodiment of the method.
  • a turbine with a magnetic clutch 13 and a fan 14 are added to the device, allowing to supply the warm air necessary for cooling to the second heat exchanger 8 without the expense of external energy, but only due to the energy of the processes taking place in the device itself.
  • steam from the steam generator 3 is sent to a turbine with a magnetic coupling 13.
  • steam enters the condenser 6 through a second thin plate with an opening 15. Under pressure, the turbine 13 spins up and, through a magnetic coupling, transmits torque to the fan 14 , which supplies the necessary cooling air warm to the second heat exchanger 8.
  • Fig. 3 shows a second embodiment of the device, where a solar collector 15, which can be located outside the room, is used as a source of heat energy to the first coolant.
  • a solar collector 15 which can be located outside the room, is used as a source of heat energy to the first coolant.
  • This version of the device can be used in air conditioning systems in residential or industrial premises due to solar energy.
  • the above version of the device does not require heat from additional external sources and provides a fully autonomous mode of operation.
  • the system for converting heat into cold proposed in the framework of this group of inventions contains one or more devices converting heat to cold according to the first embodiment (Fig. 1) and one or more devices for converting heat to cold according to the second embodiment (Fig. 2).
  • the devices in the system may have a common first heat exchanger and / or a common condenser.
  • the number of devices in the system depends on the amount of air that needs to be cooled.
  • one or more solar collectors may be used to supply heat to the first or many first heat exchangers, depending on the design.
  • the proposed group of inventions allows to obtain the previously indicated technical result, which consists in expanding the scope, expanding the functionality, increasing the efficiency of heat transfer, environmental friendliness, economy, as well as increasing reliability and durability. It should be noted that the description of the group of inventions and the drawings are given only as an example and do not limit the possible modifications of the group of inventions within the framework of the proposed formula.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к области теплообмена и может быть использована для охлаждения воздуха или оборудования, а также для утилизации сбросного тепла. Предложены варианты способа преобразования тепла в холод, варианты устройств для их осуществления и система преобразования тепла в холод. Один из вариантов устройства преобразования тепла в холод содержит первый теплообменник (2), парогенератор (3) жидкий теплоноситель (хладагент) (4), тонкую пластину с отверстием (5), конденсатор (6), сетку (7), второй теплообменник (8), клапан перелива (9), вертикальный трубопровод (10), клапан противодавления (11), дозатор (12), турбину с магнитной муфтой (13), вентилятор (14), вторую тонкую пластину с отверстием (15), солнечный коллектор (16). Техническим результатом группы изобретений является расширение области применения, расширение функциональных возможностей, повышение эффективности теплообмена, экономичности, экологичности, а также повышении надежности и долговечности.

Description

Способы, устройства и система преобразования тепла в холод
Область техники
Группа изобретений относится к области теплообмена и может быть использована для охлаждения воздуха или оборудования, а также для утилизации сбросного тепла. Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известна (см. RU 71501 U1, 10.03.2008) система охлаждения процессора персонального компьютера содержащая связанные при помощи трубок испаритель, наполненный теплоносителем, и конденсатор. В известном устройстве тепло от процессора передается на испаритель, пар теплоносителя из которого поступает в конденсатор, в котором охлаждается, переходит в жидкую фазу и направляется обратно в испаритель. Недостатками известного решения являются: ограниченная область применения, низкая эффективность теплообмена, использование в качестве теплоносителя спирта или эфира.
Из уровня техники известен (см. RU 2170886 С1, 20.07.2001) бытовой автономный кондиционер, включающий испаритель, капиллярную трубку, конденсатор, заполненные хладоном, компрессор и вентиляторы. Работает известное устройство по принципу компрессионного холодильника. Недостатками известного решения являются: необходимость использования электроэнергии для работы компрессора и вентиляторов, малая эффективность теплообмена, низкая надежность и долговечность, за счет износа компрессора и вентиляторов, низкая экологичность, за счет использования хладона, а также ограниченная область применения.
В качестве наиболее близкого аналога, совокупность признаков которого наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявленной группы изобретений принято известное из уровня техники (см. SU 661877 А1, 05.05.1979) устройство для охлаждения приборов, включающее парогенератор, конденсатор, первый теплообменник и соединительные трубопроводы. В известном устройстве процесс теплообмена включает этапы нагревания и испарения теплоносителя, конденсацию теплоносителя и возврат теплоносителя для нагрева и испарения. Недостатками известного решения являются: ограниченная область применения, малая эффективность теплообмена.
Раскрытие изобретения
Задачей предложенной группы изобретений является разработка принципиально новых решений для охлаждения воздуха или оборудования, лишенных недостатков известных средств и методов данного назначения.
Техническим результатом предложенной группы изобретений является расширение области применения, расширение функциональных возможностей, повышение эффективности теплообмена, экономичность, за счет отсутствия электропотребления, повышение надежности и долговечности, за счет минимизации количества движущихся элементов и экологичность, за счет возможности использования в качестве теплоносителя дистиллированную воду и возможности утилизации сбросного тепла. Технический результат достигается в способах преобразования тепла в холод.
Согласно первому варианту, способ преобразования тепла в холод, включает цикличное выполнение этапов нагрева, испарения теплоносителя, конденсацию, возврат теплоносителя для нагрева и испарения. При этом от известного, предложенный способ по первому варианту отличается тем, что после этапа нагрева и испарения теплоносителя обеспечивают повышение давления пара теплоносителя, последующее резкое понижения давления пара и конденсацию охлажденного теплоносителя, передачу охлажденному теплоносителю тепловой энергии от охлаждаемого источника или воздуха, а возврат теплоносителя для нагрева и испарения производят в зависимости от получаемого после испарения давления пара.
Согласно второму варианту, способ преобразования тепла в холод, включает цикличное выполнение этапов нагрева, испарения теплоносителя, конденсацию, возврат теплоносителя для нагрева и испарения. При этом от известного, предложенный способ по второму варианту отличается тем, что после этапа нагрева и испарения теплоносителя обеспечивают повышение давления пара теплоносителя, последующее резкое понижения давления пара и конденсацию охлажденного теплоносителя, передачу охлажденному теплоносителю тепловой энергии от охлаждаемого воздуха, а возврат теплоносителя для нагрева и испарения производят в зависимости от получаемого после испарения давления пара, при этом подачу охлаждаемого воздуха осуществляют при помощи давления пара.
В каждом из вариантов способа, нагрев и испарение теплоносителя может осуществляться посредством солнечной энергии. Технический результат достигается в устройствах преобразования тепла в холод.
Согласно первому варианту, устройство преобразования тепла в холод включает парогенератор, конденсатор, первый теплообменник и соединительные трубопроводы. При этом предложенное устройство от известного отличается тем, что дополнительно содержит второй теплообменник, являющийся охлаждающим, причем первый теплообменник является нагреваемым и конструктивно связан с парогенератором, содержащим теплоноситель, выход парогенератора последовательно соединен с, расположенными выше, через элемент резкого понижения давления, конденсатором, вторым охлаждающим теплообменником, для поглощения тепла от охлаждаемого источника тепловой энергии или воздуха, клапаном перелива и, расположенными ниже, клапаном противодавления, дозатором и входом парогенератора, при этом управляющие входы клапана противодавления и дозатора соединены с выходом парогенератора, а все соединения выполняются теплоизолированными.
Согласно второму варианту, устройство преобразования тепла в холод включает парогенератор, конденсатор, первый теплообменник и соединительные трубопроводы. При этом предложенное устройство от известного отличается тем, что дополнительно содержит второй теплообменник, являющийся охлаждающим, причем первый теплообменник является нагреваемым и конструктивно связан с парогенератором, содержащим теплоноситель, выход парогенератора последовательно соединен с, расположенными выше, через элемент резкого понижения давления, конденсатором, вторым охлаждающим теплообменником, для поглощения тепла от охлаждаемого воздуха, клапаном перелива и, расположенными ниже, клапаном противодавления, дозатором и входом парогенератора, при этом управляющие входы клапана противодавления и дозатора соединены с выходом парогенератора, дополнительно парогенератор соединен с турбиной, выполненной с возможностью вращения от давления пара и передачи вращающего момента на вентилятор посредством магнитной муфты, вентилятор выполнен с возможностью подачи воздуха на второй теплообменник, выход турбины соединен через второй элемент резкого понижения давления с конденсатором, а все соединения выполняются теплоизолированными.
В каждом из вариантов устройства, в качестве элемента резкого понижения давления можно использовать тонкую пластину с отверстием или канал с переменным поперечным сечением. Канал с переменным поперечным сечением может являться соплом или соплом Лаваля.
В каждом из вариантов в качестве нагревателя первого теплообменника может использоваться солнечный коллектор.
Технический результат достигается в системе преобразования тепла в холод, включающей одно или более устройств преобразования по первому варианту и одно или более устройств преобразования по второму варианту.
В качестве варианта, в системе одно или более устройств преобразования обладает общим нагреваемым первым теплообменником и/или общим конденсатором.
Краткое описание чертежей Fig. 1 - схематичный вид устройства преобразования тепла в холод по первому варианту.
Fig. 2 - схематичный вид устройства преобразования тепла в холод с узлом для подачи охлаждаемого воздуха по второму варианту.
Fig. 3 - схематичный вид устройства преобразования тепла в холод по второму варианту с использованием солнечного коллектора для подачи тепловой энергии.
Варианты осуществления изобретения Предложенная группа изобретений предназначена для преобразования тепла в холод и может быть использована для охлаждения (кондиционирования) воздуха или охлаждения промышленного/бытового оборудования, используя для этого тепло от различных источников. В качестве источников тепла можно использовать топливные источники, радиоизотопные, атомные (тепло атомного реактора), солнечные, утилизационные, а также тепло из любых источников, выделяющих сбросное тепло (выхлопные, печные газы и др.). В отличие от обычных решений преобразования тепла в холод, работающих по принципу перекачки и рассеивания тепловой энергии в окружающую среду, в основе предложенных решений лежит принцип преобразования внутренней энергии газа за счет совершения им работы.
Сущность предложенных решений поясняется чертежами, на которых схематично обозначены следующие конструктивные элементы:
1 - источник тепловой энергии;
2 - первый теплообменник; 3 - парогенератор;
4 - жидкий теплоноситель (хладагент);
5 - тонкая пластина с отверстием;
6 - конденсатор;
7 - сетка;
8 - второй теплообменник;
9 - клапан перелива;
10 - вертикальный трубопровод;
11 - клапан противодавления;
12 - дозатор;
13 - турбина с магнитной муфтой;
14 - вентилятор;
15 - вторая тонкая пластина с отверстием;
16 - солнечный коллектор.
На Fig. 1 схематично показан пример реализации охладительной установки согласно первому варианту способа и устройства для его осуществления. Принцип действия согласно первому варианту способа и устройства является общим для всех вариантов предложенных решений. Конструкции отдельных элементов устройства являются широко известными из уровня техники и конкретные их параметры рассчитываются в соответствии необходимыми требованиями к эксплуатационным характеристикам устройства.
Устройство преобразования тепла от источника тепловой энергии 1 в холод по первому варианту включает нагреваемый теплообменник 2 (далее - первый теплообменник), который конструктивно связан с парогенератором 3. В парогенераторе 3 находится жидкий теплоноситель (хладагент) 4. Выход Парогенератора 3 соединен с расположенной выше него, тонкой пластиной с отверстием 5 конструктивно связанной с конденсатором 6. Внутри конденсатора 6 расположены слои сетки 7, Конденсатор 6 соединен с охлаждающим теплообменником 8 (далее - второй теплообменник), который соединен с клапаном перелива 9. Через вертикальный трубопровод 10, клапан перелива 9 последовательно соединен с, расположенными ниже клапана перелива 9, клапаном противодавления 11, дозатором 12 и входом парогенератора 3. Управляющие входы клапана противодавления 11 и дозатора 12 соединены с выходом парогенератора 3.
В первом теплообменнике 2, за счет вышеупомянутой конструктивной связи, происходит передача тепловой энергии к парогенератору 3. Указанная конструктивная связь может осуществляться, например, установкой парогенератора 3 в первый теплообменник 2 или выполнением их в виде единого конструктивного узла. В качестве теплоносителя (хладагента) 4 может быть использована дистиллированная вода. Вместо тонкой пластины с отверстием 5 может использоваться любой элемент, обеспечивающий резкий перепад давления, а именно повышенное давление на входе и резкое понижение его на выходе. Например, элементом для обеспечения резкого перепада давления может быть канал с переменным поперечным сечением, в частности, сопло или сопло Лаваля. Конденсатор 6 может быть выполнен в виде емкости и содержать слои сетки 7, которые увеличивают площадь его внутренней поверхности и способствуют повышению эффективности процесса конденсации. Вместо слоев сетки 7 могут быть использованы пучки медной проволоки или любые другие конструктивные элементы, увеличивающие площадь внутренней поверхности конденсатора. Тонкая пластина с отверстием 5 может находиться в верхней части конденсатора 6, а отвод охлажденного теплоносителя во второй теплообменник осуществляется из нижней части. Второй теплообменник 8 может быть установлен, например, в вентиляционную систему, в случае, когда необходимо охладить воздух или может быть выполнен с возможностью теплообмена с оборудованием или любым другим источником тепла который требует охлаждения (на Fig. 1 приведен вариант для охлаждения воздуха). Клапан перелива 9 служит для поддержания постоянного количества теплоносителя во втором теплообменнике 8, а именно пропускает теплоноситель только в случае переполнения теплообменника 8. Вертикальный трубопровод 10 приведен в качестве примера, на практике же нет необходимости соблюдать строгую вертикальность трубопровода, поскольку условием работы устройства является расположение клапана противодавления 11 ниже клапана перелива 9 с обеспечением между ними перепада высот h. Клапан противодавления 11 позволяет пропускать теплоноситель через дозатор 12 во вход парогенератора 3, когда давление пара на выходе парогенератора будет ниже давления, создаваемого за счет силы тяжести теплоносителя в вертикальном трубопроводе 10. Упомянутое понижение давления пара может происходить, когда в парогенераторе 3 заканчивается жидкий теплоноситель 4. Дозатор 12 позволяет подавать теплоноситель во вход парогенератора определенными порциями и может быть выполнен с возможностью управления давлением пара из выхода парогенератора 3, для чего на управляющий вход дозатора 12 подается пар из выхода парогенератора 3. Совместно клапан противодавления 11 и дозатор 12 образуют систему дозированной подачи теплоносителя в парогенератор 3 в случае, когда теплоноситель в нем заканчивается. Все связи между элементами устройства обеспечиваются с помощью теплоизолированного трубопровода. Перед наполнением устройства теплоносителем в нем производят откачку воздуха (создают разряженную атмосферу), для уменьшения температуры кипения теплоносителя и образования пара в парогенераторе. Дополнительно в устройстве могут быть предусмотрены вентили, для принудительной остановки работы.
Предложенное устройство обеспечивает цикличный режим работы. Цикл в устройстве, когда в качестве теплоносителя (хладагента) используется вода, реализуется следующим образом.
Тепловая энергия из источника 1 передается на первый теплообменник 2, который нагревает парогенератор 3. Внутри парогенератора 3 находится вода при начальной температуре Тх « 20° С . При нагреве воды до температуры Г2 « 70° С происходит непрерывная генерация пара. Под действием внутреннего давления, пар из выхода парогенератора 3, при помощи трубопровода, направляется на, находящуюся выше парогенератора 3, тонкую пластину с отверстием 5 и на управляющий вход клапана противодавления 11, закрывая его. Тонкая пластина с отверстием 5 не позволяет пару беспрепятственно перейти в конденсатор 6, и обеспечивает повышение давления пара до равновесного (при Г2 « 70° С , давление Р2 = 30 - 103 -^ 50 - 103 Ha ). Данное давление держится до тех пор, пока в парогенераторе не иссякнет (выкипит) вода.
В процессе кипения воды, пар при давлении Р2 s 30 - 103 + 50 - 103 До проходя через отверстие в пластине 5 резко расширяется в объеме и стремительно теряет давление до Р3 = 1 10 -^ 700 До , при этом его температура и давление падают до температуры и давления тройной точки воды или ниже {Тъ « 0°С или Тъ < 0°С ).
В конденсаторе 6, на развитой внутренней поверхности, происходит конденсация с получением небольшого количества тепла от окружающей среды, для смещения равновесия из тройной точки в сторону жидкости, которая стекает во второй теплообменник 8.
Нагретый возд х, охлаждение которого необходимо произвести, подается на второй теплообменник 8, в котором происходит передача тепла от более теплого воздуха к охлажденной воде 4 « 4°С . В результате прохода теплого воздуха через второй теплообменник 8 его температура понижается, и он вновь может использоваться для кондиционирования помещений или охлаждения оборудования. После второго теплообменника 8, вода направляется в клапан перелива 9.
Далее вода направляется через вертикальный трубопровод 10 в, находящийся ниже клапана перелива 9, клапан противодавления 11. В вертикальном трубопроводе 10, за счет перепада высот h, под действием силы тяжести создается давление, способствующее дальнейшему продвижению воды до входа в клапан противодавления 11.
Когда вода в парогенераторе 3 иссякает (выкипает), на выходе парогенератора 3 происходит снижение давления, которое открывает клапан противодавления 11. Вода под давлением, образованным за счет перепада высот h в вертикальном трубопроводе 10, через открытый клапан противодавления 11 поступает в дозатор 12. Часть воды из дозатора попадает в парогенератор 3, в котором за счет нагревания вновь поступившей воды происходит повышение давления пара. Далее под действием внутреннего давления пар поступает на управляющий вход клапана противодавления 11, запирая его, и на управляющий вход дозатора 12. Под действием давления пара, вода оставшаяся в дозаторе 12 поступает в парогенератор 3, и цикл начинается заново.
На Fig. 2 показан второй вариант устройства преобразования тепла в холод, в соответствии со вторым вариантом реализации способа. В отличие от первого варианта устройства, в устройство добавлены турбина с магнитной муфтой 13 и вентилятор 14, позволяющие подавать необходимый к охлаждению теплый воздух на второй теплообменник 8 без затрат внешней энергии, а только за счет энергии процессов, проходящих в самом устройстве. Для этого пар из парогенератора 3 направляется в турбину с магнитной муфтой 13. С упомянутой турбины 13 пар поступает в конденсатор 6 через вторую тонкую пластину с отверстием 15. Под действием давления пара турбина 13 раскручивается и, через магнитную муфту, передает вращающий момент на вентилятор 14, который подает необходимый к охлаждению теплый воздух на второй теплообменник 8.
На Fig. 3 показан второй вариант устройства, где в качестве источника подачи тепловой энергии на первый теплоноситель используется солнечный коллектор 15, который может располагаться снаружи помещения. Данный вариант устройства может быть использован в системах кондиционирования воздуха в жилых или промышленных помещениях за счет солнечной энергии. Приведенный вариант устройства не требует подачи тепла от дополнительных внешних источников и обеспечивает полностью автономный режим работы.
Система преобразования тепла в холод предложенная в рамках настоящей группы изобретений содержит одно или более устройств преобразования тепла в холод по первому варианту (Fig. 1) и одно или более устройств преобразования тепла в холод по второму варианту (Fig. 2). При этом устройства в системе могут обладать общим для всех первым теплообменником и/или общим конденсатором. Количество устройств в системе зависит от объема воздуха, охлаждение которого необходимо произвести. Кроме того, для подачи тепла на первый или множество первых теплообменников, в зависимости от конструкции, может использоваться один или более солнечных коллекторов. Таким образом, предложенная группа изобретений позволяет получить указанный ранее технический результат, заключающийся в расширении области применения, расширении функциональных возможностей, повышении эффективности теплообмена, экологичности, экономичности, а также повышении надежности и долговечности. Следует отметить, что описание группы изобретений и чертежи приведены только в качестве примера и не ограничивают возможные модификации группы изобретений в рамках предложенной формулы.

Claims

Формула изобретения
1. Способ преобразования тепла в холод, включающий цикличное выполнение этапов нагрева, испарения теплоносителя, конденсацию, возврат теплоносителя для нагрева и испарения, отличающийся тем, что после этапа нагрева и испарения теплоносителя обеспечивают повышение давления пара теплоносителя, последующее резкое понижения давления пара и конденсацию охлажденного теплоносителя, передачу охлажденному теплоносителю тепловой энергии от охлаждаемого источника или воздуха, а возврат теплоносителя для нагрева и испарения производят в зависимости от получаемого после испарения давления пара.
2. Способ преобразования, по п.1 отличающийся тем, что нагрев и испарение теплоносителя осуществляют посредством солнечной энергии.
3. Способ преобразования тепла в холод, включающий цикличное выполнение этапов нагрева, испарения теплоносителя, конденсацию, возврат теплоносителя для нагрева и испарения, отличающийся тем, что после этапа нагрева и испарения теплоносителя обеспечивают повышение давления пара теплоносителя, последующее резкое понижения давления пара и конденсацию охлажденного теплоносителя, передачу охлажденному теплоносителю тепловой энергии от охлаждаемого воздуха, а возврат теплоносителя для нагрева и испарения производят в зависимости от получаемого после испарения давления пара, при этом подачу охлаждаемого воздуха осуществляют при помощи давления пара.
4. Способ преобразования, по п.З отличающийся тем, что нагрев и испарение теплоносителя осуществляют посредством солнечной энергии.
5. Устройство преобразования тепла в холод включающее парогенератор, конденсатор, первый теплообменник и соединительные трубопроводы, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй теплообменник, являющийся охлаждающим, причем первый теплообменник является нагреваемым и конструктивно связан с парогенератором, содержащим теплоноситель, выход парогенератора последовательно соединен с, расположенными выше, через элемент резкого понижения давления, конденсатором, вторым охлаждающим теплообменником, для поглощения тепла от охлаждаемого источника тепловой энергии или воздуха, клапаном перелива и, расположенными ниже, клапаном противодавления, дозатором и входом парогенератора, при этом управляющие входы клапана противодавления и дозатора соединены с выходом парогенератора, а все соединения выполняются теплоизолированными.
6. Устройство преобразования по п.5, отличающееся тем, что в качестве элемента резкого понижения давления используют тонкую пластину с отверстием или канал с переменным поперечным сечением.
7. Устройство преобразования по п.6, отличающееся тем, что канал с переменным поперечным сечением является соплом или соплом Лаваля.
8. Устройство преобразования по любому из п.п. 5 - 7, отличающееся тем, что в качестве нагревателя первого теплообменника используется солнечный коллектор.
9. Устройство преобразования тепла в холод включающее парогенератор, конденсатор, первый теплообменник и соединительные трубопроводы, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй теплообменник, являющийся охлаждающим, причем первый теплообменник является нагреваемым и конструктивно связан с парогенератором, содержащим теплоноситель, выход парогенератора последовательно соединен с, расположенными выше, через элемент резкого понижения давления, конденсатором, вторым охлаждающим теплообменником, для поглощения тепла от охлаждаемого воздуха, клапаном перелива и, расположенными ниже, клапаном противодавления, дозатором и входом парогенератора, при этом управляющие входы клапана противодавления и дозатора соединены с выходом парогенератора, дополнительно парогенератор соединен с турбиной, выполненной с возможностью вращения от давления пара и передачи вращающего момента на вентилятор посредством магнитной муфты, вентилятор выполнен с возможностью подачи воздуха на второй теплообменник, выход турбины соединен через второй элемент резкого понижения давления с конденсатором, а все соединения выполняются теплоизолированными.
10. Устройство преобразования по п.9, отличающееся тем, что в качестве элемента резкого понижения давления используют тонкую пластину с отверстием или канал с переменным поперечным сечением.
11. Устройство преобразования по п.10, отличающееся тем, что канал с переменным поперечным сечением является соплом или соплом Лаваля.
12. Устройство преобразования по любому из п.п. 9 - 11, отличающееся тем, что в качестве нагревателя первого теплообменника используется солнечный коллектор.
13. Система преобразования тепла в холод включающая одно или более устройств преобразования по любому из п.п. 5 - 8 и одно или более устройств преобразования по любому из п.п. 9 - 12.
14. Система преобразования по п.П, отличающаяся тем, одно или более устройств преобразования обладает общим нагреваемым первым теплообменником и/или общим конденсатором.
PCT/RU2013/000821 2012-09-28 2013-09-20 Способы, устройства и система преобразования тепла в холод WO2014051466A2 (ru)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012141501/07A RU2511333C1 (ru) 2012-09-28 2012-09-28 Способ преобразования тепла в холод (варианты) устройство для его осуществления (варианты) и система преобразования тепла в холод
RU2012141501 2012-09-28
RU2012141502 2012-09-28
RU2012141502 2012-09-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014051466A2 true WO2014051466A2 (ru) 2014-04-03
WO2014051466A3 WO2014051466A3 (ru) 2014-07-10

Family

ID=50389101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000821 WO2014051466A2 (ru) 2012-09-28 2013-09-20 Способы, устройства и система преобразования тепла в холод

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2014051466A2 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU661877A1 (ru) * 1978-01-20 1979-05-05 Предприятие П/Я Г-4371 Устройство дл охлаждени прибора
RU2107233C1 (ru) * 1994-06-24 1998-03-20 Валентин Федорович Шевцов Способ преобразования энергии и энергоузел для его реализации
WO2003095920A1 (de) * 2002-05-14 2003-11-20 VÖLKL, Christian Verfahren und vorrichtung zur übertragung von wärmeenergie
RU2232952C1 (ru) * 2003-06-03 2004-07-20 Алиева Елена Антоновна Способ нагрева или охлаждения текучей среды
RU2371643C2 (ru) * 2007-08-09 2009-10-27 Альберт Петрович Вязовик Холодильник-экономайзер
US20100089550A1 (en) * 2007-02-14 2010-04-15 Heleos Technology Gmbh Process And Apparatus For Transferring Heat From A First Medium To A Second Medium

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU661877A1 (ru) * 1978-01-20 1979-05-05 Предприятие П/Я Г-4371 Устройство дл охлаждени прибора
RU2107233C1 (ru) * 1994-06-24 1998-03-20 Валентин Федорович Шевцов Способ преобразования энергии и энергоузел для его реализации
WO2003095920A1 (de) * 2002-05-14 2003-11-20 VÖLKL, Christian Verfahren und vorrichtung zur übertragung von wärmeenergie
RU2232952C1 (ru) * 2003-06-03 2004-07-20 Алиева Елена Антоновна Способ нагрева или охлаждения текучей среды
US20100089550A1 (en) * 2007-02-14 2010-04-15 Heleos Technology Gmbh Process And Apparatus For Transferring Heat From A First Medium To A Second Medium
RU2371643C2 (ru) * 2007-08-09 2009-10-27 Альберт Петрович Вязовик Холодильник-экономайзер

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014051466A3 (ru) 2014-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Walraven et al. Comparison of shell-and-tube with plate heat exchangers for the use in low-temperature organic Rankine cycles
De Francisco et al. Development and testing of a prototype of low-power water–ammonia absorption equipment for solar energy applications
US20140125060A1 (en) Solar cooling, heating and power system
CN103058306B (zh) 一种太阳能空调海水淡化系统
CN102242698A (zh) 分布式蓄能蓄热热电联产机组
CN201429259Y (zh) 带热回收的蒸发冷水机组
US11073305B2 (en) Solar energy capture, energy conversion and energy storage system
CN102242697A (zh) 分布式非跟踪太阳能发电及多联产系统
JP2010190460A (ja) 空調システム
CN110863873A (zh) 一种基于服务器的双热源发电系统
JP3886045B2 (ja) 高効率低温集熱パネルとその熱輸送システム
KR20120045468A (ko) 냉방 및 난방용수를 생산하는 ｏｒｃ 터보발전 시스템
KR101315918B1 (ko) 저온 폐열 및 흡수식 냉동기를 이용한 ｏｒｃ 열병합 시스템
CN106568118A (zh) 一种聚光型太阳能热泵供暖发电系统
RU2511333C1 (ru) Способ преобразования тепла в холод (варианты) устройство для его осуществления (варианты) и система преобразования тепла в холод
RU124950U1 (ru) Устройство преобразования тепла в холод (варианты) и система преобразования тепла в холод
CN100447502C (zh) 两级热管废热溴化锂制冷机发生器
WO2014051466A2 (ru) Способы, устройства и система преобразования тепла в холод
CN110530182B (zh) 用于非能动orc系统的异型分离式热管余热回收蒸发装置
Alami et al. Energetic and exergetic analyses of adsorption heat transformer ameliorated by ejector
KR101531931B1 (ko) 복합 화력 발전 시스템
CN102865202B (zh) 分布式多级太阳能热发电及多联产系统
CN108050718B (zh) 一种冻结工程废热循环回收系统和方法
RU2655087C1 (ru) Компактный компрессионный тепловой насос
CN103790661B (zh) 一种相变热发电系统

Legal Events

Date Code Title Description
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13842346

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2