WO2014094795A1 - Cooler having ability to produce work in form of mechanical and electrical energy - Google Patents
Cooler having ability to produce work in form of mechanical and electrical energy Download PDFInfo
- Publication number
- WO2014094795A1 WO2014094795A1 PCT/EA2012/000012 EA2012000012W WO2014094795A1 WO 2014094795 A1 WO2014094795 A1 WO 2014094795A1 EA 2012000012 W EA2012000012 W EA 2012000012W WO 2014094795 A1 WO2014094795 A1 WO 2014094795A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- evaporator
- condenser
- flow
- pump
- working substance
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/08—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine
Definitions
- the invention relates to the field of power engineering, and can be used to cool natural and artificial sources of the aquatic environment. Also, the invention can be used to produce electrical energy by utilizing low-grade heat of circulating water or other sources of low-grade heat.
- a device is known - an ejection cooling tower (see patent US N23767176 10/23/1973 John Engalitcheff et al.), In which water, falling into the nozzles, is sprayed in the form of torches directed along the longitudinal axis of the slit, acting as the flow part of the jet apparatus (mixing chamber and diffuser), which ensures the ejection of the air flow necessary for cooling the water.
- ejection cooling tower see patent US N23767176 10/23/1973 John Engalitcheff et al.
- thermosiphon a closed two-phase thermosiphon (see US patent Ns3217791 11.16.1965 E.L. Long), consisting of a sealed enclosure inside which a low-boiling liquid is placed, the lower part of the housing brought into contact with a heat source, the upper part brought into contact with a heat receiver.
- the liquid passes into steam, the vapor saturation pressure in this zone rises sharply, steam moves up into the zone with lower pressure, condenses and flows down the walls, and the necessary condition for operation is heat removal from the condensation zone.
- Overheating in the evaporation zone is also unacceptable, since a boiling crisis may occur (all liquid will evaporate), and heat transfer will go along the walls of the thermosiphon.
- This device is closest to the claimed, and therefore taken as a prototype.
- a distinctive feature of the device is that the heat from the supply zone to the removal zone is transferred using phase transitions of the intermediate coolant.
- thermosiphon can only work when the evaporation zone is below the condensation zone.
- the authors set the task of creating an inexpensive, reliable cooling device that can function independently, which could significantly increase the cooling efficiency or increase the cooling depth, and provide the ability to convert part of the transmitted low-grade thermal energy into useful work, and then into electric energy.
- a device design is used in which the working substance, being in a closed circuit, is alternately in contact with a heat source (cooled medium) and a heat receiver (environment), making phase transitions (alternately evaporation and condensation). Part of the energy received in this process is converted into useful work, and then into electrical energy.
- Figure 1 shows a diagram of a cooling device with the possibility of obtaining work in the form of mechanical and electrical energy.
- Figure 1 shows a schematic diagram of an example implementation of a cooler consisting of an evaporator (1); recuperator (2); turbocharger (3); capacitor (4); valve (5); pneumatic water sprayer (6); ejector (7); piezoelectric elements (8); cooling water circulation pump (13);
- FIG. 2 shows a schematic diagram of an example implementation of a cooler consisting of an evaporator (1); recuperator (2); turbocharger (3); capacitor (4); pneumatic water sprayer (6); ejector (7); condensate pump (12); cooling water circulation pump (13).
- FIG.3 shows a schematic diagram of an example implementation of a cooler, consisting of an evaporator (1); capacitor (4); valve (5); power take-off diaphragm pump (10).
- FIG. 4 shows a schematic diagram of an example implementation of a cooler consisting of an evaporator (1); power take-off diaphragm pump (10); capacitor (4); diaphragm pump (9).
- FIG. 5 shows a schematic diagram of an example implementation of a cooler consisting of an evaporator (1); power take-off diaphragm pump (10); capacitor (4); valve (5); diaphragm pumps (9, 11).
- Figb shows a schematic diagram of an example implementation of a cooler consisting of an evaporator (1); capacitor (4); piezoelectric elements (8).
- FIG. 7 shows examples of the implementation of the structure based on piezoelectric elements in the form of a set of parallel-connected plates (15), in the form of a single plate, folded "accordion” (16), in the form of a cellular structure (14).
- the device operates as follows: the working substance, being in the evaporator (1), is boiling due to the supply of heat to it; The resulting steam passes through a recuperator (2), where it is heated by a stream of compressed air from a turbocompressor (3). Further, the steam of the working substance is sent to the turbocharger, where the selection of power (mainly kinetic energy) from the steam stream of the working substance takes place. Next, the working substance is sent to the capacitor (4), where it is condensed.
- a valve (5) is used for dosing the condensate supply, which can be used as a paired non-return valve or a gate condensate discharge system, or a condensate pump (12), or a diaphragm pump (9).
- the opening force of the check valve or slide gate is controlled by a magnetic ring located outside. Thus, the pressure in the device for optimal performance at different times of the year. Further, the working substance enters the evaporator, where it boils again.
- the stream of compressed air from the turbocharger can be used to blow the condenser in order to improve heat removal, both directly and with the help of an ejector (7), with the involvement of an additional flow by the ejector.
- the ejector can be either air or water-air; in the latter case, heat removal will be more intense due to the attraction of a water flow.
- Compressed air can also be used to drive the cooling water circulation pump (13); for the drive of various pneumatic equipment.
- the condenser can also be irrigated with water supplied by a pneumatic water sprayer (6), which is also driven by compressed air from a turbocharger.
- the heat of compression of the air stream at the outlet of the turbocharger can be used in one or more recuperators to return the spent energy and increase the overall efficiency of the device.
- At least two basic versions of the cooler are possible: in the form of a stationary device, and in the form of a device built into the pipeline.
- the heat exchangers at least the condenser, or both the condenser and the evaporator, vibrate, which significantly changes the heat exchange conditions, improving them. Vibration occurs due to the fact that certain conditions are created for the flow of steam of the working substance. In this case, the resonant nature of the vibration is desirable.
- Getting useful work is provided for in at least three versions: 1) power take-off (mainly kinetic energy) by a turbocharger installed in the steam of the working substance; 2) power take-off (mainly kinetic energy) by a membrane power take-off pump installed in the steam stream of the working substance; 3) power take-off in the evaporator during the boiling of the working substance by mechanical interaction of a boiling working substance with a developed surface based on piezoelectric elements (8).
- the device also allows you to use the vibration of structural elements to obtain power through vibration generators that convert small movements of structural elements that occur with high frequency to excite EMF and generate electricity.
- vibration generators that convert small movements of structural elements that occur with high frequency to excite EMF and generate electricity.
- the use of vibration of structural elements to obtain useful work is possible when the vibrating element plays the role of a pump pumping the medium.
- the design elements of the evaporator are made in the form of a developed surface based on piezoelectric elements.
- the effect on the piezoelectric element from the side of a boiling working substance occurs due to cavitation during the formation and collapse of the bubbles of the working substance during active boiling. Such an effect causes mechanical stresses in the piezoelectric element, which leads to the appearance of a potential difference on it.
- a different execution of the structure based on piezoelectric elements is possible: in the form of a set of parallel-connected plates (15), in the form of a single plate, folded “accordion” (16), in the form of a cellular structure (14).
- the optimal cell size of such a structure is equal in magnitude to the mean free path of the molecules of the working substance.
- the device described above allows you to convert part of the energy supplied to the evaporator for vaporization directly into electricity, as well as to condense the working substance when the temperature difference between the receiver and the heat source tends to zero (with a small temperature difference between the receiver and the heat source), obtaining a significant increase in the efficiency of the device generally.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
The invention relates to heat-power engineering. A cooler having the ability to produce work in the form of mechanical energy, comprised of an evaporator, a heat exchanger, a turbocompressor, a condenser, a valve, and an ejector, wherein the condenser or the condenser and the evaporator vibrate, vibration power generators are used to produce electrical energy, the valve is comprised of a membrane pump, a one-way valve and a slide gate system, and a flow of compressed air from the turbocompressor is divided so that one part of the flow is directed, with the help of the ejector, towards the air-cooling of the condenser and another part of the flow is used to actuate a circulation pump for an aqueous coolant. The invention allows for increasing cooling efficiency and for utilizing a portion of the energy expended during phase transition.
Description
ОХЛАДИТЕЛЬ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ РАБОТЫ В ВИДЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ COOLER WITH OPPORTUNITY OF GETTING WORK IN THE FORM OF MECHANICAL AND ELECTRIC ENERGY
ОПИСАНИЕ DESCRIPTION
Изобретение относится к области теплоэнергетики, и может быть использовано для охлаждения природных и искусственных источников водной среды. Также, изобретение может быть использовано для получения электрической энергии путем утилизации низкопотенциальной теплоты оборотной воды либо других источников низкопотенциального тепла. The invention relates to the field of power engineering, and can be used to cool natural and artificial sources of the aquatic environment. Also, the invention can be used to produce electrical energy by utilizing low-grade heat of circulating water or other sources of low-grade heat.
Известно устройство— эжекционная градирня (см. патент US N23767176 23.10.1973 John Engalitcheff et al.), в которой вода, попадая в форсунки, распыляется в виде факелов, направленных вдоль продольной оси щели, выполняющей роль проточной части струйного аппарата (камеры смешения и диффузора), что обеспечивает эжекцию необходимого для охлаждения воды расхода воздуха. В процессе контакта мелкодисперсных капель в факелах форсунок с потоком воздуха, эжектируемым из атмосферы, происходит процесс интенсивного тепломассообмена, сопровождающийся частичным испарением воды и ее охлаждения до температуры, определяемой: а) температурой воздуха и б) парциальным давлением паров воды в воздухе. A device is known - an ejection cooling tower (see patent US N23767176 10/23/1973 John Engalitcheff et al.), In which water, falling into the nozzles, is sprayed in the form of torches directed along the longitudinal axis of the slit, acting as the flow part of the jet apparatus (mixing chamber and diffuser), which ensures the ejection of the air flow necessary for cooling the water. In the process of contact of finely dispersed droplets in nozzle flares with an air stream ejected from the atmosphere, intense heat and mass transfer occurs, accompanied by partial evaporation of water and its cooling to a temperature determined by: a) air temperature and b) partial pressure of water vapor in the air.
Недостатками данного устройства являются: довольно высокий расход электроэнергии на охлаждение; техническая сложность конструкции форсунок, чувствительность к засорению, опасность оледенения в зимний период. The disadvantages of this device are: a fairly high energy consumption for cooling; technical complexity of nozzle design, clogging sensitivity, danger of glaciation in winter.
Известно устройство— замкнутый двухфазный термосифон (см. патент US Ns3217791 16.11.1965 E.L.Long), состоящий из герметичного корпуса, внутри которого помещена легкокипящая жидкость, причем нижняя часть корпуса приведена в контакт с источником теплоты, верхняя часть приведена в контакт с приемником теплоты. При подводе тепла жидкость переходит в пар, давление насыщения паров в этой зоне резко повышается, пар движется вверх в зону с меньшим давлением, конденсируется и стекает по стенкам вниз, причем необходимым условием работы является отвод тепла от зоны конденсации. Недопустим также перегрев в зоне испарения, поскольку может наступить кризис кипения (вся жидкость испарится), и теплопередача пойдет по стенкам термосифона. A device is known - a closed two-phase thermosiphon (see US patent Ns3217791 11.16.1965 E.L. Long), consisting of a sealed enclosure inside which a low-boiling liquid is placed, the lower part of the housing brought into contact with a heat source, the upper part brought into contact with a heat receiver. When heat is supplied, the liquid passes into steam, the vapor saturation pressure in this zone rises sharply, steam moves up into the zone with lower pressure, condenses and flows down the walls, and the necessary condition for operation is heat removal from the condensation zone. Overheating in the evaporation zone is also unacceptable, since a boiling crisis may occur (all liquid will evaporate), and heat transfer will go along the walls of the thermosiphon.
Данное устройство наиболее близко подходит к заявляемому, и потому принято за прототип.
Отличительной особенностью устройства является то, что теплота от зоны подвода к зоне отвода передается с использованием фазовых переходов промежуточного теплоносителя. This device is closest to the claimed, and therefore taken as a prototype. A distinctive feature of the device is that the heat from the supply zone to the removal zone is transferred using phase transitions of the intermediate coolant.
Другой отличительной особенностью устройства является способ возврата конденсата— под действием гравитационного поля. Поэтому термосифон может работать только тогда, когда зона испарения находится ниже зоны конденсации. Another distinctive feature of the device is the method of condensate return - under the influence of a gravitational field. Therefore, a thermosiphon can only work when the evaporation zone is below the condensation zone.
Недостатками данного устройства являются: чувствительность к изменению положения в пространстве; не обеспечивается эффективный отвод тепла от наружной поверхности в зоне конденсации. The disadvantages of this device are: sensitivity to a change in position in space; Effective heat removal from the outer surface in the condensation zone is not ensured.
Авторы поставили задачу создания недорогого, надежного устройства охлаждения, способного функционировать самостоятельно, которое могло бы значительно повысить эффективность охлаждения либо увеличить глубину охлаждения, и обеспечить возможность преобразовывать часть передаваемой низкопотенциальной тепловой энергии в полезную работу, и далее— в электрическую энергию. The authors set the task of creating an inexpensive, reliable cooling device that can function independently, which could significantly increase the cooling efficiency or increase the cooling depth, and provide the ability to convert part of the transmitted low-grade thermal energy into useful work, and then into electric energy.
Для достижения поставленной задачи применена конструкция устройства, в которой рабочее вещество, находясь в замкнутом контуре, попеременно находится в контакте с источником тепла (охлаждаемая среда) и приемником тепла (окружающая среда), совершая фазовые переходы (попеременно испарение и конденсацию). Часть получаемой при этом энергии преобразуется в полезную работу, и далее — в электрическую энергию. To achieve this objective, a device design is used in which the working substance, being in a closed circuit, is alternately in contact with a heat source (cooled medium) and a heat receiver (environment), making phase transitions (alternately evaporation and condensation). Part of the energy received in this process is converted into useful work, and then into electrical energy.
Сущность изобретения поясняется чертежом (Фиг.1), где показана схема устройства охлаждения с возможностью получения работы в виде механической и электрической энергии.
The invention is illustrated in the drawing (Figure 1), which shows a diagram of a cooling device with the possibility of obtaining work in the form of mechanical and electrical energy.
Краткое описание фигур чертежей: A brief description of the drawings:
На Фиг.1 показана принципиальная схема примера реализации охладителя, состоящего из испарителя (1); рекуператора (2); турбокомпрессора (3); конденсатора (4); клапана (5); пневмораспылителя воды (6); эжектора (7); пьезозлементов (8); циркуляционного насоса охлаждающей воды (13); Figure 1 shows a schematic diagram of an example implementation of a cooler consisting of an evaporator (1); recuperator (2); turbocharger (3); capacitor (4); valve (5); pneumatic water sprayer (6); ejector (7); piezoelectric elements (8); cooling water circulation pump (13);
На Фиг.2 показана принципиальная схема примера реализации охладителя, состоящего из испарителя (1); рекуператора (2); турбокомпрессора (3); конденсатора (4); пневмораспылителя воды (6); эжектора (7); конденсатного насоса (12); циркуляционного насоса охлаждающей воды (13). Figure 2 shows a schematic diagram of an example implementation of a cooler consisting of an evaporator (1); recuperator (2); turbocharger (3); capacitor (4); pneumatic water sprayer (6); ejector (7); condensate pump (12); cooling water circulation pump (13).
На Фиг.З показана принципиальная схема примера реализации охладителя, состоящего из испарителя (1); конденсатора (4); клапана (5); мембранного насоса отбора мощности (10). On Fig.3 shows a schematic diagram of an example implementation of a cooler, consisting of an evaporator (1); capacitor (4); valve (5); power take-off diaphragm pump (10).
На Фиг.4 показана принципиальная схема примера реализации охладителя, состоящего из испарителя (1); мембранного насоса отбора мощности (10); конденсатора (4); мембранного насоса (9). Figure 4 shows a schematic diagram of an example implementation of a cooler consisting of an evaporator (1); power take-off diaphragm pump (10); capacitor (4); diaphragm pump (9).
На Фиг.5 показана принципиальная схема примера реализации охладителя, состоящего из испарителя (1); мембранного насоса отбора мощности (10); конденсатора (4); клапана (5); мембранных насосов (9, 11). Figure 5 shows a schematic diagram of an example implementation of a cooler consisting of an evaporator (1); power take-off diaphragm pump (10); capacitor (4); valve (5); diaphragm pumps (9, 11).
На Фиг.б показана принципиальная схема примера реализации охладителя, состоящего из испарителя (1); конденсатора (4); пьезозлементов (8). On Figb shows a schematic diagram of an example implementation of a cooler consisting of an evaporator (1); capacitor (4); piezoelectric elements (8).
На Фиг.7 показаны примеры реализации структуры на основе пьезозлементов в виде набора параллельно соединенных пластин (15), в виде единой пластины, свернутой «гармошкой» (16), в виде ячеистой структуры (14). 7 shows examples of the implementation of the structure based on piezoelectric elements in the form of a set of parallel-connected plates (15), in the form of a single plate, folded "accordion" (16), in the form of a cellular structure (14).
Раскрытие и осуществление изобретения: Disclosure and implementation of the invention:
Устройство работает следующим образом: рабочее вещество, находясь в испарителе (1), за счет подвода к нему тепла кипит; полученный пар проходит рекуператор (2), где подогревается потоком сжатого воздуха из турбокомпрессора (3). Далее, пар рабочего вещества направляется на турбокомпрессор, где происходит отбор мощности (преимущественно, кинетической энергии) от потока пара рабочего вещества. Далее, рабочее вещество направляется в конденсатор (4), где происходит его конденсация. Для дозировки подачи конденсата используется клапан (5), в качестве которого может быть использован спаренный обратный клапан либо шиберная система сброса конденсата, либо конденсатный насос (12), либо мембранный насос (9). Усилие открытия обратного клапана или шиберной заслонки регулируется магнитным кольцом, находящимся снаружи. Таким образом, происходит регулировка давления в устройстве для з
оптимальной работы в разное время года. Далее, рабочее вещество попадает в испаритель, где оно снова кипит. The device operates as follows: the working substance, being in the evaporator (1), is boiling due to the supply of heat to it; The resulting steam passes through a recuperator (2), where it is heated by a stream of compressed air from a turbocompressor (3). Further, the steam of the working substance is sent to the turbocharger, where the selection of power (mainly kinetic energy) from the steam stream of the working substance takes place. Next, the working substance is sent to the capacitor (4), where it is condensed. A valve (5) is used for dosing the condensate supply, which can be used as a paired non-return valve or a gate condensate discharge system, or a condensate pump (12), or a diaphragm pump (9). The opening force of the check valve or slide gate is controlled by a magnetic ring located outside. Thus, the pressure in the device for optimal performance at different times of the year. Further, the working substance enters the evaporator, where it boils again.
Поток сжатого воздуха из турбокомпрессора может быть использован для обдува конденсатора с целью улучшения отвода тепла, как напрямую, так и с помощью эжектора (7), с привлечением дополнительного потока эжектором. Эжектор может быть как воздушным, так и водо-воздушным; в последнем случае отвод тепла будет интенсивней за счет привлечения потока воды. Сжатый воздух может быть использован также для привода циркуляционного насоса охлаждающей воды (13); для привода различного пневмооборудования. Конденсатор может также орошаться водой, подаваемой пневмораспылителем воды (6), который также приводится в действие сжатым воздухом от турбокомпрессора. Теплота сжатия потока воздуха на выходе из турбокомпрессора может быть использована в одном или нескольких рекуператорах для возврата затраченной энергии и повышения общей эффективности устройства. The stream of compressed air from the turbocharger can be used to blow the condenser in order to improve heat removal, both directly and with the help of an ejector (7), with the involvement of an additional flow by the ejector. The ejector can be either air or water-air; in the latter case, heat removal will be more intense due to the attraction of a water flow. Compressed air can also be used to drive the cooling water circulation pump (13); for the drive of various pneumatic equipment. The condenser can also be irrigated with water supplied by a pneumatic water sprayer (6), which is also driven by compressed air from a turbocharger. The heat of compression of the air stream at the outlet of the turbocharger can be used in one or more recuperators to return the spent energy and increase the overall efficiency of the device.
Коммутация нескольких устройств с целью получения мощности значительной величины может быть выполнена таким образом, что подобранные в соответствии с объемными расходами компрессоры турбокомпрессоров могут быть соединены последовательно, создавая, таким образом, несколько ступеней сжатия с более высоким конечным давлением воздуха. Switching of several devices in order to obtain a significant amount of power can be performed in such a way that the turbocompressor compressors selected in accordance with the volumetric flow rates can be connected in series, thus creating several compression stages with a higher final air pressure.
Возможно, по меньшей мере, два базовых варианта исполнения охладителя: в виде стационарного устройства, и в виде устройства, встроенного в трубопровод. At least two basic versions of the cooler are possible: in the form of a stationary device, and in the form of a device built into the pipeline.
Возможно исполнение устройства, в котором вместо турбокомпрессора используется мембранный насос отбора мощности (10), который может быть сопряжен с линейным генератором, преобразующим усилие при возвратно-поступательном движении штока насоса в электрическую энергию. It is possible to design a device in which instead of a turbocompressor a membrane power take-off pump is used (10), which can be interfaced with a linear generator that converts the force during the reciprocating movement of the pump rod into electrical energy.
Возможно исполнение устройства, в котором вместо турбокомпрессора используются два мембранный насоса (9) и (10), работающих параллельно (см. Фиг.4). Оба насоса приводится в движение потоком пара рабочего вещества, поступающего из испарителя, при этом один из насосов осуществляет подачу конденсата рабочего вещества из конденсатора в испаритель, второй осуществляет подачу охлаждающей воды на конденсатор. Использование мембранного насоса позволяет осуществить подачу вещества порциями с частотой, равной частоте колебания ротора, т е, фактически, получить в контуре устройства колебания заданной частоты. It is possible to design a device in which instead of a turbocompressor two diaphragm pumps (9) and (10) are used, operating in parallel (see Figure 4). Both pumps are driven by a steam flow of the working substance coming from the evaporator, while one of the pumps delivers the condensate of the working substance from the condenser to the evaporator, and the second delivers cooling water to the condenser. The use of a diaphragm pump allows the substance to be supplied in batches with a frequency equal to the oscillation frequency of the rotor, i.e., in fact, to obtain oscillations of a given frequency in the circuit of the device.
Возможно исполнение устройства, в котором вместо турбокомпрессора используются три мембранный насоса (9), (10) и (11), работающих параллельно (см. Фиг.5).
Возможно исполнение устройства, включающего испаритель и конденсатор, скомпонованные по принципу термосифона (см. Фиг.6), где испаритель содержит элементы, выполненные с использованием материалов с пьезоэлектрическими свойствами, например, на основе сополимеров винилиден фторидов (PVDF), позволяющие получать электрическую энергию в результате взаимодействия кипящего рабочего вещества с этими элементами. It is possible to design a device in which instead of a turbocompressor three diaphragm pumps (9), (10) and (11) are used, operating in parallel (see Figure 5). It is possible to design a device including an evaporator and a condenser arranged according to the principle of a thermosiphon (see FIG. 6), where the evaporator contains elements made using materials with piezoelectric properties, for example, based on vinylidene fluoride copolymers (PVDF), which allow electric energy to be generated in the result of the interaction of a boiling working substance with these elements.
Теплообменники, по меньшей мере, конденсатор, либо оба — конденсатор и испаритель,— вибрируют, что значительным образом изменяет условия теплообмена, улучшая их. Вибрация возникает за счет того, что созданы определенные условия течения пара рабочего вещества. При этом желательным является резонансный характер вибрации. The heat exchangers, at least the condenser, or both the condenser and the evaporator, vibrate, which significantly changes the heat exchange conditions, improving them. Vibration occurs due to the fact that certain conditions are created for the flow of steam of the working substance. In this case, the resonant nature of the vibration is desirable.
Получение полезной работы предусматривается, по меньшей мере, в трех вариантах: 1) отбор мощности (преимущественно, кинетической энергии) турбокомпрессором, установленной в потоке пара рабочего вещества; 2) отбор мощности (преимущественно, кинетической энергии) мембранным насосом отбора мощности, установленным в потоке пара рабочего вещества; 3) отбор мощности в испарителе в процессе кипения рабочего вещества путем механического взаимодействия кипящего рабочего вещества с развитой поверхностью на основе пьезоэлементов (8). Getting useful work is provided for in at least three versions: 1) power take-off (mainly kinetic energy) by a turbocharger installed in the steam of the working substance; 2) power take-off (mainly kinetic energy) by a membrane power take-off pump installed in the steam stream of the working substance; 3) power take-off in the evaporator during the boiling of the working substance by mechanical interaction of a boiling working substance with a developed surface based on piezoelectric elements (8).
Устройство позволяет также использовать вибрации элементов конструкции для получения мощности посредством виброгенераторов, преобразующих малые перемещения элементов конструкции, происходящие с высокой частотой, для возбуждения ЭДС и генерации электроэнергии. Использование вибрации элементов конструкции для получения полезной работы возможно при исполнении вибрирующим элементом роли насоса, перекачивающего среду. The device also allows you to use the vibration of structural elements to obtain power through vibration generators that convert small movements of structural elements that occur with high frequency to excite EMF and generate electricity. The use of vibration of structural elements to obtain useful work is possible when the vibrating element plays the role of a pump pumping the medium.
Отбор мощности возможен непосредственно в испарителе. Для этого элементы конструкции испарителя выполнены в виде развитой поверхности на основе пьезоэлементов. Воздействие на пьезоэлемент со стороны кипящего рабочего вещества происходит благодаря кавитации при образовании и схлопывании пузырьков рабочего вещества в процессе активного кипения. Такое воздействие вызывает в пьезоэлементе механические напряжения, что приводит к возникновению на нем разности потенциалов. Power take-off is possible directly in the evaporator. For this, the design elements of the evaporator are made in the form of a developed surface based on piezoelectric elements. The effect on the piezoelectric element from the side of a boiling working substance occurs due to cavitation during the formation and collapse of the bubbles of the working substance during active boiling. Such an effect causes mechanical stresses in the piezoelectric element, which leads to the appearance of a potential difference on it.
Возможно различное исполнение структуры на основе пьезоэлементов: в виде набора параллельно соединенных пластин (15), в виде единой пластины, свернутой «гармошкой» (16), в виде ячеистой структуры (14). Оптимальный размер ячейки такой структуры равен по величине длине свободного пробега молекул рабочего вещества.
Описанное выше устройство позволяет преобразовывать часть энергии, подводимой в испарителе для парообразования, напрямую в электроэнергию, а также конденсировать рабочее вещество при разнице температур приемника и источника тепла, стремящейся к нулю (при малой разности температур приемника и источника тепла), получая существенный прирост эффективности устройства в целом.
A different execution of the structure based on piezoelectric elements is possible: in the form of a set of parallel-connected plates (15), in the form of a single plate, folded “accordion” (16), in the form of a cellular structure (14). The optimal cell size of such a structure is equal in magnitude to the mean free path of the molecules of the working substance. The device described above allows you to convert part of the energy supplied to the evaporator for vaporization directly into electricity, as well as to condense the working substance when the temperature difference between the receiver and the heat source tends to zero (with a small temperature difference between the receiver and the heat source), obtaining a significant increase in the efficiency of the device generally.
Claims
1. Охладитель с возможностью получения работы в виде механической и электрической энергии, состоящий из испарителя, рекуператора, турбокомпрессора, конденсатора, клапана, эжектора, отличающийся тем, что теплообменники, по меньшей мере, конденсатор, либо оба — конденсатор и испаритель,— вибрируют, причем желательно, если вибрации принимают резонансный характер, причем для получения электрической энергии используются виброгенераторы, преобразующие малые перемещения вибрирующих элементов теплообменников в электроэнергию, причем в виде клапана может использоваться мембранный насос, обратный клапан, а также спаренный обратный клапан, а также шиберная система, причем усилие открытия клапана регулируется магнитным кольцом, установленным снаружи потока, причем поток сжатого воздуха от турбокомпрессора разделяется, причем одна часть потока направляется на обдув конденсатора с помощью эжектора, другая часть потока используется для привода циркуляционного насоса охлаждающей водной среды. 1. A cooler with the possibility of obtaining work in the form of mechanical and electrical energy, consisting of an evaporator, recuperator, turbocharger, condenser, valve, ejector, characterized in that the heat exchangers, at least a condenser, or both a condenser and an evaporator, vibrate, moreover, it is desirable if the vibrations take on a resonant character, moreover, vibration generators are used to produce electric energy, which convert small movements of the vibrating elements of the heat exchangers into electricity, and in the form a diaphragm can be used with a diaphragm pump, a non-return valve, and also a paired non-return valve, as well as a gate system, the valve opening force being regulated by a magnetic ring installed outside the flow, and the compressed air flow from the turbocharger is separated, and one part of the flow is directed to blowing the condenser with ejector, another part of the flow is used to drive the circulating pump of the cooling water medium.
2. Охладитель по п.1 , отличающийся тем, что для изготовления элементов конструкции испарителя использованы пьезоэлектрические материалы, например, на основе сополимеров винилиден фторидов (PVDF), позволяющие получать электрическую энергию в результате взаимодействия кипящего рабочего вещества с поверхностью материала. 2. The cooler according to claim 1, characterized in that piezoelectric materials, for example, based on vinylidene fluoride copolymers (PVDF), are used to produce evaporator structural elements, which allow electric energy to be generated as a result of the interaction of a boiling working substance with the surface of the material.
3. Охладитель по п.1 , отличающийся тем, что вместо клапана используется насос для прокачивания конденсата, приводимый в действие потоком сжатого воздуха, получаемого от турбокомпрессора, 3. The cooler according to claim 1, characterized in that instead of the valve, a condensate pump is used, driven by a stream of compressed air received from the turbocharger,
4. Охладитель по п.1 , отличающийся тем, что вместо турбокомпрессора используется мембранный насос отбора мощности, причем насос приводится в действие потоком рабочего вещества из испарителя. 4. The cooler according to claim 1, characterized in that instead of the turbocompressor, a membrane power take-off pump is used, the pump being driven by the flow of the working substance from the evaporator.
5. Охладитель по п.1 , отличающийся тем, что вместо турбокомпрессора используются два мембранных насоса, причем второй насос приводится в действие потоком рабочего вещества из испарителя, и используется для подачи потока рабочего вещества из конденсатора в испаритель, 5. The cooler according to claim 1, characterized in that instead of the turbocompressor two membrane pumps are used, the second pump being driven by the flow of the working substance from the evaporator, and used to supply the flow of the working substance from the condenser to the evaporator,
6. Охладитель по п.1 , отличающийся тем, что вместо турбокомпрессора используются три мембранных насоса, причем третий насос приводится в действие потоком рабочего вещества из испарителя, и используется для обеспечения циркуляции охлаждающей водной среды. 6. The cooler according to claim 1, characterized in that instead of the turbocompressor three membrane pumps are used, the third pump being driven by the flow of the working substance from the evaporator and used to circulate the cooling water medium.
7. Охладитель по п.2, отличающийся тем, что состоит из испарителя и конденсатора, причем баланс подвода энергии в испарителе и отвода энергии посредством пьезоэлектрических материалов позволяет свести к минимальному уровню нагрузку на конденсатор.
7. The cooler according to claim 2, characterized in that it consists of an evaporator and a condenser, and the balance of the energy supply in the evaporator and the energy removal by means of piezoelectric materials allows minimizing the load on the condenser.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201500451A EA031000B1 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | Device for cooling and for conversion of work to mechanical and electrical energy |
| PCT/EA2012/000012 WO2014094795A1 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | Cooler having ability to produce work in form of mechanical and electrical energy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EA2012/000012 WO2014094795A1 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | Cooler having ability to produce work in form of mechanical and electrical energy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2014094795A1 true WO2014094795A1 (en) | 2014-06-26 |
Family
ID=50977620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EA2012/000012 WO2014094795A1 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | Cooler having ability to produce work in form of mechanical and electrical energy |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA031000B1 (en) |
| WO (1) | WO2014094795A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105156298A (en) * | 2015-06-19 | 2015-12-16 | 安徽瑞田机械有限公司 | Low-energy-consumption environment-friendly air compressor |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2746638C1 (en) * | 2020-10-13 | 2021-04-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» | Heating system of building of dependent connection with organization of pulsating mode of heat carrier movement in it |
| RU2754569C1 (en) * | 2020-10-21 | 2021-09-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» | System for heating an independently connected building with organisation of a pulsating mode of movement of the heat carrier therein |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4404490A (en) * | 1983-09-12 | 1983-09-13 | Taylor George W | Power generation from waves near the surface of bodies of water |
| US4536674A (en) * | 1984-06-22 | 1985-08-20 | Schmidt V Hugo | Piezoelectric wind generator |
| SU1681031A1 (en) * | 1989-09-25 | 1991-09-30 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения АН СССР | Ocean thermal electric power station |
| RU2244373C1 (en) * | 2003-11-11 | 2005-01-10 | Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова | Piezoelectric fluid medium generator |
-
2012
- 2012-12-19 WO PCT/EA2012/000012 patent/WO2014094795A1/en active Application Filing
- 2012-12-19 EA EA201500451A patent/EA031000B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4404490A (en) * | 1983-09-12 | 1983-09-13 | Taylor George W | Power generation from waves near the surface of bodies of water |
| US4536674A (en) * | 1984-06-22 | 1985-08-20 | Schmidt V Hugo | Piezoelectric wind generator |
| SU1681031A1 (en) * | 1989-09-25 | 1991-09-30 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения АН СССР | Ocean thermal electric power station |
| RU2244373C1 (en) * | 2003-11-11 | 2005-01-10 | Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова | Piezoelectric fluid medium generator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105156298A (en) * | 2015-06-19 | 2015-12-16 | 安徽瑞田机械有限公司 | Low-energy-consumption environment-friendly air compressor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201500451A1 (en) | 2015-08-31 |
| EA031000B1 (en) | 2018-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2006275433A (en) | Absorption type small cooling and refrigerating device | |
| CN102037306A (en) | Vapor vortex heat sink | |
| WO2014094795A1 (en) | Cooler having ability to produce work in form of mechanical and electrical energy | |
| CN1328555C (en) | Means and apparatus for microrefrigeration | |
| US8658918B1 (en) | Power generation using a heat transfer device and closed loop working fluid | |
| CN105556067A (en) | Method and heat engine for utilising waste heat or geothermal heat | |
| CN109133236A (en) | A kind of desalination plant and application method of industrial exhaust heat driving spray type refrigerating | |
| US3693370A (en) | Thermodynamic cycles | |
| AU2007240126B2 (en) | A heat engine/heat pump | |
| US20170159981A1 (en) | Dry cooling system using thermally induced vapor polymerization | |
| KR101814700B1 (en) | Energy generating system | |
| CN111785400B (en) | Self-oscillation passive waste heat discharging device and method | |
| RU2460020C2 (en) | Absorption cooling machine with multi-stage ejector | |
| JP3832496B1 (en) | Jet steam engine | |
| US20120324886A1 (en) | Liquid Ring Rotating Casing Steam Turbine and Method of Use Thereof | |
| WO2015016693A1 (en) | Thermal hydroelectric power plant | |
| CN100582604C (en) | Gas-liquid two-phase thermoacoustic refrigerator | |
| KR101241183B1 (en) | Electric power generation system using fluid circulation | |
| CN203928483U (en) | A kind of heat-driven steam jet heat pump cycle structure | |
| CN208751110U (en) | A kind of central air conditioner water source heat pump water circulation cooling device | |
| JP5494076B2 (en) | Heat engine | |
| JP5952140B2 (en) | External combustion engine | |
| KR100454487B1 (en) | Micro-Generator with Cycling Microfluidic Circuitry | |
| RU2081345C1 (en) | Steam-liquid propulsion plant | |
| WO2014053146A1 (en) | Device for converting energy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 12890587 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 201500451 Country of ref document: EA |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 12890587 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |