proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2022 год
  Агентство  ПРоАтом. 25 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[16/12/2011]     Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена

С.В.Коровкин, инженер-теплофизик


В 2011 году был запатентован новый тип теплообменных аппаратов – теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена. Аппараты такого типа могут применяться в технологических процессах, в которых на поверхности теплообмена образуется твердая фаза вещества. Речь, в первую очередь, идет о технологических процессах, связанных с образованием льда.


До сих пор для генерации льда применяли либо аппараты периодического действия «заморозка-оттаивание», либо аппараты с удалением льда с поверхности теплообмена различными видами скребков.

Первый тип аппаратов отличается низкой производительностью, второй – сложностью конструкции. Оба типа аппаратов также отличаются низкой энергоэффективностью.
Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена лишены этих недостатков.

Рассмотрим принцип действия аппарата, изображенного на Рис.1


                                                             Рис.1

Основным  элементом аппарата является эластичный элемент, в данном случае представляющим собой тонкостенную эластичную трубу. В первой модификации аппарата в качестве эластичного элемента был использован пожарный шланг, внутренняя поверхность которого покрыта латексной резиной.

Через эластичный элемент насосом прокачивается вода. Наружная поверхность эластичного элемента омывается хладагентом (низкотемпературным теплоносителем), имеющим отрицательную температуру. Отрицательная температура хладагента поддерживается работой холодильника, через который прокачивается хладагент. Из-за теплообмена через оболочку эластичного элемента вода охлаждается и на внутренней поверхности эластичного элемента образуется слой льда.  На выходе из эластичного элемента установлен клапан, в данном случае электромагнитный, периодически открывающий и закрывающий проток воды.

В «Положении 1» при закрытом клапане за счет работы насоса давление воды в эластичном элементе повышается выше внешнего давления и эластичный элемент раздувается.

В «Положении 2» клапан открыт, давление воды падает ниже давления хладагента и эластичный элемент сжимается.

При изменении геометрии оболочки эластичного элемента слой льда, намерзающий на внутренней поверхности элемента, разрушается, частицы льда отваливаются и уносятся потоком воды в резервуар.

Так как плотность льда меньше плотности воды, то лед поднимается в верхнюю часть резервуара.
Если лед предполагается использовать для пищевых или технологических целей, то его можно забирать из верхней части резервуара любым способом.

Образующийся продукт представляет собой так называемый «мягкий лед» - кашеобразная масса, легко перекачиваемая насосом (Рис.2).


                                                                    Рис.2

Очень важным является вопрос выбора материалов для эластичного элемента. На сегодняшний день наиболее подходящим вариантом является теплопроводящая резина типа КПТД с коэффициентом теплопроводности 1 Вт/м×град. Тепловой поток через оболочку эластичного элемента в этом случае составляет 5÷10 кВт/м2.

Аппарат получается настолько компактным, что его можно встроить непосредственно в тепловой насос.

Опыт использования резинотехнических изделий позволяет оценить долговечность работы эластичного элемента примерно в 10 лет, учитывая, что нагрузки не превышают 0.2 ат, а температурный режим колеблется около 0°С.

Чрезвычайно перспективным представляется использование данной технологии для создания отопительной системы с тепловым насосом.

Тепловые насосы уже есть в квартире у каждого - это обычные холодильники.   Принцип работы холодильника состоит в том, что тепловая машина, основным элементом которой является компрессор, передает тепло из внутреннего объема холодильника наружному воздуху.

Другой пример теплового насоса – кондиционер. Здесь тепло отбирается из воздуха в помещении и передается уличному воздуху.

Максимальный теоретический коэффициент полезного действия для тепловой машины

                                                               η = ΔT/Tнагр,

где ΔT – температурный перепад, срабатывающий в тепловой машине
Tнагр – температура нагрева рабочего тела в градусах Кельвина

Для обратимой тепловой машины, коей является тепловой насос, основной характеристикой является коэффициент конверсии – величина, обратная коэффициенту полезного тепловой машины.

Максимальный теоретический коэффициент конверсии
                                                       β = Tнагр /ΔT

Если принять температурный перепад между уличным воздухом и воздухом в помещении ΔT = 30º, а температуру в помещении t = 25ºC (T = 298 K), то максимальный теоретический коэффициент конверсии составит
                                                     β = 298/30 = 9.9

Это означает, что затратив 1 кВт электроэнергии на привод теплового насоса, получим почти 10 кВт тепловой энергии для отопления. Для людей, далеких от термодинамики, это кажется чудом, однако чуда никакого нет – тепловая энергия не возникает заново, а передается от холодного источника теплому источнику. Конечно, максимальный теоретический коэффициент конверсии недостижим. В современных тепловых насосах значение коэффициента конверсии достигает β =5, а в самых совершенных аппаратах β =7.

В США ежегодно производится около 1 млн. тепловых насосов, около 30% административных и жилых зданий оборудованы тепловыми насосами. При строительстве новых общественных зданий используются исключительно тепловые насосы. Эта норма была закреплена Федеральным законодательством США.

В Швеции 70% потребности в тепловой энергии обеспечивают тепловые насосы. В Стокгольме 12% всего отопления города обеспечивается тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими в качестве источника тепла Балтийское море. Швеция первой среди развитых стран Запада хочет пойти на кардинальные меры в энергетической сфере, а именно - попытаться в течение 15 лет полностью отказаться от нефти, при этом не строя новых атомных электростанций.

В России тепловые насосы пока экзотика. Причиной тому является не только и не столько наша технологическая отсталость, но и климатические условия на большей части территории страны. Дело в том, что тепловые насосы хорошо работают только при температуре холодного источника до -5ºС. При сильных морозах эффективность работы теплового насоса резко падает, а теплообменные поверхности покрываются коркой льда.

В США и Западной Европе тепловые насосы в качестве источника тепла используют, в основном, тепло воды близлежащего водоема или тепло прилегающего к зданию грунта.

В России, опять же из-за продолжительных зимних морозов,   использование воды близлежащих водоемов проблематично, а грунт промерзает на глубину до полутора метров и больше. К тому же более половины территории России находится в зоне вечной мерзлоты, где устройство грунтовых теплообменников невозможно в принципе.

Эти факторы, конечно, не исключают применение тепловых насосов для отопления, но значительно удорожают их применение.

Теперь, после появления теплообменных аппаратов с изменяемой геометрией поверхности теплообмена, положение меняется. Появилась возможность использовать в качестве источника энергии тепло, выделяющееся при замерзании воды.

Для средней полосы России при применении современных утеплителей и стеклопакетов годовой расход тепла на отопление составляет около 60 кВт×час/м2.

Для дома площадью 100 м2 на отопление необходимо 6000 кВт×час тепловой энергии в год. Если использовать в качестве источника тепла фазовый переход вода-лед, то необходимо 65 000 кг или 65 куб. м воды. Варианты размещения резервуара для воды приведены на рисунках 3. 4, 5.



                                                                   Рис.4


                                                                   Рис.5

Наиболее предпочтительными являются варианты Рис. 3 и Рис. 4, так как в этом случае используется так же тепло, накопленное грунтом. В средней полосе в течение всего зимнего периода на глубине 1÷2 м температура всегда выше нуля, поэтому часть льда в резервуаре будет таять за счет притока тепла от грунта.

Как уже отмечалось, мягкий лед, получающийся в аппарате, представляет собой текучую кашеобразную массу и может перекачиваться насосом. Открывается возможность использовать этот лед в качестве источника холода в летний период для охлаждения воздуха в помещениях. Например, в США, затраты электроэнергии на кондиционирование воздуха в жаркий период, примерно равны затратам электроэнергии на отопление в холодный период года. Появляется возможность значительно сократить затраты электроэнергии на охлаждение воздуха.

В отличие от грунтовых тепловых насосов, использующих для своей работы только тепло грунта, новая технология не требует устройства гигантских (несколько сотен квадратных метров) подземных теплообменников, для которых, к тому же, в местах уже сложившейся застройки, просто нет места.

Ввиду компактности и бесшумной работы возможна установка теплового насоса, использующего тепло фазового перехода вода-лед, для отопления жилого помещения за счет тепла сточных вод. Норма потребления воды для семьи из трех человек составляет 1 кубический метр в сутки. При замораживании такого количества воды выделится 334 000 кДж тепла. Этого количества тепла вполне достаточно для отопления стандартной трехкомнатной квартиры. Образующийся жидкий лед можно сбрасывать непосредственно в канализацию (Рис. 6). 


                                                                         Рис. 6

Весьма легко реализуемой представляется возможность использовать жидкий лед в качестве хладагента в холодильниках для хранения продуктов, что позволяет экономить дополнительно около 10% электроэнергии.

Дадим оценку экономии энергии при переходе на отопление тепловыми насосами в масштабах страны.

При использовании схемы теплоснабжения «котельная – теплотрасса – квартира» с учетом коэффициента полезного действия котельной КПД(К) = 0.9 и коэффициента полезного действия теплотрассы КПД(Т) = 0.9 при тепловыделении 1 Вт от сжигания топлива в топке котла  получаем 0.8 Вт тепла, дошедшего до квартиры.

При использовании схемы теплоснабжения «электростанция – линия электропередачи – тепловой насос» с учетом коэффициента полезного действия тепловой электростанции КПД(ТЭС) = 0.4, коэффициента полезного действия линии электропередачи КПД(ЛЭП) = 0.9 и коэффициента конверсии теплового насоса К(ТН) = 5 получаем, что на 1 Вт энергии, выделившейся при сжигании топлива на ТЭС, в квартире выделиться 1.8 Вт тепла.

Таким образом, можно сэкономить более половины топлива, идущего сейчас на отопление зданий. Так как на отопление расходуется четвертая часть всей производимой энергии, то экономия составит около 15 % от всего добываемого топлива.
 

 
Связанные ссылки
· Больше про Интеллектуальная собственность
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Интеллектуальная собственность:
Интеллектуальная безопасность

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 5
Ответов: 18


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 25 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 16/12/2011
Дорогой товарищ изобретатель,
С подобными изобретениями Вы не туда обращаетесь. Вам нужно Германцам показывать эти картинки. Они любят такие прибамбасы. А у нас же в стране задача не как топливо экономить, а как больше продавать, т.е. тратить. Поэтому у нас потери тепла всячески приветствуются!
Один совет. Когда балансы расписываете, не забывайте про те издержки, которые пойдут на инфраструктуру по созданию, поддержанию и утилизации всей предлагаемой техники.


[ Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 16/12/2011
Сергей Викторович!
Снимаю шляпу! Это просто гениально - развернуть кондиционер, и начать охлаждать улицу... Спасибо.
Желаю удачи в развитии идеи

Петров Г.С.


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 16/12/2011
Идея прекрасная, не очень новая, но тем не менее... Вопрос к Автору конкретный - Что собой представляет "эластичный элемент" ?  C уважением.


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 17/12/2011
Неплохо было бы привести в качестве примера приблизительный (оценочный) технико-экономический расчет, он кстати не сложен и не объемен.
В принципе идея "теплового насоса" не нова...




[ Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 19/12/2011
Уважаемый автор, группа "York",лидеры промышленного холодильного направления, мягкий лед поточно производят не менее 20 лет без гибких элементов, используя вакуумные технологии. А тепловой насос куда только не пристегивали, в России не приживается! Вы бы объяснили, почему?


[ Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 19/12/2011
Объясняю.
В существующих аппаратах выработка льда (извлечение тепловой энергии из замерзающей воды) в 3 раза ниже, чем у новой технологии.
 


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 19/12/2011
Хорошая идея. Нужна реально действующая модель.


[ Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 19/12/2011
Модель есть. В марте покажем на выставке "Архимед" в Москве, в Сокольниках. Приходите.


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 20/12/2011
Всем теплофизикам должно быть ясно: зачем городить весь этот огород, когда есть давным-давно изобретенные и апробированные тепловые трубы (ТТ)? Всю эту канитель можно организовать гораздо проще и эффективнее с помощью ТТ!


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 20/12/2011
О тепловых трубах для отопления знаете только Вы. Если можно, поясните.


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 21/12/2011
Автор улыбнул. Изменить КПД теплообменника можно легко, изменяя расход прокачиваемой среды, Элементарная физика. И не нужно городить огород меняя объем теплообменника. 


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 22/12/2011
Тепловые трубы - это способ транспортировки теплоты на небольшие расстояния от тёплого источника к менее тёплому источнику. Они сложны в изготовлении и в основном требуют применения (внутри ТТ) легкокипящих жидкостей.
К чему вы о них вообще заговорили? Никакой связи с тепловым насосом.


Турбинист


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 23/12/2011
Модель есть. В марте покажем на выставке "Архимед" в Москве, в Сокольниках. Приходите.

--------------------------------------------------------------------

Просьба ближе к выставке еще раз напомнить аудитории, чтоб не забыть.


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 22/12/2011
С.В.Коровкину:

Если не возражаете, покажем публикацию скандинавам под Новый год.
Будет интерес, как им с вами связаться?


[ Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 22/12/2011
svkorovkin@mail.ru


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 23/12/2011
svkorovkin@mail.ru

Хорошо. Принято.

С уважением


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 23/12/2011
Прекрасно, хочу такую. Но есть "нюансы".... в варианте с бочкой, лёд будет совершать обратный фазовый переход, охлаждая жидкую фазу, пока вода не остынет до 0. Больно вспоминать, какое соотношение тепла фазового перехода и охлаждения с 15 градусов до 0?Речь идёт о эффективности использования водяного контура (теплоаккумулятора), а не самого теплового насоса. при наличии фазового перехода эффективность само собой выше, чем без.За лето это всё потребуется оттаять, пары жарких недель кондиционирования не хватит. нужны ещё фокусы.
какова эффективность фазового перехода воды, по сравнению с парафинами и "грелками"?Вариант с канализацией наложит дополнительные требования к канализации, да и куб на человека в сутки, это утопия, в особенности для септика или аэратора. Для СПб вообще, жить при "гиговатной" артерии посереди города без такой штуки полный абсурд. Для СПб даже фазовый переход не нужен, "Сосновый бор" закрывать нужно, а не наращивать.Александр.


[ Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 23/12/2011
Если бочка закопана в землю на глубину промерзания, то ничего замерзать не будет, как  и в случае бассейна в подвале  дома.
Идея совершенно здравая и работоспособная, думаю что  произодители  генераторов жидкого льда и тепловых насосов  должны  заинтересоваться.


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 18/01/2012
Уважаемый Сергей Викторович! Для более глубокого ознакомления с Вашими изобретениями по "ледяному отоплению" и теплообменным аппаратам с изменяемой геометрией поверхности теплообмена просьба сообщить номера патентов или заявок.                                                                               Саблин Виктор Петрович.


[ Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 06/03/2012
Автор технически реализовал принцип генерации теплоты фазового перехода. На тепловых насосах снизит расход воды в 20 раз. Молодец. Причём здесь тепловые трубы и прочие примусы - непонятно.  МВС


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 30/05/2012
Присоединяюсь. Просто и эффектно как АКМ-47!


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 30/05/2012
Богата земля русская на гениев! Никакие перестройки ее не смогли угробить.Верхнюю часть емкости с водой, на последнем рисунке, можно дополнить остеклением, для подогрева от солнца. А нижнюю - прикопать грунтом.


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 30/05/2012
Богата земля русская на гениев! Никакие перестройки ее не смогли угробить.Верхнюю часть емкости с водой, на последнем рисунке, можно дополнить остеклением, для подогрева от солнца. А нижнюю - прикопать грунтом.


[
Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 22/03/2014
А есть возможность как-то заменить электродвигатель насоса стирлингом и качать воду скажем из рядом находящегося пруда и сливать туда-же?


[ Ответить на это ]


Re: Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена (Всего: 0)
от Гость на 15/01/2015
I advise you to visit these useful links I advise you visit this site a lot of information that benefited me and my children and my wife
الحياة [www.alhayatp.net]- الحياة الزوجية [www.alhayatp.net]- الجنس [www.alhayatp.net]- الحياة برس [www.alhayatp.net]- اخبار فلسطين [www.alhayatp.net]- اخبار [www.alhayatp.net]- الحياة  [www.alhayatp.net] برس [www.alhayatp.net] الحياة  [www.alhayatp.net] برس [www.alhayatp.net]
You will find all what you are looking for because it is very cool Then marry him within a stunning ceremony with 27 gaudilyclad bridesmaids
اخبار [www.alhayatp.net]- الاسرى [www.alhayatp.net]- صور  [www.alhayatp.net] احداث [www.alhayatp.net]- الهواتف  [www.alhayatp.net] الذكية [www.alhayatp.net]- اخبار الرياضة [www.alhayatp.net]- اخبار  [www.alhayatp.net] الاقتصاد [www.alhayatp.net]- اخبار الصحف [www.alhayatp.net]- اخبار  [www.alhayatp.net] الفنانين [www.alhayatp.net]- الحياة برس [www.alhayatp.net]- الصحف  [www.alhayatp.net] الاسرائيلية [www.alhayatp.net]- تقارير  [www.alhayatp.net] خاصة [www.alhayatp.net]- اخبار  [www.alhayatp.net] دولي وعربي [www.alhayatp.net]- مقالات [www.alhayatp.net] - [www.alhayatp.net] منوعات [www.alhayatp.net]-  فلسطين [www.alhayatp.net]- [www.alhayatp.net] غ&

Прочитать остальные комментарии...


[ Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.16 секунды
Рейтинг@Mail.ru