Logo holodilshchik
интернет-выпуск № 2(86), февраль 2012 г.
ПЕРВАЯ В РОССИИ ИНТЕРНЕТ-ГАЗЕТА ПО ХОЛОДИЛЬНОЙ И БЛИЗКОЙ ЕЙ ТЕМАТИКЕ

Грамотно преподнести себя через рекламу - тоже искусство!
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ
С.В. Коровкин
Теплообменные аппараты с изменяемой геометрией поверхности теплообмена

В статье представлен материал о разработанном и апробированном новом типе теплообменника, обладающего способностью к самоочистке от отложений в процессе работы.
Описана новая технология генерации жидкого льда.
Акцентировано внимание на том, что созданы технические предпосылки для использования энергии межфазного перехода "вода-лед" для отопления зданий.



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. Теплообменный аппарат с изменяемой геометрией поверхности теплообмена позволяет генерировать лед, сохраняя при этом поверхность теплообмена свободной ото льда.

Рассмотрим принцип действия аппарата, изображенного на рис.1 [1].

Основным элементом аппарата является эластичный элемент 1, 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.

Рис.1

Рис.1. Теплообменный аппарат с изменяемой геометрией поверхности теплообмена

1 - эластичный элемент, 2 - холодильный агрегат, 3 - водяной насос, 4 - электромагнитный клапан, 5 - корпус теплообменника, 6 - хладагент, 7 - вода, 8 - лед, 9 - резервуар

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 4, в данном случае электромагнитный, периодически открывающий и закрывающий проток воды.

В положении при закрытом клапане (вар. "I") за счет работы насоса давление воды в эластичном элементе повышается выше внешнего давления и эластичный элемент раздувается. В положении при открытом клапане (вар. "II"), 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" - пластичная масса, легко перекачиваемая насосом (рис.2).

Рис.2

Рис.2. "Мягкий лед"

Возможны различные варианты теплообменных аппаратов с изменяемой геометрией поверхности теплообмена.

На рис. 3 показан демонстрационный аппарат, где в качестве эластичного элемента используется мембрана [2].

Рис.3

Рис.3. Демонстрационный теплообменный аппарат
с мембраной в качестве эластичного элемента


Процесс генерации льда в аппарате показан на рис. 4.

Рис.4

Рис.4. Процесс генерации льда в аппарате

На фотографии видно, что поверхность теплообмена при генерации льда остается чистой.

Работу аппарата можно наблюдать с помощью видео в сети Интернет: [3] - Начало генерации льда, [4] - Конец генерации льда.

Очень важным является вопрос выбора материалов для эластичного элемента. На сегодняшний день наиболее подходящим вариантом представляется теплопроводящая резина с коэффициентом теплопроводности 1 Вт/м · град и толщиной порядка 0.5÷1 мм. Тепловой поток через оболочку эластичного элемента в этом случае составляет 5÷10 кВт/м2.

Опыт использования резинотехнических изделий позволяет оценить долговечность работы эластичного элемента в 10 лет, учитывая, что перепад давления в аппарате не превышает 0.2 атм., а температурный режим колеблется около 0 °С.

Чрезвычайно перспективным представляется использование данной технологии для создания отопительной системы с тепловым насосом [5, 6].

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 затратить 65 000 кг или 65 куб. м воды.

Варианты размещения резервуара для воды приведены на рисунках 5, 6, 7.

Рис.5

Рис.5.

Рис.6

Рис.6.

Рис.7

Рис.7.

Наиболее предпочтительными являются варианты рис. 5 и рис. 6, так как в этом случае используется также тепло, накопленное грунтом. В средней полосе России 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.

Лед, образовавшийся в холодный период года, за теплый период года опять превратиться в воду.

Как уже отмечалось, мягкий лед, получающийся в аппарате, представляет собой текучую пластичную массу и может перекачиваться насосом. Накопленный за зиму жидкий можно использовать 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. В этом случае появляется возможность значительно сократить затраты электроэнергии на охлаждение воздуха.

Также возможно использовать жидкий лед в качестве хладагента в холодильниках для хранения продуктов, что позволяет экономить дополнительно около 10% электроэнергии, потребляемой в быту.

    Выводы:

    1. Применение теплообменных аппаратов с изменяемой геометрией поверхности теплообмена для генерации льда позволяет значительно упростить и удешевить получение "жидкого льда" для технологических процессов.
    2. Применение теплообменных аппаратов с изменяемой геометрией поверхности теплообмена в системах с тепловыми насосами позволяет создать системы отопления, использующие энергию фазового перехода "вода-лед", что значительно расширяет область применения тепловых насосов.

Использованные источники:

1. Коровкин С.В. Заявка на изобретение №2011107000 от 28.02.2011.
2. Коровкин С.В., Винокуров Н.П. Заявка на изобретение №2011149585 от 07.12.2011.
3. Теплообменный аппарат. Начало генерации льда: http://www.youtube.com/watch?v=almTe54L_H0&feature=g-upl&context=G2f02ea2AUAAAAAAAAAA. - Видео на YouTube.
4. Теплообменный аппарат. Конец генерации льда: http://www.youtube.com/watch?v=vqsPL8G1CxY&feature=g-upl&context=G2027a88AUAAAAAAABAA. - Видео на YouTube.
5. Коровкин С.В. "Ледяное" отопление - новая энергетическая технология / http://144.206.159.178/ft/8395/647868/12994515.pdf. Международный научный журнал "Альтернативная энергетика и экология" № 9 (77) 2009.
6. Коровкин С.В. Патент на изобретение №2412401 от 27.08.2009.




Приглашаем ученых и инженеров, аспирантов и студентов, а также,
заинтересованные институты, фирмы, организации и частных лиц, принять участие в размещении
информации в интернет-газете, посвященной холодильной и близкой ей тематике.

Учредитель и издатель интернет-газеты: ООО "АВИСАНКО" (Москва).
Адрес редакции: Россия, 115551, Москва, Шипиловский проезд, д.47/1, офис 67-А.
Тел./факс: +7 (495) 343-43-71, тел.: +7 (495) 343-43-48, 223-60-50 доб. 132.

Головной сайт: www.avisanco.ru.

E-mail: info@holodilshchik.ru

Первый выпуск первой в России интернет-газеты по холодильной и
близкой ей тематике - "Холодильщик.RU" - вышел в свет в январе 2005 г.
Интернет-газета зарегистрирована Федеральной службой по надзору за соблюдением
законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия.
Руководитель проекта и Главный редактор: Маргарян С.М. (АВИСАНКО, ООО)
За содержание рекламных материалов редакция ответственности не несет.
При перепечатке статей, ссылки на их авторов и интернет-газету обязательны.
Разместите на своем сайте нашу кнопку... Rambler's Top100 Многоязыковая поисковая система...


Авторские права © 2005-2017 // MARGARY@N

Партнеры: