Продукты для утилизации отходящего тепла
Преобразование отработанного тепла в электричество или холод
LBG Moravia поставляет технологии для утилизации отработанного тепла и его последующего превращения в электричество или холод. Предлагаем уникальное решение для производства электроэнергии и тепла из биомассы.
продукты
ORC (Органический цикл Ренкина)
Производство электроэнергии из отработанного тепла
Больше информации
Котел для биомассы с блоком ORC
Комбинированное производство электроэнергии и тепла из биомассы
Больше информации
Абсорбционное охлаждение
Больше информации
Спрос анализа на текущее решение
Первым шагом к разработке нового решения является анализ текущего состояния данного объекта профессиональным специалистом.
LBG Moravia s.r.o.
Šmahova 112
627 00 Brno — Slatina
Česká republika
Технологии
- Управление качеством электроэнергии
- Утилизация отходящего тепла
- Обработка отходов
- Использование солнечной энергии
Мы часто решаем
- Энергосбережение
- ORC
- Сортировочные линии для муниципальных отходов
- Холдинг
- Наши партнеры
Как преобразовать тепло в холод
Скромных познаний в физике достаточно для того, чтобы представлять себе общую картину эффективности современных двигателей внутреннего сгорания. На полезную работу уходит всего 25-40% выделяемой при сгорании топлива энергии. Большая её часть в виде тепла «уходит» в окружающую среду. Схожая ситуация происходит на тепловых электростанциях и других промышленных объектах. Помимо повышенного расхода углеводородов, это вредит экологии и является причиной дискомфорта. Даже офисный компьютер может поднять температуру в помещении, не говоря уже про серверные стойки, которые могут нормально функционировать только под постоянным обдувом кондиционерами.
Количество искусственных источников тепла растёт с каждым днём, но, к счастью, научный прогресс не стоит на месте. Инженеры Государственного университета Орегона (США) создали установку для улавливания тепла и преобразования его в холод, о чём сообщают нам журналисты сайта DailyTech . При проектировании этой установки учёные смогли совместить цикл газовой компрессии с циклом Ранке, в результате чего удалось добиться «возвращения» до 80% уходящей тепловой энергии, правда… в виде холода. Преобразование улавливаемого тепла в электричество, к сожалению, не имеет такой эффективности, она составляет около 15-20%, хотя и это уже неплохо.
реклама
Очевидно, что подобные устройства могут быть использованы в самом широком спектре отраслей. К примеру, такую установку можно закрепить на выхлопной системе автомобиля, получая кондиционер, не требующий дополнительного расхода топлива. Бюджет Министерства Обороны США является одним из источников финансирования данного проекта, потому ведомство заинтересовано в возможности охлаждения электроники в полевых условиях, за счёт (если можно так выразиться) тепла дизельных генераторов. У специалистов университета уже имеется реально функционирующий прототип данной установки. Он работает именно так, как задумывали учёные, и продолжает совершенствоваться.
Способ преобразования тепла в холод (варианты) устройство для его осуществления (варианты) и система преобразования тепла в холод
Группа изобретений относится к области теплообмена и может быть использована для охлаждения воздуха или оборудования, а также для утилизации сбросного тепла. Технический результат — повышение эффективности теплообмена, экономичности, экологичности, а также повышение надежности и долговечности, расширение области применения, расширение функциональных возможностей. Достигается тем, что в одном из вариантов устройство 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. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
Группа изобретений относится к области теплообмена и может быть использована для охлаждения воздуха или оборудования, а также для утилизации сбросного тепла.
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, соединительные трубопроводы и теплоноситель. 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.
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 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 понижение 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 понижение 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, соединительные трубопроводы и теплоноситель. 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, 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, соединительные трубопроводы и теплоноситель. 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, 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
Фиг.1 — схематичный вид устройства преобразования тепла в холод по первому варианту.
Фиг.2 — схематичный вид устройства преобразования тепла в холод с узлом для подачи охлаждаемого воздуха по второму варианту.
Фиг.3 — схематичный вид устройства преобразования тепла в холод по второму варианту с использованием солнечного коллектора для подачи тепловой энергии.
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;
4 — жидкий теплоноситель (хладагент);
5 — тонкая пластина с отверстием;
8 — второй теплообменник;
9 — клапан перелива;
10 — вертикальный трубопровод;
11 — клапан противодавления;
13 — турбина с магнитной муфтой;
15 — вторая тонкая пластина с отверстием;
16 — солнечный коллектор.
На Фиг.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 (резкого понижения) 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 Фиг.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 Т1≈20°С. При нагреве воды до температуры Т2≈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 T2≈70°С, давление P2≈30·10 3 ÷50·10 3 Па). Данное давление держится до тех пор, пока в парогенераторе не иссякнет (выкипит) вода.
В процессе кипения воды пар при давлении Р2≅30·10 3 ÷50·10 3 Па, проходя через отверстие в пластине 5, резко расширяется в объеме и стремительно теряет давление до Р3≅110÷700 Па, при этом его температура и давление падают до температуры и давления тройной точки воды или ниже (T3≈0°С или T3≤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 воздух, охлаждение которого необходимо произвести, подается на второй теплообменник 8, в котором происходит передача тепла от более теплого воздуха к охлажденной воде Т4≈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 10в, 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 Фиг.2 показан второй вариант устройства преобразования тепла в холод в соответствии со вторым вариантом реализации способа. В отличие от первого варианта 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 Фиг.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 (Фиг.1) и одно или более устройств преобразования тепла в холод по второму варианту (Фиг.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.
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 понижение 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 понижение 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. 3, отличающийся тем, что нагрев и испарение теплоносителя осуществляют посредством солнечной энергии.
5. Устройство преобразования тепла в холод включающее парогенератор, конденсатор, первый теплообменник, соединительные трубопроводы и теплоноситель, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй теплообменник, являющийся охлаждающим, причем первый теплообменник является нагреваемым и конструктивно связан с парогенератором, 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 пп. 5-7, отличающееся тем, что в качестве нагревателя первого теплообменника используется солнечный коллектор.
9. Устройство преобразования тепла в холод включающее парогенератор, конденсатор, первый теплообменник, соединительные трубопроводы и теплоноситель, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй теплообменник, являющийся охлаждающим, причем первый теплообменник является нагреваемым и конструктивно связан с парогенератором, 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 пп. 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 пп. 5-8 и одно или более устройств преобразования по любому из пп. 9-12.
14. Система преобразования по п. 11, отличающаяся тем, одно или более устройств преобразования обладает общим нагреваемым первым теплообменником и/или общим конденсатором.
Похожие патенты:
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании эффективных систем охлаждения модулей мощных светодиодов. Технический результат — обеспечение высокоэффективного отвода тепла от расположенных на поверхности модуля полупроводниковых светодиодов при минимальном значении сопротивления теплопередачи.
Изобретение относится к энергетическому преобразовательному модулю, по меньшей мере, с одним силовым полупроводниковым модулем (2, 4), которые термически активно соединены механически с жидкостным охладителем (6) и которые посредством ошиновки (8), содержащей по меньшей мере две изолированные одна от другой силовые шины, электрически активно соединены выводами энергетического преобразовательного модуля.
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в радиаторах охлаждения с естественной циркуляцией воздуха и применимо в составе электронных модулей, шасси, крейтов, эксплуатируемых в сложных условиях.
Изобретение относится к области радиоэлектроники и предназначено для отвода тепла от теплонагруженных элементов электронной радиоаппаратуры в герметичных и негерметичных отсеках на борту летательных аппаратов, работающих в жестких климатических условиях, и в условиях воздействия вибрационных и ударных нагрузок.
Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения компьютерного процессора. Технический результат — получение сверхнизких температур в процессе охлаждения и теплоотвода.
Изобретение относится к системе охлаждения для компьютерного оборудования и систем питания. Технический результат — предотвращение выхода из строя дорогостроящего оборудования путем поддержания оптимальной температуры.
Изобретение относится к конструкции здания для компьютерного (вычислительного) центра, предназначенной для размещения множества коммуникационных стоек (шкафов), которые предоставляют пространство для помещения в него компьютерных аппаратных средств.
Изобретение относится к модулю полупроводникового преобразователя электроэнергии. Технический результат — создание модуля полупроводникового преобразователя электроэнергии с охлаждаемой ошиновкой (8) по меньшей мере двух модулей (2, 4) силовых полупроводниковых приборов, который можно нагружать электрически сильнее по сравнению со стандартным модулем полупроводникового преобразователя электроэнергии, при этом может выдерживаться допустимая температура для изоляционного слоя (32) и материала ламинирования ошиновки (8).
Охлаждающее устройство 1, использующее пульсирующую текучую среду для охлаждения объекта, содержащее: преобразователь 2, имеющий мембрану, выполненную с возможностью генерирования волн давления с рабочей частотой fw, и полость 4, заключающую первую сторону мембраны.
Радиоэлектронный блок содержит корпус и функциональные ячейки, содержащие печатные платы с радиоэлементами и теплоотводы. Согласно изобретению корпус выполнен из диэлектрического материала в виде цельной конструкции с внутренними перегородками, образующими полости, в которые размещаются функциональные ячейки, причем в центральной полости корпуса расположена плата трансформатора, содержащая четыре спаренных импульсных трансформатора с симметричным расположением обмоток, с противоположных сторон от платы трансформатора расположены по четыре функциональные ячейки, каждая из которых размещена в отдельной полости корпуса и представляет блок транзистора, содержащего две печатные платы, соединенные с помощью изоляционных стоек с резьбовыми отверстиями, служащими для крепления в корпус, при этом на первой печатной плате установлены три ограничительных диода, а на второй печатной плате мощный высоковольтный транзистор, причем вторая печатная плата выполнена двухсторонней с полигонами, повторяющими форму корпуса транзистора с двух сторон, и содержит металлизированные отверстия, выполняющие функцию теплоотвода в качестве теплоотводящих трубок.
Изобретение относится к способу и устройству для охлаждения электрических и электронных конструктивных элементов и модульных блоков (3), встроенных в приборных шкафах (2, 20), потерянное тепло которых охлаждается проводимой по циркуляционному контуру охлаждающей жидкостью.
Изобретение относится к системам охлаждения тепловыделяющего оборудования, в частности вычислительной техники и телекоммуникационной техники, и может быть использовано при построении инженерных систем для центров обработки данных как стационарных модульных, так и мобильных.
Изобретение относится к авиационной технике, а именно к системам охлаждения бортовой аппаратуры автономных оптико-электронных устройств, выполненных в виде отдельных модулей и расположенных вне авиационного носителя.
Изобретение относится к области механики, в частности к способам и устройствам отработки тепловой защиты объектов от мощных направленных тепловых нагрузок с помощью защитного экрана.
Изобретение относится к преобразовательной технике. .
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании приборных шкафов и стоек, в которые встраиваются съемные модули с кондуктивным теплоотводом.
Изобретение относится к устройствам для охлаждения электронной аппаратуры и может быть использовано в геофизической сейсморазведке. .
Изобретение относится к устройствам для доочистки питьевой воды. Водоочиститель включает последовательно расположенные в продольном сосуде 1 зоны: замораживания воды, вытеснения примесей из фронта льда и концентрации примесей в виде рассола, перехода воды из твердого состояния в жидкое.
Холод из тепла
Все мы хорошо знакомы с парокомпрессионными, или просто компрессорными, холодильными машинами — именно на этом принципе основаны практически все современные бытовые холодильники. Но мало кто знает, что исторически их предшественниками были абсорбционные холодильные машины (АБХМ). В 1810 г. англичанину Джону Лесли, профессору математики Эдинбургского университета, удалось получить первый искусственный лёд по технологии, основанной на процессе абсорбции (поглощения) сернистого газа водой. В установке Дж. Лесли отсутствовали движущиеся части, а в качестве источника энергии использовалась самая обычная для того времени угольная топка. Но первая устойчиво работающая холодильная машина абсорбционного типа была создана лишь спустя сорок лет, в 1850 г.
Интересно, что один из первых советских бытовых холодильников, «Север», производство которого началось в 1945 г., был именно абсорбционным. В нём в качестве хладагента использовался аммиак, а в качестве абсорбента — вода. Не имея компрессора и механического привода, холодильник работал абсолютно тихо. Его надёжность и долговечность были невероятно высоки. Самое же замечательное свойство этого удивительного агрегата заключалось в том, что он мог работать не только на электричестве, но и вообще на любом источнике тепла — газе, керосине и даже дровах.
Утилизируя тепло
АБХМ бывают прямого и непрямого нагрева, одноступенчатые, двухступенчатые и трёхступенчатые. Для машин прямого нагрева источником тепла может служить газ или другое топливо, сжигаемое непосредственно в установке. В машинах непрямого нагрева используется пар или другой теплоноситель, подаваемый от теплового источника. Кроме того, существуют тригенерационные энергетические системы, в состав которых входят АБХМ и когенерационные установки, обеспечивающие выработку тепловой и электрической энергии. Используя такие установки, можно оптимизировать нагрузку на систему энергоснабжения и экономить энергетические ресурсы. Например, летом получать холод для кондиционирования помещений сразу из тепла, минуя этап электрической генерации.
Способность АБХМ использовать практически любой источник тепла делает их особенно привлекательными там, где имеется «даровое» сбросное тепло (в том числе на любых тепловых энергетических объектах — ГРЭС, ТЭЦ, ГТУ, ПГУ и др.), несмотря на то, что по условному КПД, а точнее, холодильному коэффициенту (Coefficient of Performance, COP), т. е. соотношению полученного холода к затраченной на его производство тепловой энергии, они сильно уступают парокомпрессионным. Холодильный коэффициент у одноступенчатых АБХМ составляет 0,65-0,8, у двухступенчатых может достигать 1, а у трёхступенчатых — 1,6, тогда как любая современная парокомпрессионная установка на 1 кВт потребляемой электроэнергии производит не менее 3-4 кВт холода. Правда, в больших АБХМ совсем обойтись без электроэнергии не удаётся, поскольку она необходима для работы автоматики и насосов, перекачивающих рабочие среды, но её затраты на порядки ниже, чем у крупных компрессорных систем.
Контуры процесса
Рассмотрим принцип работы АБХМ на примере самой простой, одноступенчатой, или одноконтурной, установки (см. схему). Здесь хладагент последовательно перемещается через четыре основных компонента машины — испаритель, абсорбер, десорбер и конденсатор. Хладагент испаряется при пониженном давлении в испарителе. Этот процесс идёт с поглощением теплоты. В отличие от парокомпрессионной холодильной машины, где перепад давления создаётся компрессором, здесь давление в испарителе понижается благодаря объёмному поглощению (абсорбции) хладагента жидким абсорбентом в абсорбере. Затем абсорбент с поглощённым им хладагентом (бинарный раствор) поступает в десорбер. В десорбере бинарный раствор нагревается от источника тепла, в результате чего происходит выделение хладагента из абсорбента. Обеднённый абсорбент из десорбера возвращается в абсорбер. Хладагент же поступает под большим давлением в конденсатор, где переходит в жидкую фазу с выделением теплоты, а затем через расширительный клапан — в испаритель, после чего начинается новый цикл. Изменение концентрации хладагента в абсорбере и десорбере сопровождается изменением температуры насыщения. Для снижения потерь энергии при циркуляции абсорбента между абсорбером и десорбером устанавливают рекуперативный теплообменник.
Принцип действия АБХМ на примере одноконтурной схемы
Первым из хладагентов, используемых в промышленных АБХМ, как уже упоминалось, был аммиак. Кроме хороших холодильных качеств (удельная холодопроизводительность, температурный глайд и другие), он обладает высокой растворимостью в воде, которая служит абсорбентом. Сегодня находят всё более широкое применение появившиеся ещё в 1950-х годах АБХМ на основе комбинации бромистого лития (используется в качестве абсорбента) с водой (в качестве хладагента). Бромистый литий, независимо от того, в каком виде он находится (чистый или в растворе), обладает высокой избирательностью к воде (связывает только её молекулы), поэтому пары хладагента легко вновь переходят в раствор.
Объединяя технологии
На крупных предприятиях может быть выгодно использовать гибридные холодильные системы, которые обладают достоинствами как абсорбционных, так и компрессорных холодильных машин. В типичной гибридной системе холодильная машина с электрическим приводом используется в часы внепиковых нагрузок на систему электроснабжения. В это время тарифы на электрическую энергию понижены, что помогает сокращать эксплуатационные затраты. В часы пиковой нагрузки на систему электроснабжения задействуется главным образом АБХМ, а компрессорная холодильная машина включается по мере необходимости, если нагрузка на систему охлаждения превышает возможности абсорбционной установки.
И хотя с точки зрения расхода топливно-энергетических ресурсов компрессорные системы более эффективны, АБХМ имеют перед ними ряд конструктивных преимуществ:
- экологическая безопасность благодаря отказу от использования хладагентов на основе CFC (хлорфторуглеродов) и HCFC (гидрохлорфторуглеродов);
- пониженный шум при работе, отсутствие вибраций;
- отсутствие высокого давления в системе;
- низкая стоимость сервиса и невысокие требования к квалификации обслуживающего персонала.
Оптимальные решения
Широкое распространение АБХМ в промышленности ограничивается относительно высокими капитальными затратами, необходимыми при их внедрении. Из-за низкой эффективности одноступенчатые АБХМ часто оказываются неконкурентоспособными — за исключением тех случаев, когда можно использовать легкодоступную сбросную тепловую энергию. Даже применение двухступенчатых АБХМ экономически не всегда оправдано. Ещё одно ограничение для применения АБХМ связано с относительно высокими затратами энергии на работу насосов. Дело в том, что технологии охлаждения, отличающиеся более низким холодильным коэффициентом, обычно требуют более высокого потока хладагента и, соответственно, большей производительности циркуляционного насоса. Кроме того, при использовании абсорбционных холодильных машин из-за большего объёма хладагента требуются градирни большего размера, чем для традиционных холодильных машин с электроприводными компрессорами.
Новое направление применения АБХМ, появившееся сравнительно недавно, — использование их для повышения производительности газотурбинных и парогазовых энергетических установок на основе так называемых аэродеривационных (построенных на базе авиационных турбовентиляторных двигателей) газовых турбин в условиях высоких температур окружающего воздуха. Дело в том, что для таких турбин характерен практически постоянный объёмный расход воздуха, подаваемого в камеру сгорания. В то же время плотность воздуха, согласно закону Клайпейрона-Менделеева, обратно пропорциональна его температуре. С повышением температуры наружного воздуха снижается его массовый расход и, как следствие, мощность установки, причём повышение температуры на один градус влечет снижение мощности примерно на 0,8%. Номинальная мощность ГТУ рассчитывается, исходя из температуры воздуха 15 °C, так что при температурах 35-40 °C, вполне обычных для летнего периода в южных регионах, реальная мощность оказывается ниже номинальной на 16-20%. В мартовском «Энерговекторе» 2015 г. мы уже писали о такой АБХМ, введённой ООО «ЛУКОЙЛ-Астраханьэнерго» в состав комплексной воздухоочистительной установки ПГУ-110. Эта парогазовая установка построена на аэродеривационных турбинах General Electric и расположена в одном из самых жарких регионов России.