Теплообменник для ТН, использующего тепло замерзающей воды

Правильно, у вас получится незамерзающая ТОЧКА. А если необходима площадь большая, чем точка, то от любой крайней точки необходимо пробросить утеплитель на величину глубины промерзания. Вот у меня, к примеру, глубина промерзания 3м, а толщина пенопласта должна быть 250мм! Т. е. мне, для создания незамерзающей площадки 3*3 надо создать пятак 9*9. 9*9*0,25=20,25м3 пенопласта, не говоря уже о том, что почти сотка земли улетит в никуда.

 

Сдаюсь и поздравляю. Вы решили основное противоречие, на которое я натыкался всякий раз, когда пытался представить себе течение процесса- процес образования должен быть контролируемым. В силу специфики процесса полный контроль даст только гибкий теплообменник.
Думаю, что вы его и доведете, и запатентуете, и продадите, дело техники, как говориться. Честно говоря, добавить тут нечего, сама конструкция теплообменника позволяет осуществлять возложенные на него задачи и это главное. Пожалуй, стоит подумать над утилизацией жидкого льда, особенно там, где нет канализации. Но это дело техники, вам виднее, как говориться. Тем более, что нет канализации=нет водоснабжения=есть скважина (колодец)=есть скважина обратка (септик)
А вот у меня все не так весело. Предлагаемая вами система вода-рассол, при очевидно меньших габаритах и бесшумности, имеет один весомый недостаток- чтобы ее собрать, необходимо не только быть специалистом в теплотехнике, надо иметь доступ к комплектующим, а вот с этим у нас совсем худо. Компрессоров, трубок, хладонов- это да- тьма, а вот копни какой-нить нестандарт- труба. Запчасти есть ТОЛЬКО для кондеев или холодильных машин. А теплообменников нет вовсе. Хотите верьте, хотите нет- в самом-самом нашем магазине лежит пара радиаторов б/у от разобранных сплитов, и все.
Потому, простите за назойливость, мне и остается только продумывать, как через воду прогнать воздух, чтоб нагреть перед кондеем.
Но... И тут все оказывается проще простого. В том же полиэтиленовом рукаве, заполненном водою, размещаем грузы, к ним петлями закрепляем резиновые/ПЭТ/ПВХ рукава, соединенные с воздуховодами. Продуваем через них воздух, через определеные интервалы воздушный поток переключаем на какой либо байпас, например, параллельный теплообменник. Вода своей массой складывает рукав, геометрия меняется, лед скалывается и всплывает. Есть один минус- осевой вентилятор может не создать давления, чтобы рукав надуть, нужен центробежник, а это шум, мать его, в итоге отдельное помещение и... Но зато применяем ширпотреб, т. е недорого, просто, ремонтопригодно.

 

Интересно, а кто-нибудь задумывается об использовании эффекта замерзания воды при температурах выше нуля?

Думаю, не надо объяснять зачем? Если использовать процесс кристаллизации с точкой скажем в +10 градусов, можно было бы не хило поднять COP установки и наложить руку на тепло фазового перехода.

Я понимаю, что многие сейчас скажут, что изобретаем самолет, не сделав велосипеда.

Но заманчиво все это.

Вот, быстро поискав по инету, нашел статью относительно не старую.

Где-то еще встречал инфу о том, что вода замерзает при смеси с метаном в некоторых условиях ах при +20 градусах.

 

Буквально вчера об этом думал. Уперся в экономическую эффективность и экологическую безопасность. Дело в том, что вода условно бесплатный ресурс, который потом надо утилизировать в виде "жидкого льда". Когда мы имеем дело с чистой водой, то ее утилизация не вызовет никаких вопросов- канализация, септик, скважина, что угодно. Как только мы делаем из воды раствор чего-то, то сразу возникает вопрос- куда девать куб раствора чего-то каждые сутки. Например, я без палева скидываю это в скважину, это попадает куда-то не туда, вызывает дизастер, меня рано или поздно находят и выставляют счет за рекультивацию 2000гектар земли ниже по течению, например. Я увлекся, конечно, но только из целей наглядности. Лучше очищать, чем загрязнять, или по крайней мере не портить. Я так считаю.
Далее. Стоимость реагента. Каждый день нам необходимо будет кубометр воды смешивать с чем-либо, вызывающим раннее замерзание. С большой долей вероятности можно утверждать, что расходы на реагент сьедят энономию на КОПе.

 

Ну, да... Вариант этот подходит для статических объемов, которые не надо сливать, наполнять и т. д.

Хотя с заморозкой в плюсовой температуре чисто теоретически все очень сложно, как я погляжу:
в этой статье выше приведен случай возникновения льда в сверхтонких слоях. На сколько я понимаю, говорить об агрегатных состояниях, когда воды всего один-два молекулярных слоя некорректно - непонятно на самом деле что это за состояние, газ, жидкость или ТТ.

Посмотрел на фазовую диаграмму воды - обрадовался, что если уронить давление до 0,6 атм, то температура замерзания подрастает. Но быстро вернулся на землю, потому что подрастает всего до + 0,1 Цельсия. А далее в плюсы уходит только при 6000 атмосфер (состояние так называемого горячего льда)

Цитата из научной статьи:

"Иногда вода замерзает при положительной температуре. Такое явление наблюдается в трубопроводах и почвенных капиллярах. В трубопроводах вода может замерзнуть при температуре +20°C. Объясняется это присутствием в воде метана. Поскольку молекулы метана занимают примерно в 2 раза больший объем, чем молекулы воды, они «расталкивают» молекулы воды, увеличивают расстояние между ними, что приводит к понижению внутреннего давления и повышению температуры замерзания. В почвенной влаге аналогичную роль выполняют молекулы белка. За счет влияния белковых молекул температура замерзания воды в почвенных капиллярах может возрасти до +4,4°C."

Для нас интересно насчет почвенных капилляров. Очевидно, что Дед Марос, сам того не подозревая, с его многоэтажкой уже давно эксплуатирует замерзание воды в плюсе. Видимо этим и объясняется эффективность горизонтального контура.

Наверное это служит в том числе и причиной плохой теплоотдачи в первые пару сезонов эксплуатации. Капилляры, как грится, дело тонкое

Если посчитать просто объем грунта, охваченный многоэтажкой, с теплоемкостью глины, воды в ней, влажностью и энергией фазового перехода, то у меня 75 Вт с метра не удалось наскрести на весь отопительный период, не уйдя глубоко в минусы. А Дед Марос говорит, что это минимум возможного.

Еще бы насчет белков последних подробнее кто-то просветил. В инете больше ничего не нашел по этому вопросу. (Пару тонн свинины закопать чтоли в яму на дно ) шутка, разумеется.

 

Именно! Тут проблема сколхозить сам теплообменник, а уж заморачиваться с капиллярами, белками и т. п...
Кстати, идея со статическими объемами тоже имеет свои минусы- надо иметь СК, чтобы летом этот бассейн растапливать. Однако это выход именно для утилизации тепла СК летом, потому что если зимой мало, то летом некуда девать. Отличный симбиоз, однако.

 

Над способом утилизации жидкого льда думаем уже достаточно давно, решений есть несколько, но все они пока практикой не проверены.
Самый на мой взгляд интересный способ - это использование полученного льда в качестве холодильника, а летом в качестве кондиционера.
Тогда можно будет использовать лед на 100%, что является просто отличным применением данной технологии.
Так же могу сказать, что по-видимому такой тип теплообменника является на сегодняшний момент чисто российским изобретением и получение жидкого льда таким способом пока ещё никто не делал.
Думаю, что и патент на изобретение мы тоже получим.

 

Как раз РФ и расположена на широтах, в которых и возможно примение бассейна с жидким льдом. СК можно добрать недостающее для баланса тепло.
А я что-то сдулся насчет закачки льда в пласт. Мои оптимистичные нефтяники предложили использовать для закачки в пласт агрегаты типа ЦА, и были посланы в скважину... Остается 2 варианта- либо строить регенеративную скважину большоой глубины и сечения, либо очень хитро подбирать параметры обратной скважины, которые могут и не подобраться.
В конце концов можно скидывать жидкий лед на "ничейную территорию", но это если не приведет к локальной экокатастрофе. Кстати, будучи расположен на крайнем участке, очень заинтересован в том, чтобы люди не возили сюда свой мусор, может, заледенить все нахрен- это и есть выход?

 

А как это чисто технически-то вы представляете себе?

Декабрино ведь прав насчет транспортировки. Это ведь та еще задачка. Даже если ваш трубопровод будет большого сечения и малой протяженности, он все равно не застрахован от перемерзания особенно в сильный мороз.

Кто-то тут предлагал еще конвейер использовать. Но это уже слишком сложно ИМХО и от проблемы с замерзанием тоже не на все 100% избавит.

А может тогда лучше использовать воду под давлением, чтобы охлаждать ее ниже нуля, а при выходе в атмосферу она сразу в лед превращалась и на ваш участок смежный складировалась в виде ледника.
Энергию фазового перехода теряем, зато объем прокачиваемой воды уменьшаем.

И хоккейный турнир между соседями устроить


Кстати, а под ледником можно еще многоэтажку устроить! Лед толщиной более полуметра очень неплохо изолирует от холода, летом он растает сам. Т. е. система будет изолироваться на зиму и открываться летом.

Запатентовать что-ли ?

 

Закачивать жидкий лед под землю в пласт мы точно не будем.
Пока планируется емкость для воды зарытая в землю ниже глубины промерзания.
Надеюсь что этого будет достаточно.

 

Что то меня полиэтиленовые рукава так вдохновили, что сегодня додумал систему теплообменика за три копейки.
Итак, составные части.
1. Центробежный вентилятор.
2. Рукав для воды.
3. Рукав для воздуха.
4. Балласт (щебень с полиэтиленовом пакете).
5. Испаритель кондея.
6. Воздуховоды вентятор-теплообменник, теплообменник-испаритель, испаритель-вентилятор.
Суть конструкции. В рукав для воды вкладываем рукав для воздуха, размещаем в нем балласт, оставляя между мешочками балласта воздушные ходы, чтоб не всплывал. Закачиваем в наружний, водяной рукав не очень большое количество воды. К воздушному рукаву на входе подключаем центробежный нагнетатель, на выходе- испаритель. Из испарителя воздуховод опять на вентилятор.
Работа. Вентилятор начинает подавать воздух в рукав, под напором воздуха рукав немного приподымается сам, приподнимая и воду над собой. Наверняка из-за большой скорости потока (не менее 2-3м/с) полиэтилен будет колебаться, скидывая с себя лед. Если этого будет недостаточно, то можно или менять обороты нагнетателя, чтоба пакет периодичеки оседал на балласт и принудительно менял форму, или переключать поток с помощью сервопривода между параллельными теплообменниками.
Единственно, что имеет здесь хоть какую-нибудь ценность в этом теплообменнике, это регулятор оборотов и датчик обмерзания испарителя. И вентилятор конечно же.
Единственная проблема- обмерзание, но при температуре воздуха за бортом ниже -20 можно перед началом рабочего цикла прогонять в системе забортный воздух для осушения, да и вообще где-то между испарителем и насосом не хило бы осушитель всунуть, по типу рекуператора, сушить перед стартом с помощью забортного воздуха. И иней ссыпать куда-нить в бункер под осушителем. Раз в месяц можно вскрыть и убрать ведро- другое инея.
Честно говоря, надо рисовать, но сегодня уже поздно.
З. Ы. Жидкий лад закачивать в автомобильную камеру под давление в 3-4очка с обратный клапаном, а камеру соединить с неглубокой скважиной, с самым первым водоносом. И затраты электроэнергии невелики, и жидкий лед всегда под давлением забиваем обратно в водонос.
Ура! Вроде бы рабочая схема...

 

Хочу заметить, что по-видимому наш теплообменник с изменяемой геометрией поверхности является на сегодняшний день новым направлением в теплотехнике, по-крайней мере он неизвестен тем специалистам - теплотехникам с которыми мы общались.
Поэтому в этом направлении уже нужно проводить исследования и испытания различных конструкций теплообменников, и материалов для них, что позволит глубже понять достоинства и недостатки подобных аппаратов.
Кстати, в субботу снова приступим к испытанию аппарата, надеюсь на положительный результат.

 

Хочу предложить ещё один теплообменик, я уже написал о нём в соседней (подобной) ветке "Нестандартный испаритель", но повторюсь и здесь.

- охлаждёный воздух из кондиционера попадает в высокую ёмкость, по пути через теплообменик охлаждает воду.
- замораживает мелкие охлаждёные брызги до состояния снега и увлекает за собой в бункер
- в бункере снег оседает на дно (я изобразил простейший отстойник, но можно придумать чтонибуть по серьёзнее типа центробежного фильтра как в пылесосе)
- далее воздух движеться в нижнию часть высокой ёмкости и охлаждает брызги выходящие из форсунок
- чтобы воздух двигался через бункер стоит вентилятор с тойже производительностью что и в кондиционере
- после всего пройденого пути воздух прогреваеться и попадает в кондичионер (хотя не плохо перед кондиционером поставить фильтр осушитель со стёком конденсата в высокую ёмкость, на схеме не показано)
- насос качает воду со дна ёмкости в форсунки, а вода (мелкие брызки) сначала охлаждается, а затем превращается в снег и попадает в бункер
- недостигшая своей цели вода чуть охладившись падает обратно на дно ёмкости и охлаждает воду на дне, тем самым даёт больше шансов воде охладиться до снега при следующем заходе в форсунку
- уровень воды в ёмкости регулирует поплавковый клапан
в итоге получили отопление на водопроводной воде!

 

Меня учили в университете, что технические системы по типу конструкции рабочего органа развиваются так: жесткие-бисистемы-полисистемы-гибкие-жидкие-газообразные-полевые. Поэтому переход от жесткого металлического теплообменника к гибкому полимерному- шаг вперед, и значительный, путь верный. Была бы средняя температура была не образующая наледи на теплообменнике, можно было бы продувать воздух прямо по рукаву с водой, снимая сливки еще и с конденсации, но здесь нам это не судьба.
Мне же такой теплообменник знаком- это легкие. Наши легкие, помимо обмена веществ, производят также охлаждение/нагрев организма изнутри. На нашей коже множество пор, однако благодаря ее эластичности забиваются лишь некоторые из них. Примеров множество, вот только как обратить внимание на тот, что будет 100% аналогичным..? Пока полиэтиленовй рукав вкупе с щебенчатым балластом срубил меня своей простотой и надежностью. Да и толщина в 0,2мм при теплопроводности 0,15 дает 750вт*м2/к. То есть практически безграничная теплопроводность в нашем случае.

А вот это- да. Как будут работать "искусственные легкие" - неизвестно. Однозначно нужно будет подбирать параметры работы как по воздуху, так и по воде, в вашем случае по рассолу-воде. В предложенной мною схеме узкое место- количество воды в водяном рукаве, над воздушным. Чтобы не изнашивался воздушный рукав, на котором будет висеть вода, ее надо будет сосем немного, в конечном итоге вода будет в виде отдельных линз свисать между островками балласта, а в периоды между рабочими циклами можно будет заполнять больший объем и выкачивать сверху жидкий лед через шланг, примотанный к пластиковой бутылке, для плавучести. Вряд ли имеет смысл делать теплообменник строго горизонтальным, надо делать зону для сбора льда, куда он будет стремиться. Это примерно как река, когда она еще не встала под лед и морозный ветер дует над поверхностью и весь лед скапливается по берегам. Что-то вроде такого же берега надо будет сделать и здесть, чтобы не ловить эти крупинки по всему теплообменнику.
Также узким местом является утилизация льда в скважину. Будет ли оно или нет- неясно. Но обсуждение этого вопроса выходит за рамки данной темы, хотя где это можно обсудить и у кого спросить- не представляю, уж больно специфичный вопрос.
Также касаемо цикличности работы теплообменника- все в нашем мире работает волнами- зима-лето, вдох-выдох, печаль-радость. Кондей и тот рабочее тело гоняет через клапан. Поэтому что ваша система сжался-расширился, что моя дует-переливает позволят решить проблемы с застоем льда и его отделением от поверхности теплообмена.

Очень жду видеоотчет. Удачи.

 

Экий вы хитрец! Да уж, прихватить энергию конденсации и поиметь 2,5МДж/кг заманчиво. Однако здесь все же немного не тот процесс будет. Капли воды из форсунки не будут паром, а будут взвесью воды в воздухе, где капельки воды будут держаться в воздухе только из-за своих микроразмеров, они не будет иметь энергии пара, ибо откуда она возьмется? Ну не из форсунки же.
Кстати, форсунки можно заменить ультразвуковым устройством, которые прменяют в увлажнителях воздуха. Однородный пар, малые энергозатраты, бесшумность. Я думал об этом, но еще раз повторю, это не пар, а взвешенная вода. И с нее мы также получаем энергии, как и с замораживания воды.
Но сам принцип интересен. Если придумать хорошо работающий фильтр, то можно снег выкидывать за борт тем же самым центробежным вентилятором, который приводит в действие всю систему, когда кондей не работает, то каналы переключаем на выдув и формируем сугробы вокруг дома, тем самым повышая теплоизоляцию. Очень любопытно.
Вот только посчитаем. Плотность свежего снега 100кг/м3. Но мы возьмем 200. Если в час мы потребляем 3КВт, то в час это литров 30, в сутки 720. Итого 3-5 кубов снега в сутки. 100-150в месяц. До 1000 за весь отопительный сезон. В принципе, пусть каждый решает сам. Но схема интересная, и, скорее всего, компактная.
Не представляю ее себе работающей. По крайней мере, не вижу решения для фильтра. Ведь это порядка 1000м3*час, что же это за фильтр должен быть? И какие потери на нем...
И наконец, как ни исхитряйся, из-за прямого контакта воздуха и воды получим на входе в испаритель теплый, но влажный воздух. И запаримся бороться с инеем на испарителе. Не пойдет.