Метод теплопередачи между двумя или более средами и система для выполнения указанного метода

Изобретение относится к способу теплопередачи между двумя или более средами, устройству или системе для осуществления указанного способа, применяемого для кондиционирования воздуха в помещении или любой сферы применения, которая требует теплопередачи между двумя или более средами, и пригодного для использования в бытовых, коммерческих или промышленных условиях. Замкнутый трубопроводный контур выполнен с возможностью принимать термическую рабочую среду, причем замкнутый трубопроводный контур содержит трубу (8) для формирования указанного замкнутого трубопроводного контура, при этом замкнутый трубопроводный контур закрыт на одном из своих концов. Теплообменник (34) образован одной или более трубами (8) замкнутого трубопроводного контура. Силовой агрегат соединен с замкнутым трубопроводным контуром и способен повышать или понижать давление термической рабочей среды в указанном замкнутом трубопроводном контуре. Система управления (11) выполнена с возможностью управлять силовым агрегатом для контроля давления и сжатия термической рабочей среды в замкнутом трубопроводном контуре так, чтобы вызывать изменение состояния термической рабочей среды из жидкого или сверхкритического жидкого состояния в твердое или частично твердое состояние и наоборот или из одного твердого состояния в другое твердое состояние и наоборот. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 26 ил.

 

ТЕХНИЧЕСКАЯ ОТРАСЛЬ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к системе теплопередачи через закрытую систему цилиндр/поршень или подобную систему, в закрытой камере которой находится жидкость, чувствительная к изменению температуры вне указанной камеры, в которой указанная жидкость меняет состояние, когда указанная жидкость поглощает или выделяет тепло. Более конкретно, настоящее изобретение относится к методу теплопередачи между двумя или более средами и к системе для осуществления указанного метода, применимому для кондиционирования воздуха в помещении или к любой сферы применения, требующей теплопередачи между двумя или более средами, позволяя использовать его в бытовых, коммерческих или промышленных условиях.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящее время существует множество технологий, производящих теплопередачу для кондиционирования воздуха в помещении, но они требуют большого количества энергии для обеспечения поглощения или доставки определенного количества энергии и дополнительного использования вредных для окружающей среды охлаждающих жидкостей. Например, существуют тепловые насосы, использующие охлаждающие жидкости, которые воздействуют на озоновый слой или создают парниковый эффект. Например, существуют ХФУ или хлорфторуглероды, инертные газы, полученные из насыщенных углеводородов, которые остаются в атмосфере от 50 до 100 лет и разлагаются в соединении с озоном из стратосферы, высвобождая атомы хлора.

После проверки ущерба озоновому слою от ХФУ их заменили ГФУ или гидрофторуглероды - фторсодержащие газы, способствующие парниковому эффекту и глобальному потеплению планеты.

Примером ХФУ является фреон, который испаряется в циклическом процессе теплопередачи; этот тип веществ в настоящее время заменяется альтернативными хладагентами, что обусловлено законами, направленными на уменьшение воздействия хладагентов на окружающую среду и озоновый слой; например, европейский закон о регулировании выбросов фторированных парниковых газов, основной целью которого является сокращение использования фторированных парниковых газов (GHG) на 70 % к 2030 г. Другим примером усилий, предпринимаемых во всем мире для сокращения количества хладагентов, является принятие почти 200 странами Кигалийской поправки, второй редакции Монреальского протокола (1987 г.), который представляет собой конкретный план постепенной ликвидации производства и использования гидрофторуглеродов (ГФУ), так как парниковые газы считаются очень вредными для планеты и оказывают огромное влияние на глобальное потепление.

Еще один важный аспект связан с сокращением потребления энергии. Такие системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, как тепловые насосы, характеризуются производительностью, называемой СОР (коэффициент производительности). Производительность (СОР) выражает взаимосвязь между тепловыми единицами (в тепловых кВт/ч) и мощностью, фактически потребляемой оборудованием (в электрических кВт/ч). Следовательно, чем выше коэффициент СОР, тем выше производительность системы. Например, типовой тепловой насос характеризуется коэффициентом СОР от двух до шести, в зависимости от разницы температур обоих фокусов. Следовательно, увеличение производительности (COP) приведет к снижению потребления энергии и, следовательно, потребления CO₂.

РЕШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОБЛЕМЫ

Предлагаемое решение основано на использовании тепла окружающей среды, жидкости, её сжатия и декомпрессии для обеспечения изменения состояния жидкости под давлением в замкнутом контуре, далее называемом «контур».

Эти изменения состояния вызывают изменение плотности жидкости, попеременно вызывая сокращения и расширения, что вызывает теплообмен, в результате которого поглощается или выделяется тепло. Система также включает в себя конструкцию, содержащую основные элементы, уже имеющиеся в современном оборудовании ОВКВ, таком как вентиляторы, в дополнение к внешнему источнику тепла, который служит при необходимости в качестве опоры для охлаждения или нагрева жидкости.

Преимущество этой системы состоит в том, что в ней можно использовать различные типы жидкостей, такие как вода, CO₂, материал с фазовым переходом «PCM», среди прочих материалов, которые не повреждают озоновый слой и не выделяют парниковых газов, которые вызывают глобальное потепление, или легковоспламеняющихся ГФО (гидрофторолефинов). В целом, эта система и метод не требуют вредных для окружающей среды или легковоспламеняющихся хладагентов, что способствует охране окружающей среды.

Еще одним преимуществом является тот факт, что СОР (коэффициент производительности) системы выше имеющихся на сегодняшний день технологий, и может достигать значений намного выше 10. Более того, в зависимости от нагрузки и вида жидкости, коэффициент СОР может достигать в некоторых системах 15, 20, 30, 40 или более высоких значений, как показывают некоторые примеры ниже. Это позволяет значительно экономить энергию и, следовательно, также значительно сокращать выбросы CO₂ в атмосферу за счет более низкого потребления электроэнергии.

Другое преимущество состоит в том, что при использовании двух или более противоположных контуров в системе через силовой агрегат количество энергии, необходимое для сжатия текучей среды, значительно снижается, так как давления в этих двух контурах направлены в противоположные стороны. В плунжере силового агрегата возникает эффект противовеса, поэтому для сжатия и изменения состояния жидкости в противоположном контуре требуется гораздо более низкое давление, чем максимальное.

При работе с переходами от твердого состояния к жидкому для сжатия жидкости часто требуется вытеснение меньших объёмов, в отличие от традиционных систем с тем же количеством передаваемой энергии.

СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ

На данном состоянии развития техники имеется несколько документов, относящихся к системам теплопередачи для кондиционирования воздуха.

Так, например, в документе WO 2016/186572 раскрыт агрегат, в котором используется преимущество тепла окружающей среды или остаточного тепла и которое генерирует возобновляемую энергию с холодной энергией в качестве побочного продукта, используя рабочую среду на основе диоксида углерода в замкнутом контуре. Агрегат описан, как двигатель на основе тепла окружающей среды, который включает расширитель для снижения температуры жидкости; теплообменник низкого давления, соединенный с детандером для сохранения оставшейся среды в псевдоожиженном состоянии; гидравлический двигатель, дополнительно соединенный с теплообменником низкого давления, для преобразования гидравлического давления жидкости, который приводится в действие по меньшей мере от окружающего или некачественного потока тепла и потока продавочной жидкости; и теплообменник высокого давления для подогрева жидкости за счет тепла окружающей среды для предотвращения замерзания. Детандер, теплообменник низкого давления, гидравлический двигатель и теплообменник высокого давления соединены друг с другом в замкнутом контуре для циркуляции жидкости.

В документе US 2014/053544 раскрыта система теплового двигателя, содержащая первый теплообменник, детандер, второй теплообменник и клапан в сборе. Первый теплообменник связан с источником тепла для нагрева рабочей жидкости внутри. Детандер расположен ниже по линии от первого теплообменника и имеет сообщение внутри него для приема термической рабочей среды. Второй теплообменник расположен ниже по потоку от детандера и имеет сообщение внутри него для охлаждения получаемой из него рабочей среды. Клапан в сборе сообщается со вторым теплообменником и детандером для обеспечения селективного впрыска охлажденной рабочей жидкости из второго теплообменника в детандер.

В документе US 5099651A раскрывается способ работы теплонасосных систем с газовым двигателем и тип сжатия паров охлаждения. Более конкретно, это относится к теплонасосной системе, предпочтительно приводимой в действие двигателем внутреннего сгорания, работающим на газе, который, по меньшей мере, частично охлаждается рабочей средой, находящейся в гидравлической связи с нагрузкой, и внешним источником тепла или отстойником.

Ни в одном из современных документов не раскрывается использование закрытой системы, в которой для выделения или поглощения тепла используются жидкость и тепло из окружающей среды или рабочей среды, и для выделения или поглощения тепла используется только этап давления и декомпрессии для изменения состояния из жидкого в твердое или частично твердое и наоборот, а также из жидкого в газообразное состояние и наоборот, что вызывает теплообмен.

Другое отличие от современного состояния технического развития состоит в том, что система может состоять из одного, двух или более замкнутых контуров; другими словами, замкнутого контура без циркуляции, сконструированного таким образом, что жидкость, содержащаяся в каждом из этих контуров, не циркулирует и не вытесняется, за исключением естественного вытеснения, вызванного попеременными изменениями объёма, вызванными изменением плотности жидкости, подвергаемой сжатию и декомпрессии, а также изменениями, вызванными изменением состояния жидкости, в результате чего жидкость расширяется и сжимается по тому же пути, которые позволяют смещение поршня или аналогичного устройства. С другой стороны, на современном уровне технического развития систем кондиционирования воздуха можно видеть, что жидкость может циркулировать внутри неё, и жидкость является хладагентом, вредным для окружающей среды, в то время как для работы настоящей системы может использоваться широкое разнообразие жидкостей, и в особенности, жидкие хладагенты, не вредные для окружающей среды.

АННОТАЦИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение описывает метод теплопередачи между двумя или более средами и устройство или систему для осуществления указанного способа, пригодного для кондиционирования воздуха в помещении или любой сферы применения, которая требует теплопередачи между двумя или более средами, и пригодного для использования в бытовых, коммерческих или промышленных условиях.

Предлагаемое решение основано на использовании разности температур жидкости и пространства вокруг нее в сочетании с изменениями давления для того, чтобы вызвать изменение состояния жидкости. Например, в случае с водой, предпочтительно дистиллированной водой, в дальнейшем «вода», когда она подвергается воздействию высокого давления в замкнутом контуре, она переходит из жидкого состояния в твердое или частично твердое состояние, такое как «лед II», «лед III», «лед V», «лед VI» или «лед VII» и наоборот, такое вещество будет превращаться в одно или другое в зависимости от достигнутой температуры и состояния равновесия, к которому стремится система, то есть от теплопередачи, в то время как система находится в процессе перехода из одного состояния в другое. Для получения многочисленных изменений состояния, метод включает в себя изменение давления в контуре, позволяющее использовать преимущества изменений состояния, которые жидкость испытывает при различных температурах в корреляции с различными давлениями.

Например, в случае с водой система работает в области, чувствительной к температуре, что видно на графике давления/температуры, представленном на фиг. 6 и 7. В закрытой системе, такой как цилиндро-поршневая или аналогичная система, когда требуется увеличить температуру окружающей среды, температура жидкости в её жидком состоянии будет повышаться. Она будет сжиматься до тех пор, пока не затвердеет (в случае льда Ih, справедливо обратное), переходя в твердое состояние при более высокой температуре, чем температура окружающей среды, так что система поставляет тепло в окружающую среду. Впоследствии произойдет переход из твердого состояния в жидкое, плавление и переход в жидкое или частично жидкое состояние, в котором система расширяется. И в случае жидкости в твердом состоянии, затвердевания и превращения в твердое или частично твердое вещество, при котором система сжимается или уменьшает объём жидкости, поршень в обоих случаях будет перемещаться на расстояние «L», в связи со скоростью теплопередачи. Если требуется снизить температуру окружающей среды, жидкость в жидком состоянии будет сжиматься до тех пор, пока она не затвердеет, выделив тепло, а затем давление снизится, что приведет к переходу из твердого состояния в жидкое, плавлению и превращению в жидкость или частично жидкое вещество и поглощению тепла из окружающей среды, при этом жидкость будет расширяться. А в случае перехода из жидкого состояния в твердое - затвердеванию и превращению в твердое вещество, при этом жидкость сжимается. Поршень в обоих случаях перемещается на расстояние «L» в связи с теплопередачей. Таким образом, когда температура и давление жидкости ниже кривой (плавления/затвердевания), а температура окружающей среды выше или ниже температуры воды, произойдет переход из твердого состояния в жидкое. То же самое справедливо для перехода из жидкого состояния в твердое, но давление, полученное с помощью компрессора или насоса или аналогичного оборудования, и температура воды должны быть выше кривой плавления/затвердевания.

С другой стороны, настоящее изобретение описывает систему или устройства для осуществления теплопередачи между двумя или более средами, позволяющей использовать их в бытовых, коммерческих или промышленных целях, которые могут использоваться для теплопередачи с помощью работы силовых агрегатов, систем управления и вспомогательного оборудования, состоящих из одного, двух или более замкнутых контуров, сконструированных таким образом, что жидкость, содержащаяся в каждом из этих контуров, не циркулирует и не перемещается, за исключением попеременных изменений объёма, вызванных изменением плотности жидкости, подвергаемой сжатию, и декомпрессии, а также изменений, вызванных изменением состояния жидкости, в результате которого жидкость расширяется и сжимается по одному и тому же пути, что позволяет перемещать поршень или другой подобный механизм. Как правило, корреляция между давлением и температурой, требуемая в контуре для получения изменения состояния воды (3), и его изменений и корреляций является следующей. Здесь показан предел, при котором происходит изменение состояния. Отсутствующие данные см. ссылки [1], [2], [7], [8] в конце настоящих технических условий. Для случая перехода из твердого состояния в газообразные см. ссылку [9]:

• Минимально необходимое внутреннее давление P(III-II) при температуре от -34,7 до -24,3 °C для перехода из состояния твердого льда III в состояние твердого льда II.

P(III-II) = 213 + (1 - ((T + 273,15)/238)^19,676 - 1).

• Минимально необходимое внутреннее давление P(Ih) при температуре от -21,98 до 0 °С для перехода из твердого или частично твердого состояния в жидкое:

P(Ih) = -395,2 * ((T + 273,15)/273,16)^9 - 1).

• Минимально необходимое внутреннее давление P(III) при температуре от -21,98 до -16,98 °С для перехода из жидкого состояния в твердое.

P(III) = 208,566 - 0.299948 x 208,566 x (1 - ((T + 273,15)/251,165)^60).

• Минимально необходимое внутреннее давление P(V) с температурой от -16,98 до 0,16 °С для получения изменения состояния от жидкого к твердому или частично твердому:

P(V) = 350,1- 1,18721 x 350,1x (1 - ((T + 273,15)/256,16)^8).

• Минимально необходимое внутреннее давление P(VI) при температуре от 0,16 до 81,85 °С для перехода из жидкого состояния в твердое или частично твердое состояние:

P(VI) = 632,4 - 1,07476 x 632,4 x (1 - ((T + 273,15)/273,31)^4,6).

• Минимально необходимое внутреннее давление P(VII) при температуре от 81,85 до 90 °C для перехода из жидкого состояния в твердое или частично твердое состояние:

Ln (P(VII)/2216) = 1,73683 x (1 - ((T + 273,15)/355)^-1) - 0,0544606 x (1 - ((T + 273,15)/355)^5) + 0,806106x10^-7 x (1 - ((T + 273,15)/355)^22).

• Максимально необходимое внутреннее давление P(II-III) при температуре от -34,7 до -24,3 °C для перехода из состояния твердого льда II в состояние твердого льда III.

P(II-III) = 213 + (1 - ((T + 273,15)/238)^19,676 - 1).

• Максимально необходимое внутреннее давление P (Ih), требуемое при температуре от -21,98 до 0 °С для перехода из жидкого состояния в твердое или частично твёрдое:

P(Ih) = -395,2 * ((T + 273,15)/273,16)^9 - 1).

• Максимально необходимое внутреннее давление P (III) при температуре от -21,98 до -16,98 °С для перехода из твердого состояния в жидкое:

P(III) = 208,566 - 0,299948 x 208,566 x (1 - ((T + 273,15)/251,165)^60).

• Максимально необходимое внутреннее давление P(V) при температуре от -16,9 до 0,16 °С для перехода из твердого или частично твердого состояния в жидкое:

P(V) = 350,1 - 1,18721 x 350,1x (1 - ((T + 273,15)/256,16)^8).

• Максимально необходимое внутреннее давление P(VI) при температуре от 0,16 до 81,85 °С для перехода из твердого или частично твердого состояния в жидкое:

P(VI) = 632,4 - 1,07476 x 632,4 x (1 - ((T + 273,15)/273,31)^4,6).

• Максимально необходимое внутреннее давление P(VII) при температурах от 81,85 до 90 °C для перехода из твердого или частично твердого состояния в жидкое:

Ln(P(VII)/2216) = 1,73683 x (1 - ((T + 273,15)/355)^-1) - 0,0544606 x

(1 - ((T + 273,15)/355)^5) + 0,806106x10^-7 x (1 - ((T + 273,15)/355)^22).

Температура (T ) указывается в градусах Цельсия (°С), давление - в мегапаскалях (МПа). При переводе этих уравнений в график зависимости давления от давления можно увидеть кривую плавления или затвердевания. Верхний предел кривых представляет твердое или частично твердое состояние воды (3), нижний предел - её жидкое состояние.

Следовательно, внутреннее давление должно изменяться между более высоким давлением, чем давление, определяемое кривой, и более низким его давлением, что вызывает термический процесс теплопередачи, который вызывает изменения состояния. Система позволяет выполнять переход из твердого или частично твердого состояния в жидкое состояние и обратно, из газообразного состояния в жидкое или сверхкритическое жидкое состояние и обратно, из газообразного состояния в твердое или частично твердое состояние и обратно, из жидкого или сверхкритического жидкого состояния в твердое или частично твердое и обратно, между твердыми состояниями жидкости, а также между твердыми состояниями воды, известными как изо льда VII или льда VIII в лед VI и обратно, изо льда Ih в лед III и обратно, изо льда VI в лед V и обратно, изо льда II в лед III и обратно, изо льда II в лед Ih и обратно, позволяя также получить переход из состояния льда II, льда III, льда V или льда VI в жидкость, а затем из жидкости в лед Ih и обратно.

Во всех случаях изменения состояния могут быть частичными, поэтому система позволяет получать переход из твердого или частично твердого состояния в жидкое или частично жидкое и обратно, из газообразного или частично газообразного в жидкое или частично жидкое и обратно, из сверхкритического жидкого в твердое или частично твердое и обратно, из сверхкритического жидкого в перегретый пар и обратно. Это лучше видно на фиг. 6. То же самое можно сказать и о других переходах.

Например, если вода находится в контуре, в жидком состоянии, при температуре 24 °C и давлении 700 МПа, требуется увеличить давление до более чем 951 МПа, чтобы выполнить переход из жидкого состояния в твердое или частично твердое, всегда с учетом одной и той же внутренней температуры. Напротив, если вода находится в твердом или частично твердом состоянии, при температуре 24 °C и внутреннем давлении 1000 МПа, необходимо снизить это давление до 950 МПа, которое для изменения состояния может ещё больше снизиться, и вода перейдет в жидкое состояние.

При желании, необходимого давления для изменения состояния жидкости, давление можно достичь, построив кривую на диаграмме РТ, где наклон кривой, разделяющей два состояния, можно получить с помощью уравнения Клаузиуса-Клапейрона [10], [11] - уравнения, которое учитывает скрытую теплоту или энтальпию фазового превращения, изменения объёма и температуры для получения наклона кривой, известной как кривая сосуществующих фаз, которая в случае перехода из твердого состояния в жидкое или обратно представляет собой кривую плавления-затвердевания.

dP/dT = Δ H / TΔ V

где dP/dT - наклон этой кривой, Δ H - скрытая теплота или энтальпия фазового превращения, Δ V - объём.

Перепад давлений, необходимый для изменения состояния, также может быть получен с помощью этого уравнения, описывающего скрытую теплоту, температуру, изменение температуры и изменение объёма.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Прилагаемые фигуры предназначены для лучшего понимания изобретения и являются частью данного описания.

На фиг. 1 представлен схематический вид цилиндро-поршневой системы, в которой температура окружающей среды или рабочей среды находится на более высоком уровне, чем температура жидкости в контуре, и можно оценить расширение системы, так как она поглощает тепло «Q» из окружающей среды или рабочей среды.

На фиг. 2 представлен схематический вид цилиндро-поршневой системы согласно фиг. 1, в которой поршень соединен с сервотормозом или односторонним клапаном с электронным приводом или другим оборудованием, которое выполняет аналогичную функцию для остановки хода.

На фиг. 3 представлен схематический вид цилиндро-поршневой системы, в которой поршень сжимается, а температура окружающей среды или рабочей среды находится на более высоком уровне, чем температура жидкости в контуре, которая передает тепло «Q» окружающей или рабочей среде, для случая, когда система переходит из жидкого состояния в твердое, в результате чего образуется твердое вещество.

На фиг. 4 представлен схематический вид цилиндро-поршневой системы, в которой поршень отпущен; и в случае, когда окружающая среда имеет более высокую температуру, чем температура жидкости в контуре, она поглощает тепло «Q» из окружающей среды или рабочей среды, так как жидкость переходит из твердого состояния в жидкое.

На фиг. 5 представлен схематический вид цилиндро-поршневой системы в соответствии с фиг. 4, в которой поршень подсоединен к сервотормозу или одностороннему клапану с электронным приводом для остановки своего хода и, таким образом, начала нового цикла с поддержкой других компонентов силового агрегата.

На фиг. 6 представлен увеличенный график давления/температуры воды в чувствительной зоне, где система движется в зоне льда Ih, II, III, V и VI. На данной фигуре описаны фазовые переходы из газообразного состояния в жидкое или сверхкритическое жидкое состояние и обратно, из жидкого или сверхкритического жидкого состояния в твердое или частично твердое и обратно, а также из твердых состояний воды, известных как лед VII или лед VIII в лед VI и обратно, изо льда Ih в лед III и обратно, изо льда VI в лед V и обратно, изо льда II в лед III и обратно, изо льда II в лед Ih и обратно.

На фиг. 7 представлен график давления/температуры воды в чувствительной зоне, в которой система выполняет переход в зоне льда Ih, II, III, V, VI и VII, где можно оценить различные плотности воды при разных давлениях; это означает, что она подверглась изменению объёма, поэтому вода является сжимаемой.

На фиг. 8 представлен график зависимости давления/температуры углекислого газа CO₂.

На фиг. 9 представлен схематический вид цилиндро-поршневой системы с контуром, в котором камера соединена с контуром трубопроводами, образованными комплектом труб, пластин и ребер, которые могут быть капиллярного типа.

На фиг. 10 представлен схематичный вид спереди варианта исполнения системы для извлечения или передачи тепла из окружающей среды или рабочей среды в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 11 представлен схематический вид сверху варианта исполнения системы для теплопередачи согласно настоящему изобретению.

На фиг. 12 представлен схематический вид в перспективе системы для теплопередачи согласно настоящему изобретению.

На фиг. 13 представлен график изменения из твердого состояния в жидкое и обратно, когда температура жидкости выше температуры окружающей или рабочей среды.

На фиг. 14 представлен график изменения из твердого состояния в жидкое и обратно, когда температура жидкости ниже температуры окружающей или рабочей среды.

На фиг. 15 представлено схематическое изображение двух цилиндро-поршневых систем, подключенных через силовой агрегат.

На фиг. 16 представлен схематический вид цилиндро-поршневой системы, подключенной через силовой агрегат.

На фиг. 17 представлен схематический вид цилиндро-поршневой системы, встроенной в линейный насосно-силовой агрегат или другой подобный агрегат, в комплекте с двумя контурами и соответствующими системами управления.

На фиг. 18 представлен график температуры/процента фазового превращения хлорида кальция (CaCl2) в смеси воды с хлоридом кальция.

На фиг. 19 представлен схематический вид линейного насосно-силового агрегата или аналогичного агрегата в комплекте с двумя контурами и соответствующими системами управления.

На фиг. 20 представлен схематический вид плунжерного насосно-силового агрегата или аналогичного агрегата в комплекте с двумя контурами и соответствующими системами управления.

На фиг. 21 представлен схематический вид силового агрегата в комплекте с двумя контурами, через которые жидкость проходит через теплообменники и направляется регулирующим клапаном на место её использования или во внешний теплообменник или аналогичный механизм, выполняя цель высвобождения или поглощения тепла, с соответствующими системами их управления.

На фиг. 22 представлен схематический вид вспомогательных деталей, которые являются частью установки для кондиционирования воздуха, такой в настоящем изобретении.

На фиг. 23 представлен схематический вид двух установок кондиционирования воздуха, подключенных каскадом, в соответствии с одним из принципов, на которых основано настоящее изобретение.

На фиг. 24 схематично представлен тип оборудования для кондиционирования воздуха, который иллюстрирует настоящее изобретение.

На фиг. 25 представлен схематический вид системы из четырех контуров, подключенных каскадом.

На фиг. 26 представлен схематический вид системы из восьми связанных контуров, работающих в каскадном расположении.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение описывает метод теплопередачи между двумя или более средами и систему для осуществления указанного способа, пригодного для кондиционирования воздуха в помещении или любой сферы применения, которая требует теплопередачи между двумя или более средами, и пригодного для использования в бытовых, коммерческих или промышленных условиях.

Основой данного изобретения является использование тепла окружающей среды в сочетании с изменениями давления, таким образом, что, вызывая изменение состояния введенной жидкости в замкнутом контуре, в котором не происходит циркуляции или смещения, за исключением попеременных изменений объёма, вызванных изменением состояния жидкости, так что эта жидкость расширяется и сжимается по тому же пути, происходит теплообмен.

Ссылаясь на фиг. 1-5, настоящее изобретение работает на основе теплообмена от окружающей среды или от рабочей среды к камере (5) и трубам (8) цилиндро- (1) поршневой (2) или аналогичной системы.

На фиг. 1 камера (5) вместе с жидкостью, введенной в трубы (8) теплообменника или аналогичного устройства, достигли давления, например, выше 300 МПа в соответствии с тем, что представлено на графиках на фиг. 6 и 7, в случае использования системы при переходе из твердого состояния в жидкое и обратно в указанной камере (5) и цельных трубах (8). В случае, если температура окружающей или внешней среды выше, чем температура камеры (5) и труб (8), происходит теплообмен, при котором камера (5) и трубы (8) поглощают тепло от среды, которая окружает контуры во время таяния указанной жидкости. При этом в камере (5) и трубах (8) происходит расширение, так как твердое вещество превращается в жидкость и небольшие порции твердого вещества, тем самым перемещая поршень (2) на расстояние «L» за счет теплопередачи, при этом нагревая окружающую или рабочую среду. Как показано на фиг. 2, 15, 16, 17 и 19, после хода «L» поршень 2 соединяется с однонаправленным сервотормозом с электронным приводом (26) или односторонним клапаном с электронным приводом или другим устройством, которое выполняет аналогичную функцию, например, ПЛК или системой управления, которая его останавливает. Камера (5) и трубы (8) поглощают тепло во время плавления твердого вещества, затвердевая с увеличением давления, когда оно проходит кривую плавления/затвердевания, выделяя тепло. Когда в камере (5) и трубах (8) имеются обильное количество твердого вещества, и при этом температура снаружи все ещё выше, чем температура камеры (5) и труб (8), давление сбрасывается в случае использования сервотормоза или аналогичного механизма, он освобождается, и указанные камера и трубы поглощают тепло из окружающей или внешней среды, плавя твердое вещество, как показано на фиг. 4. Когда твердое вещество превращается в жидкость с небольшими количествами твердого вещества, поршень (2) перемещается наружу на расстояние «L», вызывая изменение состояния, вызывающее теплообмен. В этот момент поршень или аналогичное устройство снова затормаживается, для чего можно использовать сервотормоз или аналогичное устройство, и силовой агрегат (10) вызывает повышение давления в камере (5) и трубах (8), как показано на фиг. 17, 19, 20 и 21, таким образом генерируя рабочий цикл.

Поскольку силовой блок (10) может быть подключен как путём выделения тепла, так и путём его поглощения через систему. Он может работать постоянно, особенно если имеется параллельная система, которая работает в обратном направлении. То есть тепло может выделяться и вызывать изменение состояния или поглощаться и также вызывать изменение состояния.

Как было упомянуто выше, в настоящем изобретении описан способ теплопередачи между двумя или более средами, и его можно использовать в бытовых, коммерческих или промышленных условиях, только при условии наличия разности температур и колебаний давления, при этом указанный способ включает следующие шаги:

(а) сжатие жидкости, вставленной в трубу (8), пока не произойдет изменение состояния;

(b) декомпрессию жидкости для повторного изменения состояния для достижения начального состояния.

При этом сжатие и декомпрессия жидкости также включает в себя:

(а) перемещение поршня или плунжера, при котором для достижения желаемого давления поршень должен достичь минимального хода;

(b) воздействие на замкнутый контур окружающей среды или рабочей среды до тех пор, пока не произойдет изменение состояния упомянутой жидкости, вставленной в трубу (8), и теплопередача;

(c) где изменение состояния соответствует переходу из жидкого или сверхкритического жидкого состояния в твердое, из газообразного в жидкое или сверхкритическое жидкое,

(d) декомпрессию жидкости, введенной в трубу (8), и воздействие на замкнутый контур окружающей среды или рабочей среды, что вызывает расширение жидкости, вставленной в трубу (8), до тех пор, пока не произойдет повторное изменение состояния и теплопередача в результате изменения состояния жидкости, вставленной в трубу (8), причем указанная теплопередача происходит в теплообменнике или аналогичном оборудовании;

(e) где изменение состояния соответствует переходу указанной жидкости, введенной в трубу (8), из твердого состояния в жидкое или сверхкритическое жидкое и из жидкого или сверхкритического жидкого в газообразное.

С другой стороны, метод также может включать следующие этапы:

(e) торможение с помощью одностороннего электроприводного сервотормоза или клапана или аналогичного устройства, или непосредственно через силовой агрегат; для увеличения давления, поддерживаемого силовым агрегатом, используется поршень; в случае использования двух или более схем силовой агрегат используется для поддержки возврата противоположного контура при расширении контура;

(f) отпускание однонаправленного электроприводного сервотормоза или клапана или другого устройства, которое выполняет аналогичную функцию, или непосредственно через силовой агрегат для освобождения поршня, когда используются два или более контуров, а для создания эффекта баланса используется линейный насос с гидроусилителем - он будет выполнять эту функцию; а также

(g) подвергание указанного замкнутого контура воздействию окружающей или рабочей среды, имеющей более низкую или более высокую температуру, чтобы вызвать сжатие жидкости и вернуть поршень в исходное положение и вызвать теплопередачу за счет изменения состояния жидкости для начала нового цикла.

Описанный метод также включает в себя использование температуры в сочетании с колебаниями давления, которые могут быть вызваны различными единицами силы, для обеспечения изменения состояния жидкости, подвергающейся действию давления в замкнутом контуре, из её жидкого или частично жидкого состояния, или сверхкритической жидкости в твердое или частично твердое состояние и наоборот, газообразного вещества в жидкость и наоборот, вещества, которое будет переходить в одно или другое состояние в зависимости от температуры жидкости, в зависимости от давления, которому она подвергается в результате теплопередачи, в то время как система в процессе перехода из одного состояния в другое, это связано с тенденцией жидкости к выравниванию температуры среды, окружающей контур.

Работа процесса зависит от системы, состоящей из комплекта оборудования, необходимого для выполнения сжатия и декомпрессии в контуре; и его можно получить с помощью насосного оборудования, гидравлических насосов или аналогичных механизмов, комплекта оборудования, называемого силовым агрегатом (10), как показано на фиг. 17, 19, 20 и 21.

В целом, система состоит из камеры (5), которая является частью цилиндра (1) и поршня (2), и в которой жидкость под давлением увеличивает объём для поглощения тепла или уменьшает объём для выделения тепла.

В частности, конфигурацию системы можно увидеть на фиг. 17. Она состоит из контура труб, причем трубы (12) соединены с цилиндром (1) с помощью плунжера (27) и поршня (2), для перемещения поршня и для увеличения или уменьшения внутреннего давления в контуре, гидравлической системы, нагнетательного насоса, гидравлического насоса (32), линейного насоса с гидроусилителем (1), роторного насоса с прямым приводом или плунжерного насоса (1) или другого оборудования, которое может выполнять эту функцию. В случае, показанном на фиг. 17, гидравлический насос (32) в комплекте с двигателем (28), в данном случае электрическим от соответствующего силового агрегата, будет прикладывать необходимое усилие к соответствующему поршню (27) для повторного повышения давления в контурах. Впоследствии трубы (12) соединяются с множеством труб или труб с пластинами, ребрами или аналогичными элементами (8), причем эти капилляры или аналогичные элементы можно размещать для увеличения поверхности теплопередачи и формирования теплообменника (3, 4). Вентиляторы (30) выталкивают или всасывают воздух, проходящий через теплообменник (34), так что трубы (8) находятся в контакте с окружающей или рабочей средой. Поток холодного или горячего воздуха выводится или подается через вентиляционный канал (31).

В случае использования линейного насоса с гидроусилителем (1), он оснащен датчиком, который позволяет контролировать приток заправочной жидкости, при необходимости, с помощью заправочного клапана (33) и регулировать давление с помощью предохранительного клапана и, в данном случае гидравлического насоса (32) вместе с распределительным клапаном (29) и другими типичными элементами для работы линейного усилительного насоса (1).

Действие односторонних клапанов с электронным приводом (26) или подобных механизмов, приложенное к поршню или подобному механизму, препятствует его возврату и оставляет его в его минимальной точке хода с поддержкой других компонентов силового агрегата (10); например гидравлического насоса, линейного насоса с гидроусилителем, плунжерного насоса или любого другого типа нагнетательного насоса, который выполняет функцию повышения давления жидкости в контуре, вызывая изменение состояния во время сжатия (давление, приложенное к поршню или другому подобному механизму, может вызвать всасывание или давление ниже атмосферного, в зависимости от того, на какую сторону поршня оказывается давление).

Силовой агрегат будет подключен и будет управляться блоком управления (11).

На фиг. 19 представлено изменение относительно конфигурации, представленной на фиг. 17. На этой фигуре изображена система, которая может работать с такой жидкостью, вода. В этом случае состояние изменяется с жидкого на твердое (лед Ih, лед II, лед III, лед V, лед VI или лед VII, в зависимости от обстоятельств); оборудование силового агрегата, которое было бы ближе всего к трубам (8), было бы направляющим распределителем или аналогичным клапаном (38). В случае его отсутствия и использования линейного напорного насоса или поршня двойного действия или аналогичного поршня, будет использоваться последний. Один или несколько силовых агрегатов, подключенных к трубам (12), которые закрывают комплект труб (12) и (8) и создают внутреннее давление, благодаря электроприводному одностороннему сервотормозу (26) или одностороннему клапану, или аналогичному устройству предотвращают расширение воды, когда она находится в частично жидкой фазе, так как вода будет толкать поршень, не имея возможности сместить его, вызывая повышение давления, которое выходит за пределы кривой плавления/затвердевания (фиг. 6 и 7), и начинает процесс затвердевания. При запуске этого процесса вода вследствие частичного затвердевания уменьшается в объёме, что вызывает смещение поршня с помощью силового агрегата (10) и снижение давления, что, в свою очередь, снова приводит воду в соответствие с кривой и этот процесс повторяется до тех пор, пока вода не будет полностью или почти полностью сжата в твердом состоянии, всегда с помощью насоса, который оказывает давление на жидкость, которая находится в контурах или аналогичных устройствах.

С другой стороны, на фиг. 21 представлена конфигурация системы для теплопередачи жидкости (воды). В этом случае жидкость проходит по трубам (34) рядом с теплообменником (34), направляющие распределители (37) контролируют охлаждаемую и нагреваемую жидкость (которая может быть водой), выходящую из теплообменников (34). Для охлаждения или нагревания жидкости, которая выходит из теплообменников, она может проходить через градирню или теплообменник (42) или аналогичное оборудование или осаждаться для использования (41), а затем возвращаться в систему.

Система предназначена для работы с использованием любой текучей среды, будь то газ или жидкость, способной находиться в газообразном состоянии, жидкости или сверхкритической жидкости, а также в твердом или частично твердом состоянии, кривые испарения или конденсации, плавления или затвердевания которой находятся на уровне ниже 2465 МПа. Это означает, что также учитывается давление ниже атмосферного, то есть отрицательное давление и температуры в диапазоне от -60 до 140 °C. Она также может работать в случае изменения состояния между твердыми состояниями жидкости, которая вызывает изменения состояния между твердыми веществами.

Эти изменения состояния вызывают изменение плотности жидкости, попеременно вызывая сжатия и расширения, получая в результате теплообмен.

Она также может работать в случае изменения состояния между твердыми состояниями жидкости, которая вызывает изменения состояния между твердыми веществами. Эти изменения состояния вызывают изменение плотности жидкости, попеременно вызывая сжатия и расширения, получая в результате теплообмен. Представленный метод пригоден для поглощения или выделения тепла в окружающую среду, что позволяет использовать его в бытовых, коммерческих или промышленных целях, и он может быть построен или установлен в любом географическом месте, будь то на открытом воздухе или внутри зданий, где имеется доступ к минимальной разнице температур относительно жидкости, при условии, что параметры жидкости, которая будет вводиться в один, два или более замкнутых контуров, без циркуляции или движения жидкости, за исключением попеременных изменений объёма, вызванных изменением состояния жидкости, так что эта жидкость расширяется и сжимается по одному и тому же пути (фиг. 1-5), не падают ниже определенного давления, в то время как максимальная температура жидкости будет обусловлена максимальным расчетным давлением, не превышающим заранее заданные минимальные и максимальные пределы.

Для варианта исполнения изобретения и соответствующей системы, которая предусматривает использование жидкости, которая может быть водой, предпочтительно дистиллированной водой, предлагаемый способ работает следующим образом:

производится ввод воды в одну или несколько герметичных камер (5), при этом она подвергается воздействию высокого давления, в случае превращения в твердое вещество, известное как лед II, обычно более 212 МПа, и воздействию температуры окружающей среды, которая обычно должна быть равной или больше -50 °С (в случае охлаждения), -24 °С в случае перехода от льда III к жидкости и обратно, в то время как максимальная температура в системе будет зависеть от максимального расчетного давления, которое в целях его промышленного применения не должно превышать 2465 МПа, при температуре не выше + 90 °С. (В этом случае также возможно работать при температурах ниже 0 °С и выше -24 °С. Значения температур и давлений представлены на фиг. 7). И минимальное давление внутри системы для этого случая обычно будет выше 0,13 МПа для случая перехода из твердого состояния в жидкость и обратно.

Затем с помощью силовых агрегатов давление регулируется таким образом, чтобы вызвать изменение состояния воды из жидкого состояния в твердое состояние, известное как лед Ih, лед II, лед III, лед V, лед VI, лед VII и наоборот. Эти изменения состояния происходят в результате повышения или понижения давления наряду с передачей тепла между охлаждаемым или нагреваемым пространством и жидкостью внутри контура. Корреляция между различными значениями давления, требуемыми как функция различных температур для работы данной схемы, объяснена в подробном описании ниже.

Камера (5); труба (12) и трубы (8) или аналогичные элементы, образующие теплообменник (34) или тому аналогичное оборудование, преобразуются в замкнутый контур и состоят из «n» труб или контуров, вписанных в блок или аналогичные элементы. Значение «n» может быть больше или равно 1. Эти элементы могут принимать сложные формы, например, спираль, зигзаг, волнистость, и иметь переменную длину - чем больше количество энергии, передаваемое каждым контуром, тем длиннее контур, и наоборот, если требуется меньше энергии, контур может быть короче.

Стенки контура состоят из характеризующегося сопротивлением и теплопроводностью материала, такого как углеродные нанотрубки, графеновые нанотрубки, углерод, графен, железо, сталь, титан, медь и другие материалы с необходимой толщиной стенок (6) и (7), позволяющей выдерживать максимальные расчетные давления системы, подвергая контур воздействию температуры окружающей среды, температуры воды, которая должна быть равна или выше -50 °C, и повышать её давление в случае превращения в твердое вещество, известное как лед II, обычно выше 212 МПа; минимальное давление внутри системы, как правило, будет составлять более 0,13 МПа; и в случае изменения состояния воды из жидкого в газообразное и наоборот, или из твердого в газообразное и наоборот, температура может составлять от -50 до 90 °C при давлениях от 1 Па до 0,13 МПа, для всех случаев, всегда путём повышения давления с помощью одного или нескольких силовых агрегатов (10), установленных на одном конце контура, и в случае использования линейного насоса с гидроусилителем (рис. 17) или аналогичного насоса, поршень будет находиться внутри этого силового агрегата. Силовой агрегат (10) включает в себя: устройство, которое может повышать или понижать внутреннее давление в контуре, будь то поршень, плунжер (27), поршень гидроцилиндра, нагнетательный насос, гидравлический насос (32), линейный насос с гидроусилителем (1), роторный насос с прямым приводом или плунжерный насос (1) (фиг. 17, 20) и т. п.; электродвигатель или дизель или аналогичный двигатель (28); направляющий распределитель для определения перемещения поршня (27) или аналогичный клапан; направляющий распределитель (38) для попеременного направления давления в контур или другой контур вместе с контролем возврата жидкости, которая находится в состоянии декомпрессии, направляющий распределитель (37), контролирующий охлажденную и нагретую жидкость, которая может быть водой, выходящей из теплообменники (34); градирня или теплообменник (42) или аналогичное устройство для охлаждения или нагрева жидкости, которая выходит из теплообменников (рисунок 21); гидравлический насос для вытеснения жидкости, которая проходит через теплообменники (34) (рис. 21); в дополнение к другим компонентам, таким как приводы и сервотормоза с электронным приводом, заправочный клапан (33), предохранительный или аналогичный клапан, бак для гидравлической жидкости (35); каждый из агрегатов подключен к системе управления (11). Эта система регулирует давление и сжатие таким образом, чтобы вызвать изменение состояния воды из жидкого состояния в твердое или частично твердое состояние (лед Ih, лед III или лед V, лед VI или лед VII) в зависимости от обстоятельств при различных температурах. Аналогично, если давление регулируется таким образом, чтобы получить расширение воды, в противоположном направлении она претерпит изменение состояния. Эти изменения состояния приводят к изменению плотности воды (3), попеременно вызывая её сжатие с помощью силового агрегата и расширения, которое перемещает поршень (2), вызывая теплообмен, тем самым поглощая и выделяя тепло. Кроме того, система управления осуществляет управление вспомогательным оборудованием (9).

Метод основан на определённых значениях и их корреляциях для того, чтобы вызвать изменения состояния жидкости, в данном случае воды (3), с учетом различных давлений, которые требуются в зависимости от её внутренней температуры, измеряемых одним или несколькими датчиками, и с учетом их управления с помощью системы управления, которая контролирует работу силовых агрегатов (фиг. 16, 17, 19, 20, 21) и вспомогательного оборудования (9) (фиг. 10, 11, 12).

На фиг. 22, 23 и 24 представлен схематический вид систем кондиционирования воздуха с установленным вспомогательным оборудованием. Они состоят из вентиляторов (30), которые выталкивают или всасывают воздух, который проходит через теплообменник (34); внутри теплообменника трубы (8), образующие змеевик, поглощают или выделяют тепло от жидкости, проходящей через них; теплообменник (34) подсоединен к силовому агрегату (10) через трубы (12), пропуская жидкость, которая сжимается внутри него, и достигает трубы (8) для вытеснения или подачи холода или тепла или нагреваемой или охлаждаемой жидкости в зависимости от обстоятельств. Для управления потоком воздуха, поступающим в воздуховоды, имеются вентиляционные трубы или воздуховоды или аналогичные элементы (31) и вентиляционные заслонки (40).

Система может также включать в себя нагреватели, которые могут нагревать трубы (8) через резисторы или аналогичные устройства, в случае обледенения наружных поверхностей труб, среди прочих причин; радиаторы, теплообменники (34), которые выполняют функцию теплопередачи от одной среды к другой; термостаты, подключенные к разным точкам теплообменников, для доставки информации в систему управления; увлажнители, распределительные клапаны или аналогичные устройства (37) в случае охлаждения или нагрева жидкости, подключенные к выходам теплообменников, для направления нагретой или охлажденной жидкости в определенное место, распределительный клапан (38), подключенный между теплообменниками и насосом или компрессором и т. п. для попеременного направления сжимаемого потока между двумя или более контурами.

В некоторых конфигурациях распределительный клапан (38) не требуется, среди прочего, все клапаны подключены через проводную и беспроводную цепи (рисунок 22). Кроме того, направление вентиляторов или вентиляционных заслонок (40), а также направляющего распределителя и аналогичных клапанов (37) может быть изменено в случае охлаждения или нагрева жидкости для использования системы в режиме нагрева или охлаждения.

Для уменьшения разницы температур окружающей среды или рабочей среды система позволяет подключаться к другим традиционным системам кондиционирования воздуха или даже соединяться с одной или несколькими системами с одинаковыми характеристиками или между двумя или более замкнутыми контурами, соединенными с одним, двумя или более силовыми агрегатами (10), в которых это соединение может быть последовательным или каскадным, что означает уменьшение числа цепей в соответствии с направлением потока среды, на которое было передано тепло. Например, если на первой линии работают 4 контура (2 системы), во второй будут работать 2 контура. Поток среды для теплопередачи также уменьшится, 100 % потока попадет на первую линию, при этом 50 % будет вытеснено, а оставшиеся 50 % потока попадут на линию второго контура и из второго контура 50 % будет снова вытеснено и т. д. (фиг. 25 и 26). Данная методика может работать путём размещения последовательных систем разных размеров или путём размещения одинакового количества контуров, но при отключении 50 % контуров на следующей линии по отношению к предыдущей. Эта последняя конфигурация позволяет изменять направление работы систем на обратное (фиг. 23 и 24).

Жидкость может представлять собой любой тип жидкости, которая способна сжиматься и расширяться, поэтому при сжатии и расширении она может выделять или поглощать тепло в зависимости от обстоятельств. И этот перенос тепла может быть больше в результате полного или частичного изменения состояния этой жидкости. Например, в качестве иллюстрации можно привести переход из жидкого состояния в твердое или частично твердое и обратно, но этим примером не ограничивается разнообразие используемых жидкостей. Жидкость может представлять собой воду, CO₂, смесь воды с хлоридом кальция или любое вещество со скрытой теплотой, которое при изменении состояния при определенной температуре и давлении, которое может быть различным для каждой жидкости, способно поглощать или выделять тепло. Эти жидкости могут быть органическими, неорганическими и эвтектическими, называемыми жидкостями с фазовым превращением «PCM» (материал с фазовым переходом или превращением).

К контуру может быть приложено давление, меньшее атмосферного, или может быть снято с него для получения изменений состояния при температуре ниже температуры затвердевания или при изменении температуры при переходе из твердого состояния в твердое или из твердого в жидкое и обратно или при переходе из состояний определенной жидкости, упомянутых выше, при атмосферном давлении, для выбора жидкости, состояние которой изменяется при атмосферном давлении при средней температуре окружающей среды. В зависимости от района, например, можно применять более низкие положительные и отрицательные давления (давления ниже атмосферного), так как чем больше разница между температурой, при которой происходит изменение состояния при атмосферном давлении, и температурой, при которой воздух или жидкость пропускают для охлаждения или нагрева, тем больше перепад давления, которому жидкость должна будет быть подвергнута. Поэтому, если метод и система не использовались при давлении ниже атмосферного, то температура, при которой жидкость изменяет состояние до атмосферного давления, должна быть ниже, так как это должна быть минимальная температура, при которой метод и система смогут работать, и это ограничит их использование. И, следовательно, следует выбирать жидкость, состояние которой изменяется при атмосферном давлении при очень низкой температуре. И для обеспечения изменения состояния всегда должны прилагаться очень высокие давления, в отличие от условий, при которых жидкость изменяет состояние при более высокой температуре или средней температуре воздуха или жидкости, которая проходит через эти трубы. Давления выше или ниже атмосферного давления могут создаваться в том случае, если температура воздуха или жидкости, которая должна быть нагрета или охлаждена, ниже, чем температура изменения состояния жидкости при атмосферном давлении. Это контролируется путём ввода или отвода большего или меньшего количества жидкости в трубах с помощью заправочного клапана (33) или аналогичного устройства. И, если это требуется, выполняется смещение температуры изменения состояния на более высокую (смещение кривой давления-температуры вправо), так как температура воздуха или жидкости, которая проходит через теплообменники или аналогичные устройства, увеличилась, и не требуется создавать очень высоких давлений. При центрировании поршня линейного насоса с гидроусилителем каждый контур будет толкать поверхность поршня (2) или аналогичного устройства, таким образом, что в обоих контурах будет давление. И для того, чтобы жидкость обязательно изменила состояние, температура должна быть выше, чем температура, при которой жидкость меняет свое состояние при атмосферном давлении. И таким же образом, при отводе жидкости из контуров, при центрировании поршня линейного насоса с гидроусилителем или аналогичного насоса контуры будут всасывать поршень (2) или аналогичное устройство, прикладывая отрицательное давление или давление ниже атмосферного. И для того, чтобы жидкость изменяла состояние, температура должна быть ниже температуры, при которой жидкость изменяет состояние при атмосферном давлении. Все это приводит к экономии энергии, поскольку для достижения, например, при 0-80 МПа требуется примерно вдвое больше энергии, чем при 0-40 МПа, добавляемого к диапазону от 0 до -40 МПа (то же значение давления, но отрицательное). Можно также использовать два поршня двойного действия, расположенные друг напротив друга (поверхность одного поршня поверх поверхности другого поршня), таким образом, что поршень одного цилиндра сжимает поршень другого и наоборот для создания отрицательного давления. Эти поршни будут выполнять ту же функцию, что и насос с гидроусилителем.

Поэтому, если жидкость затвердевает при 15 градусах Цельсия при атмосферном давлении, то для того, чтобы вызвать изменение состояния при 10 градусах Цельсия, необходимо отрицательное давление.

Эта система может использоваться как для нагрева или охлаждения воздуха, так и для нагрева или охлаждения жидкости, такой как вода (фиг. 17, 19, 20, 21). В случае охлаждения жидкости, такой как вода, её можно вернуть после использования (41), как показано на фиг. 21; то же самое может произойти в случае с воздухом.

В частности, настоящее изобретение также описывает систему для осуществления теплопередачи между двумя или более носителями, пригодную для использования в бытовых, коммерческих или промышленных целях, включающую:

(а) один или несколько силовых агрегатов, способных повышать или понижать давление жидкости;

(в) замкнутый трубопроводный контур;

при этом замкнутый трубопроводный контур содержит одну или несколько труб для формирования схемы замкнутого трубопровода и т. п., которая закрыта на одном из своих концов, где часть труб представляет собой трубы с пластинами или ребрами или аналогичными элементами; они могут быть капиллярного или аналогичного типа.

При этом силовой агрегат содержит устройство, способное повышать или понижать давление жидкости, плунжерного, поршневого или аналогичного типа, насоса или аналогичного механизма для перемещения устройства.

Кроме того, система может включать:

(а) систему управления, которая контролирует давление и сжатие, чтобы вызвать изменение состояния жидкости, из жидкого или сверхкритического жидкого состояния в твердое или частично твердое состояние и обратно, из газообразного в жидкое и обратно;

(b) один или несколько датчиков давления и температуры в замкнутом контуре, которые передают информацию в систему управления;

(c) один или несколько сервотормозов с электронным приводом или регулирующих клапанов или аналогичных механизмов, которые являются частью одного или нескольких силовых агрегатов, подключенных к системе автоматического управления;

(d) теплообменник (34);

(e) вентиляционные каналы для отвода или подачи тепла или холода в зависимости от обстоятельств (31);

(f) градирня или теплообменник (42) или т. п.;

(g) вентиляционные заслонки (40) или аналогичные устройства, управляющие воздушным потоком, поступающим в вентиляционные трубы или каналы или аналогичные элементы, для отвода или подачи тепла или холода, в зависимости от обстоятельств;

(h) внешний источник тепла для поддержания охлаждения или нагрева жидкости;

(i) вентиляторы и/или вентиляционные заслонки (40), направление работы которых можно изменять, чтобы использовать систему в режиме нагрева или охлаждения;

(j) насос для вытеснения жидкости через теплообменник (34), который может изменять направление работы для использования системы в режиме нагрева или охлаждения;

(k) теплообменник (42).

Силовыми агрегатами системы являются поршни, поршни гидроцилиндров, нагнетательный насос, гидравлический насос, линейный насос с гидроусилителем или аналогичный насос, роторный насос с прямым приводом или аналогичный насос, плунжерный насос или аналогичный насос, электродвигатель или аналогичный двигатель, направляющий распределитель или другой клапан с электронным приводом, в дополнение к другим компонентам, таким как приводы и сервотормоза с электронным приводом, заправочный клапан, предохранительный клапан или аналогичные механизмы.

С другой стороны, система может использовать более одного контура. Если это так, они могут быть связаны с одним или несколькими силовыми агрегатами, причем эти силовые агрегаты вместе с системой управления контролируют температуру каждого контура.

При использовании двух или более контуров, когда при этом линейный насос с гидроусилителем или аналогичное оборудование используется для создания эффекта уравновешивания, он будет оставлять поршень на минимальном ходу на первой стороне контура, сжимать его и оставлять поршень на максимальном ходу на второй стороне цепи, выполняя его декомпрессию. Сжатие и декомпрессия вызывают теплопередачу вследствие изменения состояния жидкости, введенной в трубы (8). Указанный эффект уравновешивания также может быть осуществлен путём включения или выключения сервотормоза или регулирующего клапана или аналогичного механизма, при этом сжатие производится при включении, а декомпрессия - при выключении. При декомпрессии и расширении жидкости регулирующий или аналогичное клапан (37), управляемый системой управления, возвращает эту расширенную жидкость в плунжерный или аналогичный насос.

Система также позволяет подключаться к традиционной системе кондиционирования воздуха для уменьшения разницы температур относительно жидкости, которая изменит состояние. Это означает снижение или повышение температуры окружающей или рабочей среды, которая будет поступать в теплообменник этой новой системы, образуя сложную гибридную систему.

Другая особенность заключается в том, что система служит опорой для снижения или повышения температуры окружающей или рабочей среды для конденсаторов или испарителей современных систем для работы с более низкой нагрузкой.

Для увеличения диапазона можно подключить больше одной системы - последовательно или каскадно - чтобы увеличить температурный градиент.

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ

В качестве иллюстрации ниже приведены восемь примеров, которые не следует истолковывать как ограничивающие охват настоящего изобретения:

Пример 1:

Строятся два замкнутых контура, состоящих из стальных труб, которые согласно уравнению P(VI) будут иметь расчетное давление 1115 МПа для осуществления затвердевания при требуемой температуре и будут работать, в данном случае, при температурах в диапазоне от -21 до 30 °C, поэтому давление в системе для этого случая будет в диапазоне от 210 до 1050 МПа. В состав контура входит магистральная труба (12) с внутренним диаметром 0,5 мм, толщиной 1,5 мм, длиной 4 м. На одном из его концов, далее называемым концом (19), вставлена труба (17) с внутренним диаметром 1 мм, толщиной 4,26 мм и длиной 50 мм, подсоединенная внутри к насосу с гидроусилителем, который является частью силового агрегата (10) длиной 482 мм и диаметром 152 мм; к ней через трубу 10 см подсоединен поршень (2) диаметром 15,87 мм, который будет попеременно перемещаться в обоих направлениях внутри цилиндра за счет вытеснения попеременным действием жидкости, которая меняет свой объём вследствие изменения её состояния. Поршень (2) также является частью силового агрегата (10), который в данном примере будет называться «силовым агрегатом 1». Он оснащен датчиком, который позволяет при необходимости вводить заправочную жидкость через заправочный клапан, и управлять давлением через предохранительный клапан и, в данном случае, поршень гидравлического цилиндра или аналогичный механизм, часть силового агрегата 1 мощностью 400 Вт, который подвергает поршень сжатию для изменения состояния жидкости в комплекте с односторонним клапаном с электронным приводом, подключенным между поршнем и гидроусилителем. На расстоянии 0,1 метра от конца, называемого концом (20), указанный конец, расположенный в 4 метрах от конца (19) для данного примера, подключен к системе управления (11) через трубы. Система также состоит из двух термостатов, реле давления, двух вентиляторов, нагревателя и охладителя, которые в данном случае являются ячейками Пельтье, далее - «вспомогательное оборудование» мощностью 100 Вт. Нагреватель и охладитель выполняют функцию повышения и понижения температуры жидкости в случае необходимости. Это повышение и понижение температуры с помощью сжатия и декомпрессии закрывают цикл.

На другом конце магистральной трубы (12), конце (21), расположенный в четырех метрах от конца (19) для данного примера, подключена первая труба (13), из которой выходит труба (22). В данном случае это коллектор, к которому подключен первый комплект труб (8), которые в данном случае - капиллярного или аналогичного типа. Коллекторная труба (22) имеет внутренний диаметр 1 мм, толщину 4,26 мм и длину 10 см. Капиллярные или аналогичные трубки (8) имеют внутренний диаметр 0,5 мм, толщину 1,5 мм и длину 500 м каждая, образуя змеевик или радиатор длиной 100 см и высотой 50 см, также подключенные к ячейкам Пельтье и т. п. Трубы (8) соединены с этой коллекторной трубой (22), которая соединена с трубой (13), которая имеет внутренний диаметр 1 мм, толщину 4,26 мм и длину 5 см. В данном примере с трубой (22) соединены всего 3 капиллярных трубки. Они соединены вдоль трубы (22) на расстоянии 33 мм друг от друга. Для данного случая силовой агрегат 1, который состоит из двух поршней гидроцилиндра, соединенных с осью, и двух шатунов или аналогичных устройств (рисунок 15), которые соединяют оба контура, также состоит из двух нагнетательных насосов и двух односторонних клапанов с электронными приводами или аналогичных устройств, в дополнение к двум поршням с двумя заправочными клапанами и двумя предохранительными клапанами; при этом все они подключены к системе управления (11).

Предпочтительно вводится дистиллированная вода, далее «вода», и впоследствии поршни гидроцилиндра силового агрегата 1 подвергают поршни сжатию, удаляя весь воздух из системы и оставляя только воду, закрывая свободные концы трубной заглушкой.

Впоследствии при смещении поршней гидроцилиндра или аналогичного устройства давление в обоих контурах будет увеличиваться до 20,8 МПа, благодаря работе гидроусилителя давление в контуре достигнет 208 МПа (гидроусилитель имеет отношение 1:10). Впоследствии, в случае поглощения тепла, вода будет охлаждаться при -21 °С, сохраняя воду в жидком состоянии. Затем поршень 1 гидроцилиндра будет сжимать воду при 22 МПа, получая давление на выходе из гидроусилителя 220 МПа. Внутри контура, для данного примера 1, начинается сжатие, когда этот контур находится на своем максимальном ходу, пока вода не затвердеет. В то время как это происходит, поршень противоположного контура (контура 2) будет находиться в своем максимальном ходу. В это же время заправочный или аналогичный клапан этого контура 2 будет открыт для ввода воды в этот контур 2. Впоследствии гидравлический поршень цилиндра этого второго контура будет сжимать поршень 2 и увеличивать давление с помощью гидроусилителя, пока вода во втором контуре не затвердеет.

Каждый контур работает одинаково.

Силовой агрегат 1 при содействии термического процесса теплопередачи изменяет внутреннее давление каждого контура, в результате чего происходят изменения состояния воды. Вышеупомянутый процесс вместе с действием одностороннего клапана или аналогичной части силового агрегата 1 предотвращает возврат поршня и оставляет его в его минимальной точке хода, вызывая во время этого сжатия изменение состояния воды из жидкого в твердое состояние (лед III, лед V или лед VI), например, поглощая тепло при таянии льда III при температуре воды в трубах -21 °С с температурой другой среды выше этого уровня, и в тот же момент отдавая тепло при переходе из жидкого вещества в твердое вещество противоположного контура, так как односторонний клапан или аналогичный механизм будет препятствовать продолжению расширения воды, когда она находится в частично жидкой фазе, так как вода будет толкать поршень, не имея возможности переместить его, вызывая с помощью силового агрегата 1 повышение давления, которое пересечет кривую плавления/затвердевания, и это начнет процесс затвердевания. При запуске этого процесса вода будет уменьшаться объёме за счет частичного затвердевания. В случае со льдом Ih она будет увеличиваться в объёме, работая в обратном направлении, что приведет к смещению поршня и снижению давления, что, в свою очередь, снова приведет воду в соответствие с кривой и процесс будет последовательно повторяться, пока вода не будет полностью или почти полностью сжата в твердом состоянии. Поршень гидроцилиндра того же силового агрегата будет служить в качестве опоры для ускорения возврата поршня, если необходимо, наряду с толкающим действием (эффектом уравновешивания) противоположного контура на поршне при его расширении, в то время как поршень в противоположном контуре одновременно будет выполнять процесс обратного изменения состояния, то есть от твердого к жидкому. Эти технологические процессы осуществляются путём теплопередачи. Во время этих процессов система управления, которая получает информацию о положении поршней и двух датчиков температуры и давления, каждый из которых размещен в капиллярных трубах каждой второстепенной трубы в каждом контуре, получает информацию о температуре внутри них и внешней температуре. Функция системы управления заключается в управлении изменениями состояния с помощью силового агрегата 1. Она управляет компонентами и вспомогательным оборудованием; например, она управляет вентиляционными задвижками (40), обеспечивая вывод или ввод потока холодного воздуха или тепла через вентиляционный канал (31) в определенное место в зависимости от обстоятельств. Кроме того, во избежание превышения максимального расчетного давления при останове системы система управления включает предохранительный клапан или аналогичный клапан для сброса давления.

Так как вода в её твердом состоянии (лед II, лед III, лед V или лед VI, в зависимости от обстоятельств) при этом давлении имеет более высокую плотность, чем жидкая вода, когда происходит переход из твердого состояния в жидкое, происходит изменение объёма (в случае льда Ih процесс будет обратным) на величину примерно от 2 до 11 % в зависимости от давления, при котором жидкость будет находиться при этом фазовом переходе; и это изменение заставляет систему поглощать жидкость, и когда происходит переход из жидкого или частично жидкого состояния в твердое или частично твердое, система выделяет тепло, которое в этом случае обладает теплоемкостью для поглощения или выделения 30 000 БТЕ/ч.

Этот процесс повторяется непрерывно в течение дня по мере необходимости. Система управления будет контролировать начальную температуру воды таким образом, чтобы была достигнута желаемая температура. Вода будет выделять тепло при затвердевании и поглощать тепло при таянии. Все это поглощенное или переданное тепло приведет к вышеупомянутым изменениям состояния.

Направление вращения вентиляторов будет изменяться на противоположное для использования в режиме нагрева или охлаждения.

Пример 2:

Строятся два замкнутых контура, состоящих из стальных труб, которые согласно уравнению P(VI) будут иметь расчетное давление 1115 МПа для осуществления затвердевания при требуемой температуре и будут работать, в данном случае, при температурах в диапазоне от -21 до 30 °C, поэтому давление в системе для этого случая будет в диапазоне от 210 до 1050 МПа. В состав контура входит магистральная труба (12) с внутренним диаметром 0,5 мм, толщиной 1,5 мм, длиной 4 м. На одном из своих концов, далее - на конце (19), труба (17) с внутренним диаметром 1 мм, толщиной 4,26 мм и длиной 50 мм, подсоединенная в нем к линейному насосу с гидроусилителем, далее «гидроусилитель», который является частью силового агрегата (10) на фиг. 17, с длиной 482 мм и диаметром 152 мм, внутри которой находится поршень цилиндра (2), который будет попеременно перемещаться в обоих направлениях за счет попеременного действия жидкости в каждом контуре, которая изменяет свой объём вследствие изменений своего состояния. Гидроусилитель оснащен датчиком, который позволяет контролировать приток заправочной жидкости, при необходимости, с помощью заправочного клапана и регулировать давление с помощью предохранительного клапана и, в данном случае, гидравлического насоса (32) в комплекте с направляющим распределителем и другие типичные элементы линейного насоса с гидроусилителем, части силового агрегата 1 мощностью 440 Вт, который подвергает поршень сжатию для изменения состояния жидкости. На расстоянии 0,1 метра от конца, называемого концом (20), указанный конец, расположенный в 4 метрах от конца (19), для данного примера через трубы подключен к системе управления (11), которая состоит из двух термостатов, реле давления, двух вентиляторов по 30 Вт каждый, далее - «вспомогательного оборудования». Нагреватель и охладитель выполняют функцию увеличения или уменьшения температуры жидкости, если это необходимо. Это увеличение или уменьшение температуры с помощью сжатия и декомпрессии замыкают контур.

На другом конце магистральной трубы (12), указанный конец (21) расположен в 4 метрах от конца (19) для данного примера, подключена первая труба (13), из которой выходит труба (22). В данном случае это коллектор, к которому подключен первый комплект труб (8). Трубопровод коллектора (22) имеет внутренний диаметр 1 мм, толщину 4,26 мм и длину 10 см.

Капиллярные или аналогичные трубки (8) имеют внутренний диаметр 0,5 мм, толщину 1,5 мм и длину 500 м каждая, образуя змеевик или радиатор длиной 100 см и высотой 50 см, также подключенные к ячейкам Пельтье и т. п. Трубы (8) соединены с этим трубопроводом коллектора (22) и с трубой (13) с внутренним диаметром 1 мм, толщиной 4,26 мм и длиной 5 см. В данном примере с трубой (22) соединены всего 3 капиллярных трубки. Они соединены вдоль трубы (22) на расстоянии 33 мм друг от друга. В данном случае силовой агрегат 1, соединенный с системой управления (11), соединит оба контура.

Предпочтительно вводится дистиллированная вода, далее «вода», и затем силовой блок 1 сжимает систему, удаляя из нее весь воздух и оставляя только воду, закрывая свободные концы трубной заглушкой.

Впоследствии за счет хода поршня гидроусилителя давление в контурах будет увеличиваться на 100 МПа с помощью линейного насоса с гидроусилителем и с помощью гидравлического насоса (коэффициент усиления гидроусилителя характеризуется отношением 1:20). Впоследствии, в случае поглощения тепла средой, в которой воздух проходит при температуре -10 °C в качестве системы, которая нуждается в охлаждении. Происходит рециркуляция воздуха из системы, охлаждаемой контурами 1 и 2. Охлаждение системы происходило обычным оборудованием для кондиционирования воздуха. Воздух будет охлаждать воду при температуре -10 °C контуров 1 и 2. В то время как это происходит, давление в контуре 1 будет увеличено на 30 МПа, достигая 130 МПа в этом контуре, сохраняя воду в жидком состоянии в контуре 1, так как она будет находиться под давлением 130 МПа, что делает его выше, чем давление, необходимое для превращения воды в лед Ih при -10 °C. Поршень гидроусилителя через гидравлический насос мгновенно разгерметизирует воду в контуре 2 на 70 МПа. Вода контуре 2 застынет, так как она будет превращаться в лед Ih и выделять тепло, а вода в контуре 1 будет оставаться в жидком состоянии. Впоследствии, когда контур 2 полностью или частично затвердеет, его давление увеличится до 130 МПа, а давление в контуре 1 снизится до 70 МПа, поэтому контур 1 будет выделять тепло, а контур 2 - поглощать. Так как он будет плавиться, и т. д, он будет попеременно сжимать и разжимать каждый контур, поглощая и выделяя тепло; и воздух, проходящий через контур, поглощающий тепло, будет вновь поступать в систему охлаждения, а воздух, проходящий через контур, который выделяет тепло, будет отводиться наружу. В связи с низким давлением, которое может быть в месте для охлаждения, будет использоваться контролируемая вентиляция.

Каждый контур работает одинаково.

Силовой агрегат 1 при содействии термического процесса теплопередачи изменяет внутреннее давление каждого контура, в результате чего происходят изменения состояния воды. Вышеупомянутый процесс, в сочетании с действием компонентов силового агрегата 1, предотвращает возврат поршня и оставляет его в точке минимального хода, вызывая во время этого сжатия изменение состояния воды из жидкого в твердое (лед III, лед V или лед VI), например, поглощая тепло при таянии льда III при температуре воды в трубах -21 °С при температуре другой среды выше этого уровня, и в тот же момент, выделение тепла при переходе из жидкого состояния в твердое вещество противоположного контура, так как односторонний клапан или аналогичное устройство будет препятствовать продолжению расширения воды, когда она находится в частично жидкой фазе, так как вода будет толкать поршень, не имея возможности переместить его, вызывая с помощью силового агрегата 1 повышение давления, которое пересечет кривую плавления/затвердевания (в случае льда Ih - снижение давления), и она начнет процесс затвердевания. При запуске этого процесса вода будет уменьшаться объёме за счет частичного затвердевания. В случае со льдом Ih она будет увеличиваться в объёме, работая в обратном направлении, что приведет к смещению поршня и снижению давления, что, в свою очередь, снова приведет воду в соответствие с кривой и процесс будет последовательно повторяться, пока вода не будет полностью или почти полностью сжата в твердом состоянии. Гидравлический насос (32) того же силового агрегата будет оказывать давление для ускорения возврата поршня вместе с толкающим действием противоположного контура на поршень по мере его выдвижения, в то время как поршень этого противоположного контура будет одновременно выполнять процесс обратного изменения состояния, то есть от твердого к жидкому. Эти технологические процессы выполняются путём термической и механической теплопередачи. Во время этих процессов система управления, которая получает информацию о положении поршней и двух датчиков температуры и давления, каждый из которых размещен в трубах (8) каждой второстепенной трубы в каждом контуре, получает информацию о температуре внутри них и внешней температуре. Функция системы управления заключается в управлении изменениями состояния с помощью силового агрегата 1. Она управляет компонентами и вспомогательным оборудованием; например, она управляет вентиляционными задвижками (40), обеспечивая вывод или ввод потока холодного воздуха или тепла через вентиляционный канал (31) в определенное место в зависимости от обстоятельств. Кроме того, во избежание превышения максимального расчетного давления при останове системы система управления включает предохранительный клапан или аналогичный клапан для сброса давления.

Так как вода в её твердом состоянии (лед II, лед III, лед V или лед VI, в зависимости от обстоятельств) при этом давлении имеет более высокую плотность, чем жидкая вода, когда происходит переход из твердого состояния в жидкое, происходит изменение объёма на величину примерно от 2 до 11 % в зависимости от давления, при котором жидкость будет находиться при этом фазовом переходе (в случае со льдом lh плотность ниже); и это изменение заставляет систему поглощать жидкость, и когда происходит переход из жидкого или частично жидкого состояния в твердое или частично твердое, система переносит тепло, которое в данном случае обладает теплоемкостью для поглощения или выделения 30 000 БТЕ/ч.

Этот процесс повторяется непрерывно в течение дня по мере необходимости. Система управления будет контролировать начальную температуру воды таким образом, чтобы была достигнута желаемая температура. Вода будет выделять тепло при затвердевании и поглощать тепло при таянии. Все это поглощенное или переданное тепло приведет к вышеупомянутым изменениям состояния.

Направление вращения вентиляторов будет изменяться на противоположное для использования в режиме нагрева или охлаждения.

Пример 3:

Строится замкнутый контур, состоящий из стальных труб, который согласно уравнению P(VI) будет иметь расчетное давление 1115 МПа для осуществления затвердевания при требуемой температуре и будет работать, в данном случае, при температурах в диапазоне от -21 до 30 °C, поэтому давление в системе для этого случая будет в диапазоне от 210 до 1050 МПа. В состав контура входит магистральная труба (12) с внутренним диаметром 0,5 мм, толщиной 1,5 мм, длиной 4 м. На одном из её концов, далее называемом концом (19), вставлена труба (17) внутренним диаметром 1 мм, толщиной 4,26 мм и длиной 50 мм, соединенная внутри с гидроусилителем, который является частью силового агрегата (10) длиной 482 мм и диаметром 152 мм, на котором он соединен через трубу 10 см, поршня (2) с цилиндром диаметром 15,87 мм, который будет попеременно двигаться в обоих направлениях за счет попеременного действия жидкости, которая меняет свой объём в результате изменений своего состояния. Поршень (2) также является частью силового агрегата (10), который в данном примере будет называться «силовым агрегатом 1». Он оснащен датчиком, который позволяет при необходимости вводить заправочную жидкость через заправочный клапан, и управлять давлением через предохранительный клапан и, в данном случае, поршень гидравлического цилиндра или аналогичный механизм, часть силового агрегата 1 мощностью 440 Вт, который подвергает поршень сжатию для изменения состояния жидкости в комплекте с односторонним клапаном с электронным приводом, подключенным между поршнем и гидроусилителем. На расстоянии 0,1 метра от конца, называемого концом (20), указанный конец, расположенный в 4 метрах от конца (19), для данного примера через трубы подключен к системе управления (11), которая состоит из двух термостатов, реле давления, двух вентиляторов (30) по 30 Вт каждый, далее - «вспомогательного оборудования». Нагреватель и охладитель выполняют функцию увеличения или уменьшения температуры жидкости, если это необходимо. Это увеличение или уменьшение температуры с помощью сжатия и декомпрессии замыкают контур.

На другом конце магистральной трубы (12), конце (21), расположенном в 4 метрах от конца (19) для данного примера, подключена первая труба (13), из которой выходит труба (22), которая в данном случае является коллектором, к которому подключен первый комплект труб (8), которые в данном случае - капиллярного или аналогичного типа. Трубопровод коллектора (22) имеет внутренний диаметр 1 мм, толщину 4,26 мм и длину 10 см. Капиллярные или аналогичные трубки (8) имеют внутренний диаметр 0,5 мм, толщину 1,5 мм и длину 500 м каждая, образуя змеевик или радиатор длиной 100 см и высотой 50 см, также подключенные к ячейкам Пельтье и т. п. Трубы (8) соединены с этим трубопроводом коллектора (22) и с трубой (13) с внутренним диаметром 1 мм, толщиной 4,26 мм и длиной 5 см. В данном примере с трубой (22) соединены всего 3 капиллярных трубки, которые соединены вдоль трубы (22) на расстоянии 33 мм друг от друга. В данном случае силовой агрегат 1, который состоит из поршня гидравлического цилиндра, соединенного с осью или аналогичным элементом, (см. рисунок 16), соединяет оба контура, а также включает в себя гидроусилитель и электронно-управляемой одноходовой или аналогичный клапан, в дополнение к поршню с заправочным клапаном и предохранительным клапаном, и все они подключены к системе управления (11).

Предпочтительно вводится дистиллированная вода, далее «вода», и впоследствии поршни гидроцилиндра силового агрегата 1 подвергают поршни сжатию, удаляя весь воздух из системы и оставляя только воду, закрывая свободные концы трубной заглушкой.

Впоследствии при смещении поршней гидроцилиндра, в случае выделения тепла, вода будет нагреваться при 30 °С, сохраняясь в жидком состоянии. Затем поршень 1 гидроцилиндра будет сжимать воду при 112 МПа, получая давление на выходе из гидроусилителя 1120 МПа. Внутри контура, для данного примера 1, начинается сжатие, когда этот контур находится на своем максимальном ходу, пока вода не затвердеет.

Каждый контур работает одинаково.

Силовой агрегат 1 при содействии термического процесса теплопередачи изменяет внутреннее давление каждого контура, в результате чего происходят изменения состояния воды. Вышеупомянутый процесс вместе с действием одностороннего клапана или аналогичной части силового агрегата 1 предотвращает возврат поршня и оставляет его в его минимальной точке хода, вызывая во время этого сжатия изменение состояния воды из жидкого состояния в твердое (лед III, лед V или лед VI), например, поглощая тепло при таянии льда III при температуре воды в трубах -21 °С с температурой другой среды выше этого уровня, и в тот же момент отдавая тепло при переходе из жидкого вещества в твердое вещество противоположного контура, так как односторонний клапан или аналогичный механизм будет препятствовать продолжению расширения воды, когда она находится в частично жидкой фазе, так как вода будет толкать поршень, не имея возможности переместить его, вызывая с помощью силового агрегата 1 повышение давления, которое пересечет кривую плавления/затвердевания, и это начнет процесс затвердевания. При запуске этого процесса вода будет уменьшаться объёме за счет частичного затвердевания. В случае со льдом Ih она будет увеличиваться в объёме, работая в обратном направлении, что приведет к смещению поршня и снижению давления, что, в свою очередь, снова приведет воду в соответствие с кривой и процесс будет последовательно повторяться, пока вода не будет полностью или почти полностью сжата в твердом состоянии. Поршень гидроцилиндра того же силового агрегата будет служить опорой для ускорения возврата поршня в случае необходимости. Эти технологические процессы выполняются путём термической и механической теплопередачи. Во время этих процессов система управления, которая получает информацию о положении поршня и датчика температуры и давления, каждый из которых размещен в капиллярных трубках второстепенной трубы в каждом контуре, получает информацию о температуре внутри них и внешней температуре. Функция системы управления заключается в управлении изменениями состояния с помощью силового агрегата № 1. Она управляет компонентами и вспомогательным оборудованием; например, она управляет вентиляционными задвижками (40), обеспечивая вывод или ввод потока холодного воздуха или тепла через вентиляционный канал (31) в определенное место в зависимости от обстоятельств. Кроме того, во избежание превышения максимального расчетного давления при останове системы система управления включает предохранительный клапан или аналогичный клапан для сброса давления.

Так как вода в её твердом состоянии (лед II, лед III, лед V или лед VI, в зависимости от обстоятельств) при этом давлении имеет более высокую плотность, чем жидкая вода, когда происходит переход из твердого состояния в жидкое, происходит изменение объёма (в случае льда Ih процесс будет обратным) на величину примерно от 2 до 11 % в зависимости от давления, при котором жидкость будет находиться при этом фазовом переходе; и это изменение заставляет систему поглощать жидкость, и когда происходит переход из жидкого или частично жидкого состояния в твердое или частично твердое, система передает тепло, которое в данном случае обладает теплоемкостью для поглощения или передачи 30 000 БТЕ/ч.

Этот процесс повторяется непрерывно в течение дня по мере необходимости. Система управления будет контролировать начальную температуру воды таким образом, чтобы была достигнута желаемая температура. Вода будет выделять тепло при затвердевании и поглощать тепло при таянии. Все это поглощенное или переданное тепло приведет к вышеупомянутым изменениям состояния.

Направление вращения вентиляторов или заслонок (40) будет изменяться на противоположное для использования в режиме нагрева или охлаждения.

Пример 4:

Строятся два замкнутых контура, состоящие из медных труб, которые будут результатом решения уравнения Клаузиуса-Клапейрона с расчетным давлением 1 МПа, и они будут работать, в данном случае, при температурах от -40 до 30 °С, поэтому давления в пределах системы, в данном случае, будут колебаться в диапазоне от 1 Па до 1 МПа. В состав контура входит магистральная труба (12) с внутренним диаметром 9 мм, толщиной 0,3 мм, длиной 4 м. На одном из её концов, далее называемом концом (19), вставлена труба (17) с внутренним диаметром 9 мм, толщиной 0,3 мм и длиной 50 мм, соединенная внутри с линейным насосом с гидроусилителем, далее называемым «гидроусилителем», который является частью силового агрегата (10) (рисунок 17), длиной 482 мм и диаметром 152 мм, внутри которого находится поршень цилиндра (2), который будет попеременно перемещаться в обоих направлениях за счет попеременного действия жидкости в каждом контуре которая изменяет свой объём вследствие изменений своего состояния. Гидроусилитель оснащен датчиком, который позволяет контролировать приток жидкости, при необходимости, с помощью заправочного клапана, а давление регулируется с помощью предохранительного клапана и, в данном случае, гидравлического насоса в комплекте с направляющим распределителем и другими типовыми элементами линейного насоса с гидроусилителем, части силового агрегата 1, который подвергает поршень сжатию для изменения состояния жидкости. На расстоянии 0,1 метра от конца, называемого концом (20), указанный конец, расположенный в 4 метрах от конца (19), для данного примера через трубы подключен к системе управления (11), которая состоит из двух термостатов, реле давления, двух вентиляторов (30) по 30 Вт каждый, нагревателя и охладителя, которые в данном случае представляют собой ячейки Пельтье мощностью 500 Вт, далее - «вспомогательного оборудования». Нагреватель и охладитель выполняют функцию увеличения или уменьшения температуры жидкости, если это необходимо. Это увеличение или уменьшение температуры с помощью сжатия и декомпрессии замыкают цикл.

На другом конце магистральной трубы (12), конце (21), расположенный в 4 метрах от конца (19) для данного примера, подключена первая труба (13), из которой выходит труба (22). В данном случае это коллектор, к которому подключен первый комплект труб (8), которые в данном случае - капиллярного или аналогичного типа. Трубопровод коллектора (22) имеет внутренний диаметр 9 мм, толщину 0,3 мм и длину 10 см. Капиллярные или аналогичные трубки (8) имеют внутренний диаметр 6 мм, толщину 0,3 мм и длину 500 м каждая, образуя змеевик или радиатор длиной 100 см и высотой 50 см, также подключенные к ячейкам Пельтье и т. п. Трубы (8) соединены с этой трубой коллектора (22), которая соединена с трубой (13), которая имеет внутренний диаметр 9 мм, толщину 0,3 мм и длину 35 см. В данном примере с трубой (22) соединены всего 6 капиллярных трубок, которые соединены вдоль трубы (22) на расстоянии 50 мм друг от друга. В данном случае силовой агрегат 1, соединенный с системой управления (11), соединит оба контура.

Предпочтительно вводится дистиллированная вода, далее «вода», и затем силовой блок 1 сжимает систему, удаляя из нее весь воздух и оставляя только воду, закрывая свободные концы трубной заглушкой.

Впоследствии гидроусилитель, удаляющий воду через оба контура, будет снижать давление в обоих контурах на 1 паскаль, переводя воду из жидкого состояния в газообразное. Впоследствии, в случае поглощения тепла, вода будет охлаждаться при -25 °С, сохраняясь в газообразном состоянии. Затем поршень гидроусилителя будет медленно уменьшать всасывание воды в контуре, для увеличения давления, для изменения состояния внутри контура, для данного примера контура 1. Всасывание начинается, когда этот контур находится на своем минимальном ходу, пока среда не станет газообразной. В то время как это происходит, поршень противоположного контура (контура 2) будет находиться в своем максимальном ходу. В это же время заправочный или аналогичный клапан этого контура 2 будет открыт для ввода воды в этот контур 2. Впоследствии гидравлический поршень цилиндра силового агрегата будет выполнит декомпрессию камеры, понижая давление с помощью гидроусилителя, пока вода во втором контуре не перейдет в газообразное состояние.

Каждый контур работает одинаково.

Силовой агрегат 1 при содействии термического процесса теплопередачи изменяет внутреннее давление каждого контура, в результате чего происходят изменения состояния воды. Вышеупомянутый процесс, в сочетании с действием компонентов силового агрегата 1, предотвращает возврат поршня и оставляет его в точке минимального хода, вызывая во время этого сжатия изменение состояния воды из жидкого в газообразное, например, поглощая тепло при превращении жидкой воды в пар или газообразное состояние, при температуре воды в трубах -21 °С при температуре другой среды выше этого уровня, и в тот же момент, выделение тепла при переходе парообразной воды в жидкое состояние в противоположном контуре, так как односторонний клапан или аналогичное устройство будет препятствовать продолжению расширения воды, когда она находится в частично газообразной фазе, так как вода будет толкать поршень, не имея возможности переместить его, вызывая с помощью силового агрегата 1 повышение давления, которое пересечет кривую парообразования, и она начнет процесс перехода в жидкое состояние. При запуске этого процесса вода будет уменьшаться в объёме, что приведет к смещению поршня. Всасывание, вызванное сжимающимся контуром, будет служить опорой для поршня, который будет всасывать другой контур, тогда как этот другой контур одновременно будет осуществлять процесс обратного перехода, то есть из жидкого состояния в газообразное. Эти технологические процессы выполняются путём термической и механической теплопередачи. Во время этих процессов система управления, которая получает информацию о положении поршней и двух датчиков температуры и давления, каждый из которых размещен в трубах каждой второстепенной трубы в каждом контуре, получает информацию о температуре внутри них и внешней температуре. Функция системы управления заключается в управлении изменениями состояния с помощью силового агрегата 1. Она управляет компонентами и вспомогательным оборудованием; например, она управляет вентиляционными задвижками (40), обеспечивая вывод или ввод потока холодного воздуха или тепла через вентиляционный канал (31) в определенное место в зависимости от обстоятельств. Кроме того, для предотвращения работы системы, когда система останавливается, система управления активирует заправочный или аналогичный клапан для повышения давления.

Так как вода в жидком состоянии при этом давлении характеризуется более высокой плотностью, чем газообразная вода, когда происходит переход из жидкого состояния в газообразное, происходит изменение объёма, и это изменение вызывает поглощение в системе; и при переходе из газообразного или частично газообразного состояния в жидкое или частично жидкое система передает тепло, которое в данном случае обладает теплоемкостью для поглощения или передачи около 15000 БТЕ/ч.

Этот процесс повторяется непрерывно в течение дня по мере необходимости. Система управления будет контролировать начальную температуру воды таким образом, чтобы была достигнута желаемая температура. Вода выделяет тепло, когда превращается в жидкость, и поглощает, когда испаряется. Все это поглощенное или переданное тепло приведет к вышеупомянутым изменениям состояния.

Направление вращения вентиляторов или заслонок (40) будет изменяться на противоположное для использования в режиме нагрева или охлаждения.

Пример 5:

Строятся два замкнутых контура, состоящие из медных труб, которые будут результатом решения уравнения Клаузиуса-Клапейрона с расчетным давлением 800 МПа, и они будут работать, в данном случае, при температурах от -20 до 31 °С, поэтому давления в пределах системы, в данном случае, будут колебаться в диапазоне от 200 до 750 МПа. В состав контура входит магистральная труба (12) с внутренним диаметром 0,5 мм, толщиной 1,5 мм, длиной 4 м. На одном из её концов, далее называемом концом (19), вставлена труба (17) внутренним диаметром 1 мм, толщиной 4,26 мм и длиной 50 мм, соединенная внутри с гидроусилителем, который является частью силового агрегата (10) длиной 482 мм и диаметром 152 мм, на котором он соединен через трубу 10 см, поршня (2) с цилиндром диаметром 15,87 мм, который будет попеременно двигаться в обоих направлениях за счет попеременного действия жидкости, которая меняет свой объём в результате изменений своего состояния. Поршень (2) также является частью силового агрегата (10), который в данном примере будет называться «силовым агрегатом 1». Он оснащен датчиком, который позволяет при необходимости вводить заправочную жидкость через заправочный клапан, и управлять давлением через предохранительный клапан и, в данном случае, поршень гидравлического цилиндра приводится в действие от силового агрегата 1 мощностью 440 Вт, который подвергает поршень сжатию для изменения состояния жидкости в комплекте с односторонним клапаном с электронным приводом, подключенным между поршнем и гидроусилителем. На расстоянии 0,1 метра от конца, а именно, конца (20), указанный конец, расположенный в 4 метрах от конца (19), для данного примера через трубы подключен к системе управления (11), которая состоит из двух термостатов, реле давления, двух вентиляторов (30), нагревателя и охладителя, которые в данном случае представляют собой ячейки Пельтье мощностью 500 Вт, далее - «вспомогательного оборудования». Нагреватель и охладитель выполняют функцию увеличения или уменьшения температуры жидкости, если это необходимо. Это увеличение или уменьшение температуры с помощью сжатия и декомпрессии замыкают цикл.

На другом конце магистральной трубы (12), конце (21), расположенный в четырех метрах от конца (19) для данного примера, подключена первая труба (13), из которой выходит труба (22), которая в данном случае является коллектором, к которому подключен первый комплект труб (8), которые в данном случае - капиллярного или аналогичного типа. Трубопровод коллектора (22) имеет внутренний диаметр 1 мм, толщину 4,26 мм и длину 10 см. Капиллярные или аналогичные трубки (8) имеют внутренний диаметр 0,5 мм, толщину 1,5 мм и длину 500 м, и каждая из них образует змеевик или радиатор длиной 100 см и высотой 50 см, также подключенные к ячейкам Пельтье и т. п. Трубы (8) соединены с этой коллекторной трубой (22) и соединены с трубой (13), которая имеет внутренний диаметр 1 мм и толщину 4,26 мм и длину 5 сантиметров. В данном примере с трубой (22) соединены всего 3 капиллярных трубки, которые соединены вдоль трубы (22) на расстоянии 33 мм друг от друга. Для данного случая силовой агрегат 1 состоит из двух поршней гидроцилиндра, соединенных с осью, и двух шатунов или аналогичных устройств (рисунок 15), которые соединяют оба контура, а также состоит из двух нагнетательных насосов и двух односторонних клапанов с электронными приводами или аналогичных устройств, в дополнение к двум поршням с двумя заправочными клапанами и двумя предохранительными клапанами; при этом все они подключены к системе управления (11).

Вводится CO₂, а затем поршни гидроцилиндра силового агрегата 1 сжимают поршни, удаляя весь воздух из системы и оставляя только CO₂, закрывая свободные концы трубной заглушкой.

Впоследствии при смещении поршней гидроцилиндра давление в обоих контурах будет увеличиваться до 20,8 МПа, благодаря работе гидроусилителя давление в контуре достигнет 200 МПа (гидроусилитель имеет отношение 1:10). Впоследствии, в случае поглощения тепла, CO₂ будет охлаждаться при -21 °С, сохраняя CO₂ в жидком состоянии. Затем поршень 1 гидроцилиндра будет сжимать CO₂ при 22 МПа, получая давление на выходе из гидроусилителя 220 МПа. Внутри контура, для данного примера контура 1, начинается сжатие, когда этот контур находится на своем максимальном ходу, пока среда не затвердеет. В то время как это происходит, поршень противоположного контура (контура 2) будет находиться в своем максимальном ходу. В это же время заправочный или аналогичный клапан этого контура 2 будет открыт для ввода CO₂ в этот контур 2. Впоследствии гидравлический поршень цилиндра этого второго контура будет сжимать поршень 2 и увеличивать давление с помощью гидроусилителя, пока CO₂ во втором контуре не затвердеет.

Каждый контур работает одинаково.

Силовой агрегат 1 при содействии термического процесса теплопередачи изменяет внутреннее давление каждого контура, в результате чего происходят изменения состояния CO₂. Вышеупомянутый процесс вместе с действием одностороннего клапана или аналогичной части силового агрегата 1 предотвращает возврат поршня и оставляет его в его минимальной точке хода, вызывая во время этого сжатия изменение состояния CO₂ из жидкого состояния в твердое, например, поглощая тепло при таянии CO₂ при температуре CO₂ в трубах -21 °С и температурой другой среды выше этого уровня, и в тот же момент отдавая тепло при переходе из жидкого CO₂ в твердое состояние в противоположном контуре, так как односторонний клапан или аналогичный механизм будет препятствовать продолжению расширения CO₂, когда он находится в частично жидкой фазе, так как CO₂ будет толкать поршень, не имея возможности переместить его, вызывая с помощью силового агрегата 1 повышение давления, которое пересечет кривую плавления/затвердевания, и начнет процесс затвердевания. При запуске этого процесса CO₂ будет уменьшаться объёме за счет частичного затвердевания, что приведет к смещению поршня и снижению давления, что, в свою очередь, снова приведет CO₂ в соответствие с кривой и процесс будет последовательно повторяться, пока CO₂ не будет полностью или почти полностью сжат в твердом состоянии. Гидравлический насос (32) того же силового агрегата будет служить опорой для ускорения возврата поршня, при необходимости, вместе с выталкивающим действием противоположного контура на поршень по мере его выдвижения, в то время как поршень этого противоположного контура будет одновременно выполнять процесс обратного перехода, то есть из твердого состояния в жидкое. Эти технологические процессы осуществляются путём теплопередачи. Во время этих процессов система управления, которая получает информацию о положении поршней и двух датчиков температуры и давления, каждый из которых размещен в капиллярных трубах каждой второстепенной трубы в каждом контуре, получает информацию о температуре внутри них и внешней температуре. Функция системы управления заключается в управлении изменениями состояния с помощью силового агрегата 1. Она управляет компонентами и вспомогательным оборудованием; например, она управляет вентиляционными задвижками (40), обеспечивая вывод или ввод потока холодного воздуха или тепла через вентиляционный канал (31) в определенное место в зависимости от обстоятельств. Кроме того, во избежание превышения максимального расчетного давления при останове системы система управления включает предохранительный клапан или аналогичный клапан для сброса давления.

Так как СО₂ в твердом состоянии при этом давлении имеет более высокую плотность, чем жидкий СО₂, при переходе из твердого состояния в жидкое происходит изменение объёма в зависимости от давления, при котором СО₂ окажется в этом фазовом переходе, и этот переход заставляет систему поглощать, а когда происходит переход из жидкого или частично жидкого состояния в твердое или частично твердое, система выделяет тепло. Что в этом случае оборудование имеет тепловую мощность для поглощения или выделения 20 000 БТЕ/ч.

Этот процесс повторяется непрерывно в течение дня по мере необходимости. Система управления будет контролировать начальную температуру CO₂ таким образом, чтобы была достигнута желаемая температура. CO₂ будет выделять тепло при затвердевании и поглощать тепло при плавлении. Все это поглощенное или переданное тепло приведет к вышеупомянутым изменениям состояния.

Направление вращения вентиляторов или заслонок (40) будет изменяться на противоположное для использования в режиме нагрева или охлаждения.

Пример 6:

Строятся четыре замкнутых контура, состоящих из стальных труб (фиг. 23 и 12), что будет результатом решения уравнения Клаузиуса-Клапейрона с расчетным давлением 150 МПа для затвердевания при требуемой температуре; рабочая температура для этого случая будет отрегулирована в диапазоне от 15 до 38 °С, поэтому давление в системе в данном примере будет колебаться от 0,001 до 150 МПа. Каждый контур состоит из магистральной трубы (12) из нержавеющей стали с внутренним диаметром 3,5 мм, толщиной 1,7 мм, длиной 2 м для контуров 1 и 2 и длиной 3 м для контуров 3 и 4. На каждом из её концов, далее - на конце (19), в каждую из труб (12) контуров 1 и 2 вставлена труба (17) с внутренним диаметром 3,5 мм, толщиной 1,7 мм и длиной 100 мм, которая соединяет каждый контур с каждой стороной линейного насоса с гидроусилителем или аналогичного устройства (рисунок 11), далее называемого «гидроусилителем», который является частью компрессора или насосного агрегата, называемого силовым агрегатом 1 (10) (рисунок 17), длиной 482 мм и диаметром 152 мм, внутри которого находится поршень цилиндра (2), который будет попеременно перемещаться в обоих направлениях за счет попеременного действия жидкости в каждом контуре, которая изменяет свой объём вследствие изменений своего состояния. Гидроусилитель оснащен датчиком, позволяющим контролировать приток заправочной жидкости, если необходимо, через заправочный клапан (33) и регулировать давление через разгрузочный клапан и, в данном случае, гидравлический насос (32) в комплекте с направляющим распределителем (29) и другие типовые элементы для работы линейного насоса с гидроусилителем (1) (рисунок 17), части силового агрегата 1 мощностью 500 Вт, который подвергает поршень сжатию для изменения состояния жидкости. На расстоянии 0,1 метра от конца, называемого концом (20) (рисунок 10), указанный конец, расположенный в 1 метре от конца (19), для данного примера подключен к системе управления (11); дополнительно, система также состоит из четырех термостатов, четырех реле давления, четырех вентиляторов (30) по 30 Вт каждый, далее - «вспомогательного оборудования».

На конце магистральной трубы (12) контура 1 конец (21), расположенный в 2 метрах от конца (19) для этого примера, соединяется с первой трубой (13) с внутренним диаметром 3,5 мм, толщиной 1,7 мм и длиной 100 см, из которой выходит труба (22) (рисунок 12), который в данном случае является коллектором, к которому подсоединен первый комплект труб (8) и т. п. Трубопровод коллектора (22) имеет внутренний диаметр 3,5 мм, толщину 1,7 мм и длину 100 см. Трубы (8) или аналогичные элементы, имеющие внутренний диаметр 2,8 мм и толщину 1,4 мм, в данном случае пять труб длиной по 100 м, общей длиной 500 м, образуют змеевик длиной 100 см, высотой 100 см, с круглыми алюминиевыми ребрами, соединенными с этим змеевиком, с расстоянием между ребрами 3 мм и внешним радиусом 14 мм. Трубы (8) соединены с этой трубой коллектора (22), которая соединена с трубой (13) и которая, в свою очередь, соединена с магистральной трубой (12).

На другом конце магистральной трубы (12) контура 2, расположенном в 2 метрах от конца (19) для данного примера, подключена первая труба (15) с внутренним диаметром 3,5 мм, толщиной 1,7 мм и длиной 100 см, из которой выходит труба (22); в данном случае это коллектор, к которому подсоединен первый комплект труб (8) и т. п. Трубопровод коллектора (22) имеет внутренний диаметр 3,5 мм, толщину 1,7 мм и длину 100 см. Трубы (8) или аналогичные элементы, имеющие внутренний диаметр 2,8 мм и толщину 1,4 мм, в данном случае пять труб длиной по 100 м, общей длиной 500 м, образуют змеевик, вставленный в теплообменник (34), длиной 100 см, высотой 100 см, с круглыми алюминиевыми ребрами, соединенными с этим змеевиком, с расстоянием между ребрами 3 мм и внешним радиусом 14 мм. Трубы (8) соединены с этой трубой коллектора (22), которая соединена с трубой (15).

В данном случае (рисунок 23) силовой агрегат 1 будет подключен к контурам 1 и 2, а в случае, если не используется один и тот же агрегат для автоматического управления давлением всех контуров, будет использоваться второй силовой агрегат, называемый «силовым агрегатом 2» и имеющий такие же размеры, как силовой агрегат 1, мощность 250 Вт и трубы с такими же размерами, что и трубы, подключенные к силовому агрегату 1, за исключением труб (22) и (8). Он будет подключен к контурам 3 и 4, которые оснащены трубами (8) или аналогичными, с внутренним диаметром 3,5 мм и толщиной 1,7 мм; оба силовых агрегата будут соединены и будут управляться блоком управления (11).

В данном примере всего 5 труб (8) подключены к каждой из труб (22) контуров 1, 2, 3 и 4, которые подключены на расстоянии 96 мм друг от друга вдоль трубы (22).

Трубы (8) силового агрегата 2, в данном случае пять труб по 50 м, имеют общую длину 250 м для каждого контура (контуры 3 и 4), причем каждый контур образует змеевик, вставленный в теплообменник, длиной 100 см и высотой 50 см, с круглыми алюминиевыми ребрами, соединенными с этим змеевиком, с расстоянием между ребрами 3 мм и радиусом 14 мм. Трубы (8) соединены с трубой коллектора (22), которая подключена к контуру 3, и с другой трубой, которая подключена к контуру 4, которая имеет внутренний диаметр 3,5 мм, толщину 1,7 мм и длину 50 см. Каждый из этих контуров 1, 2, 3 и 4 расположен внутри теплообменника (34), образуя систему, такую как на фиг. 23, на котором показана каскадная система.

Органическая или неорганическая жидкость, называемая материалом с фазовым переходом «PCM», вводится в контуры 1 и 2, в данном случае предназначенные для затвердевания при температуре 28 °С при атмосферном давлении, далее «PCM 1», и в контуры 3 и 4. Органическая или неорганическая жидкость, называемая материалом с фазовым переходом, для данного случая с температурой затвердевания 18 °С вводится при атмосферном давлении, далее «PCM 2», а затем силовые агрегаты 1 и 2 сжимают обе системы, удаляя из нее весь воздух и оставляя только PCM 1 и PCM 2; свободные концы закрываются заглушкой.

Впоследствии, в случае использования оборудования для охлаждения, когда температура окружающей среды составляет 33 °С, с помощью силовых агрегатов 1 и 2 давление в контурах 1 и 3 будет увеличено до 100 МПа. В это время максимальное расчетное давление не требуется, так как температура, проходящая через теплообменник, не соответствует максимальной расчетной температуре. Поэтому для изменения состояния нет необходимости в достижении максимального расчетного давления. Указанное сжатие начинается, когда этот контур соответствует максимальному ходу поршня, или максимальному объёму материала РСМ, хранящегося в контурах 1 и 3 в жидком состоянии. Тогда соответствующий силовой агрегат, в данном случае через поршень, встроенный в линейный насос, будет сжимать материал РСМ до его затвердевания. Так как при увеличении давления достигается кривая затвердевания материала PCM, температура PCM всегда выше температуры, при которой он затвердевает при атмосферном давлении, так как если бы температура PCM была ниже, чем его температура затвердевания при атмосферном давлении, он бы затвердевал, и изменения состояния не могло бы произойти. Поэтому, когда материал PCM имеет более низкую температуру, чем его температура затвердевания при атмосферном давлении, создается отрицательное давление или понижается внутреннее давление в контуре при давлении ниже атмосферного, что вызывает изменение его состояния. В данном примере теплопередача может происходить при температуре 17, 16, 15 °C или ниже. Несмотря на то, что это происходит для противоположных контуров (контуров 2 и 4), один и тот же поршень каждого соответствующего силового агрегата будет увеличивать объём PCM в этом контуре 2 и 4 (это происходит только на первой фазе), так как заправочный или аналогичный клапан из этих контуров будет открыт для ввода PCM в контуры 2 и 4. Впоследствии поршень гидроцилиндра соответствующего силового агрегата будет сжимать контуры 2 и 4, увеличивая давление до тех пор, пока PCM во втором и четвертом контурах не затвердеет.

Так как PCM в контурах 2 и 4 затвердевает, PCM в контурах 1 и 3 будет плавиться, и наоборот.

Каждый контур работает одинаково.

Силовые агрегаты 1 и 2 при содействии термического процесса теплопередачи изменяет внутреннее давление каждого контура, в результате чего происходят изменения состояния РСМ. Вышеупомянутый процесс вместе с действием компонентов силового агрегата 1 и 2 препятствует возврату поршня и оставляет его в минимальной точке хода, вызывая при этом уплотнении сжатие, увеличение давления, переход PCM из жидкого состояния в твердое, и во время декомпрессии или снижения давления происходит переход из твердого состояния в жидкое, например, при поглощении тепла во время плавления (переход из твердого состояния в жидкое) PCM в трубах контуров 1 и 3, и в этот же момент выделяется тепло при переходе из жидкого состояния в твердое в противоположных контурах 2 и 4. В качестве примера, гидравлический насос (32) в комплекте с двигателем (28), в данном случае электрическим от соответствующего силового агрегата, будут снова оказывать необходимое усилие на соответствующий поршень (27) для повышения давления в контурах 1 и 3 и преобразовывать материал PCM из жидкого состояния в твердое вместе с толкающим действием противоположных контуров на поршень (2) при его расширении, толкающем или уравновешивающем действии. Это значительно поможет двигателю силового агрегата работать с меньшей интенсивностью, так как в противоположной системе обычно будет присутствовать базовое давление, так как для плавления материала РСМ нет необходимости достигать атмосферного давления. Поэтому он всегда будет работать с перепадом давления, меньшим, чем перепад давлений между требуемым давлением затвердевания и атмосферным давлением. Если температура, проходящая через теплообменники, ниже температуры плавления/затвердевания материала PCM при атмосферном давлении, будет использоваться давление ниже атмосферного. Поэтому направление сил будет изменяться на обратное; таким образом, каждый контур будет всасывать поршень. Чтобы это произошло, система будет автоматически вытягивать некоторый процент жидкости, в данном случае, материал PCM, заправочным клапаном или клапаном наполнения (33) или аналогичным клапаном, таким образом, что, когда система сбалансирована, или поршень находится в центре линейного насоса с гидроусилителем, оба контура будут находиться под давлением ниже атмосферного. А это будет обеспечивать смещение температуры плавления/затвердевания ниже, чем температура, при которой будет обнаружен воздух или жидкость, которые проходят через теплообменники (контуры); и при этом система может попеременно создавать перепады давления, в то время как противоположные контуры 2 и 4 одновременно будут выполнять процесс обратного изменения состояния, то есть от твердого состояния к жидкому. Эти технологические процессы выполняются путём термической и механической теплопередачи. Во время этих процессов система управления, которая получает информацию о положении поршней и четырех датчиков температуры и давления, каждый из которых размещен в трубах каждой второстепенной трубы (8) в каждом контуре, получает информацию о температуре внутри них и внешней температуре. Функцией системы управления является управление изменением состояния с помощью силовых агрегатов 1 и 2, управление компонентами и вспомогательным оборудованием. Например, она управляет вентиляционными задвижками (40) (в данном примере, как показано на фиг. 23), так что в случае режима охлаждения поток горячего воздуха, выходящий из теплообменников контуров 1 и 2, вытесняется, а поток холодного воздуха, выходящий из теплообменников контуров 1 и 2, проходит через теплообменники контуров 3 и 4, таким образом, что впоследствии через вторую задвижку вводится холодный воздух, который выходит из контуров 3 и 4 через вентиляционные каналы (31) и т. п., для данного случая, и удаляет горячий воздух из этих контуров 3 и 4 в определенное место в зависимости от обстоятельств. Кроме того, во избежание превышения максимального расчетного давления при останове системы система управления включает предохранительный клапан или аналогичный клапан для сброса давления в каждом из контуров.

PCM в твердом состоянии при этом давлении в этом случае имеет более высокую плотность, чем жидкий PCM (также может быть случай, когда PCM является частично твердым материалом, например, гелем). Когда происходит переход из твердого состояния в жидкое, в этом случае происходит изменение объёма приблизительно от 3 до 5 %, в зависимости от давления, при котором PCM будет находиться при этом фазовом переходе, и в зависимости от типа PCM. И это изменение приводит к тому, что система поглощает тепло. И когда происходит переход из жидкого или частично жидкого состояния в твердое или частично твердое, система выделяет тепло, которое в этом случае обладает теплоемкостью для поглощения или выделения 31000 БТЕ/ч, что дает коэффициент СОР 12 при высоком давлении сжимающих нагрузок и может достигать КС 45 при низких сжимающих нагрузках, когда температура близка к температуре изменения состояния РСМ. Это происходит потому, что в случае охлаждения часть энергии, поглощаемой контурами 1 и 2, теряется при прохождении через контуры 3 и 4, так как будет контур 3 или 4, который будет нагревать и вытеснять воздух, уже охлажденный контурами 1 и 2, наружу.

В качестве альтернативы, для получения большей разницы температур между входом и выходом оборудования или системы, получения на 50 % большей охлаждающей или теплопроизводительной способности, но с коэффициентом «COP» (энергия, передаваемая или поглощаемая, деленная на потребление) примерно на 30 % ниже, используются контуры 1 и 2 с соответствующими им силовыми агрегатами и дублируют их четыре раза (4 устройства), называемые контурами 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8, что дает две линии, в каждой из которых по два устройства. При этом, когда воздух или жидкость проходят через устройства 1 и 2 (контуры 1, 2, 3, 4), половина из этих контуров будет поочередно выпускать, а другая половина - поглощать тепло. Это тепло передается или поглощается в зависимости от того, требуется ли охлаждение или нагрев. Оно будет проходить только через 1 устройство (в данном случае контуры 5 и 6) второй линии из 2 устройств (контур 5, 6, 7, 8), оставляя второе устройство линии 2 в остановленном состоянии. Это происходит из-за того, что проходящий поток будет половиной исходного потока, который проходит через устройства 1 и 2. Как следствие, существует двойная разность температур (каскадная система). В дополнение к наличию 4 устройств, каскадная система может использоваться в обратном направлении и, таким образом, может нагреваться, предполагая, что температура плавления/затвердевания при атмосферном давлении жидкости, в этом случае PCM, выше в линии 1 и ниже в линии 2 устройств. При использовании в режиме нагрева или охлаждения два устройства на линии 2 будут активированы, а одно устройство на линии 1 будет остановлено. В случае изменения температуры при атмосферном давлении жидкости, PCM линии 1 будет меньше, чем PCM линии 2. Будет иметь место поток в противоположном направлении, оставляя его в режиме нагрева (поток проходит сначала через линию 1, а затем через линию 2). Кроме того, для более эффективного расчета количества используемых силовых агрегатов можно использовать меньшее их количество с системой управления, которая может управлять давлением в каждом контуре. Размеры могут варьироваться в зависимости от необходимости кондиционирования воздуха.

Этот процесс повторяется непрерывно в течение дня по мере необходимости. Система управления будет контролировать начальное давление материала РСМ и скорость вращения вентиляторов для достижения желаемой температуры. PCM будет выделять тепло при затвердевании и поглощать тепло при плавлении. Все это поглощенное или переданное тепло приведет к вышеупомянутым изменениям состояния в результате изменения давления.

Направление вентиляторов и вентиляционных задвижек (40) будет изменяться для использования в режиме обогрева или охлаждения, так что в случае нагрева воздух сначала пройдет через контуры 3 и 4, а затем нагретый воздух пройдет через контуры 1 и 2.

Данная система может использоваться как для охлаждения или нагревания воздуха, так и в случае замены вентиляторов для водяных насосов, чтобы иметь возможность охлаждать или нагревать воду или другую жидкость.

В том случае, если такая высокая температура не требуется, будут использоваться только контуры 1 и 2 или только контуры 3 и 4. Как указано в данном примере, могут использоваться два силовых агрегата или один агрегат, который при сжимает контуры 1 и 3, а затем контуры 2 и 4. Этот агрегат будет иметь ту же мощность, что и сумма мощностей двух вышеуказанных силовых агрегатов.

Каскадная система может использоваться с силовыми агрегатами и теплообменниками, как показано на схемах, представленных на фиг. 17, 19, 20 и 21, с различными типами насосов, включая насосы, упомянутые в технических условиях, но не ограничиваясь только ими.

Может использоваться как автоматический компрессор для регулировки различных давлений в каждом контуре, так и по одному компрессору в каждом контуре.

Кроме того, воздух в определенном месте может рециркулировать, и этот рециркулированный воздух может проходить по контурам, вызывая уменьшение количества воздуха внутри помещения, которое можно контролировать с помощью контролируемой вентиляции.

Пример 7:

Строятся два замкнутых контура, состоящих из медных труб (фиг. 24 и 12), что будет результатом решения уравнения Клаузиуса-Клапейрона с расчетным давлением 100 МПа для затвердевания при требуемой температуре; рабочая температура для этого случая будет отрегулирована в диапазоне от 15 до 35 °С, поэтому давление в системе в данном примере будет колебаться от 0,01 до 100 МПа. Каждый контур состоит из магистральной медной трубы (12) с внутренним диаметром 3,5 мм, толщиной 1,7 мм, длиной 2 м для контуров 1 и 2. На каждом из концов, далее на конце (19), в каждую из труб (12) контура 1 и 2 вставлена труба (17) с внутренним диаметром 3,5 мм, толщиной 1,7 мм и длиной 50 мм, которая соединяет каждый контур с каждой стороны направляющего распределителя (38) и подключена к плунжерному или аналогичному насосу (рисунок 11), далее «гидроусилитель», который является частью компрессора или насосного оборудования, называемого силовым агрегатом 1 (10) (фиг. 19 и 20) длиной 400 мм, высотой 400 мм и шириной 300 мм. Силовой агрегат оснащен датчиком, который позволяет при необходимости управлять приточной жидкостью через клапан, который вводит материал РСМ в отсек, и контролировать давление через перепускной клапан, и в этом случае плунжерный насос (1) в комплекте с направляющим распределителем (38) и другими типовыми элементами, приводящими в действие силовой агрегат 1 мощностью 500 Вт, который сжимает жидкость для изменения её состояния. На расстоянии 0,1 метра от конца, называемого концом (20) (фиг. 10 и 11), указанный конец, расположенный в 1 метре от конца (19), для данного примера подключен к системе управления (11); дополнительно, система также состоит из четырех термостатов, четырех реле давления, четырех вентиляторов (30) по 30 Вт каждый, далее - «вспомогательного оборудования».

На конце магистральной трубы (12) контура 1 конец (21), расположенный в 2 метрах от конца (19) для этого примера, соединяется с первой трубой (13) с внутренним диаметром 3,5 мм, толщиной 1,7 мм и длиной 100 см, из которой выходит труба (22) (рисунок 12); в данном случае это коллектор, к которому подсоединен первый комплект труб (8) и т. п. Трубопровод коллектора (22) имеет внутренний диаметр 3,5 мм, толщину 1,7 мм и длину 100 см. Трубы (8) или аналогичные элементы, имеющие внутренний диаметр 2,8 мм и толщину 1,4 мм, в данном случае пять труб длиной по 100 м, общей длиной 500 м, образуют змеевик длиной 100 см, высотой 100 см, с круглыми алюминиевыми ребрами, соединенными с этим змеевиком, с расстоянием между ребрами 3 мм и внешним радиусом 14 мм. Трубы (8) соединены с этой трубой коллектора (22), которая соединена с трубой (13) и которая, в свою очередь, соединена с магистральной трубой (12).

На другом конце магистральной трубы (12) контура 2, расположенном в 1 метре от конца (19) для данного примера, подключена первая труба (15) с внутренним диаметром 3,5 мм, толщиной 1,7 мм и длиной 100 см, из которой выходит труба (22); в данном случае это коллектор, к которому подсоединен первый комплект труб (8) и т. п. Трубопровод коллектора (22) имеет внутренний диаметр 3,5 мм, толщину 1,7 мм и длину 100 см. Трубы (8) или аналогичные элементы, имеющие внутренний диаметр 2,8 мм и толщину 1,4 мм, в данном случае пять труб длиной по 100 м, общей длиной 500 м, образуют змеевик, вставленный в теплообменник (34), длиной 100 см, высотой 100 см, с круглыми алюминиевыми ребрами, соединенными с этим змеевиком, с расстоянием между ребрами 3 мм и внешним радиусом 14 мм. Трубы (8) соединены с этой трубой коллектора (22), которая соединена с трубой (15).

В данном случае (фиг. 22 и 24) силовой агрегат 1 будет подключен к контурам 1 и 2 через направляющий распределитель (38); все будет контролироваться блоком управления (11).

В данном примере всего 5 труб (8) подключены к каждой из труб (22) контуров 1 и 2, которые подключены на расстоянии 96 мм друг от друга вдоль трубы (22).

Каждый из этих контуров 1 и 2 расположен внутри теплообменника (34), образуя систему, аналогичную той, что представлена на фиг. 24.

Органическая или неорганическая жидкость, называемая материалом с фазовым переходом «PCM», вводится в контуры, в данном случае предназначенные для затвердевания при температуре 12 °С при атмосферном давлении, далее «PCM 1», затем силовой агрегат сжимает систему, удаляя из нее весь воздух и оставляя только РСМ, а свободные концы закрываются заглушкой.

Впоследствии, в случае использования оборудования для охлаждения при температуре окружающей среды 33 °C с помощью силового агрегата 1 давление в контуре 1 будет увеличено до 100 МПа, причем указанное сжатие начинается, когда этот контур соответствует максимальному объёму материала PCM, хранящегося в контуре 1 в жидком состоянии. Тогда соответствующий силовой агрегат будет сжимать материал PCM через клапан (38) до тех пор, пока он не затвердеет, так как повышающееся давление, достигающее кривой затвердевания материала PCM, всегда выше температуры, при которой он затвердевает при атмосферном давлении, так как, если бы температура материала PCM была ниже его температуры затвердевания при атмосферном давлении, он бы затвердел, и изменение состояния не могло бы быть выполнено. Поэтому при использовании линейного насоса с гидроусилителем, когда материал PCM имеет более низкую температуру, чем его температура затвердевания при атмосферном давлении, создается отрицательное давление или снижается внутреннее давление, в контуре выдерживается при давлении ниже атмосферного, что вызывает изменение состояния материала. В данном примере теплопередача может происходить при температуре 6, 8, 10 °C или ниже. Хотя это происходит в противоположном контуре (контур 2), клапан (38) силового агрегата будет увеличивать объём PCM в этом контуре 2 (это происходит только на первой фазе). Далее соответствующий силовой агрегат будет сжимать контур 2 через клапан (38), увеличивая давление до тех пор, пока PCM второго контура не затвердеет.

При затвердевании PCM в контуре 2 PCM в контуре 1 будет плавиться, и наоборот.

Каждый контур работает одинаково.

Силовой агрегат (рисунок 20) мощностью 500 Вт при содействии термического процесса теплопередачи изменяет внутреннее давление каждого контура, в результате чего происходят изменения состояния РСМ. Вышеупомянутый процесс вместе с действием компонентов силового агрегата вызывает уплотнение, сжатие, увеличение давления, переход PCM из жидкого состояния в твердое, и во время декомпрессии или снижения давления происходит переход из твердого состояния в жидкое, например, при поглощении тепла во время плавления (переход из твердого состояния в жидкое) PCM в трубах контура 1, и в этот же момент выделяется тепло при переходе из жидкого состояния в твердое в противоположном контуре 2. Например, плунжерный насос (1) на фиг. 20 в комплекте с клапаном (38) соответствующего силового агрегата будет попеременно прикладывать необходимое усилие для повторного повышения давления в контурах 1 и преобразования материала РСМ из жидкого состояния в твердое, в то время как клапан (38) сбросит давление в контуре 2, и тем самым заставит противоположный контур 2 одновременно осуществлять обратный процесс изменения состояния, то есть из твердого состояния в жидкое. Эти технологические процессы выполняются путём термической и механической теплопередачи. Во время этих процессов система управления, которая получает информацию от двух датчиков температуры и давления, каждый из которых размещен в трубах каждой второстепенной трубы (8) в каждом контуре, получает информацию о температуре внутри них и о внешней температуре. Функцией системы управления является управление изменением состояния с помощью силового блока для управления компонентами и вспомогательным оборудованием. Например, она управляет вентиляционными задвижками (40) (в данном примере расположенными, как показано на фиг. 24). Так, в случае режима охлаждения поток горячего воздуха, выходящий из теплообменника контура 1 или 2, когда PCM в нем затвердевает, вытесняется, а поток холодного воздуха, выходящий из теплообменника контура 1 или 2, когда PCM в нем тает, вводится в вентиляционный канал (31). Кроме того, во избежание передачи максимального расчетного давления, когда система останавливается, система управления заставляет клапан (38) или аналогичное устройство сбрасывать давление в каждом из контуров.

PCM в твердом состоянии при этом давлении в данном случае характеризуется более высокой плотностью, чем жидкий материал PCM (это также может быть случай, когда PCM является частично твердым, например, гелем), когда происходит переход из твердого состояния в жидкое. В этом случае происходит изменение объёма приблизительно на 5-8 %, в зависимости от давления, в котором будет находиться PCM во время этого фазового перехода, и в зависимости от типа PCM; и это изменение приводит к тому, что система поглощает жидкость, и когда происходит переход из жидкого или частично жидкого состояния в твердое или частично твердое, система выделяет тепло, которое в этом случае обладает тепловой способностью поглощения или выделения 5000 БТЕ/ч.

Этот процесс повторяется непрерывно в течение дня по мере необходимости. Система управления будет контролировать начальное давление материала РСМ и скорость вращения вентиляторов для достижения желаемой температуры. PCM будет выделять тепло при затвердевании и поглощать тепло при плавлении. Все это поглощенное или переданное тепло приведет к вышеупомянутым изменениям состояния в результате изменения давления.

Направление вращения вентиляционных задвижек (40) будет изменено для использования в режиме нагрева или охлаждения.

Система может использоваться с силовыми агрегатами и теплообменниками, как показано на схемах, представленных на фиг. 17, 19, 20 и 21, с различными типами насосов, включая насосы, упомянутые в технических условиях, но не ограничиваясь только ими.

Пример 8:

Строятся два замкнутых контура, состоящих из медных труб (фиг. 21 и 12), что будет результатом решения уравнения Клаузиуса-Клапейрона с расчетным давлением 100 МПа для затвердевания при требуемой температуре; рабочая температура для этого случая будет отрегулирована в диапазоне от 18 до 36 °С, поэтому давление в системе в данном примере будет колебаться от 0,001 до 100 МПа. Каждый контур состоит из магистральной медной трубы (12) с внутренним диаметром 3,5 мм, толщиной 1,7 мм, длиной 2 м для контуров 1 и 2. На каждом из концов, далее на конце (19), в каждую из труб (12) контура 1 и 2 вставлена труба (17) с внутренним диаметром 3,5 мм, толщиной 1,7 мм и длиной 50 мм, которая соединяет каждый контур с каждой стороны направляющего распределителя и подключена к линейному насосу с гидроусилителем или аналогичному устройству (рисунок 11), далее «гидроусилитель», который является частью компрессора или насосного оборудования, называемого силовым агрегатом (10) (рисунок 21) длиной 582 мм и диаметром 170 мм. Силовой агрегат оснащен датчиком, который позволяет при необходимости управлять приточной жидкостью через клапан, который вводит материал РСМ в отсек, и контролировать давление через перепускной клапан, и в этом случае линейный насос с гидроусилителем (1) в комплекте с направляющим распределителем или аналогичным клапаном (38) и другими типовыми элементами, приводящими в действие силовой агрегат 1, который сжимает жидкость для изменения её состояния. На расстоянии 0,1 метра от конца, называемого концом (20) (фиг. 10 и 11), указанный конец, расположенный в 1 метре от конца (19), для данного примера подключен к системе управления (11); дополнительно, система также состоит из четырех термостатов, четырех реле давления, далее - «вспомогательного оборудования».

На конце магистральной трубы (12) контура 1 конец (21), расположенный в 2 метрах от конца (19) для этого примера, соединяется с первой трубой (13) с внутренним диаметром 3,5 мм, толщиной 1,7 мм и длиной 100 см, из которой выходит труба (22) (рисунок 12); в данном случае это коллектор, к которому подсоединен первый комплект труб (8) и т. п. Трубопровод коллектора (22) имеет внутренний диаметр 3,5 мм, толщину 1,7 мм и длину 100 см. Трубы (8) или аналогичные элементы, имеющие внутренний диаметр 2,8 мм и толщину 1,4 мм, в данном случае пять труб длиной по 100 м, общей длиной 500 м, образуют змеевик длиной 100 см, высотой 100 см, с круглыми алюминиевыми ребрами, соединенными с этим змеевиком, с расстоянием между ребрами 3 мм и внешним радиусом 14 мм. Трубы (8) соединены с этой трубой коллектора (22), которая соединена с трубой (13) и которая, в свою очередь, соединена с магистральной трубой (12).

На другом конце магистральной трубы (12) контура 2, расположенном в 1 метрах от конца (19) для данного примера, подключена первая труба (15) с внутренним диаметром 3,5 мм, толщиной 1,7 мм и длиной 100 см, из которой выходит труба (22); в данном случае это коллектор, к которому подсоединен первый комплект труб (8) и т. п. Трубопровод коллектора (22) имеет внутренний диаметр 3,5 мм, толщину 1,7 мм и длину 100 см. Трубы (8) или аналогичные элементы, имеющие внутренний диаметр 2,8 мм и толщину 1,4 мм, в данном случае пять труб длиной по 100 м, общей длиной 500 м, образуют змеевик, вставленный в теплообменник (34), длиной 100 см, высотой 100 см, с круглыми алюминиевыми ребрами, соединенными с этим змеевиком, с расстоянием между ребрами 3 мм и внешним радиусом 14 мм. Трубы (8) соединены с этой трубой коллектора (22), которая соединена с трубой (15).

В данном случае силовой агрегат 1 будет подключен к контурам 1 и 2 через направляющий распределитель (38); все будет контролироваться блоком управления (11).

В данном примере всего 5 труб (8) подключены к каждой из труб (22) контуров 1 и 2, которые подключены на расстоянии 96 мм друг от друга вдоль трубы (22).

Каждый из этих контуров 1 и 2 расположен внутри теплообменника (34), образуя систему, аналогичную той, что представлена на фиг. 21.

Органическая или неорганическая жидкость, называемая материалом с фазовым переходом «PCM», вводится в контуры, в данном случае предназначенные для затвердевания при температуре 27 °С при атмосферном давлении, далее «PCM 1», затем силовой агрегат сжимает систему, удаляя из нее весь воздух и оставляя только РСМ, а свободные концы закрываются заглушкой.

Впоследствии, в случае использования оборудования для охлаждения воды или другой жидкости, когда её температура составляет 36 °C, с помощью силового агрегата 1 давление в контуре 1 будет увеличено до 100 МПа; причем указанное сжатие начинается, когда этот контур соответствует максимальному объёму материала PCM, хранящемуся в контуре 1 в жидком состоянии. Тогда соответствующий силовой агрегат будет сжимать материал PCM через клапан (38) до тех пор, пока он не затвердеет, так как, когда он увеличивает давление, он достигает кривой затвердевания материала PCM. При этом температура материала PCM всегда выше температуры, при которой он затвердевает при атмосферном давлении, так как, если бы температура материала PCM была ниже, чем его температура затвердевания при атмосферном давлении, то материал бы затвердел, и изменение состояния не произошло бы. Таким образом, в случае использования линейного насоса с гидроусилителем или аналогичного насоса, когда материал PCM имеет более низкую температуру, чем его температура затвердевания при атмосферном давлении, создается отрицательное давление, или внутреннее давление в контуре снижается при давлении ниже атмосферного, что вызывает изменение его состояния. В данном примере теплопередача может происходить при температуре 24, 22, 20 °C или ниже. Хотя это происходит в противоположном контуре (контур 2), клапан (38) силового агрегата будет открыт и войдет в PCM, поэтому объём PCM в этом контуре 2 будет увеличиваться (это происходит только на первой фазе). Впоследствии соответствующий силовой агрегат будет сжимать контур 2 через клапан (38), увеличивая давление до тех пор, пока PCM второго контура не затвердеет.

При затвердевании PCM в контуре 2 PCM в контуре 1 будет плавиться, и наоборот.

Каждый контур работает одинаково.

Силовой агрегат (рис. 21), общая мощность которого составляет 300 Вт, включая мощность насоса, при содействии термического процесса теплообмена изменяет внутреннее давление в каждом контуре и таким образом изменяет состояние материала РСМ. Вышеупомянутый процесс вместе с действием компонентов силового агрегата вызывает уплотнение, сжатие, увеличение давления, переход PCM из жидкого состояния в твердое, и во время декомпрессии или снижения давления происходит переход из твердого состояния в жидкое, например, при поглощении тепла во время плавления (переход из твердого состояния в жидкое) PCM в трубах контура 1, и в этот же момент выделяется тепло при переходе из жидкого состояния в твердое в противоположном контуре 2. Например, линейный насос с гидроусилителем (1) на фиг. 21 в комплекте с клапаном (38) соответствующего силового агрегата будет попеременно прикладывать необходимое усилие для повторного повышения давления в контурах 1 и преобразования материала РСМ из жидкого состояния в твердое, в то время как клапан (38) сбросит давление в контуре 2, и тем самым заставит противоположный контур 2 одновременно осуществлять обратный процесс изменения состояния, то есть из твердого состояния в жидкое, и клапан (38) снова погрузится в материал РСМ, который вводится в линейный насос с гидроусилителем или аналогичный насос (1). Эти технологические процессы выполняются путём термической и механической теплопередачи. Во время этих процессов система управления, которая получает информацию от двух датчиков температуры и давления, каждый из которых размещен в трубах каждой второстепенной трубы (8) в каждом контуре, получает информацию о температуре внутри них и о внешней температуре. Функцией системы управления является управление изменением состояния с помощью силового блока для управления компонентами и вспомогательным оборудованием. Например, она управляет направляющими распределителями и аналогичными клапанами (37), которые контролируют направление охлаждаемой или нагреваемой жидкости, в данном примере она может быть водой, расположенной, как показано на фиг. 21. Так что в случае режима охлаждения поток горячей жидкости, выходящий из теплообменника контура 1 или 2, когда PCM в нем затвердевает, поступает в теплообменник охлаждающего типа или аналогичное оборудование (42), который будет охлаждать его при комнатной температуре, а затем повторно вводить; и поток холодной жидкости, выходящий из теплообменника контура 1 или 2, когда PCM в нем тает, будет вводиться в трубу для её последующего использования (41) и при необходимости, после её разогрева она будет вновь введена. Кроме того, во избежание передачи максимального расчетного давления, когда система останавливается, система управления заставляет клапан (38) или аналогичное устройство сбрасывать давление в каждом из контуров.

PCM в твердом состоянии при этом давлении в данном случае характеризуется более высокой плотностью, чем жидкий материал PCM (это также может быть случай, когда PCM является частично твердым, например, гелем), когда происходит переход из твердого состояния в жидкое. В этом случае происходит изменение объёма приблизительно на 5-8 %, в зависимости от давления, в котором будет находиться PCM во время этого фазового перехода, и в зависимости от типа PCM; и это изменение приводит к тому, что система поглощает жидкость, и когда происходит переход из жидкого или частично жидкого состояния в твердое или частично твердое, система выделяет тепло, которое в этом случае обладает тепловой способностью поглощения или выделения 20 000 БТЕ/ч. Что приводит к получению СОР (коэффициента производительности) 20 и может достигать низкой нагрузки сжатия, когда температура близка к температуре изменения состояния, при СОР 50.

Этот процесс повторяется непрерывно в течение дня по мере необходимости. Система управления будет контролировать начальное давление РСМ и скорость жидкости для охлаждения или нагревания по мере необходимости с помощью гидравлических насосов, которые не обязательно входят в комплект поставки данного оборудования, для достижения желаемой температуры. PCM будет выделять тепло при затвердевании и поглощать тепло при плавлении. Все это поглощенное или переданное тепло приведет к вышеупомянутым изменениям состояния в результате изменения давления.

Направляющий распределитель (37) будет реверсирован для использования в режиме нагрева или охлаждения воды или жидкости.

Система может использоваться с силовыми агрегатами и теплообменниками, как показано на фиг. 17, 19, 20 и 21, с различными типами насосов, включая насосы, упомянутые в технических условиях, но не ограничиваясь только ими.

Настоящее оборудование может при желании использоваться любым пользователем данного метода и системы для охлаждения воздуха, который проходит через конденсатор или испаритель, в зависимости от обстоятельств, и который используется текущим оборудованием. Например, когда температура воздушного потока, который проходит через него, уменьшается или увеличивается, и при этом уменьшается потребление обычного оборудования для кондиционирования воздуха, так как уменьшается нагрузка.

Кроме того, он также может работать с использованием текущего оборудования для кондиционирования воздуха в качестве опорного, так что при определенных диапазонах температур работает текущее оборудование, а в других диапазонах работают данный метод и система.

В оборудовании также может использоваться гидроусилитель, чтобы иметь возможность использовать насос с более низким давлением. Гидроусилитель выполняет функцию увеличения давления, и, таким образом, будет меньше компонентов, которые работают при высоких давлениях, а также, две жидкости могут быть разделены в случае использования насоса, который не имеет линейного гидроусилителя. Это означает, что жидкость может быть гидравлическим маслом, которое будет использоваться в насосе, а жидкость на другом конце гидроусилителя может быть РСМ.

Литература:

[1] Revised Release on the Pressure along the Melting and Sublimation Curves of Ordinary Water Substance IAPWS R14-08 (2011) http://www.iapws.org.

[2] M. Choukrounia and O. Grasset, Thermodynamic model for water and high-pressure ices up to 2.2 GPa and down to the metastable domain, J. Chem. Phys. 127 (2007) 124506.

[3] M. P. Verma, Steam tables for pure water as an ActiveX component in Visual Basic 6.0, Computers Geosci. 29 (2003) 1155-1163.

[4] D. Eisenberg and W. Kauzmann, The structure and properties of water (Oxford University Press, London, 1969); (b) The dodecahedral interstitial model is described in L. Pauling, The structure of water, In Hydrogen bonding, Ed. D. Hadzi and H. W. Thompson (Pergamon Press Ltd, London, 1959) pp. 1-6.

[5] Equations of state of ice VI and ice VII at high pressure and high temperature citation The journal of chenical physics 141, 104505 (2014)).

[6] Time-resolved x-ray diffraction across water-ice-VI/VII transformations using the dynamic-DAC.

[7] N. H. Fletcher, In The Chemical Physics of Ice, (Cambridge University Press; 1970).

[8] G. C. León, S. Rodriguez Romo and V. Tchijov, Thermodynamics of high-pressure ice polymorphs: ice II, Journal of Physical Chemistry Solids 63 (2002) 843-851.

[9] Formulations for vapor pressure, frostpoint temperature, dewpoint temperature, and enhancement factors in the range -100 to +100 C, Bob Hardy.

[10] Requena Rodríguez, Alberto; Zuñiga Roman, José. Physical Chemistry. 1st Edition 2007.

[11] MORCILLO RUBIO, Jesus; SENENT PÉREZ and others: Physical Chemistry. 2nd Edition 2000.

1. Система теплопередачи между двумя или более средами в замкнутом контуре с низким энергопотреблением для бытового, коммерческого или промышленного использования, которая может быть использована для теплопередачи, содержащая:

– замкнутый трубопроводный контур, выполненный с возможностью принимать термическую рабочую среду, причем замкнутый трубопроводный контур содержит одну или более труб (8) для формирования указанного замкнутого трубопроводного контура, при этом замкнутый трубопроводный контур закрыт на одном из своих концов;

– один или более теплообменников (34), образованных одной или более трубами (8) замкнутого трубопроводного контура;

– один или более силовых агрегатов, соединенных с замкнутым трубопроводным контуром и способных повышать или понижать давление термической рабочей среды в указанном замкнутом трубопроводном контуре;

– систему управления (11), выполненную с возможностью управлять силовым агрегатом для контроля давления и сжатия термической рабочей среды в замкнутом трубопроводном контуре так, чтобы вызывать изменение состояния термической рабочей среды из жидкого или сверхкритического жидкого состояния в твердое или частично твердое состояние и наоборот или из одного твердого состояния в другое твердое состояние и наоборот.

2. Система теплопередачи по п. 1, выполненная с возможностью применения для кондиционирования воздуха в помещении, причем блок управления выполнен с возможностью управления силовым агрегатом, регулирующим давление и сжатие термической рабочей среды в замкнутом трубопроводном контуре до тех пор, пока в помещении, подлежащем кондиционированию воздуха, не будет достигнута желаемая температура.

3. Система теплопередачи по п. 1, в которой один или более силовых агрегатов содержат:

а) цилиндр (1), который содержит внутри по меньшей мере один поршень (2), соединенный с плунжером (27);

b) направляющий распределитель (29), выполненный с возможностью принимать гидравлическую жидкость от гидравлического насоса (32) и приспособленный для приведения в действие плунжера для его поочередного перемещения для сжатия термической рабочей среды в теплообменнике для обеспечения перехода из жидкого состояния в твердое состояние или наоборот или из твердого состояния в другое твердое состояние или наоборот.

4. Система теплопередачи по любому из пп. 1–3, в которой термическая рабочая среда способна не циркулировать или не перемещаться, за исключением попеременных изменений объема, вызванных изменением состояния рабочей среды, так что эта рабочая среда расширяется и сжимается по одному и тому же пути.

5. Система теплопередачи по любому из пп. 1–4, дополнительно содержащая один или более вентиляционных каналов для выведения или введения горячего или холодного воздуха.

6. Система теплопередачи по п. 1, в которой трубы (8) представляют собой капиллярные трубки.

7. Система теплопередачи по п. 1, в которой трубы (8) имеют внутренний диаметр 0,5–6 мм.

8. Система теплопередачи по п. 1, дополнительно оснащенная вентилятором (30), выполненным с возможностью выталкивать или всасывать воздух, проходящий через теплообменник (34).

9. Система теплопередачи по п. 8, в которой вентилятор выполнен с возможностью изменять свое направление на противоположное для изменения системы теплопередачи между режимами обогрева или охлаждения.

10. Система теплопередачи по п. 3, дополнительно оснащенная однонаправленными клапанами (26), которые выполнены с возможностью приводиться в действие электронным способом и соединяться с цилиндром (1) для предотвращения возврата поршня (2).

11. Система теплопередачи по п. 1, дополнительно оснащенная заправочными клапанами (33) для ввода изменяющей состояние жидкости в цилиндр (1) и трубы (8).

12. Система теплопередачи по п. 1, в которой трубы (8) соединены с ячейками Пельтье для нагрева и охлаждения.

13. Система теплопередачи по п. 1, содержащая один или более датчиков давления и температуры замкнутого контура, способных передавать информацию в систему управления.

14. Способ теплообмена между двумя или более средами в замкнутом контуре с низким энергопотреблением для системы отопления, вентиляции и кондиционирования для кондиционирования воздуха в помещении для бытового, коммерческого или промышленного использования, который можно использовать для теплообмена, причем метод включает этап, на котором применяют систему по любому из пп. 1–13.

15. Способ теплообмена между двумя или более средами в замкнутом контуре для системы отопления, вентиляции и кондиционирования для кондиционирования воздуха в помещении с низким энергопотреблением для бытового, коммерческого или промышленного использования, который можно использовать для теплообмена, включающий:

– ввод термической рабочей среды в замкнутый трубопроводный контур, соединенный с одним или более силовыми агрегатами, при этом указанный замкнутый трубопроводный контур содержит одну или более труб (8) для формирования указанного замкнутого трубопроводного контура, при этом замкнутый трубопроводный контур закрыт на одном из своих концов;

– сжатие термической рабочей среды в указанном замкнутом трубопроводном контуре с помощью одного или более силовых агрегатов;

– изменение состояния термической рабочей среды из жидкого состояния в твердое или наоборот или из твердого состояния в другое твердое состояние или наоборот в результате повышения давления и в соответствии с диаграммой фазового равновесия каждой термической рабочей среды;

– отвод или отдачу тепла в один или более теплообменников (34), образованных одной или более трубами (8) замкнутого трубопроводного контура;

– декомпрессию термической рабочей среды в указанном замкнутом трубопроводном контуре для повторного инициирования изменения состояния путем обеспечения перепада давления в соответствии с диаграммой фазового равновесия каждой термической рабочей среды;

– повторение вышеуказанного этапа до достижения желаемой температуры в помещении, подлежащем кондиционированию воздуха.

16. Способ по п. 15, в котором сжатие термической рабочей среды посредством силового агрегата включает в себя:

a) сжатие термической рабочей среды посредством цилиндра (1), содержащего внутри по меньшей мере один поршень (2), соединенный с плунжером (27), при этом плунжер (27) попеременно перемещается под действием направляющего распределителя (29), принимающего гидравлическую жидкость от гидравлического насоса (32);

b) регулировку срабатывания направляющего распределителя (29) по температуре и давлению, полученным в замкнутом трубопроводном контуре, через блок управления (11).