СПОСОБ ТЕПЛООБМЕНА В ГАЗОВЫХ И ЖИДКИХ СРЕДАХ
HEAT EXCHANGE METHOD IN GAS AND LIQUID MEDIA

Изобретение относится к области устройств, применяемых для передачи тепла или холода в процессах, использующих потоки теплой жидкости или газа к более холодным частям и в обратном направлении от холодных жидкостей и газов к более горячим, и может быть использовано в системах отопления, вентиляции, в химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известен «Тепловой двигатель», а.с. №1539391, МКИ F03G 7/06, имеющий деформируемую оболочку из материала с термомеханической памятью.
Недостатком его является сложность и невозможность переноса тепла в жидкой или газообразной среде.
В качестве прототипа выбран «Способ теплопереноса в теплообменных системах», а.с. №1611913, МКИ С09К 5/00, заключающийся в принудительной перекачке насосом теплопередающей жидкости с одного теплообменника в другой.
Недостатком его является необходимость подвода энергии для работы насоса.
Целью изобретения является ускоренная передача тепла (холода) или жидкости (газа) из одного слоя в другой без подвода энергии на ее перемещение.
Указанная цель достигается тем, что в способе теплообмена в газовых и жидких средах, включающем перемещение теплоносителя к потребителю, с целью ускоренного переноса тепла или холода к потребителю, в жидкость или газ помещают капсулы с изменяющимся объемным весом от действия температур, которые теплую жидкость или газ сверху транспортируют вниз и выпускают, а внизу набирают более холодную жидкость и транспортируют вверх, причем капсулы выполнены в виде оболочки с теплоизоляцией, в которой имеется емкость, камера плавучести с подвижной перегородкой и ее температурный привод; в емкости имеются отверстия впуска-выпуска и клапан, запирающий жидкость или газ в емкости и приводимый в действие температурным приводом, выполненным в виде биметаллического материала; при этом для передачи тепла емкость заполняют теплопоглощающим материалом; в капсуле установлен магнит или термомагнитный материал, а на дне электромагнит, приводимый в действие током, получаемым от движения капсул с магнитами внутри токопроводящей спирали, расположенной вдоль движения капсул.
Теплоперенос производится при помощи капсул, имеющих камеру плавучести с подвижной перегородкой и ее температурный привод в виде биметаллического материала (стержня), теплопоглощающий материал или емкость для жидкости (газа) с отверстиями впуска-выпуска, которые запираются клапанами, приводимыми в действие от биметаллического стержня. Для удержания капсул на дне до полной теплоотдачи в них установлен магнит или термомагнитный материал, а на дне электромагнит, приводимый в действие током, получаемым от движения капсул с магнитами внутри токопроводящей спирали, расположенной вдоль движения капсул.
Способ заключается в переносе тепла из верхних теплых слоев в нижние, а холода из нижних слоев в верхние за счет изменения объемного веса капсул от температур.
На фиг.1 изображена схема осуществления способа по локальному переносу капсулами теплой жидкости в нижние холодные слои, 1-й вариант.
На фиг.2 изображена схема осуществления способа по переносу тепла капсулами по трубам, 2-ой вариант.
На фиг.3 - вид II на фиг.2, изображено устройство трубы и схема движения в ней капсул.
На фиг.4 - вид III на фиг.2, изображена схема движения капсул в нижней части труб.
На фиг.5 изображена схема осуществления способа по переносу тепла капсулами в большом объеме среды, 3-й вариант.
На фиг.6 - вид IV на фиг.2, вариант устройства капсулы, переносящей тепло.
На фиг.7 - вид I на фиг.1, вариант устройства капсулы, переносящей жидкость или газ.
На фиг.8 - вид V на фиг.5, вариант устройства капсулы с термомагнитным материалом, переносящей тепло.
Устройство представляет собой корпус 1, имеющий вверху и внизу отверстия 2, в корпус вмонтирована токопроводящая спираль 9, а внутрь помещены капсулы 3 двух вариантов. Первый вариант (для переноса тепла) представляет собой оболочку 10 сверху, закрытую теплоизоляцией 13. Внутри оболочки 10 прикреплены магнит 7 или термомагнитный материал, подвижная перегородка 5 и ее температурный привод 4 в виде биметаллического стержня, остальная часть оболочки 10 заполнена теплопоглощающим материалом 11, часть которого контактирует со средой. Второй вариант отличается тем, что в оболочке 10 образована емкость 14, имеющая отверстия 15, одно из которых закрывается клапаном 16 через тягу 17, связанную с биметаллическим стержнем.
Способ осуществляется следующим образом. В среду жидкости (газа) устанавливается корпус 1, имеющий отверстия 2, в котором помещены капсулы 3. В верхней части корпуса находится жидкость с более высокой температурой, под воздействием которой изгибается биметаллический стержень температурного привода 4 капсулы 3, перемещая подвижную перегородку 5, при этом уменьшается объем камеры плавучести 6, от этого объемный вес капсулы 3 увеличивается и она опускается на дно. По мере охлаждения (передачи тепла) биметаллический стержень возвращается в исходное положение, перемещая подвижную перегородку 5, объем камеры плавучести 6 увеличивается и соответственно уменьшается объемный вес капсулы 3, которая всплывает вверх. На дне капсула 3 удерживается до полной теплоотдачи за счет установки в капсуле 3 магнита или термомагнитного материала 7, изменяющего магнитные свойства от действия температур, а на дне электромагнит 8, ток для которого вырабатывается при движении капсул с магнитами внутри токопроводящей спирали 9.
Возможны три варианта теплообмена.
В первом варианте переносится среда (жидкость или газ) из нагретых слоев в более холодные, при этом происходит их перемешивание. В этом случае в капсуле 3 покрывают биметаллический стержень теплопоглощающим материалом 11. Образовавшуюся емкость 14 при помощи отверстий 15, проходящих через оболочку 10 и теплоизолирующий слой 13, соединяют с наружной средой. В одно из отверстий 15 устанавливают клапан 16, связанный при помощи тяги 17 с подвижной перегородкой 5. В верхнем теплом слое жидкость через отверстия 15 заполняет емкость 14. Теплопоглощающий материал 11 передает тепло биметаллическому стержню, который перемещает подвижную перегородку 5 и тягу 17 вместе с клапаном 16, закрывая отверстие 15. В результате уменьшения объема камеры плавучести 6 капсула 3 вместе с теплой жидкостью опускается на дно. На дне капсула 3 до полного охлаждения задерживается за счет притяжения магнита 7 к электромагниту 8, установленному на дне корпуса 1. Ток для электромагнита создается при движении капсул 3 вдоль стенки корпуса 1, в который вмонтирована токопроводящая спираль 9. При охлаждении биметаллический стержень, перемещаясь при помощи тяги 17 и клапана 16, открывает отверстия 15 и теплая жидкость вытесняется холодной. При дальнейшем перемещении биметаллического стержня увеличивается объем камеры плавучести 6 и капсула с холодной жидкостью поднимается наверх.
Во втором варианте переносится тепло по корпусу 1, изготовленному в виде труб. Для этого оболочка 10 капсулы 3 заполняется теплопоглощающим материалом 11, например парафином. В этом случае сначала через поверхность 12 нагревается теплопоглощающий материал 11, затем нагревается температурный привод 4, биметаллический стержень которого перемещает подвижную перегородку 5, уменьшая объем камеры плавучести 6. Для защиты биметаллического стержня от преждевременного охлаждения, оболочку капсулы 3 снаружи покрывают теплоизолирующим слоем 13. На дне капсула 3 до полного охлаждения задерживается за счет притяжения магнита 7 к электромагниту 8, установленному на дне корпуса 1. Электроэнергия для электромагнита создается при движении капсул 3 вдоль стенки труб корпуса 1, в которые вмонтирована токопроводящая спираль 9. Через поверхность 12 остывает теплопоглощающий материал 11, а затем биметаллический стержень, который, изгибаясь, возвращает подвижную перегородку 5 в исходное состояние, увеличивая объем камеры плавучести, при этом уменьшившийся объемный вес капсулы 3 позволяет ей всплыть наверх.
В третьем варианте разносится тепло капсулами 3 по большому объему за счет того, что теплоемкую оболочку 10 изготавливают, например, в виде линзы, а температурный привод 4 в виде биметаллического диска. Биметаллический диск и линза-оболочка 10 образуют камеру плавучести 6, на стенке которой прикрепляют термомагнитный материал 7. Биметаллический диск закрывается теплоизоляцией 13. В верхних теплых слоях жидкости оболочка 10 поглощает тепло, от него нагревается биметаллический диск закрытый снаружи теплоизоляцией 13, который, выгибаясь, уменьшает объем камеры плавучести 6. В этом положении биметаллический диск удерживается термомагнитным материалом 7. Благодаря своей форме капсула 3 совершает колебательные движения, передавая тепло большему объему жидкости. Вместе с оболочкой 10 капсулы 3 остывает и термомагнитный материал 7, его магнитные свойства уменьшаются, и биметаллический диск возвращается в исходное положение, при этом объем камеры плавучести 6 увеличивается и капсула всплывает вверх.
Предлагаемое изобретение позволит, используя внутреннее тепло, производить теплообмен между верхними и нижними слоями жидкости, а также получать электроэнергию.