COMPRESSING AIR IN A TANK PARTIALLY FILLED FROZEN WATER AND ITS USE TO DRAIN WATER FROM SOLAR COLLECTORS

Authors

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.3.2022.271983

Keywords:

freezing of water in the tank, creation of a moving ice surface, compression of air by ice, use of compressed air to drain water from solar collectors in frost.

Abstract

The use of the effect of increasing the volume of ice when freezing water to compress the air in a tank partially filled with water is considered. The aim of the study is to create conditions for the movement of the ice surface and determine the final air pressure after freezing water. A method of air compression has been developed and theoretical and experimental studies of the final air pressure have been performed. Experimental tests of a patented method of air compression with the provision of a movable ice surface by applying thermal insulation to the air chamber at the top of the tank were carried out. For this purpose, two air compressors of different sizes are made using cold air and a mixture of ice and salt.  Obtained excess air pressures from 0.3 to 0.5 bar. The thermodynamic analysis of the process is carried out. The equation for determining the pressure at complete freezing of water, with a constant cross-section of the air compressor is obtained. Compression calculations are close to experimental data. Studies have shown the real technical possibility of air compression when water freezes in a rigid sealed tank and its use for automatic drainage of water from solar panels at the onset of frost. 1. The proposed and experimentally investigated method of ensuring the movement of the ice surface relative to the walls of the tank when compression of the air in the tank, by thermal insulation of the airspace.  Obtained thermodynamic analysis of the equation for the final pressure of the air compressed by ice. When using a tank with a constant horizontal section, the final pressure does not depend on the area of ​​the cross section and increases with increasing water level. The experiments on two installations showed that excess pressure reaches 0.3 - 0.5 bar. Freezing water tank is proposed to be used as a temperature sensor, and compressed air can drive a direct action valve. Calculations of water freezing time for compression of the air showed its significant reduction with the growth of the tank coefficient.

References

D.E. Sukhin, M.V. Mostovov, “Device for obtaining mechanical energy,” (in Russian), RU Patent Utility Model 2105192, Febr. 20, 1998.

Chaplin M. Water Structure and Behavior. South Bank University, London. 2008. – P. 181-182.

Ignatov I., Mosin O.V., Velikov B., Mathematical models describing the structure of water. Institute of Public Administration, Law and Innovative Technologies // Scientific. 2013. № 3. – P. 125- 126.

Beall P.T. States of water in biological systems. – Cryobiology, 1983, v.20, Nr. 3, p. 324 – 334

Water – a Comprehensive Treatise, v.1. The Physics and Chemistry of Water. Ed. F. Franks. New York – London, Plenum Press, 1972. Р. 77-78.

Masimov E.A., WATER. The state and role of water in biological systems. Water in nature. 2018. - P. 62-63.

I. Pukhovyi, Freezing of water in cylindrical plastic containers and the heat flow obtained to heat the air by the heat of crystallization // Renewable energy. 2007. - №4. - P. 43-46.

I. Pukhovyi, “Method of compressing air in tanks and preventing their destruction during freezing of water and aqueous solutions,” (in Ukraine), Ukraine Patent Utility Model 101397, Sept. 10, 2015.

Downloads

Published

2023-03-09

Issue

No. 3 (2022): 69

Section

MONITORING, DIAGNOSTICS AND MANAGEMENT BY ENERGY PROCESSES AND EQUIPMENT

License

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  1. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  1. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).