Гидридная холодильная установка

 

Назначение: холодильная техника, сорбционные холодильные установки. Сущность изобретения: в состав установки включены генераторы-абсорберы 16, 17, заполненные TIGT2, поверхности 18, 19 нагрева которых подключены к трубопроводу 9 высокого давления, магистрали десорбции водорода через клапаны 25, 26 соединены с трубопроводом 12 низкого давления, а магистрали абсорбции водорода через клапаны 27, 28 - с трубопроводом 9. При этом отношение массы ABs, где А - один из редкоземельных элементов или их сплав, а В - один из металлов-катализаторов или их сплав, к массе TiGr2 составляет от 6,5 до 45,5. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5пs F 25 В 15/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4835556/06 (22) 07.06.90 (46) 07.09.92. Бюл. N 33 (71) Научно-производственный центр при

Николаевском кораблестроительном институте им. адм . С,О.Макарова

J (72) Б.Г.Тимошевский и С.1О.Беляков (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 1019188, кл, F 25 В 17/08, 1983.

2. Патент Нидерландов М 389667, кл. F 25 В 15/02, опублик. 1973. (54) ГИДР ИД НА Я ХОЛ ОД ИЛ Ь Н АЯ УСТАНОВКА (57) Назначение: холодильная техника, сорбционные холодильные установки. СущИзобретение относится к холодильной технике и может быть использовано при создании сорбционных холодильных установок, Известна абсорбционная холодильная установка, содержащая генератор-абсорбер, заполненный LaNI или TIFeH<. Водород поступает в первый генератор-абсорбер. где поглощает„„5U„„1760263 А1 ность изобретения: в состав установки включены генераторы-абсорберы 16, 17, заполненные TIGrz, поверхности 18, 19 нагрева которых подключены к трубопроводу 9 высокого давления, магистрали десорбции водорода через клапаны 25, 26 соединены с трубопроводом 12 низкого давления, а ма гистрали абсорбции водорода через клапаны 27, 28 — с трубопроводом 9. При этом отношение массы АВБ, где А — один из редкоземельных элементов или их сплав, а  — один из металлов-катализаторов или их сплав, к массе TIGr2 составляет от 6,5 до

45,5. 1 ил. ся а% А! или ZzNI. Охлажденный воздух поступает в холодильную камеру и охлаждает ее.

Достоинством установки я вля ется и ростота изготовления и эксплуатации. Недостатком является невозможность получения низких температур, так как температура охлаждения лимитирована давлением десорбции водорода из LBNI5Hx или TiFeHX, а также давлением абсорбции! айцА1 или ZzNI.

Известна холодильная установка, содержащая генераторы-абсорберы, заполненные смесью компонентов А и В в соотношении от 1:3 до 2:17, где А — кальций или один из редкоземельных элементов, à B — преимущественно никель, кобальт, попеременно переключаемые с десорбции водорода высокого давления на сорбцию водорода низкого давления, водяной и азотный охладители водорода, установленные

1760263

20

50 на трубопроводе высокого давления, теплообменники для охлаждения водорода высокого давления водородом низкогодавления и дроссельное устройство, разделяющее трубопроводы высокого и низкого давления (2).

Устройство работает следующим образом. Когда один из генераторов-абсорберов обогревается электроспиралыо, другой в зто время охлаждается водой. При десорбции водород охлаждается в водяном теплообменнике, в теплообменнике водорода низкого давления, жидким азотом в охладителе и окончательна в другом теплообменнике водорода. низкого давления. Затем, расширяясь в дроссельном устройстве, водород значительно понижает свою температуру и охлаждает необходимое оборудование..После этого водород адсорбируются вторым генератором-абсорбером.

Достоинством данной установки является возможность получения низких температур (до 25 К). Недостатком является низкая экономичность вследствие высоких затрат энергии на ожижение азота.

Целью изобретения является повышение экономичности установки при получении холода низких температур путем снижения энергозатрат на охлаждение водорода ниже температуры инверсии.

Цель достигается тем, что в состав установки включены генераторы-абсорберы, заполненные TIGrz. поверхности нагрева которых подключены к трубопроводу высокого давления, магистрали десорбции водорода соединены с трубопроводом низкого давления, а магистрали абсорбции водорода соединены с трубопроводом высокого давления. При этом отношение массы интерметаллида АВ5, где А — один из редкоземельных элементов или их сплавов, а В— один из металлов катализаторов или их сплавов, к массе TIGiz составляет 6,5 — 45,5.

Водород высокого давления, десорбируемый одним из генераторов-абсорберов с

АВ5, охладившись в водяном охладителе и теплообменнике водорода низкого давления, поступает в поверхность нагрева генератора-абсорбера с TIGrzHx, где происходит дальнейшее охлаждение водорода высокого давления за счет отбора от него теплоты десорбции водорода из гидрида TIGr2H .

Затем водород высокого давления, доохладившись во втором теплообменнике водорода низкого давления, поступает в дроссельное устройство, а затем к охлаждаемому объекту. Из охлаждаемого обьекта водород поступает через теплообменники водорода низкого давления во второй генератор-абсорбер с ABs, охлаждаемый водой, где и абсорбируется с образованием гидрида АВ5Нх. Водород, выделяемый TIGrqHx, также поступает в этот генератор-абсорбер через свою магистраль десорбции водорода.

Одновременно с этим часть водорода высокого давления после водяного охладителя отбирается в магистраль абсорбции водорода второго генератора-абсорбера с

TIGr, который при этом охлаждается водой, что приводит к образованию гидрида

TiGrzH<. Этим обеспечивается непрерывность процесса охлаждения водорода высокого давления.

Таким образом, в предлагаемой установке азотный охладитель, работающий при значительных затратах электроэнергии, заменен на гидридный, работающий более экономично. Расчеты показывают, что при этом энергозатраты могут быть снижены с

0,4 — 0,42 кВт на кВт холода до 0,32-0,36 кВт на кВт холода.

Отношение массы АВв к массе TIGr2 в интервале от 6,5 до 45,5 позволяет охладить водород высокого давления во всем диапазоне его температур перед генераторамиабсорберами. Если это значение более 45,5. то генераторы-абсорберы с Т!Ог2 могут не обеспечить необходимого охлаждения водорода высокого давления. Если это значение менее 6 5, то это не дает дополнительного эффекта, так как температура водорода высокого давления за генераторами-абсорберами с TIGrg ограничена давлением десорбции водорода из TIGrz u давлением его абсорбции АВ5, т.е. получить более низкую температуру все равно не удается, Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показал, что отличия характеризуются совокупностью следующих признаков: в состав установки включены генераторы-абсорберы, заполненные TIGrz, поверхности нагрева этих генераторов-абсорберов подключены к трубопроводу высокого давления установки; магистрали десорбции водорода этих генераторов-абсорберов соединены с трубопроводом низкого давления установки, а магистрали абсорбции водорода соединены с трубопроводом высокого давления установки; отношение массы АВв к массе Т! О гг составляет от 6,5 до

45,5, Поскольку данные признаки позволяют достичь положительный эффект, то они соответствуют критерию "существенные отличия".

В литературе не обнаружены холодильные установки, использующие пару интерметаллидов ABs и Т Ог2. Не обнаружено. также, отношение масс АВ и TIGrz в интер-

1760263

10

55 вале от 6,5 до 45,5. Известна установка, в которой охлаждение происходит эа счет процесса десорбции водорода из гидрида (см. например, авт, св. М 1019188), Однако по сравнению с ней предлагаемое техническое решение использует TIGrz, а только он позволяет получить положительный эффект.

Совершенно иным является подключение поверхности нагрева, магистралей абсорбции и десорбции генераторов-абсорберов с

Т!Ог2 к трубопроводам установки. Авторы же претендуют не на способ охлаждения за счет теплоты десорбции водорода, а на холодильную установку, содержащую совокупность элементов, представленных в формуле изобретения. Только совокупность этих элементов, а не они в отдельности позволят достичь положительный эффект, являющийся целью изобретения. Таким образом, вышеперечисленные признаки отвечают критерию "новизна", На чертеже представлена схема предлагаемой холодильной установки.

Холодильная установка содержит генераторы-абсорберы 1, 2, заполненные АВ, где А — один иэ редкоземельных металлов или их сплав, а  — один из металлов-катализаторов или их сплав, Генераторы-абсорберы имеют поверхности нагрева 3, 4 и охлаждения 5, 6. Линии десорбции через клапаны 7 и 8 соединены с трубопроводом

9 высокого давления, а линии абсорбции через клапаны 10, 11 соединены с трубопроводом 12 низкого давления. На трубопроводе 9 установлен водяной охладитель 13 и теплообменники 14, 15 водорода низкого давления. В состав установки входят генераторы-абсорберы 16, 17, заполненные

TiGrg, поверхности 18, 19 нагрева которых через клапаны 20, 21 подключены к трубопроводу 9 высокого давления, а через клапаныы 22, 23 к дроссельному устройству 24.

Магистрали десорбции водорода генераторов-абсорберов 16, 17 через клапаны 25, 26 соединены с трубопроводом 12 низкого давления, а магистрали абсорбции водорода через клапаны 27, 28 соединены с трубопроводом 9 высокого давления. В генераторахабсорберах 16, 17 расположены также поверхности 29. 30 охлаждения. Для слива жидкого водорода предусмотрен бак 31.

Установка работает следующим образом.

Включают источник нагрева генератора-абсорбера 1 и одновременно с этим в поверхность 6 охлаждения генератора-абсорбера 2 подают воду. Водород высокого давления через клапан 7 поступает в трубопровод 9 высокого давления. Охладившись в водяном охладителе 13 и теплообменнике 14 водорода низкого давления, он через клапан 20 поступает в поверхность 18 нагрева генератора-абсорбера

16, Здесь происходит дальнейшее охлаждение водорода высокого давления за счет отбора теплоты на десорбцию водорода иэ

TiGrzH, который через клапаны 25 и 11 поступает ь генератор-абсорбер 2. Водород высокого давления через клапан 22 поступает в теплообменник 15 водорода низкого давления, в дроссельное устройство 24, а затем в виде жидкости в бак 31 и к охлаждаемому оборудованию. Испарившийся в процессе охлаждения оборудования водород поступает в трубопровод 12 низкого давления, где проходит через вторые контуры теплообменников 15 и 14, охладив водород высокого давления, и абсорбируется в генераторе-абсорбере 2. Одновременно с этим часть водорода из трубопровода 9 высокого давления через клапан 28 подают в генератор-абсорбер 17, чере= охлаждаемую поверхность 29 которого прокачивают воду, После полной разрядки генератора-абсорбера 1 его включают от источника нагрева, а воду переключают в поверхность 5.

Включают источник нагрева генератора-абсорбера 2, Водород высокого давления через клапан 8 подают в трубопровод 9.

Водород, пройдя охладитель 13, теплообменник 14, клапан 21, поверхность 19 нагрева, клапан 23, теплообменник 15, ожижается в дроссельном устройстве 24. Десорбируемый TIGrzH, водород через клапаны 26 и 10 поступает в генератор-эбсорбер 1. Часть водорода высокого давления через клапан 27 поступает в генератор-абсорбер 16, который охлаждается при этом водой, прокачиваемой через поверхность 30, Таким образом, предлагаемая гидридная холодильная установка позволяет получить холод низкой температуры при меньших энергетических затратах, так кэк азотный охладитель заменен гидридным охладителем.

Формула изобретения

Гидридная холодильная установка, содержащая генераторы-адсорберы, заполненные гидридом ABg, где А — один из редкоземельных элементов или их сплавов, а  — один иэ металлов-катализаторов или их сплавов, которые подключены к источникам нагрева и охлаждения, теплообменные поверхности и дроссельное устройство, разделяющее трубопроводы высокого и низкогодавления,отл ича ю ща яся тем,что, с целью повышения экономичности при получении холода низких температур, установка дополнительно содержит генераторы-адсорберы, заполненные гид1760263

Составитель Б.Тимошевский

Редактор Л.Волкова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л.Лукач

Заказ 3174 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 ридом большего равновесного давления типа TiGr2, поверхности нагрева которых подключены к трубопроводу высокого давления, а магистрали десорбции водорода соединены с трубопроводом низкого давления, а магистрали абсорбции водорода соединены с трубопроводом высокого давления.