Устройство для реализации адсорбционного цикла повышения температурного потенциала источника теплоты



Устройство для реализации адсорбционного цикла повышения температурного потенциала источника теплоты
Устройство для реализации адсорбционного цикла повышения температурного потенциала источника теплоты

 


Владельцы патента RU 2626525:

Общество с ограниченной ответственностью "Унискан-Ризерч" (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области энергетики и направлено на энергосбережение путем рационального использования возобновляемых источников тепла и естественного перепада температуры в окружающей среде. Устройство для реализации адсорбционного цикла повышения температурного потенциала возобновляемого источника теплоты включает адсорбер, теплообменник, находящийся в контакте с гранулами адсорбента, вакуумный кран, емкость с жидким хладагентом и теплообменник, частично погруженный в жидкий хладагент. Емкость с жидким хладагентом и теплообменником является конденсатором и испарителем. В качестве адсорбента используют композитный адсорбент паров метанола, представляющий собой пористую матрицу, выбранную из ряда: силикагель, оксид алюминия, вермикулит, поры которой содержат галогенид или нитрат металлов из ряда: кальций, магний, литий, никель или кобальт в количестве не менее 17 мас.%, в качестве хладагента-адсорбтива используют спирты. Технический результат заключается в повышении температурного потенциала возобновляемого источника теплоты в замкнутом адсорбционном цикле. 3.з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики и направлено на энергосбережение путем рационального использования возобновляемых источников тепла и естественного перепада температуры в окружающей среде.

Рациональное использование теплоты возобновляемых источников энергии, таких как грунтовые воды, промышленные стоки, незамерзающие водоемы и т.д., открывает существенный потенциал для энергосбережения. Основной сложностью использования таких источников является их относительно низкий температурный потенциал, не позволяющий напрямую применять эти источник теплоты, например, для обогрева помещений, полов, воды и т.д. Таким образом, актуальной является техническая задача повышения температурного потенциала возобновляемых источников теплоты.

Известно устройство для отопления помещения, использующее в качестве источника теплоты грунтовые воды (RU 2529850, F24J 3/08, 10.10.2014). Устройство включает теплообменник, сопряженный с тепловым насосом, грунтовый теплообменник, установленный в геотермальной скважине, и трубопроводы.

Известно схожее с предыдущим устройство для обеспечения теплом жилых и производственных помещений и для использования полученного тепла для выработки небольшого объема электроэнергии для освещения помещения и работы маломощных потребителей электрического тока (RU 2456512, F24D 11/02, 20.07.2012). Оно состоит из грунтового контура, наружной трубы с заглушенным нижним концом и внутренней трубы с открытым нижним концом, по которым принудительно от насоса циркулирует теплоноситель, поступающий в бойлер для теплообмена с испарительной частью теплового насоса со вторичным теплоносителем, компрессором, теплообменником-конденсатором, и термогенераторов электрического тока. Оба устройства в качестве источника теплоты используют тепло грунтовых вод, а для повышения температурного потенциала этого источника теплоты - компрессионный тепловой насос с фреоном.

Известно, что фреон относится к веществам, оказывающим неблагоприятное влияние на окружающую среду. Известно, что к безопасным для окружающей среды хладагентам относятся вода и спирты. К устройствам, в которых применяются такие хладагенты, относятся абсорбционные и адсорбционные тепловые насосы.

В абсорбционных тепловых насосах высокотемпературный источник теплоты, так называемой высокопотенциальной теплоты, и низкотемпературный источник теплоты, так называемой низкопотенциальной теплоты, передает теплоту к тепловому насосу, который затем передает (или эжектирует) сумму подводимой теплоты от обоих источников при промежуточной температуре. Преобразование теплоты происходит при последовательном поглощении (абсорбции) паров хладагента раствором неорганической соли и их выделении (десорбции), а также испарении и конденсации паров хладагента в испарителе и конденсаторе.

Известен абсорбционный тепловой насос (RU 2164325, F25B 15/06, 20.03.2001), который содержит парогенератор, конденсатор, испаритель и абсорбер, соединенные между собой. К недостаткам этого и других типов абсорбционных тепловых насосов относится наличие движущихся частей, коррозионная активность рабочей жидкости и сложность конструкции.

Упомянутых недостатков лишены адсорбционные тепловые насосы. Принцип их действия аналогичен принципу действия абсорбционных тепловых насосов с той разницей, что поглощение паров хладагента происходит на твердом поглотителе-адсорбенте.

Ближайшим аналогом является адсорбционный тепловой насос (US 7497089, B01J 29/06, 03.03.2009), содержащий адсорбат (хладагент), испаритель, конденсатор и адсорбционно-десорбционную часть с адсорбентом. В качестве адсорбата (хладагента) используют пары воды, а в качестве адсорбента - алюмофосфат SAPO-34. Рабочий цикл адсорбционного теплового состоит в том, что адсорбент, находящийся при температуре 40-45°С, поглощает пары воды, и при этом происходит выделение теплоты. Испарение воды происходит в испарителе при температуре 5-10°С. Таким образом, происходит трансформация теплоты с низким температурным потенциалом в тепло с более высоким температурным потенциалом. Для регенерации адсорбента его нагревают до высокой температуры, наиболее предпочтительно до 60-95°С.

Недостатком является необходимость использования источника теплоты с более высоким температурным потенциалом, чем производимая насосом теплота, для приведения рабочего цикла.

Изобретение решает задачу реализации адсорбционного цикла повышения температурного потенциала возобновляемого источника теплоты с использованием естественной разницы температур в окружающей среде.

Задача решается устройством для реализации адсорбционного цикла повышения температурного потенциала возобновляемого источника теплоты, характеризующимся тем, что оно включает адсорбер, теплообменник, который находится в контакте с гранулами адсорбента, вакуумный кран, емкость с жидким хладагентом и теплообменник, погруженный в жидкий хладагент предпочтительно до середины свой высоты. Емкость с жидким хладагентом и теплообменником является конденсатором и испарителем. Через теплообменники циркулирует теплоноситель, поток которого организован через замкнутый контур, образованный соединительными элементами, клапанами, жидкостными помпами и баками-накопителями.

Сущность изобретения иллюстрируется следующим описанием, примерами и иллюстрациями.

Принципиальная схема устройства для реализации адсорбционного цикла повышения температурного потенциала возобновляемого источника теплоты приведена на чертеже.

В таблице приведена рабочая циклограмма устройства.

Предложено устройство, реализующее замкнутый адсорбционный цикл повышения температурного потенциала, использующее возобновляемый источник тепла и естественный перепад температуры в окружающей среде. Регенерацию адсорбента проводят путем его нагрева от возобновляемого источника тепла, а конденсатор при этом охлаждают до температуры окружающей среды. Температура окружающей среды составляет -50-5°С, преимущественно -25-15°С. Температура возобновляемого источника теплоты составляет 0-35°С, преимущественно 4-20°С. Повышение температурного потенциала происходит на стадии адсорбции, когда испаритель нагревают при помощи возобновляемого источника теплоты и испаряют хладагент, который затем адсорбируется на адсорбенте, в результате чего происходит выделение тепла и разогрев адсорбента.

Устройство (см. чертеж) для реализации предложенного цикла состоит из адсорбера (1), теплообменника (2), который находится в контакте с гранулами адсорбента (3), вакуумного крана (4), емкости (5) с хладагентом (6) и теплообменником (7), погруженным в хладагент. Теплообменник расположен в емкости с жидким хладагентом таким образом, чтобы его поверхность контактировала и с жидкой, и с паровой фазами хладагента. Наиболее предпочтительно, чтобы уровень хладагента достигал середины высоты теплообменника. Емкость с жидким хладагентом и теплообменником является конденсатором и испарителем.

Через теплообменники циркулирует теплоноситель, поток которого организован через замкнутый контур, образованный соединительными трубами, клапанами (8-15), жидкостными помпами (16-18) и баками-накопителями (19-21). Баки-накопители аккумулируют теплоноситель с различной температурой: окружающей среды (19), возобновляемого источника тепла (20), с повышенным температурным потенциалом (21). Особенностью конструкции устройства является то, что контур теплоносителя является единым для потоков с различной температурой, а их разделение по времени и направлению осуществляется за счет переключения клапанов (8-15) и помп (16-18) согласно циклограмме (см. таблицу).

Результатом является достижение последовательного нагрева/охлаждения емкости с хладагентом и нагрева/саморазогрева адсорбера, т.е. достигается технический результат повышения температурного потенциала возобновляемого источника теплоты в замкнутом адсорбционном цикле.

Пример 1

В устройство загружают 500 г адсорбента метанола (Пат РФ 2294796, B01J 20/02, 10.03.2007), представляющего собой пористую матрицу, выбранную из ряда: силикагель, оксид алюминия, вермикулит, поры которой содержат галогенид или нитрат металлов из ряда: кальций, магний, литий, никель или кобальт в количестве не менее 17 мас.%, в емкость для хладагента загружают 2 кг метанола, бак-накопитель 19 поддерживают при температуре окружающей среды -20°С, бак-накопитель 20 приводят в тепловой контакт с источником возобновляемого тепла (сток воды) при температуре 20°С, бак-накопитель 21 теплоизолируют. Теплообменник (7) в емкости расположен таким образом, что уровень жидкого хладагента достигает середины высоты теплообменника.

Согласно циклограмме осуществляют переключение режимов работы устройства в последовательности: «охлаждение», «регенерация», «нагрев» и «адсорбция» и т.д. Температура теплоносителя в баке накопителе 21 повышается и в течение суток достигает 34°С.

Пример 2

Аналогично примеру 1, теплообменник в емкости располагали выше уровня жидкого хладагента. На стадиях 2 и 5 циклограммы не происходило полного нагрева хладагента в емкости, а на стадиях 3 и 4 не происходило его полного охлаждения. Температура теплоносителя в баке-накопителе 21 возрастала несущественно.

Пример 3

Аналогично примеру 1, теплообменник в емкости располагали ниже уровня жидкого хладагента. На стадии 4 не происходило полной конденсации хладагента, температура теплоносителя в баке-накопителе 21 возрастала несущественно.

Пример показывает, что изобретение решает техническую задачу реализации адсорбционного цикла повышения температурного потенциала источника энергии путем использования естественного перепада температур в окружающей среде.

. Обозначения: V0 - кран вакуумный (поз. 4), v1-v8 - клапаны (поз. 8-15), М1-М3 - помпы (поз. 19-21), X - закрыт/выключен, + - открыт/включен.

1. Устройство для реализации адсорбционного цикла повышения температурного потенциала возобновляемого источника теплоты, характеризующееся тем, что включает адсорбер, теплообменник, который находится в контакте с гранулами адсорбента, вакуумный кран, емкость с жидким хладагентом и теплообменник, частично погруженный в жидкий хладагент, при этом в качестве адсорбента используют композитный адсорбент паров метанола, представляющий собой пористую матрицу, выбранную из ряда: силикагель, оксид алюминия, вермикулит, поры которой содержат галогенид или нитрат металлов из ряда: кальций, магний, литий, никель или кобальт в количестве не менее 17 мас.%, в качестве хладагента-адсорбтива используют спирты.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что теплообменник погружен в жидкий хладагент предпочтительно до середины свой высоты.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что емкость с жидким хладагентом и теплообменником является конденсатором и испарителем.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что через теплообменники циркулирует теплоноситель, поток которого организован через замкнутый контур, образованный соединительными элементами, клапанами, жидкостными помпами и баками-накопителями.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам сжатия рабочей жидкости, используемым для переноса теплоты от теплоносителя с более низкой (Е) температурой к теплоносителю с более высокой температурой (Al), и может быть использовано в тепловом насосе.

Изобретение относится к области энергетики и направлено на энергосбережение путем рационального использования возобновляемых источников тепла и естественного перепада температуры в окружающей среде.

Изобретение относится к тепловому насосу адсорбционного типа. Тепловой насос включает множество полых элементов, имеющих адсорбент.

Способ преобразования тепловой энергии в электричество, теплоту повышенного потенциала и холод включает следующие этапы. Выпаривают хладагент из крепкого раствора.

Изобретение относится к области энергетики и направлено на энергосбережение путем рационального использования возобновляемых источников тепла и естественного перепада температуры в окружающей среде.

Изобретение относится к тепловому насосу адсорбционного типа. Тепловой насос включает множество полых элементов, имеющих адсорбент.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к солнечным сорбционным холодильным установкам периодического действия для хранения, замораживания и охлаждения продуктов питания, получения льда в районах с жарким климатом.

Изобретение относится к способу охлаждения продукта и устройству для его осуществления, которые могут быть применены, в частности, для сжижения природного газа. .

Изобретение относится к самоохлаждающейся упаковке для напитков, содержащей первую полость, которая содержит предназначенный для охлаждения напиток; вторую полость, которая образует теплообменник и которая содержит жидкий хладагент и его пары; третью полость, которая содержит средство перекачивания путем адсорбции указанных паров и средство сообщения между второй полостью и третьей полостью.
Изобретение относится к сорбционной технике, а именно к сорбентам паров метанола, и может быть использовано в адсорбционных холодильных машинах и тепловых насосах.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к аппаратам солнечных сорбционных холодильных установок периодического действия. .

Изобретение относится к способам совместного использования солнечной энергии для системы горячего водоснабжения, солнечной и петротермальной энергии с помощью абсорбционного теплового насоса и инверторного парокомпрессорного теплового насоса для систем кондиционирования воздуха в теплый период и отопления в холодный период.

Изобретение относится к области превращения геотермальной энергии в электрическую энергию, когда источником тепловой энергии являются постмагматические тепловые поля.

Изобретение относится к коаксиальному геотермальному зонду и способу его монтажа под землей, а также к способу эксплуатации геотермального зонда. Коаксиальный геотермальный зонд содержит центральную колонковую трубу (11) и выполненную с возможностью расширения трубчатую оболочку, которая ограничивает кольцевой зазор (15), проходящий от колонковой трубы наружу, причем колонковая труба (11) и кольцевой зазор (15) выполнены с обеспечением протекания по ним текучей среды-теплоносителя.
Наверх