Металогідридний тепловий насос періодичної дії

Металопдридний тепловий насос періодичної дії, що містить заповнені однаковим металопдридом та обладнані теплообмінниками два генератори-сорбери низького і високого тиску, у з'єднувальній газовій магістралі яких установлений перетворювач тиску у вигляді двокамерної ємності з камерами різних діаметрів та рівних об'ємів, який відрізняється тим, що камера більшого діаметра з'єднана трубопроводом з додатковою камерою, котра містить рухомий поршень ті з камерами різновеликих діаметрів та рівних об'ємів У тепловому насосі прототипу регулювання температурного рівня теплоти фазового переходу в процесі десорбції, а отже температури високотемпературного теплоносія можливо шляхом регулювання тиску водню, що нагнітається, яке здійснюють або зміною режиму роботи компресора, або перепуском частини стисненого водню в магістраль низького тиску Перший варіант вимагає зміни режиму роботи компресора У другому варіанті система перепуску ускладнює конструкцію компресора і знижує ефективність роботи системи внаслідок непродуктивних енерговитрат, зумовлених перепуском водню В основу винаходу поставлена задача створення металопдридного теплового насоса періодичної дм, у якому зміну температури високотемпературного теплоносія здійснюють шляхом зміни об'ємів робочого тіла (рідини), циркулюючого у теплосистемі, за рахунок чого досягнуто підвищення експлуатаційної надійності без додаткових витрат електроенергії Поставлена задача досягається тим, що в металопдридному тепловому насосі періодичної дії, що містить заповнені однаковим металопдридом та обладнані теплообмінниками два генераторисорбери низького і високого тиску, у єднальній газовій магістралі яких установлено перетворювач тиску у вигляді двокамерної ємності з камерами різновеликих діаметрів та рівних об'ємів, згідно винаходу, камера більшого діаметра з'єднана трубопроводом з додатковою камерою, котра містить О 00 (О 62180 рухомий поршень Камера більшого діаметра з'єднана трубопроводом з додатковою камерою, що містить рухомий поршень, для здійснення регулювання температурного режиму системи за рахунок зміни КІЛЬКОСТІ рідини в камері більшого діаметра шляхом механічної дії на рухомий поршень в додатковій камері, що дозволяє підвищити експлуатаційні характеристики пристрою без додаткових енерговитрат На фіг 1 зображено графік рівновісних сорбційних характеристик металопдридів, що визначають цикли роботи теплових насосів для аналога точками 1-2-3-4-1, прототипу та пристрою, що пропонується, точками — 1-2-31-2-1, на фіг 2 схематично зображено металогідриднии тепловий насос періодичної дії, що пропонується Металогідриднии тепловий насос періодичної дії (фіг 2) містить заповнені металопдридом, наприклад LaNisHx, два генератори-сорбери, для яких (по призначенню використання в робочому процесі насоса) умовно прийняті позначення генератор-сорбер 1 низького тиску і генераторсорбер 2 високого тиску Генератори-сорбери 1 і 2 для підведення до металопдриду та відбирання від нього тепла, обладнані розміщеними всередині металопдриду теплообмінниками 3 і 4 Газова магістраль насосу, що з'єднує генератори-сорбери 1 і 2, розділена і містить встановлений в ній перетворювач тиску Перетворювач тиску виконаний в вигляді двокамерної ємності, сполучені між собою камери якої з'єднані з генераторами-сорберами низького 1 і високого 2 тисків, виконані, ВІДПОВІДНО (по приналежності до генераторів-сорберів), з більшим 5 і меншим 6 поперечними перерізами Однойменні торці камер низького 5 і високого 6 тиску, повернуті до генератора-сорбера 1 низького тиску, перекриті по всій площі поперечного перерізу еластичними водненепроникними мембранами, ВІДПОВІДНО, 7 і 8 Простір між еластичними водненепроникними мембранами 7 і 8 заповнено рідиною, наприклад водою Теплообмінник 3 за допомогою вентиля 11 сполучений з джерелом низькотемпературного теплоносія 10, вентилями 12 і 13 - з магістраллю зливу теплоносія, а вентилем 1 4 - з джерелом середньотемпературного теплоносія 15 Теплообмінник 4 сполучений вентилем 16 з джерелом 15, вентилем 1 7 - з приймальником високотемпературного теплоносія 18, а вентилем 1 9 - з магістраллю зливу теплоносія Камера більшого діаметра 5 перетворювача тиску сполучена трубопроводом 20 з додатковою камерою 2 1 , в якій розміщений рухомий поршень 22 Теоретичний цикл теплового насоса, що пропонується, зображено на фіг 1 прямою ЛІНІЄЮ, ЩО проходить через 1, 2 і 3 Принцип роботи пристрою полягає в такому У вихідному стані металопдрид генератора-сорбера 1, охолоджений низькотемпературним теплоносієм і насичений воднем Температура останнього складає Т н , тиск водню Ро, а сорбційний стан визначається точкою 1 на фіг 1 Мембрана 7 знаходиться у крайньому лівому положенні Металопдрид генератора-сорбера 2 розігріто серед ньотемпературним теплоносієм, водень з нього десорбовано, а його сорбційний стан характеризується т 2 з температурою Т с р та тиском водню Рі При цьому воднем заповнено генератор-сорбер 2 і камеру 6 Еластична мембрана 8 розміщена у крайньому лівому положенні Камера 5 перетворювача тиску заповнена рідиною 9 В момент, коли подача теплоносіїв по теплообмінниках 3 і 4 припинена, всі вентилі знаходяться в закритому стані На початку робочого циклу у теплообміннику 3 генератора-сорбера 1 через вентиль 14 від джерела 15 подається середньотемпературний теплоносій, і відбувається процес десорбції водню Сорбційний стан металопдриду, в результаті десорбції, з т 1 переходить в т 2 (фиг 1), при якому тиск водню встановлюється на рівні Рі і температура - Т с р Водень під тиском Рі нагнітається у камеру 5, витискуючи за допомогою мембрани 7 рідину 9 в камеру 6 При цьому, за мембраною 8 відбувається стиснення водню в D/d раз до тиску Рг Оскільки температура Т с р нижче рівновісної тиску Рг, то водень сорбується металопдридом генератора-сорбера 2 Стан металопдриду характеризується тепер точкою З 1 Процес сорбції відбувається з виділенням теплоти фазового переходу на температурному рівні Т в Теплота відбирається теплоносієм, який через вентиль 16 подається з джерела 15 середньотемпературного теплоносія в теплообмінник 4, а після цього через вентиль 1 7 - у приймальник 18 високотемпературного теплоносія Таким чином здійснюється процес отримання теплоти з температурою І в ** І ер ** І н При геометричних параметрах камер 5 і 6, розрахованих згідно з формулою l - v ер D -1 TiDd де v c p - обсяг внутрішнього, незаповненого металопдридом простору генератора-сорбера, D, d - більший і менший діаметри камер, ВІДПОВІДНО, низького і високого тиску, І_і, І_2 - довжини камер, ВІДПОВІДНО, НИЗЬКОГО І високого тиску, підвищення тиску водню і температури теплоносія з використанням двокамерного пристрою буде задовольняти співвідношенню Р? D — тиск у камері 5, а Рг — утворе—- = — де Р1 d ний тиск у камері 6 при заповненні рідиною Для створення умов зміни температурного режиму системи, необхідно цілеспрямовано зменшити КІЛЬКІСТЬ рідини в камері 5, в результаті чого після перетікання її в камеру 6, в останній залишається вільний від рідини простір і водень буде "недотиснутий" до граничної (максимальної) величини Тому генератор-сорбер 2 буде сорбувати водень при зниженому тиску В свою чергу, при цьому температурний рівень теплоти, що виділяється, фазового переходу, і, отже, температура високотемпературного теплоносія також будуть нижче гранично досяжної при нормальній КІЛЬКОСТІ рідини Таким чином, переміщуючи частину рідини виконавчим механізмом за допомогою поршню 22 з камери 5 в камеру 20 і назад, можна регулювати температуру високотемпературного теплоносія Нехай, наприклад, при розрахунковому режимі роботи двокамерного пристрою і, отже, повному заповненні камери 6 рідиною досягається тиск водню 4,0МПа Якщо в генераторах-сорберах 1 і 2 міститься інтерметалід LaNi5, то при сорбції водню в генераторі-сорбері 2 буде виділятися теплота на температурному рівні Тг=385К При 25% відборі рідини з камери 5 в камеру 20 в робочому процесі камера 6 також буде не заповнюватися на 25%, що приведе до стиснення водню до З.ОМПа (об'ємом VCB нехтуємо, зважаючи на його замалість) У ВІДПОВІДНОСТІ з діаграмою стану для LaNi5 "тиск рівновісна температура" температурний рівень при 62180 сорбції теплоти, що виділяється, складе 374К Якщо КІЛЬКІСТЬ рідини зменшити тільки на 50%, ця температура буде складати 360К Таким чином за допомогою додаткової камери можна здійснювати регулювання температури високотемпературного теплоносія Таким чином, в технічному рішенні, що пропонується, зміна температурного режиму може бути досягнута без використання дорогої перекачувальної апаратури і з мінімальними енерговитратами їг, 1 Комп'ютерна верстка Н Кураєва Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119