Спосіб нагрівання і охолодження рідини в адсорбційному перетворювачі теплоти

Реферат: Винахід належить до теплоенергетики, зокрема до процесів паротворення теплової енергії одного температурного потенціалу в енергію іншого температурного потенціалу, і призначається для отримання холоду або тепла, або того та іншого. Спосіб нагрівання і охолодження рідини в адсорбційному перетворювачі теплоти включає стадію регенерації адсорбенту в адсорбційно-десорбційному реакторі шляхом нагрівання адсорбенту і десорбції з нього парів холодоагенту з одночасною конденсацією десорбованих парів і накопиченням рідкого холодоагенту у випарнику, а також стадію отримання холоду шляхом випаровування накопиченого у випарнику рідкого холодоагенту з одночасною сорбцією регенерованим адсорбентом парів, що утворюються при випаровуванні холодоагенту. На стадії регенерації адсорбенту випарник занурюють у рідину, яку необхідно нагріти, а на стадії отримання холоду випарник занурюють у рідину, яку необхідно охолодити, при цьому теплота, що виділяється при конденсації парів, а також теплота сорбції, що виділяється при поглинанні адсорбентом парів холодоагенту, спрямовується на нагрівання рідини. Досягається забезпечення одночасного отримання тепла і холоду і, як наслідок, підвищення енергетичної ефективності процесу перетворення теплоти. UA 105156 C2 (12) UA 105156 C2 UA 105156 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до теплоенергетики, зокрема до процесів перетворення теплової енергії одного температурного потенціалу в енергію іншого температурного потенціалу, і призначається для отримання холоду або тепла, або того та іншого. Прототипом є спосіб охолодження рідини за допомогою сонячного адсорбційного перетворювача теплоти (М. Li, C.J. Sun, R.Z. Wang, W.D. Cai. Development of no valve solar ice maker. Applied Thermal Engineering. 24 (2004) P. 865-872). Згідно з відомим способом, робота адсорбційного перетворювача теплоти здійснюється в два етапи - регенерація адсорбенту і виробництво холоду, які полягають у наступному. На етапі регенерації адсорбент в адсорбційно-десорбційному реакторі нагрівається теплом сонячного випромінювання і парціальний тиск парів холодоагенту в ньому зростає, при цьому з адсорбенту десорбуються пари холодоагенту, конденсуються в конденсаторі з одночасним відведенням теплоти конденсації в навколишнє середовище, а утворений рідкий холодоагент накопичується в об'ємному випарнику. На етапі виробництва холоду адсорбент в адсорбційно-десорбційному реакторі охолоджується за рахунок теплообміну з навколишнім середовищем і тиск парів холодоагенту над ним знижується, при цьому холодоагент починає кипіти у випарнику і охолоджує воду в теплоізольованій ємності, а пари холодоагенту, що утворюються при кипінні, надходять в адсорбційно-десорбційний реактор і поглинаються адсорбентом з одночасним відведенням теплоти сорбції в навколишнє середовище. Цей відомий спосіб має ряд суттєвих недоліків: 1. Низька енергетична ефективність внаслідок того, що теплота конденсації парів холодоагенту, а також теплота сорбції, що виділяється при поглинанні парів холодоагенту адсорбентом, не використовується корисно і викидаються в навколишнє середовище. 2. Недостатня експлуатаційна надійність і обмежені функціональні можливості, оскільки при відведенні теплоти сорбції і конденсації в навколишнє середовище, інтенсивність цих процесів залежить від температурних параметрів атмосферного повітря, що не забезпечує стабільний режим роботи адсорбційного агрегату і не дозволяє керувати процесом отримання холоду. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу нагрівання і охолодження рідини в адсорбційному перетворювачі теплоти шляхом того, що на стадії регенерації адсорбенту випарник занурюють у рідину, яку необхідно нагріти, а на стадії отримання холоду випарник занурюють у рідину, яку необхідно охолодити, при цьому теплота, що виділяється при конденсації десорбованих парів холодоагенту, а також теплота сорбції, що виділяється при поглинанні адсорбентом парів холодоагенту, спрямовується на нагрівання рідини, що забезпечить одночасне отримання тепла і холоду і, як наслідок, підвищить енергетичну ефективність процесу перетворення теплоти. Поставлена технічна задача вирішується тим, що в способі нагрівання і охолодження рідини в адсорбційному перетворювачі теплоти, який включає стадію регенерації адсорбенту в адсорбційно-десорбційному реакторі шляхом нагрівання адсорбенту і десорбції з нього парів холодоагенту з одночасною конденсацією десорбованих парів і накопиченням рідкого холодоагенту у випарнику, а також стадію отримання холоду шляхом випаровування накопиченого у випарнику рідкого холодоагенту з одночасною сорбцією регенерованим адсорбентом парів, що утворюються при випаровуванні холодоагенту, згідно з винаходом, на стадії регенерації адсорбенту випарник занурюють у рідину, яку необхідно нагріти, при цьому конденсація парів холодоагенту здійснюється у внутрішньому просторі випарника з відведенням теплоти конденсації до цієї рідини, а на стадії отримання холоду випарник занурюють у рідину, яку необхідно охолодити, одночасно теплота сорбції, що виділяється в адсорбційнодесорбційному реакторі при поглинанні адсорбентом парів холодоагенту, використовується для нагрівання рідини. У пропонованому способі процес конденсації проводять у внутрішньому просторі випарника, що дозволяє виключити зі схеми установки повітряний конденсатор і значно знизити її матеріалоємність. Теплота конденсації, яка передається рідині, що знаходиться в ємності, в яку занурений випарник, дозволяє інтенсифікувати процес конденсації і отримувати нагрітий теплоносій, наприклад теплу воду для побутових потреб. Управління процесом підведення і відведення парів холодоагенту у випарник за допомогою запірного вентиля дозволяє після проведення регенерації адсорбенту перекрити надходження пари холодоагенту з випарника в адсорбційно-десорбційний реактор, а потім здійснити процес вироблення холоду в будь-який необхідний час. Такий спосіб роботи адсорбційного перетворювача теплоти перспективно використовувати, наприклад, для охолодження молока в умовах ферм, віддалених від джерел централізованого енергопостачання. Для цього випарник адсорбційного агрегата з регенерованим адсорбентом занурюють у бідон з молоком і 1 UA 105156 C2 5 10 15 20 відкривають запірний вентиль. Починається процес інтенсивного вироблення холоду, так як фізико-хімічний потенціал сорбенту максимальний. Весь цей холод витрачається на охолодження молока. Таким чином можна здійснювати швидке охолодження молока після доїння і одночасно отримувати гарячу воду для миття бідонів та інших технологічних потреб. Спосіб нагрівання і охолодження рідини в адсорбційному перетворювачі теплоти здійснюється наступним чином. 1. Стадія регенерації адсорбенту. Ємність заповнюють рідиною, яку необхідно нагріти, встановлюють у ємність випарник і відкривають запірний вентиль. Після цього в гідравлічний контур 3 подають грійний теплоносій. При цьому адсорбент, що знаходиться в адсорбційнодесорбційному реакторі 1 нагрівається за рахунок теплообміну з грійним теплоносієм і з нього виділяються пари холодоагенту, які через запірний вентиль 4 надходять у випарник і конденсуються в ньому, а теплота конденсації холодоагенту йде на нагрівання рідини в ємності. Після завершення регенерації адсорбенту припиняють подачу грійного теплоносія в гідравлічний контур і закривають запірний вентиль. 2. Стадія вироблення холоду. Ємність заповнюють рідиною, яку необхідно охолодити і встановлюють у ємність випарник. Після чого в гідравлічний контур подають рідину, яку необхідно нагріти і відкривають запірний вентиль. При цьому регенерований адсорбент починає інтенсивно поглинати пари холодоагенту з випарника і теплота сорбції, яка виділяється при поглинанні адсорбентом парів холодоагента, відводиться рідиною, що циркулює в гідравлічному контурі. Одночасно сконденсований холодоагент кипить у випарнику, відбираючи теплоту від охолоджуваної рідини в ємності. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 Спосіб нагрівання і охолодження рідини в адсорбційному перетворювачі теплоти, який включає стадію регенерації адсорбенту в адсорбційно-десорбційному реакторі шляхом нагрівання адсорбенту і десорбції з нього парів холодоагенту з одночасною конденсацією десорбованих парів і накопиченням рідкого холодоагенту у випарнику, а також стадію отримання холоду шляхом випаровування накопиченого у випарнику рідкого холодоагенту з одночасною сорбцією регенерованим адсорбентом парів, що утворюються при випаровуванні холодоагенту, який відрізняється тим, що на стадії регенерації адсорбенту випарник занурюють у рідину, яку необхідно нагріти, а на стадії отримання холоду випарник занурюють у рідину, яку необхідно охолодити, при цьому теплоту, що виділяється при конденсації десорбованих парів холодоагенту, а також теплоту сорбції, що виділяється при поглинанні адсорбентом парів холодоагенту, спрямовують на нагрівання рідини. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2