Адсорбційний перетворювач теплоти періодичної дії

Реферат: Винахід належить до холодильної техніки, а саме до адсорбційних перетворювачів теплоти періодичної дії, і може бути застосований, наприклад, для охолодження молока в умовах ферм, віддалених від джерел централізованого енергопостачання. Адсорбційний перетворювач теплоти періодичної дії містить послідовно з'єднані паропроводом адсорбційно-десорбційний реактор з адсорбентом, насиченим холодоагентом, конденсатор і випарник, занурений в ємність з рідиною. Адсорбційно-десорбційний реактор виконаний у вигляді теплоізольованого контейнера з адсорбентом і має гідравлічний контур для циркуляції гріючого теплоносія і рідини, що нагрівається, розташований в шарі адсорбенту в тепловому контакті з ним, а конденсатор і випарник об'єднані в єдиний об'ємний випарник, занурений в ємність з рідиною і з'єднаний з адсорбційно-десорбційним реактором через запірний вентиль. Забезпечується підвищення енергетичної ефективності адсорбційного перетворювача теплоти, зниження металоємності та розширення функціональних можливостей адсорбційного агрегату. UA 105155 C2 (12) UA 105155 C2 UA 105155 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до холодильної техніки, а саме до адсорбційних перетворювачів теплоти періодичної дії. Відомі адсорбційні термотрансформатори періодичної дії, що складаються з послідовно з'єднаних паропроводом адсорбційно-десорбційного реактора з адсорбентом, який насичений холодоагентом, конденсатора і випарника, розміщеного в теплоізольованому ящику (J. Deng, R.Z. Wang, G.Y. Han. A review of thermally activated cooling technologies for combined cooling, heating and power systems. Progress in Energy and Combustion Science 2010. - P. 183-187). Найбільш близьким аналогом пристрою, що заявляється, вибраним за прототип, є пристрій для охолодження рідини за допомогою сонячного адсорбційного перетворювача теплоти періодичної дії, який складається з послідовно з'єднаних паропроводом сонячного адсорбційнодесорбційного реактора з адсорбентом, насиченим холодоагентом, повітряного конденсатора і випарника, зануреного в ємність з водою, що розміщена в теплоізольованому ящику (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). Робота адсорбційного перетворювача теплоти періодичної дії здійснюється у дві стадії регенерація адсорбенту і виробництво холоду, які полягають у наступному: на стадії 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 у випарнику. При переході на стадію 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 виділенням теплоти сорбції і відведенням її в навколишнє середовище. Недоліком даного адсорбційного перетворювача теплоти є низька енергетична ефективність внаслідок того, що теплота сорбції і конденсації не використовується корисно і викидаються в навколишнє середовище, а також зайва металоємність адсорбційного агрегату внаслідок нераціонального використання теплообмінних поверхонь конденсатора і випарника, кожен з яких працює тільки протягом половини робочого циклу адсорбційного охолоджувача (конденсатор - тільки при регенерації сорбенту, а випарник - тільки при виробництві холоду). В основу винаходу поставлена задача вдосконалення адсорбційного перетворювача теплоти шляхом оснащення його теплоізольованим адсорбційно-десорбційним реактором з гідравлічним контуром, запірним вентилем та суміщеним конденсатором-випарником, за рахунок чого створюються умови для управління температурними параметрами процесів конденсації і сорбції, а також утилізації теплоти цих процесів, що забезпечить підвищення енергетичної ефективності адсорбційного перетворювача теплоти, зниження металоємності та розширення функціональних можливостей адсорбційного агрегату. Поставлена задача вирішується тим, що в адсорбційному перетворювачі теплоти, що містить послідовно з'єднані паропроводом адсорбційно-десорбційний реактор з адсорбентом, насиченим холодоагентом, конденсатор і випарник, занурений в ємність з рідиною, відповідно до винаходу, адсорбційно-десорбційний реактор виконаний у вигляді теплоізольованого контейнера з адсорбентом і має гідравлічний контур для циркуляції гріючого теплоносія і рідини, що нагрівається, розташований в шарі адсорбенту в тепловому контакті з ним, а конденсатор і випарник об'єднані в єдиний об'ємний випарник, занурений в ємність рідиною і з'єднаний з адсорбційно-десорбційним реактором через запірний вентиль. Проведення процесу конденсації у внутрішньому просторі випарника дозволяє виключити зі схеми установки повітряний конденсатор і значно знизити її матеріалоємність. Теплота конденсації при цьому відводиться безпосередньо до рідини, що знаходиться в ємності, в яку занурений випарник, що дозволяє інтенсифікувати процес конденсації і отримувати нагрітий теплоносій, наприклад теплу воду, для побутових потреб. Використання запірного вентиля, встановленого на паровій магістралі між адсорбційнодесорбційним реактором і випарником, дозволяє після проведення регенерації адсорбенту закрити його, а потім здійснити процес вироблення холоду в будь-який необхідний час. Такі адсорбційні перетворювачі теплоти перспективно використовувати, наприклад, для охолодження молока в умовах ферм, віддалених від джерел централізованого енергопостачання. Для цього випарник адсорбційного агрегату з регенерованим адсорбентом занурюють у бідон з молоком і відкривають запірний вентиль. Починається процес інтенсивного 1 UA 105155 C2 5 10 15 20 25 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. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням. На кресленні схематично показано адсорбційний перетворювач теплоти періодичної дії, що заявляється. Він включає теплоізольований адсорбційно-десорбційний реактор 1, заповнений адсорбентом 2, в шарі якого в тепловому контакті з ним знаходиться гідравлічний контур 3 для циркуляції гріючого теплоносія і рідини, що нагрівається. До адсорбційно-десорбційного реактора через запірний вентиль 4 підключено ємнісний випарник 5, який занурений в ємність 6 з рідиною, що охолоджується чи нагрівається. Адсорбційний перетворювач теплоти працює таким чином. 1. Стадія регенерації адсорбенту. Ємність 6 заповнюють рідиною, яку необхідно нагріти, встановлюють у ємність випарник 5 і відкривають запірний вентиль 4. Після цього в гідравлічний контур 3 подають гріючий теплоносій. При цьому адсорбент 2, що знаходиться в адсорбційнодесорбційному реакторі 1, нагрівається за рахунок теплообміну з гріючим теплоносієм і з нього виділяються пари холодоагенту, які через запірний вентиль 4 надходять у випарник 5 і конденсуються в ньому, а теплота конденсації холодоагенту йде на нагрівання рідини в ємності 6. Після завершення регенерації адсорбенту припиняють подачу гріючого теплоносія в гідравлічний контур 3 і закривають запірний вентиль 4. 2. Стадія вироблення холоду. Ємність 6 заповнюють рідиною, яку необхідно охолодити, і встановлюють у ємність випарник 5. Після чого в гідравлічний контур 3 подають рідину, яку необхідно нагріти, і відкривають запірний вентиль 4. При цьому регенерований адсорбент 2 починає інтенсивно поглинати пари холодоагенту з випарника 5 і теплота сорбції, яка виділяється при поглинанні адсорбентом парів холодоагенту, відводиться рідиною, що циркулює в гідравлічному контурі. Одночасно сконденсований холодоагент кипить у випарнику, відбираючи теплоту від охолоджуваної рідини в ємності 6. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 Адсорбційний перетворювач теплоти періодичної дії, що містить послідовно з'єднані паропроводом адсорбційно-десорбційний реактор з адсорбентом, насиченим холодоагентом, конденсатор і випарник, занурений в ємність з рідиною, який відрізняється тим, що адсорбційно-десорбційний реактор виконаний у вигляді теплоізольованого контейнера з адсорбентом і має гідравлічний контур для циркуляції гріючого теплоносія і рідини, що нагрівається, розташований в шарі адсорбенту в тепловому контакті з ним, а конденсатор і випарник об'єднані в єдиний об'ємний випарник, занурений в ємність з рідиною і з'єднаний з адсорбційно-десорбційним реактором через запірний вентиль. 2 UA 105155 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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 3