Автономний енергоакумулюючий адсорбційний перетворювач теплоти

Реферат: Автономний енергоакумулюючий адсорбційній перетворювач теплоти містить з'єднані між собою паропроводом через запірний вентиль адсорбційно-десорбційний реактор з адсорбентом і ємнісний конденсатор-випарник з холодоагентом. При цьому адсорбційнодесорбційний реактор виконаний у вигляді циліндричного контейнера з поздовжнім внутрішнім оребренням і коаксіально розташованим перфорованим паропроводом, порожнина між якими заповнена гранульованим адсорбентом, який знаходиться в тепловому контакті з ребрами циліндричного контейнера, а внутрішня поверхня конденсатора-випарника має капілярнопористе покриття з ґнотовим ефектом. UA 114215 U (54) АВТОНОМНИЙ ЕНЕРГОАКУМУЛЮЮЧИЙ АДСОРБЦІЙНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ТЕПЛОТИ UA 114215 U UA 114215 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до холодильної техніки, а саме до адсорбційних перетворювачів теплоти, які працюють від джерела теплової енергії і призначені для отримання холоду або тепла, або того та іншого. Відомі адсорбційні перетворювачі теплоти, 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. 2011; 37: 172-203). Недоліком більшості відомих адсорбційних перетворювачів теплоти є низька енергетична ефективність внаслідок того, що теплота адсорбції 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 адсорбційного циклу (конденсатор тільки при регенерації сорбенту, а випарник - тільки при виробництві холоду). Найбільш близьким аналогом пристрою, що заявляється, є адсорбційний перетворювач теплоти, що складається з послідовно з'єднаних паропроводом адсорбційно-десорбційного реактора з адсорбентом і об'єднаного об'ємного конденсатора-випарника, виконаного у вигляді вертикальної циліндричної ємності з холодоагентом. Адсорбційно-десорбційний реактор має гідравлічний контур для циркуляції гріючого теплоносія, розташований в шарі адсорбенту, а конденсатор-випарник занурений в ємність з рідиною і з'єднаний з адсорбційно-десорбційним реактором через запірний вентиль (UA 105155 С2; F25B 17/00, опубліковано 10.04.2014). Порядок роботи адсорбційного перетворювача теплоти полягає в наступному: При регенерації адсорбенту відкривають запірний вентиль і в гідравлічний контур адсорбційно-десорбційного реактора подають гріючий теплоносій. При цьому адсорбент, що знаходиться в реакторі, нагрівається за рахунок теплообміну з гріючим теплоносієм і з нього виділяються пари холодоагенту, які через запірний вентиль надходять у конденсатор-випарник і конденсуються, підігріваючи рідину в ємності. Сконденсований холодоагент накопичується в конденсаторі-випарнику в рідкому стані. Після завершення регенерації адсорбенту подачу гріючого теплоносія в гідравлічний контур припиняють і запірний вентиль закривають. При виробленні холоду в гідравлічний контур адсорбційно-десорбційного реактора подають рідину, яку необхідно нагріти, і відкривають запірний вентиль. При цьому регенерований адсорбент починає інтенсивно поглинати пари холодоагенту з конденсатора-випарника і теплота сорбції, яка виділяється при поглинанні адсорбентом парів холодоагенту, відводиться рідиною, що циркулює в гідравлічному контурі. Одночасно рідкий холодоагент кипить у конденсаторі-випарнику, охолоджуючи рідину в ємності. Така конструкція та порядок роботи адсорбційного перетворювача теплоти має ряд недоліків, основним з яких є його обмежена мобільність, так як для циркуляції гріючого теплоносія через гідравлічний контур адсорбційно-десорбційного реактора необхідна наявність насоса, тому даний адсорбційний перетворювач теплоти не може експлуатуватися автономно в польових умовах. Крім цього, даний адсорбційний перетворювач теплоти має незадовільні технічні та енергетичні показники, так як в процесі його роботи не забезпечується стабільність величини інтенсивності тепломасообміну в конденсаторі-випарнику. Це викликано тим, що при роботі адсорбційного перетворювача теплоти в режимі виробництва холоду рівень рідкого холодоагенту в конденсаторі-випарнику знижується по мірі його википання і, відповідно, зменшується площа теплообміну між холодоагентом і охолоджуваною рідиною, в яку занурений конденсатор-випарник. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення автономного енергоакумулюючого адсорбційного перетворювача теплоти шляхом виконання адсорбційнодесорбційного реактора у вигляді циліндричного контейнера з повздовжнім внутрішнім оребренням і коаксіально розташованим перфорованим паропроводом, а також покриття внутрішньої поверхні конденсатора-випарника матеріалом з ґнотовим ефектом, що забезпечує інтенсифікацію тепломасообміну між адсорбентом і холодоагентом та створює умови для його мобільної експлуатації. Поставлена задача вирішується тим, що в адсорбційному перетворювачі теплоти, що містить послідовно з'єднані між собою паропроводом через запірний вентиль адсорбційнодесорбційний реактор з адсорбентом і ємнісний конденсатор-випарник з холодоагентом, згідно з корисною моделлю, адсорбційнно-десорбційний реактор виконаний у вигляді циліндричного контейнера з поздовжнім внутрішнім оребренням і коаксіально розташованим перфорованим паропроводом, порожнина між якими заповнена гранульованим адсорбентом, який знаходиться 1 UA 114215 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 в тепловому контакті з ребрами циліндричного контейнера, а внутрішня поверхня конденсаторавипарника має капілярно-пористе покриття з ґнотовим ефектом. Спрощення конструкції автономного енергоакумулюючого адсорбційного перетворювача теплоти шляхом усунення гідравлічного контуру і спрощення процесу регенерації адсорбенту (регенерувати можна шляхом прямого нагріву адсорбційно-десорбційного реактора будь-яким доступним джерелом теплової енергії, наприклад на вогнищі), а також те, що для нагрівання та охолодження рідини може бути використана будь-яка ємність, дозволяє значно розширити експлуатаційні можливості адсорбційного перетворювача теплоти і створює умови для його мобільної експлуатації. Запропонований адсорбційний перетворювач теплоти є повністю автономним виробом і може тривалий час перебувати (зберігатися, транспортуватися і т. п.) в стані готовності до вироблення холоду, і при включенні працює без споживання енергії. Суть корисної моделі пояснюється кресленням. На кресленні схематично показано адсорбційний перетворювач теплоти, що заявляється. Він містить адсорбційно-десорбційний реактор 1, який виконаний у вигляді циліндричного контейнера з поздовжнім внутрішнім оребренням 2 і містить перфорований паропровід 3 в центральній частині. Простір між перфорованим паропроводом і циліндричним контейнером заповнений гранульованим адсорбентом 4, що знаходиться в тепловому контакті з ребрами циліндричного контейнера. До адсорбційно-десорбційного реактора через запірний вентиль 5 підключений ємнісний конденсатор-випарник 6 з холодоагентом 7, внутрішня поверхня якого має капілярно-пористе покриття 8 з ґнотовим ефектом. Робота автономного енергоакумулюючого адсорбційного перетворювача теплоти здійснюється у дві стадії, які полягають у наступному: 1. Стадія регенерації адсорбенту. Для регенерації адсорбенту відкривають вентиль 5 і нагрівають циліндричний корпус адсорбційно-десорбційного реактора 1 за допомогою зовнішнього джерела теплової енергії. Як джерело теплової енергії може бути використана гаряча вода, димові гази, полум'я багаття і т.п. При цьому адсорбент 4, що знаходиться в адсорбційно-десорбційному реакторі, нагрівається за рахунок теплообміну з внутрішніми ребрами 2, з адсорбенту виділяються пари холодоагенту, які через паропровід 3 і запірний вентиль 5 надходять в конденсатор-випарник 6 і конденсуються в ньому. При цьому теплота конденсації холодоагенту через бічні стінки конденсатора-випарника розсіюється в навколишнє середовище, а рідкий холодоагент 7 накопичується в об'ємі апарата. При необхідності теплота конденсації холодоагенту використовується корисно, для чого конденсатор-випарник занурюють у посудину з рідиною, яку необхідно нагріти. Після завершення процесу регенерації нагрівання адсорбційно-десорбційного реактора припиняється і запірний вентиль закривається. 2. Стадія вироблення холоду. Для початку вироблення холоду конденсатор-випарник 6 занурюють у посудину з рідиною, яку необхідно охолодити і відкривають запірний вентиль 5. При цьому регенерований адсорбент 2 інтенсивно поглинає пари холодоагенту з конденсатора-випарника і рідкий холодоагент 7 починає кипіти при низькій температурі, відбираючи теплоту від охолоджуваної рідини. У процесі кипіння капілярно-пористе покриття 8 з ґнотовим ефектом, піднімає рідкий холодоагент по стінках конденсатора-випарника і створює постійну поверхню випаровування незалежно від рівня рідини в апараті. Теплота сорбції, яка виділяється при поглинанні адсорбентом парів холодоагенту, відводиться в навколишнє середовище через внутрішнє оребрення 2 і циліндричний корпус адсорбційно-десорбційного реактора 1. При необхідності теплота сорбції використовується корисно, для чого адсорбційно-десорбційний реактор занурюють у посудину з рідиною, яку необхідно нагріти. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Автономний енергоакумулюючий адсорбційній перетворювач теплоти, що містить з'єднані між собою паропроводом через запірний вентиль адсорбційно-десорбційний реактор з адсорбентом і ємнісний конденсатор-випарник з холодоагентом, який відрізняється тим, що адсорбційнодесорбційний реактор виконаний у вигляді циліндричного контейнера з поздовжнім внутрішнім оребренням і коаксіально розташованим перфорованим паропроводом, порожнина між якими заповнена гранульованим адсорбентом, який знаходиться в тепловому контакті з ребрами циліндричного контейнера, а внутрішня поверхня конденсатора-випарника має капілярнопористе покриття з ґнотовим ефектом. 2 UA 114215 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3