RU2008579C1

RU2008579C1 - Sorption thermal transformer

Info

Publication number: RU2008579C1
Application number: SU914919987A
Authority: RU
Inventors: В.М. Ливенцов
Original assignee: Ливенцова Галина Алексеевна
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1991-03-19
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: refrigerating engineering. SUBSTANCE: heat-transfer devices are made in the form of cavitation heat tubes which condensing zone is positioned inside generators-absorbers. A cut is made through the entire height of the evaporation zone and the generators-absorbers. EFFECT: improved efficiency and reliability. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике, к сорбционным машинам, установкам и системам, в частности к соpбционным термотрансформаторам, и может быть использовано в энергомашиностроении, в бытовых холодильниках, промышленных и торговых стационарных холодильных установках, кондиционерах, системах обогрева и охлаждения зданий, системах утилизации тепла, в медицинских и биологических термостатах, в одежде для pаботы в среде с высокой температурой при выполнении аварийных и ремонтных работ. The invention relates to refrigeration, to sorption machines, installations and systems, in particular to sorption thermotransformers, and can be used in power engineering, in household refrigerators, industrial and commercial stationary refrigeration units, air conditioners, heating and cooling systems of buildings, heat recovery systems, in medical and biological thermostats, in clothes for working in high-temperature environments during emergency and repair work.

Данный сорбционный термотрансформатор для преобразования тепла с низкого температурного уровня на высокий использует металлогидрид, который при давлении подаваемого к металлогидриду водорода, превышающем давление сорбции водорода металлогидридом при температуре резервуара тепла, поглощает водород, выделяя тепло в резервуар тепла, а при давлении водорода ниже давления десорбции водорода металлогидридом, соответствующего температуре источника тепла, выделяет водород, поглощая тепло низкотемпературного источника тепла. Для формирования необходимых перепадов давления водорода сорбционный термотрансформатор содержит второй металлогидрид, имеющий тепловые контакты с резервуаром тепла и с высокотемпературным источником тепла, причем давление десорбции водорода данным металлогидридом при температуре высокотемпературного источника тепла должно превышать давление сорбции водорода первым металлогидридом при температуре резервуара тепла, а давление сорбции водорода данным металлогидридом при температуре резервуара тепла должно быть ниже давления десорбции водорода первым металлогидридом при температуре низкотемпературного источника тепла. Оба металлогидрида выполняются таким образом, чтобы иметь возможно большую площадь взаимодействия с водородом, и заключаются в генераторы-сорбере, при проектиpовании котоpых одной из основных инженеpных проблем является организация теплообмена металлогидpида генератора-сорбера с источником и резервуаром тепла. К решению данной проблемы существует два подхода: первый - осуществление теплового контакта посредством механизма вынужденной конвекции, реализуемого при прокачивании теплоносителей чеpез теплообменники генераторов-сорберов и теплообменники источников и резервуаров тепла, второй подход - через создание специальных теплопередающих устройств между источниками, резеpвуаром тепла и генераторами-сорберами в виде тепловых труб, с высокой эффективностью проводящих тепло за счет фазового превращения теплоносителя тепловой трубы. This sorption thermotransformer uses metal hydride to convert heat from a low temperature level to a high one, which, at a pressure of hydrogen supplied to the metal hydride exceeding the pressure of hydrogen sorption by the metal hydride at the temperature of the heat reservoir, absorbs hydrogen, generating heat in the heat reservoir, and at a pressure of hydrogen below the pressure of hydrogen desorption metal hydride corresponding to the temperature of the heat source generates hydrogen, absorbing the heat of a low-temperature heat source. To form the necessary differences in the pressure of hydrogen, the sorption thermotransformer contains a second metal hydride that has thermal contacts with the heat reservoir and with a high-temperature heat source, and the pressure of hydrogen desorption by this metal hydride at the temperature of the high-temperature heat source must exceed the pressure of hydrogen sorption by the first metal hydride at the temperature of the heat reservoir, and the sorption pressure hydrogen by this metal hydride at a temperature of the heat reservoir should be lower than the pressure de hydrogen orbtsii first metal hydride at a temperature of low temperature heat source. Both metal hydrides are performed in such a way as to have the largest possible area of interaction with hydrogen, and are contained in sorbent generators, when designing one of the main engineering problems is the organization of heat transfer of the metal hydride of the sorbent generator with a source and a heat reservoir. There are two approaches to solving this problem: the first is the implementation of thermal contact through the forced convection mechanism, which is realized when pumping coolants through heat exchangers of sorbing generators and heat exchangers of heat sources and reservoirs, and the second approach is through the creation of special heat transfer devices between sources, a heat reservoir and generators sorbers in the form of heat pipes that conduct heat with high efficiency due to the phase transformation of the heat transfer medium of the heat pipe.

Известен сорбционный термотрансформатор, содержащий генеpаторы-сорберы и теплопередающие устройства, осуществляющие тепловой контакт генераторов-сорберов с источниками и резервуаром тепла, причем теплопередающие устройства представляют собой трубки любой целесообразной для данного практического применения конфигурации, через которые прокачивается теплоноситель, поступающий из теплообменника источника или резервуара тепла [1] . Изготовление каждого генератора-сорбера происходит посредством гидравлического прессования порошка металлогидрида и теплообменной трубки в упругой форме. При этом давление жидкости действует равномерно по внешней поверхности формы и по внутренней поверхности теплообменной трубки. Эффективность теплообмена между металлогидридами генераторов-сорберов и источниками, pезеpвуаром тепла в данном сорбционном термотрансформаторе лимитирована необходимостью иметь значительные температурные перепады между металлогидридом и теплоносителем для передачи требуемого количества тепла. Это ведет к существенному снижению термодинамической эффективности термотрансформатора в целом. Кроме того, в этом случае на прокачивание теплоносителей через тонкие теплообменные трубки расходуется дополнительная мощность гидравлического насоса, а необходимость переключения тепловых контактов между генераторами-сорберами и источниками, резервуаром тепла обуславливает также понижение эффективности теплового насоса из-за перетекания порций теплоносителя непосредственно между источником и резервуаром тепла и требует наличия регулируемых переключающих клапанов, что усложняет конструкцию термотрансформатора и делает его менее надежным. A known sorption thermotransformer containing generators-sorbers and heat transfer devices that make heat contact of the generators sorbers with sources and a heat reservoir, the heat transfer devices are tubes of any configuration suitable for this practical application through which the heat carrier is pumped from the heat exchanger of the heat source or reservoir [1] . The manufacture of each sorbent generator is carried out by means of hydraulic pressing of a metal hydride powder and a heat exchange tube in elastic form. In this case, the fluid pressure acts uniformly on the outer surface of the mold and on the inner surface of the heat transfer tube. The heat transfer efficiency between metal hydrides of sorbing generators and sources, the heat reservoir in this sorption thermotransformer is limited by the need to have significant temperature differences between the metal hydride and the coolant to transfer the required amount of heat. This leads to a significant decrease in the thermodynamic efficiency of the thermotransformer as a whole. In addition, in this case additional power of the hydraulic pump is spent on pumping the heat carriers through thin heat transfer tubes, and the need to switch the heat contacts between the sorbing generators and the sources, the heat reservoir also leads to a decrease in the efficiency of the heat pump due to the flow of portions of the heat carrier directly between the source and the reservoir heat and requires the presence of adjustable switching valves, which complicates the design of the thermal transformer and makes it change e reliable.

Также известен сорбционный термотрансформатор, содержащий генераторы-сорберы и теплопередающие устройства, осуществляющие тепловой контакт генераторов-сорберов с источниками, резервуаром тепла, причем теплопередающие устройства выполнены в виде тепловых труб, один конец которых закреплен в генераторе-сорбере, а другой расположен в контейнере, через который попеременно прокачивается теплоноситель, поступающий от теплообменников источника и резервуара тепла [2] . Такая организация теплообмена дает возможность даже при наличии малых перепадов температур между металлогидридом и источником или резервуаром тепла передавать значительное количество тепла. Однако необходимость переключения подачи теплоносителя отрицательно влияет на эффективность устройства, обуславливает установку переключающих клапанов, усложнение системы регулирования и теплового насоса в целом. A sorption thermotransformer is also known, which contains sorbing generators and heat transfer devices that provide thermal contact of the sorbing generators with sources, a heat reservoir, and the heat transfer devices are made in the form of heat pipes, one end of which is fixed in the sorbing generator, and the other is located in the container, through which alternately pumped the coolant coming from the heat exchangers of the source and heat reservoir [2]. Such organization of heat exchange makes it possible even in the presence of small temperature differences between the metal hydride and the heat source or reservoir to transfer a significant amount of heat. However, the need to switch the flow of coolant adversely affects the efficiency of the device, causes the installation of switching valves, the complexity of the control system and the heat pump as a whole.

Наиболее близким к изобретению техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является сорбционный термотрансформатор, содержащий два генератора-сорбера, заполненных адсорбентом, низкотемпературный источник тепла и высокотемпературный источник тепла [3] . Также сорбционный термотрансформатор содержит два теплоотводящих устройства, включающих по крайней мере по одной гравитационной тепловой трубе каждое и соединяющих генераторы-сорберы с резервуаром тепла, и два теплопередающих устройства, соединяющих генераторы-сорберы с высокотемпературным и низкотемпературным источниками тепла. Тепловые трубы установлены с возможностью теплового контакта их теплоносителей с адсорбентами соответствующих генераторов-сорберов в зонах испарения тепловых труб. Низкотемпературный источник тепла выполнен в виде холодильной камеры, а высокотемпературный источник тепла выполнен в виде нагревателя. Теплопередающие устройства выполнены в виде теплообменных поверхностей, представляющих собой стенки генераторов-сорберов. Под резервуаром тепла понимается криогенная жидкость, содержащаяся в криостате, в котором расположены генераторы-сорберы. В исходном положении адсорбент первого генератора-сорбера находится в насыщенном состоянии, а адсорбент второго генератора-сорбера - в ненасыщенном состоянии. В момент включения нагревателя на первом генераторе-сорбере происходит выделение и конденсация десорбируемого адсорбентом вещества. Соответствующая гравитационная труба не проводит тепло. Одновременно во втором генераторе-сорбере, находящемся в тепловом контакте с резервуаром тепла, адсорбент поглощает сорбируемое вещество, вызывая тем самым его испарение, которое сопровождается эффектом захолаживания. Тепловая гравитационная труба, соответствующая второму генератору-сорберу, в данном случае проводит тепло, охлаждая холодильную камеру. После завершения реакции сорбции-десорбции в генераторах-сорберах выключается нагреватель первого генератора-сорбера, включается нагреватель второго генератора-сорбера, химические реакции в генераторах-сорберах начинают протекать в противоположном предыдущему полуциклу направлении. Таким образом, в данном устройстве осуществляется непрерывное захолаживание и одновременно регенерация адсорбентов. В криостате должна быть предусмотрена система принудительной конвекции. Однако принятая схема теплообмена адсорбента через внешнюю стенку генераторов-сорберов не позволяет достаточно эффективно отводить тепло химической реакции. Наличие системы переключения нагрева, а также системы организации принудительной конвекции приводит к усложнению общей схемы термотрансформатора и снижению его надежности. Closest to the invention, the technical solution chosen as a prototype is a sorption thermal transformer containing two sorbing generators filled with an adsorbent, a low-temperature heat source and a high-temperature heat source [3]. The sorption thermotransformer also contains two heat-removing devices, including at least one gravitational heat pipe each and connecting the sorbing generators to the heat reservoir, and two heat-transferring devices connecting the sorbing generators to high-temperature and low-temperature heat sources. Heat pipes are installed with the possibility of thermal contact of their coolants with adsorbents of the corresponding sorbing generators in the zones of evaporation of heat pipes. The low-temperature heat source is made in the form of a refrigerating chamber, and the high-temperature heat source is made in the form of a heater. Heat transfer devices are made in the form of heat exchange surfaces, which are the walls of sorbing generators. By a heat reservoir is meant a cryogenic liquid contained in a cryostat in which sorbing generators are located. In the initial position, the adsorbent of the first generator-sorbent is in a saturated state, and the adsorbent of the second generator-sorber is in an unsaturated state. At the moment the heater is turned on, the first sorbent generator releases and condenses the substance desorbed by the adsorbent. The corresponding gravity pipe does not conduct heat. At the same time, in the second generator-sorbent in thermal contact with the heat reservoir, the adsorbent absorbs the sorbed substance, thereby causing its evaporation, which is accompanied by a cooling effect. The thermal gravitational pipe corresponding to the second sorbing generator, in this case conducts heat, cooling the cooling chamber. After the sorption-desorption reaction in the sorbing generators is completed, the heater of the first sorbing generator is turned off, the heater of the second sorbing generator is turned on, chemical reactions in the sorbing generators begin to flow in the opposite direction to the previous half-cycle. Thus, in this device there is a continuous cooling and at the same time regeneration of adsorbents. A forced convection system should be provided in the cryostat. However, the adopted scheme of heat transfer of the adsorbent through the outer wall of the sorbing generators does not allow the heat of the chemical reaction to be removed efficiently enough. The presence of a heating switching system, as well as a forced convection organization system, complicates the overall thermal transformer circuitry and reduces its reliability.

Целью изобретения является повышение эффективности теплообмена при реакциях сорбции-десорбции, схемное упрощение и повышение надежности сорбционного термотрансформатора. The aim of the invention is to increase the efficiency of heat transfer in the reactions of sorption-desorption, circuit simplification and increase the reliability of the sorption thermotransformer.

Поставленная цель достигается тем, что в сорбционном термотрансформаторе, содержащем два генератора-сорбера, заполненных адсорбентом, низкотемпературный источник тепла и высокотемпературный источник тепла, два теплоотводящих устройства, включающих по крайней мере по одной гравитационной тепловой трубе каждое и соединяющих генераторы-сорберы с резервуаром тепла, два теплопередающих устройства, соединяющих генераторы-сорберы с высокотемпературным и низкотемпературным источниками тепла, причем тепловые трубы установлены с возможностью теплового контакта их теплоносителей с адсорбентами соответствующих генераторов-сорберов в зонах испарения тепловых труб, согласно изобретению в качестве адсорбента использованы гидриды, генераторы-сорберы соединены между собой гидравлическим каналом, а теплопередающие устройства также выполнены в виде гравитационных тепловых труб, установленных с возможностью теплового контакта их теплоносителей с гидридами соответствующих генераторов-сорберов в зонах конденсации и с источниками тепла в зонах испарения, при этом зоны конденсации этих тепловых труб и зоны испарения тепловых труб теплоотводящих устройств разделены в соответствующих генераторах-сорберах слоем гидрида. This goal is achieved by the fact that in a sorption thermotransformer containing two sorbing generators filled with adsorbent, a low-temperature heat source and a high-temperature heat source, two heat-removing devices, including at least one gravitational heat pipe each and connecting the sorbing generators to the heat reservoir, two heat transfer devices connecting sorbing generators with high-temperature and low-temperature heat sources, and heat pipes are installed with possibly According to the invention, hydrides are used as an adsorbent, the sorbing generators are interconnected by a hydraulic channel, and the heat transfer devices are also made in the form of gravitational heat pipes installed with the possibility of thermal contact their coolants with hydrides of the corresponding sorbing generators in the condensation zones and with heat sources in the evaporation zones, while the condensation zones The sections of these heat pipes and the evaporation zone of the heat pipes of the heat-removing devices are separated in the corresponding sorbing generators by a hydride layer.

Для дополнительного схемного упрощения, связанного с возможностью агрегатирования, то есть разбиения сорбционного термотрансформатора на функционально замкнутые (завершенные) элементы-агрегаты, и повышения надежности сорбционного термотрансформатора в гравитационной тепловой трубе каждого теплоотводящего устройства часть, в которой теплоноситель имеет тепловой контакт с гидридом соответствующего генератора-сорбера, а также и каждый генератор-сорбер выполнены в виде двух коаксиально расположенных полых цилиндров с образованием кольцевой полости между ними, имеющих по всей высоте продольный вырез, причем каждый генератор-сорбер расположен во внутренней полости указанной части соответствующей гравитационной тепловой трубы соосно с ней, а кольцевая полость гравитационной тепловой трубы является зоной испарения ее теплоносителя, при этом часть дополнительной гравитационной тепловой трубы и часть гравитационной тепловой трубы теплоподводящего устройства, в которых теплоноситель имеет тепловой контакт с гидридом соответствующего генератора-сорбера в зоне его конденсации, расположены соосно с соответствующим генератором-сорбером в его внутренней полости. For additional circuit simplification associated with the possibility of aggregation, that is, dividing the sorption thermotransformer into functionally closed (completed) aggregate elements, and increasing the reliability of the sorption thermotransformer in the gravitational heat pipe of each heat-removing device, the part in which the coolant has thermal contact with the hydride of the corresponding generator the sorber, as well as each generator-sorber, are made in the form of two coaxially located hollow cylinders with the formation of the annular cavity between them, having a longitudinal cut along the entire height, each generator-sorbent located in the inner cavity of the indicated part of the corresponding gravitational heat pipe, and the annular cavity of the gravitational heat pipe is the zone of evaporation of its coolant, while part of the additional gravitational heat pipe and a part of the gravitational heat pipe of the heat-generating device, in which the coolant has thermal contact with the hydride of the corresponding sorbing generator in its zone ondensatsii arranged coaxially with the respective generator-sorber in its internal cavity.

Для повышения надежности сорбционный термотрансформатор снабжен датчиком температуры, установленным на внешней поверхности гравитационной тепловой трубы первого теплоотводящего устройства в зоне конденсации ее теплоносителя. To increase reliability, the sorption thermotransformer is equipped with a temperature sensor mounted on the outer surface of the gravitational heat pipe of the first heat-removing device in the condensation zone of its coolant.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предложенный сорбционный термотрансформатор имеет следующие существенные отличительные признаки: использование в качестве адсорбента гидридов, соединение генераторов-сорберов гидравлическим каналом, выполнение теплопередающих устройств в виде гравитационных тепловых труб, установленных с возможностью теплового контакта их теплоносителей с гидридами соответствующих генераторов-сорберов в зонах конденсации и с источниками тепла - в зонах испарения, при этом зоны конденсации этих тепловых труб и зоны испарения тепловых труб теплоотводящих устройств разделены в соответствующих генераторах-сорберах слоем гидрида. A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the proposed sorption thermotransformer has the following significant distinguishing features: the use of hydrides as an adsorbent, the connection of sorbing generators with a hydraulic channel, the implementation of heat transfer devices in the form of gravitational heat pipes installed with the possibility of thermal contact of their heat carriers with hydrides corresponding sorbing generators in condensation zones and with heat sources - in evaporation zones Nia, the condensation zone of the heat pipe and heat pipe zone evaporation heat-removing devices are divided into respective generators sorber-hydride layer.

Таким образом, заявляемый сорбционный термотрансформатор соответствует критерию "новизна". Thus, the claimed sorption thermotransformer meets the criterion of "novelty."

Анализ известных технических решений (аналогов) позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом сорбционном термотрансформаторе, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия". An analysis of the known technical solutions (analogues) allows us to conclude that there are no signs in them that are similar to the essential distinguishing features in the inventive sorption thermotransformer, and to recognize the claimed solution to meet the criterion of "significant differences".

Поскольку заявляемая совокупность существенных признаков позволяет достигнуть поставленную цель, то предлагаемое техническое решение соответствует критерию "положительный эффект". Since the claimed combination of essential features allows us to achieve the goal, the proposed technical solution meets the criterion of "positive effect".

Использование предлагаемого сорбционного термотрансформатора обеспечивает повышение эффективности теплообмена при химической реакции сорбции-десорбции за счет повышения коэффициента теплоотдачи в зонах испарения и конденсации относительно коэффициента теплоотдачи при конвекции внешнего теплоносителя. Это происходит потому, что при работе гравитационной тепловой трубы теплоноситель испаряется в зоне подвода тепла, пар перемещается под действием разности давлений в паровой зоне внутреннего канала гравитационной тепловой трубы в зону конденсации, где происходит его конденсация. Под действием силы тяжести пленка сконденсировавшегося жидкого теплоносителя стекает в зону испарения. Таким образом, для перетекания внешнего теплоносителя используется сила тяжести, которая при определенной ориентации тепловой трубы относительно источников и стоков тепла обеспечивает необходимую циркуляцию без использования специальных систем, что приводит к схемному упрощению, повышению надежности термотрансформатора и энергетической эффективности насоса за счет снижения затрат энергии на привод перекачивающих систем. The use of the proposed sorption thermotransformer provides an increase in the heat transfer efficiency during the chemical reaction of sorption-desorption due to an increase in the heat transfer coefficient in the evaporation and condensation zones relative to the heat transfer coefficient during convection of the external heat carrier. This is because during the operation of the gravitational heat pipe, the coolant evaporates in the heat supply zone, the steam moves under the influence of the pressure difference in the vapor zone of the internal channel of the gravity heat pipe into the condensation zone, where it condensates. Under the action of gravity, the film of condensed liquid coolant flows into the evaporation zone. Thus, gravity is used to flow the external coolant, which, with a certain orientation of the heat pipe relative to heat sources and drains, provides the necessary circulation without the use of special systems, which leads to circuit simplification, increased reliability of the thermal transformer and energy efficiency of the pump by reducing energy costs for the drive pumping systems.

Кроме того, использование предлагаемого сорбционного термотрансформатора обеспечивает дополнительное схемное упрощение за счет его агрегатирования. In addition, the use of the proposed sorption thermotransformer provides additional circuit simplification due to its aggregation.

На фиг. 1 изображена структурная схема сорбционного термотрансформатора; на фиг. 2 - структурная схема сорбционного термотрансформатора с гравитационными тепловыми трубами теплоотводящих устройств и с генераторами-сорберами, выполненными в виде коаксиально расположенных полых цилиндров; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - диаграмма изменения давления от температуры в генераторах-сорберах при осуществлении термодинамического цикла сорбционного термотрансформатора с двумя различными гидридами. In FIG. 1 shows a block diagram of a sorption thermotransformer; in FIG. 2 is a structural diagram of a sorption thermotransformer with gravitational heat pipes of heat-removing devices and with sorbing generators made in the form of coaxially located hollow cylinders; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2; in FIG. 4 is a diagram of pressure versus temperature in sorbing generators during the implementation of the thermodynamic cycle of a sorption thermotransformer with two different hydrides.

Сорбционный термотрансформатор содержит два генератора-сорбера 1, 2, заполненных соответственно гидридами 3, 4 и соединенных между собой каналом 5 для перетекания водорода, выделяющегося при десорбции из гидрида 3 или 4. The sorption thermotransformer contains two sorbing generators 1, 2, respectively filled with hydrides 3, 4 and interconnected by a channel 5 for the flow of hydrogen released during desorption from hydride 3 or 4.

Также термотрансформатор содержит низкотемпературный источник 6 тепла и высокотемпературный источник 7 тепла. В термотрансформаторе имеется два теплоотводящих устройства, выполненных в виде известных гравитационных тепловых труб 8, 9 (Васильев Л. Я. и др. Тепловые трубы в системах с возобновляемыми источниками энергии. Минск; Наука и техника, 1988, с. 62), соединяющих соответственно генераторы 1, 2 с резервуарами 10 тепла. Термотрансформатор содержит также теплоподводящее устройство, выполненное в виде гравитационной тепловой трубы 11, соединяющей низкотемпературный источник 6 тепла с генератором-сорбером 2. Сорбционный термотрансформатор снабжен также гравитационной тепловой трубой 12, соединяющей генератор 1 с высокотемпературным источником 7 тепла. В гравитационных тепловых трубах 8, 9, 11, 12 содержится теплоноситель 13. В термотрансформаторе имеется также известный датчик 14 температуры (Температурные измерения. Справочник. Киев: Наукова Думка, 1989, с. 155, 230), установленный на внешней поверхности тепловой трубы 8 в зоне 15 конденсации теплоносителя 13 тепловой трубы 8. Тепловые трубы 8, 9 установлены с возможностью теплового контакта теплоносителя 13 соответственно с гидридами 3, 4 в зоне 16 испарения теплоносителя 13 и с возможностью теплового контакта теплоносителя 13 с резервуаром 10 тепла в зоне 15 конденсации теплоносителя 13. Тепловые трубы 11, 12 установлены с возможностью теплового контакта теплоносителя 13 с гидридами 4, 3 соответственно в зоне 15 конденсации теплоносителя 13 и с возможностью теплового контакта теплоносителя 13 с низкотемпературным источником 6 тепла и высокотемпературным источником 7 тепла соответственно в зоне 16 испарения теплоносителя 13. Тепловые трубы 8, 9, 11, 12 ориентированы в пространстве таким образом, что в каждой тепловой трубе зона 15 конденсации расположена выше зоны 16 испарения теплоносителя 13. Зона 16 испарения тепловой трубы 8 и зона 15 конденсации тепловой трубы 12 пространственно разнесены и разделены гидридом 3. Зона 16 испарения тепловой трубы 9 и зона 15 конденсации тепловой трубы 11 также пространственно разнесены и разделены гидридом 4. При этом трубы 8 и 12, 9 и 11 имеют общие стенки с генераторами-сорберами 1, 2 соответственно. В общем случае теплоносители 13 в тепловых трубах 8, 9, 11, 12 и параметры их заправки могут быть различными (например, в трубе 12 - этиловый спирт, а в трубах 8, 9, 11 - аммиак). В качестве резервуара 10 тепла может быть окружающая среда. Also, the thermal transformer comprises a low temperature heat source 6 and a high temperature heat source 7. The heat transformer has two heat sinks made in the form of well-known gravitational heat pipes 8, 9 (Vasiliev L. Ya. Et al. Heat pipes in systems with renewable energy sources. Minsk; Nauka i Tekhnika, 1988, p. 62), connecting respectively generators 1, 2 with tanks 10 heat. The thermotransformer also contains a heat supply device made in the form of a gravitational heat pipe 11 connecting the low-temperature heat source 6 to the sorbing generator 2. The sorption thermotransformer is also equipped with a gravitational heat pipe 12 connecting the generator 1 to the high-temperature heat source 7. The gravitational heat pipes 8, 9, 11, 12 contain a coolant 13. The thermotransformer also has a well-known temperature sensor 14 (Temperature measurements. Reference. Kiev: Naukova Dumka, 1989, p. 155, 230) mounted on the outer surface of the heat pipe 8 in the condensation zone 15 of the coolant 13 of the heat pipe 8. The heat pipes 8, 9 are installed with the possibility of thermal contact of the coolant 13, respectively, with hydrides 3, 4 in the zone 16 of evaporation of the coolant 13 and with the possibility of thermal contact of the coolant 13 with the heat reservoir 10 in zone 1 5 condensation of the coolant 13. Heat pipes 11, 12 are installed with the possibility of thermal contact of the coolant 13 with hydrides 4, 3, respectively, in the condensation zone 15 of the coolant 13 and with the possibility of thermal contact of the coolant 13 with a low-temperature heat source 6 and a high-temperature heat source 7, respectively, in zone 16 evaporation of the heat carrier 13. The heat pipes 8, 9, 11, 12 are oriented in space so that in each heat pipe the condensation zone 15 is located above the zone 16 of evaporation of the heat carrier 13. Zone 16 is vapor the heat pipe 8 and the condensation zone 15 of the heat pipe 12 are spatially spaced and separated by a hydride 3. The evaporation zone 16 of the heat pipe 9 and the condensation zone 15 of the heat pipe 11 are also spatially separated and separated by a hydride 4. Moreover, the pipes 8 and 12, 9 and 11 have common walls with sorbing generators 1, 2, respectively. In the general case, the coolants 13 in the heat pipes 8, 9, 11, 12 and the parameters of their filling can be different (for example, ethanol in the pipe 12, and ammonia in the pipes 8, 9, 11). The heat reservoir 10 may be an environment.

На фиг. 2 изображена структурная схема сорбционного термотрансформатора, конструктивное исполнение которого аналогично конструктивному исполнению сорбционного термотрансформатора, изображенного на фиг. 1. Отличие заключается лишь в том, что часть 17 гравитационных тепловых труб 8, 9, в которых теплоноситель 13 имеет тепловой контакт с соответствующим гидридом 3, 4, выполнена в виде двух коаксиально расположенных полых цилиндров 18, 19 с образованием кольцевой полости 20 между ними, являющейся зоной 16 испарения теплоносителя 13. При этом каждый генератор-сорбер 1, 2 также выполнен в виде двух коаксиально расположенных полых цилиндров 21, 22 с образованием кольцевой полости 23 между ними, заполненной соответствующим гидридом 3, 4. При этом цилиндры 18, 19, 21, 22 (фиг. 3) имеют по всей высоте продольный вырез. Данный продольный вырез делает элементы конструктивно "податливыми" и упрощает сборку всего термотрансформатора из отдельных элементов - генераторов-сорберов 1, 2 и труб 8, 9. Как вырез, так и зазоры на фиг. 2 и 3 показаны условно. Генератор-сорбер 1, 2 расположен во внутренней полости 24 части 17 соответствующей гравитационной тепловой трубы 8, 9 соосно с ней. Часть гравитационной тепловой трубы 12 и часть гравитационной тепловой трубы 11, в которых теплоноситель 13 имеет тепловой контакт с гидридом 3, 4 соответствующего генератора-сорбера 1, 2 в зоне 15 конденсации, расположены соосно с соответствующим генератором-сорбером 1, 2 в его внутренней полости 25. In FIG. 2 shows a block diagram of a sorption thermotransformer, the design of which is similar to the design of the sorption thermotransformer shown in FIG. 1. The only difference is that part 17 of the gravitational heat pipes 8, 9, in which the coolant 13 has thermal contact with the corresponding hydride 3, 4, is made in the form of two coaxially located hollow cylinders 18, 19 with the formation of an annular cavity 20 between them , which is the zone 16 of the evaporation of the coolant 13. Moreover, each sorbent generator 1, 2 is also made in the form of two coaxially arranged hollow cylinders 21, 22 with the formation of an annular cavity 23 between them, filled with the corresponding hydride 3, 4. At the same time, the cylinders 18, 19 , 21, 2 2 (Fig. 3) have a longitudinal cut over the entire height. This longitudinal cut-out makes the elements structurally “flexible” and simplifies the assembly of the entire thermal transformer from individual elements — sorbing generators 1, 2 and pipes 8, 9. Both the cut-out and the gaps in FIG. 2 and 3 are shown conditionally. The sorbing generator 1, 2 is located in the inner cavity 24 of part 17 of the corresponding gravitational heat pipe 8, 9 coaxially with it. Part of the gravitational heat pipe 12 and part of the gravitational heat pipe 11, in which the coolant 13 is in thermal contact with the hydride 3, 4 of the corresponding sorbing generator 1, 2 in the condensation zone 15, are aligned with the corresponding sorbing generator 1, 2 in its inner cavity 25.

На фиг. 4 в координатах 1/Т и ln Р обозначены
Т_в.и - температура высокотемпературного источника 7 тепла;
Т_р.т - температура резервуара 10 тепла;
Т_н.и - температура низкотемпературного источника 6 тепла;
Р₁ - равновесное давление десорбции водорода гидридом 4 при температуре низкотемпературного источника 6 тепла;
Р₃ - равновесное давление сорбции водорода гидридом 4 при температуре резервуара 10 тепла;
Р₂ - равновесное давление десорбции водорода гидридом 3 при температуре высокотемпературного источника 7 тепла;
Р₄ - равновесное давление сорбции водорода гидридом 3 при температуре резервуара 10 тепла.In FIG. 4 in the coordinates 1 / T and ln P marked
T _{century and} - the temperature of the high-temperature heat source 7;
T _rt - temperature of the tank 10 heat;
Т _н.и - temperature of a low-temperature heat source 6;
P ₁ is the equilibrium pressure of hydrogen desorption by hydride 4 at a temperature of a low-temperature heat source 6;
P ₃ is the equilibrium pressure of hydrogen sorption by hydride 4 at a temperature of the heat reservoir 10;
P ₂ is the equilibrium pressure of hydrogen desorption by hydride 3 at a temperature of a high-temperature heat source 7;
P ₄ - the equilibrium pressure of hydrogen sorption by hydride 3 at a temperature of the tank 10 heat.

Стрелками С и D показано направление перетекания водорода из генератора 1 в генератор 2 и из генератора 2 в генератор 1 соответственно. Arrows C and D show the direction of the flow of hydrogen from generator 1 to generator 2 and from generator 2 to generator 1, respectively.

Буквами А и В обозначены зависимости равновесного давления десорбции гидрида 4 и сорбции гидрида 3 соответственно от температуры гидридов. Letters A and B denote the dependences of the equilibrium pressure of desorption of hydride 4 and sorption of hydride 3, respectively, on the temperature of hydrides.

Данный сорбционный термотрансформатор работает следующим образом. This sorption thermotransformer operates as follows.

В исходном положении гидрид 3 в генераторе-сорбере 1 насыщен водородом, гидрид 4 в генераторе-сорбере 2 не насыщен водородом, температура гидрида 3 близка к температуре Т_р.т резервуара 10 тепла, а давление Р₄ водорода в канале 5 равно равновесному давлению гидрида 3 при температуре Т_р.т. С момента введения в тепловой контакт теплоносители 13 в зоне 16 испарения тепловой трубы 12 с высокотемпературным источником 7 тепла тепловой поток от источника 7 передается гидриду 3 за счет испарения теплоносителя 13 в зоне 16 испарения и конденсации пара теплоносителя 13 в зоне 15 конденсации тепловой трубы 12. Движение пара из зоны 16 испарения в зону 15 конденсации обусловлено разностью давления пара в этих зонах, а обратное движение сконденсировавшегося теплоносителя 13 осуществляется под действием силы тяжести из зоны 15 конденсации в зону 16 испарения. При этом из-за высоких коэффициентов теплоотдачи при конденсации и испарении обеспечивается малая разность температур по длине тепловой трубы между зоной 16 испарения и зоной 15 конденсации.In the initial position, hydride 3 in the sorbing generator 1 is saturated with hydrogen, hydride 4 in the sorbing generator 2 is not saturated with hydrogen, the temperature of hydride 3 is close to the temperature T _{r.t. of} heat reservoir 10, and the pressure P _{4 of} hydrogen in channel 5 is equal to the equilibrium pressure of hydride 3 at a temperature of T _r.t. From the moment heat carrier 13 is brought into thermal contact in zone 16 of evaporation of heat pipe 12 with a high-temperature heat source 7, heat flux from source 7 is transferred to hydride 3 due to evaporation of heat carrier 13 in zone 16 of evaporation and condensation of steam of heat carrier 13 in zone 15 of condensation of heat pipe 12. The movement of steam from the evaporation zone 16 to the condensation zone 15 is due to the difference in the vapor pressure in these zones, and the condensed heat carrier 13 moves backward under the action of gravity from the condensation zone 15 to zone 16 paired. Moreover, due to the high heat transfer coefficients during condensation and evaporation, a small temperature difference is provided along the length of the heat pipe between the evaporation zone 16 and the condensation zone 15.

В результате передачи тепла от источника 7 к гидриду 3 температура гидрида 3 повышается, что вызывает десорбцию водорода и повышение его давления в канале 5. При достижении давления в канале 5, вызванного ростом температуры гидрида 3, величины Р₂, превышающей давление Р₃ сорбции гидрида 4, начинается изотермическая десорбция водорода, перетекание водорода из гидрида 3 в гидрид 4 при постоянной температуре гидрида 3. Выделившееся при сорбции водорода в гидрид 4 тепло подводится к зоне 16 испарения тепловой трубы 9 и передается посредством двойного фазового превращения теплоносителем 13 тепловой трубы 9 резервуару 10 тепла. Так как зона химической реакции гидрида 4 имеет тепловой контакт с зоной 15 конденсацию тепловой трубы 11, то в результате этого не обеспечивается циркуляция теплоносителя 13 в тепловой трубе 11, то есть тепловая труба 11 на этом этапе "не работает". По мере полного прогрева слоя гидрида 3 фронт десорбции водорода перемещается в слое гидрида 3 от зоны 15 конденсации тепловой трубы 12 до зоны 16 испарения тепловой трубы 8. При достижении фронта десорбции зоны 16 испарения тепловой трубы 8 тепловая труба 8 начинает проводить тепло и происходит резкое повышение температуры зоны 15 конденсации тепловой трубы 8. Десорбция водорода гидридом 3 завершается, заканчивается подготовительный цикл работы термотрансформатора и источник 7 тепла отключается. По мере охлаждения гидрида 3 посредством теплообмена с резервуаром 10 тепла с помощью тепловой трубы 8 температура гидрида 3 понижается, снижается равновесное давление сорбции водорода в генераторе 1 и в канале 5. В результате этого происходит десорбция водорода гидридом 4 и снижение температуры гидрида 4 до температуры Т_н.и вследствие отвода тепла десорбции. При этом в зону 16 испарения тепловой трубы 11 подводится тепло от низкотемпературного источника 6 тепла, передается тепло гидриду 4, а десорбирующий водород перетекает в генератор 1 и насыщает гидрид 3. Выделяемое при сорбции водорода в гидрид 3 тепло передается с помощью тепловой трубы 8 резервуару 10 тепла. После полного перетекания водорода из генератора 2 в генератор 1 прекращается выделение тепла сорбции водорода и прекращается передача тепла с помощью тепловой трубы 8 от генератора 1 резервуару 10 тепла.As a result of heat transfer from the source 7 to the hydride 3, the temperature of the hydride 3 rises, which causes desorption of hydrogen and an increase in its pressure in the channel 5. When the pressure in the channel 5, caused by the increase in the temperature of hydride 3, reaches a value of P ₂ exceeding the hydride sorption pressure P ₃ 4, the isothermal desorption of hydrogen begins, the flow of hydrogen from hydride 3 to hydride 4 at a constant temperature of hydride 3. The heat released during the sorption of hydrogen to hydride 4 is supplied to the evaporation zone 16 of heat pipe 9 and transmitted twice phase transformation of the heat pipe 13, the coolant tank 10 9 heat. Since the zone of the chemical reaction of hydride 4 has thermal contact with the condensation zone 15 of the heat pipe 11, as a result of this, the coolant 13 is not circulated in the heat pipe 11, that is, the heat pipe 11 does not work at this stage. As the hydride layer 3 is fully warmed up, the hydrogen desorption front moves in the hydride layer 3 from the condensation zone 15 of the heat pipe 12 to the evaporation zone 16 of the heat pipe 8. When the desorption front of the evaporation zone 16 of the heat pipe 8 reaches, the heat pipe 8 begins to conduct heat and a sharp increase occurs temperature zone 15 of the condensation of the heat pipe 8. The desorption of hydrogen by hydride 3 is completed, the preparatory cycle of the thermotransformer ends and the heat source 7 is turned off. As the hydride 3 is cooled through heat exchange with the heat reservoir 10 using the heat pipe 8, the temperature of hydride 3 decreases, the equilibrium pressure of hydrogen sorption in generator 1 and channel 5 decreases. As a result, hydrogen is desorbed by hydride 4 and the temperature of hydride 4 decreases to temperature T _{N. and} due to the removal of heat desorption. In this case, heat is transferred from the low-temperature heat source 6 to the evaporation zone 16 of the heat pipe 11, heat is transferred to the hydride 4, and the stripping hydrogen flows into the generator 1 and saturates the hydride 3. The heat released during the sorption of hydrogen to the hydride 3 is transferred via the heat pipe 8 to the tank 10 heat. After the complete flow of hydrogen from the generator 2 to the generator 1, the heat of hydrogen sorption is stopped and the heat transfer via the heat pipe 8 from the generator 1 to the heat reservoir 10 is stopped.

В результате температура зоны 15 конденсации тепловой трубы 8 снижается, что свидетельствует об окончании рабочего цикла насыщения гидрида 3 генератора 1 и о полном завершении цикла перекачивания тепла от источника 6 тепла резервуару 10 тепла. Цикл преобразования тепла завершается. Термотрансформатор готов к повторению цикла работы. As a result, the temperature of the condensation zone 15 of the heat pipe 8 decreases, which indicates the end of the saturation cycle of the hydride 3 of the generator 1 and the complete completion of the cycle of pumping heat from the heat source 6 to the heat tank 10. The heat conversion cycle ends. The thermotransformer is ready to repeat the work cycle.

Упомянутое выше резкое повышение температуры в зоне 15 конденсации трубы 9 и резкое ее снижение дают возможность после установки датчика 14 температуры получать по его показаниям информацию о завершении каждого полуцикла работы. The aforementioned sharp increase in temperature in the condensation zone 15 of the pipe 9 and its sharp decrease make it possible, after installing the temperature sensor 14, to receive information on the completion of each half-cycle of operation from its readings.

Данный сорбционный термотрансформатор позволяет утилизировать бросовое тепло, тепло естественных источников тепла, например тепло грунта, солнца и других источников. Также термотрансформатор позволяет генерировать холод, отапливать помещение, аккумулировать энергию. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1097871, кл. F 25 B 17/08, опублик. 1983. This sorption thermotransformer allows you to utilize waste heat, the heat of natural heat sources, such as the heat of the soil, the sun and other sources. Also, a thermotransformer allows you to generate cold, heat the room, accumulate energy. (56) 1. USSR author's certificate N 1097871, cl. F 25 B 17/08, published. 1983.

2. Авторское свидетельство СССР N 1568653, кл. F 25 B 17/08, опублик. 1988. 2. USSR author's certificate N 1568653, cl. F 25 B 17/08, published. 1988.

3. Авторское свидетельство СССР N 966450, кл. F 25 B 17/08, опублик. 1980. 3. Copyright certificate of the USSR N 966450, cl. F 25 B 17/08, published. 1980.

Claims

1. SORPTION THERMAL TRANSFORMER, containing two sorbent generators filled with adsorbent, a low-temperature heat source and a high-temperature heat source, two heat-removing devices, each comprising at least one gravitational heat pipe and connecting sorbing generators to the heat reservoir, two heat-transfer devices connecting sorbing generators with high-temperature and low-temperature heat sources, and heat pipes are installed with the possibility of thermal contact of their coolant with adsorbents of the corresponding sorbing generators in the zones of heat pipe evaporation, characterized in that, in order to increase efficiency and reliability, hydrides are used as adsorbent, sorbing generators are interconnected by a hydraulic channel, and heat transfer devices are also made in the form of gravitational heat pipes installed with the possibility of thermal contact of their coolants with the hydrides of the corresponding sorbing generators in the condensation zones and with heat sources in the evaporation zones, while condensation of these heat pipes and heat pipe zone evaporation heat-removing devices are divided into respective generators sorber-hydride layer.

2. The thermotransformer according to claim 1, characterized in that the sorbing generators made in the form of circular cylindrical elements, inside which there are condensation zones of heat pipes of heat transfer devices, and outside - evaporation zones of heat pipes of heat transfer devices, are also made in the form of circular cylindrical elements while sorbing generators and evaporation zones covering them have a longitudinal cut over the entire height.

3. Thermal transformer according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that on the outer surface of the condensation zone of the heat pipe of the first heat sink device, a temperature sensor is installed.