RU2053463C1 - Холодильно-нагревательная установка - Google Patents
Холодильно-нагревательная установка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2053463C1 RU2053463C1 SU925059515A SU5059515A RU2053463C1 RU 2053463 C1 RU2053463 C1 RU 2053463C1 SU 925059515 A SU925059515 A SU 925059515A SU 5059515 A SU5059515 A SU 5059515A RU 2053463 C1 RU2053463 C1 RU 2053463C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- low
- stator
- rotor
- containers
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/62—Absorption based systems
Landscapes
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
Abstract
Использование: в холодильной технике, в системах кондиционирования воздуха, на транспортных средствах при использовании в качестве источника энергии выхлопных газов. Сущность изобретения: устройство содержит ротор 6 с высокотемпературными 7 и низкотемпературными 8 металлогидридными контейнерами, расположенными между продольными радиальными перегородками параллельно оси ротора 6, и статор 1 с цилиндрической внутренней поверхностью 2 корпуса 3 и патрубками для подвода и отвода высокотемпературного, среднетемпературного и низкотемпературного теплоносителя, выполненными на боковой поверхности статора 1. Ротор 6 разделен на две части теплоизоляционным экраном 18, а высокотемпературные 7 и низкотемпературные 8 контейнеры расположены по разные стороны от экрана 18. Между перегородками ротора 6 стотором 1 выполнены радиальные уплотнения с образованием высокотемпературного, среднетемпературных и низкотемпературных секторов, через которые обеспечивается непрерывная подача соответствующих теплоносителей. Такая конструкция не содержит клапанов, обеспечивает автоматическое удаление конденсируемой влаги из охлаждаемого объема и удовлетворяет требованиям эффективного теплообмена. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к холодильной технике, системам кондиционирования воздуха, отопления помещений и может быть применено на транспортных средствах при использовании в качестве источника энергии выхлопных газов.
Известно холодильно-нагревательное устройство, содержащее ротор с высокотемпературными и низкотемпературными контейнерами, статор с цилиндрической внутренней поверхностью корпуса и зоны высокотемпературного, среднетемпературного и низкотемпературного теплоносителей. Устройство недостаточно эффективно в связи с значительным термическим сопротивлением между теплоносителем и металлогидридом (стенки статора, контактное сопротивление между ротором и статором).
Известна холодильно-нагревательная установка, содержащая ротор с продольными радиальными перегородками и расположенными между ними параллельно оси ротора высокотемпературными и низкотемпературными металлогидридными контейнерами, статор с цилиндрическим корпусом и патрубками для подвода к контейнерам и отвода от них высокотемпературного, среднетемпературного и низкотемпературного теплоносителей. Ротор установки имеет два положения относительно статора, различающихся углом поворота 90о, а патрубки подвода и отвода теплоносителей установлены на торцевых поверхностях статора. Это техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является прерывистый характер выработки в нем холода, так как в конструкции отсутствует переходная зона, в которой температура низкотемпературного контейнера уменьшается от среднего уровня (Тm) до нижнего уровня (Tl), прерывается также и подача низкотемпературного теплоносителя, для чего требуются дополнительные органы регулирования. К недостаткам прототипа можно отнести и то, что металлогидридные контейнеры характеризуются при работе неравномерным распределением температуры по длине вследствие изменения температуры теплоносителей в процессе теплообмена с контейнерами.
Общим недостатком известных металлогидридных установок, включая прототип, является необходимость использования клапанов или гидрораспределителей потоков теплоносителей, что связано с циклическим характером самого физического процесса выделения-поглощения водорода в металлогидридах. Поэтому металлогидридные устройства с непрерывной выработкой холода и содержат органы переключения потока с одного генератора холода на другой при перезарядке первого.
Предлагаемое изобретение направлено на создание эффективной бесклапанной металлогидридной холодильно-нагревательной установки с непрерывной подачей всех теплоносителей в неизменных направлениях. Это необходимо для создания конкурентоспособной металлогидридной транспортной установки, работающей на теплоте выхлопных газов двигателя и служащей для получения холода.
Указанный технический результат достигается в установке, содержащей ротор с продольными перегородками и расположенными между ними параллельно оси ротора парами высокотемпературных и низкотемпературных металлогидридных контейнеров, статор с цилиндрическим корпусом и патрубками для подвода к контейнерам и отвода от них высокотемпературного, среднетемпературного и низкотемпературного теплоносителей, ротор установки снабжен поперечным теплоизоляционным экраном, а статор перегородками и цилиндрическими обечайками, установленными внутри ротора, патрубки подвода и отвода теплоносителей выполнены на цилиндрической поверхности корпуса статора, в каждой паре высокотемпературный и низкотемпературный металлогидридный контейнеры установлены соосно друг другу по разные стороны от экрана с образованием высокотемпературного и низкотемпературного блоков контейнеров и поперечных каналов между контейнерами, причем перегородки и обечайки статора со стороны высокотемпературного блока установлены с образованием высокотемпературного и среднетемпературного секторов и радиальных уплотнений между перегородками ротора с обечайками статора в зонах, разграничивающих высокотемпературный и среднетемпературный секторы, а перегородки к обечайки статора со стороны низкотемпературного блока контейнеров установлены с образованием среднетемпературного, переходного и низкотемпературного секторов и радиальных уплотнений между перегородками ротора и обечайками статора в переходном секторе и зоне, разграничивающих среднетемпературный и низкотемпературный секторы, причем длина дуги каждой обечайки превышает минимальное расстояние между перегородками ротора. Кроме того, пара металлогидридных контейнеров выполнена в виде единой трубы, заглушенной с двух концов, при этом высокотемпературный и низкотемпературный металлогидриды разделены в середине трубы, проницаемой для водорода перегородкой.
Причинно-следственная связь существенных признаков и технического результата появляется в цепочке: описанная выше конструкция ротора, вращающегося в одном направлении, обеспечение квазистационарного температурного поля в пределах корпуса статора непрерывная подача теплоносителей в одни и те же соответствующие секторы статора.
На фиг.1 представлена предлагаемая установка, смонтированная на кузове, общий вид; на фиг.2 то же, продольный разрез; на фиг.3 и 4 схематично изображены соответственно поперечный разрез установки со стороны низкотемпературного блока и со стороны высокотемпературного блока металлогидридных контейнеров; на фиг. 5 показаны металлогидридные контейнеры, разрез; на фиг.6 представлен график термодинамического цикла работы пары металлогидридов.
Холодильно-нагревательная установка содержит неподвижный статор 1 с цилиндрической внутренней поверхностью 2 корпуса 3, закрытого по торцам днищами 4, 5, а также ротор 6 с высокотемпературными 7 и низкотемпературными 8 металлогидридными контейнерами, выполненными в едином корпусе бесшовной трубе 9 с заглушенными концами. Патрубки для подвода и отвода высокотемпературного теплоносителя соответственно 10, 11, патрубки для подвода и отвода среднетемпературного теплоносителя соответственно 12, 13 и 14, 15, а также патрубки для подвода и отвода низкотемпературного теплоносителя соответственно 16, 17 выполнены на боковой поверхности корпуса 3. Патрубки 11, 15 и верхний патрубок 14 ориентированы в осевом направлении. Ротор снабжен поперечным теплоизоляционным экраном 18 и продольными радиальными перегородками 19, а статор содержит элементы внутри ротора: перегородки 20 и обечайки 21, при этом образуются высокотемпературный сектор 22, среднетемпературный сектор 23 высокотемпературного блока 24 металлогидридных контейнеров и среднетемпературный сектор 25, переходный сектор 26 и низкотемпературный сектор 27 низкотемпературного блока 28 металлогидридных контейнеров. Между цилиндрической поверхностью 2 корпуса 3 и радиальными перегородками 19 с одной стороны и обечайками 21 с другой стороны выполнены радиальные уплотнения (контактные или бесконтактные), при этом протяженность обечаек 21 по длине дуги превышает минимальное расстояние между перегородками 19 с целью образования шлюзовых зон 29, 30 и переходного сектора 26, разграничивающих секторы для предотвращения перетекания теплоносителя из одного сектора в другой.
Предлагаемая холодильно-нагревательная установка может быть использована для целей отопления, однако более целесообразно ее применение в качестве холодильного агрегата (кондиционера) авторефрижератора (автобуса, грузового автомобиля). Поэтому вариант установки, изображенный на фиг.1-4 предусматривает использование выхлопных газов в качестве высокотемпературного теплоносителя, для чего от выхлопной трубы 31 выполнено ответвление 32, снабженное клапаном 33, подключающим или отключающим установку. В качестве среднетемпературного теплоносителя используется воздух внешней среды, для чего установлены вентиляторы 34, 35. Воздух внутри кузова 36 является охлаждаемой средой и для его циркуляции установлен вентилятор 37. Для повышения интенсивности теплообмена между теплоносителями и металлогидридными контейнерами последние оребрены по внешней поверхности (см. фиг.5) с образованием каналов 38 между ребрами 42.
Металлогидридные контейнеры 7, 8 выполнены в виде трубы-пенала 9, заполненной с одной стороны высокотемпературным металлогидридом 39, например LaNi4,65Al0,35Hx с другой низкотемпературным металлогидридом 40, например Ti0,8Zr0,2CrMnHx. По оси трубы 9 установлены водородные коллекторы-фильтры 41, выполненные из пористой нержавеющей стали. Труба 9 оребрена изнутри для улучшения теплообмена между металлогидридом и стенкой трубы (ребра не показаны).
Установка работает следующим образом. При работе двигателя автомобиля в выхлопную трубу 31 поступают газы с температурой 200-350оС, которые несут тепловую энергию (применительно к грузовому автомобилю) 40-60 кВт. Благодаря открытому клапану 33 выхлопные газы поступают в газовод-ответвление 32 и далее через патрубок 10 на высокотемпературные контейнеры 7, обтекая которые по каналам 38, покидают высокотемпературный сектор 22 через отводной патрубок 11. В это время соответствующие высокотемпературным низкотемпературные контейнеры 8 охлаждаются атмосферным воздухом, подаваемым вентилятором 36 через патрубок 13 в среднетемпературный сектор 25. Водород, содержащийся в металлогидриде 39, в соответствии с термодинамическим циклом (см. фиг.6) выделяется из него, перетекает в низкотемпературный металлогидрид 40, где поглощается, а теплота абсорбции водорода отводится с воздухом в атмосферу.
Ротор 6 при работе установки вращается со скоростью 1 оборот за 10-30 мин постоянно или импульсами по часовой стрелке, причем скорость вращения увязана с темпом нагрева высокотемпературных контейнеров 7 и темпом охлаждения низкотемпературных контейнеров 8 таким образом, что последние, находящиеся в одной секции между перегородками 19, покидают среднетемпературный сектор при полном поглощении всего активного водорода в них. При этом соответствующие высокотемпературные контейнеры 7 покидают высокотемпературный сектор 22 и, переместившись через зону 30, выполняющую роль шлюза, попадают в среднетемпературный сектор 23, где охлаждаются атмосферным воздухом, который нагнетается вентилятором 34 в сектор 23 и, охлаждая контейнеры 7, отводится в атмосферу через патрубки 14. Низкотемпературные контейнеры 8, попадающие в переходный сектор 26, охлаждаются от температуры Tm 40-60оС до температуры Tl (-10)-(-25)оС вследствие эндотермического перетекания водорода из них в соответствующие высокотемпературные контейнеры, находящиеся при этом в начале среднетемпературного сектора 23 (см. термодинамический цикл согласно фиг.6). Низкотемпературные контейнеры, имеющие температуру (-10)-(-25)оС и попадающие далее при вращении ротора в низкотемпературный сектор 27, подготовлены для выработки холода (точка D термодинамического цикла) при подаче низкотемпературного теплоносителя вентилятором 37. Циркуляцией воздуха в кузове 36 обеспечивается охлаждение последнего до уровня температур 0 +5оС и ниже. Низкотемпературные контейнеры 8 покидают низкотемпературный сектор 27, когда весь активный водород уже перетек обратно в высокотемпературный металлогидрид 39. Далее цикл повторяется.
Таким образом, предлагаемое техническое решение не требует использования клапанов или других распределительных органов, а теплоносители непрерывно подаются в неизменных направлениях. Этим во многом и обеспечивается достижение предлагаемого технического результата. Другим важным преимуществом предлагаемой установки является эффективность, которая поясняется ниже.
В известных металлогидридных преобразователях тепла, исключая системы с транспортированием металлогидридного порошка шнеками, низкотемпературные контейнеры при начальной температуре в фазе выработки холода (-25)-(-10)оС к концу фазы нагреваются низкотемпературным теплоносителем на некоторую величину Δ t. Тем самым средняя температура низкотемпературных контейнеров в фазе выработки холода равна
tср.нт= tнач+ .
tср.нт= tнач+ .
Это значит, что при самом совершенном теплообмене низкотемпературного теплоносителя с низкотемпературными контейнерами средняя конечная температура теплоносителя в фазе охлаждения будет выше чем tнач на величину Т.е. если tнач= -20оС и Δ t 15oC, невозможно получить среднюю температуру теплоносителя ниже -12,5оС при средней холодопроизводительности в течение фазы больше нуля. В итоге наиболее ценный нижний уровень температуры -20оС не используется.
В предлагаемой установке достигается уровень температуры теплоносителя около -20оС, так как теплообмен организован по аналогии с противоточным теплообменником. Воздух, засасываемый из кузова и имеющий 0оС, натекая на покидающий низкотемпературный сектор контейнер с температурой -5оС в конце обтекания контейнеров соприкасается уже с контейнером, только вышедшим из переходного сектора и имеющим температуру -20оС. Поэтому схема теплообмена, реализованная в предлагаемой установке, значительно более совершенна, чем в прототипе и других известных решениях. В реальной установке, как показывает расчет, при достижении минимальной температуры контейнеров -25оС может быть обеспечена температура в кузове до (-15)-(-20)оС.
Вращение высокотемпературных контейнеров в направлении от выхлопного патрубка 11 к входному патрубку 10 и направление течения высокотемпературного теплоносителя способствуют более равномерному нагреву контейнеров, чем в установке-прототипе, где неравномерность нагрева значительна даже для одного высокотемпературного контейнера. Действительно, периферийный высокотемпературный контейнер, попадая из наименее нагретой области выхлопного патрубка 11 в наиболее высокотемпературную зону патрубка 10, получает в среднем то же количество теплоты, что и ближайший к оси ротора контейнер.
Преимуществом предлагаемого технического решения является также автоматический, т. е. достигаемый без дополнительных конструкторских мероприятий вынос влаги, намерзающей на контейнерах в процессе циркуляции низкотемпературного теплоносителя в окружающую среду. Обычно в традиционных холодильных агрегатах авторефрижераторов намерзание влаги на воздухоохладителе является трудноразрешимой проблемой.
Claims (2)
1. ХОЛОДИЛЬНО-НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая ротор с продольными радиальными перегородками и расположенными между ними параллельно оси ротора парами высокотемпературных и низкотемпературных металлогидридных контейнеров, статор с цилиндрическим корпусом и патрубками для подвода и отвода теплоносителей в высокотемпературной, среднетемпературной и низкотемпературный секторы, отличающаяся тем, что ротор снабжен поперечным теплоизоляционным экраном, а статор - перегородками и цилиндрическими обечайками, установленными внутри ротора, патрубки подвода и отвода теплоносителей выполнены на цилиндрической поверхности корпуса статора, в каждой паре высокотемпературный и низкотемпературный металлогидридный контейнеры установлены соосно друг с другом по разные стороны от экрана с образованием высокотемпературного и низкотемпературного блоков контейнеров и поперечных каналов между контейнерами, причем перегородки и обечайки статора со стороны высокотемпературного блока установлены с образованием радиальных уплотнений между перегородками ротора и обечайками статора в зонах, разграничивающих высокотемпературный и среднетемпературный секторы, а перегородки и обечайки статора со стороны низкотемпературного блока установлены с образованием переходного сектора и радиальных уплотнений между перегородками ротора и обечайками статора в переходном секторе и зоне, разграничивающей среднетемпературный и низкотемпературный секторы, причем длина дуги каждой обечайки превышает минимальное расстояние между перегородками ротора.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каждая пара металлогидридных контейнеров выполнена в виде единой трубы, заглушенной с двух концов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU925059515A RU2053463C1 (ru) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | Холодильно-нагревательная установка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU925059515A RU2053463C1 (ru) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | Холодильно-нагревательная установка |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2053463C1 true RU2053463C1 (ru) | 1996-01-27 |
RU5059515A RU5059515A (ru) | 1996-03-10 |
Family
ID=21611993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU925059515A RU2053463C1 (ru) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | Холодильно-нагревательная установка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2053463C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2547546C2 (ru) * | 2009-11-06 | 2015-04-10 | Бер Гмбх Унд Ко. Кг | Тепловой насос адсорбционного типа |
-
1992
- 1992-08-18 RU SU925059515A patent/RU2053463C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент Японии N 1 - 21432, кл. F 25B 17/08, 1989. Патент Японии N 63 - 27624, кл. F 25B 17/08, 1988. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2547546C2 (ru) * | 2009-11-06 | 2015-04-10 | Бер Гмбх Унд Ко. Кг | Тепловой насос адсорбционного типа |
US9416998B2 (en) | 2009-11-06 | 2016-08-16 | Mahle International Gmbh | Heat pump according to the adsorption principle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4637218A (en) | Heat pump energized by low-grade heat source | |
US4185979A (en) | Apparatus and method for transferring heat to and from a bed of metal hydrides | |
EP0343650B1 (en) | Heat accumulation system | |
US6629432B1 (en) | Thermal regenerative sorption device | |
US6616738B2 (en) | Hydrogen storage and release apparatus | |
RU2053463C1 (ru) | Холодильно-нагревательная установка | |
JP3640378B2 (ja) | 低温廃熱ガス駆動冷凍システム | |
US3765189A (en) | Method and apparatus for deep-freezing | |
US9429342B2 (en) | Device and method for transporting heat | |
JPH05223478A (ja) | ケミカル蓄熱装置 | |
RU2169888C2 (ru) | Металлогидридный рефрижератор | |
EP0181375A1 (en) | LOW HEAT PUMP DRIVEN BY HEAT PUMP. | |
JPS63201494A (ja) | 蓄熱熱交換器 | |
US3263434A (en) | High vacuum cryopumps | |
JPS5815705B2 (ja) | 発電設備における熱回収方法 | |
CN216869272U (zh) | 强化换热的可承压蓄冷蓄热器 | |
CN116537921B (zh) | 一种余热回收用热交换器及系统 | |
CN2271613Y (zh) | 利用内燃机排气废热制冷的制冷装置的发生器 | |
RU2088776C1 (ru) | Автономная энергохолодильная система с регенерацией охлаждающей жидкости | |
JPH09170450A (ja) | コンパクトなクローズドブレイトンサイクル回転機械、この機械を含む推進システム、及びこの推進手段を備えた交通手段 | |
SU485281A1 (ru) | Теплообменна установка | |
JP3911364B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3694575B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
RU2036408C1 (ru) | Охлаждающее устройство тепловоза | |
RU2175833C2 (ru) | Охладитель молока с аккумулятором холода |