RU2524159C2 - Operation methods of hydrogen reversible thermochemical cycles and devices for their implementation based on metal hydride technologies - Google Patents
Operation methods of hydrogen reversible thermochemical cycles and devices for their implementation based on metal hydride technologies Download PDFInfo
- Publication number
- RU2524159C2 RU2524159C2 RU2012124528/06A RU2012124528A RU2524159C2 RU 2524159 C2 RU2524159 C2 RU 2524159C2 RU 2012124528/06 A RU2012124528/06 A RU 2012124528/06A RU 2012124528 A RU2012124528 A RU 2012124528A RU 2524159 C2 RU2524159 C2 RU 2524159C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- metal hydride
- hydrogen
- coolant
- sections
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике для тепло- и электропитания объектов жилого и технического назначения и предназначено для преобразования с этой целью имеющейся тепловой энергии, например нагретого потока газа выхлопной трубы двигателя внутреннего сгорания (ДВС), газовой струи газотурбинного двигателя (ГТД), парожидкостной струи геотермального источника, а также других возобновляемых источников тепловой энергии.The invention relates to a power system for heat and power supply of residential and technical purposes and is intended to convert available thermal energy for this purpose, for example, a heated gas stream of an exhaust pipe of an internal combustion engine (ICE), a gas jet of a gas turbine engine (GTE), a vapor-liquid jet of a geothermal source as well as other renewable sources of thermal energy.
Главным недостатком тепловых электростанций является их низкий КПД при получении электроэнергии вследствие реализации таких циклов, как цикл Ренкина, газотурбинный цикл и других циклов на базе ДВС.The main disadvantage of thermal power plants is their low efficiency in generating electricity due to the implementation of such cycles as the Rankine cycle, gas turbine cycle and other cycles based on internal combustion engines.
Мероприятия, направленные на повышение эффективности электростанций за счет утилизации сбрасываемой теплоты нагретого потока газа выхлопной трубы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) или газовой струи газотурбинного двигателя (ГТД) для обогрева объектов жилого и технического назначения, не приносят желаемого результата, так как не используется потенциал сбрасываемой теплоты нагретых потоков. Это становится очевидным, так, например, для нужд обогрева объектов жилого и технического назначения нужна теплота с температурой (100-110)°C, а для ее получения используется теплота газового потока с температурой (700-800)°C.Measures aimed at improving the efficiency of power plants by utilizing the discharged heat of the heated gas stream from the exhaust pipe of an internal combustion engine (ICE) or the gas jet of a gas turbine engine (GTE) for heating residential and technical facilities do not bring the desired result, since the potential of the discharge heats of heated streams. This becomes obvious, for example, for the needs of heating residential and technical facilities, heat with a temperature of (100-110) ° C is needed, and heat of a gas stream with a temperature of (700-800) ° C is used to obtain it.
Еще меньшей эффективностью обладают топочные устройства для отопления жилых домов и производственных помещений, так как для нагрева воды в контуре теплоцентрали до температур (100-110)°С используется теплота органического и углеводородного топлива с температурой сжигания (1000-1500)°С.Furnace devices for heating residential buildings and industrial premises are even less effective, since the heat of organic and hydrocarbon fuels with a combustion temperature of (1000-1500) ° C is used to heat water in the heating circuit to temperatures of (100-110) ° C.
Известна экономичная тепловая электростанция (RU 2182246 C1, F02C 6/18, F25B 29/00, 26.10.2000), состоящая из котельной установки, воздушно-турбинного двигателя, теплового насоса, водяного насоса, газовоздушного теплообменника, установленного в котельной установке. Выходной конфузор воздушной турбины трубопроводом связан с поддувом котельной установки, причем количество теплоты, поглощаемое газовоздушным теплообменником, равно теплоте, поступающей с горячим воздухом в поддувало котельной установки. Выход газов из котельной установки трубопроводом связан с диффузором газового компрессора теплового насоса. Компрессор воздушно-турбинного двигателя и его турбина, газовый компрессор теплового насоса и его турбина, генератор электрического тока и водяной насос - все установлены на одном валу. Выходные угарные газы после газовой турбины теплового насоса выбрасываются в атмосферу с отрицательной температурой.Known economical thermal power plant (RU 2182246 C1, F02C 6/18, F25B 29/00, 10.26.2000), consisting of a boiler installation, an air-turbine engine, a heat pump, a water pump, a gas-air heat exchanger installed in a boiler installation. The output turbine confuser of the air turbine is connected by a pipeline to the blowing of the boiler installation, and the amount of heat absorbed by the gas-air heat exchanger is equal to the heat entering with the hot air into the blowing of the boiler installation. The gas outlet from the boiler installation through a pipeline is connected to the diffuser of the gas compressor of the heat pump. The air-turbine engine compressor and its turbine, the gas compressor of the heat pump and its turbine, the electric current generator and the water pump are all mounted on the same shaft. The exhaust carbon monoxide gases after the gas turbine of the heat pump are released into the atmosphere with a negative temperature.
Недостатком данного устройства является неполное использование потенциала теплоты как в котельной установке, так и теплоты отводимых из нее газов продуктов сгорания. Кроме того, не используется тепловым насосом теплота окружающей среды (земли или атмосферы). А выброс газов продуктов сгорания в атмосферу с отрицательной температурой является прямыми потерями предлагаемого устройства, так как производство холода связано с дополнительными энергозатратами.The disadvantage of this device is the incomplete use of the potential of heat both in the boiler plant and in the heat of the gases of combustion products removed from it. In addition, the heat of the environment (earth or atmosphere) is not used by the heat pump. And the emission of gases of combustion products into the atmosphere with a negative temperature is a direct loss of the proposed device, since the production of cold is associated with additional energy costs.
Известны способы преобразования теплоты в энергию сжатого водорода и далее в механическую работу на одном типе металлогидрида с помощью термохимического цикла (а.с. СССР 694748, а.с. СССР 832270).Known methods for converting heat into energy of compressed hydrogen and then into mechanical work on one type of metal hydride using a thermochemical cycle (A.S. USSR 694748, A.S. USSR 832270).
Термохимическое сжатие водорода осуществляется с помощью двух стационарных состояний системы металлогидрид-водород с различными значений параметров давления и температуры системы.Thermochemical compression of hydrogen is carried out using two stationary states of the metal hydride-hydrogen system with different values of the pressure and temperature parameters of the system.
Конечное значение водородной емкости металлогидрида не позволяет вести процесс непрерывно, поэтому по мере насыщения металлогидрида водородом при низкой температуре и низком давлении необходимо переводить систему в новое состояние для извлечения водорода при более высокой температуре, то есть извлечь водород при более высоком давлении. Далее, по окончании извлечения из металлогидрида всего накопленного водорода, система металлогидрид-водород должна быть переведена в исходное состояние для аккумулирования новой порции водорода.The final value of the hydrogen capacity of the metal hydride does not allow the process to run continuously, therefore, as the metal hydride is saturated with hydrogen at low temperature and low pressure, it is necessary to transfer the system to a new state in order to extract hydrogen at a higher temperature, i.e. to extract hydrogen at a higher pressure. Further, upon completion of the extraction of all the accumulated hydrogen from the metal hydride, the metal hydride-hydrogen system must be restored to its original state in order to accumulate a new portion of hydrogen.
Недостатком известного способа преобразования тепловой энергии в энергию сжатого водорода с использованием одного типа металлогидрида является низкая термодинамическая эффективность цикла преобразования тепловой энергии в энергию сжатого водорода, которая может принимать высокие значения только при использовании узкого температурного диапазона цикла термохимического сжатия. Кроме того, если источником нагрева является аккумулированная теплота потока газов выхлопной трубы двигателя внутреннего сгорания (ДВС), газовой струи газотурбинного двигателя (ГТД), парожидкостной струи геотермального источника и других источников тепловой энергии, не используется в полной мере потенциал теплоты.A disadvantage of the known method of converting thermal energy into compressed hydrogen energy using one type of metal hydride is the low thermodynamic efficiency of the cycle of converting thermal energy into compressed hydrogen energy, which can take on high values only when using a narrow temperature range of the thermochemical compression cycle. In addition, if the heat source is the accumulated heat of the gas stream from the exhaust pipe of an internal combustion engine (ICE), a gas jet of a gas turbine engine (GTE), a vapor-liquid jet of a geothermal source, and other sources of thermal energy, the heat potential is not fully used.
Известна принятая за прототип установка (RU 2282040, F01K 25/06 2006.01), содержащая не менее двух термосорбционных аккумуляторов водорода, заполненных порошкообразным металлогидридом, систему газопроводов, систему подачи теплоносителя, при этом термосорбционный аккумулятор водорода содержит теплообменник, расположенный внутри газосборник в виде трубки с выводом, соединенный системой газопроводов с газосборником другого термосорбционного аккумулятора водорода, причем содержит не менее двух термосорбционных аккумуляторов водорода, пневмодвигатель или гидродвигатель, систему подачи охлаждающего и/или нагревающего теплоносителя, систему отвода охлаждающего и/или нагревающего теплоносителя, при этом газосборники связаны между собой системой газопроводов с пневмодвигателем в прямом и обратном направлениях, теплообменник подключен к системе подачи и к системе отвода охлаждающего и/или нагревающего теплоносителя.Known adopted for the prototype installation (RU 2282040, F01K 25/06 2006.01), containing at least two thermosorption hydrogen batteries filled with powdered metal hydride, a gas pipe system, a coolant supply system, while the hydrogen thermosorption battery contains a heat exchanger located inside the gas collector in the form of a tube with output connected by a gas pipeline system with a gas collector of another thermosorption hydrogen accumulator, and contains at least two thermosorption hydrogen accumulators, a pneumatic motor a heater or hydraulic motor, a cooling and / or heating coolant supply system, a cooling and / or heating coolant drainage system, while the gas collectors are connected to each other by a gas pipeline system with an air motor in the forward and reverse directions, the heat exchanger is connected to the supply system and to the cooling and / or drainage system or heating fluid.
Описанная установка имеет низкий коэффициент полезного действия, так как термохимический цикл сжатия водорода, заложенный в ней, не позволяет в полной мере реализовать потенциал подводимой теплоты аккумулированной в потоке газа или жидкости, а также малоэффективен при температуре источника нагрева выше 100°С.The described installation has a low efficiency, since the thermochemical cycle of hydrogen compression incorporated in it does not allow to fully realize the potential of the supplied heat accumulated in the gas or liquid stream, and is also ineffective when the temperature of the heating source is above 100 ° C.
В предлагаемом способе имеется возможность полного использования потенциала теплоты, аккумулированной в потоке газа или жидкости, с помощью обратимого цикла термохимического сжатия водорода и сохранения высокой термодинамической эффективности цикла при утилизации теплоты выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания (газовой струи газотурбинного двигателя (ГТД) с температурой около (700-800)°С, парожидкостной струи геотермального источника и других источников тепловой энергии с меньшей температурой. Также предложен способ обратного обратимого термосорбционного цикла, позволяющего преобразовывать энергию сжатого водорода в теплоту для обогрева жилищ и производственных помещений, а также получить холод вплоть до криогенных температур.In the proposed method, it is possible to fully utilize the potential of heat accumulated in the gas or liquid stream using a reversible cycle of thermochemical compression of hydrogen and maintaining high thermodynamic efficiency of the cycle when utilizing the heat of exhaust gases of an internal combustion engine (gas jet of a gas turbine engine (GTE) with a temperature of about ( 700-800) ° C, a steam-liquid jet of a geothermal source and other sources of thermal energy with a lower temperature. a reversible thermosorption cycle, which allows the energy of compressed hydrogen to be converted into heat for heating homes and industrial premises, as well as cold up to cryogenic temperatures.
Ниже представлены устройства термосорбционного компрессора, с помощью которых осуществляется способ проведения процессов прямого обратимого цикла термохимического сжатия водорода с использованием теплоты нагретого потока газа или жидкости в механическую энергию и/или теплоту обогрева объектов жилого и технического назначения, представлены устройства, с помощью которых осуществляется способ проведения процессов обратного обратимого термохимический цикла для получения теплоты для обогрева жилищ и производственных помещений, а также получить холода вплоть до криогенных температур.Below are the devices of a thermosorption compressor, with the help of which a method is carried out for conducting a direct reversible cycle of thermochemical compression of hydrogen using the heat of a heated stream of gas or liquid into mechanical energy and / or heat of heating of residential and technical facilities, devices are presented that help to carry out a method processes of the reverse reversible thermochemical cycle to obtain heat for heating homes and industrial premises, and receive the same cooling down to cryogenic temperatures.
Также представлены частные случаи способа работы высокоэффективной энергетической установки, холодильной установки и теплового насоса на базе металлогидридного термосорбционного компрессора водорода с изотермическим источником нагрева с температурой до (700-800)°С.Special cases of the operation of a highly efficient power plant, a refrigeration unit and a heat pump based on a metal hydride thermosorption hydrogen compressor with an isothermal heating source with a temperature of up to (700-800) ° C are also presented.
Названия изображений предлагаемых устройств, конструктивных решений их основных элементов, циклограмм и других вспомогательных графических материалов ниже представлены в виде перечня фигур:The names of the images of the proposed devices, design solutions of their main elements, cyclograms and other supporting graphic materials are presented below in the form of a list of figures:
- Фиг.1 - Устройство металлогидридного блок-модуля термосорбционного компрессора для сжатия водорода, источником нагрева для которого является, например, поток горячих выхлопных газов ДВС или газовой турбины газотурбинной энергетической установки.- Figure 1 - The device of the metal hydride block module of a thermosorption compressor for compressing hydrogen, the heating source for which is, for example, a stream of hot exhaust gases from an internal combustion engine or a gas turbine of a gas turbine power plant.
- Фиг.2 - Зависимости логарифма давления Р (IgP) от обратной абсолютной температуры Т (1/T) для металлогидридов, расположенных в секциях металлогидридного элемента.- Figure 2 - Dependence of the logarithm of pressure P (IgP) on the inverse absolute temperature T ( 1 / T ) for metal hydrides located in sections of the metal hydride element.
- Фиг.3 - Изображение градиентов температур в виде тепловых волн в генераторах-сорберах и прилегающих к ним регенераторах теплоты в процессе запуска.- Figure 3 - Image of temperature gradients in the form of heat waves in sorbing generators and adjacent heat regenerators during startup.
- Фиг.4 - Изображение градиентов температур в виде тепловых волн в генераторах-сорберах и прилегающих к ним регенераторах теплоты в процессе движения теплоносителя в циркуляционном контуре против часовой стрелки.- Figure 4 - Image of temperature gradients in the form of heat waves in sorbing generators and adjacent heat regenerators during the movement of the coolant in the circulation loop counterclockwise.
- Фиг.5 - Изображение градиентов температур в виде тепловых волн в генераторах-сорберах и прилегающих к ним регенераторах теплоты в процессе движения теплоносителя в циркуляционном контуре по часовой стрелке.- Fig. 5 - Image of temperature gradients in the form of heat waves in sorbing generators and adjacent heat regenerators during clockwise movement of the coolant in the circulation circuit.
- Фиг.6 - Циклограммы включений левого и правого генераторов-сорберов.- 6 - Cyclograms of inclusions of the left and right generators-sorbers.
- Фиг.7 - Схема устройства генератора-сорбера.- Fig.7 is a diagram of the device of the generator-sorber.
- Фиг.8 - Конструктивное решение генератора-сорбера.- Fig - Constructive solution of the generator-sorber.
- Фиг.9 - Конструктивное решение генератора-сорбера компрессионного металлогидридного блок-модуля с одним подводящим/отводящим патрубком водорода расположенным на холодном конце генератора-сорбера.- Fig.9 - The design of the generator-sorbent compression metal hydride block module with one inlet / outlet hydrogen pipe located on the cold end of the generator-sorbent.
- Фиг.10 - Конструктивное решение регенератора теплоты с теплоаккумулирующей набивкой.- Figure 10 - The design of the heat regenerator with heat-accumulating packing.
- Фиг.11 - Компрессионный блок-модуль, в котором в качестве теплоносителя используется воздух окружающей среды.- 11 - Compression block module, in which ambient air is used as a heat carrier.
- Фиг.12 - Компрессионный металлогидридный блок-модуль, в котором в качестве теплоносителя используются непосредственно продукты сгорания энергетических установок.- Fig - Compression metal hydride block module, in which the products of combustion of power plants are directly used as a heat carrier.
- Фиг.13 - Компрессионный металлогидридный блок-модуль с изотермическим узлом нагрева.- Fig - Compression metal hydride block module with an isothermal heating unit.
- Фиг.14 - Схема энергетической установки на базе компрессионного блок-модуля и энергопреобразователя.- Fig. 14 is a diagram of a power plant based on a compression block module and an energy converter.
- Фиг.15 - Металлогидридное устройство для получения холода при использовании изотермического источника теплоты.- Fig - Metal hydride device for producing cold when using an isothermal heat source.
- Фиг.16 - Устройство холодильного металлогидридного блока.- Fig - Device refrigeration metal hydride block.
- Фиг.17 - Графиков зависимости логарифма давления (lgP) от- Fig - Graphs of the dependence of the logarithm of pressure (logP) from
обратной температуры (1/T) для металлогидридов в секциях холодопроизводителя.return temperature ( 1 / T ) for metal hydrides in refrigeration sections.
- Фиг.18 - Положение тепловых волн в левом и правом холодопроизводителях по окончании первого полуцикла.- Fig. 18 - The position of the heat waves in the left and right refrigeration producers at the end of the first half-cycle.
- Фиг.19 - Положение тепловых волн в левом и правом холодопроизводителях по окончании второго полуцикла.- Fig.19 - The position of the heat waves in the left and right refrigeration at the end of the second half-cycle.
- Фиг.20 - Циклограммы работы левого и правого металлогидридных холодопроизводителей блока металлогидридного холодильника.- Fig. 20 - Cyclograms of the operation of the left and right metal hydride refrigeration units of the metal hydride refrigerator unit.
- Фиг.21 - Устройство металлогидридного теплового насоса при использовании изотермического источника теплоты.- Fig.21 - The device hydride heat pump when using an isothermal heat source.
- Фиг.22 - График зависимости логарифма давления (lgP) от обратной температуры (1/T) для металлогидридов в секциях металлогидридного теплопроизводителя.- Fig. 22 is a graph of the logarithm of pressure (logP) versus reciprocal temperature ( 1 / T ) for metal hydrides in sections of a metal hydride heat producer.
- Фиг.23 - Устройство металлогидридного холодильника с механическим компрессором для сжатия водорода.- Fig - The device hydride refrigerator with a mechanical compressor for compressing hydrogen.
- Фиг.24 - Устройство объединенного модуля металлогидридного холодильника, состоящего из металлогидридного компрессионного блока и холодопроизводящего блока.- Fig. - The device of the combined module of the metal hydride refrigerator, consisting of a metal hydride compression unit and a refrigeration unit.
- Фиг.25 - Циклограмма работы холодопроизводителей холодопроизводящего блока.- Fig - Cyclogram of the work of refrigeration units of the refrigeration unit.
- Фиг.26 - Устройство объединенного блок-модуля металлогидридного холодильника, управляемого реверсивными насосами теплоносителей.- Fig. 26 - The device of the combined block module of a metal hydride refrigerator controlled by reversible heat transfer pumps.
- Фиг.27 - Устройство объединенного модуля металлогидридного теплового насоса, состоящего из металлогидридного компрессионного блока и теплопроизводящего блока.- Fig. 27 - The device of the combined module of a metal hydride heat pump, consisting of a metal hydride compression unit and a heat producing unit.
- Фиг.28 - Устройство объединенного блок-модуля металлогидридного теплового насоса, управляемого реверсивными насосами теплоносителей.- Fig - The device of the combined block module of a metal hydride heat pump controlled by reversible heat transfer pumps.
На фиг.1 представлено устройство металлогидридного блок-модуля термосорбционного компрессора для сжатия водорода, источником нагрева для которого, например, является поток горячих выхлопных газов ДВС или газовой турбины газотурбинной энергетической установки.Figure 1 shows the device of a metal hydride block module of a thermosorption compressor for compressing hydrogen, the heating source for which, for example, is a stream of hot exhaust gases from an internal combustion engine or a gas turbine of a gas turbine power plant.
Устройство скомпоновано таким образом, что представляет собой компрессионный металлогидридный блок-модуль, позволяющий повышение производительности по водороду простым суммированием однотипных модулей.The device is arranged in such a way that it is a compression metal hydride block module that allows increasing hydrogen productivity by simple summation of the same type of modules.
Компрессионный металлогидридный блок-модуль 48 включает в себя два одинаковых металлогидридных генератора-сорбера водорода 1 и 4, снабженных теплообменными поверхностями 46 и 47 соответственно, объединенных реверсивным циркуляционным внутренним контуром теплоносителя 19, на линии которого по обе стороны генераторов-сорберов водорода 1 и 4 соответственно установлены регенераторы теплоты 2, 3 и 5, 6 с теплоаккумулирующей набивкой. В контуре теплоносителя также установлен охладитель 24 с теплообменной поверхностью 41 и реверсивный привод теплоносителя 20 (как вариант представлен реверсивный насос).The compression metal
Металлогидридные генераторы-сорберы водорода 1 и 4 состоят из двух и более секций (в данном случае их показано пять - 7, 8, 9, 10 и 11), которые заполнены порошкообразным металлогидридом с различными сорбционными свойствами. Секции расположены вдоль потока теплоносителя, а содержащийся в них металлогидрид меняет свои свойства от малостабильного со стороны охладителя 24 к более стабильному со стороны нагревателя 25.Metal hydride generators-sorbers of
Таким рядом гидридообразующих материалов может быть, например, лантанникелевый сплав, легированный алюминием по формуле LaNi(5-y)Aly, где у может изменяться в пределах от 0 до 1.Such a series of hydride-forming materials can be, for example, a lanthanum-nickel alloy doped with aluminum according to the formula L a N i (5-y) Al y , where y can vary from 0 to 1.
Подбор металлогидридов по параметрам давление-температура для каждой секции генератора-сорбера в идеализированном виде представлен на фиг.2. в виде зависимости логарифма давления Р (lgP) от обратной абсолютной температуры T (1/T) для металлогидридов 7, 8, 9, 10 и 11, расположенных соответственно в секциях 7, 8, 9, 10 и 11.The selection of metal hydrides according to the pressure-temperature parameters for each section of the generator-sorbent in an idealized form is presented in figure 2. in the form of the dependence of the logarithm of pressure P (logP) on the inverse absolute temperature T ( 1 / T ) for
Такие зависимости наиболее удобны, так как с их помощью можно представить два стационарных состояния одинаковых по давлению p1 сорбции и P2 десорбции водорода, используемых различных металлогидридов при различных температурах.Such dependences are most convenient, since they can be used to represent two stationary states of the same hydrogen pressure sorption p 1 and hydrogen desorption P 2 , different metal hydrides used at different temperatures.
Так, если продвигаться по секциям со стороны охладителя в сторону нагревателя то будем иметь следующее.So, if we move in sections from the cooler to the heater, then we will have the following.
В секции 7 металлогидрид сорбирует водорода при температуре Т0 с отводом теплоты Q0(T0) в охладитель 24 и десорбирует при температуре T7. Металлогидрид следующей секции 8 сорбирует водород при температуре Т7 с отводом теплоты Q8 на десорбцию водорода в секцию 7 и десорбирует при температуре T8 и так далее, то есть теплоты Q9, Q10 и Q11 при сорбции водорода последующих металлогидридах идут на десорбцию водорода предыдущих металлогидридов.In
Металлогидрид последней секции 11 потребляет теплоту QH(TH) на десорбцию водорода из нагревателя 25.The metal hydride of the
Обратимость термохимического цикла термосорбционного компрессора с несколькими и более металлогидридными секциями обеспечивается в идеализированной постановке равенством температур сорбции водорода в последующем металлогидриде с температурой десорбции водорода предыдущего металлогидрида, а также в пределе полной регенерацией аккумулированной теплоты металлогидридных секций при переходе от процесса десорбции к процессу сорбции за счет высокоразвитой теплопередающей поверхности теплоносителя всех металлогидридных секций, а также установкой регенераторов теплоты с теплоаккумулирующей набивкой по линии теплоносителя со стороны охладителя и нагревателя для каждого генератора-сорбера.The reversibility of the thermochemical cycle of a thermosorption compressor with several or more metal hydride sections is ensured in an idealized setting by the equality of the hydrogen sorption temperatures in the subsequent metal hydride with the hydrogen desorption temperature of the previous metal hydride, as well as in the limit of the complete regeneration of the accumulated heat of metal hydride sections during the transition from the desorption process to the sorption process due to high heat transfer surface of the coolant of all metal hydride sections, and that also by installing heat regenerators with heat storage packing along the coolant line from the side of the cooler and heater for each generator-sorbent.
Устройство содержит также внешний контур 18 теплоносителя, включающий в себя теплообменную поверхность 26 нагревателя 25 в виде противоточного теплообменника. Для подключения компрессионного металлогидридного блок-модуля к источнику теплоты имеется подсоединительный узел G, с которого теплоноситель внешнего контура в точке А подключается к реверсивному внутреннему контуру 19 и, далее, разветвляясь включает в себя две альтернативные ветки левую с генератором-сорбером 1 и правую с генератором-сорбером 4, и соединяется в точке В посредством управляемых вентилей 22 и 23 соответственно. Для побуждения циркуляции теплоносителя во внешнем контуре установлен циркуляционный насос 21.The device also contains an
Теплота газового потока ДВС или газовой турбины передается во внешний контур теплоносителя через теплопередающую поверхность 27 противоточного теплообменника 25.The heat of the gas stream of the internal combustion engine or gas turbine is transferred to the external coolant circuit through the
Водород низкого давления P1 имеет возможность поступить в генераторы-сорберы 1 и 4 через приемный узел К, запорный вентиль 42 по линии низкого давления 12 через узел F и далее через обратные клапаны 13 и 14 соответственно. Водород высокого давления P2 имеет возможность выходить из генераторов-сорберов 1 и 4 через обратные клапаны 16 и 17 соответственно, далее через узел Е, по линии высокого давления 15, через запорный вентиль 43 и отдающий узел Н поступать потребителю.The low pressure hydrogen P 1 has the ability to enter the
Давление водорода на линиях низкого и высокого давления измеряются и контролируются датчиками 28 и 30 соответственно.Hydrogen pressure on the low and high pressure lines are measured and monitored by
Тепловой режим работы блока генераторов-сорберов измеряется и контролируется с помощью датчиков температуры 44, 31, 33, 35, 37, 36, 34, 32, 45, установленных на линии теплоносителя реверсивного контура 19 и датчиков температуры 29, 38, 39 установленных на внешнем контуре теплоносителя 18.The thermal operating mode of the block of sorbing generators is measured and monitored using
Контроль режимов работы устройства и его управление осуществляется блоком управления 40.Monitoring of the operating modes of the device and its control is carried out by the
Устройство по одной из принятых программ управления работает сразу в режиме запуска и далее в рабочем режиме.The device, according to one of the adopted control programs, works immediately in startup mode and then in operating mode.
Примем, что перед запуском металлогидриды всех секций 7, 8, 9, 10 и 11 левого генератора-сорбера 1 предельно насыщены водородом, а металлогидриды всех секции 7, 8, 9, 10 и 11 правого генератора-сорбера 4 предельно обеднены водородом. Все генераторы-сорберы и регенераторы теплоты холодны и находятся при температуре охладителя Ò0.We assume that before starting metal hydrides of all
В режиме запуска прогреваются холодные регенераторы теплоты 2, 5 и генераторы-сорберы 1 и 4 теплоносителем внешнего контура 18, для чего включается насос 21, открываются регулируемые вентили 22 и 23. Горячий теплоноситель с нагревателя 25 поступает в подсоединительный узел G, далее в точке A разделяется на два потока и через регенераторы 2, 5 и далее в левый 1 и правый 4 генераторы-сорберы соответственно.In start-up mode,
Прогрев осуществляется до тех пор, пока градиент температур в виде тепловых волн на регенераторах теплоты 2 и 5, и соответственно генераторах-сорберах 1 и 4 займут положение как показано на фиг.3.Warming up is carried out until the temperature gradient in the form of heat waves on
Здесь поступающий теплоноситель GT(H) образует температурные прямые а1в1 и а2в2 соответственно левого и правого генераторов-сорберов со своими регенераторами теплоты таким образом, что температуры начала регенераторов 2 и 5 (точки в1 и в2) приобретают максимальные значения, соответствующие температуре нагревателя TH, а концы температурных прямых (точки а1 и а2) со значениями температуры охладителя Т0 могут находиться на генераторах-сорберах 1 и 2 вблизи регенераторов со стороны охладителя 24. Справа на рисунке показана система координат: температура Т - длина L.Here, the incoming coolant G T (H) forms the temperature lines a 1 in 1 and a 2 in 2, respectively, of the left and right sorbing generators with their heat regenerators in such a way that the start temperatures of
Рабочие режимы блока генераторов-сорберов отображены на фиг.4 и фиг.5 с помощью тепловых волн процессов сорбции и десорбции водорода генераторами-сорберами и представлены в виде циклограмм на фиг.6.The operating modes of the block of sorbing generators are shown in FIGS. 4 and 5 using heat waves of hydrogen sorption and desorption processes by sorbing generators and are presented in the form of cyclograms in FIG. 6.
После того как в режиме запуска произошел частичный нагрев левого и правого генераторов-сорберов и установились на них тепловые волны, закрывается регулируемый вентиль 22, включается реверсивный насос 20 с производительностью GT и начинается циркуляция теплоносителя во внутреннем контуре 19 против часовой стрелки согласно чертежу фиг.1 по замкнутому кольцу, включающему в себя: регенератор 6, правый генератор-сорбер 4, регенератор 5, регенератор 2, левый генератор-сорбер 1, регенератор 3, теплообменник 41 охладителя 24 и далее в реверсивный циркуляционный насос 20. При этом насос 21 с производительностью GT(H) внешнего контура 18 теплоносителя остается включенным, а регулируемый вентиль 23 также открытым.After the left and right sorbing generators are partially heated in the start-up mode and heat waves are established on them, the
Таким образом в левый генератор-сорбер 1 вместе с впрыском теплоносителя с внешнего контура 18 через регенератор 2 поступает теплота нагревателя 25 посредством теплоносителя производительностью GT(H), которая расходуется на десорбцию водорода левого генератора-сорбера 1. Кроме того, в левый генератор-сорбер 1 поступает теплоноситель с производительностью GT от внутреннего контура теплоносителя 19.Thus, in the left generator-
Тепловая волна а1в1, продвигаясь вниз по левому генератору-сорберу 1, согласно фиг.4, отдает тепло всем его секциям (7, 8, 9, 10 и 11), которые работают одновременно и десорбируют водород высокого давления P2. При этом температура аккумулированной теплоты при переходе теплоносителя от секции к секции понижается. На выходе из генератора-сорбера 1 часть теплоты задерживается и аккумулируется с сохранением ее потенциала в регенераторе теплоты 3, а другая часть сбрасывается в охладитель 24.The heat wave a 1 in 1 , moving down the
Подключение внешнего контура 18 для впрыска горячего теплоносителя может осуществляться по команде блока управления 40 как по жесткой программе с заданными временами срабатывания элементов контура, так и по заданной программе с оценкой теплового режима генераторов-сорберов и регенераторов теплоты. Необходимой информацией для этой программы могут быть значения температуры теплоносителя и давления водорода.The connection of the
На циклограмме, фиг.6, время прогрева тепловой волной левого генератора-сорбера 1 отмечено отрезком времени на числовой оси τ как время первого полуцикла (1/2 τц) и отражает десорбционный процесс, а время впрыска горячего теплоносителя с внешнего контура 18 как τн. Причем время впрыска τн может быть меньше или равно 1/2 τц.In the sequence diagram, Figure 6, the warm heat wave generator left sorber 1-mentioned length of time on the real time axis τ as a first half cycle (1/2 τ u) and represents the desorption process, and the injection of the hot coolant from the
Десорбированный водород высокого давления P2 из левого генератора-сорбера 1 поступает через обратный клапан 16 в узел Е откуда по линии высокого давления 15 через запорный вентиль 43 и узел Н направляется потребителю.Desorbed high pressure hydrogen P 2 from the left generator-
Одновременно с десорбцией водорода высокого давления из левого генератора-сорбера 1 происходит процесс сорбции водорода низкого давления в правом генераторе-сорбере 4. На фиг.4 показано положение тепловой волны в правом генераторе-сорбере в установившемся режиме.Simultaneously with the desorption of high pressure hydrogen from the
Холодный теплоноситель из теплообменной поверхности 41 охладителя 24 подается в правый генератор-сорбер 4 через регенератор 6 и продвигает тепловую волну а2в2 вверх согласно фиг.4, принимает теплоту от всех его секций (7, 8, 9, 10 и 11), которые работают одновременно на сорбцию водорода низкого давления P1. При этом температура аккумулированной теплоты каждой секции при переходе теплоносителя от секции к секции понижается. Часть теплоты задерживается и аккумулируется с сохранением ее потенциала в регенераторе теплоты 5, а другая часть поступает во внутренний контур 19 для пополнения своего потенциала.Cold coolant from the
Время сорбционного процесса правого генератора-сорбера 4 может быть равно времени десорбционного процесса левого генератора-сорбера 1 и равно 1/2 τц.Time sorption process right sorber-
На фиг.5 представлена схема работы генераторов-сорберов во второй половине цикла, при которой левый генератор-сорбер 1 переключен с десорбционного процесса на сорбционный, а правый генератор-сорбер 4 переключен с сорбционного процесса на десорбционный.Figure 5 presents the operation diagram of the sorbent generators in the second half of the cycle, in which the
Для осуществления работы блока генераторов-сорберов во второй половине цикла реверсивный насос 20 включается в обратном направлении, так чтобы теплоноситель во внутреннем контуре 19 двигался по часовой стрелке. При этом закрывается регулируемый вентиль, например, 23, открывается регулируемый вентиль, например, 22 и включается насос 21 внешнего контура теплоносителя 18.To carry out the operation of the block of generators-sorbers in the second half of the cycle, the
Поскольку левый и правый генераторы-сорберы со своими прилегающими регенераторами идентичны как по своим конструктивным, так и по техническим характеристикам, то и процессы поглощения и выделения водорода в них в первом приближении будут одинаковые и аналогичны тем, которые были рассмотрены выше в первой половине цикла.Since the left and right sorbing generators with their adjacent regenerators are identical in both their structural and technical characteristics, the processes of hydrogen absorption and evolution in them will be identical to a first approximation and similar to those discussed above in the first half of the cycle.
На фиг.7 представлено одно из устройств генератора-сорбера компрессионного металлогидридного блок-модуля.Figure 7 presents one of the devices of the generator-sorbent compression metal hydride block module.
Генератор-сорбер состоит из внутренней оболочки 53 с размещенными в ней вдоль оси секциями 7, 8, 9, 10, 11, заполненные порошкообразным металлогидридом с различными сорбционными свойствами. Наружная оболочка 54 образует с внутренней оболочкой 53 кольцевой канал 55 для теплоносителя, в котором для улучшения коэффициента теплоотдачи могут быть установлены ребра теплопроводности, другие тепловые мосты, турбулизаторы потока и т.д. Патрубки 52 и 58 служат для подвода/отвода и отвода/подвода теплоносителя в зависимости от направленности протекания сорбционных процессов в генераторе-сорбере.The sorber generator consists of an
Внутренняя поверхность оболочки 53 имеет тепловой контакт с металлогидридом в секциях посредством теплопроводящих материалов, скомпонованных, например, в виде ребер теплопроводности, пеноматериалов из меди или никеля или свободных частиц из высокотеплопроводящего материала. Вдоль генератора-сорбера, пронизывая все секции, заполненные мететаллогидридами с различными свойствами, установлены фильтры-коллекторы водорода 56, количество которых может быть 1, 2 и более, и заполненные пористым теплоаккумулирующим материалом 57, например медным порошком. Для предотвращения уноса мелкодисперсной фракции металлогидрида в водородные магистрали и перемещения теплаккумулирующего материала в водородных коллекторах 59 и 61 установлены фильтры 60 и 51.The inner surface of the
Секции 7, 8, 9, 10, 11, заполненные порошкообразным металлогидридом, например лантанникелевым сплавом, легированным алюминием по формуле LaNi(5-y)Aly, где у может изменяться в пределах от 0 до 1 и более. Причем, чем выше значение y, тем более стабильным будет его металлогидрид. Например, слои могут быть набраны следующим образом: в секции 7 размещен металлогидрид - LaNi5HX, в секции 8 - LaNi(5-0,1)Al0,1HX, в секции 9 - LaNi(5-0,2)Al0,2HX, в секции 10 - LaNi(5-0,4)Al0,4HX и в секции 11 - LaNi(5-1)Al1HX.
Количество водорода, которое может быть аккумулировано металлогидридом в каждой секции, должно быть одинаково для всех секций.The amount of hydrogen that can be accumulated by metal hydride in each section should be the same for all sections.
Поэтому количество металлогидрида в каждой секции определяется с учетом его сорбционной емкости. Так, в первом приближении, количество металлогидрида в секции должно находиться в обратной зависимости от его емкости по водороду.Therefore, the amount of metal hydride in each section is determined taking into account its sorption capacity. So, in a first approximation, the amount of metal hydride in the section should be inversely related to its hydrogen capacity.
Для подвода и отвода водорода в зависимости от функциональной направленности генератора-сорбера в нем могут быть установлены как два водородных патрубка для подвода водорода на холодном и отвода на горячем конце генератора-сорбера, так и один патрубок на холодном конце генератора-сорбера для подвода/отвода водорода.For supply and removal of hydrogen, depending on the functional orientation of the generator-sorbent, it can be installed in it as two hydrogen pipes for supplying hydrogen at the cold and on the hot end of the generator-sorbent, and one pipe on the cold end of the generator-sorber for supply / removal hydrogen.
Например, если компрессионный металлогидридный блок используется для энергетической установки, то подачу водорода низкого давления необходимо подавать с холодной стороны генератора-сорбера, а отвод водорода высокого давления предпочтительно осуществлять со стороны горячего конца генератора-сорбера.For example, if a compression metal hydride unit is used for a power plant, low-pressure hydrogen must be supplied from the cold side of the sorbing generator, and high-pressure hydrogen can be removed from the hot end of the sorbing generator.
В компрессионном блоке, предназначенным для холодильной установки или теплового насоса, подвод и отвод водорода необходимо осуществлять только с холодной стороны генератора-сорбера.In a compression unit intended for a refrigeration unit or heat pump, the supply and removal of hydrogen must be carried out only from the cold side of the generator-sorbent.
На фиг.8 представлено одно из конструктивных решений генератора-сорбера компрессионного металлогидридного блок-модуля.On Fig presents one of the structural solutions of the generator-sorbent compression metal hydride block module.
Генератор-сорбер состоит из цилиндрической оболочки 71, на концах которой имеются переднее донышко 77, заднее донышко 89 и в которых установлены водородные штуцера 78 и 88 соответственно. На внутренней поверхности цилиндрической оболочки 71 установлены ребра теплопроводности 72 из меди или алюминия, которые имеют тепловой контакт с цилиндрической оболочкой 71.The sorber generator consists of a
По центру генератора-сорбера установлен перфорированный цилиндрический коллектор водорода 75, внутри которого размещена пористая теплоаккумулирующая набивка 83 в виде металлической дроби или гранитной крошки. На цилиндрической поверхности коллектора водорода установлена сетка 76.A perforated
Металлогидрид различного состава по секциям размещен в межреберном пространстве 73 и ограничен внутренней поверхностью цилиндрической оболочки 71 и сеткой 76 водородного коллектора для предотвращения уноса крупной фракции порошка металлогидрида 73. В первом приближении количество металлогидрида, находящегося в одной секции в таком генераторе-сорбере, рассчитывается с учетом внутреннего диаметра D оболочки 71 и наружного диаметра d коллектора водорода 75. Длина генератора-сорбера Lгс определяется из учета количества секций n и учетом длины l каждой секции.Metal hydride of various compositions in sections is located in the
По торцам коллектора водорода 75 установлены сетки-ограничители 80 и 87 для предотвращения перемещения теплоаккумулирующей набивки 83 и предотвращения уноса мелкой фракции металлогидрида в водородную магистраль.At the ends of the
Для очистки свободного пространства теплоаккумулирующей набивки 83 от накопившейся мелкодисперсной фракции металлогидрида в процессе длительной работы генераторов-сорберов установлена дренажная трубка 79, для отвода в сборник мелкодисперсной фракции металлогидрида.To clean the free space of the heat-accumulating
Сборник мелкодисперсной фракции металлогидрида представляет собой отдельный объем, находящийся при температуре охладителя.The collection of the finely dispersed fraction of metal hydride is a separate volume at the temperature of the cooler.
Тепловое воздействие теплоносителя (нагрев или охлаждение) на металлогидридные секции осуществляется с помощью кольцевого канала, образованного наружной поверхностью цилиндрической оболочки 71 и наружной оболочки 74. Для организации потока теплоносителя по торцам генератора-сорбера установлены патрубки 81 и 86 для подвода или отвода теплоносителя и коллектора 82 и 85. В кольцевом канале установлены ребра теплопроводности 84, имеющие тепловой контакт с наружной поверхностью оболочки 71 и внутренней поверхностью оболочки 74.The thermal effect of the coolant (heating or cooling) on the metal hydride sections is carried out using an annular channel formed by the outer surface of the
На фиг.9 представлено конструктивное решение генератора-сорбера компрессионного металлогидридного блок-модуля с одним подводящим/отводящим патрубком водорода, расположенным на холодном конце генератора-сорбера.Figure 9 shows the constructive solution of the sorbent generator of the compression metal hydride block module with one inlet / outlet hydrogen pipe located at the cold end of the sorbent generator.
Отличие конструкции, представленной на фиг.9, от конструкции на фиг.8 заключается в том, что в ней вместо водородного патрубка 88 и сетки ограничителя 87, находящихся на горячем конце генератора-сорбера, установлена заглушка 90. Все остальные позиции рис.9, соответствуют позициям фиг.8.The difference between the design shown in Fig. 9 and the design in Fig. 8 is that instead of the
На фиг.10 представлено конструктивное решение регенераторов теплоты 2 и 3 с теплоаккумулирующей набивкой. Регенератор представляет собой цилиндрический корпус 102, по обе стороны которого имеются левое донышко 104 с патрубком 105 и правое донышко 101 с патрубком 100. Внутри корпуса регенератора расположена теплоаккумулирующая набивка 103, например, в виде гранитной крошки или металлической дроби, а также установлены сетки-ограничители 106 и 107 по обе стороны теплоаккумулирующей набивки. Объем и масса теплоаккумулирующей набивки, заключенной в регенераторе теплоты длиной Lр и диаметром Dp, определяется из условий режимов работы генераторов-сорберов: их КПД, степени сжатия водорода, производительности, массовых и сорбционных характеристик прилегающих непосредственно к регенератору теплоты секций генератора-сорбера.Figure 10 presents a constructive solution of
На фиг.11 представлен компрессионный блок-модуль, в котором в качестве теплоносителя используется воздух окружающей среды.11 shows a compression block module in which ambient air is used as a heat carrier.
Компрессионный металлогидридный блок-модуль 110 включает в себя два металлогидридных генератора-сорбера водорода 1 и 4 снабженные теплообменными поверхностями 46 и 47 соответственно, объединенные в открытый на воздушную атмосферу реверсивный циркуляционный внутренний контур теплоносителя 19, на линии которого по обе стороны генераторов-сорберов водорода 1 и 4 соответственно установлены регенераторы теплоты 2, 3 и 5, 6 с теплоаккумулирующей набивкой. Реверс теплоносителя (воздуха) осуществляется с помощью вентилятора 111 и соответствующих положений регулируемых запорных вентилей 22, 23 и запорных вентилей 112, 113. Подача теплоносителя (воздуха) через теплообменную поверхность 26 нагревателя 25 для нагрева левого 1 или правого 3 генераторов-сорберов осуществляется с помощью внешнего вентилятора 114.The compression metal
Сообщение с атмосферой компрессионного блока 110 осуществляется в трех узлах. В узле В осуществляется забор холодного воздуха вентилятором 111 для охлаждения генераторов-сорберов в процессах сорбции водорода. В узлах B1 и В2 осуществляется сброс теплоты посредством отвода теплоносителя (воздуха) процессов сорбции левого 1 и правого 3 генераторов-сорберов соответственно.Communication with the atmosphere of the
Вся дальнейшая нумерация позиций, представленная на фиг.11, соответствует нумерации, представленной на фиг.1. Позиции, относящиеся к датчикам измерения значений температуры и давления, не показаны.All further position numbering shown in FIG. 11 corresponds to the numbering shown in FIG. 1. Items related to temperature and pressure sensors are not shown.
Устройства генераторов-сорберов 1 и 3, применяемые металлогидриды в секциях, а также присоединенные к ним регенераторы теплоты соответственно 2, 3 и 5, 6 также аналогичны устройствам соответствующих позиций, представленных на фиг.1.The devices of the
Работа компрессионного металлогидридного блок-модуля 110 осуществляется следующим образом.The operation of the compression metal
Нагнетаемый вентилятором 114 воздух нагревается в теплообменной поверхности 26 противоточного теплообменника 25 и подается на входной узел G, откуда на распределительную точку А и далее на один из генераторов-сорберов 1 или 4.The air pumped by the
Примем для первой половины цикла, что в теплообменную поверхность 46 левого генератора-сорбера 1 подается горячий воздух из нагревателя 25 и в нем осуществляется процесс десорбции водорода с высоким давлением P2, а в правый генератор-сорбер 4 подается холодный воздух из узла В вентилятором 111 и в генераторе-сорбере 4 осуществляется процесс сорбции водорода при низком давлении Р1.We assume for the first half of the cycle that hot air from the
Для осуществления принятых процессов запорный вентиль 113 для подачи холодного воздуха с вентилятора 111 должен быть открыт, запорный вентиль 112 закрыт, регулируемый запорный вентиль 23 закрыт, регулируемый запорный вентиль 22 для сброса аккумулированной теплоты сорбции генератора-сорбера 1 открыт.To implement the adopted processes, the shut-off
По окончании первой половины цикла левый генератор-сорбер 1 переключается с процесса десорбции на процесс сорбции, а правый генератор-сорбер 4 с процесса сорбции на процесс десорбции. Поэтому во второй половине цикла запорный вентиль 112 и регулируемый запорный вентиль 23 открыты, а запорный вентиль 113 и регулируемый запорный вентиль 22 закрыты.At the end of the first half of the cycle, the
Далее цикл повторяется.Next, the cycle repeats.
Рабочие режимы блока генераторов-сорберов, отображенные с помощью тепловых волн процессов сорбция и десорбция водорода генераторами-сорберами 1 и 4 и их циклограммы аналогичны представленными на фиг.4, фиг.5 и фиг.6 для устройства фиг.1.The operating modes of the block of generators-sorbers, displayed using heat waves of the processes of sorption and desorption of hydrogen by generators-sorbers 1 and 4 and their cyclograms are similar to those presented in figure 4, figure 5 and figure 6 for the device of figure 1.
На фиг.12 представлен компрессионный металлогидридный блок-модуль, в котором в качестве теплоносителя используются непосредственно продукты сгорания энергетических установок, например, на базе ДВС или газовой турбины с использованием водорода в качестве топлива.On Fig presents a compression metal hydride block module, in which the products of combustion of power plants, for example, based on an internal combustion engine or a gas turbine using hydrogen as fuel, are directly used as a heat carrier.
Продуктами сгорания в этом случае являются смесь азота и водяного пара.The combustion products in this case are a mixture of nitrogen and water vapor.
Компрессионный металлогидридный блок-модуль 120 также как и компрессионный металлогидридный блок-модуль, рис.11, включает в себя два металлогидридных генератора-сорбера водорода 1 и 4, снабженные теплообменными поверхностями 46 и 47 соответственно, объединенные в открытый на воздушную атмосферу реверсивный циркуляционный внутренний контур теплоносителя 19, на линии которого по обе стороны генераторов-сорберов водорода 1 и 4 соответственно установлены регенераторы теплоты 2, 3 и 5, 6 с теплоаккумулирующей набивкой. Реверс теплоносителя (воздуха и продуктов сгорания) осуществляется с помощью вентилятора 121 и соответствующих положений регулируемых запорных вентилей 22, 23 и запорных вентилей 122, 123. Подача теплоносителя (продуктов сгорания) для нагрева левого 1 или правого 3 генераторов-сорберов осуществляется непосредственно из выхлопной трубы или газовой турбины.The compression metal
Сообщение с атмосферой компрессионного металлогидридного блока 120 осуществляется в трех узлах. В узле В осуществляется забор холодного воздуха вентилятором 121 для охлаждения генераторов-сорберов в процессах сорбции водорода. В узлах B1 и В2 осуществляется сброс теплоты посредством отвода теплоносителя (воздуха и продуктов сгорания) процессов сорбции левого 1 и правого 3 генераторов-сорберов соответственно.Communication with the atmosphere of the compression
Вся дальнейшая нумерация позиций, представленная на фиг.12, соответствует нумерации представленной на фиг.1 и фиг.11. Позиции, относящиеся к датчикам измерения значений температуры и давления, не показаны.All further position numbering shown in FIG. 12 corresponds to the numbering shown in FIG. 1 and FIG. 11. Items related to temperature and pressure sensors are not shown.
Устройства генераторов-сорберов 1 и 3, применяемые металлогидриды в секциях, а также присоединенные к ним регенераторы теплоты соответственно 2, 3 и 5, 6, также аналогичны устройствам соответствующих позиций представленных на фиг.1 и фиг.11.The devices of the
Работа компрессионного металлогидридного блок-модуля 120 осуществляется следующим образом.The operation of the compression metal
Продукты сгорания энергетической установки подаются на входной узел G, откуда на распределительную точку А и далее на один из генераторов-сорберов 1 или 4.The combustion products of the power plant are fed to the input node G, from where to the distribution point A and then to one of the
Примем для первой половины цикла, что в теплообменную поверхность 46 левого генератора-сорбера 1 подается горячий воздух из нагревателя 25 и в нем осуществляется процесс десорбции водорода с высоким давлением P2, а в правый генератор-сорбер 4 подается холодный воздух из узла В вентилятором 121 и в генераторе-сорбере 4 осуществляется процесс сорбции водорода при низком давлении Р1.We assume for the first half of the cycle that hot air from the
Для осуществления принятых процессов запорный вентиль 123 для подачи холодного воздуха с вентилятора 121 должен быть открыт, запорный вентиль 122 закрыт, регулируемый запорный вентиль 23 закрыт, регулируемый запорный вентиль 22 для сброса аккумулированной теплоты сорбции генератора-сорбера 1 открыт.To carry out the adopted processes, the shut-off
По окончании первой половины цикла левый генератор-сорбер 1 переключается с процесса десорбции на процесс сорбции, а правый генератор-сорбер 4 с процесса сорбции на процесс десорбции. Поэтому во второй половине цикла запорный вентиль 122 и регулируемый запорный вентиль 23 открыты, а запорный вентиль 123 и регулируемый запорный вентиль 22 закрыты.At the end of the first half of the cycle, the
По окончании процесса сорбции в левом генераторе-сорбере 1 и процесса десорбции в правом генераторе-сорбере 4 цикл повторяется.At the end of the sorption process in the
Рабочие режимы генераторов-сорберов, отображенные с помощью тепловых волн процессов сорбция и десорбция водорода генераторами-сорберами 1 и 4 и их циклограммы, также аналогичны представленными на фиг.4, фиг.5 и фиг.6 для устройства фиг.1 и фиг.11.The operating modes of the sorbing generators displayed by heat waves of the sorption and desorption of hydrogen by the
На фиг.13 представлен компрессионный металлогидридный блок-модуль с изотермическим узлом нагрева, в котором источником теплоты может являться, например, прямое солнечное излучение, а также солнечное излучение с применением концентраторов. С применением солнечных концентраторов потенциал получаемой теплоты может быть значительно повышен.On Fig presents a compression metal hydride block module with an isothermal heating unit, in which the heat source can be, for example, direct solar radiation, as well as solar radiation using concentrators. With the use of solar concentrators, the potential of the resulting heat can be significantly increased.
Компрессионный блок-модуль 130 включает в себя два металлогидридных генератора-сорбера водорода 1 и 4 снабженные теплообменными поверхностями 46 и 47 соответственно, объединенные в реверсивный циркуляционный внутренний контур теплоносителя 19, на линии которого по обе стороны генераторов-сорберов водорода 1 и 4 соответственно установлены регенераторы теплоты 2, 3 и 5, 6 с теплоаккумулирующей набивкой. В контуре теплоносителя также установлены нагреватель 132 с теплообменной поверхностью 131, охладитель 24 с теплообменной поверхностью 41 и реверсивный привод теплоносителя 20 (как вариант реверсивный насос).The
Устройства генераторов-сорберов 1 и 3, применяемые металлогидриды в секциях 7, 8, 9, 10 и 11, а также регенераторы теплоты, соответственно 2, 3 и 5, 6 также аналогичны устройствам соответствующих позиций представленных на фиг.1, фиг.11 и фиг.12.Devices of
Работа компрессионного металлогидридного блок-модуля 130 осуществляется следующим образом.The operation of the compression metal
Примем для первой половины цикла, что теплоноситель подогретый теплотой QH(TH) в теплообменной поверхности 131 нагревателя 13 2 подается в теплообменную поверхность 46 левого генератора-сорбера 1 и в нем осуществляется процесс десорбции водорода с высоким давлением Ð2, а в правый генератор-сорбер 4 подается холодный теплоноситель из теплообменной поверхности 41 охладителя 24 и в генераторе-сорбере 4 осуществляется процесс сорбции водорода при низком давлении Ð1.Assume for the first half cycle of said heat transfer fluid heated heat Q H (T H) in the
Холодный теплоноситель образуется за счет отбора от него теплоты Q0(T0) в охладителе 24. Реверсивный насос 20 в этом случае подает теплоноситель в контуре 19 согласно чертежу против часовой стрелки.Cold coolant is formed due to the extraction of heat Q 0 (T 0 ) from the cooler 24. In this case, the
По окончании первой половины цикла левый генератор-сорбер 1 переключается с процесса десорбции на процесс сорбции, а правый генератор-сорбер 4 с процесса сорбции на процесс десорбции. Для этого реверсивный насос 20 переключается на реверс и в этом случае подает теплоноситель в контуре 19 согласно чертежу по часовой стрелке. По окончании второй половины цикла насос снова переключается на реверс.At the end of the first half of the cycle, the
Далее цикл повторяется.Next, the cycle repeats.
Рабочие режимы блока генераторов-сорберов, отображенные с помощью тепловых волн процессов сорбция и десорбция водорода генераторами-сорберами 1 и 4 и их циклограммы, также аналогичны представленными на фиг.4, фиг.5 и фиг.6 для устройства фиг.1.The operating modes of the block of generators-sorbers, displayed using heat waves of the processes of sorption and desorption of hydrogen by generators-sorbers 1 and 4 and their cyclograms, are also similar to those presented in figure 4, figure 5 and figure 6 for the device of figure 1.
На фиг.14 представлена схема энергетической установки на базе компрессионного блок-модуля 140 и энергопреобразователя 143.On Fig presents a diagram of a power plant based on a
Энергетическая установка относится к экологически чистым энергетическим машинам с использованием возобновляемых источников энергии.A power plant refers to environmentally friendly power machines using renewable energy sources.
Компрессионный металлогидридный блок-модуль 140 имеет нагреватель с изотермическим подводом теплоты (как пример), а в качестве энергопреобразователя 143 сжатого водорода могут быть использованы, например, турбина или цилиндр-поршневая пара для получения механической работы l.The compression metal
Нумерация позиций и работа компрессионного блок-модуля 140 полностью соответствует нумерации компрессионного металлогидридного блок-модуля, представленного на фиг.13, и его работа также соответствует работе компрессионного металлогидридного блок-модуля, представленного на фиг.13.The numbering of positions and the operation of the
На фиг.15 представлено металлогидридное устройство для получения холода при использовании, например, изотермического источника теплоты.On Fig presents a metal hydride device for producing cold when using, for example, an isothermal heat source.
Металлогидридное устройство для получения холода состоит из компрессионного металлогидридного блока 150 и холодильного металлогидридного блока 160.The metal hydride device for producing cold consists of a compression
Связь между двумя блоками осуществляется двумя водородными линиями. Линии HH1 высокого давления P2 водорода и линии KK1 низкого давления Р1 водорода.The connection between the two blocks is carried out by two hydrogen lines. Lines HH 1 high pressure P 2 hydrogen and line KK 1 low pressure P 1 hydrogen.
С узла Н компрессионного металлогидридного блока 150 водород высокого давления Р2 поступает в узел приема H1 холодильного металлогидридного блока 160. Возврат водорода низкого давления Ð1 в компрессионный металлогидридный блок осуществляется из узла K1 холодильного металлогидридного блока 160 через узел К.
Позиции элементов металлогидридного компрессионного блока 150 и его работа соответствуют рассмотренному устройству металлогидридного компрессионного блока, представленного на фиг.13.The positions of the elements of the metal
Холодильный металлогидридный блок 160 (фиг.15) включает в себя два металлогидридных холодопроизводителя 161 и 164, снабженные теплообменными поверхностями 184 и 185 соответственно, объединенные в реверсивный циркуляционный внутренний контур теплоносителя 169, на линии которого по обе стороны металлогидридных холодопроизводителей 161 и 164 соответственно установлены регенераторы теплоты 162, 163 и 165, 166 с теплоаккумулирующей набивкой. В контуре теплоносителя также установлены охладитель 168 с теплообменной поверхностью 170, испаритель 180 с теплообменной поверхностью 181 и реверсивный привод теплоносителя 167 (как вариант реверсивный насос).The metal hydride refrigeration unit 160 (Fig. 15) includes two
Отдельным рисунком на фиг.16 представлено устройство холодильного металлогидридного блока 160 с отмеченными точками измерений температур теплоносителя и давления водорода.A separate figure in Fig. 16 shows a device of a refrigerated
Устройства металлогидридных холодопроизводителей 161 и 164 аналогичны устройствам генераторов-сорберов компрессионного металлогидридного блока 150 за одним исключением. Применяемые металлогидриды в секциях 171, 172, 173, 174 и 175 менее стабильны металлогидридов применяемых в секциях 7, 8, 9, 10, 11 генераторов-сорберов компрессионного блока 150.The devices of metal
Секции 171, 172, 173, 174 и 175 также расположены вдоль потока теплоносителя, а содержащийся в них металлогидрид меняет свои свойства от малостабильного со стороны испарителя 180 к более стабильному со стороны охладителя 168. Такими металлогидридами может быть, например, состав MmN(5-y)FeyHx, где у может изменяться в пределах от 0 до 1,5.
Причем, чем выше значение y, тем более стабильным будет его металлогидрид. Так, например, в секциях 171 со стороны испарителя 180 может быть металлогидрид MmNi5Hx, а в секциях 175 со стороны охладителя 168 металлогидрид MmNi3,5Fe1,5Hx.Moreover, the higher the y value, the more stable will be its metal hydride. So, for example, in
Подбор металлогидридов в промежуточных секциях по параметрам давление-температура для каждой секции холодрпроизводителя в идеализированном виде представлен на фиг.17 в виде графиков зависимости логарифма давления (lgP) от обратной температуры (1/T) для металлогидридов секций 171, 172, 173, 174 и 175.The selection of metal hydrides in the intermediate sections according to the pressure-temperature parameters for each section of the refrigeration manufacturer in an idealized form is presented in Fig. 17 as graphs of the logarithm of pressure (logP) versus the inverse temperature ( 1 / T ) for metal hydrides of
Графики представляют два стационарных состояния одинаковых по давлению Р2 сорбции и P1 десорбции водорода, используемых металлогидридов при различных температурах.The graphs represent two stationary states of the same pressure S 2 and S 1 hydrogen desorption, used metal hydrides at different temperatures.
Ввиду того что, цикл, реализуемый в холодильном металлогидридном блоке обратный, то сорбция водорода металлогидридами осуществляется при высоком давлении P2, а десорбция при низком Ð1.Due to the fact that the cycle realized in the refrigerated metal hydride block is reverse, hydrogen is sorbed by metal hydrides at high pressure P 2 , and desorption at low Р 1 .
Таким образом, металлогидрид каждой секции работает в свом температурном диапазоне при постоянных для всех, находящихся в различных секциях металлогидридов, низком давлении p1 десорбции и высоком давлении P2 сорбции водорода.Thus, the metal hydride of each section operates in its own temperature range at a constant low pressure p 1 of desorption and high pressure P 2 of hydrogen sorption for all those located in different sections of metal hydrides.
Так в секции 171 металлогидрид десорбирует водород при температуре Òð с подводом теплоты Qð(Òð) из испарителя 180, а сорбция осуществляется при температуре Ò171 с отводом теплоты Q171 на десорбцию водорода из металлогидрида в секции 172 и так далее, то есть теплота сорбции водорода металлогидрида в предыдующей секции идет на десорбцию водорода из металлогидрида следующей секции.So in
Металлогидрид последней секции 175 (фиг.17) отдает теплоту сорбции Q0(T0)X в охладителе 168 при температуре T0.The metal hydride of the last section 175 (FIG. 17) gives off the sorption heat Q 0 (T 0 ) X in the cooler 168 at a temperature T 0 .
Обратимость обратного термохимического холодильного цикла с несколькими и более металлогидридными секциями обеспечивается в идеализированной постановке равенством температур сорбции водорода в менее стабильном металлогидриде с температурой десорбции водорода более стабильного металлогидрида, а также в пределе полной регенерацией аккумулированной теплоты (холода) металлогидридных секций при переходе от процесса десорбции к процессу сорбции за счет высокоразвитой теплопередающей поверхности теплоносителя металлогидридных секций, а также установкой регенераторов теплоты с теплоаккумулирующей набивкой по линии теплоносителя со стороны охладителя и испарителя для каждого металлогидридного холодопроизводителя.The reversibility of the reverse thermochemical refrigeration cycle with several or more metal hydride sections is ensured in an idealized setting by the equality of the hydrogen sorption temperatures in a less stable metal hydride with the temperature of hydrogen desorption of a more stable metal hydride, as well as in the limit of the complete regeneration of the accumulated heat (cold) of metal hydride sections during the transition from the desorption process to sorption process due to the highly developed heat transfer surface of the metal hydride section coolant d, as well as the installation of heat regenerators with heat storage packing for coolant lines from the cooler and the evaporator for each metal hydride holodoproizvoditelya.
Подача водорода высокого давления P2 в холодильный металлогидридный блок 160 (фиг.16) осуществляется через приемный узел H1, запорный вентиль 183 и далее через управляемые запорные вентили 178 и 179 в металлогидридные холодопроизводители 161 и 164 соответственно.The supply of high pressure hydrogen P 2 to the metal hydride refrigeration unit 160 (Fig. 16) is via the receiving unit H 1 , a shut-off
Отвод водорода низкого давления P2 из металлогидридных холодопроизводителей 161 и 164 осуществляется через управляемые запорные вентили 176 и 177 соответственно, далее через запорный вентиль 182 и отводящий узел K1 холодильного металлогидридного блока 160.Low pressure hydrogen P 2 is removed from
Для измерения и регистрации теплового режима металлогидридных холодопроизводителей в контуре теплоносителя 169 установлены датчики температур 186, 187, 190, 191, 193, 194, 196, 197, а также датчики температур 192 испарителя 180 и 198 охладителя 168.
Для измерения и регистрации давления водорода в металлогидридных холодопроизводителях 161 и 164 установлены датчики давления 199 и 195 соответственно. Также установлены датчик давления 189 на линии 202 высокого давления водорода и датчик 188 на линии 203 низкого давления водорода.To measure and record hydrogen pressure in metal
Металлогидридное устройство для получения холода работает следующим образом.Metal hydride device for producing cold works as follows.
Компрессионный металлогидридный блок 150 (фиг.15), работа которого была рассмотрена при представлении устройства на фиг.13 (компрессионный металлогидридный блок с изотермическим подводом теплоты), подает водород с узла Н с высоким давлением P2 в приемный узел H1 холодильного металлогидридного блока 160 и далее через запорный вентиль 183 и один из управляемых запорных вентилей, например 178, в левый металлогидридный холодопроизводитель 161, в котором происходит насыщение (процесс сорбции) металлогидридов всех секций 171, 172, 173, 174 и 175 металлогидридного холодопроизводителя 161. Реверсивный насос в это время включен таким образом, что теплоноситель в контуре 169 движется согласно фиг.16 по часовой стрелке и выделяемая теплота Q0(T0)X сорбции водорода секциями холодопроизводителя 161 посредством нагретого теплоносителя выносится через регенератор 162 в теплообменную поверхность 170 охладителя 168.The compression metal hydride block 150 (Fig. 15), the operation of which was considered when presenting the device in Fig. 13 (the compression metal hydride block with an isothermal supply of heat), supplies hydrogen from the high pressure unit P 2 to the receiving unit H 1 of the refrigeration
Одновременно с сорбцией водорода с высоким давлением P2 в левом холодопроизводителе 161 происходит процесс десорбции водорода с низким давлением P1 во всех секциях 171, 172, 173, 174 и 175 правого холодопроизводителя 164. Водород с низким давлением Ð1 выходит с холодопроизводителя 164 по водородной линии через управляемый запорный вентиль 177, запорный вентиль 182, узел K1 и далее на вход в компрессионный блок, узел К. Холод, аккумулированный в охлажденном теплоносителе, через регенератор 166 попадает в теплообменную поверхность 181 испарителя 180.Simultaneously with the sorption of hydrogen with high pressure P 2 in the
Схема продвижения тепловой волны а1в1 в левом холодопроизводителе 161 и тепловой волны а2в2 в правом холодопроизводителе 164 по окончании первого полуцикла 1/2 τц в идеализированном виде представлена на фиг.18, а на фиг.19 представлено положение тепловых волн в левом и правом холодопроизводителях по окончании второго полуцикла.Scheme promote thermal wave a 1 to 1 in the left holodoproizvoditele 161 and the thermal wave and 2 2 in the
На фиг.20 представлены циклограммы работы левого и правого металлогидридных холодопроизводителей блока металлогидридного холодильника 160.On Fig presents a sequence diagram of the left and right metal hydride refrigeration unit of the
Вследствие конструктивной идентичности левого и правого металлогидридных холодопроизводителей и примыкающих к ним регенераторов теплоты, время циркуляции теплоносителя в контуре 169 в одном направлении, например, по часовой стрелке и в обратном, против часовой стрелки, в первом приближении равно 1/2 τц, и составляет половину цикла.Due to the structural identity of the left and right MH holodoproizvoditeley and adjacent regenerators heat while the coolant circulating in the
Подача водорода высокого давления P2, например, в левый холодопроизводитель 161 через управляемый вентиль 178 происходит сразу в начале цикла, когда теплоноситель в контуре 169 начал движение по часовой стрелке, а прекращение подачи водорода происходит раньше на время Δτ до окончания первой половины цикла 1/2 τц. Это необходимо для того, чтобы высокое давление P2 в холодопроизводителе после отсечки водорода упало до давления P1, тем самым осуществив плавный обратимый переход с процесса сорбции в первой половине цикла на процесс десорбции во второй половине цикла.The supply of high pressure hydrogen P 2 , for example, to the
Далее по окончании первой половины цикла переключается движение теплоносителя в обратном направлении, открывается управляемый запорный вентиль 176 и водород при низком давлении P1 десорбирует из секций металлогидридного холодопроизводителя 161, поступает через запорный вентиль 182, отдающий узел K1 и далее на приемный узел К компрессионного блока 150. Закрытие управляемого вентиля 176 на отрезок времени Δτ раньше окончания времени цикла также связано с тем, что давление в металлогидридном холодопроизводителе за это время поднимется до давления Р2 и будет обеспечен плавный переход для следующего процесса сорбции при высоком давлении P2.Then, at the end of the first half of the cycle, the coolant moves in the opposite direction, the controlled shut-off
На фиг.21 представлено устройство металлогидридного теплового насоса при использовании, например, изотермического источника теплоты.On Fig presents the device hydride heat pump when using, for example, an isothermal heat source.
Устройство металлогидридное теплового насоса, так же как и устройство металлогидридного холодильника состоит из двух блоков, компрессионного металлогидридного блока 150 и металлогидридного блока теплопроизводителей 210.The metal hydride heat pump device, as well as the metal hydride refrigerator device, consists of two blocks, a compression
Позиции элементов компрессионного металлогидридного блока 150 и его работа соответствуют рассмотренному устройству компрессионного металлогидридного блока устройства для получения холода, фиг.15.The positions of the elements of the compression
Устройство металлогидридного теплопроизводящего блока 210 отличается от устройства холодопроизводящего блока 160 (фиг.15) тем, что подвод водорода с высоким давлением Р2 к теплопроизводящему блоку и отвод от него водорода с низким давлением P1 осуществляется со стороны испарителя 224, а набор металлогидридов в секциях 217, 218, 219, 220 и 221 подобран таким образом, что обеспечивает работу испарителя 224 при температуре окружающей среды T0, а работу охладителя 223 (нагреватель жилых и производственных помещении для потребителя) поддерживает на температурном уровне TП=(100-120)°С.The device of the metal hydride heat-producing
Подбор металлогидридов в секциях по параметрам давление-температура для каждой секции металлогидридных элементов теплопроизводящего блока в идеализированном виде представлен на фиг.22 в виде зависимости давления от обратной температуры для металлогидридов секций 217, 218, 219, 220 и 221.The selection of metal hydrides in sections according to the pressure-temperature parameters for each section of metal hydride elements of the heat-generating unit is shown in an idealized form in Fig. 22 as a function of pressure versus reciprocal temperature for metal hydrides of
Так, например, секции 217, 218, 219, 220 и 221 могут быть заполнены порошкообразным металлогидридом, например, лантанникелевым сплавом, легированный алюминием по формуле LaNi(5-y)Aly, где у может изменяться в пределах от 0 до 0,5. Причем чем выше значение y, тем более стабильным будет металлогидрид. Например, слои могут быть набраны следующим образом: в секции 317 - LaNi(5-0,1)Al0,1HX в секции 218 - LaNi(5-0,2)Al0,2HX, в секции 219 - LaNi(5-0,3)Al0,3HX в секции 220 - LaNi(5-0,4)Al0,4HX, в секции 221 - LaNi(5-0,5)Al0,5HX. So, for example,
Источником теплоты нагревателя 224 является теплота Q0(T0)H окружающей среды, а отбираемая теплота QН(TП)от охладителя 223 является теплотой потребителя для обогрева жилых и производственных помещений при температуре ТП.The heat source of the
Принцип действия металлогидридного, теплопроизводящего блока 210 аналогичен принципу действия холодопроизводящего блока 160.The principle of operation of the metal hydride,
На фиг.23 представлено устройство металлогидридного холодильника, в котором использован механический компрессор для сжатия водорода.On Fig presents the device hydride refrigerator, which uses a mechanical compressor to compress hydrogen.
Устройство состоит из механического компрессора 228 и блока 160 металлогидридного холодильника. Все элементы блока металлогидридного холодильника и его работа описаны выше.The device consists of a
Такое устройство позволяет использовать для сжатия водорода как электрическую энергию посредством электродвигателя, так и непосредственно энергию ветра с помощью ветряка. А применение металлогидридного теплопроизводящего блока 210 фиг.21 позволяет использовать устройство для обогрева жилых и производственных помещений.Such a device allows the use of both electric energy by means of an electric motor for compressing hydrogen and directly wind energy by means of a wind turbine. And the use of metal hydride
На фиг.24 представлено устройство объединенного модуля металлогидридного холодильника 230.On Fig presents the device of the combined module of the
Устройство состоит из двух металлогидридных генераторов-сорберов 1 и 4 и металлогидридных холодопроизводителей 161 и 164.The device consists of two metal
Генераторы-сорберы 1 и 4 состоят из тех же элементов, что и в модуле компрессионного металлогидридного блока, представленного на фиг.13. Аналогичным образом металлогидридные холодопроизводители 161 и 164 состоят из тех же элементов, что и в модуле металлогидридного холодоприльника, представленного на фиг.15.
Особенностью модуля металлогидридного холодильника является то, что каждый металлогидридный генератор-сорбер соединен водородной линией только с одним металлогидридным холодопроизводителем. Так согласно фиг.24 металлогидридный генератор-сорбер 1 соединен с металлогидридным холодопроизводителем 161 водородной линией 243. Аналогичным образом металлогидридный генератор-сорбер 4 соединен с металлогидридным холодопроизводителем 164 водородной линией 244.A feature of the metal hydride refrigerator module is that each metal hydride sorbing generator is connected by a hydrogen line to only one metal hydride refrigeration producer. Thus, according to FIG. 24, the metal
Датчики температуры, установленные в контуре 169 линии теплоносителя, аналогичны местам установок, представленных на фиг.16, на фиг.24 не показаны.Temperature sensors installed in the
Устройство объединенного модуля металлогидридного холодильника 230 работает следующим образом.The device integrated module of the
Холодопроизводители 161 и 164, соединенные соответственно водородными линиями 243 и 244 с генераторами-сорберами 1 и 4, составляют индивидуальные пары для производства холода и работают в противофазе.
Так в первой половине цикла (1/2 τц) теплоноситель в контуре 19 блока металлогидридного компрессора 231 движется согласно чертежу против часовой стрелки. В генераторе-сорбере 1 в это время происходит десорбция водорода при высоком давлении P2, а в генераторе-сорбере 4 происходит процесс сорбции водорода при низком давлении P1.Thus, in the first half cycle (1/2 τ n) in the
Одновременно в первой половине цикла (1/2 τц) теплоноситель в контуре 169 блока металлогидридного холодильника 240 движется согласно чертежу по часовой стрелке. В холодопроизводителе 161 в это время происходит сорбция водорода левым металлогидридным холодопроизводителем 161 при высоком давлении P2 с выносом нагретого теплоносителя теплотой сорбции в теплообменную поверхность 170 охладителя 168, а в холодопроизводителе 164 происходит процесс десорбции водорода правым металлогидридным холодопроизводителем 164 при низком давлении P1 с выносом охлажденного теплоносителя в теплообменную поверхность 181 испарителя 180.Simultaneously, in the first half cycle (1/2 τ n) the coolant in the
По окончании первой половины цикла включается реверс движения теплоносителей в контуре 19 компрессионного блока 231 и в контуре 169 холодопроизводящего блока 240.At the end of the first half of the cycle, the reverse movement of the coolant in the
В результате металлогидридный генераторе-сорбере 1 переходит с режима десорбции с давлением водорода P2 в режим сорбции с давлением водорода P1, а генератор-сорбер 4 переходит с режима сорбции с давлением водорода P1 в режим десорбции с давлением водорода P2.As a result, the metal hydride generator-
Аналогичным образом в холодопроизводящем блоке холодопроизводитель 161 переходит с режима сорбции с давлением водорода P2 в режим десорбции с давлением водорода P1, а холодопроизводитель 164 переходит с режима десорбции с давлением водорода P1 в режим сорбции с давлением водорода P2.Similarly, in the refrigeration unit, the
На фиг.25 показана циклограмма работы холодопроизводителей холодопроизводящего блока, работающих в противофазе за время 1/2 τц.25 is a sequence diagram of operation holodoproizvoditeley holodoproizvodyaschego unit working in antiphase during 1/2 τ q.
Стрелками вверх, вниз согласно чертежу показано движение теплоносителя в холодопроизводителях. При движении вверх в холодопроизводителе осуществляется сорбция водорода в течение времени Δτсорб при высоком давлении P2, а при движении вниз в течение времени Δτдес осуществляется десорбция при низком давлении P1.The up and down arrows according to the drawing show the movement of the coolant in refrigeration producers. When moving up in the refrigeration unit, hydrogen is sorbed for a time Δτ sorb at high pressure P 2 , and when moving down for a time Δτ des , desorption is carried out at low pressure P 1 .
На примере левого холодопроизводителя показаны моменты подачи водорода. Подача водорода с давлением P2 начинается не сразу с началом цикла, а с некоторым запаздыванием по времени на Δτ1 и прекращается подача водорода при достижении момента времени первой половины цикла 1/2 τц. Отрезок времени Δτ1 отражает переходные сорбционные процессы, вследствие которых обеспечивается безударное перетекание водорода при переходе от процессов сорбции к процессу десорбция и наоборот.On the example of the left refrigeration producer, the moments of hydrogen supply are shown. Feeding of hydrogen at a pressure P 2 does not begin immediately with the beginning of the cycle, but with some delay in time by Δτ 1 and hydrogen supply is stopped when the point in time of the first half cycle of 1/2 τ q. The time interval Δτ 1 reflects transient sorption processes, as a result of which shockless hydrogen flow is provided during the transition from sorption processes to desorption and vice versa.
Аналогичным образом имеет место запаздывание Δτ2 отвода водорода при низком давлении P1 в начале процесса десорбции и прекращение отвода в конце цикла.Similarly, there is a delay Δτ 2 of hydrogen removal at low pressure P 1 at the beginning of the desorption process and the termination of the removal at the end of the cycle.
На фиг.26 представлено устройство объединенного блок-модуля металлогидридного холодильника 249, управляемого реверсивными насосами теплоносителей.On Fig presents the device of the combined block module of the metal hydride refrigerator 249, controlled by reversible heat transfer pumps.
Отличительной особенностью устройства объединенного блок-модуля металлогидридного холодильника 249 от объединенного модуля металлогидридного холодильника 230 является то, что все устройство выполнено в виде единого блока с исключением управляемых клапанов на линиях водорода соединяющих генераторы-сорберы и металлогидридные холодопроизводители.A distinctive feature of the device of the combined block module of the metal hydride refrigerator 249 from the combined module of the
Переходные сорбционные процессы, происходящие в периоды времени τ1 и Δτ2, задаются при этом новым законом включения и выключения реверсивных насосов 20 и 167 в контурах 19 и 169 соответственно.Transient sorption processes occurring in time periods τ 1 and Δτ 2 are set in this case with the new law of turning on and off the
На фиг.27 представлено устройство объединенного модуля металлогидридного теплового насоса 250, состоящего из металлогидридного компрессионного блока 231 и теплопроизводящего блока 251.On Fig presents the device of the combined module of a metal
Устройство состоит из двух металлогидридных генератораторов-сорберов 1 и 4 и двух металлогидридных теплопроизводителей 211 и 214.The device consists of two metal
Генераторы-сорберы состоят из тех же элементов, что и металлогидридные генераторы-сорберы, представленные на фиг.24. Металлогидридные теплопроизводители состоят из тех же элементов, что и металлогидридные теплопроизводители представленные на рис.21.Sorbent generators consist of the same elements as the metal hydride sorbent generators shown in FIG. Metal hydride heat producers consist of the same elements as metal hydride heat producers shown in Fig. 21.
Источником теплоты нагревателя 224 является теплота Q0(T0)H окружающей среды, а отбираемая теплота QН(TП) от охладителя 223 является теплотой потребителя для обогрева жилых и производственных помещений при температуре TП.The heat source of the
Принцип действия устройства объединенного модуля металлогидридного теплового насоса 250 аналогичен принципу действия устройства объединенного модуля металлогидридного холодильника 230, представленного на фиг.24.The principle of operation of the device of the combined module of the metal
На фиг.28 представлено устройство объединенного блок-модуля металлогидридного теплового насоса 260.On Fig presents the device of the combined block module of the metal hydride heat pump 260.
Отличительной особенностью устройства объединенного блок-модуля металлогидридного теплового насоса 260 от объединенного модуля металлогидридного теплового насоса 250 является то, что все устройство выполнено в виде единого блока с исключением управляемых клапанов на линиях водорода, соединяющих генераторы-сорберы и металлогидридные теплопроизводители.A distinctive feature of the device of the combined block module of the metal hydride heat pump 260 from the combined module of the metal
Переходные сорбционные процессы, происходящие в периоды времени τ1 и Δτ2, задаются при этом новым законом включения и выключения реверсивных насосов 20 и 167 в контурах 19 и 169 соответственно.Transient sorption processes occurring in time periods τ 1 and Δτ 2 are set in this case with the new law of turning on and off the
Claims (41)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012124528/06A RU2524159C2 (en) | 2012-06-14 | 2012-06-14 | Operation methods of hydrogen reversible thermochemical cycles and devices for their implementation based on metal hydride technologies |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012124528/06A RU2524159C2 (en) | 2012-06-14 | 2012-06-14 | Operation methods of hydrogen reversible thermochemical cycles and devices for their implementation based on metal hydride technologies |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012124528A RU2012124528A (en) | 2013-12-20 |
RU2524159C2 true RU2524159C2 (en) | 2014-07-27 |
Family
ID=49784573
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012124528/06A RU2524159C2 (en) | 2012-06-14 | 2012-06-14 | Operation methods of hydrogen reversible thermochemical cycles and devices for their implementation based on metal hydride technologies |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2524159C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU706663A1 (en) * | 1976-01-12 | 1979-12-30 | Институт Проблем Машиностроения Ан Украинской Сср | Thermal sorbtion compressor |
GB2148478A (en) * | 1983-10-24 | 1985-05-30 | Mannesmann Ag | Hydrogen storage |
US6128904A (en) * | 1995-12-18 | 2000-10-10 | Rosso, Jr.; Matthew J. | Hydride-thermoelectric pneumatic actuation system |
JP2001248795A (en) * | 2000-03-07 | 2001-09-14 | Toyota Autom Loom Works Ltd | Hydrogen absorbing alloy tank |
RU2004132151A (en) * | 2004-11-04 | 2006-04-10 | Владимир Васильевич Баранов (RU) | POWER INSTALLATION (OPTIONS) |
-
2012
- 2012-06-14 RU RU2012124528/06A patent/RU2524159C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU706663A1 (en) * | 1976-01-12 | 1979-12-30 | Институт Проблем Машиностроения Ан Украинской Сср | Thermal sorbtion compressor |
GB2148478A (en) * | 1983-10-24 | 1985-05-30 | Mannesmann Ag | Hydrogen storage |
US6128904A (en) * | 1995-12-18 | 2000-10-10 | Rosso, Jr.; Matthew J. | Hydride-thermoelectric pneumatic actuation system |
JP2001248795A (en) * | 2000-03-07 | 2001-09-14 | Toyota Autom Loom Works Ltd | Hydrogen absorbing alloy tank |
RU2004132151A (en) * | 2004-11-04 | 2006-04-10 | Владимир Васильевич Баранов (RU) | POWER INSTALLATION (OPTIONS) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012124528A (en) | 2013-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sarbu et al. | General review of solar-powered closed sorption refrigeration systems | |
CN110578567B (en) | Compressed air constant-pressure energy storage power generation system utilizing working medium phase change | |
Wang et al. | Solar driven air conditioning and refrigeration systems corresponding to various heating source temperatures | |
Xia et al. | A review of low-temperature heat recovery technologies for industry processes | |
CN100425925C (en) | Electricity generating, air conditioning and heating apparatus utilizing natural medium and solar energy or waste heat | |
Vasiliev et al. | Solar-gas solid sorption refrigerator | |
CN112554984B (en) | Constant-pressure water-pumping compressed air energy storage system with heat storage function and operation method | |
CN112880451A (en) | CO based on supplemental external energy2Gas-liquid phase change energy storage device and method | |
Kim et al. | Compressor-driven metal-hydride heat pumps | |
CN102758690A (en) | Efficient high-pressure liquid air energy storage/release system | |
MX2013002944A (en) | A system and method for storing energy and purifying fluid. | |
CN102758748A (en) | High-pressure liquid air energy storage/release system | |
CN108731303B (en) | Heat-pump-type replaces energy storage for power supply method and device | |
CN113339090A (en) | Brayton-organic Rankine cycle type energy storage and power supply method and device | |
Qiang et al. | Exergy analysis of liquefied natural gas cold energy recovering cycles | |
Jiang et al. | Investigation on an innovative cascading cycle for power and refrigeration cogeneration | |
CN114592932A (en) | Cold, heat and electricity cogeneration compressed air energy storage system and control method thereof | |
CN211116438U (en) | Power generation and refrigeration combined cycle system based on ocean temperature difference energy | |
Vasiliev et al. | A solar and electrical solid sorption refrigerator | |
Critoph | Towards a one tonne per day solar ice maker | |
RU2524159C2 (en) | Operation methods of hydrogen reversible thermochemical cycles and devices for their implementation based on metal hydride technologies | |
CN210977771U (en) | Cold and electricity cogeneration circulation system based on ocean thermal energy | |
Critoph et al. | Solar energy for cooling and refrigeration | |
CN110805536A (en) | Cold and electricity cogeneration circulation system based on ocean thermal energy | |
CN109973152B (en) | Piston hydrogen energy work system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150615 |