Хемосорбционный аппарат для нагревания или охлаждения

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Г)АГЕНТУ р

13 й®3;д,, 1S

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИй (21) 3829889/23-06 (86) РСТ/US 84/00539 (06.04.84) (22) 06. 12.84 (31) 482860 (32) 07.04.83 (33) US (46) 30.10,86. Бюл. Р 40 (71) и (72) Мелчер Дюран (ES) (53) 621.57(088.8) (56) Патент США У 4169362, кл.62-478, f979., (54) ХЕМОСОРБЦИОННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ НА. ГРЕВАНИЯ ИЛИ ОХЛАЖДЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике, кондиционирования воздуха и может использоваться для нагревания или охлаж. дения транспортного средства. Изобре:.тение позволяет повысить экономичНость и улучшить массогабаритные ха(51) 4 F 25 В 17/08, F 28 0 19/04, Г24 J 100 рактеристики. Высокотемпературное теп-.. ло подается в нижнюю часть 20 групп термоэлементов 3 в одном секторе корпуса 1. Реактант. десорбируется иэ абсорбента и движется в верхнюю часть

19, где тепло передается иэ текучей среды внешнему потребителю. Когда группа термоэлементов 3 повернется в другой сектор с иной темпера1урой, тепло удаляется иэ нижних частей 20 термоэлементов 3. Стремясь к химиче- скому равновесию, реактант движется вниз для повторной абсорбции в абсорбент, а его испарение из верхних частей 19 термоэлементов 3 создает ох-. лаждающий выходящий поток, который используется для понижения темпера» туры выходящей текучей среды. 4 s.n. ф-лы, 5 ил.

1 12

Изобретение относится к технике кондиционирования. воздуха„ а конк" ретно к хемосорбционным аппаратам для нагревания или охлаждения транспортного средства.

Целью изобретения является повышение экономичности и улучшение массогабаритных характеристик.

На фиг,1 представлена принципиальная схема предлагаемого аппарата; на фиг,2 — хемосорбционный аппарат, предназначенный для использования в качестве блока кондиционирования воздуха в транспортном средстве; на фиг.

3 - внутренняя часть хемосорбционного аппарата; на. фиг.4 — термоэлемент разрез; на фиг.5 - вариант хемосорб- цпонного аппарата.

Хемосорбционный аппарат содержит .цилиндрический корпус 1, ротор 2 с чалыми термоэлементами (элементами)

3, выполненными в виде ребер (фиг.1) илп труб (фиг,5) образующих круговую решетку 4, которая закреплена с воз- . можностью вращения на валу 5. .Внутренняя часть корпуса 1 разделена на две части C помощью перегородок 6, а элементы 3 образуют радиальные группы каналов 7 между каждой парой смежньв: элементов 3 (фиг.1).

Для формирования каналов 7 (вариант аппарата на фнг,5} корпус 1 дополнительно снабжен радиальными разделителями 8. Перегородки 6 депят корпус 1 на равные части 9 и 10, причем ко"

" личество термоэлемеитов 3 определяется требуемыми входным и выхоцйым теп-

1 ловыми потоками, циклическими параметрами и теплоемкостью абсорбента, используемого в элементах 3..

Кроме того, корпус i имеет вход" ные 1 1-14 и выходные 15- 18 отверстия с соответствующими температурными зонами, Каждый элемент 3 разделен на верх" нюю часть 19 для реактанта, которым

;цля большинства материалов является! .водяной пар, и нижнюю часть 20 для абсорбента. Иэ полости элемента 3 с целью повышения эффективности цикла может быть откачан воздух. Для обеспечения высокого уровня проникнове ния реактанта абсорбирующий материал взвешен в пористой структуре 21, Которая содержит гранулы абсорбента, удаленные друг от друга на таком расстоянии, что во время,повторных циклов работы элементов 3 не происходит их соединение илп сцепление.

68114 2

Кроме того, структура 21 служит для предотвращения распыливания частиц на влажном воздухе при многократной абсорбции паров воды, что продлевает срок службы абсорбента. Между частями 19 и 20 может быть предусмотрен

Ъ фильтр 22, проницаемый только для молекул реактанта и блокирующий абсорбент. Этим предотвращается загрязнение верхней части 19 абсорбентом.

В верхней же части 19 может быть установлен фитиль 23 из тканевого материала, предназначенный для удержания большого количества десорбированной воды. В нижней части 20 к стенкам прижата проволочная сетка 24, Кроме того, внутри каждого элемента 3 могут быть предусмотрены распорки 25 для придания необходимой жесткости

2О конструкция при работе под вакуумом во внутренней полости элемента 3. Абсорбент может быть также смешан с органическим соединением (смолой) или вяжущим материалом (тефлоном) и нане25 сен в виде слоя на внутреннюю поверхность элемента 3. Это обеспечивает плотный тепловой контакт между абсор" бентом ь стенками элемента 3.

Хемосорбционный аппарат работает щ следующим образом, При использовании в качестве охлаждающей системы высокотемпературный материал подается в нижнюю часть

20 группы элементов 3 в одном секторе корпуса. 1. Реактант десорбируется из.абсорбента и движется в верхнюю часть 19, где тепло удаляется из текучей среды в наружный теплообменник (не показан). Когда группа элементов

3 повернется в другую температурную зону, тепло удаляется из нижних частей 20 элементов 3 с помощью теплооб" менника в теплочриемник (не показаны)

Стремясь к химическому равновесию, реактант движется вниз для повторной абсорбции в абсорбент, а его испарение из верхних частей 19 элементов 3 создает охлаждающий выходящий поток, который используется для охлаждения

N ,выход ящей текучей среды.

Кондиционер транспортного средства в качестве основной входной энергии использует отходящее тепло двигателя. Горячая веда подводится от блоЯ 1 ка двнгателя при температуре около о

110 С через входное отверстие 11 к нижней части 20. элементов 3 и отво" дится через выходное отверстие 15.!

?68!!4 4 щнм теплом. Аппарат может быть исполь зован везде,. где имеются тепловой источник и теплоприемник (например, спутники,. космические транспортные

I средства, солнечные кондиционеры воздуха в зданиях).

Отверстия 11 и 15 выполнены дугообразными и занимают несколько промежутков между элементами 3, определяя высокотемпературную зону аппарата, Верхние части 19 элементов 3 контактируют с водой, .проходящей от радиатора (не показан) через дугообразные входное 12 и выходное 16 отверстия, которые образуют другую температурную зону. Тепло непрерывно уда- !О ляется иэ верхних частей !9 через радиатор в теплообменник.(наружный воздух). При этом температура верхних частей 19 находится в диапазоне 40-85 С

Разность температур между верхней 19 !5 и нижней 20 частями позволяет абсорбенту, находящемуся в нижних частях

20 элементов 3, десорбировать реактант, который s газообразном состоянии движется в верхнюю часть 19 элемента 3.

Элементы 3 продолжают поворачиваться посредством вала 5 в следующую часть теплового цикла. Нижние части 20, элементов 3 проходят через третью 25 ,темпеРатурную зону,образованную вход-; ным 13 и выходным !7 отверстиями для циркуляции воды из радиатора. Здесь нижние части 20 элементов 3 охлаждаются до температуры 40-85 С, при этом 30

О парообразный реактант,. находящийся в верхних частях .19 элементов 3 дви жется вниз в сторону химического равновесия для абсорбирования абсорбен-, том нахОдящимся В нижних частях 20 ° 3

Испарение реактанта из верхней части

19 создает эффект охлаждения, приводящий к тому, что температура в вер-, хних частях 19 составляет около 22-3УС., Теплообменная текУчая среда, например 40

ВОДЯ ИЛИ ГЛИЕОЛЬ, ЦИРКУЛИруЕт Через входное 14 и Выходное 18 отверстия, чтобы переносить энергию охлаждения к обычному змеевику вентилятора (не показан) кондиционера воздуха транспортного средства. Воздух охлажда45 ется за счет контакта со змеевиком вентилятора и подается в пассажирский салон. Элементы 3 продолжают поворачиваться для следующего цикла охлаждения.

Предлагаемый хемосорбционный аппярат может быть использован и в. качестве нагревателя. При этом нельзя ограничивать его применение только с целью отопления в автомобиле, зЫ который иожет обогреваться непосредственно через теплообменник с системой циркуляции двигателя или отходяАппарат действует как тепловой или термоэнергетический насос, приводимый в действие реакцией хемосорбции при условиях, когда может быть использован градиент: источник тепла поглотитель. Контакт с тепловым источником у одного конца абсорбциоиных с, элемейтов и наличие теплоприемиика у другого конца "перекачивают" тепловую энергию s одном направлении (десорбция — хранение). Реверсирование положения источник — приемник перекачивает энергию в другом направлении (аб- сорбция - высвобождение), создавая тепло, отводимое потребителю.

Материалами, используемыми.в хемосорбционном аппарате, могут служить обычные сухие и жидкие абсорбенты, например силикагель, цеолиты, солеsire растворы, гликоли и т.д.

Однако предпочтительными с точки зрения эффективности переноса тепловой энергии и низкой стоимости являются сухие химические абсорбенты: щелочные или щелочно-железистые галогениды, аммониакаты (аммоний в качестве реактанта) биоксалат натрия, окись магния, хлорид лития или хлорид кальцияе

Другие сухие абсорбенты и соответствующие реактанты могут быть выявлены путем выбора химических равновесных состояний, пригодных для требуемых рабочих усповий.

Пористая структура для абсорбентв может быть получена в виде тканого материала, например замши, металлической или органической губки или керамики или.металлической пены, поставляемой под фирменным названием "Дуоцел". Пригодная для использования система кондиционирования воздуха может быть выполнена на 20-60 ребрах круглой решетки, причем частота вращения составляет око о одного оборота за 15-20 мин.

ФормулФ изобретения

1. Хемосорбционный аппарат для нагревания или .Охлалщения, содержащий

126Я1 74

3 цилиндрический корпус, рнэделенный на температурные эоны и имеющий входное и, выходное отверстия в каждой иэ них, и коаксиально установленный в корпусе ротор в виде укрепленных нв приводном валу полых термоэлементов, обраэующих круговую решетку н эвполненных абсорбентом и реактантом,которые способны соединяться один с другим с высвобождением тепла абсорбции или диссоциироввть с погпощением тепла в эависимости от уровня температур, подводимьв к, термоэлементвм в соответствующих температурных эонах, о т л и ч.а ю щ и .й с я тем, что, с целью повышения экономичности и улучшения массогабаритных характеристик,,корпус с .термоэлементами раэделен на две части с.помощью секторных перегородок, установленных в одной плоскости между, термоэлемеитами, причем од- на часть.каждого элемента заполнена вбсорбентом, а другая - реактантом. б

2 Аппарат по и 1, о т л и ч в ю шийся тем, что полости термоэлементов дополнительно эаполнены пористой структурой, в которой вэвешен .абсорбент.

3. Аппарат по п.1, о т л и ч аю щ н и с я тем„ что абсорбент прикреплен к внутренней поверхности термоэлементов с помощью органической

30 смолы или нанесен нв нее в виде слоя его смеси со свяэующим веществом.

4 Аппаратпоп 1, отличаю шийся тем, что в одной частй термоэлемента дополнительно установлен фитиль. (5. Аппарат по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем., что части каждого

zo термоэлемента, содержащие абсорбеит и реактвнт, раэделены с помощьв фильтра, проницаемого только для реактаитае

1268114

1?68114

Редактор Ю.Середа

Составитель Ю. Суков

ТехРед Л.Сердюкова

КорреКтор В. Синицкая

Заказ 5840j6 1

7ирак 482 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .пь делам изобретений и открытий

113035, Москве, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграФическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4