Электрохимическая реверсивная теплонасосная установка для обогрева и охлаждения здания Советский патент 1985 года по МПК F25B29/00 F25B21/00 F25B27/00 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к комбинированным тепловым насосам для обогрева и охлаждения зданий и других помещений, в которых необходимо поддерживать температуру в заданных пределах.

Цель изобретения - повышение экономичности тепло- и хладоснабжения.

На чертеже схематично представлена предлагаемая электрохимическая Реверсивная теплонасосная установка для обогрева и охлаждения здания, разрез.

Установка содержит расположенную вне здания цилиндрическую электрохимическую ячейку 1, расположенную внутри помещения цилиндрическую элекрохимическую ячейку 2, регенеративньй теплообменник 3 типа труба в трубе, проходящий через стену здания.

Ячейка 1 содержит круглую ионообменную электролитную мембрану 4, круглые пористые электроды 5 и 6 высокого и низкого давлений рабочего тела, полости 7 и 8 высокого и низкого давлений рабочего тела в виде плоских цилиндров, сетки 9 и 10, заполняющие полости 7 и 8, цилиндрическую керамическую рамку 11, круглые наружные стенки 12 и 13, ограничивающие полости 7 и 8, металлическое оререние 14 на стенке 13, шарнирно закрепленные верхнюю 15 и нижнюю 16 половинки параболического концентратора солнечной энергии.

Ячейка 2 содержит круглую ионнообменную электролитную мембрану 17, круглые пористые электроды 18 и 19 высокого и низкого давлений рабочего тела, полости 20 и 21 высокого и низкого давлений рабочего тела в виде плоских цилиндров,.сетки 22 и 23, заполняющие полости 20 и 21, цилиндрическую керамическую рамку 24, круглые наружные стенки 25 и 26, ограничиваюпще полости 20 и 21, металлическое оребрение 27 и 28 на стенка

25 и 26.

Теплообменник 3 содержит внешнюю трубу 29 и внутреннюю оребренную с внешней стороны трубу 30.

Электроды 6 и 19 имеют электрическое соединение 31. Реостат 32 служит для плавного регулирования параметров устройства. Переключатель 33 полярности постоянного напряжения

служит для переключения режимов работы устройства

В качестве рабочего тела в предлагаемом устройстве может быть использована смесь газов, например аммиака с водородом в нестихиометрическом составе: 1 моль раб. тела 1 моль NHj + 0,5 моля Н. В качестве электролитной мембраны может быть использован пористьй диэлектрический сухарь, пропитанный водным раствором соли аммония с проводимостьюпо комплексному иону NII, типа (NH;,)2S0 NH4C1, .

Установка работает следующим образом.

В режиме теплового насоса половинки 15 и 16 концентратора солнечной энергии сомкнуты. Тепловая энергия сконцентрированного солнечного излучения попадает на стенку 12 и через сетку 9 передается электродному блоку, включающему электроды 5 и 7 и электролит 4, поднимая его температуру, например до 5-1.0 °С. Поскольку общая толщина электродного блока мала (1-3 мм), то тепло от электрода 5 за счет теплопроводности электродов и электролита равномерно нагревается этот электродный блок до той же температуры. За счет конвективного нагрева рабочего тела высокого давления вблизи электрода 5 в полости 7 оно будет иметь такую же температуру.

Рабочий процесс образования поток рабочего тела (его расширения) в :. ячейке 1 идет с поглощением солнечного тепла и состоит в ионизации рабочего тела высокого давления в полости 7 по реакции NHj + Н - е - NHj на границе электрод 5 - мембраJ,

на 5, перетоке ионов Ш через слой электролита под действием градиента электростатического поля, рекомбинации ионов ШЦ на границе мембрана 4 - электрод 6 по реакции NH4 + е- Шз + НЬ полости 8.

Рабочий процесс образования потока рабочего тела в ячейке 2 (его сжатие) сопровождается выделением тепла в электродном блоке, включающем электроды 18 и 19 и мембрану 17, и сбросом его через сетки 22 и 23, стенки 25 и 26, и ребра 2/ и 28 в отапливаемое помещение. Процесс .сжатия рабочего тела в ячейке 2 состоит в ионизации рабочего тела

3

низкого давления в полости 21 по реакции NHj + Н - е-yNH4 на границе электрод 19 - мембрана 17, перетоке ионов Ш 4 через слой электролита под действием градиента электростатического поля, рекомбинации ионов NHij на границе: мембрана 17 электрод 18 по реакции NH4 + е - Шз + Н в полости 20.

Для уменьшения потерь тепла -в цикле изобарические процессы охлаждения и нагрева рабочего тела осуществляют в теплообменнике 3.

790484

В режиме охлаждения помещения необходимо изменить полярйость подводимого напряжения (переключатель напрггжения вместо положения 1-1 5 занимает положение 2-2) и развести половинки 15 и 16 концентратора, При этом функции ячеек 1 и 2 меняются местами. Ячейка 2 будет выполнять функцию, злектрохиьического 10 детандера и устройства для забора тепла из помещения, а ячейка - функцию электрохимического компрессора и устройства для сброса тепла в ок. ружакщую среду. « JO ХГ4 .

1. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РЕВЕРСИВНАЯ ТЕПЛОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБОГРЕВА И ОХЛМЩЕНИЯ ЗДАНИЯ, содержащая установленные внутри и снаружи последнего две электрохимические ячейки в виде сосудов с теплопроводными стенками, имеющих полосги низкого и высокого давлений, отделенные одна от другой пористыми электродами с ионообменной электролитической мембраной между.ними, причем сосуды соединены между собой посредством трубопроводов низкого и высокого давлений и один из них, установленньш снаружи здания, снабжен концентратором солнечной энергии, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности тепло- и хладоснабжения, сосуды выполнены цилиндрическими, а трубопроводы низкого и высокого давлений - в виде теплообменника типа труба в Tpy6eV расположенного по оси сосудов и подсоединенного к их днищам со стороны полостей низкого давления, причем концы трубопровода высокого давления (Л проведены через полости низкого давления и центральную часть электродов к полостям высокого давления. 2, Установка по п. 1,отличаю щ а я с я тем, что концентрато солнечной энергии выполнен параболическим и состоит из двух элементов, укрепленных на сосуде шарнирно. ч 00