Устройство для получения тепла и холода Советский патент 1988 года по МПК F25B21/00 

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для получения тепла и холода.

Цель изобретения - повьшение тепло- и холодопроизводительности и снижение энергозатрат на содержание температурного режима в камере.

На фиг.1 изображено устройство, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4.- термодинамический цикл устройства, работающего в режиме холодильника; на фиг.З - расположение регулирующих органов устройства при работе в режиме теплового насоса; на фиг. 6 - термодинамически цикл устройства, работающего в режиме теплового насоса.

Устройство содержит испаритель 1, вторую полость 2 регенеративного теплообменника, электрохимический компрессор 3, конденсатор 4, первую полость 5 регенеративного теплообменника, дроссель 6 на выходе из первой полости регенеративного теплообменника, клеммы 7 для подключения источника постоянного тока, регулятор 8 напряжения, оребрение 9, боковую теплоизоляционную стенку 10 камеры, крышку 11, заглушку 12, второй дроссель 13 на входе в первую полость регенеративного теплообменника, шести- линейньй двухпозиционный вентиль 14 и фартук 15.

Электрохимический компрессор 3 содержит полость 16 высокого давления, полость 17 низкого давления, порис- тьй электрод 18 высокого давления, пористьй электрод 19 низкого давления, электролитнзпо мембрану 20, металлический сетчатый материал 21,тепло изоляционную стенку 22, диэлектрические прокладки 23 и тоководы 24.

В качестве рабочего тела в предлагаемом устройстве может быть использована смесь газов, например ам- миака с водородом, в нестехиометри- ческпм составе: 1 моль раб. тела 1 моль NHg + 0,5 моль Н, а в качестве электролитной мембраны 20 может быть использован.пористый диэлектрический сухарь, пропитанный на- сьщенным водным раствором соли аммония с проводимостью по комплексному иону NH4 типа (NH,)iS04, NH4C1 .

668172

Предлагаемое устройство может работать в двух режимах: в режиме холодильника и в режиме теплового насоса.

В режиме холодильника устройство работает следующим образом.

К клеммам 7 подводится напряжение от источника постоянного тока. От них электрическая энергия через регуля- 10 тор 8 напряжения подводится к элект- родам 18 и 19 электрохимического компрессора 3. Пары хладагента, находящиеся в полости 17 низкого давления, ионизуются на трехфазной границе раз- IT дела электрод - электролит - рабочее тело, в виде ионов NHj проходят через электролитную мембрану 20,и ре- комбинируют на трехфазной границе электрод - электролит - рабочее тело 20 в полости высокого давления (процесс сжатия рабочего тела, которому соответствует участок 25-26 на фиг.4). Рабочий процес-с сжатия в компрессоре 3 состоит в ионизации рабочего тела

25 низкого давления Ру

в полости 17

по реакции NH, + Е Н - е - NH на границе электрод 19 - мембрана 20, перетоке ионов Ш через слой электролита под действием градиента .элект30 ростатического поля, рекомбинации ионов NH4 на границе мембрана 20 - электрод 18 по реакции е - Ш, + Н в полости 16 высокого давления при давлении Теплота, равная

25 работе сжатия пара хладагента на заданном перепаде давлений, через сетку 2Г и оребрение 9 отводится от электродного блока, включгиощего электроды 18 и 19 и электролит 20, в

40 окружающую среду. Из полости 16 пары хладагента поступают в конденсат тор 4, где переохлаждаются (участок 26-27) при температуре конденсации Т koHA и конденсируются (участок 2745 28 на фиг.4) при этой температуре, при этом теплота конденсации через наружную поверхность конденсатора и оребрение 9 сбрасывается в окружающую среду. Из конденсатора 4 рабочее теgQ ло поступает в полость 5 теплообменника, где охлаждается (з часток 28- -29), и через дроссель 6 постзттает в испаритель 1. Дроссель 13 при этом находится в нерабочем положении и не

gg препятствует движению рабочего тела. В испарителе 1 аммиак поглощает тепло из холодильной камеры, в результате чего происходит процесс испаре-. .ния аммиака (участок 30-31 на фиг.4),

после чего его пары смешиваются с газообразным водородом. Давление насыщенного пара аммиака при Тд,„„ .Из испарителя 1 рабочее тело (смесь ам- с миака с водородом) постзтает во вторую полость 2 регенеративного теплообменника, где нагревается (участок 31-25) до максимальной температуры цикла Тд, , и поступает в по- ю

лость 17 низкого давления компрессора 3 . В нем за счет внешней электрической энергии происходит сжатие рабочего тела от минимального давления до максимального давления Р

охлаждается (участок 28-29), и через дроссель 13 поступает в полость 4, где испаряется, забирая тепло из окружающей среды. Дроссель 6 при этом находится в нерабочем положении и не препятствует движению рабочего тела. В испарителе А аммиак поглощает тепло из окружающей среды, в результате чего происходит процесс испарения аммиака (участок 30-31 на фиг.6), после чего его пары смешиваются с газооб- разным водородом. Давление насыщенного пара аммиака при Т, Т„еп

ИсЛ PV

15 испарителя 4 рабочее тело (смесь аммиака с водородом) поступает во вторую полость 2 регенеративного теплообменника, где нагревается (участок 31-25) до максимальной температуры цикла . , и поступает в полость 17 низкого давления компрессора 3. В нем за счет электрической энергии происходит сжатие рабочего тела от минимального давления Р,

20

махе ионд Цикл работы устройства в режиме холодильника замкнут.

В режиме теплового насоса (обогрева объема камеры) устройство работает следующим образом.

Дроссель 6 переводится в нерабочее положение (вертикальное на фиг.5), дроссель 13 -.в рабочее (горизонтальное на фиг.5), а шестилинейный дв5гх-. позиционный вентиль 14 - в положение, 25 до максимального РМОЛС . Цикл изображенное на фиг.5. При таком по- работы устройства в режиме теплового

ИСП

с ю

68174

охлаждается (участок 28-29), и через дроссель 13 поступает в полость 4, где испаряется, забирая тепло из окружающей среды. Дроссель 6 при этом находится в нерабочем положении и не препятствует движению рабочего тела. В испарителе А аммиак поглощает тепло из окружающей среды, в результате чего происходит процесс испарения аммиака (участок 30-31 на фиг.6), после чего его пары смешиваются с газооб- разным водородом. Давление насыщенного пара аммиака при Т, Т„еп

15 испарителя 4 рабочее тело (смесь аммиака с водородом) поступает во вторую полость 2 регенеративного теплообменника, где нагревается (участок 31-25) до максимальной температуры цикла . , и поступает в полость 17 низкого давления компрессора 3. В нем за счет электрической энергии происходит сжатие рабочего тела от минимального давления Р,

0

25 до максимального РМОЛС . Цикл работы устройства в режиме теплового

ИСП

Изобретение позволяет повысить тепло- и холодопроизводительность и снизить энергозатраты на поддержание т-рного режима в камере. На входе в первую полость теплообменника установлен дополнительньй дроссель. Шестилинейный двухпозиционный вентиль 14 связывает компрессор с конденсатором 4. Испаритель 1 и конденсатор выполнены в виде коаксиально расположенных сосудов, образующих боковую Утенку 10 камеры. Теплообменник расположен под камерой, компрессор - над испарителем 1 и конденсатором 4. Каждый электрод компрессора вьтолнен многосекционным с диэлектрическими прокладками между секциями. Устройство может.работать как в режиме холодильника, так и в режиме теплового насоса. За счет внешней электрической энергии происходит сжатие рабочего тела от минимального давления до максимального. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. (О (Л со О) О5 00

ложении дросселей 6 и 13 и вентиля 14 устройство работает как тепловой насос по циклу, изображенному на фиг,6. Испаритель 1 выполняет функцию конденсатора 4, и наоборот. При этом сжатие рабочего тела в компрессоре неизменно, как и в холодильном режиме. Пары хладагента, находящиеся в полости 17 низкого давления, иони- - зуются на трехфазной границе раздела, электрод - электролит - рабочее тело, в виде ионов Ш. проходят через элек- тролитнзто мембрану 20,и рекомбиниру- ют на трехфазной границе электрод - электролит - рабочее тело в цолости 16 высокого давления (процесс сжатия, участок 25-26 на фиг.6). Теплота, равная работе сжатия паров хладагента, на заданном перепаде давлений, через сетку 21 и оребрение 9 отводится от электродного блока, включающего электроды 18 и 19 и электролит 20, в окружающую среду. Из полости 16 пары хладагента поступают в полость 1,

вьтолняющую функцию конденсатора, где переохлаждаются (участок 26-27) при температуре конденсации Т цон конденсируются (процесс 27-28 на фиг.6) при этой же температуре, при этом теплота переохлаждения и конденсации сбрасывается в объем камеры. Из конденсатора 1 рабочее тело поступает в полость теплообменника 5, где

насоса замкнут.

Формула изобретения

что, с целью повышения тепло- и холо- допроизводительности и снижения энергозатрат на содержание температурного режима в камере, оно дополнительно содержит второй дроссель, установленньй на входе в первую полость теплообменника, и шестилинейный двухпо- зиционный вентиль, связывающий компрессор с конденсатором и через теплообменник с соответствующим дросселем и испарителем, а испаритель и конденсатор выполнены в виде коакси- ально расположенных сосудов, образующих боковую стенку камеры, теплообменник расположен под камерой, ком- .

прессор - над испарителем и конденсатором и его полости вьтолнены в виде коаксиально расположенных сосудов, причем полость высокого давления расположена снаружи, заполнена металлическим сетчатым материалом, а электроды имеют форму сосудов.

23

24

сриг.2.

T/ jfcTfft

кон О-

нонд

TM

) 07Vcpuz.3

/

/

А0)

О/ f KOM-e / .У loHp.cpedy /

Q25

9f из холод. ftOMf/Obt

rj

ФигЛ

finnjucn

иг.5

9fO

. ;-

о/

)

25

Фиг.6