Гидридная холодильная установка Советский патент 1992 года по МПК F25B15/02 

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано при создании сорбционных холодильных установок.

Известна абсорбционная холодильная установка, содержащая генератор-абсорбер, заполненный LaNUAl или ZzNi, с тепло- обменными поверхностями внутри, генератор-абсорбер, заполненный LaNi5 или TIFe, с теплообменной поверхностью в нем, и холодильную камеру, причем холодильная камера соединена с теплообменником внутри второго генератора-абсорбера 1. Установка работает следующим образом. Втеплообменную поверхность второго генератора-абсорбера подают воздух, который охлаждается за счет отбора теплоты в процессе десорбции водорода из гидрида LaNigHx или TiFeHx. Водород поступает в первый генератор-абсорбер, где поглощается LaNtoA или ZZNI. Охлажденный воздух поступает в холодильную камеру и охлаждает ее.

Достоинством установки является простота изготовления и эксплуатации. Недостатком является невозможность получения низких температур, так как температура охлаждения лимитирована давлением десорбции водорода из LaNisHxiinn TiFeHx, а также давлением абсорбции LaNUAl или ZZNL

Известна холодильная установка, содержащая генераторы-абсорберы, заполненные смесью компонентов А и В в сдотношенииот 1:3 до 2:17. где А- кальций или один из редкоземельных элементов, а В - преимущественно никель, кобальт, попеременно переключаемые с десорбции водорода высокого давления на сорбцию водорода низкого давления, водяной и азотный охладители водорода, установленные

XJ

КЗ

а

W

на трубопроводе высокого давления, теплообменники для охлаждения водорода высокого давления водородом низкогодавления и дроссельное устройство, разделяющее трубопроводы высокого и низкого давления 2.

Устройство работает следующим образом. Когда один из генераторов-абсорберов обогревается электроспиралыо, другой в это время охлаждается водой. При десорбции водород охлаждается п водяном теплообменнике, в теплообменнике водорода низкого давления, жидким азотом в охладителе и окончательно о другом теплообменнике водорода-низкого давления. Затем, расширяясь в дроссельном устройстве, водород значительно понижает свою температуру и охлаждает необходимое оборудование.-После этого водород адсорбируются вторым генератором-абсорбером.

Достоинством данной установки является возможность получения низких температур (до 25 К). Недостатком является низкая экономичность вследствие высоких затрат энергии на ожижение азота.

Целью изобретения является повышение экономичности установки при получении холода низких температур путем снижения энергозатрат на охлаждение водорода ниже температуры инверсии.

Цель достигается тем, что в состав установки включены генераторы-абсорберы, заполненные TiGra, поверхности нагрева которых подключены к трубопроводу высокого давления, магистрали десорбции водорода соединены с трубопроводом низкого давления, а магистрали абсорбции водорода соединены с трубопроводом высокого давления. При этом отношение массы ин- терметаллида ABs, где А - один из редкоземельных элементов или их сплавов, а В - один из металлов катализаторов или их сплавов, к массе TiGrz составляет 6,5-45,5. Водород высокого давления, десорбируе- мый одним из генераторов-абсорберов с ABs, охладившись в водяном охладителе и теплообменнике водорода низкого давления, поступает в поверхность нагрева генератора-абсорбера с TiGraHx, где происходит дальнейшее охлаждение водорода высокого давления за счет отбора от него теплоты десорбции водорода из гидрида TiGraHx. Затем водород высокого давления, доохла- дившись во втором теплообменнике водорода низкого давления, поступает в дроссельное устройство, а затем к охлаждаемому объекту. Из охлаждаемого объекта водород поступает через теплообменники водорода низкого давления во оторой генератор-абсорбер с АВв, охлаждаемый водой, где и абсорбируется с образованием гидрида ABsHx. Водород, выделяемый TiGraHx, также поступает в этот генератор-абсорбер через свою магистраль десорбции водорода.

5Одновременно с этим часть водорода

высокого давления после водяного охладителя отбирается в магистраль абсорбции водорода второго генератора-абсорбера с TIG г, который при этом охлах дается водой,

0 что приводит к образованию гидрида TiGraHx. Этим обеспечивается непрерывность процесса охлаждения водорода высокого давления.

Таким образом, в предлагаемой уста5 новке азотный охладитель, работающий при значительных затратах электроэнергии, заменен на гидридный, работающий более экономично. Расчеты показывают, что при этом энергозатраты могут быть снижены с

0 0,4-0,42 кВт на кВт холода до 0,32-0,36 кВт на кВт холода.

Отношение массы ABs к массе TiGr2 в интервале от 6,5 до 45,5 позволяет охладить водород высокого давления во всем диапа5 зоне его температур перед генераторами- абсорберами. Если это значение более 45,5. то генераторы-абсорберы с TiGra могут не обеспечить необходимого охлаждения водорода высокого давления. Если это значе0 ние менее 6,5, то это не дает дополнительного эффекта, так как температура водорода высокого давления за генераторами-абсорберами с TiGra ограничена давлением десорбции водорода из TiGra и

5 давлением его абсорбции ABs, т.е. получить более низкую температуру все равно не удается.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом

0 показал, что отличия характеризуются совокупностью следующих признаков: в состав установки включены генераторы-абсорберы, заполненные TiGra; поверхности нагрева этих генераторов-абсорберов

5 подключены к трубопроводу высокого давления установки; магистрали десорбции водорода этих генераторов-абсорберов соединены с трубопроводом низкого давления установки, а магистрали абсорбции во0 дорода соединены с трубопроводом высокого давления установки; отношение массы ABs к массе TiGra составляет от 6,5 до 45,5, Поскольку данные признаки позволяют достичь положительный эффект, то они

5 соответствуют критерию существенные отличия,

В литературе не обнаружены холодильные установки, использующие пару интер- металлидов ABs и TiGra. He обнаружено. также, отношение масс АВ и TiGra в интервале от 6,5 до 45,5. Известна установка, в которой охлаждение происходит за счет процесса десорбции водорода из гидрида (см. например, авт. св. № 1019188). Однако по сравнению с ней предлагаемое техническое решение использует TlGr2, а только он позволяет получить положительный эффект. Совершенно иным является подключение поверхности нагрева, магистралей абсорбции и десорбции генераторов-абсорберов с TiGr2 к трубопроводам установки. Авторы же претендуют не на способ охлаждения за счет теплоты десорбции водорода, а на холодильную установку, содержащую совокупность элементов, представленных в формуле изобретения. Только совокупность этих элементов, а не они в отдельности позволят достичь положительный эффект, являющийся целью изобретения. Таким образом, вышеперечисленные признаки отвечают критерию новизна.

На чертеже представлена схема предлагаемой холодильной установки.

Холодильная установка содержит генераторы-абсорберы 1, 2, заполненные ABg, где А - один из редкоземельных металлов или их сплав, а В - один из металлов-катализаторов или их сплав. Генераторы-абсорберы имеют поверхности нагрева 3, А и охлаждения 5, 6. Линии десорбции через клапаны 7 и 8 соединены с трубопроводом 9 высокого давления, а линии абсорбции через клапаны 10,11 соединены с трубопроводом 12 низкого давления. На трубопроводе 9 установлен водяной охладитель 13 и теплообменники 14, 15 водорода низкого давления. В состав установки входят генераторы-абсорберы 16, 17, заполненные TiGr2, поверхности 18, 19 нагрева которых через клапаны 20, 21 подключены к трубопроводу 9 высокого давления, а через клапаны 22, 23 к дроссельному устройству 24. Магистрали десорбции водорода генераторов-абсорберов 16, 17 через клапаны 25, 26 соединены с трубопроводом 12 низкого давления, а магистрали абсорбции водорода через клапаны 27,28 соединены с трубопроводом 9 высокого давления. В генераторах- абсорберах 16, 17 расположены также поверхности 29, 30 охлаждения. Для слива жидкого водорода предусмотрен бак 31.

Установка работает следующим образом.

Включают источник нагрева генератора-абсорбера 1 и одновременно с этим в поверхность 6 охлаждения генератора-абсорбера 2 подают воду. Водород высокого давления через клапан 7 поступает в трубопровод 9 высокого давления. Охладившись в водяном охладителе 13 и

теплообменнике 14 водорода низкого давления, он через клапан 20 поступает в поверхность 18 нагрева генератора-абсорбера 16. Здесь происходит дальнейшее охлаждение водорода высокого давления за счет отбора теплоты на десорбцию водорода из TiGraHx, который через клапаны 25 и 11 поступает в генератор-абсорбер 2. Водород высокого давления через клапан 22 поступа0 ет в теплообменник 15 водорода низкого давления, в дроссельное устройство 24, а затем в виде жидкости в бак 31 и к охлаждаемому оборудованию. Испарившийся в процессе охлаждения оборудования водород

5 поступает в трубопровод 12 низкого давления, где проходит через вторые контуры теплообменников 15 и 14, охладив водород высокого давления, и абсорбируется в генераторе-абсорбере 2. Одновременно с этим

0 часть водорода из трубопровода 9 высокого давления через клапан 28 подают в генератор-абсорбер 17, через охлаждаемую поверхность 29 которого прокачивают воду.

После полной разрядки генератора-аб5 сорбера 1 его включают от источника нагрева, а воду переключают в поверхность 5. Включают источник нагрева генератора-абсорбера 2. Водород высокого давления через клапан 8 подают в трубопровод 9.

0 Водород, пройдя охладитель 13. теплообменник 14, клапан 21,поверхность 19 нагрева, клапан 23, теплообменник 15, ожижается в дроссельном устройстве 24. Десорбируе- мыйТ 6г2Нх водород через клапаны 26 и 10

5 поступает в генератор-абсорбер 1. Часть водорода высокого давления через клапан 27 поступает в генератор-абсорбер 16, который охлаждается при этом водой, прокачиваемой через поверхность 30.

0 Таким образом, предлагаемая гидрид- ная холодильная установка позволяет получить холод низкой температуры при меньших энергетических затратах, так как азотный охладитель заменен гидридным ох5 ладителем.

Формула изобретения Гидридная холодильная установка, содержащая генераторы-адсорберы, заполненные гидридом ABs, где А - один из

0 редкоземельных элементов или их сплавов, а В - один из металлов-катализаторов или их сплавов, которые подключены к источникам нагрева и охлаждения, теплообменные

5 поверхности и дроссельное устройство, разделяющее трубопроводы высокого и низкого давления, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности при получении холода низких температур, установкадополнительносодержитгенераторы-адсорберы, заполненные гидРИДОМ большего равновесного давления ти-да соединены с трубопроводом низкого давnaTJGr2, поверхности нагрева которых под-ления, а магистрали абсорбции водорода

ключены к трубопроводу высокогосоединены с трубопроводом высокого давдавления, а магистрали десорбции водоро-ления.

Назначение: холодильная техника, сор- бционные холодильные установки. Сущность изобретения: в состав установки включены генераторы-абсорберы 16, 17, заполненные TIGT2, поверхности 18, 19 нагрева которых подключены к трубопроводу 9 высокого давления, магистрали десорбции водорода через клапаны 25, 26 соединены с трубопроводом 12 низкого давления, а магистрали абсорбции водорода через клапаны 27, 28 - с трубопроводом 9. При этом отношение массы ABs, где А - один из редкоземельных элементов или их сплав, а В - один из металлов-катализаторов или их сплав, к массе TiGr2 составляет от 6,5 до 45,5. 1 ил.

j 1 W .Г.-ZffJX г

-гЈ Тгйгзк

Г: 29О К 74

0$ратнй/й

/тюх

К охлаждаемому оборудованию