Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2587737C1 - Способ повышения температурного потенциала источника тепла - Google Patents

Способ повышения температурного потенциала источника тепла Download PDF

Info

Publication number
RU2587737C1
RU2587737C1 RU2015110767/06A RU2015110767A RU2587737C1 RU 2587737 C1 RU2587737 C1 RU 2587737C1 RU 2015110767/06 A RU2015110767/06 A RU 2015110767/06A RU 2015110767 A RU2015110767 A RU 2015110767A RU 2587737 C1 RU2587737 C1 RU 2587737C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
heat
adsorbent
potential
refrigerant
Prior art date
Application number
RU2015110767/06A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Иванович Аристов
Михаил Михайлович Токарев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук
Priority to RU2015110767/06A priority Critical patent/RU2587737C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2587737C1 publication Critical patent/RU2587737C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/04—Heat pumps of the sorption type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/08—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области энергетики и направлено на энергосбережение путем рационального использования возобновляемых источников тепла и естественного перепада температуры в окружающей среде. Предложен способ получения тепловой энергии в замкнутом адсорбционном цикле повышения температурного потенциала, состоящий из последовательных стадий адсорбции хладагента на адсорбенте, удаления хладагента с адсорбента (регенерации), испарения и конденсации хладагента, регенерацию адсорбента осуществляют путем его нагрева от возобновляемого источника низкопотенциального тепла, а конденсатор при этом охлаждают до низкой температуры, используя исключительно естественный перепад температур в окружающей среде. Заявленное изобретение позволяет повысить температурный потенциал источника тепла только за счет использования естественной разницы температур в окружающей среде. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области энергетики и направлено на энергосбережение путем рационального использования возобновляемых источников тепла и естественного перепада температуры в окружающей среде.
В настоящее время основу энергетики составляют невозобновляемые источники энергии. В связи с исчерпанием ресурсов ископаемых топлив актуальна проблема рационального использования альтернативных источников энергии, тепла промышленных выбросов, стоков и другого бросового тепла. Основной проблемой использования таких источников является их относительно низкий температурный потенциал, который недостаточен для того, чтобы выбрасываемое в окружающую среду тепло могло быть применено с пользой, например для отопления или подогрева воды. Указанную проблему решают путем повышения температурного потенциала используемого источника теплоты в термотрансформаторах. Типичным примером такого термотрансформатора служит сплит-система кондиционирования воздуха (Ананьев В.А. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. 2001, 416 с.), работающая в режиме отопления (нагрева). В качестве источника теплоты данная система использует тепло окружающей среды с невысоким температурным потенциалом, вырабатывает тепло с температурным потенциалом, достаточным для подогрева воздуха в помещении, и для приведения системы в действие использует электрическую энергию.
Аналогом сплит-системы кондиционирования, функционирующей в режиме нагрева, является полезная модель (РФ 77030, F25B 30/02, 10.10.2008), предназначенная для отопления помещений за счет тепла сточных вод. Отличительной чертой указанной полезной модели является использование компрессора.
В патентах (РФ 2256126, F24D 3/02, 10.07.2005) и (US 8418466 F01K 7/32, 16.04.2013) предложен способ повышения температурного потенциала источника тепла за счет использования вихревой трубы. Этот способ также требует использования механической энергии компрессора.
Другим примером термотрансформатора для преобразования низкопотенциальной теплоты в тепло с повышенным температурным потенциалом могут служить абсорбционные и адсорбционные тепловые насосы. Это достигается за счет проведения замкнутого цикла адсорбции-десорбции хладагента, сопровождающегося поглощением теплоты в испарителе, который поддерживают при температуре окружающей среды, и ее выделением в конденсаторе и адсорбере при более высокой температуре, достаточной для нужд потребителя. Приведение цикла в действие осуществляют путем регенерации абсорбента (адсорбента) при повышенной температуре за счет использования другого источника теплоты, обычно 80-350°C (ссылка).
Так, в патенте (РФ 2358209, F24J 3/08, 10.06.2009) предложен способ использования тепла геотермальных вод для нужд отопления с использованием теплового насоса. Способ отличается тем, что использует источник тепла с температурой Т>80°C, а потребителю поступает вода с температурой 55-65°C.
В патенте (СА 2674245, C01B 3/06, 01.02.2010) предложен способ использования химического теплового насоса для повышения температурного потенциала источника тепла. Способ отличается тем, что низкопотенциальное тепло поглощается в процессе разложения аммиачного комплекса марганца, тепло с повышенным температурным потенциалом выделяется при образовании аммиачных комплексов сульфата марганца и хлорида никеля, а цикл приводится в действие за счет разложения аммиачного комплекса хлорида никеля. Последний процесс происходит при более высокой температуре по сравнению с температурой, при которой полезное тепло отдается потребителю.
Прототипом данного изобретения является адсорбционный тепловой насос (US 7497089, B01J 29/06, 03.03.2009), содержащий адсорбат (хладагент), испаритель, конденсатор и адсорбционно-десорбционную часть с адсорбентом. В этом прототипе в качестве адсорбата (халадгента) используют пары воды, а в качестве адсорбента - алюмофосфат SAPO-34. Принцип действия рассматриваемого прототипа состоит в том, что адсорбент, находящийся при температуре 40-45°C, поглощает пары воды и при этом происходит выделение теплоты. Испарение воды происходит в испарителе при температуре 5-10°C. Таким образом происходит трансформация теплоты с низким температурным потенциалом в тепло с более высоким температурным потенциалом. Для регенерации адсорбента в рассматриваемом прототипе его нагревают до высокой температуры, наиболее предпочтительно до 60-95°С.
Приведенные примеры способов повышения температурного потенциала обладают общей особенностью, заключающейся в том, что они используют внешний источник энергии, либо электрической, либо механической, либо тепловой, с потенциалом, превышающим температурный потенциал получаемого полезного тепла. Таким образом, приведенные способы действительно приводят к повышению температурного потенциала «бросовой» теплоты, к повышению ее качества. Однако все приведенные способы используют для этого источники энергии с еще более высоким качеством, чем позволяют получить и передать потребителю.
Изобретение решает задачу повышения температурного потенциала источника тепла за счет использования естественной разницы температур в окружающей среде и без использования электрической, механической энергии и/или источника тепла с более высоким температурным потенциалом.
Предложен способ повышения температурного потенциала источника тепла в замкнутом адсорбционном цикле повышения температурного потенциала, состоящего из последовательных стадий адсорбции хладагента на адсорбенте, удаления хладагента с адсорбента - регенерации, испарения и конденсации хладагента, в котором регенерацию адсорбента осуществляют путем его нагрева от возобновляемого источника низкопотенциального тепла, а конденсатор при этом охлаждают до низкой температуры, используя исключительно естественный перепад температур в окружающей среде, при этом в качестве адсорбента используют активированный уголь, природный или синтетический цеолит, цеолитоподобный материал или композитный адсорбент, в качестве хладагента - адсорбтива используют спирты или аммиак.
В качестве возобновляемого источника тепла используют геотермальные воды, воду незамерзающих водоемов, промышленные и бытовые стоки и иные источники тепла с температурой Тист=0-35°С, преимущественно, 4-20°С.
Температура окружающей среды составляет (-50)-(-5)°С, преимущественно (-25)-(-15)°С.
Способ позволяет достигать повышение температурного потенциала источника низкопотенциального тепла на 5-20°C, а при каскадной реализации - на 40°C и выше.
Для решения задачи предложен замкнутый адсорбционный цикл повышения температурного потенциала, в котором стадию регенерации осуществляют за счет естественной разницы температур в окружающей среде. Адсорбционный цикл (Фиг. 1) состоит из двух изостер (1-2 и 3-4) и двух изотерм (2-3 и 4-1). Температурные параметры цикла заданы тремя температурами: окружающей среды Токр, источника теплоты Тист и целевой температуры Тц, где Токр<Тист<Тц. Адсорбционный термопреобразователь (Фиг. 2) состоит из адсорбера (1), содержащего адсорбент (2), и емкости (5) с хладагентом (4), выполняющей роль испарителя и конденсатора. Адсорбер и емкость герметичны и соединены при помощи вакуумного крана (3). Исходно адсорбент находится в регенерированном состоянии (изостера w1 соответствует низкому содержанию адсорбата) при температуре источника Тист (точка 1 Фиг. 1), емкость с хладагентом поддерживают при той же температуре. Кран, соединяющий емкость с адсорбентом и емкость с хладагентом, открывают. Происходит испарение хладагента в емкости и адсорбция его паров на адсорбенте. Это вызывает разогрев адсорбента и выделение тепла происходит при целевой температуре Тц, превышающей температуру источника Тц>Тист (точка 2 Фиг. 1). Полученное полезное тепло используют для нужд нагрева. После достижения содержания адсорбата w2 (точка 3 Фиг. 1) кран перекрывают. Для регенерации адсорбента его поддерживают при температуре источника тепла Тист (точка 4 Фиг. 1). Емкость с хладагентом охлаждают до температуры окружающей среды Токр и давление паров хладагента в емкости становится меньше, чем равновесное давление паров над адсорбентом. Кран между емкостью с хладагентом и адсорбентом открывают, что приводит к регенерации адсорбента. По окончании процесса регенерации кран закрывают, а емкость с хладагентом нагревают до температуры источника тепла. Таким образом, адсорбент возвращается в исходное состояние (точка 1 Фиг. 1) и адсорбционный цикл замыкается.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами и иллюстрациями.
На Фиг. 1 представлен адсорбционный цикл повышения температурного потенциала. На Фиг. 2 изображено устройство адсорбционного преобразователя тепла.
Пример 1
Композитный сорбент метанола (Пат. РФ 2294796) в количестве 1 кг, насыщенный парами метанола, помещают в емкость и нагревают до температуры 20°C, емкость с жидким метанолом охлаждают до температуры -20°C. После достижения указанных температур емкости с адсорбентом и метанолом соединяют, открывая запорный кран, происходит регенерация адсорбента. По окончании регенерации кран закрывают, емкость с метанолом нагревают до температуры 20°C. После достижения емкостями постоянной температуры кран открывают и начинают адсорбцию. Разогрев адсорбента составляет 35°C, тепловыделение составляет 407 кДж. Процесс регенерация-сорбция циклически и воспроизводимо повторяют, разогрев составляет 35±2°C, тепловыделение составляет 400±20 кДж.
Пример 2
Аналогично примеру 1 емкость с жидким метанолом охлаждают до температуры -25°C. Разогрев составляет 38±2°C, тепловыделение составляет 420±20 кДж.
Пример 3
Аналогично примеру 1. Емкость с метанолом на стадии регенерации охлаждают до -50°C, адсорбент поддерживают при температуре 4°C. На стадии адсорбции емкость с метанолом нагревают до температуры 4°C. Разогрев составляет 25°C, тепловыделение составляет 350±20 кДж.
Пример 4
Аналогично примеру 1, в качестве адсорбента используют мезопористый силикагель, содержащий в порах смесь хлорида кальция и бромида кальция, а емкость с жидким метанолом охлаждают до температуры -15°C. Разогрев составляет 33±2°C, тепловыделение составляет 300±20 кДж.
Пример 5
Аналогично примеру 1. В качестве адсорбента используют активированный уголь. Разогрев составляет 24°C, тепловыделение составляет 150±20 кДж.
Пример 6
Аналогично примеру 2. В качестве адсорбента используют цеолит. Разогрев составляет 27±2°C, тепловыделение составляет 210±30 кДж.
Пример 7
Аналогично примеру 6. В качестве адсорбента используют синтетический цеолитоподобный материал. Разогрев составляет 28±2°C, тепловыделение составляет 230±20 кДж.
Пример 8
Аналогично примеру 5. В качестве хладагента использовали аммиак. Разогрев составлял 30±2°C, тепловыделение составляло 260±30 кДж.
Пример 9
Аналогично примеру 1. Выделяющееся в циклах тепло используют для нагрева копии устройства, аналогичного примеру 1, до исходной температуры 35°C после регенерации в условиях по примеру 1. При адсорбции разогрев адсорбента во втором устройстве составляет 60°C, тепловыделение составляет 300 кДж.
Приведенные примеры показывают, что с использованием замкнутого адсорбционного цикла повышения температурного потенциала и использованием естественного перепада температур окружающей среды решается задача повышения температурного потенциала источника тепловой энергии без использования электрической, или механической энергии, или тепловой энергии с более высоким температурным потенциалом, чем целевая температура.
Техническим результатом изобретения является получение полезной теплоты с температурным потенциалом выше, чем температурный потенциал бросового тепла, используемого для приведения устройства в действие.
Способ позволяет достигать повышение температурного потенциала источника низкопотенциального тепла на 5-20°C, а при каскадной реализации - на 40°C и выше.

Claims (3)

1. Способ повышения температурного потенциала источника тепла в замкнутом адсорбционном цикле повышения температурного потенциала, состоящий из последовательных стадий адсорбции хладагента на адсорбенте, удаления хладагента с адсорбента - регенерации, испарения и конденсации хладагента, отличающийся тем, что регенерацию адсорбента осуществляют путем его нагрева от возобновляемого источника низкопотенциального тепла, а конденсатор при этом охлаждают до низкой температуры, используя исключительно естественный перепад температур в окружающей среде, при этом в качестве адсорбента используют активированный уголь, природный или синтетический цеолит, цеолитоподобный материал или композитный адсорбент, в качестве хладагента - адсорбтива используют спирты или аммиак.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве возобновляемого источника тепла используют геотермальные воды, воду незамерзающих водоемов, промышленные и бытовые стоки и иные источники тепла с температурой Тист=0-35°С, преимущественно 4-20°С.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температура окружающей среды составляет (-50)-(-5)°С, преимущественно (-25)-(-15)°С.
RU2015110767/06A 2015-03-25 2015-03-25 Способ повышения температурного потенциала источника тепла RU2587737C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015110767/06A RU2587737C1 (ru) 2015-03-25 2015-03-25 Способ повышения температурного потенциала источника тепла

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015110767/06A RU2587737C1 (ru) 2015-03-25 2015-03-25 Способ повышения температурного потенциала источника тепла

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2587737C1 true RU2587737C1 (ru) 2016-06-20

Family

ID=56132340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015110767/06A RU2587737C1 (ru) 2015-03-25 2015-03-25 Способ повышения температурного потенциала источника тепла

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2587737C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19818807A1 (de) * 1998-04-27 1999-10-28 Behr Gmbh & Co Sorptionsvorrichtung, insbesondere zur Klimatisierung von Fahrzeuginnenräumen
RU2294796C2 (ru) * 2005-03-28 2007-03-10 Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук Сорбент паров метанола и способ получения холода с помощью адсорбционного холодильного устройства
AT504653A4 (de) * 2007-03-12 2008-07-15 Vaillant Austria Gmbh Adsorptions-wärmepumpe
US7497089B2 (en) * 2001-02-21 2009-03-03 Mitsubishi Chemical Corporation Adsorption heat pump and use of adsorbent as adsorbent for adsorption heat pump

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19818807A1 (de) * 1998-04-27 1999-10-28 Behr Gmbh & Co Sorptionsvorrichtung, insbesondere zur Klimatisierung von Fahrzeuginnenräumen
US7497089B2 (en) * 2001-02-21 2009-03-03 Mitsubishi Chemical Corporation Adsorption heat pump and use of adsorbent as adsorbent for adsorption heat pump
RU2294796C2 (ru) * 2005-03-28 2007-03-10 Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук Сорбент паров метанола и способ получения холода с помощью адсорбционного холодильного устройства
AT504653A4 (de) * 2007-03-12 2008-07-15 Vaillant Austria Gmbh Adsorptions-wärmepumpe

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ehrenmann et al. Water adsorption characteristics of MIL‐101 for heat‐transformation applications of MOFs
US9097445B2 (en) System using unutilized heat for cooling and/or power generation
EP2553357B1 (en) Systems and methods for generating power and chilling using unutilized heat
Elsheniti et al. Adsorption refrigeration technologies
Wang et al. Performance simulation of multi-bed silica gel-water adsorption chillers
JP2012220165A (ja) 熱回収利用システム及び熱回収利用方法
Sur et al. Review on solar adsorption refrigeration cycle
CN107606816B (zh) 低品位热驱动吸附式化学反应制冷热泵循环装置及方法
JP5187827B2 (ja) 低温廃熱を利用した吸着式ヒートポンプシステム
CN102679616B (zh) 双级吸附制冷循环系统
RU2587737C1 (ru) Способ повышения температурного потенциала источника тепла
CN211120103U (zh) 一种热量回收的制冰系统
CN109631413A (zh) 一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统
RU2626525C1 (ru) Устройство для реализации адсорбционного цикла повышения температурного потенциала источника теплоты
Kühn et al. Comparison of ab-and adsorbents for low temperature heat driven sorption cooling machines
CN205481916U (zh) 一种太阳能吸附式制冷系统
US20230332033A1 (en) Composite material for thermochemical energy storage and method of making same
Aristov New composite adsorbents for conversion and storage of low temperature heat: activity in the Boreskov Institute of Catalysis
He et al. Study and theoretical calculation on new type of adsorption chiller
Benelmir et al. Technology platform ENERBAT-Gas cogeneration, solar heating and cooling
CN110779236A (zh) 一种热量回收的制冰系统
Asfahan et al. Performance Evaluation of Phenol-Resin-Based Adsorbents for Heat Transformation Applications. Materials 2023, 16, 5262
Habash et al. Isotherm relations and COP analysis on silica gel RD with two different adsorptive; acetone and ethanol.
KR101283489B1 (ko) 1단 압축-흡수식 히트펌프 시스템 및 2단 압축-흡수식 히트펌프 시스템
Dubies et al. Material Study of a Facade-Integrated Adsorption System for Solar Cooling of Buildings

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200326