сорбционные тепловые трубы - Лаборатория пористых сред

Сорбционные тепловые насосы
и холодильники
Разработки Лаборатории пористых
сред ИТМО им. А.В. Лыкова НАН
Беларуси
• Современный компактный компрессор генерирует
большое количество тепла в относительно малом объеме
•
• Одна из серьезных проблем герметичных компрессоров в
связи с постоянной тенденцией к уменьшению их
размеров и массы – это обеспечение их нормального
температурного режима, эффективное охлаждение
• Для этой цели используется воздушное охлаждение,
жидкостное охлаждение, либо двухфазное охлаждение
• Совершенно очевидно, что внутри корпуса компрессора
интенсивность охлаждения отдельных его компонентов
должна быть различной. Есть части компрессора,
которые нужно охлаждать более интенсивно (цилиндр
сжатия пара)
Охлаждение компрессора холодильника
с помощью тепловых труб
Миниатюрные тепловые трубы и контурные
термосифоны, разработанные в Лаборатории
пористых сред Института тепло- и массобмена
им.А.В. Лыкова, способны существенно (на 10-15
˚С) понизить температуру головки цилиндра
компрессора холодильника, повысить плотность
сжатия пара в цилиндре и понизить на 5 ˚С
температуру охлаждающего масла.
Таким
образом,
реализуется
возможность
повышения
КПД
работы
компрессора
холодильника.
Разрез герметичного компрессора бытового холодильника
Тепловая труба (a) обеспечивает теплопередачу от головки цилиндра (наиболее горячая
часть компрессора) к резервуару с маслом в нижней части корпуса компрессора. Тепловая
труба (б) передает тепло от масла в окружающую среду.
Корпус
компрессора
Головка
цилиндра
сжатия пара
Цилиндр сжатия пара
Тепловая
труба (а)
Масло
Тепловая труба
(б)
Расположение тепловых труб внутри компрессора
Эволюция температуры
в различных точках компрессора во времени
6
5
3-4
2
1
1 – температура воздуха в комнате; 2 – температура масла в компрессоре; 3 – температура
конденсатора тепловой трубы; 4 – температура испарителя тепловой трубы; 5 – температура
головки цилиндра; 6 – температура внутри цилиндра
Результаты проведенных измерений
параметров компрессора
Разница
температуры
между
компонентами
внутри
компрессора с тепловыми трубами и без тепловых труб.
Температура головки цилиндра сжатия пара понизилась на
15 ˚С.
Компоненты Головка
компрессора цилиндра
T (°C)
- 15.0
Корпус
цилиндра
Масло
- 12.0
- 4.0
Корпус
компрессора
- 8.0
СОРБЦИОННЫЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОС
Cовместная разработка ИТМО НАН
Беларуси
и Сморгонского завода оптического
станкостроения
Корпус трубы
Активированный
Активированный уголь
уголь
Пористый фитиль
Сорбционный блок
Зона нагрева
Транспорт
ная зона
Ребра
Фитиль в
испарителе
Испаритель/Конденсатор
Зона охлаждения
Сорбционная тепловая труба
Модуль теплового насоса на твердых сорбентах
1.
Л.Л. Васильев, В.М. Богданов , Тепловая труба, Авт.Свид. СССР 174411, Б.И.
No. 24 от 30.06.1992
2.
L.Vasiliev, L. Vasiliev Jr., Sorption heat pipe – a new thermal control device for
space and ground application, Int. J. Heat and Mass Transfer, 48 (2005) 2464 - 2472
Сорбционные тепловые трубы
с алюминиевым оребрением
Система кондиционирования на сорбционных
тепловых трубах (генератор горячей воды, пара и
холодной воды)
Бойлер/холодильник
Теплообменник
на сорбционных
тепловых трубах
Горячий газ/ холодный
воздух
Теплообменник на тепловых трубах и бойлер (экономайзер)
для генерации пара и нагрева воды – источник энергии для
сорбционного теплового насоса/холодильника
Нагревательная печь
Система утилизации тепла
отходящих газов
термических и
нагревательных печей
Бойлер
Пар
Теплообменник на ТТ
Термическая
печь
Газ
Сорбционный
тепловой
насос
Грунтовые сорбционные тепловые насосы
для обогрева и кондиционирования зданий
с использованием тепла грунта и грунтовых вод
Тепловые трубы расположены непосредственно под
зданием
Тепловой насос
Тепловые трубы
грунт
овые трубы ИТМО НАНБ для охлаждения и нагрева гр
Предназначены для отопления помещений
в зимнее время и нагрева грунта в летнее время
(совместно с грунтовыми тепловыми насосами)
краны
1
NH3
2
Испаритель
Грунтовый термосифон длиной 6 м
Тепловая
труба
Нагрев грунта
1.Масло
2. Углекислый
газ
Тепловые трубы (ИТМО) для нагрева грунта
при помощи тепловых насосов
Тепловой насос с внутренней и внешней регенерацией
теплоты и сорбционными тепловыми трубами –
альтернатива современному котлу
1, 2– адсорберы;
R1
R2
R3
R4
 3, 4 – сорбционные тепловые трубы;
 5 – газовая горелка;
 6 – бойлер;
 7 – вентилятор;
 8, 9–заслонки;
10, 11 – обратные клапана;
12 – дроссель;
13 – конденсатор (для нагрева);
14 – испаритель (для охлаждения);
15–18 – запорные вентили;
 19–20 – вход и выход воды,
проходящей
через
конденсатор,
адсорберы, теплообменник-утилизатор;
21, 22 – вход и выход воды, проходящей
через испаритель;
23 – манометр;
R1–R4 – вентили контура регенерации
Ресорбционный тепловой насос (ИТМО НАН Беларуси)
Предназначен для генерации перегретого пара и получения
ледяной воды
вода
пар
1 – перегретый пар (130 ˚С); 2 – вход сетевой воды;
3 - выход холодной (ледяной) воды
Схема ресорбционного теплового насоса
(активный уголь + соли) конструкции ИТМО НАН
Беларуси
Горячая вода
Сорбент
Нагреватель
Тепловая
труба
Высокотемпературный
адсорбер
Холодная вода
Тепловая
труба
Система кондиционирования помещения
Солнечное излучение – источник энергии для сорбционного теплового
насоса с двумя адсорберами
Разработка Института тепло-и массообмена НАН Беларуси
Солнечный
холодильник
Параметры
COP (охлаждение)
COP (нагрев)
Холодильная мощность
Удельное тепловыделение
Средняя температура газа на
входе
Средняя температура газа на
выходе
Средняя температура
конденсатора
Средняя температура
испарителя
Величина
0.60
1.54
293 Вт
500 Вт kg-1
170 C
53 C
38 C
3.5 C
Сорбционный тепловой насос + дизель
в системе три-генерации энергии
30 Окружающая
среда (вода, грунт)
Тепло 100
Сорбционный
тепловой насос
COP = 1.4
Отопление
100
Холод 30
70 Отходящие газы,
система охлаждения
Охлаждение
30
5 Потери
100
Электричество
25
Электрогенератор
Дизель
Работа 30
25