5.4 Система терморегулирования

Рис. 5.4.1. Схема внутреннего устройства сорберов.

На рис. 5.4.1. показано внутреннее устройство сорберов. На рисунке цифрами обозначены: 1 – корпус низкотемпературного сорбера, 2 – низкотемпературный сорбент, 3 – манометр, 4 – трубопровод для аммиака, 5 – теплообменник труба-в-трубе, 6 – вход-выход охлаждающей воды, 7 – заправочный вентиль, 8 – вход-выход U-образного теплообменника термосифона, 9 – электрический нагреватель термосифона, 10 – испаритель термосифона, 11 – конденсатор термосифона, 12 – ребра термосифона, 13 – высокотемпературный сорбент, 14 – корпус высокотемпературного сорбера, 15, 16 – вентили между сорберами.

Вдоль оси высокотемпературного сорбера установлен паро-динамический термосифон. Он служит для равномерного нагрева сорбента по всей длине сорбера.

Для лучшего нагрева-охлаждения сорбента поверхность теплообмена увеличена за счёт напрессованных стальных рёбер, которые дополнительно были зажаты металлическими кольцами.

Пародинамический термосифон передаёт тепло от своего испарителя, в который тепло может поступать любым образом, например от солнечного концентратора или газовой горелки (в установке для удобства проведения экспериментальных измерений применён электронагреватель).

Для охлаждения сорбента в высокотемпературном сорбере используется U-образный теплообменник, который находится внутри конденсатора термосифона. Таким образом, мы имеем внутри высокотемпературного сорбера систему, состоящую из пародинамического термосифона и U-образного теплообменника, которая способна полностью управлять состоянием сорбента, как нагревая его до очень высоких температур (около 220 C), так и охлаждая в нужное время.

В низкотемпературном сорбере для нагрева/охлаждения сорбента используется жидкостной теплообменник типа труба-в-трубе, по которому циркулирует вода.

5.5 Система измерений

Система измерения температуры включает в себя медь-константановые и хромель-алюмелевые термопары, показания которых снимаются при помощи прибора Agilent 34940A.

Количество подведённого тепла к системе определялось по потребляемой электрической мощности нагревателя. Она варьировалась при помощи реостата и измерялась измерительным комплектом К50.

Внутри сорбера в качестве сорбата используется аммиак. Количество заправляемого аммиака варьировалось в зависимости от целей проводимых экспериментов.

Характеристики сорберов:

Низкотемпературный сорбер:

масса BaCl₂ 270 г,

масса углеволокна «Бусофит» 340 г,

масса стального корпуса 1220 г.

Высокотемпературный сорбер:

масса MnCl₂ 230 г,

масса углеволокна «Бусофит» 250 г,

масса стального корпуса 1220 г,

масса термосифона 900 г.

5.6 Результаты собственных вычислений

Для начала эксперимента нужно подготовить измерительное оборудование; Измерить массовый расход подачи воды через теплообменник; Проверить правильность расположение и крепление всех термопар.

Положение термопар
110	Поверхность высокотемпературного сорбера
109 111	Вход и выход жидкостного теплообменника высокотемпературного сорбера
105	Бачок пародинамического термосифона
104 106	Паровой и жидкостной канал пародинамического термосифона
119 120	Теплообменник низкотемпературного сорбера
115	Начало низкотемпературного сорбера
116	Конец низкотемпературного сорбера

Вычисление потока воды через низкотемпературный сорбер:

1^м16^с.71 – 370см³ воды. Объёмный расход – 4,82 см³/с

Режим работы установки
10:58	Включение нагрева высокотемпературного сорбера при 480Вт
11:05	Уменьшаем расход воды Имеем: 6м08с44 – 280см3. Объемный расход подачи воды уменьшился до 0,75 см3/с
11:22	Разность температур в низкотемпературном сорбере достигла: 28,23-24,07=4,16
11:36	Уменьшаем мощность до 300Вт; Давление газообразного аммиака в системе составляет 6,5атм
12:12	Отключение электрического нагрева; Перекрытие крана между сорберами
12:14	Включение потока жидкости через высокотемпературный сорбер для его охлаждения
13:35	Включение потока жидкости через низкотемпературный сорбер
13:51	Открытие крана между сорберами. Начало процесса получения холода.
14:02	Получили около 28Вт холода. КПД установки составил около 10%

Температуры на поверхности низкотемпературного адсорбера (T₁, T₂), средняя температура (T₃) рабочей жидкости (вода) в кольцевом теплообменнике и тепловой поток из теплообменника в сорбер показаны на графиках рис. 5.6.1. Температура окружающей среды во время эксперимента – 28°C, поверхность сорбера покрыта теплоизоляцией.

Рис. 5.6.1. Температура начального (Т₁) и конечного (Т₂) участков низ-котемпературного сорбера, средней температуры жидкости в теплообменнике (Т₃) и теплового потока от сорбента к теплообменнику (q) во время производства холода.

Вывод: При сравнение энергозатрат на проведение эксперимента и КПД, можно увидеть, что при нагревании электричеством установка не выгодная для экономии электроэнергии. Однако, если заменить электричество на тепло, получаемое от возобновляемого источника энергии, например солнца, то КПД машины значительный, а затраты минимальные. Разработанный холодильник может быть использован в системах кондиционирования транспортных средств, гостиничном хозяйстве и в солнечных установках для производства холода.