PL232879B1 - Sposób produkcji chłodu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób produkcji chłodu za pomocą chłodziarki sorpcyjnej.

Wynalazek dotyczy dziedziny sposobów produkcji chłodu.

Dotychczas znane chłodziarki adsorpcyjne zbudowane są z dwóch lub więcej złóż porowatego sorbentu, elementu rozprężnego, parownika oraz skraplacza. Wymiana ciepła pomiędzy wodą chłodzącą lub regenerującą złoże oraz sorbentem realizowana jest poprzez przeponowy wymiennik ciepła zabudowany w złożu.

W trakcie cyklu pracy konwencjonalnej chłodziarki adsorpcyjnej odparowany czynnik chłodniczy (zwykle woda) przepływa z parownika do stałego złoża adsorbentu, które jest chłodzone wodą przepływającą w wymienniku zabudowanym w złożu. Gdy stężenie adsorbatu zbliży się do stanu równowagi adsorpcyjnej adsorber przechodzi w stan regeneracji złoża zmieniając funkcję komory stałego złoża z adsorpcyjnej na desorpcyjną. Etap ten polega na podnoszeniu temperatury połączonego ze skraplaczem złoża adsorpcyjnego gorącą wodą przepływającą tym samym systemem rur co podczas adsorpcji. Powoduje to przesunięcie równowagi w kierunku desorpcji. Powstała para przepływa do skraplacza.

Znane są również chłodziarki adsorpcyjne budowane jako urządzenia wielozłożowe (najczęściej dwu-, trzy- lub czterozłożowe). Złoża funkcjonują naprzemiennie. W czasie, gdy złoże pracuje w trybie adsorpcji, będąc połączonym z parownikiem, drugie złoże połączone ze skraplaczem, jest regenerowane i znajduje się w trybie desorpcji. Każde ze złóż musi naprzemiennie pełnić rolę adsorpcyjną oraz desorpcyjną.

Jednym ze znanych sposobów poprawy współczynnika wymiany ciepła pomiędzy złożem i zanurzoną w nim powierzchnią ogrzewalną jest wykorzystanie złoża fluidalnego sorbentu.

W publikacji Wang Q., Gao X., Xu J.Y., Maiga A.S., Chen G.M., Experimental investigation on a fluidized-bed adsorber/desorber for the adsorption refrigeration system, International Journal of refrigeration, (2012) 35, 694-700 autorzy zaproponowali użycie jednej komory ze złożem fluidalnym do realizacji procesów adsorpcji i desorpcji w adsorpcyjnym systemie chłodniczym. Autorzy wykorzystali tu węgiel aktywny oraz czynnik chłodniczy R134a. W pracy potwierdzono, że warstwa fluidalna może przyczynić się do poprawy wymiany masy i ciepła prowadząc do podniesienia mocy chłodniczej urządzenia. Jak zaznaczono, zaobserwowana poprawa warunków wymiany ciepła i masy sprawia, że powierzchnia wymiany ciepła może zostać znacznie zredukowana, co pozwala na poszerzenie rynku odbiorców tego typu urządzeń.

Z kolei w publikacji Chen C.H., Schmid G., Chan C.T., Chiang Y.C., & Chen S.L. (2015), Application of silica gel fluidised bed for air-conditioning systems. Applied Thermal Engineering, 89, 229-238 autorzy przedstawili rozwiązanie, w którym wykorzystano stacjonarne złoże fluidalne dla celów przygotowania powietrza. Zauważono tam, że w porównaniu do złoża pakietowego, zastosowanie warstwy fluidalnej powoduje zintensyfikowanie procesów adsorpcji i desorpcji.

W pracy Horibe A., Haruki N., & Hiraishi D. (2013), Sorption-desorption operations on two connected fluidized bed using organic sorbent powder. International Journal of Heat and Mass Transfer, 65, 817-825 autorzy wykorzystali dwa połączone ze sobą złoża fluidalne oraz nowy sorbent o nazwie HU720PR do bezpośredniej zmiany wilgotności powietrza z pominięciem produkcji czynnika chłodniczego.

Dwuzłożowe urządzenie do osuszania powietrza w systemie pracy ciągłej zostało również przedstawione w pracy Chen C.G., Schmid G., Chan C.T., Chiang Y.C., & Chen S.L. (2015), Application of silica gel fluidised bed for air-conditioning systems. Applied Thermal Engineering, 89, 229-238.

Podobny proces został też zaprezentowany w pracy Hamed A.M. (2005), Experimental investigation on the adsorption/desorption processes using solid desiccant in an inclined-fluidized bed. Renewable Energy, 30(12), 1913-1921. Autor wykorzystał warstwę fluidalną w reaktorze z osią pochyloną przy realizacji procesów adsorpcji i desorpcji.

Z japońskiego zgłoszenia patentowego o nr JP2008116194 (A) znana jest metoda fluidyzacji sorbentu przy pomocy dysz wtryskowych.

W zgłoszeniu wzoru użytkowego o nr CN203002168 opisywana jest metoda wieżowej fluidyzacji sorbentu w celu oczyszczania gazów wylotowych.

Z chińskiego opisu patentowego CN1558166 znane jest rozwiązanie wykorzystujące dwie komory o funkcjach „adsorpcyjnej i „regeneracyjnej (desorpcyjnej), w których to miejscowo dochodzi do fluidyzacji złóż sorbentu. Pomiędzy komorami złoże transportowane jest w stanie niesfluidyzowanym. Zgodnie z opisem powyższego wynalazku występują tam dwa osobne złoża fluidalne.

PL 232 879 B1

Innym znanym ze stanu techniki rozwiązaniem jest opisana w zgłoszeniu DE102014223071-A1 adsorpcyjna pompa ciepła z akumulatorem ciekłego czynnika chłodniczego do produkcji ciepła i chłodu. Rozwiązanie nie wykorzystuje efektu fluidyzacji złoża.

Ze zgłoszenia o nr JPH06254337 znane jest rozwiązanie polegające na zastosowaniu dwóch połączonych złóż, wykorzystujące technologię złoża stałego i fluidyzowanego do odzysku konkretnej cieczy z gazu.

Wynalazek opisany w zgłoszeniu o nr JPH07284624 odnosi się do zastosowania zestawu wielu złóż adsorpcyjnych wykorzystujących fluidyzację w celu wychwycenia konkretnego gazu na sicie molekularnym.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie nowej chłodziarki sorpcyjnej, która charakteryzowałaby się większą wydajnością (większa moc chłodnicza oraz efektywność produkcji chłodu) i miała mniejsze wymiary od dotychczas znanych chłodziarek adsorpcyjnych.

Istotą wynalazku jest sposób produkcji chłodu z wykorzystaniem chłodziarki sorpcyjnej składającej się co najmniej z komory o stałej funkcji sorpcyjnej zawierającej wymiennik ciepła, komory o stałej funkcji desorpcyjnej zawierającej wymiennik ciepła, skraplacza, parownika, elementu rozprężnego, pompy, charakteryzującej się tym, że złoże sorbentu krążące w układzie zamkniętym pomiędzy komorą o stałej funkcji sorpcyjnej i komorą o stałej funkcji desorpcyjnej jest w stanie nieprzerwanie sfluidyzowanym zarówno w komorze o stałej funkcji sorpcyjnej, komorze o stałej funkcji desorpcyjnej, jak i w trakcie transportu między komorami.

Korzystnie, gdy złoże sorbentu w czasie procesu sorpcji i desorpcji oraz transportu utrzymywane w stanie sfluidyzowanym przy pomocy pompy.

Przedmiot wynalazku w korzystnym przykładzie wykonania przedstawiony został na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia strukturę budowy chłodziarki według wynalazku.

W korzystnym przykładzie wykonania sposób produkcji chłodu według wynalazku, wykorzystuje chłodziarkę sorpcyjną zbudowaną z jednej komory o stałej funkcji sorpcyjnej 1 zawierającej wymiennik ciepła 7, z jednej komory o stałej funkcji desorpcyjnej 2 zawierającej wymiennik ciepła 8, skraplacza 3, parownika 4, elementu rozprężnego 5, pompy 6. W chłodziarce złoże sorbentu (silikażel) jest złożem typu fluidalnego krążącym w układzie zamkniętym pomiędzy komorą sorpcyjną 1 i komorą desorpcyjną 2. W komorach 1, 2 panują stałe i różniące się od siebie parametry pracy takie jak ciśnienie i temperatura (30-1200 Pa oraz 10-35 st. C dla komory sorpcyjnej oraz 1500-4000 Pa oraz 40-65 st. C dla komory desorpcyjnej) odpowiadające warunkom sorpcji i desorpcji zastosowanego czynnika chłodniczego i sorbentu. W chłodziarce według przedmiotu wykonania parownik 4 połączony jest w sposób stały z komorą sorpcyjną 1 w sposób umożliwiający przepływ par czynnika chłodniczego, z parownika 4 do komory sorpcyjnej 1. Skraplacz 3 połączony jest z komorą desorpcyjną 2 w sposób stały umożliwiający przepływ par czynnika chłodniczego z komory desorpcyjnej 2 do skraplacza 3. Ponadto skraplacz 3 połączony jest z parownikiem 4 za pośrednictwem elementu rozprężnego 5 umożliwiając przepływ ciekłego czynnika chłodniczego ze skraplacza 3 do parownika 4. W chłodziarce według przedmiotu wykonania jako przykładowego sorbentu użyto silikażelu, a jako przykładowego czynnika chłodniczego - wody.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób produkcji chłodu z wykorzystaniem chłodziarki sorpcyjnej składającej się co najmniej z komory o stałej funkcji sorpcyjnej zawierającej wymiennik ciepła, komory o stałej funkcji desorpcyjnej zawierającej wymiennik ciepła, skraplacza, parownika, elementu rozprężnego, pompy, znamienny tym, że złoże sorbentu krążące w układzie zamkniętym pomiędzy komorą sorpcyjną (1) o stałej funkcji i komorą desorpcyjną (2) o stałej funkcji jest w stanie nieprzerwanie sfluidyzowanym zarówno w komorze sorpcyjnej (1), komorze desorpcyjnej (2), jak i w trakcie transportu między komorami (1, 2).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że złoże sorbentu w czasie procesu sorpcji i desorpcji oraz transportu utrzymywane w stanie sfluidyzowanym przy pomocy pompy (6).