Разработка гидридных тепловых насосов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 621.577

Разработка гидридных тепловых насосов

Л. А. Ижванов, А. И. Соловей

ЛЕВ АЛЕКСЕЕВИЧ ИЖВАНОВ — кандидат технических наук, начальник отдела НИИ НПО «Луч». Область научных интересов: металлургия редких металлов, порошковая металлургия, технология и материаловедение гидридов металлов и сплавов.

АЛЕКСАНДР ИГОРЕВИЧ СОЛОВЕЙ — кандидат технических наук, старший научный сотрудник НИИ НПО «Луч». Область научных интересов: порошковая металлургия, технология и материаловедение гидридов металлов и сплавов.

142100 Подольск, Московская область, Железнодорожная ул., д. 24, НПО «Луч», отделение «(Технология», тел. (095)137-92-58, (27) 63-70-97 для Москвы и Московской области, (096-7) 63-70-97 для других городов, E-mail dvpluch@podolsk.ru

В энергетике в последние десятилетия приоритетное значение приобретают энергосберегающие процессы и технологии с использованием экологически чистых материалов. Среди исследований в этом направлении особое внимание уделяется разработке металлогидридных тепловых насосов как преобразователей тепла с одним температурным потенциалом (тепловые сбросы или тепло окружающей среды) в тепло с другим температурным потенциалом (полезно используемое тепло).

Рабочим телом гидридных тепловых насосов является обратимо циркулирующий водород. Действие этих устройств основано на использовании теплового эффекта обратимой реакции гидрирования металла или интерметаллического соединения:

М + хН2 ^ МН2х ± Q

При сорбции водорода выделяется теплота, при его десорбции поглощается теплота из окружающей среды, т.е. генерируется холод. Использование этих тепловых эффектов позволяет получать температуры обычно в пределах от -50 °С до 200 °С, но этим температурные возможности гидридных насосов далеко не исчерпаны [1].

Работы по созданию гидридных тепловых насосов, начатые в середине 70-х годов, до настоящего времени носят опытно-конструкторский характер. Наибольших успехов в этой области добилась Япония [2]. Подавляющее большинство разработок направлено на создание устройств для производства холода.

В рамках нашего проекта проведены конструкторско-технологические исследования и расчеты, итогом которых стала разработка четырех вариантов устройств: три из них предназначаются для производства холода и одно — для производства тепла. Работа одного из устройств по генерации холода обеспечивается электроэнергией, для остальных вариантов источником энергии служат тепловые сбросы в виде горячей воды или выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.

Математическое моделирование гидридных тепловых насосов

В основу математической модели гидридных тепловых насосов положены процессы сорбции и десорбции водорода гидридообразующими материалами (заполняющими сорбер) с соответствующим выделением и

поглощением тепла, перенос водорода из одного сорбе-ра в другой и теплообмен с теплоносителями.

Состав гидридов в сорберах можно рассчитать по значениям равновесного давления водорода и температуры гидридов, определяемым по изотермам либо по кинетическим соотношениям, описывающим процессы поглощения и десорбции водорода с учетом конечной скорости гетерогенных реакций и гистерезиса. При этом давление водорода определяется из условия сохранения общего количества водорода в системе.

Для описания процесса переноса тепла может быть использована точечная модель гидридного теплового насоса, параметрами которой являются средние значения температуры, концентрации водорода в гидридах и давления водорода в газовой фазе. При другом подходе следует явно учитывать распределение этих параметров по объему сорберов. В настоящей работе применяли цилиндрические сорберы, поэтому учитывалось изменение температуры и концентрации водорода только в радиальном направлении. В рамках обеих моделей были разработаны программы расчета в точечном (нульмерном) и одномерном приближениях для гидридных тепловых насосов, работающих в режиме холодильника и нагревателя. В обоих случаях учитывался теплообмен с теплоносителями во внешних трактах.

Подробно результаты математического моделирования изложены в [3].

Выбор пар металлогидридов для тепловых насосов

Гидридообразующий материал (металлы, интерме-таллиды) является основополагающим элементом гидридного теплового насоса, определяющим эффективность его работы. При выборе пар гидридов (низкотемпературного и высокотемпературного) мы исходим из разработанной Данцером с сотр. [4—6] методики, содержащей два ключевых соотношения, одно из которых описывает термодинамическое равновесие в гидри-дообразующей системе, второе выражает коэффициент преобразования тепловой энергии СОР:

inp = AH/RT - AS/R (1)

COp = AmH AHi - cmlAtl (2)

AmH AH h + cmh Ath

л

3,0

2,0

1,0 0,8

0,4

0,2

0,0

0,4 0,6 0,8 0,0 0,2 сн2, % (масс.)

0,4

0,6

Рис. 1. Цикл работы гидридного насоса на основе пары Мт№4.5А!0.5— MmNi4.i5Feo.s5 в режиме холодильника

где р — равновесное давление водорода; АН — энтальпия образования гидрида; И — универсальная газовая постоянная; Т — температура, К; АБ — энтропия образования гидрида; Атн — масса водорода, принимающего участие в процессах сорбции-десорбции; Аt|, Аth — изменение температуры сорбера за один цикл; т/, ть — масса сорбера; с/, сь _— теплоемкость сорберов, индексы «/» относятся к низкотемпературному гидриду, «Л» — к высокотемпературному гидриду.

По мере развития этой методики в ней стали учитывать гистерезис и наклон плато на зависимостях давление—температура—состав (р—Т—С) [4—6].

В нашей работе использовался уточненный нами вариант методики, позволяющей учитывать массу водорода, участвующего в процессах сорбции-десорбции и перетекающего от одного металлогидрида к другому, а именно, предлагаемая нами методика опирается на реальные изотермы, построенные для используемых гидридов. Это позволяет наглядно представить процесс работы теплового насоса и учитывать массу участвующего в реакции водорода [7—9].

Ниже приведены примеры использования предложенной методики. При оценочном выборе гидридов для производства холода с получением температуры

= 0—4 °С — минимальная температура в гидридной системе) при температуре энергоисточника ^ = 80 °С — максимальная температура в гидридной системе) и температуре окружающей среды tm = 20—25 °С мы остановились на 1_а1\1ц,5А1о,5Нх и ЬаЫ^Нх, в качестве альтернативных высокотемпературных гидридов и Мт1\1ц,15рео,85Нх (Мт — мишметалл) в качестве низкотемпературных гидридов.

Для учета массы взаимодействующего водорода необходимо рассмотреть термодинамический цикл в координатах р—Т—С. В условиях заданных или фиксированных температур такое рассмотрение эквивалентно полю изотерм для обоих сорбентов. На рис. 1 представлены изотермы гидридов для пары интерметаллидов Мт1\1ц,5А1о,5—Мт1\1ц,15рео,85. Движущей силой

1

для перетекания водорода от одного металло-гидрида к другому является перепад давлений между гидридными зонами при соответствующих температурах. При выравнивании давлений поток водорода и сопровождающие ее тепловые эффекты за счет десорбции и сорбции водорода прекращаются. Точки предельных состояний на изотермах выбраны не произвольно, а соответствуют условию Атн1 = Атн2, т.е. очевидному равенству масс выделяющегося и поглощаемого водорода при неизменной суммарной массе водорода в системе. Представление термодинамического цикла работы насоса в координатах р—Т—С позволяет максимально точно оценить величины Атн и СОР. Для приведенного выше примера Атн составляет 0,45%, СОР — 0,3.

Другим высокотемпературным кандидатом на использование в гидридном тепловом насосе для генерации холода является интерме-таллид 1_а1\Н5. В соответствии с изотермами гидридов для пары интерметаллидов 1_а1\Н5— Мт1\1ц,15рео,85 (рис. 2) имеет место замкнутый рабочий цикл при Атн1 = Атн2 = 0,6%, что предопределяет СОР = 0,4.

Сравнение двух вариантов гидридных тепловых насосов с Мт1\1ц,5А10,5 и 1_а1\Н5 свидетельствует в пользу последнего, так как во втором случае обеспечивается большая масса взаимодействующего водорода и, следовательно, более высокий коэффициент преобразования тепловой энергии.

При разработке насоса на основе системы 1_а1\Н5— Мт1\1ц,15ре0,85 для генерации тепла в проекте приняты исходные данные: температура энергоносителя tm < 80— 90 °С; генерируемая температура th > 110—120 °С; температура охлаждающей воды t/ < 10—20 °С.

Для достижения более высокой генерируемой температуры, как показали расчеты, в качестве низкотемпературного интерметаллида эффективен 1_а1\Н5, в качестве высокотемпературного — сплав системы 7г-0г-Ре. Описанный в литературе гидрид 7г0гРенх не удовлетворяет требованию замкнутости цикла, поэтому состав его был скорректирован увеличением содержания железа в исходном интерметаллиде до состава 7г0гРе1,2, который обеспечивает замкнутость цикла при заданных температурных уровнях: th = 120 °0, tm = 80 °0. В итоге выбор

80 °С, десорбция

Атн.

25 °С, сорбция

ЬаМзН,

_г

25 °С, сорбция

0 °С, десорбция

_ MmNi4.15Fe0.85H., I_

0,2

0,4

0,6 0,8 0,0 0,2 сн2, % (масс.)

0,4

0,6

Рис. 2. Цикл работы гидридного насоса на основе пары Ьа№5—Мт№4.1^е0.85 в режиме холодильника

1,0 0,8

0,4 0,2 0,0

0,2 0,4 0,6 0,8 0,0 0,2 ^н2, % (масс.)

0,4

0,6

Рис. 3. Цикл работы гидридного насоса на основе пары Ьа№5—ИгОгРе в режиме холодильника

был остановлен на системе 1_а1\Н5—7гСгРв1,2. На рис. 3 представлены рабочие изотермы пары гидридов этих материалов.

Для целей выбора пары металлогидридов нами разработаны также компьютерные программы, позволяющие учитывать гистерезис, а в отдельных случаях и наклон плато на зависимостях р—Т—С, отношение массы металлогидрида к массе конструкции и производить расчет эффективности преобразования тепла [9].

Некоторые технологические аспекты

Приготовление сплавов. Все используемые сплавы, кроме 7гСгРв1,2, готовили сплавлением компонентов в корундовом тигле в индукционной печи. Сплав 7гСгРв1,2 готовили путем плавки в дуговой печи с нерас-ходуемым вольфрамовым электродом на медной водо-охлаждаемой подложке. Полученные слитки измельчали в порошок до крупности менее 0,5 мм.

Подготовка сорберов. Сорберы, заполненные порошком сплава, «заряжались» водородом. Эту операцию выполняли на специальном стенде, позволяющем проводить дегазацию сплава в условиях вакуума (остаточное давление 10-5 мм рт.ст.) и активацию его циклами гидрирования—дегидрирования.

Установки для генерации холода и тепла

Установка для охлаждения жидкостей с использованием в качестве источника энергии электронагревателя

Установка предназначена для охлаждения жидкостей (вода, молоко, напитки и т.п.) до температуры 0 ■ +4 °С. Основными ее узлами являются два блока гидридных тепловых насосов, теплообменники, теплоизолированный бак для охлаждаемой жидкости, насос для подачи охлаждаемой жидкости, два разомкнутых контура для прокачки охлаждающей воды (расход воды 70—120 г/с) и снятия выделяющегося тепла, а также два замкнутых контура для подачи охлаждаемой жидкости (расход воды 180 г/c), снятия генерируемого холода и аккумулирования его в баке охлаждаемой жидкости.

Каждый блок гидридных тепловых насосов в свою очередь состоит из четырех модулей, собранных в квадратный пучок и размещенных в цилиндрических обечайках (диаметр 130 мм, емкость 6 л). Отдельный модуль (рис. 4) представляет собой трубчатый элемент, изготовленный из нержавеющей стали, длиной 1,5 м. Внутри этого элемента размещается коллектор-фильтр, выполненный в виде перфорированной трубки из нержавеющей стали с намотанной на нее никелевой сеткой. Фильтр из каолиновой ваты делит полость модуля на высокотемпературную и низкотемпературную зоны, которые заполнены LaNi4,6Al0,4 и MmNi4,15Fe0,85 соответственно (по 1,5 кг каждого). Фильтр предотвращает возможный перенос гидридного порошка из одной части модуля в другую, а также служит теплоизолятором между высокотемпературной и низкотемпературной зонами модуля. С целью повышения эффективной теплопроводности металлогидридов в модуле размещена алюминиевая фольга звездообразной формы (толщина 0,15 мм).

Разомкнутые контуры охлаждающей воды включают входной фильтр, запорные вентили, электроклапаны подачи охлаждающей воды и электроклапаны дренажа охлаждающей воды.

Система управления установкой состоит из электро-

.....

7 6 5

0 32

■ -j/hy/'r, ^ Ш77/

. ¡У/ ///■

¡Й 30

0 б

Рис. 4. Схема модуля гидридного теплового насоса с электронагревателем для получения холода:

1 — оболочка из нержавеющей стали; 2 — высокотемпературный металлогидрид; 3 — низкотемпературный металлогидрид; 4 — трубка для дегазации и впуска водорода; 5 — гофрированная алюминиевая фольга; 6 — внутренняя перфорированная трубка; 7 — никелевая сетка; 8 — каолиновая вата; 9 — электрический нагреватель

4

9

8

1

4

3

3

клапанов управления, насоса подачи охлаждаемой воды, блока ручного управления и компьютера автоматического управления. В систему контроля параметров установки входят манометры на водных магистралях, термопары для измерения температуры поверхностей модулей и охлаждаемой воды и термометры для измерения температуры охлаждающей и охлаждаемой воды.

Работа блоков гидридных тепловых насосов осуществляется циклически. В первой половине цикла в высокотемпературном сорбере при включении электронагревателя происходит десорбция из высокотемпературного гидрида водорода, который поступает в низкотемпературный сорбер, где водород сорбируется. Выделяющееся при этом тепло «снимается» охлаждающей водой. Это так называемый «холостой полуцикл».

Холод вырабатывается во второй половине цикла функционирования гидридного насоса. При отключенном электронагревателе в полость высокотемпературного сорбера подается охлаждающая вода, охлаждение сорбера приводит к поглощению водорода и резкому снижению давления в водородной полости модулей. В результате начинается интенсивная десорбция водорода из металлогидрида низкотемпературного сорбера, при этом за счет поглощения тепла металлогидридом охлаждается вода, подаваемая из бака охлаждаемой воды. Десорбируемый в низкотемпературном сорбере водород сорбируется металлогидридом в высокотемпературном сорбере, выделяющееся при этом тепло «снимается» охлаждающей водой.

Для обеспечения непрерывной генерации холода блоки гидридных тепловых насосов работают со сдвигом по времени на «полцикла»: когда в низкотемпературном сорбере одного блока вырабатывается холод, низкотемпературный сорбер другого блока заряжается водородом.

Установка имеет два режима управления: ручной (по сигналам датчиков и показаниям вторичных приборов) и автоматический (по сигналам датчиков температуры в соответствии с выбранной циклограммой работы установки).

Выходные характеристики установки при ручном режиме управления:

температура на наружной поверхности высокотемпе- 190 °С ратурной части модулей

температура охлаждающей воды 10 °С

объем охлаждаемой воды 18 л

длительность полуцикла 20 мин

начальная температура охлаждаемой воды 21 °С

За восемь полуциклов работы установки температура охлаждаемой воды снижается до 1,5 °С, средняя хо-лодопроизводительность 154 Вт, коэффициент преобразования тепловой энергии 0,115. Достигаемая температура далее поддерживается периодическим включением установки при повышении температуры охлаждаемой воды в баке до ~ 4 °С. Аналогичные показатели имеет установка, работающая в автоматическом режиме.

Снижение температуры нагревателя до 170 °С существенно уменьшает холодопроизводительность установки. При сокращении продолжительности полуцикла до 15 мин она повышается на 10—15%.

Установка для охлаждения жидкостей с использованием в качестве энергоисточника горячей воды

Для обеспечения работы установки, предназначаемой для генерации холода, в качестве источника энергии может быть использована сбросная горячая вода с температурой 80—...90 °С. Нами разработан вариант такой установки с гидридным тепловым насосом на основе интерметаллидов 1_а1\Н5 (для высокотемпературного сорбера) и Мт1\1ц,15ре0,85 (для низкотемпературного сорбера). Расчетная холодопроизводительность установки 400—.600 Вт. Минимальная температура охлаждаемой воды 2.—4 °С.

Энергоснабжение установки обеспечивается термостатом с горячей водой. Скорость прокачки воды через теплообменники 200 л/с. Охлаждаемая жидкость—вода, прокачивается через теплообменники (расход воды 100—180 г/с).

Для данной установки были предложены два варианта конструкций сорберов: модульный (рис. 5) и моноблочный (рис. 6). Установка включает два блока. Каж-

А-А

8 1 1

9 8 3 1 10 6

Рис. 5. Схема конструкции модульного сорбера:

1 — трубчатый корпус гидридного модуля; 2 — теплопроводная вставка-гофр; 3 — водородный керамический коллектор-фильтр; 4 — ме-таллогидрид; 5 — наконечник для засыпки металлогидрида; 6 — водородный коллектор; 7 — дистанционирующая пластина; 8 — кожух теплообменника; 9 — штуцер; 10 — фланец-крышка теплообменника; 11 — теплоизоляция

Рис. 6. Схема конструкции моноблочного сорбера:

1 — корпус сорбера; 2 — теплообменная трубка; 3 — теплопроводные ребра; 4 — металлогидрид; 5 — трубка для засыпки металлогид-рида; 6 — керамический водородный коллектор-фильтр; 7 — водородный коллектор; 8 — кожух теплообменника; 9 — штуцер; 10 — теплоизоляция

А-А

дый блок состоит из высокотемпературного и низкотемпературного сорберов, которые соединены между собой водородным коллектором.

Работа установки осуществляется следующим образом. В режиме генерации холода первым блоком через высокотемпературный сорбер прокачивается водопроводная вода, а через низкотемпературный — охлаждаемая вода. Второй блок в это время работает в режиме перезарядки. По окончании выработки холода первым блоком переключением вентилей он переводится в режим перезарядки, а второй блок — в режим выработки холода. Работа блоков в противофазе обеспечивает квазинепрерывный процесс генерации холода.

Как показали испытания, снижение температуры теплоносителя с 90 °С до 80 °С уменьшает холодопро-изводительность на ~ 30%. При повышении температуры теплоносителя до 95 °С она увеличивается на 25— 30%. По мере снижения температуры охлаждаемой жидкости с 20 °С до 4 °С холодопроизводительность за счет потерь во внешнюю среду уменьшается до 400 Вт.

В ряде экспериментов в качестве охлаждаемой жидкости был использован антифриз (тосол марки А40М). При этом в стационарном режиме была достигнута температура -4 °С.

Установка для охлаждения воздуха с использованием в качестве энергоисточника тепла выхлопных газов

Отметим, что ранее был описан пример использования тепла выхлопных газов как энергоисточника в устройстве для кондиционирования воздуха в салоне автобуса [10].

В разработанной нами установке для охлаждения воздуха источником энергии служит теплота сгорания дизельного топлива. Основное отличие этой установки от описанных выше заключается в том, что ее гидрид-ную систему составляет одна пара металлогидридов и она работает в периодическом режиме. Другим отличием является использование воздуха в качестве хладо-носителя и его смеси с выхлопными газами в качестве

теплоносителя. Температура теплоносителя может варьироваться в широких пределах. Нами она принята равной 180—200 °С.

Схема установки приведена на рис. 7. Гидридный тепловой насос включает гидридные сорберы с высокотемпературным металлогидридом 1_аМц,бА10,4Нх и с низкотемпературным металлогидридом Мт1\1ц15ре0,85Ну (масса каждого гидрида по 11,5 кг) и подогреватель воздуха, обеспечивающий температуру смеси воздуха и выхлопных газов на уровне 180—200 °С. Средняя тепловая мощность подогревателя воздуха составляет 20 кВт. Вентилятор подогревателя работает непрерывно, создавая при горении поступающего из бака топлива струю выхлопных газов, а при выключенной камере сгорания — воздушный поток с комнатной температурой.

Каждый сорбер представляет собой блок из 15 труб (диаметр 22 мм, толщина стенки 1 мм, длина 1,5 м). Срединная часть труб выполняет функцию теплоизоляции. Заслонки на низкотемпературном сорбере служат для переключения режимов его работы с фазы выработки холода на перезарядку и т.д. Вентиляторы обеспечивают подачу воздуха в режимах перезарядки и работы на генерацию холода. Контур с холодильной камерой (объем около 100 л, протяженность 1,5 м) является имитатором охлаждаемого объема.

Для интенсификации теплообмена между воздушной струей и металлогидридом сорберы имеют снаружи квадратные медные ребра толщиной 0,15—0,2 мм, расположенные с шагом 2 мм. Для исключения попадания воздуха из окружающей среды в холодильную камеру при перезарядке сорберов установлены заслонки.

Воздух в камере охлаждается до 0 ■ -2 °С. Средняя холодопроизводительность насоса в режиме охлаждения воздуха в камере равна 550 Вт. Минимальная температура низкотемпературного сорбера и ребер при отсутствии внешнего обдува составляет от -20 до -25 °С.

Использование только одной пары металлогидридов определяет ее работу в периодическом режиме, что из-за значительной тепловой инерционности системы увеличивает продолжительность циклов. Испытания ма-

Рис. 7. Схема установки для охлаждения воздуха с использованием в качестве источника энергии тепла выхлопных газов:

1 — заслонки; 2 — подогреватель воздуха ОВ-95; 3 — топливный бак; 4, 5 — высоко- и низкотемпературные части модуля; 6 — дополнительные деревянные шиберы; 7 — холодильная камера; 8 — вентиляторы; 9 — блок зажигания. Сплошными стрелками показано движение газообразных продуктов сгорания; пунктирными стрелками — движение потока воздуха

кетного устройства показали, что для достижения гарантированного уровня температуры ниже 0 °С необходима организация его работы в непрерывном режиме.

Установка для нагревания жидкостей до 110 °С с использованием в качестве источника энергии сбросного тепла с температурой до 90 °С

Еще одним реализованным нами техническим решением использования гидридного теплового насоса является установка для генерации тепла. Выработка тепла осуществляется за счет перегрева воды до температуры не менее 110 °С с использованием в качестве источника энергии сбросного тепла — горячей воды с температурой 80—90 °С. Охлаждающей средой в нашем варианте служила водопроводная вода с температурой 10—20 °С. Рабочей системой теплового насоса являются гидриды пары интерметаллидов 7гСгРв1,2—1_а1\Н5.

Установка включает два блока гидридных тепловых насосов, состоящих из высокотемпературного и низкотемпературного сорберов. Работа блоков в противофа-зе обеспечивает квазинепрерывную выработку тепла. На установке были испытаны два варианта конструкции сорберов: модульный и моноблочный.

В сорберы загружают 18,06 кг гидридов (в низкотемпературный модульный — 5,9 кг, низкотемпературный моноблочный — 4,9 кг, высокотемпературный модульный — 4,0 кг, высокотемпературный моноблочный — 3,26 кг). Емкость бака для перегретой жидкости равна 5 л. Режим работы блоков (последовательность включения и выключения запорных устройств) аналогичны принятым для установки охлаждения воды. Длительность циклов генерации тепла в каждом из блоков составляет 7 мин. Подогрев воды в баке и контуре перегреваемой жидкости от 90 °С до 110 °С происходит за пять последовательных фаз сорбции водорода в высокотемпературном сорбере. После первого цикла температура в баке для перегрева воды повышается с 90 °С до 101 °С, за последующие четыре цикла до 110—

111 °С и далее поддерживается на этом уровне. Рабочее давление водорода в сорберах колеблется в пределах 0,3—1,4 МПа в моноблочном и 0,3—1,1 МПа в модульном устройствах. При выходе на стационарный режим температура перегретой жидкости составляет 110—111,5 °С.

Оценка эффективности работы моноблочных и модульных сорберов показала, что продолжительность сорбционных процессов в паре модульных сорберов меньше, чем в паре моноблочных. Так, оптимальные фазы генерации тепла и перезарядки для модульных сорберов составляют соответственно 4—5 и 6—7 мин, а для моноблочных соответственно 5—6 и 8—12 мин. Такое различие, по-видимому, вызвано тем, что поверхность теплообмена у модульных сорберов почти в три раза больше, чем у моноблочных. Полезная мощность, реализуемая в первом цикле и равная 1890 Вт, обеспечивает постоянство температуры при стационарном режиме работы установки.

Возможности совершенствования гидридных тепловых насосов

Описанные выше технические решения выполнены по схеме, в которой генерация тепла и холода, соответственно сорбция и десорбция водорода, происходят попеременно в одном и том же рабочем объеме в зависимости от направления потока водорода. Такая схема общепринята в гидридных тепловых насосах. Ее достоинством является отсутствие движущихся частей, недостатком — необходимость в значительном количестве вентилей или клапанов в системе управления. В нашей работе опробован гидридный тепловой насос с возвратно-поступательным движением сорберов, в котором сорбция и десорбция водорода осуществляется в разных температурных зонах, что позволяет исключить клапаны в системе управления сорберов.

В установку загружают по 20 г гидридов 1_а1\Н5 (высокотемпературный) и Мт1\1ц,15ре0,85 (низкотемпературный). Время цикла 7 мин, режим работы полностью автоматический с контролем минимальной и максимальной температур в гидридной системе th, ^ и температуры окружающей среды t|. При ^ = 90 °С, tm = = 12 °С достигается температура t| = 3—6 °С.

Температурные возможности гидридных тепловых насосов могут быть существенно расширены за счет использования двух и более ступенчатых систем [9, 11].

Другим резервом повышения температурных возможностей и производительности является совершенствование конструкции, а также увеличение эффективной

теплопроводности гидридной системы.

* * *

Авторы выражают благодарность за участие в выполнении отдельных разделов работы и обсуждении ее результатов Б. А. Астахову, В. А. Афанасьеву, Е.Б. Бойко, С.Ю. Бокало, Н.А. Ландину, А.А. Лысенко, В. П. Попову, В.Н. Фадееву, Э.М. Федорову , В. П. Фро-лову, Ю.И. Шанину.

Работа выполнена по программе МНТЦ (проект № 058)и финансировалась Японией.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ижванов Л.А., Соловей А.И., Фролов В.П. и др. Int. J. Hydrogen Energy, 1996, v. 21, № 11/12, p. 1033—1038.

2. Suda S, Sndrock G. Z. Phys. Chem. NF, 1994, Bd. 183, S. 149—156.

3. Федоров Э.М., Шанин Ю.И., Ижванов Л.А. Докл. на 5-ой Межд. конф. «Водородное материаловедение и химия гидридов металлов». Украина, Ялта, 2—8 сент., 1997.

4. Dantzer P., Orgaz E. Int. J. Hydrogen Energy, 1986, v. 11, p. 797.

5. Orgaz E, Dantzer P. J. Less-Common Met, 1984, v. 131, p. 385.

6.Dantzer P., Meuner F. What materials to use in hydride chemi-cal heat Pumps. Mater. Science Forum, 1988, v. 31, p. 1.

7. Шанин Ю.И., Шанин О.И., Ижванов Л.А. и др. Сб. тр. 3-го Межд. форума «Тепломассообмен-ММФ-96. Тепломассообмен в химико-технологических устройствах». Минск: АНК ИТМО им. А.В. Лыкова АНБ, 1996, c. 129—135.

8. Астахов Б.А., Фадеев В.Н., Ижванов Л.А. и др. Докл. на 5-ой Межд. конф. «Водородное материаловедение и химия гидридов металлов». Украина, Ялта, 2—8 сент., 1997.

9. Шанин Ю.И. Докл. на 5-ой Межд. конф. «Водородное материаловедение и химия гидридов металлов». Украина, Ялта, 2—8 сент., 1997.

10. Ron M. A. J. Less-Common Met., 1984, v. 104, p. 259—278.

11. Suda Seijirau, Komazaki Yoshio, NarasakiHiroshi e. a. J. Less-Common Met., 1991, v. 172—174, p. 1092—1110.