CH703880A2

CH703880A2 - Method and apparatus for achieving energy savings.

Info

Publication number: CH703880A2
Application number: CH15982010A
Authority: CH
Inventors: Ramon Nachmansohn
Original assignee: Ramon Nachmansohn
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-03-30
Also published as: EP2437012A2; EP2437012A3

Abstract

Das Verfahren zur Erzielung von Energieersparnis und die Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens ermöglichen durch geodätische Anordnung die Trennung der Aggregatszustände im Kreislauf eines Arbeitsmittels, welches zur Wärme/Kälte-Energie-Nutzung benutzt wird. So kann ungenutzte Energie genutzt werden und der Kreislauf für einen möglichst ökologischen Betrieb optimiert werden. Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitsmittelkreis ein Kondensator (2) und ein Abkühler (16) in Serie geschaltet sind, dass sich der Kondensator (2) über dem Abkühler (16) befindet und dass ein Siphoneffekt (17) dem Abkühler nachgeschaltet ist.The method for achieving energy savings and the means for carrying out this method allow by geodetic arrangement, the separation of the states of aggregation in the circuit of a working fluid, which is used for heat / cold energy use. This allows unused energy to be used and the cycle optimized for the most ecological possible operation. The device for carrying out the method is characterized in that in the working medium circuit, a condenser (2) and a cooler (16) are connected in series, that the condenser (2) is above the condenser (16) and that a siphon effect (17) downstream of the cooler.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzielung von Energieersparnis sowie Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens. The present invention relates to a method for achieving energy savings and facilities for performing this method.

[0002] Herkömmliche Wärmepumpen und Kältemaschinen weisen einen Arbeitsmittelkreis auf. Die Erfindung kann in allen Verfahren angewandt werden, welche auf denselben Prinzipien basieren. Um die vorliegende Erfindung und deren Einrichtung zu erklären nehmen wir hier einem Wärmepumpen Arbeitsmittelkreislauf zur Erwärmung von Heizwasser. Conventional heat pumps and refrigerators have a working medium circuit. The invention can be applied in all methods based on the same principles. To explain the present invention and its device we take here a heat pump working fluid circuit for heating heating water.

[0003] Dieser Arbeitsmittelkreis umfasst einen Verdichter 1 (Fig. 1) an dessen Ausgang der Eingang eines Kondensators 2 angeschlossen ist. Dieser Kondensator 2 weist einen Produktrücklauf 6 und einen Produktvorlauf 5 auf. An den Ausgang des Kondensators 2 im genannten Arbeitsmittelkreis ist ein Expansionsventil 3 angeschlossen. Zwischen diesem Expansionsventil 3 und dem Einlass des Verdichters 1 ist ein Verdampfer 4 geschaltet. Dieser Verdampfer 4 weist einen Eingang 7 und einen Ausgang 8 für die Umweltenergie auf. Der Kondensator 2 und der Verdampfer 4 sind als Wärmetauscher ausgeführt. Im genannten Kreislauf zirkuliert ein Arbeitsmittel. This working medium circuit comprises a compressor 1 (Fig. 1) at the output of the input of a capacitor 2 is connected. This condenser 2 has a product return 6 and a product flow 5. At the output of the capacitor 2 in said working medium circuit, an expansion valve 3 is connected. Between this expansion valve 3 and the inlet of the compressor 1, an evaporator 4 is connected. This evaporator 4 has an input 7 and an output 8 for the environmental energy. The condenser 2 and the evaporator 4 are designed as heat exchangers. In the said circulation circulates a working fluid.

[0004] Um diesen Arbeitsmittelkreislauf und die Vorgänge in den damit verbundenen Prozessen zu verstehen sind als die wichtigsten Grundlagen die Gesetze der Physik erforderlich. Physikalisch gibt es keine Kälte, sondern lediglich mehr oder weniger Wärme. Bei -273.13°C (entspricht 0 Kelvin) liegt der absolute Nullpunkt, bei dieser Temperatur findet in der Atomstruktur keine Teilchenbewegung mehr statt. In order to understand this working medium cycle and the processes in the associated processes, the laws of physics are required as the most important basis. Physically, there is no cold, but only more or less heat. At -273.13 ° C (corresponds to 0 Kelvin) is the absolute zero, at this temperature no particle movement takes place in the atomic structure.

[0005] Die Übertragung von Wärmeenergie findet nur in einer Richtung statt und zwar von warm nach kalt. Je nach der Zusammensetzung des Arbeitsmittels kann dieses zu unterschiedlichen Temperaturen sieden oder kondensieren. Sowie steht Wärme immer im Verhältnis zu einer bestimmten Verdichtung/Druck/Dichte. The transfer of heat energy takes place only in one direction, from warm to cold. Depending on the composition of the working fluid this can boil or condense to different temperatures. As well as heat is always in proportion to a certain compression / pressure / density.

[0006] Herkömmlich wird nutzbare Energie dadurch gewonnen, dass das Arbeitsmittel, welches sich im Zustand eines Dampfes befindet, im Verdichter verdichtet wird. Der Anstieg des Druckes im Arbeitsmittel hat einen Anstieg der Temperatur desselben zur Folge. Das verdichtete, dampfförmige Arbeitsmittel liefert seine Energie im Kondensator 2 an ein Heizmittel als das Endprodukt ab, und zwar während der Kondensation im Kondensator 2. Während dieser Kondensation wird die Wärmeenergie abgeführt. Das nun flüssige jedoch noch heisse Arbeitsmittel fliesst als Nebenprodukt durch das Expansionsventil 3, wo sich der Druck im Arbeitsmittel entspannt. Mit Druckverlust im Arbeitsmittel geht die nutzbare Wärmeenergie verloren. Diese Abkühlung ist jedoch erforderlich, damit das kalte flüssige Arbeitsmittel anschliessend im Verdampfer 4 mit einer verhältnismässig wärmeren Umweltenergie zum Sieden und wieder zum Verdampfen gebracht werden kann. Da hier eine «kostenlose» Umweltenergie in den Prozess eingebunden ist, muss verhältnismässig wenig elektrische Energie eingesetzt werden um nun den Dampf wieder zu verdichten, damit dieser Kreislauf von vorne beginnen kann. Useable energy is conventionally obtained in that the working fluid, which is in the state of a vapor, is compressed in the compressor. The increase in the pressure in the working fluid results in an increase in the temperature of the same result. The compressed, vaporous working fluid delivers its energy in the condenser 2 to a heating medium as the final product, during the condensation in the condenser 2. During this condensation, the heat energy is dissipated. The now liquid but still hot working fluid flows as a by-product through the expansion valve 3, where relaxes the pressure in the working fluid. With pressure loss in the working fluid, the usable heat energy is lost. However, this cooling is required so that the cold liquid working fluid can then be brought to boil in the evaporator 4 with a relatively warmer ambient energy and again to evaporate. Since a "free" environmental energy is involved in the process here, relatively little electrical energy has to be used to re-compress the steam so that this cycle can start again.

[0007] Als die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gilt, die im Nebenprodukt vorhandene Wärme für den Endzweck oder den Prozess zu nutzen, sowie die Restenergie aus dem Endprodukt und/oder ökologische Energie hinzuzuziehen. As the object of the present invention is to use the by-product heat for the end use or the process, as well as the residual energy from the final product and / or to involve ecological energy.

[0008] Diese Aufgabe wird durch das vorliegende Verfahren erfindungsgemäss so gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definiert ist. This object is achieved by the present method according to the invention as defined in the characterizing part of patent claim 1.

[0009] Die genannte Aufgabe wird durch die vorliegende Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens erfindungsgemäss so gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 definiert ist. The above object is achieved by the present device for performing the method according to the invention, as defined in the characterizing part of claim 2.

[0010] Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: <tb>Fig. 1<sep>eine vorliegende Einrichtung in der herkömmlichen Ausführung, <tb>Fig. 2<sep>eine erste Ausführungsform der vorliegenden Einrichtung, <tb>Fig. 3<sep>eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Einrichtung und <tb>Fig. 4<sep>eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Einrichtung,Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows: <Tb> FIG. 1 <sep> a present device in the conventional embodiment, <Tb> FIG. 2 <sep> a first embodiment of the present device, <Tb> FIG. 3 <sep> a second embodiment of the present device and <Tb> FIG. 4 <sep> a third embodiment of the present device,

[0011] Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Einrichtung. Der Arbeitsmittelkreis umfasst einen Verdichter 1 an dessen Ausgang die Heissdampfnutzungszone 15. eines Kondensators 2 angeschlossen ist. Dieser Kondensator 2 weist einen Produktrücklauf 6 und einen Produktvorlauf 5 auf. An den Ausgang des Kondensators 2 im genannten Arbeitsmittelkreis ist ein Expansionsventil 3 angeschlossen. Zwischen diesem Expansionsventil 3 und dem Einlass des Verdichters 1 ist ein Verdampfer 4 geschaltet. Dieser Verdampfer 4 weist einen Eingang 7 und einen Ausgang 8 für die Umweltenergie auf. Der Kondensator 2 und der Verdampfer 4 sind als Wärmetauscher ausgeführt. Im genannten Kreislauf zirkuliert ein Arbeitsmittel. Fig. 2 shows a first embodiment of the present device. The working medium circuit comprises a compressor 1 at the output of which the hot steam utilization zone 15 of a capacitor 2 is connected. This condenser 2 has a product return 6 and a product flow 5. At the output of the capacitor 2 in said working medium circuit, an expansion valve 3 is connected. Between this expansion valve 3 and the inlet of the compressor 1, an evaporator 4 is connected. This evaporator 4 has an input 7 and an output 8 for the environmental energy. The condenser 2 and the evaporator 4 are designed as heat exchangers. In the said circulation circulates a working fluid.

[0012] In den Herkömmlichen Verfahren wie Fig. 1konnte nicht zwischen der hauptsächlichen Nutzenergie im Kondensationsprozess und dem nutzbaren Nebenprodukt in Form des flüssigen heissen Arbeitsmittels unterschieden werden. In the conventional methods such as Fig. 1 could not be distinguished between the main useful energy in the condensation process and the usable by-product in the form of liquid hot working fluid.

[0013] Durch die Berücksichtigung der geodätischen Anordnung, der Trennung der Aggregatszustände in eigenen Komponenten und dem aufstauen des Kondensat, kann die Energie unterteilt werden und das ungenutzte Kondensat genutzt werden. Die Bestrebungen des erfundenen Verfahrens und der Einrichtungen (Fig. 2, 3und 4) bestehen darin, eine möglichst hohe Energieausnutzung des verdichteten und flüssigen Arbeitsmittels zu erreichen, damit beim Expansionsprozess möglichst wenig Wärme vernichtet wird. By taking into account the geodetic arrangement, the separation of the states of aggregation in their own components and the damming of the condensate, the energy can be divided and the unused condensate can be used. The endeavors of the invented method and the devices (FIGS. 2, 3 and 4) are to achieve the highest possible energy utilization of the compressed and liquid working medium, so that as little heat as possible is destroyed during the expansion process.

[0014] Um weitere Energie zu nutzen wird der Rücklauf des Endprodukts in Fig. 3 und 4 nicht wie herkömmlich direkt zur erneuten Energieaufnahme geschickt, sondern verwertet seine Restwärme für die Erwärmung des dampfförmigen Arbeitsmittels im Trockner 18 und kommt so kälter in den Abkühler 16. Die im Trockner an das Arbeitsmittel übergebene Energie muss nun weniger im Verdichtungsprozess aufgewendet werden. Durch das kältere Einlaufen des Endprodukts in den Abkühler kann zusätzlich mehr Wärmeenergie abgeführt werden. Für das nun vorgewärmte Rücklaufprodukt aus dem Abkühler muss nun weniger Energie aufgewendet werden um die gewünschte Temperatur im Endprodukt 5 zu erreichen. To use more energy, the return of the final product in Fig. 3 and 4 is not sent as conventional directly to re-energy, but utilizes its residual heat for the heating of the vaporous working fluid in the dryer 18 and comes as colder in the cooler 16th The energy transferred to the working fluid in the dryer now has to be less expended in the compression process. Due to the colder shrinkage of the end product in the cooler can be dissipated in addition more heat energy. For the now preheated reflux product from the cooler now less energy must be expended to achieve the desired temperature in the final product 5.

[0015] Fig. 2 zeigt die Aufteilung des Arbeitsmittels in beide wesentliche Aggregatszustände vor und nach Expansion sowie deren geodätische Anordnungen. Oben, im Kondensator 2 gasförmig. Direkt unter dem Kondensator flüssig im Abkühler 16. Unterhalb des Abkühlers an niedrigster kältester Stelle flüssig im Verdampfer 4. über dem Verdampfer 4 ist der Trockner 18, der sich von oben direkt am Verdichter nach unten erstreckt. Fig. 2 shows the division of the working fluid in both major states of aggregation before and after expansion and their geodetic arrangements. Above, in the condenser 2 gaseous. Directly under the condenser liquid in the cooler 16. Below the cooler at the lowest coldest point liquid in the evaporator 4th above the evaporator 4 is the dryer 18, which extends from above directly to the compressor down.

[0016] Da Dampf nicht auskühlen kann ohne den Aggregatszustand zu ändern fliesst das kondensierte Arbeitsmittel stets durch die Schwerkraft in den Abkühler 16 ab. Dies führt dazu, dass der Kondensator nun nur noch mit Dampf betrieben wird. Der Siphon Effekt 17 hält den Abkühler 16 gefüllt mit dem verdichteten flüssigen Arbeitsmittel. Since steam can not cool without changing the state of aggregation, the condensed working fluid always flows by gravity into the cooler 16 from. This means that the condenser is now only operated with steam. The siphon effect 17 keeps the cooler 16 filled with the compressed liquid working fluid.

[0017] Da jetzt die Aggregatszustände sauber getrennt sind ist die Temperatur im Kondensator konstant die Temperatur des verdichteten kondensierenden Arbeitsmittels, welches schon im herkömmlichen Verfahren Fig. 1genutzt wurde. Im Abkühler sammelt sich das flüssige «verbrauchte» Arbeitsmittel verursacht durch den Siphon Effekt. Da sich hier gesammelte Nebenprodukt, kann gezielt genutzt werden. Wie z.B. für die Vorwärmung des Endprodukts in Fig. 2, 3 und 4. Auch kann man die Energie aus dem Nebenprodukt für den Arbeitsmittelkreislauf vor dem Verdichtungsprozess zugeführten. In den Verfahren aus Fig. 2, 3und 4 wird für denselben Effekt das Rücklaufende Endprodukt im Trockner verwendet. Now that the aggregate states are cleanly separated, the temperature in the condenser is constant, the temperature of the condensed condensing working fluid, which has already been used in the conventional method Fig. 1. The cooling agent collects the liquid "spent" working fluid caused by the siphon effect. Since collected by-product can be used selectively. Such as. for the preheating of the final product in Fig. 2, 3 and 4. Also, one can supply the energy from the by-product for the working fluid circuit before the compression process. In the processes of Figs. 2, 3 and 4, the return end product is used in the dryer for the same effect.

[0018] Das Kondensat sollte möglichst ausgekühlt werden damit weniger Wärmeenergie beim durchlaufen des Expansionsventil vernichtet wird. The condensate should be cooled as possible so that less heat energy is destroyed when passing through the expansion valve.

[0019] Das nach dem Expansionsprozess entspannte, drucklose und kalte Arbeitsmittel sammelt sich am untersten Punkt der Einrichtung im Verdampfer 4. Hier wird dem flüssigen entspannten Arbeitsmittel eine verhältnismässig wärmere Umweltenergie zugeführt welches das kalte Arbeitsmittel wird zum Sieden bringt, bis es schliesslich in den Trockner 18 verdampft. Im Trockner 18 wird das dampfförmige Arbeitsmittel mit der Restenergie aus dem rücklaufenden Produkt vorgewärmt / vorverdichtet, bevor es auf den Verdichtungsprozess trifft. Dies verringert die im Verdichtungsprozess benötigte Energie um die gewünschte Temperatur des erneut verdichteten, dampfförmigen Arbeitsmittels im Kondensator 2 zu erreichen. Wie Angesprochen, kann die Verwendung des Nebenprodukts ebenfalls hier stattfinden. Allerdings muss dann der Trockner geodätisch über dem Kondensator liegen um dennoch die Trennung der Aggregatszustände zu ermöglichen. The relaxed after the expansion process, pressureless and cold working fluid accumulates at the bottom of the device in the evaporator 4. Here, the liquid relaxed working fluid a relatively warmer environmental energy is supplied which brings the cold working fluid to boiling, until it finally in the dryer 18 evaporated. In the dryer 18, the vaporous working fluid is preheated / precompressed with the residual energy from the returning product before it encounters the compression process. This reduces the energy required in the compression process to reach the desired temperature of the recompressed, vaporous working fluid in the condenser 2. As mentioned, the use of the by-product can also take place here. However, then the dryer must be geodetically above the capacitor to still allow the separation of the states of aggregation.

[0020] Eine optimale Energieausnutzung wird erreicht, wenn alle Komponenten wie in Fig. 2, 3 oder 4 geodätisch richtig angeordnet werden sowie wenn die Grösse der Komponenten und Aggregatszonen auf ihre Aufgaben zugeschnitten werden, wobei Abkühler und Trockner im Verhältnis grösser zu Kondensator und Verdampfer stehen. Die exakte Dimension der Komponenten kann an die gewünschte Leistung des Endproduktes und der Arbeitsmittelzusammensetzung angepasst werden, um einen noch besseren Wirkungsgrad zu erhalten. Zusätzlich kann eine grössere Arbeitsmittelmenge die Wirkung des Verfahrens nochmals steigern, da mehr Arbeitsmittel mehr Nebenprodukt bedeutet. Optimum energy utilization is achieved if all components are arranged geodetically correct as in Fig. 2, 3 or 4 and if the size of the components and aggregate zones are tailored to their tasks, with coolers and dryers in proportion to larger condenser and evaporator stand. The exact dimension of the components can be adapted to the desired performance of the final product and the working composition to obtain even better efficiency. In addition, a larger amount of working fluid can further increase the effect of the process, since more work means more byproduct.

[0021] Um die Umweltbelastung bei grösseren Anlagen zusätzlich zu reduzieren, kann wie in Fig. 3und 4 eine ökologische Energie dem Trockner zugeführt werden. Bei dem Verfahren in Fig. 3 sollte dem rücklaufenden Produkt 6 vor dem Eintritt in das System die Restenergie abgenommen werden. Restenergie könnte z. B. am externen Ende des Kreislaufes. In order to reduce the environmental impact in larger plants in addition, as shown in Fig. 3 and 4, an ecological energy can be supplied to the dryer. In the method in Fig. 3, the residual energy should be taken from the returning product 6 before entering the system. Residual energy could z. B. at the external end of the circuit.

[0022] In der Einrichtung aus Fig. 4kann der Verdichtungsprozess durch eine zusätzlich ökologische Energie erzielt werden, welche mit hoher Temperatur die Aufgaben des Verdichters übernimmt. In the device of Fig. 4, the compression process can be achieved by an additional ecological energy, which takes over the tasks of the compressor with high temperature.

Claims

1. A method for achieving energy savings, characterized in that the aggregate states can be separated by means of geodetic arrangement and division of the components which allows use of the by-product.

2. Device for carrying out the method according to claim 1, with a working medium circuit, characterized in that in the working medium circuit, a capacitor (2) and a cooler (16) are connected in series, that the capacitor (2) above the cooler (16) is located and that a siphon effect (17) is downstream of the cooler.

3. Device according to claim 2, characterized in that the working medium circuit further comprises a compressor (1), at the output of the input of a capacitor (2) is connected, that this capacitor (2) a product return (6) and a product flow (5 ), that an expansion valve (3) is connected to the outlet of the condenser (2) in said working fluid circuit, that between the expansion valve (3) and the inlet of the compressor (1) an evaporator (4) is connected, that this evaporator ( 4) has an input (7) and an output (8) for environmental energy, that the condenser (2) and the evaporator (4) are designed as a heat exchanger and that a working fluid can circulate in the working fluid circuit.