DE60025250T2 - Kältevorrichtung - Google Patents

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Ryuichi Sakai-shi SAKAMOTO
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Kältesysteme und insbesondere Verbesserungen an Kältesystemen in der Ausführung, in der Wasser direkt verdampft wird, um Kälte zu erzeugen.
  • STAND DER TECHNIK
  • In einigen Kältesystemen in einer Ausführung, wie beispielsweise im japanischen Patent Kokoku H05-6105 beschrieben, wird der Verdampfer durch den Verdichter druckentspannt, und im Verdampfer vorhandenes Wasser wird verdampft, so daß ein Kühlungsziel gekühlt wird.
  • In einem Kältesystem in einer anderen Ausführung, wie beispielsweise im japanischen Patent Kokai H07-43039 beschrieben, wird eine Wasserlösung mit Ammoniak als ein Kältemittel verwendet und ein mit einer feuchtigkeitsdurchlässigen Membran ausgestatteter Verdampfer vorgesehen. Der Verdampfer dieses Kältesystems ist in einen Druckentspannungsraum und einen Kältemitteldurchgang unterteilt, und ein Teil des Kältemittels verdampft und durchströmt vom Kältemitteldurchgang aus die feuchtigkeitsdurchlässige Membran und gelangt in den Druckentspannungsraum. Dadurch wird ein Kältemittel erzeugt, das als Kälte verwendet wird. Ein Kühlungsziel wird durch dieses Kältemittel im Wärmetauscher gekühlt, und zwischenzeitlich wird im Verdampfer abgeschiedenes Kältemittelgas durch den Verdichter verdichtet. Anschließend wird das Kältemittel vom Wärmetauscher, nachdem das verdichtete Kältemittelgas im Absorber absorbiert wurde, wieder zum Verdampfer zurückgeführt. Ein solcher Vorgang wird dann wiederholt durchgeführt.
  • Von der Erfindung zu lösende Probleme
  • In dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Kältesystem (japanisches Patent Kokai H06-257890) muß, um Wasser direkt zu verdampfen, der Verdichter angetrieben werden, um Wasserdampf von einem Sättigungsdampfdruck bei einer Verdampfungstemperatur bis auf einen Sätti gungsdampfdruck bei einer Kondensationstemperatur zu verdichten.
  • Die Eingabe des Verdichters wird jedoch überhaupt nicht berücksichtigt, und Verdichter werden allgemein durch einen Elektromotor angetrieben. Das heißt, Verdichter werden allein durch elektrische Energie angetrieben, und daher ergibt sich das Problem, daß die Verbesserung des Wirkungsgrads begrenzt ist.
  • Andererseits ergeben sich bei dem vorstehend beschriebenen Kältesystem, in dem eine Wasserlösung mit Ammoniak oder dergleichen verwendet wird (wie im japanischen Patent Kokai H07-43039 beschrieben), ebenfalls einige Probleme. Ein Problem besteht darin, daß die Betriebstemperatur und der Betriebsdruck des Systems durch die Eigenschaften der Wasserlösung, wie beispielsweise die Korrosivität, eine Begrenzung erfahren. Ein anderes Problem besteht darin, daß sich eine Begrenzung daraus ergibt, daß ein spezielles Material verwendet werden muß.
  • In der US-A-5 209 078 ist ein Kältesystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben.
  • In der CH-A-221 241 ist ein Heizsystem beschrieben, das eine Wärmepumpe, die von einem Motor angetrieben werden kann, umfaßt.
  • In der EP-A-0 532 368 ist ein Verfahren zur Entfernung und Rückgewinnung eines kondensierbaren Dampfs aus einem Gasstrom durch ein Membrankontaktmittel beschrieben, wobei ein einen kondensierbaren Dampf enthaltender Gasstrom auf einer Seite von Hohlfasermembranen umgewälzt und kühles Extraktionsfluid auf der anderen Seite unter einer Gesamtdruckdifferenz umgewälzt wird, wodurch eine Kondensation des kondensierbaren Dampfs im Gasstrom erfolgt.
  • In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme, die bei Methoden nach dem Stand der Technik auftreten, wurde die vorliegende Erfindung gemacht. Es ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Kälte durch Verdampfung von Wasser bei hohem Wirkungsgrad zu erzeugen.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • In der vorliegenden Erfindung nutzt das Druckerhöhungsmittel thermische Energie als seine Eingabe.
  • Mittel zur Lösung der Probleme
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt, wie in 1 dargestellt, insbesondere ein Kältesystem, in dem Wasser zwecks Kälteerzeugung verdampft wird und erzeugter Wasserdampf durch ein Druckerhöhungsmittel (50) druckerhöht und dann ausgetragen wird, wobei das Druckerhöhungsmittel (50) mindestens durch aus thermischer Energie gewonnene mechanische Kraft angetrieben wird.
  • Das Kältesystem der vorliegenden Erfindung beinhaltet weiterhin ein Kälteerzeugungsmittel (40), in dem Wasser als ein Kältemittel dient, das Wasser verdampft wird, um Kälte zu erzeugen, und erzeugter Wasserdampf in das Druckerhöhungsmittel (50) hineingezogen wird; ein Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60) zum Austragen von durch das Druckerhöhungsmittel (50) druckerhöhtem Wasserdampf; sowie eine Dampfturbine (80) zur Erzeugung mechanischer Kraft aus thermischer Energie zum Antreiben des Druckerhöhungsmittels (50).
  • Das Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann weiterhin einen Elektromotor (52) beinhalten, der mechanische Kraft aus elektrischer Energie erzeugt, um das Druckerhöhungsmittel (50) zusammen mit der Antriebsmaschine (80) anzutreiben.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann die Dampfturbine (80) weiterhin einen Wasserdampfüberschuß nutzen.
  • Das Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann weiterhin einen Kessel (81) beinhalten, der Abwärme nutzt, um eine Wasserdampfzufuhr zur Dampfturbine (80) zu erzeugen.
  • Das Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann weiterhin folgendes beinhalten: einen Kessel (81), der Abwärme nutzt, um eine Wasserdampfzufuhr zur Dampfturbine (80) zu erzeugen; sowie ein Überhitzungsmittel, um im Kessel (81) erzeugten Wasserdampf zu überhitzen.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann weiterhin der Druck des Kessels (81) auf unter Atmosphärendruck eingestellt werden.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung wird weiterhin von der Dampfturbine (80) ausgetragener Wasserdampf mit vom Druckerhöhungsmittel (50) ausgetragenem Wasserdampf gemischt und dann aus dem Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60) ausgetragen.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann weiterhin im Druckerhöhungsmittel (50) erzeugte fühlbare Wärme gesammelt und die gesammelte Wärme genutzt werden, um eine Wasserdampfzufuhr zur Dampfturbine (80) zu erzeugen oder Wasserdampf zu überhitzen.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann das Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60) weiterhin eine wasserdampfdurchlässige Membran (61), die ein Durchströmen von Wasserdampf zuläßt, beinhalten, so daß Wasserdampf aufgrund einer Differenz, die zwischen durch die wasserdampfdurchlässige Membran (61) unterteilten Trennräumen erzeugt wird, in die Atmosphärenluft ausgetragen werden kann.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann das Kälteerzeugungsmittel (40) weiterhin folgendes beinhalten: einen Befeuchtungskühler (41), der Wasser an zu klimatisierende Luft abgibt, so daß die Luft gekühlt wird; sowie einen Entfeuchter (42), der die durch den Befeuchtungskühler (41) gekühlte Luft entfeuchtet.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann das Kälteerzeugungsmittel (90) weiterhin folgendes beinhalten: einen Entfeuchter (42), der zu klimatisierende Luft entfeuchtet; sowie einen Befeuchtungskühler (41), der der durch den Entfeuchter (42) entfeuchteten Luft Wasser zuführt, so daß die Luft gekühlt wird.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann der Entfeuchter (42) weiterhin eine wasserdampfdurchlässige Membran (4b), die ein Durchströmen von Wasserdampf zuläßt, beinhalten, so daß Wasserdampf aufgrund einer Wasserdampfdruckdifferenz, die zwischen durch die wasserdampfdurchlässige Membran (4b) unterteilten Trennräumen erzeugt wird, entfernt werden kann.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann das Kälteerzeugungsmittel (40) weiterhin zu klimatisierende Luft direkt mit Wasser besprühen, so daß die zu klimatisierende Luft gekühlt wird.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann der Befeuchtungskühler (41) weiterhin eine feuchtigkeitsdurchlässige Membran, die ein Durchströmen von Wasserdampf zuläßt, beinhalten, so daß Wasser verdampft und dann die feuchtigkeitsdurchlässige Membran durchströmt, um Luft zu befeuchten und zu kühlen.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann das Kälteerzeugungsmittel (40) weiterhin einen Verdampfungskühler (43) beinhalten, der durch Wasserverdampfung erzeugte Kälte an zu klimatisierende Luft abgibt, so daß die zu klimatisierende Luft gekühlt wird.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann das Kälteerzeugungsmittel (40) weiterhin einen Verdampfungskühler (43) beinhalten, der kühlendes Wasser durch Wasserverdampfung erzeugt.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann das Kälteerzeugungsmittel (40) weiterhin einen Verdampfungskühler (43) beinhalten, der Eis durch Wasserverdampfung erzeugt.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann der Verdampfungskühler (43) weiterhin bewirken, daß Wasser einer direkten Verdampfung in einem Niederdruckraum unterliegt.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann der Verdampfungskühler (43) weiterhin eine feuchtigkeitsdurchlässige Membran (4f), die ein Durchströmen von Wasserdampf zuläßt, beinhalten, so daß Wasser verdampft und durch die feuchtigkeitsdurchlässige Membran (4f) zu einem Niederdruckraum strömt.
  • Das Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann weiterhin ein Feuchtigkeitsregelungsmittel (73) beinhalten, das die Feuchtigkeit von Außenluft regelt, deren Feuchtigkeitsgehalt durch das Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60) ausgetragen wird.
  • Im Kältesystem der vorliegenden Erfindung kann das Feuchtigkeitsregelungsmittel (73) weiterhin einen Wärmetauscher (7b) beinhalten, der die Außenlufttemperatur durch Nutzung von Abwärme erhöht.
  • Das heißt, im Kessel (81) der vorliegenden Erfindung wird Hochtemperaturwasserdampf durch Erwärmung von Wasser erzeugt. Dieser Hochtemperaturwasserdampf wird der Dampfturbine (80) zugeführt. Die Dampfturbine (80), die eine Antriebsmaschine ist, erzeugt Drehkraft durch Expansion des Wasserdampfs.
  • Das Druckerhöhungsmittel (50) wird durch die von der Dampfturbine (80) erzeugte Drehkraft angetrieben. Das Druckerhöhungsmittel (50) kann sowohl durch die Abgabe der Dampfturbine (80) als auch durch die Abgabe des Elektromotors (52) angetrieben werden.
  • Im Kälteerzeugungsmittel (40) wird andererseits Kälte durch Wasserverdampfung erzeugt, um Luft zu kühlen. Insbesondere strömt beispielsweise Innenluft in den Befeuchtungskühler (41), und gleichzeitig wird dem Befeuchtungskühler (41) Wasser zugeführt, so daß die Luft mit Wasser besprüht wird. Die Luft wird gekühlt, wenn das Wasser einer Verdampfung unterliegt, und es entsteht gesättigte Luft.
  • Diese gesättigte Luft strömt in einem Entfeuchtungsraum des Entfeuchters (42). Da das Druckerhöhungsmittel (50) angetrieben wird, wird ein Niederdruckraum durch die wasserdampfdurchlässige Membran (4b) im Entfeuchter (42) gebildet. Der Wasserdampfdruck dieses Niederdruckraums ist niedriger als der Wasserdampfdruck des Entfeuchtungsraums auf der anderen Seite, so daß in der gesättigten Luft enthaltener Wasserdampf die wasserdampfdurchlässige Membran (4b) durchströmt und zum Niederdruckraum wandert. Als eine Folge davon wird die gesättigte Luft entfeuchtet, so daß eine hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit klimatisierte Luft erzeugt wird. Diese klimatisierte Luft wird dem Innenraum zugeführt, um eine Kühlung zu bewirken.
  • Zwischenzeitlich wird Wasserdampf, der in der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) abgeschieden wurde, in das Druckerhöhungsmittel (50) hineingezogen, wo der Wasserdampf auf einen höheren Druck verdichtet wird. Dieser druckerhöhte Wasserdampf strömt im Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60). Zu dieser Zeit wird der Wasserdampf mit aus der Dampfturbine (80) ausgetragenem Wasserdampf gemischt und strömt in das Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60).
  • Außenluft strömt beispielsweise in das Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60). Da der Wasserdampfdruck eines Hochdruckraums der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) höher als der Wasserdampfdruck eines Feuchtigkeitsaustragungsraums auf der anderen Seite davon ist, durchströmt Wasserdampf die wasserdampfdurchlässige Membran (4b) und wandert in den Feuchtigkeitsaustragungsraum. Als eine Folge davon werden sowohl Wasserdampf vom Druckerhöhungsmittel (50) als auch Wasserdampf von der Dampfturbine (80) in die Außenluft ausgetragen. Dieser Wasserdampfzyklus wird wiederholt durchgeführt, so daß der Raum gekühlt wird. Die Dampfturbine (80) kann Wasserdampf in die Atmosphärenluft austreiben.
  • Außenluft, deren Feuchtigkeitsgehalt durch das Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60) ausgetragen wurde, wird weiterhin im Feuchtigkeitsregelungsmittel (73) entfeuchtet. Insbesondere wird Außenluft, deren Feuchtigkeitsgehalt ausgetragen wurde, im Wärmetauscher (7b) erwärmt, und ein Feststoff- oder Flüssigadsorbens des Feuchtigkeitsregelungsmittels (73) wird durch die erwärmte Außenluft regeneriert. Zu dieser Zeit, wenn die Wärme dem Wärmetauscher (7b) zugeführt wird, kann Wärme in vielerlei Arten, beispielsweise als Brennstoffzellenabwärme, genutzt werden.
  • Im Kälteerzeugungsmittel (40) kann weiterhin Luft im Entfeuchter (42) entfeuchtet und danach durch Besprühen mit Wasser im Befeuchtungskühler (41) gekühlt werden. Weiterhin kann das Kälteerzeugungsmittel (40), zusätzlich zur Luftabkühlung, kühlendes Wasser oder Eis erzeugen.
  • Zusätzlich können der Befeuchtungskühler (41) und der Verdampfungskühler (43) so konstruiert werden, daß Wasser verdampft wird und die feuchtigkeitsdurchlässige Membran (4f) durchströmt.
  • Ein in einer Fabrik oder dergleichen erzeugter Wasserdampfüberschuß kann weiterhin als Wasserdampf dienen, der der Dampfturbine (80) zugeführt wird. Des weiteren kann der Kessel (81) verschiedene Abwärmearten nutzen, um Hochtemperaturwasserdampf zu erzeugen.
  • Weiterhin können verschiedene Abwärmearten für die Erzeugung von Wasserdampf (für latente Wärme) im Kessel (81) genutzt werden, und das anschließende Überhitzen des Wasserdampfs (für empfindliche Wärme) kann durch Gasverbrennung und einen elektrischen Erhitzer oder durch ein Überhitzungsmittel, beispielsweise eine pyrogenetische Reaktion, erfolgen.
  • Empfindliche Wärme von aus dem Druckerhöhungsmittel (50) ausgetragenem Hochtemperaturwasserdampf kann weiterhin gesammelt und für die Erzeugung von der Dampfturbine (80) zugeführtem Wasserdampf oder für das Überhitzen von Wasserdampf genutzt werden.
  • Auswirkungen der Erfindung
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird thermische Energie genutzt, um das Druckerhöhungsmittel (50) zu betätigen. Dadurch ist es möglich, verschiedene Energiearten zum Antreiben des Druckerhöhungsmittels (50) zu nutzen, wodurch der Energiewirkungsgrad verbessert wird.
  • Weiterhin wird Kälte durch Verdampfung latenter Wärme von Wasser erhalten, wodurch es möglich ist, eine Klimatisierung oder dergleichen durchzuführen, ohne daß es zu Umweltproblemen kommt.
  • Wenn weiterhin ein in einer Fabrik erzeugter Wasserdampfüberschuß der Dampfturbine (80) zugeführt wird, wird dadurch der Wirkungsgrad in einem weiteren Umfang verbessert.
  • Wenn weiterhin der Kessel (81) verschiedene Abwärmearten nutzt, um Hochtemperaturwasserdampf zu erzeugen, ist es dadurch möglich, Brennstoffzellenabwärme zu nutzen, und als eine Folge davon kann der Wirkungsgrad weiter verbessert werden.
  • Wenn weiterhin verschiedene Abwärmearten für die Erzeugung von Hochtemperaturwasserdampf im Kessel (81) genutzt werden können und das nachfolgende Überhitzen von Wasserdampf durch ein anderes Überhitzungsmittel durchgeführt wird, ist es dadurch möglich, die Projektkosten aufgrund der für empfindliche Wärme benötigten kleinen Wärmemenge zu verringern.
  • Wenn weiterhin Wasserdampf aus der Dampfturbine (80) in die Atmosphärenluft ausgetragen wird, ist es dadurch möglich, die Anordnung des gesamten Systems zu vereinfachen.
  • Wenn weiterhin empfindliche Wärme von aus dem Druckerhöhungsmittel (50) ausgetragenem Hochtemperaturwasserdampf gesammelt und genutzt wird, um Wasserdampf zu erzeugen, der der Dampfturbine (80) zugeführt wird, oder um Wasserdampf zu überhitzen, ist es aufgrund dieses Sammelns von Wärme möglich, den Wirkungsgrad weiter zu verbessern.
  • Wenn weiterhin Wasserdampf vom Druckerhöhungsmittel (50) durch die wasserdampfdurchlässige Membran (4b) des Feuchtigkeitsaustragungsmittels (60) ausgetragen wird, ist das Druckerhöhungsmittel (50) gerade erforderlich, um den Druck von ausgetragenem Wasserdampf auf einen über dem Wasserdampfdruck von Außenluft liegenden Wert zu erhöhen, und der Umfang der Druckerhöhung kann im Vergleich zu Fällen, in denen eine Kondensation von Wasser bewirkt wird, verringert werden. Als eine Folge davon wird es möglich, die Eingabe des Druckerhöhungsmittels (50) zu reduzieren. Gleichzeitig ist es möglich, das Expansionsverhältnis der Dampfturbine (80) zu erhöhen, wodurch die Abgabe der Dampfturbine (80) verbessert werden kann.
  • Wenn weiterhin das Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60) Wasserdampf von der Dampfturbine (80) durch die wasserdampfdurchlässige Membran (4b) austrägt, ist es dadurch möglich, das Expansionsverhältnis zu erhöhen, und das Druckerhöhungsmittel (50) kann mit einer geringeren Wasserdampfmenge angetrieben werden.
  • Wenn weiterhin das Kälteerzeugungsmittel (40) aus dem Befeuchtungskühler (41) und dem Entfeuchter (42) besteht, ist es dadurch möglich, die Temperatur und die Feuchtigkeit von zu klimatisierender Luft separat zu regeln, und es wird möglich, präzise klimatisierte Luft zu erzeugen.
  • Wenn weiterhin der Entfeuchter (42) die wasserdampfdurchlässige Membran (4b) beinhaltet, ist es lediglich erforderlich, den Saugdruck des Druckerhöhungsmittels (50) niedriger als den Wasserdampfdruck von Luft einzustellen. Dadurch ist es möglich, die Eingabe des Druckerhöhungsmittels (50) zu reduzieren.
  • Wenn weiterhin der Befeuchtungskühler (41) eine feuchtigkeitsdurchlässige Membran beinhaltet, ist es dadurch möglich, das Auftreten von Kesselstein oder dergleichen zu verhindern.
  • Wenn weiterhin das Kälteerzeugungsmittel (40) der Luft Kälte zuführt, um sie zu kühlen, wird dadurch verhindert, daß die Luft mit Wasser gemischt wird, und diese Anordnung ist auch in Fällen anwendbar, in denen eine strikte Feuchtigkeitsregelung wesentlich ist.
  • Wenn weiterhin das Kälteerezeugungsmittel (40) kühlendes Wasser erzeugt, ist es dadurch möglich, ein Kältesystem in Form eines hochwirksamen Kälteverdichters zu konstruieren.
  • Wenn weiterhin das Kälteerzeugungsmittel (40) Eis erzeugt, ist es dadurch möglich, eine hochwirksame Eismaschine zu konstruieren.
  • Wenn weiterhin der Verdampfungskühler (43) Wasser durch die feuchtigkeitsdurchlässige Membran (4f) verdampft, ist es dadurch möglich, das Eindringen von Kesselstein in das Druckerhöhungsmittel (50) zu verhindern.
  • Wenn weiterhin in das Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60) eingeleitete Außenluft im Feuchtigkeitsregelungsmittel (73) entfeuchtet wird, ist es dadurch möglich, den Wasserdampfdruck der Außenluft zu reduzieren, und die Eingabe des Druckerhöhungsmittels (50) kann in einem weiteren Umfang verringert werden. Als eine Folge davon wird es möglich, den Wirkungsgrad weiter zu verbessern.
  • Wenn weiterhin verschiedene Arten von Abwärme im Wärmetauscher (7b) des Feuchtigkeitsregelungsmittels (73) genutzt werden können, wird es dadurch möglich, Energie wirksam zu nutzen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein schematisches Anordnungsdiagramm eines Kältesystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine psychrometrische Darstellung des Kühlbetriebs der ersten Ausführungsform.
  • 3 ist ein Zustandsbeschreibungsdiagramm des Kühlbetriebs der ersten Ausführungsform.
  • 4 ist ein schematisches Anordnungsdiagramm eines Kältesystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine psychrometrische Darstellung des Kühlbetriebs der zweiten Ausführungsform.
  • 6 ist ein schematisches Anordnungsdiagramm eines Kältesystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist ein schematisches Anordnungsdiagramm eines Kälteerzeugungsmittels gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist ein schematisches Anordnungsdiagramm eines Kälteerzeugungsmittels gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ist ein schematisches Anordnungsdiagramm eines Kälteerzeugungsmittels gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist ein schematisches Anordnungsdiagramm eines Kälteerzeugungsmittels gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • BESTE REALISIERUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • Ausführungsform 1
  • Ein Kältesystem (10) der vorliegenden Ausführungsform ist, wie aus 1 ersichtlich, in der Form eines Klimatisierungssystems konstruiert, in dem Wasser direkt verdampft wird, um Kälte zwecks Raumkühlung zu erzeugen.
  • Das Kältesystem (10) beinhaltet ein Wasserdampfsystem (20), bei dem es sich um einen sogenannten Wasserdampfzyklus zur Kälteerzeugung handelt, sowie ein Nutzungssystem (30) zur Nutzung von Kälte.
  • Das Wasserdampfsystem (20) beinhaltet ein Kälteerzeugungsmittel (40), einen Verdichter (50) sowie ein Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60). Andererseits beinhaltet das Nutzungssystem (30) einen Rückführungsluftdurchgang (31) und einen Zuführungsluftdurchgang (32). Das Nutzungssystem (30) führt Rückführungsluft, die ein Klimatisierungsziel (eingezogene Innenluft) ist, dem Kälteerzeugungsmittel (40) zu und gibt gekühlte Zuführungsluft an das Innere des Raums ab.
  • Das Kälteerzeugungsmittel (40) beinhaltet einen Befeuchtungskühler (41) und einen Entfeuchter (42). Ein Wasserzuführungsmittel (4a) und der Rückführungsluftdurchgang (31) des Nutzungssystems (30) sind mit dem Befeuchtungskühler (41) verbunden. Der Befeuchtungskühler (41) besprüht Rückführungsluft (Innenluft) direkt mit Wasser. Der Befeuchtungskühler (41) kühlt die Rückführungsluft durch Verdampfung latenter Wärme des Wassers und erzeugt gesättigte Luft.
  • Dem Entfeuchter (42) wird die gesättigte Luft vom Befeuchtungskühler (41) zugeführt. Der Entfeuchter (42) erzeugt klimatisierte Zuführungsluft durch Entfeuchten der gesättigten Luft auf eine vorgewählte Feuchtigkeit. Der Entfeuchter (42) beinhaltet insbesondere eine wasserdampfdurchlässige Membran (4b). Der Entfeuchter (42) ist durch die wasserdampfdurchlässige Membran (4b) in einen Entfeuchtungsraum und einen Niederdruckraum unterteilt. Der Niederdruckraum ist durch einen Wasserdampfdurchgang (21) mit der Saugseite des Verdichters (50) verbunden. Andererseits wird die gesättigte Luft im Befeuchtungskühler (41) dem Entfeuchtungsraum zugeführt. Die gesättigte Luft wird durch die Wasserdampfdruckdifferenz, die zwischen dem Entfeuchtungsraum und dem Niederdruckraum erzeugt wird, entfeuchtet, und es wird gekühlte Zuführungsluft mit einer gegebenen Feuchtigkeit erzeugt. Der Entfeuchter (42) führt die gekühlte Zuführungsluft dem Inneren des Raums durch den Zuführungsluftdurchgang (32) des Nutzungssystems (30) zu.
  • Der Verdichter (50) stellt ein Druckerhöhungsmittel dar, um den Druck von im Entfeuchter (42) des Kälteerzeugungsmittels (40) abgeschiedenem Wasserdampf zu erhöhen. Eine Druckseite des Verdichters (50) ist durch den Wasserdampfdurchgang (22) mit der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) verbunden. Der Verdichter (50) trägt verdichteten Wasserdampf an die Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) aus.
  • Die Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) stellt ein Feuchtigkeitsaustragungsmittel dar, um Wasserdampf in die Außenluft auszutragen, und ein Austragungssystem (70) ist mit der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) verbunden. Die Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) beinhaltet insbesondere eine wasserdampfdurchlässige Membran (61), und das Innere der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) ist durch die wasserdampfdurchlässige Membran (61) in einen Hochdruckraum und einen Feuchtigkeitsaustragungsraum unterteilt. Der Hochdruckraum ist mit der Druckseite des Verdichters (50) durch einen Wasserdampfdurchgang (22) verbunden.
  • Andererseits beinhaltet das Austragungssystem (70) einen Einleitungsdurchgang (71), durch den Außenluft (d.h. Luft von außen) in den Feuchtigkeitsaustragungsraum gelangt, sowie einen Abluftdurchgang (72), durch den Austragungsluft (befeuchtete Luft) im Feuchtigkeitsaustragungsraum ins Freie ausgetrieben wird. Es ist ausreichend, daß der Wasserdampfdruck des Hochdruckraums höher als der Wasserdampfdruck der Außenluft ist. Der verdichtete Wasserdampf wandert daher durch die Wasserdampfdruckdifferenz, die zwischen dem Hochdruckraum und dem Feuchtigkeitsaustragungsraum erzeugt wird, zum Feuchtigkeitsaustragungsraum und wird dann in die Außenluft ausgetragen.
  • Eine antreibende Welle (51) des Verdichters (50) ist mit einem Elektromotor (52) und mit einer Dampfturbine (80) verbunden. Das heißt, der Elektromotor (52) wandelt elektrische Energie in mechanische Kraft um, um den Verdichter (50) anzutreiben. Des weiteren wandelt die Dampfturbine (80) thermische Energie in mechanische Kraft um, um den Verdichter (50) anzutreiben. Der Dampfturbine (80) wird Wasserdampf von einem Kessel (81) zugeführt, und ein Wasserzuführungsmittel (82) ist mit dem Kessel (81) verbunden.
  • Der Kessel (81) verwendet Gas oder dergleichen als einen Brennstoff, um Wasser vom Wasserzuführungsmittel (82) zwecks Erzeugung von Hochtemperaturwasserdampf für die Dampfturbine (80) zu erwärmen. Die Dampfturbine (80) wandelt thermische Energie durch Wasserdampfexpansion in Drehkraft um. Zusätzlich zum Antreiben des Verdichters (50) zusammen mit der Dampfturbine (80) ist der Elektromotor (52) so konstruiert, daß er Kraftdefizite der Dampfturbine (80) oder dergleichen ausgleichen kann.
  • Eine Druckseite der Dampfturbine (80) ist weiterhin durch einen Wasserdampfdurchgang (83) mit dem zwischen dem Verdichter (50) und der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) befindlichen Wasserdampfdurchgang (22) verbunden. Das heißt, von der Dampfturbine (80) ausgetragener Wasserdampf und vom Verdichter (50) ausgetragener Wasserdampf werden miteinander gemischt und strömen durch die Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60).
  • Des weiteren ist der Druck der Dampfturbine (80) auf unter Atmosphärendruck eingestellt. Der Druck ist beispielsweise so eingestellt, daß der Siedepunkt 54 Grad Celsius beträgt.
  • Betrieb
  • Nachstehend wird nunmehr der Kühlbetrieb des vorstehend beschriebenen Kältesystems (10) beschrieben.
  • Zunächst wird dem Kessel (81) Wasser vom Wasserzuführungsmittel (82) zugeführt, und es wird Hochtemperaturwasserdampf dadurch erzeugt, daß das Wasser durch Verwendung von Gas oder dergleichen als Brennstoff erwärmt wird. Dieser Hochtemperaturwasserdampf wird der Dampfturbine (80) zugeführt, und die Dampfturbine (80) erzeugt Drehkraft durch Expansion des Wasserdampfs.
  • Der Verdichter (50) wird durch die in der Dampfturbine (80) erzeugte Drehkraft angetrieben. Des weiteren wird der Verdichter (50) sowohl durch die Abgabe der Dampfturbine (80) als auch durch die Abgabe des Elektromotors (52) angetrieben. Wenn die Dampfturbine (80) nicht arbeitet, wird der Verdichter (50) allein durch die Abgabe des Elektromotors (52) angetrieben.
  • Andererseits wird im Nutzungssystem (30) Innenluft in den Rückführungsluftdurchgang (31) hineingezogen. Die Innenluft wird als Rückführungsluft dem Befeuchtungskühler (41) des Kälteerzeugungsmittels (40) zugeführt. Diese Rückführungsluft ist beispielsweise in dem in 2 gezeigten Zustand A1. Da Wasser dem Befeuchtungskühler (41) vom Wasserzuführungsmittel (4a) zugeführt wurde, wird die Rückführungsluft mit dem Wasser besprüht. Die Rückführungsluft wird durch Verdampfung des Wassers gekühlt und wird zu gesättigter Luft im Zustand A2.
  • Die gesättigte Luft strömt vom Befeuchtungskühler (41) in den Entfeuchtungsraum des Entfeuchters (42). Ein Niederdruckraum entsteht durch die wasserdampfdurchlässige Membran (4b) im Entfeuchter (42), weil der Verdichter (50) angetrieben wird. Da der Wasserdampfdruck dieses Niederdruckraums niedriger als der Wasserdampfdruck des Entfeuchtungsraums ist, strömt in der gesättigten Luft enthaltener Wasserdampf durch die wasserdampfdurchlässige Membran (4b) und wandert in den Niederdruckraum. Als eine Folge davon wird die gesättigte Luft entfeuchtet, wodurch hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit klimatisierte Zuführungsluft im Zustand A3 erzeugt wird. Diese Zuführungsluft wird durch den Zuführungsluftdurchgang (32) dem Inneren des Raums zugeführt, und der Raum wird gekühlt.
  • Andererseits wird Wasserdampf im Niederdruckraum der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) in den Verdichter (50) hineingezogen und dort verdichtet. Das heißt, der Druck des Wasserdampfs erhöht sich von B1 auf B2 (siehe 2). Dieser verdichtete Wasserdampf strömt in der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60). Zu diesem Zeitpunkt wird der verdichtete Wasserdampf mit aus der Dampfturbine (80) ausgetragenem Wasserdampf gemischt und strömt anschließend in den Hochdruckraum der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60).
  • Außenluft strömt vom Einleitungsdurchgang (71) in den Feuchtigkeitsaustragungsraum der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60). Der Wasserdampfdruck des Hochdruckraums der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) ist höher als der Wasserdampfdruck des Feuchtigkeitsaustragungsraums, so daß Wasserdampf durch die wasserdampfdurchlässige Membran (61) strömt und in den Feuchtigkeitsaustragungsraum wandert. Als eine Folge davon werden Wasserdampf vom Verdichter (50) und Wasserdampf von der Dampfturbine (80) in die Außenluft ausgetragen. Das heißt, die Außenluft im Zustand C1, wie in 2 dargestellt, absorbiert den Wasserdampf und wird zu Austragungsluft im Zustand C2. Diese Austragungsluft wird, nachdem sie durch den Abluftdurchgang (72) geströmt ist, ins Freie ausgetrieben. Dieser Wasserdampfzyklus wird wiederholt durchgeführt, und der Raum wird gekühlt.
  • Auf der Grundlage eines Zustandsdiagramms, wie in 3 dargestellt, wird die Wanderung des Wasserdampfs nunmehr ausführlich beschrieben.
  • Im Befeuchtungskühler (41) wird Wasser von Mw1 der Innenrückführungsluft RA zugeführt, und Wasserdampf von Mw1 bei (1) wird im Verdichter (50) vom Entfeuchter (42) gesammelt. Und Zuführungsluft SA wird dem Inneren des Raums zugeführt, und gleichzeitig wird der Wasserdampf vom Verdichter (50) bis auf (2) verdichtet.
  • Andererseits wird Wärme dem Kessel (81) zugeführt, und zusätzlich wird Wasser von Mw2 dem Kessel (81) zugeführt. Wasserdampf bei (3) wird der Dampfturbine (80) vom Kessel (81) zugeführt. Im Kessel (81) expandiert Wasserdampf von Mw2 bei (3) bis auf (4). Die Wasserdampfverdichtung von (1) bis auf (2) durch den Verdichter (50) erfolgt durch expansionserzeugte Kraft von (3) bis auf (4).
  • Danach vereinigen sich Wasserdampf von Mw2 von der Dampfturbine (80) und Wasserdampf von Mw1 vom Verdichter (50). Und Wasserdampf bei (5) wird in die Außenluft OA in der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) ausgetragen und dann als Austragungsluft EA ins Freie ausgetragen.
  • Während des vorstehend beschriebenen Kühlmodus weist beispielsweise dem Kessel (81) zugeführte Wärme 250 Grad Celsius auf; der Wasserdampfdruck auf der Saugseite der Dampfturbine (80) beträgt 15,0 kPa; und der Wasserdampfdruck auf der Druckseite der Dampfturbine (80) beläuft sich auf 3,4 kPa. Des weiteren beträgt der Wasserdampfdruck auf der Saugseite des Verdichters (50) 1,3 kPa, und der Wasserdampfdruck auf der Druckseite des Verdichters (50) entspricht demjenigen der Dampfturbine (80), d.h. 3,4 kPa.
  • In einem solchen Fall beläuft sich der Siedepunkt, weil der Wasserdampfdruck auf der Saugseite der Dampfturbine (80) 15,0 kPa beträgt, auf 54 Grad Celsius. Insbesondere entspricht thermische Energie bei 250 Grad Celsius 46,65 kW, wovon 40,62 kW eine Menge latenter Wärme zum Bewirken einer Wasserverdampfung und 6,03 kW eine Menge fühlbarer Wärme zur Wasserdampfüberhitzung darstellen.
  • Auswirkungen der ersten Ausführungsform
  • Thermische Energie wird, wie vorstehend beschrieben, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform genutzt, um den Verdichter (50) anzutreiben. Daher können verschiedene Arten von Energien genutzt werden, um den Verdichter (50) anzutreiben, und der Energiewirkungsgrad kann verbessert werden.
  • Des weiteren wird Kälte durch Verdampfen latenter Wärme von Wasser erhalten. Es ist daher möglich, eine Klimatisierung durchzuführen, ohne irgendwelche Umweltprobleme zu bewirken.
  • Weiterhin wird Wasserdampf von der Dampfturbine (80) durch die wasserdampfdurchlässige Membran (61) der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) ausgetragen, wodurch es möglich ist, das Expansionsverhältnis zu erhöhen, und der Verdichter (50) kann mit einer geringeren Wasserdampfmenge angetrieben werden.
  • Weiterhin wird Wasserdampf vom Verdichter (50) durch die wasserdampfdurchlässige Membran (61) der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) ausgetragen, der Verdichter (50) wird lediglich benötigt, um den Druck des ausgetragenen Wasserdampfs auf einen über dem Wasserdampfdruck der Außenluft liegenden Wert zu erhöhen, und der Umfang der Druckerhöhung kann im Vergleich zu Fällen, in denen Wasser zum Kondensieren gebracht wird, kleiner gehalten werden. Als eine Folge davon wird es möglich, die Eingabe des Verdichters (50) zu reduzieren. Gleichzeitig ist es möglich, das Expansionsverhältnis der Dampfturbine (80) zu erhöhen, wodurch die Abgabe der Dampfturbine (80) verbessert werden kann.
  • Weiterhin besteht das Kälteerzeugungsmittel (40) aus dem Befeuchtungskühler (41) und dem Entfeuchter (42), wodurch es möglich ist, die Temperatur und die Feuchtigkeit von zu klimatisierender Luft separat zu regeln, und es wird möglich, präzise klimatisierte Luft zu erzeugen. Des weiteren ist der Entfeuchter (42) mit der wasserdampfdurchlässigen Membran (4b) ausgestattet, und es ist lediglich erforderlich, den Saugdruck des Verdichters (50) niedriger als den Wasserdampfdruck der Rückführungsluft einzustellen. Dadurch ist es möglich, die Eingabe des Verdichters (50) zu reduzieren.
  • Ausführungsform 2
  • Nunmehr wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • Wie in 4 dargestellt, ist ein Kältesystem (10) der vorliegenden Ausführungsform ein Kältesystem, in dem das Austragungssystem (70) mit einem Feuchtigkeitsregelungsmittel (73) ausgestattet ist.
  • Das Feuchtigkeitsregelungsmittel (73) hat ein zwischen dem Einleitungsdurchgang (71) und dem Abluftdurchgang (72) befindliches Rotorelement (7a).
  • Das Feuchtigkeitsregelungsmittel (73) ist wie ein sogenannter Drehentfeuchter konfiguriert. Das Rotorelement (7a) ist scheibenförmig ausgebildet und so konstruiert, daß Luft in der Richtung seiner Dicke durch das Rotorelement (7a) strömen kann. Das Rotorelement (7a), das mit einem Feststoffadsorbens ausgestattet ist, um Feuchtigkeit zu adsorbieren, stellt ein Feuchtigkeitsmedium dar, mit dem durchströmende Luft in Kontakt mit dem Feststoffadsorbens gebracht wird. Das Feststoffadsorbens besteht hauptsächlich aus einem porösen anorganischen Compound. Außenluft im Einleitungsdurchgang (71) durchströmt das Rotorelement (7a), und in der Außenluft enthaltene Feuchtigkeit wird im Feststoffadsorbens des Rotorelements (7a) adsorbiert. Dadurch wird die Außenluft entfeuchtet.
  • Andererseits strömt Austragungsluft im Abluftdurchgang (72) durch das Rotorelement (7a), und die im Feststoffadsorbens des Rotorelements (7a) adsorbierte Feuchtigkeit wird entfernt und in die Austragungsluft ausgetragen. Dadurch wird das Feststoffadsorbens regeneriert.
  • Das heißt, das Rotorelement (7a) wird in drehender Weise angetrieben, und ein Abschnitt davon, der Feuchtigkeit aus der Außenluft absorbiert hat, bewirkt eine Bewegung und Austragung der Feuchtigkeit in die Austragungsluft hinein, wobei die Feuchtigkeit als eine Folge davon aus dem Feststoffadsorbens entfernt wird. Auf diese Weise wird das Feststoffadsorbens regeneriert. Dieser Vorgang wird wiederholt durchgeführt, um eine ständige Außenluftentfeuchtung zu bewirken.
  • Weiterhin ist im Abluftdurchgang (72) zwischen der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) und dem Rotorelement (7a) ein Wärmetauscher (7b) vorgesehen. Mit dem Wärmetauscher (7b) ist ein Mediendurchgang verbunden, in dem thermisches Hochtemperaturmedium strömt. Das thermische Medium und die Austragungsluft tauschen Wärme aus, und die Austragungsluft wird erwärmt. Diese Austragungsluft strömt durch das Rotorelement (7a), und in dem thermischen Medium enthaltene Wärme wird für die Regeneration des Feststoffadsorbens des Rotorelements (7a) genutzt. Verschiedene Arten von Abwärme, beispielsweise Brennstoffzellenabwärme, können verwendet werden, um das thermische Medium zu erwärmen.
  • Das heißt, wie in 5 dargestellt, im Einleitungsdurchgang (71) aufgenommene Außenluft ist im Zustand C3. Diese Außenluft wird, nachdem sie durch das Rotorelement (7a) geströmt ist, entfeuchtet und geht in den Zustand C4 über. Diese entfeuchtete Außenluft absorbiert Wasserdampf in der Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) und gelangt in den Zustand C5. Die Austragungsluft, die Wasserdampf absorbiert hat, strömt durch den Abluftdurchgang (72), wird im Wärmetauscher (7b) erwärmt und gelangt in den Zustand C6. Die erwärmte Austragungsluft strömt durch das Rotorelement (7a), wo sie weiter entfeuchtet wird, gelangt in den Zustand C7 und wird ins Freie ausgetragen.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform kann demzufolge der Wasserdampfdruck von in die Feuchtigkeitsaustragungsvorrichtung (60) eingeleiteter Außenluft durch das Feuchtigkeitsregelungsmittel (73) verringert werden, wodurch es möglich ist, die Eingabe des Verdichters (50) weiter zu reduzieren. Als eine Folge davon ist es möglich, einen weiter verbesserten Wirkungsgrad bereitzustellen.
  • Im Wärmetauscher (7b) des Feuchtigkeitsregelungsmittels (73) können weiterhin verschiedene Arten von Abwärme genutzt werden, um Austragungsluft zu erwärmen, wodurch es möglich ist, Energie wirksam zu nutzen. Die übrigen Anordnungen, die Betriebsweise und die Auswirkungen der zweiten Ausführungsform entsprechen denjenigen, die im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurden.
  • Ausführungsform 3
  • Nunmehr wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie aus 6 ersichtlich, das Feuchtigkeitsregelungsmittel (73) der zweiten Ausführungsform, das ein Feststoffadsorbens verwendet, durch ein Feuchtigkeitsregelungsmittel (73) ersetzt, das ein flüssiges Absorptionsmittel verwendet.
  • Das heißt, das Feuchtigkeitsregelungsmittel (73) der vorliegenden Ausführungsform umfaßt einen Umwälzungskreislauf (7h), bei dem ein Feuchtigkeitsabsorptionsbereich (7d), ein Feuchtigkeitsaustragungsbereich (7e) und eine Pumpe (7f) in dieser Reihenfolge durch ein Flüssigkeitsrohr (7g) miteinander verbunden sind. Der Umwälzungskreislauf (7h) enthält eine Wasserlösung mit Metallhalid als ein Flüssigabsorptionsmittel. Beispiele dieser Metallhalidart sind LiCl, LiBr, CaCl2 usw. Das Flüssigabsorptionsmittel kann eine Wasserlösung mit hydrophilem organischem Compound sein. Beispiele dieser hydrophilen organischen Compoundart sind Ethylenglycol, Glyzerin, wasserabsorbierbares Harz usw.
  • Der Feuchtigkeitsabsorptionsbereich (7d) ist entlang dem Einleitungsdurchgang (71) auf halber Strecke vorgesehen. Der Feuchtigkeitsabsorptionsbereich (7d) ist durch eine hydrophobe poröse Membran, durch die Feuchtigkeit strömen kann, in einen luftseitigen Raum und einen flüssigkeitsseitigen Raum unterteilt. Der Einleitungsdurchgang (71) ist mit dem luftseitigen Raum, in dem Außenluft strömt, verbunden. Andererseits ist das Flüssigkeitsrohr (7g) mit dem flüssigkeitsseitigen Raum, in dem das Flüssigabsorptionsmittel strömt, verbunden. Im Feuchtigkeitsabsorptionsbereich (7d), werden die Außenluft und das Flüssigabsorptionsmittel durch die hydrophobe poröse Membran in indirekten Kontakt miteinander gebracht, und in der Außenluft enthaltene Feuchtigkeit wird im Flüssigabsorptionsmittel absorbiert. Auf diese Weise wird die Außenluft entfeuchtet.
  • Der Feuchtigkeitsaustragungsbereich (7e), der in seiner Konfiguration mit dem Feuchtigkeitsabsorptionsbereich (7d) identisch ist, ist entlang dem Abluftdurchgang (72) auf halber Strecke vorgesehen. Das heißt, der Feuchtigkeitsaustragungsbereich (7e) ist mit einer hydrophoben porösen Membran ausgestattet, in der Austragungsluft vom Abluftdurchgang (72), die im luftseitigen Raum strömt, und das Flüssigabsorptionsmittel vom Flüssigkeitsrohr (7g), das im flüssigkeitsseitigen Raum strömt, durch die hydrophobe poröse Membran in indirekten Kontakt miteinander gebracht werden. Das Flüssigabsorptionsmittel wird durch die Austragungsluft erwärmt, und sein Feuchtigkeitsgehalt wird entfernt, und die Feuchtigkeit wandert in die Austragungsluft hinein. Auf diese Weise wird das Flüssigabsorptionsmittel regeneriert.
  • Des weiteren wird das Flüssigabsorptionsmittel durch die Pumpe (7f) durch den Umwälzungskreislauf (7h) umgewälzt, und Außenluft wird ständig entfeuchtet.
  • Sowohl im Feuchtigkeitsabsorptionsbereich (7d) als auch im Feuchtigkeitsaustragungsbereich (7e) werden Luft und ein Flüssigabsorptionsmittel beispielsweise durch die feuchtigkeitsdurchlässige Membran (4f) in indirekten Kontakt miteinander gebracht. Luft und ein Flüssigabsorptionsmittel können jedoch auch in direkten Kontakt miteinander gebracht werden. Die übrigen Anordnungen, die Betriebsweise und die Auswirkungen der dritten Ausführungsform entsprechen denjenigen, die im Zusammenhang mit der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben wurden.
  • Ausführungsform 4
  • Nunmehr wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • Im Kälteerzeugungsmittel (40) der ersten Ausführungsform sind der Befeuchtungskühler (41) und der Entfeuchter (42) in dieser Reihenfolge vorgesehen. Andererseits sind im Kälteerzeugungsmittel (40) der vorliegenden Ausführungsform der Entfeuchter (42) und der Befeuchtungskühler (41), im Gegensatz zu der in der ersten Ausführungsform vorgesehenen Reihenfolge, in dieser Reihenfolge, wie aus 7 ersichtlich, vorgesehen.
  • Demzufolge wird Wasserdampf, der in durch den Rückführungsluftdurchgang (31) strömender Rückführungsluft enthalten ist, im Entfeuchter (42) entfernt. Anschließend wird der Wasserdampf in den Verdichter (50) hineingezogen. Danach strömt die Rückführungsluft im Befeuchtungskühler (41), wo die Rückführungsluft mit Wasser aus dem Wasserzuführungsmittel (4a) besprüht und gekühlt wird. Als eine Folge davon wird hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit klimatisierte Zuführungsluft erzeugt. Diese Zuführungsluft wird dem Innenraum zugeführt. Die übrigen Anordnungen, die Betriebsweise und die Auswirkungen der vierten Ausführungsform entsprechen denjenigen, die im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurden.
  • Ausführungsform 5
  • Nunmehr wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • Das Kälteerzeugungsmittel (40) der ersten Ausführungsform besteht aus dem Befeuchtungskühler (41) und dem Entfeuchter (42). Andererseits wird das Kälteerzeugungsmittel (40) der vorliegenden Ausführungsform durch einen Verdampfungskühler (43) gebildet.
  • Der Verdampfungskühler (43) beinhaltet ein Wärmeübertragungselement (4c), und sein Inneres ist in einen luftseitigen Raum (4d) und einen verdampfungsseitigen Raum (4e) unterteilt. Der Rückführungsluftdurchgang (31) und der Zuführungsluftdurchgang (32) des Nutzungssystems (30) sind mit dem luftseitigen Raum (4d) verbunden. Andererseits sind das Wasserzuführungsmittel (4a) und der Wasserdampfdurchgang (21) mit dem verdampfungsseitigen Raum (4e) verbunden.
  • Wasser, das dem verdampfungsseitigen Raum (4e) zugeführt wurde, verdampft im verdampfungsseitigen Raum (4e), und es wird Kälte erzeugt. Der Wasserdampf wird in den Verdichter (50) hineingezogen. Zwischenzeitlich wird die erzeugte Kälte durch das Wärmeübertragungselement (4c) auf Rückführungsluft übertragen, wodurch die Rückführungsluft gekühlt und zu klimatisierter Zuführungsluft wird. Diese Zuführungsluft wird dem Inneren des Raums zugeführt.
  • Demzufolge wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform Wasser niemals mit der Rückführungsluft vermischt. Daher läßt sich die vorliegende Ausführungsform in Fällen anwenden, in denen eine strikte Feuchtigkeitsregelung wesentlich ist. Die übrigen Anordnungen, die Betriebsweise und die Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform entsprechen denjenigen, die im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurden.
  • Ausführungsform 6
  • Nunmehr wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • Wie in 9 dargestellt, ist das Kälteerzeugungsmittel (40) der vorliegenden Ausführungsform ein Kälteerzeugungsmittel, das, im Gegensatz zu dem kühlende Luft erzeugenden Kälteerzeugungsmittel (40) der ersten Ausführungsform, kühlendes Wasser erzeugt.
  • Das Kälteerzeugungsmittel (40) der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet einen Verdampfungskühler (43). Ein Wasserzuführungsdurchgang (33) und ein Kältedurchgang (34) des Nutzungssystems (30) sind mit dem Verdampfungskühler (43) verbunden. Zusätzlich ist der Wasserdampfdurchgang (21) mit dem Verdampfungskühler (43) verbunden. Das Innere des Verdampfungskühlers (93) ist ein Niederdruckraum, in dem Wasser einer direkten Verdampfung unterzogen wird.
  • Beispielsweise strömt Rückführungswasser, nachdem es zur Kühlung eines Kühlungsziels verwendet wurde, durch den Wasserzuführungsdurchgang (33). Dieses Rückführungswasser strömt in den Verdampfungskühler (43). Ein Teil der Rückführungsluft verdampft, und es wird kühlendes Wasser erzeugt. Dieses kühlende Wasser strömt durch den Kältedurchgang (34) und wird zwecks Kühlung einem Ziel zugeführt. Auf diese Weise wird das Ziel gekühlt. Zwischenzeitlich strömt der Wasserdampf durch den Wasserdampfdurchgang (21) und wird in den Verdichter (50) hineingezogen.
  • Demzufolge kann in der vorliegenden
  • Ausführungsform Wasser gekühlt werden, wodurch es möglich ist, ein einen hohen Wirkungsgrad aufweisendes Kälteverdichter-Kältesystem (10) bereitzustellen. Die übrigen Anordnungen, die Betriebsweise und die Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform entsprechen denjenigen, die im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurden.
  • Weiterhin wird in der vorliegenden Ausführungsform kühlendes Wasser erzeugt. Alternativ kann Eis erzeugt werden. In diesem Fall wird eine einen hohen Wirkungsgrad aufweisende Eismaschine bereitgestellt.
  • Ausführungsform 7
  • Nunmehr wird eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • Wie in 10 dargestellt, wird im Kälteerzeugungsmittel (40) der vorliegenden Ausführungsform, im Gegensatz zum Kälteerzeugungsmittel (40) der sechsten Ausführungsform, in dem Wasser einer direkten Verdampfung unterzogen wird, bewirkt, daß Wasser durch eine feuchtigkeitsdurchlässige Membran (4f) verdampft.
  • Das heißt, das Kälteerzeugungsmittel (40) der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet einen Verdampfungskühler (43). Dieser Verdampfungskühler (43) ist mit der feuchtigkeitsdurchlässigen Membran (4f) ausgestattet, und sein Inneres ist in einen Niederdruckraum und einen Kühlraum unterteilt. Der Wasserdampfdurchgang (21) ist mit dem Niederdruckraum verbunden. Andererseits sind der Wasserzuführungsdurchgang (33) und der Kältedurchgang (34) des Nutzungssystems (30) mit dem Kühlraum verbunden.
  • Wasser strömt vom Wasserzuführungsdurchgang (33) in den Verdampfungskühler (43). Ein Teil des Wassers verdampft, durchströmt die feuchtigkeitsdurchlässige Membran (4f) und wandert in den Niederdruckraum, und es wird kühlendes Wasser erzeugt. Dieses kühlende Wasser strömt durch den Kältedurchgang (34). Zwischenzeitlich strömt der Wasserdampf durch den Wasserdampfdurchgang (21) und wird in den Verdichter (50) hineingezogen.
  • Demzufolge wird in der vorliegenden Ausführungsform bewirkt, daß Wasser durch die feuchtigkeitsdurchlässige Membran (4f) verdampft, wodurch verhindert werden kann, daß Kesselstein in den Verdichter (50) gelangt. Die übrigen Anordnungen, die Betriebsweise und die Auswirkungen der vorliegenden Erfindung entsprechen denjenigen, die im Zusammenhang mit der ersten und der sechsten Ausführungsform beschrieben wurden.
  • Andere Ausführungsformen
  • Das Druckerhöhungsmittel ist nicht auf den Verdichter (50) beschränkt. Es kann jedes andere beliebige Druckerhöhungsmittel verwendet werden, vorausgesetzt, daß es Wasserdampf auf einen erhöhten Druck verdichten kann.
  • Als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gibt es weiterhin eine Ausführung, die ohne den Elektromotor (52) auskommen kann.
  • Des weiteren kann als der der Dampfturbine (80) zugeführte Wasserdampf ein in einer Fabrik oder dergleichen erzeugter Wasserdampfüberschuß verwendet werden.
  • In der ersten Ausführungsform verwendet der Kessel (81) weiterhin Gas oder dergleichen als Brennstoff. Alternativ können verschiedene Arten von Abwärme verwendet werden, um Hochtemperaturwasserdampf zu erzeugen. Dadurch ist es möglich, Brennstoffzellenabwärme (Wärme-Kraft-Kopplung) oder dergleichen zu nutzen, wodurch der Wirkungsgrad weiter verbessert wird.
  • In der ersten Ausführungsform verwendet der Kessel (81) ein Gas oder dergleichen als Brennstoff. Alternativ kann, zusätzlich zur Bereitstellung des Kessels (81), eine Gasverbrennung, ein elektrischer Erhitzer oder ein Überhitzungsmittel, beispielsweise eine pyrogenetische Reaktion, bereitgestellt werden. Das heißt, in der Wasserdampferzeugung (für latente Wärme) können verschiedene Arten von Abwärme im Kessel (81) genutzt werden, und für die nachfolgende Wasserdampfüberhitzung (für empfindliche Wärme) kann ein Überhitzungsmittel mit Gasverbrennung oder dergleichen verwendet werden. In diesem Fall ist die Wärmemenge für empfindliche Wärme klein, wodurch es möglich ist, den Wirkungsgrad zu verbessern.
  • Des weiteren kann eine Anordnung vorgesehen werden, in der empfindliche Wärme von aus dem Verdichter (50) ausgetragenem Hochtemperaturwasserdampf gesammelt wird, und die gesammelte Wärme wird für die Erzeugung von Wasserdampf, der der Dampfturbine (80) zugeführt wird, oder zur Überhitzung von Wasserdampf genutzt. Dadurch ist es möglich, den Wirkungsgrad aufgrund eines solchen Sammelns von Wärme weiter zu verbessern.
  • Des weiteren erfolgt durch den Befeuchtungskühler (41) der ersten Ausführungsform ein direktes Besprühen mit Wasser. Es kann eine alternative Anordnung vorgesehen werden, in der der Befeuchtungskühler (41) mit einer feuchtigkeitsdurchlässigen Membran ausgestattet ist und Wasser verdampft wird und die feuchtigkeitsdurchlässige Membran durchströmt. Dadurch wird das Auftreten von Kesselstein oder dergleichen verhindert.
  • ANWENDBARKEIT IN DER INDUSTRIE
  • Die Kältesysteme der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, lassen sich in Fällen einsetzen, in denen Kälte durch direkte Wasserverdampfung erzeugt wird. Die Kältesysteme der vorliegenden Erfindung eignen sich insbesondere für Klimatisierungssysteme, die für eine Raumkühlung sorgen.

Claims (20)

  1. Kältesystem, in dem Wasser zwecks Kälteerzeugung verdampft und erzeugter Wasserdampf durch ein Druckerhöhungsmittel (50) druckerhöht und dann ausgetragen wird, wobei das Druckerhöhungsmittel (50) mindestens durch aus thermischer Energie gewonnene mechanische Kraft angetrieben wird, wobei das Kältesystem folgendes umfaßt: ein Kälteerzeugungsmittel (40), bei dem Wasser als ein Kältemittel dient, wobei das Wasser zwecks Kälteerzeugung verdampft und erzeugter Wasserdampf in das Druckerhöhungsmittel (50) hineingezogen wird; ein Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60) zum Austragen von durch das Druckerhöhungsmittel (50) druckerhöhtem Wasserdampf; und eine Dampfturbine (80) zur Erzeugung mechanischer Kraft aus thermischer Energie zum Antreiben des Druckerhöhungsmittels (50), dadurch gekennzeichnet, daß von der Dampfturbine (80) ausgetragener Wasserdampf mit vom Druckerhöhungsmittel (50) ausgetragenem Wasserdampf gemischt und dann aus dem Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60) ausgetragen wird.
  2. Kältesystem nach Anspruch 1, das weiterhin einen Elektromotor (52) zur Erzeugung mechanischer Kraft aus elektrischer Energie umfaßt, um das Druckerhöhungsmittel (50) zusammen mit der Dampfturbine (80) anzutreiben.
  3. Kältesystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Dampfturbine (80) einen Wasserdampfüberschuß nutzt.
  4. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das weiterhin einen Kessel (81) umfaßt, der Abwärme nutzt, um eine Wasserdampfzufuhr zur Dampfturbine (80) zu erzeugen.
  5. Kältesystem nach Anspruch 4, das weiterhin ein Überhitzungsmittel umfaßt, um im Kessel (81) erzeugten Wasserdampf zu überhitzen.
  6. Kältesystem nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der Druck des Kessels (81) auf unter Atmosphärendruck eingestellt ist.
  7. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem im Druckerhöhungsmittel (50) erzeugte fühlbare Wärme gesammelt und die gesammelte Wärme genutzt wird, um eine Wasserdampfzufuhr zur Dampfturbine (80) zu erzeugen oder zum Überhitzen von Wasserdampf zu nutzen.
  8. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60) eine wasserdampfdurchlässige Membran (61), die ein Durchströmen von Wasserdampf zuläßt, beinhaltet, so daß Wasserdampf aufgrund einer Differenz, die zwischen durch die wasserdampfdurchlässige Membran (61) unterteilten Trennräumen erzeugt wird, in die Atmosphärenluft ausgetragen werden kann.
  9. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Kälteerzeugungsmittel (40) einen Befeuchtungskühler (41), der Wasser an zu klimatisierende Luft abgibt, so daß die Luft gekühlt wird, sowie einen Entfeuchter (42) beinhaltet, der die durch den Befeuchtungskühler (41) gekühlte Luft entfeuchtet.
  10. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Kälteerzeugungsmittel (40) einen Entfeuchter (42), der zu klimatisierende Luft entfeuchtet, sowie einen Befeuchtungskühler (41) beinhaltet, der Wasser an die durch den Entfeuchter (42) entfeuchtete Luft abgibt, so daß die Luft gekühlt wird.
  11. Kältesystem nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der Entfeuchter (42) eine wasserdampfdurchlässige Membran (4b), die ein Durchströmen von Wasserdampf zuläßt, beinhaltet, so daß Wasserdampf aufgrund einer Wasserdampfdruckdifferenz, die zwischen durch die wasserdampfdurchlässige Membran (4b) unterteilten Trennräumen erzeugt wird, entfernt werden kann.
  12. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Kälteerzeugungsmittel (40) zu klimatisierende Luft direkt mit Wasser besprüht, so daß die zu klimatisierende Luft gekühlt wird.
  13. Kältesystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem der Befeuchtungskühler (41) eine feuchtigkeitsdurchlässige Membran beinhaltet, die ein Durchströmen von Wasserdampf zuläßt, so daß Wasser verdampft und dann durch die feuchtigkeitsdurchlässige Membran strömt, um Luft zu befeuchten und zu kühlen.
  14. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Kälteerzeugungsmittel (40) einen Verdampfungskühler (43) beinhaltet, der durch Wasserverdampfung erzeugte Kälte an zu klimatisierende Luft abgibt, so daß die zu klimatisierende Luft gekühlt wird.
  15. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Kälteerzeugungsmittel (40) einen Verdampfungskühler (43) beinhaltet, der kühlendes Wasser durch Wasserverdampfung erzeugt.
  16. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem das Kälteerzeugungsmittel (40) einen Verdampfungskühler (43) beinhaltet, der Eis durch Wasserverdampfung erzeugt.
  17. Kältesystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem der Verdampfungskühler (43) Wasser direkt in einem Niederdruckraum verdampft.
  18. Kältesystem nach Anspruch 15 oder 16, bei dem der Verdampfungskühler (43) eine feuchtigkeitsdurchlässige Membran (4f), die ein Durchströmen von Wasserdampf zuläßt, beinhaltet, so daß Wasser verdampft und durch die feuchtigkeitsdurchlässige Membran (4f) zu einem Niederdruckraum strömt.
  19. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, das weiterhin ein Feuchtigkeitsregelungsmittel (73) umfaßt, das die Feuchtigkeit von Außenluft regelt, deren Feuchtigkeitsgehalt durch das Feuchtigkeitsaustragungsmittel (60) ausgetragen wird.
  20. Kältesystem nach Anspruch 19, bei dem das Feuchtigkeitsregelungsmittel (73) einen Wärmetauscher (7b) beinhaltet, der die Außenlufttemperatur durch Nutzung von Abwärme erhöht.
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