DE69814899T2

DE69814899T2 - Wärmepumpe/motorsystem und anwendungsverfahren

Info

Publication number: DE69814899T2
Application number: DE69814899T
Authority: DE
Inventors: Gad Assaf
Original assignee: Agam Energy Systems Ltd
Current assignee: Agam Energy Systems Ltd
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2018-10-27
Also published as: EP1027562A1; CN1278322A; ATE241116T1; AU738856B2; AU9642598A; JP4043714B2; IL122065A; JP2001521136A; EP1027562B1; CN1128966C; ES2200380T3; US6266975B1; IL122065A0; DE69814899D1; WO1999022180A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinensystem und -verfahren, insbesondere ein Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinensystem und -verfahren für die Klimatisierung von geschlossenen Räumen.
Herkömmliche Klimaanlagen sind wirkungsvoll beim Entfernen von fühlbarer Wärme (FW) und weniger wirkungsvoll beim Entfernen von latenter Wärme (LW). Um Wärme zu entfernen, muss der Verdampfer der Klimaanlage kalt sein, verglichen mit der Umgebungsluft, die normalerweise bei etwa 26°C liegt. Schon um Dampf zu entfernen, sollte der Verdampfer kalt sein, verglichen mit der Temperatur des Taupunkts, der bei etwa 15°C liegt.
Es kann gezeigt werden, dass wenn die LW die FW übersteigt, die Feuchtigkeit in einem herkömmlich klimatisierten geschlossenen Raum 60% übersteigt, welche Feuchtigkeit die maximale Feuchtigkeit ist, die zum Aufrechterhalten einer angenehmen Umgebung empfohlen wird. Aus diesem Grund erfordern Klimaanlagensysteme in feuchtem Klima eine Absorptionsmaschine, die den geschlossenen Raum erwärmt, während sie die Feuchtigkeit entfernt, und demgemäß vermindert sie die Wirksamkeit des Klimatisierungssystems.
In der Veröffentlichung der PCT-Anmeldung Nr. WO96/33378 wird ein Wärmepumpensystem und -verfahren zur Klimatisierung offenbart, das die Verdampfung eines Kältemittels und einen Kältemittelkondensator zum Austauschen von Wärme mit Solelösung verwendet. Vom Kältemittel nimmt man an, dass es eine nachteilige Wirkung auf die Ozonschicht ausübt und demgemäß wird empfohlen, dessen Gebrauch zu vermeiden.
Eine Vakuumentwässerung von Trocknungssolen, die eine Trocknungssole umfasst, die mit einem Luft/Sole-Wärmeaustauscher in Fließverbindung steht, ist aus WO-A-95/33161 bekannt. Die verdünnte Trocknungssole wird in einer Vakuumkammer regeneriert. Der Feuchtigkeitsdampf, der von der Vakuumpumpe abgezogen wurde, wird an einen Luft/Wasser-Wärmeaustauscher einer Verdampfungs-Klimaanlage geliefert.
Folglich ist es eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein umweltfreundliches Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinensystem und -verfahren bereitzustellen, das einen Wasser/Sole-Schnellverdampfer und Luft/Sole-Wärmeaustauscher verwendet.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinensystem und -verfahren zur Klimatisierung eines geschlossenen Raums durch Steuerung der Wärmelast im geschlossenen Raum, durch Regulieren der Wasser/Sole-Konzentration eines Schnellverdampfers, bereitzustellen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinensystem und -verfahren zur Klimatisierung eines geschlossenen Raums durch Steuerung der Temperatur des Wassers und/oder der Sole des Schnellverdampfers bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird deshalb ein Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinensystem bereitgestellt, das einen Wasser/Sole-Schnellverdampfer umfasst, der in Fließverbindung mit einem ersten Luft/Sole-Wärmeaustauscher steht, ferner einen Solekondensator, der in Fließverbindung mit einem zweiten Luft/Sole-Wärmeaustauscher steht, und ferner einen Dampfkompressor bzw. eine Dampfturbine, der bzw. die an eine Flüssigkeitsleitung angeschlossen ist, die vom Schnellverdampfer zum Solekondensator führt.
Die Erfindung stellt darüber hinaus ein Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinenverfahren bereit, das einen Wasser/Sole-Schnellverdampfer umfasst, der in Fließverbindung mit einem ersten Luft/Sole-Wärrneaustauscher steht, ferner einen Solekondensator, der in Fließverbindung mit einem zweiten Luft/Sole-Wärmeaustauscher steht und ferner einen Dampfkompressor bzw. eine Dampfturbine, der bzw. die an eine Flüssigkeitsleitung angeschlossen ist, die vom Schnellverdampfer zum Solekondensator führt, und ferner das Regulieren der Wärmebelastung in einem umgebenden Raum durch Steuerung der Temperatur der Sole im Verdampfer.
Die Erfindung wird nun in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme der folgenden illustrativen Figuren beschrieben werden, so dass sie vollständiger verstanden werden kann.
Es wird nun mit besonderer Bezugnahme auf die Figuren im Detail hervorgehoben, dass die gezeigten Einzelheiten als Beispiel und lediglich zum Zweck der illustrativen Diskussion des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dienen und werden für das zur Verfügung stellen dessen vorgestellt, was für die sinnvollste und am leichtesten verständliche Beschreibung der Prinzipien und konzeptionellen Gesichtspunkte der Erfindung gehalten wird. In dieser Hinsicht wird kein Versuch unternommen, strukturelle Details der Erfindung detaillierter zu zeigen als es für ein grundsätzliches Verstehen der Erfindung notwendig ist, wobei die Beschreibung zusammen mit der Zeichnung dem Fachmann sichtbar macht, wie die verschiedenen Formen der Erfindung in der Praxis ausgeführt werden können.
1 ist eine schematische Illustration eines erfindungsgemäßen Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinensystems;
2 ist eine schematische Illustration eines weiteren Ausführungsbeispiels des Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinensystems, und
3 ist eine schematische Illustration eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinensystems.
Bezug nehmend auf 1 ist dort ein Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinensystem zu sehen, das einen Wasser/Sole-Schnellverdampfer 2 enthält, der ein Gehäuse 4, einen Wassereinlass 6 und einen Soleauslassleitung 8 besitzt, die vom unteren Abschnitt des Gehäuses zu einem Luft/Sole-Wärmeaustauscher 10 vom Tröpfeltyp führt. Der obere Abschnitt des Gehäuses 4 bildet eine Dampfkammer 12, die über eine Leitung 14 und einen Dampfkompressor 16 mit einer Dampfkammer 18 des Solekondensators 20 in Verbindung steht. An die Dampfkammer 18 ist eine Vakuumpumpe 22 angeschlossen. Der Auslass vom Solekondensator 20 führt über Leitung 24 zu einem zweiten Luft/Sole-Wärmeaustauscher 26. Beide Wärmeaustauscher 10 und 26 sind gleichartig aufgebaut und setzen sich vorteilhafter Weise aus einem Einlass 28 in Form von Tröpfel- oder Sprühdüsen und einem Sole/Luft-wärmeaustauschenden Mittel 30, z. B. dicht gefalteten Pappkarton oder gepackte Partikel, zusammen. Der untere Abschnitt des Wärmeaustauschers bildet ein Solereservoir 32. Zum wirkungsvolleren Betrieb ist ein Luftgebläse 34 zum forcierten Einführen von Umgebungsluft in den Tröpfelabschnitt 35 installiert.
Die kalte Sole, die sich in den Reservoirs 32 angesammelt hat, wird zum Sole-Schnellverdampfer 2 und zum Kondensator 20 über Leitungen 36 bzw. 38 mittels Pumpen 40 bzw. 42 zurückgeführt. In Gebieten mit trockenem Klima kann der Dampfdruck der Umgebung niedriger sein als der Dampfdruck innerhalb des klimatisierten geschlossenen Raumes. In solch einem Fall wird der Kompressor 16 zu einer Turbine, d. h. er liefert Energie, anstatt sie zu verbrauchen.
In feuchten Gebieten, wo die LW dominant ist, wird Ventilieren lediglich mehr Dampf in den geschlossenen Raum einführen. Wenn jedoch das Wasser verwendet wird, um die Sole im Schnellverdampfer 2 und im Wärmeaustauscher 10 weiter abzukühlen, wird eine Trocknung und Kühlung von Luft am Lufl/Sole-Wärmeaustauscher 26 erzielt.
Im Fall dass der größte Teil der Wärmebelastung FW ist, wird die Sole einen Punkt erreichen, wo sie nicht länger Wasserdampf absorbieren wird. Da der Kompressor 16 fortfährt, Dampf von der Dampfkammer 12 anzusaugen, sollte zum Zweck der Kühlung frisches Wasser durch den Wassereinlass 6 zugeführt werden.
Bezug nehmend auf 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem ein Schnellverdampfer 44 bereitgestellt ist, der zwei Kammern besitzt, eine Sole-Entspannungskammer und eine Wasser-Entspannungskammer 48. Eine Wasserleitung 50, die eine Einlassöffnung 52 aufweist, die an den Boden der Kammer 48 angrenzend gelegen ist, führt in die Sole-Entspannungskammer 46 hinein, schlängelt sich dort entlang und tritt an den Wasserpegel 54 in der Wasserkammer 48 angrenzend aus. Eine Pumpe 56 bewirkt die Zirkulation von Wasser durch die Leitung 50. Anstelle der dargestellten Leitung 50 könnten andere Arten von Wärmeaustauschern gerade so gut verwendet werden.
Solch ein Zwei-Kammern-Schnellverdampfer hat den thermodynamischen Vorteil, dass die Sole/Wasser-Lösung nur teilweise durch Wasser gekühlt wird, das einen Dampfdruck besitzt, der verglichen mit der Lösung hoch ist, und deshalb der Kompressor 16 relativ wenig Energie beim Komprimieren des Dampfes investiert.
Im übrigen arbeitet das System gleichartig wie das System von 1.
Um übermäßige Verdünnung der Sole zu vermeiden und die Leistung zu verbessern, kann dem System ein an sich bekannter Solekonzentrator 58 hinzugefügt werden, wie es in 3 gezeigt wird.
Der Solekonzentrator 58 steht über Leitung 60 mit dem Reservoir 32 des Wärmeaustauschers 26 in Verbindung, um die verdünnte Sole aufzunehmen, die sich darin angesammelt hat. Das Wasser, das durch den Konzentrator 58 extrahiert wurde, wird über Leitung 62 und Pumpe 64 in die Wasser-Entspannungskammer 48 des Wasser/Sole-Wärmeaustauschers 44 getrieben.
In Gebieten mit kaltem Klima kann das erfindungsgemäße System zur Raumheizung durch Bereitstellen einer Wärmequelle verwendet werden. Demgemäß, wie darüber hinaus in 3 zu sehen ist, entstammt das Wasser in der Wasser-Entspannungskammer 48 des Schnellverdampfers 44 aus einer geheizten Quelle 66, z. B. einer wasserführenden Schicht, und wird zwischen der geheizten Quelle 66 und der Kammer 48 über Leitungen 68 und 70 mittels einer Pumpe 72 zirkuliert.
Alternativ oder zusätzlich absorbiert der Wärmeaustauscher 10 Wärme und Dampf von der Außenluft und ein Teil dieser Wärme wird zum Erhitzen der Sole verwendet und ein Teil wird über Leitung 50 zum Wasser übertragen, wo er zur Verdampfung des Wassers verwendet wird. Es kann auch ein weiterer Wärmeaustauscher 74 bereitgestellt werden, der an das Gebläse 34 zur Kühlung der Luft mittels dieses Wärmeaustauschers angrenzt und über Leitungen 76, 78 und Umwälzpumpe 80 mit der Wasserkammer 48 in Verbindung steht.

Claims

Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinensystem, das folgendes umfast: – einen Wasser/Sole-Schnellverdampfer (2), der in Fließverbindung mit einem ersten Luft/Sole-Wärmeaustauscher (10) steht; – einen Solekondensator (20), der in Fließverbindung mit einem zweiten Luft/Sole-Wärmeaustauscher (26) steht; – einen Dampfkompressor bzw. eine Dampfturbine (16), der bzw. die an eine Flüssigkeitsleitung (14) angeschlossen ist, die vom Schnellverdampfer zum Solekondensator führt.
System nach Anspruch 1, das darüber hinaus eine Dampf-Vakuumpumpe umfasst, die mit dem Solekondensator in Verbindung steht.
System nach Anspruch 1, das darüber hinaus eine Wasserquelle (6) zum Hinzufügen von Wasser zum Wasser/Sole-Schnellverdampfer umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei der Schnellverdampfer eine Wasser-Entspannungskammer, eine Sole-Entspannungskammer und ein Wärme austauschendes Mittel, das einen Einlass und einen Auslass besitzt, der in der Wasser-Entspannungskammer angeordnet ist und wenigstens teilweise in der Sole-Entspannungskammer angeordnet ist, enthält.
System nach Anspruch 4, wobei der Schnellverdampfer darüber hinaus eine Wasserpumpe zum Zirkulieren des Wassers im Wärme austauschenden Mittel umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei jeder der ersten und zweiten Wärmeaustauscher ein Gebläse zum forcierten Einführen von Luft in die Wärmeaustauscher beinhaltet.
System nach Anspruch 1, das darüber hinaus eine in der Leitung angeordnete erste Pumpe enthält, die Sole vom ersten Luft/Sole-Wärmeaustauscher zum Schnellverdampfer zirkuliert.
System nach Anspruch 1, das darüber hinaus eine in der Leitung angeordnete zweite Pumpe enthält, die Sole vom zweiten Luft/Sole-Wärmeaustauscher zum Solekondensator zirkuliert.
System nach Anspruch 1, wobei wenigstens einer der ersten und zweiten Wärmeaustauscher ein Direktkontakt-Luft/Sole-Wärmeaustauscher ist.
System nach Anspruch 1, das darüber hinaus einen Solekonzentrator umfasst, der wirksam mit dem Schnellverdampfer und den zweiten Luft/Sole-Wärmeaustauschern verbunden ist.
System nach Anspruch 1, das darüber hinaus ein Mittel zum Zirkulieren von warmen Wasser in den Schnellverdampfer hinein umfasst.
System nach Anspruch 11, das darüber hinaus einen Luft/Wasser-Wärmeaustauscher umfasst, der mit dem warmes Wasser zirkulierenden Mittel und dem ersten Luft/Sole-Wärmeaustauscher verbunden ist.
Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinenverfahren, das folgendes umfasst: – Bereitstellen eines Wasser/Sole-Schnellverdampfers (2), der in Fließverbindung mit einem ersten Luft/Sole-Wärmeaustauscher (10) steht, ferner eines Solekondensators (20), der in Fließverbindung mit einem zweiten Luft/Sole-Wärmeaustauscher (26) steht und ferner eines Dampfkompressors/Dampfturbine (16), der an eine Flüssigkeitsleitung (14) angeschlossen ist, die vom Schnellverdampfer zum Solekondensator führt, und – Regulieren der Wärmebelastung in einem umgebenden Raum durch Steuerung der Temperatur der Sole im Verdampfer.
Wärmepumpen- und Wärmekraftmaschinenverfahren, das folgendes umfasst: – Bereitstellen eines Wasser/Sole-Schnellverdampfers (2), der in Fließverbindung mit einem ersten Luft/Sole-Wärmeaustauscher (10) steht, ferner eines Solekondensators (20), der in Fließverbindung mit einem zweiten Luft/Sole-Wärmeaustauscher (26) steht und ferner eines Dampfkompressors/Dampfturbine (16), der an eine Flüssigkeitsleitung (14) angeschlossen ist, die vom Schnellverdampfer zum Solekondensator führt, und – Regulieren der Soleverdünnung im Verdampfer.