FI59475B - Sorptionsuppvaermningsanlaeggning - Google Patents

Description

ΓΓ”^·Π ... KUULUTUSJULKAISU - Λ Λ „ W (11)UTLÄCGNINGSSKRIFT 594 75 %gä§ c Fn tentti cjySsv:'· tty 10 03 1931

SlGJV Pateni ceridelat v (51) Kv.ik.3/I«.ci. p 24 D 11/02

SUOMI—FINLAND (21) PaMnttlhakMM» — PatMUMekning 79006U

(22) HektmJip·**·—Aiwöfcnb»f»dif 10.01.79 ^ (23) Alkupltvl—GlMgtwcadpg 10.01.79 (41) Tullut fulkiMkal—tovit offumllg 11.07.80

Patentti» j. rekisterihallitut f. kuuMuimi». ane. -

Patent* och registerstyrelsan amMcm utiigd edi uti.tkrifcM pubikersd 30. oU. 8i (32)(33)(31) ^yy4«*y muenkmn—fagM priontut (71)(72) Veikko Kalervo Havanto, Mäkelänkatu H d A 3, 00550 Helsinki 55,

Suomi-Finland(FI) (7*0 Insinööritoimisto Olli Heikinheimo Ky (5U) Sorptiolämmityslaitteisto - Sorptionsuppvärmningsanläggning (6l) Lisäys patenttiin 56898 - Tillägg till patent 56898

Keksinnön kohteena on patentin n:o 56898 mukaisen menetelmän soveltamiseksi tarkoitettu laitteisto, joka käsittää kaksi tai useampia sorptiolämmitysyksiköitä, jotka puolestaan muodostuvat sorptiokompressorista (sopivan kuumennustilan yhteyteen sijoitetusta säiliöstä), joka sisältää sobboituvaa kaasua, kaasua sorboivaa ainetta sekä näiden yhtyessä muodostuvaa yhdisteainetta, lauhduttimesta ja höyrystimestä.

Keksinnön mukaisen sorptiolämmityslaitteiston käyttöenergiana on lämpö. Laitteiston käyttöenergiaksi soveltuu hyvin erilaisista lähteistä peräisin oleva lämpöenergia, ja toisaalta sorptiolämmitys-menetelmän tuottamaa lämpöä voidaan käyttää laajoilla lämpötekniikan sovellutusalueilla.

Laitteiston avulla hyötykäyttöön saatavan lämpömäärän ja laitteiston käynnissäpitoon käytettävän lämpömäärän suhdetta nimitetään laitteiston hyötykertoimeksi niissä olosuhteissa, missä laitteisto kulloinkin joutuu toimimaan.

2 59475

Keksinnön tarkoituksena on laitteiston hyötykertoimen kohottaminen sekä laitteiston tehon lisääminen. Tämä saadaan aikaan niillä keksinnön tunnusomaisilla piirteillä, jotka on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

Sellaisessa sorptiolämmityslaitteistossa, jossa kaasu sorboituu kiinteään aineeseen, tapahtuu laitteen toiminta perättäin vuorotte-levina vaiheina. Lämmön tuotto ja vieraan lämmön talteenotto esiintyvät toisiaan seuraavina perättäisinä jaksoina. Keksinnön mukaisesti voidaan esimerkiksi laitteistossa, jossa kaksi erillistä laitetta on kytketty yhteistoimintaan, yhteisellä ohjelmointilaitteella säätää laitteiden toiminta vuorottaiseksi. Lämmöntuotanto saadaan näin tasaantumaan ja rakenteesta johtuvat lämpötappiot pienenemään. Myös valmistuskustannuksissa säästetään. Ensiarvoinen hyöty saavutetaan sen vuoksi, että vieraan lämmön talteenottoa voidaan tehostaa ja talteenottotehoa tasata. Merkittävänä etuna on tietysti myös se, että keksinnön mukaisen laitteiston hyötykerroin on suurempi kuin yksittäisen sorptiolämmitysyksikön.

Edullinen lisävaikutus saadaan aikaan siten, että kiertoilmatuule-tusta jatketaan vielä sen jälkeen, kun kuumailmatuuletuksella kuumennettavan sorptiokompressorin eli sorptioainesäiliön siinä olevine aineineen, varsinainen kuumentamisteho on kytketty vaikuttamaan aina siihen hetkeen saakka, jolloin kummassakin sorptiokompres-sorissa vallitsee sama tai lähes sama lämpötila. Näin menetellen saadaan varsinaisen kuumennusvuorossa olevan sorptiokompressorin kuumentamisaikaa lyhennetyksi ja kaasun nesteyttämistä kiertoilman lämmöllä mahdollisimman myöhäiseen hetkeen saakka jatketuksi, mikä seikka on juuri omiaan parantamaan laitteiston hyötykertoimen arvoa.

Jos sorptiolämmityssysteemin laitteita on kytketty yhteistoimintaan useampia kuin kaksi, saadaan laitteiston hyötykerrointa nostettua siten, että sen jälkeen, kun kuumalla kiertoilmalla on jo kuumennettu jotakin sorptiokompressoria, siirretään vielä kuumahko kiertoilma uutta jäähtynyttä sorptiokompressoria esilämmiitämään.

Sorptiolämmityslaitteiston hyötykerrointa voidaan edelleen nostaa jos lämmönsiirtoa kiertoilmalla saadaan nopeutettua. Lämmönsiirto-nopeus riippuu useista tekijöistä, mm. sorptioaineen lämmönjohtavuudesta. Sorptioaineena käytettävät suolat, samoin kuin hiili, ovat tunnetusti huonoja lämmönjohtimia.

3 59475

Sijoittamalla sorptioaineen joukkoon lämpöä hyvin johtavia kappaleita, kuten metallilevyjä, metallilastua, metalliliusketta tms. lisätään lämmönjohtavuutta. Muutama tilavuusprosentti esimerkiksi kuparilastua voi jopa moninkertaistaa sorptioaineen lämmönjohtavuuden.

Seuraavassa keksintöä on selitetty yksityiskohtaisesti viitaten oheisiin piirustuksiin.

Kuvio I esittää omakotitalon lämmitys- ja tuuletuslaitteistoa, jossa on kaksoissorptiolämmityslaitteisto pystyasennossa edestä katsottuna

Kuvio II esittää pystyleikkausta kuvion I laitteistosta pituussuunnassa

Kuvio III esittää pystyleikkausta kuvion I laitteistosta poikittais-suunnassa

Kuvio IV esittää poikkileikkausta kuvion I laitteistosta vaakasuorassa tasossa

Kuvio V on kaaviokuva keksinnön toisesta toteutusesimerkistä.

Kuvioiden I, II, III ja IV mukaine laitteisto toimii seuraavasti. Sähkövastuksien avulla aletaan kuumentaa sorptiokompressorin 1 säiliöissä olevaa sorptiokaasua sisältävää yhdisteainetta, esimerkiksi CaCl2 * 8 ΝΗ^, joka sisältää siis kalsiumkloridiin yhtynyttä ammoniakkia. Kuumentamisen vaikutuksesta erkaneva ammoniakkikaasu kulkee putkia pitkin lauhduttimeen 3 ja sieltä höyrystimeen 5. Paineen noustua riittävästi kaasu alkaa nesteytyä lauhduttimessa 3 ja valua sieltä höyrystimeen 5. Nesteyttämisen aikana lauhduttimessa vapautuva kondenssilämpö käytetään lauhduttimen tuuletusilman välityksellä esimerkiksi huoneen lämmittämiseen.

Kun haluttu määrä ammoniakkia on poistunut sorptiokompressorista, katkaistaan sähkövirta. Tässä vaiheessa on lämpötila korkea säiliössä 1. Tuuletin 7 pannaan nyt käyntiin. Laitteiston rakenne on tehty sellaiseksi, että tuuletin puhaltaa ilman sorptioainesäiliön 1 lomitse, jolloin ilma kuumenee ja jatkaa kulkuaan kylmän sorptioainesäiliön 2 yhteyteen sekä palaa jäähtyneenä jälleen takaisin kuuman sorptioainesäiliön 1 yhteyteen kuumentuen siellä jälleen.

Kun sorptioyhdisteaine sorptiokompressorissa 2 kuumenee kiertoilman lämmityksen vaikutuksesta, alkaa siellä oleva ammoniakki erkaantua yhdisteaineesta. Paine nousee putkistoissa ja kaasua alkaa tietyssä vaiheessa nesteytyä lauhduttimessa 4. Vapautuva kondenssilämpö 4 S9475 käytetään esimerkiksi huoneen lämmittämiseen. **

Kun lämpötilat säiliössä 1 ja 2 ovat niin paljon lähentyneet toisiaan, että sanottavaa lämmönsiirtoa ei enää tapahdu, kytketään sähkövirta sorptiokompressorin 2 lämmityselementteihin, mutta ilmankierrätyksen annetaan jatkua vielä. Vasta kun lämpötilat kummassakin sorptio-kompressorissa 1 ja 2 ovat lähimain samat, pysäytetään tuuletin 7.

Näin menetellen saadaan ns. suoran lämmityksen osuutta vähennettyä laitteiston toiminnassa. Sorptiokompressorin lämmitystä jatketaan edelleen ja lauhduttimesta 4 saatavaa lämpöä käytetään esimerkiksi huoneen lämmitykseen.

Huoneenlämmitystä saadaan aikaan samanaikaisesti myös kierrättämällä huoneilmaa sorptiokompressorin 1 lomitse. Se jäähtyy ja alkaa vetää ammoniakkia takaisin yhteyteensä. Ammoniakkikaasua se voi saada vain ammoniakkinesteestä, jota on höyrystimessä. Ammoniakin sorboituessa sorptiokompressoriin 1 paine laskee laitteen putkistoissa ja neste alkaa kiehua höyrystimessä 5. Siitä on siellä seurauksena lämpötilan aleneminen. Jos talon poistoilma johdetaan nyt höyrystimen 5 lomitse ja vasta sen jälkeen ulos talosta, saadaan tästä ilmasta lämpöä takaisin käyttöön talon lämmittämiseen sorptiolämmityssysteemin laitteiston välityksellä. Jos poisto ilman määrä tulee liian suureksi, otetaan ulkoa puhdasta lisäilmaa, sekoitetaan sitä talon poistoilmaan ja otetaan tästä seoksesta höyrystimen välityksellä lämpöä talon lämmittämiseen.

Kaaviokuvan V mukaisessa suoritusesimerkissä on esitettynä laitteisto, jossa kaksi sorptiolämmitysyksikköä on kytketty yhteen siten, että toisen yksikön lämpöenergiana käytetään ensimmäistä sorptiolämmitys-yksiköstä saatavaa lämpöä.

Sähkölämmityselementti 14 kuumentaa esisorptiokompressoria 15. Erkaantunut kaasu menee putkea 16 pitkin jälkisorptiokompressorin 17 sisässä olevaan lauhdutinputkistoon 18. Sieltä kaasu jatkaa matkaansa höyrystimeen 19. Kun kaasun paine on noussut riittävästi, alkaa kaasu lauhtua lauhduttimessa 18 luovuttaen kondenssilämpönsä sorptiokom-pressorissa 17 olevalle, sorptioaineen ja kaasun muodostavalle yhdis-teaineelle. Lauhtuvasta kaasusta muodostuva neste valuu höyrystimeen 19.

' », ϊ 5 59475 Lämpötilan kohoamisen vaikutuksesta sorptiokompressorissa 17 alkaa kaasu vapautua yhdisteaineesta. Se kulkee putkea 20 pitkin lauhdutti-meen 21 ja sieltä höyrystimeen 22. Kun kaasun paine on noussut riittävästi, alkaa kaasu lauhtua lauhduttimessa 21 luovuttaen kondenssi-lämpönsä lämmityskohteeseen, esim. huoneilmaan.

Kun kaasua on erkaantunut esisorptiokompressorista 15 haluttu määrä ja myös jälkisorptiokompressorista tietty määrä, katkaistaan sähkövirta elementistä 14. Sorptiokompressorien pinnoilla olevien ripalevy-jen 25 lomitse kulkevat ilmavirrat alkavat jäähdyttää kumpaakin sorptiokompressoria, jolloin sorptioaine kylmenee ja alkaa sorboida takaisin yhteyteensä kuumuuden vaikutuksesta aikaisemmin erkaantunutta kaasua. Paine laskee kummankin sorptiolämmityssysteemin putkistoissa. Höyrystimissä 19 ja 22 olevat nesteet alkavat kiehua ts. nesteet alkavat höyrystyä. Höyrystymiseen tarvittavan lämmön ne saavat esimerkiksi asuintalosta poistettavasta, käytetystä ilmasta, jota tuulettimet 23 ja 24 puhaltavat höyrystimien lomitse. Jos ilman vaihtuminen näin tulee liialliseksi, sekoitetaan pumpattavaan ilmaan raitista ulkoilmaa ja otetaan seoksesta lämpöä höyrystimen välityksellä esimerkiksi huoneenilman lämmittämiseen.

Kaasun sorboituessa takaisin sorptioaineeseen kummatkin sorptiokom-pressorit kuumenevat. Säiliöiden pinnoilla olevien ripalevyjen 25 välityksellä lämpö voidaan johtaa esimerkiksi asuinhuonetta lämmittämään tms. tarkoitukseen. Höyrystimet 19 ja 22 on tarkoituksen mukaista rakentaa lämpöä eristävien laatikoiden 26 ja 27 suojaamiksi. Myös sorptiokompressorien 15 ja 17 ympärille on edullista rakentaa vastaavanlaiset lämpöeristyssuojat. Lämmöntuottoelementtien 14 ja kaikkien tuulettimien toiminnat säädetään laitteiston ohjelmointikoneiston avulla.

Ammoniakin höyrystymislämpö on noin 300 kcal/kg ja sen liukenemis-lämpö kalsiumkloridiin on noin 200 kcal/kg. Jos kalsiumkloridi ja ammoniakki ovat viimeksi selostetun suoritusesimerkin mukaisen sorptiolämmityssysteemin toiminta-aineina, saadaan laitteiston periaate-hyötykerroin määritetyksi seuraavan laskelman avulla.

, , l » ' 6 59475

Saantolämpömäärä Käyttölämpömäärä I. Kuumentamisvaihe, 1 tunti 1. Lämpöä lauhduttimesta 21 180 kcal 1. Lämpöä lämpöelemen- tistä 14 500 kcal II. Lämmön talteenottovaihe 2. Lämpöä esisorptio-kompressorista 15 a. Höyrystymislämpöä 300 kcal b. Liukenemislämpöä 200 kcal 3. Lämpöä jälkisorptio-kompressorista 17 a. Höyrystymislämpöä 180 kcal b. Liukenemislämpöä 120 kcal 4. Lämpimänä nesteenä olevan ammoniakkinesteen jäähtymislämpö 60 kcal 1 040 kcal 500 kcal

Hyötvkerroin = Saantolämpömäärä = 1.040 kcal = 2 χ ^ ^ Käyttölämpömäärä 500 kcal ’

Yllä esitettyä parempaan lämpötekniseen tulokseen päästään keksinnön mukaisella laitteistolla, jossa kahden tai useamman peräkkäin kytketyn sorptiolämmitysyksikön laitteistot kytketään rinnakkain siten, että niiden sorptiokompressorien välille asennetaan kiertoilmajärjestelmä.

Esisorptiolämmityssysteemin laitteistossa voidaan käyttää alennettua painetta, jolloin esisorptiokompressorista lähtevää kaasua tulistetaan. Lämmönvaihtimen, lämpöelementin 28 tms. välityksellä siirtyy tulistusenergia kaasuun ja siten lauhduttimeen 18 kohottaen siellä vallitsevaa lämpötilaa edistäen näin ammoniakin erkaantumista sorptio-kompressorissa 17. Tulistukseen käytettävän energian osalle saadaan periaatehyötykertoimeksi vain 1,6, mutta pienemmän käyttöpaineen tarve keventää laitteiston rakennetta ja lisää sen toimivuutta.

Claims (5)

7 59475

1. Sorptiolämmityslaitteisto patentin n:o 56898 mukaisen menetelmän soveltamiseksi, joka käsittää kaksi tai useampia sorptio-lämmitysyksiköitä, jotka puolestaan muodostuvat sorptiokompressorista (1) (sopivan kuumennustilan 1, 2 yhteyteen sijoitetusta säiliöstä), joka sisältää sorboituvaa kaasua, kaasua sorboivaa ainetta sekä näiden yhtyessä muodostuvaa yhdisteainetta, lauhduttimesta (3, 4) ja höyrystimestä (5, 6) tunnettu siitä, että laitteistot ovat kytketyt toisiinsa lämmönsiirtovälineillä, joiden avulla voidaan siirtää lämpöä sellaisen sorptiolämmitysyksikön sorptiokompressorista (1), jossa kaasun erottaminen sorboivasta aineesta on lopetettu, toisen yksikön sorptiokompressorin (2) yhteyteen, jonka lämpötila on alhaisempi kuin edellä mainitun ensimmäisen yksikön sorptiokompressorin lämpötila.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto tunnettu siitä, että lämmönsiirtovälineet käsittävät laitteiden välille asennetun ilmankiertojärjestelmän puhaltimineen (7).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto tunnettu siitä, että sorptioaineen joukkoon on sijoitettu lämpöä hyvin johtavia kappaleita, kuten metallilevyjä, metällilastua, metalliliusketta tms.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto tunnettu siitä, että sorptiolämmitysyksiköt ovat lisäksi kytketyt peräkkäin sarjaan siten, että ensimmäisen lämmitysyksikön luovuttamaa lämpöenergiaa käytetään toisen lämmitysyksikön energialähteenä.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitteisto tunnettu siitä, että ensimmäisen lämmitysyksikön ja toisen lämmitysyksikön välille on sijoitettu tulistin (28), jolla ensimmäisestä sorptiokompressorista (15) lähtevää kaasua tulistetaan.