FI81904B - Vaermepump av flerregenerations- och flerabsorbtionstyp. - Google Patents

Description

81904

Moninkertainen regeneraatio- ja moninkertainen absorptiotyyppinen lämpöpumppu.

\ Tämän kekeinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto^-osassa esitetty absorptio-tyyppinen lämpöpumppu, 5 - jolla kuumennettavaa nestettä voidaan kuumentaa jäähdy- tysaineen ja absorvoivan nesteen yhdistelmällä.

Se lämpötilan nousun määrä, joka voidaan saavuttaa absorptio-tyyppisellä lämpöpumpulla kuumennettavaan nesteeseen nähden, ei voi ylittää tasapainolämpötila-10 eroa, joka on jäähdytysaineen ja absorvoivan nesteen välillä samassa paineessa. Esimerkiksi tavanomaisessa lämpöpumpussa, joka käyttää vettä ja litiumbromidia jäähdytysaineen ja absorvoivan nesteen yhdistelmänä, vastaavasti, saavutettavissa oleva lämpötilan nousu 15 on korkeintaan 50° C. Sinänsä, kun tarkoituksena on ollut mahdollistaa suuremman lämmön nousun määrän saavuttaminen, on ehdotettu veei-litiumbromidi-järjestelmästä koostuvaa lämpöpumppua, jolla on monivaiheinen absorboija, mutta moninkertaisten absorptio-2Q vaiheiden käyttöönotto aiheuttaa sen ongelman, että lämpöhyötysuhde alenee huomattavasti.

Ennestään tunnetaan myös lämpöpumppuja, jotka < perustuvat moninkertaiseen absorptioon ja moninkertaiseen regeneraatioon. Näitä on esitetty mm. US 25 patenttijulkaisuissa 3 483 710, 3 742 728, 3 831 397, 3 928 983, 3 990 263 ja 4 337 625. Niissä esi-"tetyt sovellutukset kohdistuvat kuitenkin jäähdytysjärjestelmiin, jotka eivät ole sopivia lämmitystä tai lämpötilan vaiheittaista nostamista varten ainakaan 30 regeneraatiopuolella. Niissä jäähdytysaineen piilevä jätelämpö menee hukkaan.

Näin ollen tämän keksinnön tarkoituksena on kehittää lämpöpumppu, joka kykenee kuumentamaan kuumennettavan nesteen suuren lämpötila-alueen alalla, ja jolla ^ siitä huolimatta on hyvä lämpöhyötysuhde. Keksintö tunnetaan niistä ominaisuuksista, jotka on määri- telty 1. patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

ϊ 2 81904 Tätä tarkoitusta varten keksinnössä esitetään moninkertainen regeneraatio ja moninkertainen absorptio-tyyppinen lämpö-pumppu, jossa on moninkertainen absorptiolaitteisto ja moninkertainen regeneraatiolaitteisto, ja joka on sovitettu siten, että jäähdytysainetta ja absorptioainetta kierrätetään mainittujen kahden laitteiston välillä, ja että kuumennettava neste viedään sen läpi: mainittu moninkertainen absorptiolaite koostuu haihduttimesta, joka höyrystää jäähdytysaineen ulkoisesta alhaisen lämpötilan lämpölähteestä tulevalla lämmöllä, vähintään yhdestä absorptio/haihdutusyksiköstä, joka sallii absorp-tioaineen absorvoivan jäähdytyshöyryn mainitusta haihduttimesta tai edeltävästä samanlaisesta absorptio/haihdutusyksiköstä, ja höyrystää jäähdytysaineen lämpöabsorptiolla, ja absorberista, • joka sallii absorptioaineen absorvoivan jäähdytyshöyryn joko siitä tai edeltävästä absorptio/haihdutusyksiköstä, ja kuumentavan kuumennettavan nesteen lämpöabsorptiolla; mainittu moninkertainen regeneraatiolaitteisto koostuu regeneraattorista, joka höyrystää absorptioaineen sisältämän jäähdytysaineen ulkoisesta korkean lämpötilan lämpölähteestä tulevalla lämmöllä ja siten tiivistää absorptioaineen, vähintään yhdestä tiivistys/ ;: regenerointiyksiköstä, joka tiivistää absorptioaineen mainitus ta regeneraattorista tai edeltävästä samanlaisesta tiivistys/ regenerointiyksiköstä tulevan jäähdytyshöyryn latentin lämmön :* avulla, Jäuhdjittimestä, joka kuumentaa kuumennettavan nesteen tästä tai edeltävästä samanlaisesta tiivistys/regenerointiyk-siköstä tulevan jäähdytyshöyryn latentin lämmön avulla.

Edellä olevan järjestelyn mukaisesti jäähdytysaineen höyrystys- ja absorptioprosessi toistetaan lukuisia kertoja *.· mainitussa moninkertaisessa absorptioläitteessa siten, että vähäinen lämpö ulkoisesta alhaisen lämpötilan lämpölähteestä vahvistetaan moninkertaisissa vaiheissa ja kuumennettava kaasu kuumennetaan’ viimeisessä vaiheessa moninkertaisessa absorp-tiolaitteessa, Saman aikaisesti moninkertaisessa regeneraatio-laitteessa lämpöä ulkoisesta korkean lämpötilan lämpölähteestä käytetään useissa vaiheissa absorptioaineen reqeneraatioon, ja lisäksi lämpöä, joka on käytettävissä moninkertaisen regeneraa- li 3 81904 tiolaitteen viimeisessä vaiheessa, käytetään myös kuumennettavan kaasun kuumentamiseen. Tämän vuoksi on mahdollista kuumentaa alhaisen lämpötilan lämpölähde ja kuumennettava neste suurella lämpötila-alueella ja korkealla lämpöhyötysuhteella.

Nämä ja keksinnön muut piirteet ja edut käyvät selville seuraavasta toteutettujen laitteiden kuvauksesta, jossa viitataan liitteinä oleviin piirroksiin, joissa:

Kuva 1 on kaaviokuva, jossa esitetään keksinnön erisim-mäistä toteutusta vastaava lämpöpumppu.

Kuva 2 on graafinen esitys, jossa näkyy lämpötila-paine-jakso lämpöpumpussa.

Kuva 3 on kaaviokuva, jossa esitetään keksinnön toista toteutusta vastaava lämpöpumppu.

Kuvassa 4 on käyrä, joka esittää kuvan 3 lämpöpumpun lämpötila-paine-jakson.

Kuvan 1 lämpöpumppu koostuu yleisesti ottaen moninkertaisesta absorptiolaitteesta 1 ja moninkertaisesta regeneraa-tiolaitteesta 2. Moninkertainen absorptiolaite käsittää haih-duttim^n 3, jolla on haihdutusalue El, ensimmäisen ja toisen absorberi/haihduttimen 4, 5, joilla vastaavasti on absorptio- k • alueet ä;L , A2 ja haihdutusalueet E2, E3, absorberini β, jolla on absopptioalue A3. Moninkertainen regeneraatiolaite käsit-tää regeneraattorin 7, jolla on regeneraatioalue Rl, ensimmäisen ja toiset tiivistin/regeneraattorin 8, 9, vastaavasti, joilla on tiivistysalueet Cl, C2 ja regeneraatioalueet R2, R3, ja tiivistimen 10, jolla on tiivistysalue C3. Jäähdytysaineen, esimerkiksi veden, virtaa 12 kierrätetään moninkertaisen ab-sorptiolaitteen 1 ja moninkertaisen regeneraatiolaitteen 2 välillä', ja absorptioaineen, esimerkiksi litlumbromldin, viistää 13 kierrätetään myös niiden välillä lämpövaihtimen 11 kautta. Haihduttimeen 3 ja regeneraattoriin 7 juoksutetaan ulkoisen

* I

mätplahLulämpötlAän^iLämpöl ahteen neste ja ulkoisen korkean lämpötilan lämpölähteen neste b vastaavasti. Kuumennettava neste juoksutetaan rinnakkaisesti absorberiin 6 ja tiivistimeen 10, vastaavasti.

Ylläolevan järjestelyn mukaisesti haihdutin 3 höyrys- 4 81904 jäähdytysaineen 12 lämmöllä ulkoisesta matalan lämpötilan lähteestä a tulevasta nesteestä. Ensimmäinen absorberi/haihdutin 4 sallii haihduttimessa 3 muodostetun jäähdytysaineen höyryn absorboituvan absorptioaineeseen 13, joka tuodaan toisesta ab-sorberi/haihduttimesta 5 absorptioalueelle AI, ja korkeampaa lämpötilan&,omaava lämpö, joka muodostuu tässä prosessissa, käytetään höyrystämään jäähdytysaine 12 haihdutusalueella E2 siten, että saadaan jäähdytyshöyryä, jolla on korkeampi lämpötila ja korkeampi paine. Toinen absorberi/haihdutin 5 sallii ensimmäiseltä absorberi/haihduttimelta tulevan jäähdytyskaasun absorboitua absorptioaineeseen 13, joka tuodaan absorberilta 6 absorptioalueelle A2, ja korkean lämpötilan omaava lämpö, joka muodostuu tässä prosessissa, käytetään höyrystämään jäähdytys-aine 12 haihdutusalueella E3, joten muodostuu jäähdytyshöyryä, jolla on korkeampi lämpötila ja korkeampi paine. Absorberi 6 sallii toiselta absorberi/haihduttimelta tulevan jäähdytyshöy-ryn absorboituvan absorptioaineeseen, joka tulee moninkertaiselta regeneraatiolaitteelta 2 lämmönvaihtimen 11 kautta, ja korkeamman lämpötilan omaavalla lämmöllä, joka tässä prosessissa syntyy, kuumennetaan kuumennettavaa nestettä c.

; Absorb.ointiaine , josta on tullut laimennettua seurauk- : : sena sen absorboimasta jäähdytyskaasusta, siirretään absorptio- alueesta ensimmäiseltä absorberi/haihduttimelta 4 regeneraat-; toriin 7 lämmönvaihtimen 11 läpi. Regeneraattorissa 7 jäähdy- tysaine haihdutetaan absorptioaineesta 13 lämmöllä, joka saadaan ulkoisen korkean lämpötilan lämpölähteen nesteestä b, jolloin absorptioaine 13 tiivistyy. Ensimmäinen tiivistin/re-generaattori 8 sallii regeneraattorilla 7 muodostuneen jäähdytyskaasun tiivistyä tiivistysalueella Cl. Absorptioainetta 13, joka tuodaan regeneraattorilta 7 tiivistin/regeneraatto-riin 8, tiivistetään edelleen jäähdytyskaasun latentilla lämmöllä regeneraatioalueella R2. Ensimmäisen tiivistin/regene-raattorin $ regeneraatioalueella R2 muodostettu jäähdytyshöv-ry tiivistetään toisen tiivistin/regeneraattorin 9 tiivistys-alueella C2. Regeneraatioalueella R3 ensimmäisestä tiivistin/ : regeneraattorista 8 tullutta absorptioainetta 13 tiivistetään

II

81904 lisää jäähdytyskaasun latentin lämmön avulla. Tiivistin C3 kuumentaa kuumennettavaa nestettä c jäähdytyskaasun latentilla lämmöllä, joka muodostuu toisessa tiivistin/regeneraat-torissa 9, ja jäähdytyskaasu tiivistyy tässä prosessissa. Tiivistynyt absorptioaine 13 viedään jälleen absorberille 6 lämmönvaihtimen 11 läpi. Jäähdytysaine 12, joka on tiivistynyt ensimmäisellä ja toisella tiivistin/regeneraattorilla 8, 9 ja tiivistimellä 9, syötetään haihduttimeen 3, sekä myös absorberi/haihduttimiin 4,5.

Kuvassa 2 on esitetty lämpötila-paine-jakso siinä tapauksessa, jolloin vettä ja litiumbromidin vesiliuosta käytetään jäähdytysaineena 12 ja absorptioaineena 13, vastaavasti, kuvan 1 laitteistossa. Kuten kuvasta voidaan nähdä, nousee > moninkertaisen absorptiolaitteen prosessissa absorptioaineen 13 lämpötila, kun jäähdytyshöyryn askel askeleelta tapahtuva absorptio etenee, ja absorptioaineen 13 lämpötila nousee noin 120°C:een absorberissa 6 absopptioalueella A3, jossa kuumennettavan kaasun c kuumentaminen tapahtuu. Samanaikaisesti moninkertaisessa regeneraatiolaitteessa 2 käytetään suurta lämpöä, joka saadaan ulkoisen korkean lämpötilan läm-; pölähteen nesteestä b, askel askeleelta tapahtuvaan jäähdy- : tysaineen 12 haihduttamiseen absorptioaineesta 13, eli askel askeleelta tapahtuvaan absorptioaineen tiivistämiseen, jolloin : jäähdytyskaasun; lämpö tila pienenee, kun %idvistämisprosessio etenee, eli sarjassa Cl - C2 - C3. Kuitenkin tiivistimeen 10 (tiivistysalue C3) viety jäähdytyskaasu on lämpötilaltaan niinkin korkea kuin noin 120°C. Näin ollen viemällä kuumennettava neste c, esimerkiksi vesi sekä absorberin 6 että tiivistimen 10 läpi on mahdollista kuumentaa se niinkin suuriin lämpötiloihin kuin 80 - 120°C, eli muodostetaan matalapaineista höy- \ ryä.

Kuvassa 3 esitetty laitteisto eroaa kuvassa 1 esitetys-.* tä ainoastaan siinä, että absorptioainetta 13 kierrätetään reittiään peräkkäisessä järjestyksessä lämmönvaihdin 11, ensimmäinen absorberi/haihdutin 4, toinen absorberi/haihdu-tin 5, absorberi 6, lämmönvaihdin 11, toinen tiivistin/rege- 6 81 904 neraattori 9, ensimmäinen tiivistin/regeneraattori 8, regene-raattori 7.

Kuvassa 4 on esitetty lämpötila-paine-jakso siinä tapauksessa, jolloin vettä ja litiumbromidin vesiliuosta käytetään jäähdytysaineena 12 ja absorptioaineena 13, vastaavasti, kuvan 3 laitteistossa. Järjestelyn edulliset vaikutukset, jotka ovat samantapaisia kuin kuvan 2 kyseessä ollen, voidaan nähdä käyrästä.

Täytyy myös huomata, että yksinkertaisuuden vuoksi on kuvissa 1 ja 3 näytetty vain yksi lämmönvaihdin 11, mutta systeemin tehon parantamiseksi voidaan moninkertaisen absorptio-laitteen 1 ja moninkertaisen regeneraatiolaitteen 2 yhteyteen lisätä lukuisia lämmönvaihtimia, jotka suorittavat lämmönvaih-don jäähdytysaineen 12 ja absorptioaineen 13 välillä. On myös mahdollista järjestää kuumennettava neste c virtaamaan absor-berin 6 ja tiivistimen 10 läpi sarjassa.

Ulkoisen matalan lämpötilan lämpölähteenä a voidaan käyttää 0 - 60°C lämpöä ympäristölähteestä (ilma tai jäähdytetty vesi) t.ai matalalämpötilaista hukkalämpöä, ja ulkoisen korkean lämpötilan lämpölähteenä b voidaan käyttää lämpöä, joka ; on yli 250°C, kuten höyryä korkealämpötilaista hukkalämpöä * : tai pa?>amiSlämpöä. Käytettäessä tällaisia lämpöjä voidaan kuu mennettava neste kuumentaa aina 140UC, maksimaalisesti.

li

Claims (9)

1. Moninkertaisella regeneraatiolla ja moninkertaisella absorptiolla varustettu lämpöpumppu käsittäen moninkertaisen absorptiolaitteiston (1) ja moninkertai-5 sen regeneraatiolaitteiston (2), joiden välissä·haihdutettava nestemäinen jäähdytysaine (12) ja nestemäinen absorboiva aine (13) kiertävät, jolloin moninkertainen absorptiolaitteisto käsittää: haihduttimen (3) sanotusta moninkertaisesta regeneraatio-10 laitteistosta (2) tulevan jäähdytysaineen haihduttamiseksi ulkoisen alhaisen lämpötilan lämpölähteen (a) välityksellä, yhden tai useamman absorboimis/haihdutusyksikön (4,5) varustettuna absorboimisvyöhykkeellä (Ap A2) ja haihdutusvyöhykkeellä (£2* E^), joka on 15 lämpöä johtavassa yhteydessä sanotun absorboimisvyö-hykkeen (A^, A2) kanssa , sanotun absorboimisvyöhyk-keen /A^, A2) vastaanottaessa siihen syötetyn absorboivan aineen (13) sanotusta haihduttimesta (3) tai .·. edellä olevan absorboimis/haihdutusyksikön (4) haih- 20. dutuav/öjpykkeeltä (E^) tulevan jäähdytysainehöyryn ' absöTboimiseksi, sanotun haihdutusvyöhykkeen (E2, Ej) haihduttaessa sanotusta moninkertaisesta re-generaatiolaitteietoeta (2) tulevan jäähdytysaineen (12) sanotulla absorboimisvyöhykkeellä (A^, A2) syn-25 nytetyn 'absorptiolämmön avulla, ja imeyttimen (6), johon syötetty absorboiva aine (13) absorboi edellä olevan absorboimis/haihdutusyksikön (4,5) haihdutus-vyöhykkeeltä (Ej) tulevan jäähdytysainehöyryn, ja jolloin moninkertainen regeneraatiblaitteisto (2) *· 50 käsittää: % regeneraafetorin (7) siihen johdetun absorboivan aineen (13) konsentroimiseksi haihduttamalla absorboitu jäähdytysaine ulkoisesta korkean lämpötilan 8 81904 lämpölähteestä (b) tulevan lämmön avulla, yhden tai useamman lauhdutus/regeneraatioyksikön (8, 9) sisältäen lauhdutusvyöhykkeen (C^, C2) ja regeneraatio-vyöhykkeen (R2> Rj), joka on lämpöä johtavassa yh-^ teydessä sanottuun lauhdutusvyöhykkeeseen (C^, C2) sanotun lauhdutusvyöhykkeen (C^, C2) lauhduttaessa sanotusta regeneraattorista (7) tai edellä olevan lauhdutus/regeneraatioyksikön (8) regeneraatiovyö-hykkeeltä (R2) tulevan jäähdytysainehöyryn, sanotun ^ regeneraatiovyöhykkeen (R2> Rj) konsentroidessa siihen johdetun absorboivan aineen (13) haihduttamalla absorboiva jäähdytysaine sanotulla lauhdutusvyöhyk-keellä (C^, synnytetyn lauhdutuslämmön avulla, ja lauhduttimen' (10) edellä olevan lauhdutus/rege-^ neraatioyksikön (8, 9) regeneraatiovyöhykkeeltä (Rj) tulevan jäähdytysainehöyryn lauhduttamiseksi, tunnettu siitä, että moninkertainen ab-siorbtiolaitteisto (l) ja moninkertaiPen regeneraa-·'· ti o laitteisto (2) on sovitettu siten, että viimei i - sen: imeyttimen (6) ja viimeisen lauhduttimen (10) , jätelSmpö on otettu talteen lämpöä vastaanottavaan nesteeseen (C), joka on sovitettu kulkemaan ainakin osittain iifteyttimen (6) ja lauhduttimen (10) kautta tullen kuumennetuksi näissä, mainitun moninkertaisen absorptjiolaitteiston (1) ja mainitun moninkertaisen regeneraatiolaitteiston (2) ollessa sovitettuina siten, että imeyttimen (6) lämpötila on ylimalkaisesti sama kuin lauhduttimen (10) lämpötila. 9 81904

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöpumppu tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi lämmönvaihtimen, jonka kautta sanottu absorboiva aine (13) kulkee virratessaan sanotusta moninkertaisestaabsörptiolait- 5 teistosta (1) sanottuun moninkertaiseen regeneraatiolait-teistoon (2) ja päinvastoin.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöpumppu, tunne t t u siitä, että sanottu lämpöä vastaanottava neste (c) on jaettu sanotun imeyttimen (6) kautta kulke- 10 vaan ensimmäiseen virtaukseen ja sanotun lauhduttimen (10) kautta kulkevaan toiseen virtaukseen, sanotun ensimmäisen ja toisen virtauksen yhtyessä yhdeksi ainoaksi virtaukseksi, joka kulkee sanotun imeyttimen (6). ja vastaavasti sanotun lauhduttimen (10) kautta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöpumppu, tunnettu siitä, että sanottu imeytin (6) vastaanottaa absorboivan aineen (13) lauhdutus/regeneraatioyksi-kön (9) regeneraatiovyöhykkeeltä (R^) välittömästi ennen sanottua lauhdutinta (10), ja että sanottu regeneraattori 20 (7) vastaanottaa absorboivan aineen (13) absorboimis/ haihdiitysyksikön (4) absorboimisvyöhykkeeltä (A.j) välittömästi 'sanotun haihduttimen (3) jälkeen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöpumppu, tunnettu siitä, että sanottua hait)dutinta (3) vä- 25 littömästi seuraavan absorboimis/haihdutusyksikön (4) absorboimisvyöhyke (A^) vastaanottaa sanotusta regene-raattorista. (7) tulevan absorboivan aineen (13), ja että välittömästi ennen sanottua lauhdutinta (10) olevan lauhdu tus/regeneraatioyksikön (9) regeneraatiovyöhyke (Rj) 30 ottaa vastaan sanotusta imeyttimestä (6) tulevan absorboivan aineen' (13).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöpumppu, tunnettu siitä, että sanottuna jäähdytysaineena (12) on vesi, ja että sanottuna absorboivana aineena on 35 10 81904 litiumbromidin vesipitoinen liuos.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöpumppu, tunnettu siitä, että sanotun alhaisen lämpötilan lämpölähteen (a) lämpötila on 0 - 60°C ja sanotun'korkean 5 lämpötilan lämpölähteen (b) lämpötila ei ole alle 250°C.

7 81904

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen lämpöpumppu, tunnettu siitä, että sanottuna alhaisen lämpötilan lämpölähteenä (a) on ympäristössä oleva ilma tai vesi tai lämpötilaltaan alhainen jäte.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen lämpöpumppu, tunnettu siitä, että sanottuna korkean lämpötilan lämpölähteenä (b) on höyry tai lämpötilaltaan korkea jäte tai palamislämpö. 15 H * • * - t l! n 81904