FI83909B - Vaermepump av absorptionstyp. - Google Patents

Description

83909 APSQRPTIQTYYPPINEN LÄMPÖPUMPPU KEKSINNÖN KOHDE: Tämän keksinnön kohteena on absorptiotyyppinen lämpöpumppu, joka koostuu haihdutinyksiköstä siihen syötetyn jäähdytinaineen haihduttamiseksi, imeytinyksiköstä , jossa haihdutinyksiköstä vastaanotettu jäähdytyshöyry absorboidaan nestemäiseen absorboimisaineeseen, jolloin muodostetaan lämpöä lämmönkuljetusnesteen kuumentamiseksi, regeneraattori-yksiköstä sen laimennetun absorboimisaineen väkevöimiseksi , joka on vastaanotettu imeytinyksiköstä kuumentamalla tätä lämmitysnesteellä sen jäähdytysainesisällön höyrystämisek-si siten, että absorboimisaine käytetään uudelleen imey-tinyksikössä, ja lauhdutinyksiköstä sinne regenerointiyk-siköstä vastaanotetun jäähdytyshöyryn tiivistämiseksi, jolloin lauhdutinyksiköstä haihdutinyksikköön kerätty nestemäinen jäähdytysaine on johdettu suljettua johtoa pitkin haihdutusyksikköön uudelleen haihduttamista varten.

TEKNIIKAN, TASO: Tämäntyyppinen absorptiotyyppinen lämpöpumppu, joka käyttää vettä ja 1itiumbromi di n vesiliuosta, on esitetty esim. japanilaisessa patenttihakemuksessa no. 55-63364. Järjestelmä koostuu pääasiallisesti haihduttimesta, imeyttimes-tä, ja lauhduttimesta. Haihduttimessa vesi (jäähdytysaine) höyrystetään lukuisilla lämmÖnsiirtoputkilla, joiden läpi kulkee ensimmäinen kuumennusneste. Vesihöyry haihduttimes-ta absorboidaan litiumbromidin vesiliuokseen (absorboimisaine) imeyttimessä siten, että imeyttimen läpi viety lämmönkul jetusneste kuumenee absorption lämmöllä, joka muodostuu absorptiosta. Regeneraattorissa laimennettua absorboi-misainetta, joka saadaan imeyttimestä lämmönvaihtimen kautta, lämmitetään toisen kuumennusnesteen avulla siten, että absoboitunut vesi höyrystyy ab sorboimisaineesta. Väkevöity absorbointiaine, joka on tuloksena regeneraatioprosessista 2 83909 palautetaan edellämainitun lämmönvaihtimen kautta imeytti-meen, jossa se käytetään uudestaan vesihöyryn absorptioon. Lauhduttimessa sinne regeneraattorista viety vesihöyry jäähdytetään siten, että se tiivistyy, lukuisilla lämmön-siirtoputki11 a, joiden läpi jäähdytysneste pannaan virtaamaan.

Yllämainitussa, nykytekniikan mukaisessa lämpöpumpussa veden höyrystyminen haihduttimessa suoritetaan epäsuorasti niiden 1ämmönsiirtoputkien välityksen avulla, joiden läpi ensimmäinen kuumennusneste pannaan virtaamaan. Sen vuoksi, jotta voitaisiin parantaa lämmönvaihdon määrää veden ja kuumennus-nesteen välillä, on tarpeen lisätä 1ämmönsiirtoputkien lukumäärää lämmönjohtamispinta-alan lisäämiseksi, mikä vastaavasti johtaa epäedullisiin kustannuksiin. Toinen ongelma tällaisen lämpöpumpun kanssa on se, että vaikka 1ämmönsiirtoputkien lukumäärää lisätään, ei voida välttää sitä, että lämmitysnes-teen ulospäästölämpötila on korkeampi kuin muodostetun vesihöyryn lämpötila, koska lämmitysnesteen lämmön täydellinen käyttö on mahdotonta siitä huolimatta, että käytettävissä oleva lämpötilaero jää vielä jäljelle kuumennusnesteen ja vesihöyryn välille .

US-patenttijulkaisussa 3.440,832 on esitetty myös alussa mainittua lajia oleva absorptiotyyppinen lämpöpumppu. Siinä haihdutin on varustettu suljetulla johdolla ja lämmönvaihdin (kierukka 19) sijoitettu suljettuun johtoon, kuten on esitetty julkaisun kuviossa 1-3. Kierukka 19 on kuumennette ympäröivällä ulkoilmalla käyttäen tuuletinta 20 (kts. sarake 4, rivit 26-34). Tehokkaasti toimiakseen ympäröivän ulkoilman tulisi olla hyvin alhainen, joten käytännössä lämmönvaihtimen lämpöteho on huono. Tämän kompensoimiseksi lämmönvaihtimen lämpöpinta-alan tulisi olla hyvin suufi, jolloin se taas on hinnaltaan epäedullinen. KEKSINNÖN KUVAUS

Tämän keksinnön eräs tehtävä on muodostaa absorptio-tyyppinen lämpöpumppu, joka on kustannuksiltaan edullinen ja toiminnaltaan hyvin tehokas.

3 83909

Keksintö tunnetaan mistä ominaisuuksista, jotka on määritelty patenttivaatimuksissa. Keksinnön tärkein tunnusmerkki on siinä, että jäähdytysaine, joka syötetään haihdu tusyksikköön on äkkijäähdytetty. Sitä täydentää se tunnusmerkki, että suljetussa johdossa on jätekaasujäähdytin jääh-dytysaineen kuumentamiseksi. Jäähdytinainetta äkkihöyrys-tämällä, on mahdollista välttää lämmönsiirtoputkien käyttöä, mikä johtaisi tehottomaan lämmön hyväksikäyttöön. Lisäksi käyttämällä jätekaasujäähdy t i nt a jäähdy ti naineen kuumentamiseen, on mahdollista vähentää lömpopint. a-a laa, koska jäte-kaasun lämpötila on paljon korkeampi kuin jäähdytinaineen. Keksintömme lisätunnusmerkin mukaan lauhdutinyksikössä oleva lauhdutettu nestemäinen jäähdytysaine poistetaan s i e 1 -t a .

Keksinnön mukaisessa järjestelyssä jäähdytysaine ä k -kihöyrystetään haihdutinyksikössä käyttäen sen luontaista lämpöä, jolloin siis vältytään lämmönsiirtoputkien käytöltä, mikä johtaisi lämmön epätehokkaaseen käyttöön.

Keksintöä on edullisesti käytetty toteutuksessa, jossa imeytinyksikön läpi v ι rt aava 1 ä in m ö n s i i r t o n e s t e pannaan kulkemaan lauhdutinyksikön läpi sen jälkeen, kun se jättää imeytinyksikön, ja se kuumennetaan uudelleen lauhdutinyksikössä muodostetulla tiivistymisen lämmöllä. Tässä tapauksessa lämmönsiirtoneste toimii myös jäähdytysnesteenä tiivistymiselle, kun se tehokkaasti kerää sekä absorption lämmön imey-tinyksikössä että tiivistymisen lämmön lauhdutinyksikössä.

Toisessa edullisessa toteutuksessa kuumennusneste, joka virtaa regeneraattoriyksikön läpi, koostuu samasta ai -neesta kuin jäähdytysaine, ja jätettyään regeneraattoriyksikön se äkkihöyrystetään jäähdytysaineena lauhdutinyksikössä. Tämä järjestely sopii korkeassa lämpötilassa toimivan lämpöpumpun' mu o dos.tamiseen, koska kuumennusnesteellä sen jälkeen, kun se on lähtenyt r e g e n e r a a 11 o r i y k s ι k ö s t ä, on yhä riittävän suuri lämpötila.

Jäähdytyshöyryn tiivistäminen lauhdutinyksikössä voidaan edullisesti suorittaa laittamalla jäähdytyshöyry 4 83909 menemään suoraan yhteyteen samasta aineesta koostuvan nesteen kanssa, joka syötetään suihkuttamalla. Järjestely on tässä tapauksessa, vastakohtana nykytekniikan mukaiselle lämpöpumpulle, jossa tiivistyminen aiheutetaan epäsuorasti suurella määrällä 1ämmönsiirtoputkia; yksinkertainen rakenteeltaan, edullinen kustannuksiltaan, ja siinä on suurempi mahdollisuus koon p ienentämiseen.

Keksinnön eri piirteitä ja etuja havaitaan helposti seuraavasta sen toteutusten kuvauksesta yhdessä liitteinä olevien piirrosten kanssa.

PIIRROSTEN LYHYT K Lit' ADC

Kuva 1 on kaavio, joka esittää keksinnön toteutuksena olevan absorptiotyyppisen lämpöpumpun yhtä muotoa; ja

Kuva 2 on lohkokaavio, joka esittää keksinnön mukaisen absorptiotyyppisen lämpöpumpun toista toteutusta.

TOTEUTUSTEN KUVAUS

Kuvassa 1, joka esittää matalassa lämpötilassa toimivaa absorptiotyyppistä lämpöpumppua, on viitenumerolla 1 merkitty haihdutinta, joka sisältää äkkihöyrystyselimen 2. Akkihöyrys-tyselimeen 2 syötetään esimerkiksi lämpötilan 40°C omaavaa vettä 4 jäähdytysaineena paineena 1 ennusven11ii1 in 3 kautta, jolloin osa vedestä 4 höyrystyy, kun se jättää äkkihaihdutin- elimen 2. Se osa vedestä 4, joka säilyy höyrystymättömänä ja jonka lämpötila laskee esimerkiksi arvoon 28°C, poistetaan ulkopuolelle pumpun 5 avulla (haamuviivalla esitetty osa jäte-uin tään huomiotta). Haihduttimella 1 muodostetun vesihöyryn 6 lämpötila on esimerkiksi 28°Π, ja naine haihduttimen 1 sisäl-: lä on esimerkiksi noin 28 mmHy.

Imeyttimessä 7 haihduttimet ta 1 tuleva vesihöyry 6 absorboidaan absorbointiaineeseen, joka koostuu 1itiumbromidi-; liuoksesta, ja lämmönsiirtonesteen 8 sisääntulovirtaus, jolla on sisääntulolampötila esimerkiksi 58°C, lämmitetään arvoon esimerkiksi 62 C lämpöabsorptiolla, joka muodostuu absorption aikana. Paine imeyttimen 7 sisällä on noin 28 mml! f*. Laimen-nettu absorboimisaine 9, joka syntyy vesihöyryn 6 absorptios-- ta, Dumpataan ulos imevttimestä 7 lämpötilassa esimerkiksi 65 5 83909 °C pumpulla 10, ja viedään .sitten lämmönvaihtimen 11 läpi, jolloin laimennettu absorboimisaine 9 kuumennetaan lämpötilaan 100°C, esimerkiksi, ja syötetään seuraavaksi rep,eneraattori in 12. Tällainen absorbointiaineen c> esilämmittäminen ennen sen menoa reReneraattoriin 12 on tarkoitettu vähentämään re^ene-raattorin 12 1 ämoö s i sään tul o vaa t ir.uks ia.

Reneneraattorissa 12 on kuumennnsneste 13, joka kulkee sen läpi ja jonka lämpö toimii hövrystäen absorboituneen vesi-sisällön laimennetusta absorboirnisaineesta 9. Heleneraatio-nrosessista tuloksena oleva väkevöitynyt absorboimisaine 14 noistetaan reyeneraattorista 12 ulosnaästölämpötilassa 115°C, esimerkiksi, pumpun l1' avulla, ,in sen lämpötila alenee arvoon 80°C, esimerkiksi, kun se kulkee edellämainitun lämmönvaihtimen 11 kautta, jolloin absorboimisaine 14 palautetaan seuraavaksi imeyttimeen 7, jossa se kävtetään uudelleen absorotio-orosessissa. Paine reyeneraattorin 12 sisällä on 220 mmHy ja siellä muodostetun vesihöyryn 16 lämpötila on 115°C. Kuumen-nusnesteen 13 sisääntulo- ja ulosmenolämoötilat ovat esimer-kiksi 125°C ja 120°C, tässä järjestyksessä.

Lämpötilan 116°C omaava vesihöyry 16 reqeneraattorilta 12 toimii lämmittäen edelleen arvoon 66°C lämmönsiirtonesteen 8, joka on jo kuumennettu, arvoon 62°C viemällä se imeyttimen 7 läpi, jolloin höyry 16 itse tiivistyy vedeksi lämpötilaan 6R°C. Paine lauhduttimen 17 sisällä on myös noin 220 mmHy.

- · Kondensaatti 18 syötetään 1 ämmäni äh teenä haihduttimeen 1 pum- .... min 19 avulla. Lämmönkuljetusneste 8 syötetään sen jälkeen, ' kun se on kulkenut lauhduttirnen 17 läpi, ei-kuvattuun ulkoi- ; : seen käyttöjärjestelmään, kuten alue- tai keskuslämmitysjär jestelmään, joka on tyypiltään suora 1ämmönvaihdin.

Muunnelmana ylläolevasta järjestelystä voidaan haihdut-timeen 1 kerätty vesi viedä suljetun reitin kautta pumpulla 5 takaisin haihduttimeen 1 uutta äkkihöyrystämistä vasten pakokaasu jäähdyttimen 20 kautta, joka on kuvattu haamuviivoilla. Tämän muunnelman mukaisesti, koska on muodostettu täysin sul-jettu piiri jäähdvtysaineen (veden) virtaukselle, on mahdol-lista estää ei-tiivistyvien kaasujen, kuten ilman, joka ai- 6 83909 heuttaisi tyh j iövuoto.ia ja tehon pienenemisen, nääsy jäähdytysjärjestelmään. On syytä huomata, että 1itiumbromidin vesi-liuos (absorboimisaine) tulee syövyttäväksi, kun ilmaa on läsnä, ja myös tämän syyn takia täytvv ilman pääsy estää.

Kuvan 1 toteutuksen kanssa samalla tavalla sisältää kuvassa 2 esitetty korkeassa lämpötilassa toimiva absorotio-tyyoninen lämpöpumppu haihdutt imen 21, imeyt timer* 27, lämmönvaihtimen 3l, re^eneraattorin 7? ia lauhduttimen 37.

Haihdutin 21 sisältää äkkihövrystyselimen 22, jota syötetään korkean lämpötilan 35°C omaavalla vedellä 24, esimerkiksi, paineenalennusventti.il in 93 kautta, jolloin osan vedestä 24 sallitaan höyrystyä, kun se poistuu äkkihövrystys-laitteelta 22. Se osa vedestä k, joka säilyy höyrystymättö-mänä ja jonka lämpötila pudotetaan arvoon °.0°C, esimerkiksi, viedään ulos pumpun 33 avulla (haamnv Iivoilla esitettyä osaa ei tarvitse tarkastella). Haihduttimessa 26 muodostetun vesihöyryn 26 lämpötila on 26 ja paino haihduttimen 21 sisällä on 360 mmHp;.

Imeyttimessä 27 vesihöyry 26 haihduttimelta 21 absorboidaan absorboinisaineeseen, joka koostuu 1itiumbromidin vesiliuoksesta, ja sisääntulevä lämnönsiirtonesteen 73 virta, jonka s i s ään tul o 1 ännö t i 1 a on esimerkiksi 00°C , kuumennetaan . arvoon 125°C lämpöabsorntiolla, joka tapahtuu tällaisen ab- ·- sorption aikana. naine imevttimen ?7 sisällä on noin 360 mmHy. Lämmönsiirtoneste' 28 syötetään seuraavaksi ulkoiseen käyttöjärjestelmään (ei kuvassa) käytettäväksi siellä. Laimentunut absorboimisaine 29, joko on seurauksena vesihöyryn absorptiosta, poistetaan imevttimestä 27 uiostulolänoötilassa 130°C, esimerkiksi, pumpun 30 avulla, ja se viedään sitten lämmönvaihtimen 31 läpi, missä sen lämpötila lasketaan esimerkiksi n arvoon 85°C, ja seuraavaksi absorboimisaine 29 syötetään reye-neraattorille 32.·

Kuumennusvesi 33, .jonka si sääntulol ämpötila on esimeΓΗ)' kiksi 90°C, viedään re.neneraattorin 32 läpi siten, että lai-y mennetun absorboimisaineen 29 absorboitunut vesisisältö höv-• rystvy kuumennusveden 33 lämmön avulla. Väkevöitv absorboi- misaine 34, joka seurauksena re^eneraationrosessista, poistuu l! 7 83909 repreneraattorista 32 esimerkiksi ulostulolämpötilassa 80°C, ja se viedään sitten edellämainitun lämmönvaihtimen 31 läDi, jolloin sen lämpötila nousee esimerkiksi arvoon 125°C siten, että se pääsee absorboimisaineen 27 toimintalämpötilaan, jolloin absorboimisaine 24 seuraavaksi palautetaan imeyttimeen 27, jossa se käytetään uudelleen absorptionrosessiin. Paine rep.eneraattorin 32 sisällä on 3 2 mmHr. ja siellä syntyneen vesihöyryn 36 lämpötila on 80°C. Kuumennusvesi 33, jopa poistut-tuaan re^eneraattorista 33, pysyy yhä korkeassa lämpötilassa, esimerkiksi B5°C. Sinänsä vesi 30, jos se on riittävän puhdasta, syötetään jäähdytysaineena (korkean lämpötilan vesi) 24 haihduttimelle 21 äkkihöyrystystä varten. Jos se ei ole puhtaudeltaan riittävää, vesi 33 voidaan siirtää haihduttimeen 21 lämmönlahteena auttamaan äkkihöyrystystä.

Lauhduttimeen 37 esimerkiksi lämpötilan 24°C omaava vesi 39 syötetään suihkuttamalla suihkntuselimen 38 kautta, ja regeneraattorilta 36 tuleva vesihöyry 38 tiivistyy tehokkaasti joutuessaan suoraan kosketukseen suihkutetun veden 39 kanssa. Esimerkiksi lämpötilassa 30°C oleva tiivistynyt vesi 40, joka on kerätty, poistetaan ulkopuolelle pumpun 41 avulla (jättäkää huomioimatta haamuviivat).

Kuvan 2 toteutuksen muunnelmassa lauhduttimeen 37 kern : rätty tiivistynyt vesi 40 voidaan viedä suljettua reittiä pitkin pumpun 41 avulla epäsuoran jäähdyttimen läpi, kuten : ' ilmajäähdytetyn lämmönvaihtimen 42 läni, joka on varustettu puhaltimella 43, ja palauttaa lauhduttimeen 37 tiivistvspro-sessia vasten, kuten haamuviivoilla on esitetty. Lisäksi voidaan tiivistynyt vesi 40 vaihtoehtoisesti siirtää pumpulla 41 imeyttimen 27 läpi länmönsiirtonesteenä 28 ja ei-kuvatun alue- tai keskuslämmitysjärjestelmän läpi, ja syöttää sitten takaisin lauhduttimeen 37 tiivistysvedeksi 39.

On ymmärrettävä, että ylläkuvattujen kahden toteutuk-sen yhteydessä mainitut eri lämpötilat on esitetty vain ku-: vaamistarkoituksessa, eikä niitä pidä pitää keksinnön rajoi- 7 . tuksena, ja että keksinnön suojaoiiri on määritelty yksinomaan liitteinä olevissa patenttivaatimuksissa.

Claims (3)

8 83909

1. Absorptiotyyppinen lämpöpumppu, joka koostuu haihdutinyksiköstä (1) siihen syötetyn jäähdytinaineen haihduttamiseksi, imeytinyksiköstä (7), jossa haihdutinyksiköstä (1) vastaanotettu jäähdytyshöyry absorboidaan nestemäiseen absorboimisaineeseen, jolloin muodostetaan lämpöä läm-mönkuljetusnesteen kuumentamiseksi, regeneraattoriyksikös-tä (12) sen laimennetun absorboimisaineen väkevöimiseksi, joka on vastaanotettu imeytinyksiköstä (7) kuumentamalla tätä lämmitysnesteellä sen jäähdytysainesisällön höyrystämiseksi siten, että absorboimisaine käytetään uudelleen imeytinyk-sikössä (7), ja lauhdutinyksiköstä (17) sinne regenerointi-yksiköstä (12) vastaanotetun jäähdytyshöyryn tiivistämiseksi, jolloin lauhdutinyksiköstä (17) haihdutinyksikköön (1) kerätty nestemäinen jäähdytysaine on johdettu suljettua johtoa pitkin haihdutusyksikköön (1) uudelleen haihduttamista varten, tunnettu siitä, että a) jäähdytysaine , joka syötetään haihdutinyksikköön (1) on äkkihöyrystetty b) suljetussa johdossa on jätekaasujäähdy tin (20) jäähdytysaineen kuumentamiseksi.

2. Absorptiotyyppinen lämpöpumppu, joka koostuu haihdutinyksiköstä (21) siihen syötetyn jäähdytysaineen haihduttamiseksi, imeytinyksiköstä (27), jossa haihdutin-yk-eiköstä (21) vastaanotettu jäähdy tyshöyry absorboidaan nestemäiseen absorboimisaineeseen, jolloin muodostetaan lämpö lämmönkuljetusnesteen kuumentamiseksi, regeneraatto-riyksiköstä ("32) sen laimennetun absorboimisaineen väkevöimiseksi, joka on vastaanotettu imeytinyksiköstä (27) kuumentamalla tätä lämmitysnesteellä sen jäähdytysainesisällön höyrystämiseksi siten, että absorboimisaine käy 9 83909 tetään uudelleen imeytinyksikössä (27), ja lauhdutinyk-siköstä (37) sinne regenerointiyksiköstä (32) vastaanotetun jäähdytyshöyryn tiivistämiseksi, tunnettu s i i t ä, että a) jäähdytysaine , joka syötetään haihdutinyksikköön (21) on äkkihöyrystetty, ja b) lauhdutinyksikössä (37) oleva lauhdutettu nestemäinen jäähdytysaine poistetaan sieltä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen lämpöpumppu, tunnettu siitä, että lämmitysneste lähdettyään regenerointiyksiköstä (32), on äkkihöyrystetty jäähdytysaineena haihdutinyksikössä (21). 10 83909 Patentkrav/