HU186726B - Hybrid heat pump - Google Patents

Description

A találmány tárgya hibrid kompressziós-abszorpciós eljárás és berendezés hőszivattyúk vagy hűtőgépek üzemeltetésére.

A találmány szerinti eljárás során egy oldószer és egy abban oldódó hűtőfolyadék keverékből álló munkaközeg alkalmazásával egy első hőcserefolyamat keretében a hűtó'folyadékot hőelvonás kíséretében az oldószerben oldjuk és az első hőcserefolyamatból elvezetett hűtőfolyadék és oldószer elegyéből álló, folyadékfázisú munkaközegbe annak expanziója után egy második hőcserefolyamat keretében hőbevitelt végzünk, mi által az oldószerben oldott hűtőfolyadékot legalább részben gőzfázisban kiűzzük, majd egy sűrítési folyamatban a munkaközeg második hőcserefolyamatából elvont gőz fázisát komprimáltuk, miközben a hűtőfolyadék koncentrációját a munkaközeg folyadékfázisában, a munkaközegnek az első és második hőcserefolyamat során megtett útja alatt folyamatosan változtatjuk.

A találmány tárgyát képezi továbbá a hibrid hűtőgép vagy hőszivattyú, amely az eljárás megvalósítására alkalmas.

Az energiaválság következtében a hőszivattyúk felhasználási lehetőségeit és hatékonyságuk növelését világszerte fokozott intenzitással vizsgáljuk. A hőszivattyú mint ismeretes, tulajdonképpen egy fordítva működtetett hűtőgép, mely a környezet hőenergiáját egy zárt térnek adja át.

A jelenleg ismert kompressziós hőszivattyúkat a legtöbb esetben a hűtőtechnikában alkalmazott hűtőközegekkel működtetik. A kutatások és fejlesztések célja mindenütt a hűtőtechnikában mát bevált módszerek finomítására, ill. módszereknek hőszivattyú útján való alkalmazása. Ezektől a fejlesztési irányzatoktól azonban véleményűnk szerint lényeges áttörés nem várható.

Léteznek olyan hűtési feladatok, ahol egy változó hőmérsékletű (lehűlő) közeget hűteni kell, és az elvont energiát egy szintén változó hőmérsékletű közegnek (pl. .hűtővíznek) kell átadni. Ilyen esetekben a hagyományos kompressziós hűtőgépeknek nagy hátrányuk, hogy a hűtőgép elpárologtatási és kondenzációs hőmérsékletével, ahőelvonási oldalon ahűtendő közeg legalacsonyabb hőmérséklete alá, a hőleadási oldalon pedig a hőelvonó közeg legmagasabb hőmérséklete fölé kell menni, és hogy — ami ezzel szoros összefüggésben van - a hőcserélő edények nyomásait is szükségtelenül nagy eltéréssel kell meghatározni. Így a kompresszor üzemét alapvetően méghatározó nyomásviszonyok értéke meglehetősen előnytelen lesz. Ugyanez a probléma a hőszivattyúk esetén is fellép.

Ismeretes olyan kompressziós eljárás (DE-B-I 24 1 468), amely két különböző forráspontú hűtőfolyadék keverékével működik és ahol a sűrített hütőközeggőzkeverékből a magasabb forráspontú komponens parciális kondenzáció keretében kondenzálódik, majd a gőzfázisú komponenstől elválik, míg az alacsonyabb forráspontú komponens kondenzálása céljából expandál és elpárolog. Ugyanakkor a kondenzálódott alacsonyabb forráspontú alkotó expandál és elpárolog, míg az expandált magasabb forráspontú komponens elpárolgása előtt az előbbivel keveredik. Ezután a gőzfázisú, magasabb forrásponíú komponens és az ezzel kevert, gőzfázisú, alacsonyabb forráspontú komponens együttesen újra komprimálódik.

Ezen ismert megoldáson túlmenően már az abszorpciós és kompressziós eljárások egymással való kombiná2 cióji is ismert. Egy ilyen ismert eljárásnál (DE-A2 538 730) hűtőfolyadékként olyan halogénezett szénhidiogént használnak, amely az eljárás üzemi tartományában kondenzálódni képes. Oldószerként pl. olyan olajat, alkalmaznak, amellyel ezek jól tűrik egymást. Az eljárás úgy megy végbe, hogy az abszorpciós folyamat közben a hűtőfolyadéknak csak egy része, pl. fele vagy még kevesebb része oldódik az oldószerben.

Λ hűtőközeg maradék része az abszorberből (elárasztót:, álló kivitelű csőköteges hőcserélő, felső, közös beöm'őnyQással a gőzfázisú hűtőfolyadék és a folyékony oldószer számára) való kilépés után a hűtőfolyadékban a dús oldattól elválik, majd egy kiűzőben (álló, csöves hőt serélő, alul elhelyezett beömléssel az abszorberben hűtőfolyadékkal feldúsult, és azután expandált az oldat szá nára) a sűrű oldattal kicserélő hőjét és részben oly módon konpenzálódik, hogy a felszabaduló kondenzációs hő hatására a hűtőfolyadék az oldatból kiűződik.

A kiűzött folyadékot és a folyékony oldószert a kiűző fölső kiömlőcsonkon keresztül egy kompresszor szivja be amely a hűtőfolyadék azon részét isbeszivja, mely a kiűzőben az oldószer által abszorbeált hűtőfolyadékrész kiűzésére szolgált, és a teljes kondenzáció után elpá olgott.

Ennél az ismert eljárásnál tehát a hűtőfolyadék gőzét komprimáló kompresszor a munkaközeg kiűzőn való kecsztülszívását; és a folyadék oldószernek az abszorber nagy nyomású oldalára való szivattyúzását is elvégzi úgy, hogy ezáltal egy külön oldószer-szivattyút meg lehet takarítani. Miután oldószerként olajat alkalmaznak, ez a kompresszoron (pl. csavarkompresszoron) való átvezetés közben egyben annak kenésére felhasználható. Mivel ez az eljárás hűtőfolyadék-felesleggel üzemel, a kompressziós munka hátrányosan igen nagy.

Egy másik ismert hibrid kompressziós-abszorpciós eljárásnál (DE-A-2 617 351) a korábban említett módon m mkaközegként pl. ammónia s víz keverékét használják.

A második hőcserefolyamat eredményeként a folyékony oldószerből kiűzött hűtőfolyadék az oldószertől elülik, a leválasztott hűtőfolyadékból álló gőzfázis komprimálás után kerül vissza az első hőcserefoiyamitba, miközben a visszamaradó, hűtőfolyadékban szrgény oldatból álló folyadékfázis egy szivattyú útján egy belső hőcserélőn keresztül — amelyben a folyadékfázist a második hőcserefolyamatból leválasztott, abszorbt ált hűtőfolyadékban gazdag expanzió előtt álló oldat elenáramban fölmelegíti - az első hőcserefolyamatba kerül vissza, ahol újra összekerül a hűtőfolyadék komprimált gőzével.

Ez az ismert eljárás azt mutatja, hogy a hatásfokot a; által lehet lényegesen növelni, ha mind az első hőcserélő folyamatban, a komprimált hűtőfolyadék oldószerben való abszorpciója céljából, mind a második hőcíerefolyamatban, a hűtőfolyadéknak az oldószerből való kiűzése céljából, az oldószert a hőcserefolyamatban a hőbevivő ill. hőelvonó külső hőhordozó közeghez képest ellenáramban áramoltatják.

Az ellenáram elvének kihasználásával ugyanis elérhető, hogy a hőhordozóközeg hőmérséklete a hőcserélő felülete mentén folyamatosan változzon. Ezt követi az oldat hőmérsékletének változása a hőcserélő felülete n ásik oldalán oly módon, hogy az oldószerből és az abszorbeált hűtőfolyadékból álló oldat koncentráció] án rk és hőmérsékletének egyensúlyi állapota mind a kiűzési, mind az abszorpciós folyamat elejétől végéig folya1

186 726 matosan változik. A fenti ismert eljárás esetében azonban ezen cél elérését az akadályozza, hogy az abszorber és a kiűző teljes folyadéktér fölött a hűtőfolyadék számára egy megfelelő gőztér van kiképezve, miáltal az abszorber és a kiűző mentén a különböző hőmérséklet - és koncentráció állapotokkal rendelkező folyadékfázisnak a teljes gőzfázissal szemben kell az egyensúlyt olyan körülmények között helyreállítania, hogy a gőzfázis állapot meghatározó paraméterei az egész folyadékfázis fölött gyakorlatilag konstansak,

Egy másik ismert kombinált kompressziós-abszorpciós eljárásnál (DE-0-84 084) a kiűzőből elvont munkaközeg gőzfázisának és folyadékfázisának szétválasztása után a gőzfázist szintén komprimálják, és a folyadékfázissal - miután az utóbbit egy belső ellenáramú hőcserélőben az abszorberből elvont, hűtőfolyadékban gazdag oldat lehűlése folytán felmelegítik - az abszorberbe való belépése előtt a gőzfázissal újra egyesítik. A kiűzőben, amely elgőzölögtetőnek is felfogható, a munkaközeg egy csőkígyón áramlik keresztül, és egy hűtendő térből hőt von el. Az ilyen típusú elgőzölögtetőket - amelyeknél a csőkígyó vezetése által a munkaközeg kényszerpályán áramlik, - száraz elgőzölögtetőkkeí, amelyeknél a hőcserélő munkaközeg által nedvesített felülete fokozott arányú. (Minthogy ennél az ismert eljárásnál a kiűző hűtendő oldalán a hőmérséklet a csőkígyó teljes hossza mentén gyakorlatilag állandó, a kiűző be- és kilépése között nem érhető el olyan, az előzőekben leírt ismert eljárásnak (DE-A-2 617 351) megfelelő, érzékelhető, folyamatos hőmérséklet emelkedés mi által a hűtőfolyadék oldatbeli koncentráció csökkenése megvalósítható volt, amely ott (DE-A-2 617 351) az ellenáram elvének kihasználásával ment végbe.

A technika állásához tartozó megoldásként hivatkozunk a 282 345 sz. szovjet szabadalmi iratra. Ennek a megoldásnak a lényege az, hogy csak a gőzfázist komprimálják, míg a folyadékfázist két lépcsőben emelik magasabb nyomásszintre. Ennek a megoldásnak az előnye az, hogy a hőcserélőből kettős közeg van jelen, de mindkét hőcserélő az ábrából láthatóan nagy folyadék teiű, miért is ezekben a változó hőfok-lefutás nem valósítható meg. Minthogy a gőz és a folyadékfázisokat külön-külön kell magasabb nyomásszintre emelni, ezért a nedves kompresszió előnyei ennél a megoldásnál nem jelentkeznek.

Egy további ismert megoldás a brit 1 392 423 sz. szabadalmi iratból ismerhető meg. Ez a megoldás egy kompresszoros és egy abszorpciós gép olyan kombinációja, amelynek célja a rendelkezésre álló hőnek nagyobb hatékonysággal való hűtöhatása. A berendezés igen bonyolult külön áramköröket tartalmaz, egyrészt a kompresszoros részben az abszorpciós eljáráshoz, valamint a hűtőhatás egyesítéséhez. A szerkezet igen bonyolult. Egy kompresszort és egy szivattyút is használ a közegek mozgatására, ami többlet energiát igényel. Hőszivattyú céljából történő alkalmazás tekintetében ez a megoldás azért hátrányos, mert az elpárologtatóban és a kondenzátorban változó hőfoklefutás nem tud kialakulni, minthogy ott csak tiszta hűtőközeg kering.

Ugyancsak a technika állásához tartozó további ismert megoldásként említjük meg az osztrák 322 585 sz. szabadalmi iratot. Ennek lényege azonos a fentiekben említett brit 1 392 423 sz. szabadalom szerinti megoldással, azzal a kiegészítéssel, hogy a két kör egymástól független közeget áramoltat. Az egyik rendszer hűtését használja fel a másik zárt rendszer közegének hűtésére.

Ennek a megoldásnak hőszivattyúként való alkalmazása a fent említett brit 1 392 423 sz. szabadalom szerinti megoldás hátrányaival azonos.

Piscilnger: Technische Thermodinamik Springer Verlag, Wien, i88-189. oldalakon látható publikáció azt a célkitűzést vázolja, hogy a kompresszort feleslegesen folyadék közeggel ne kelljen terhelni. A publikáció r ém ad kitanítást arra, hogy gőz és folyadékfázist egyidejűleg komprimálnának.

Az Ismert eljárásoknál hátrányként említhető, hogy a hűtőfo yadék gőzének tűlhevítettségi foka kompresszorban migas, minek folytán a nyomásviszonyok nagyon korlátozottak voltak.

A t űálmányunk lehetővé teszi egy, a leírásunk bevezető -észében említett hibrid kompressziós-abszorpciós eljárás, valamint egy, az eljárás megvalósítására alkalmas höszivrttyú vagy hűtőgép olyan kialakítását, amely az ismert eljárások felsorolt hátrányainak kiküszöbölésével energetikailag lényegesen magasabb és gazdaságosabb hatásfek elérését biztosítja.

Találmányunk szerint ezt úgy értük el, hogy az eljárás során a második hőcserefolyamatban lejátszódó hőbevitel útján az oldószert is részben elpárologtatjuk, és hogy a munkaközegnek a második, de kiváltképp az első hőcsere folyamaton keresztülvezető útja mentén a hütőfolyadik koncentrációját a munkaközeg gőzfázisában is a folyadékfázisbeli koncentrációval együtt és egyidejűleg folyamatosan változtatjuk, és hogy a munkaközegnek a második hőcserefolyamatból elvont gőzfázisát és folyadékfáz sát együttesen és egyidejűleg vetjük alá a kompresszió; folyamatnak.

A találmány szerinti eljárás megvalósítására olyan munkaközeg - körfolyamattal rendelkező hibrid hűtőgépet vagy hőszivattyút alkalmazunk, amely egy abszorbert, egy expanziós szelepen keresztül az abszorber mögé kapcsolt kiűzőt és egy emögé kapcsolt mechanikus kompresszort tartalmaz. Az abszorber és a kiűző olyan hőcserélőcént vannak kiképezve, ahol szerkezeti felépítésük szerint a belépési és kilépési pontok között a munkaközeg gőz és folyadékfázisa közös. A munkaközeg vezetőelemek által képzett kényszerpályán oly módon áramlik, hogy egyrészt az abszorber és az expanziós szelep, másrészt a kiűző és a kompresszor közé egy belső, ellenáramú hőcserélő van kapcsolva, és hogy a kiűző kilépése a belső hőcserélőn keresztül vezetékleágazás nélkül csatlakozik a kompresszorhoz.

A találmány szerint - munkaközegként egy hűtőfolyadékból és oldószerből álló keveréket egy mechanikus kompresszorral keringetjük. Legalább egyik, a környezettel való hőcserét lehetővé tevő hőcserélője olyan, célszerűen csövekből vagy lemezekből álló, úgyneveze t „száraz” konstrukció, amelyben a hőcserélőfelület mentén a kezdő- és végállapot között a folyamatosén változó koncentrációs viszonyok, ill. az ezekhez egyértdműen hozzárendelt hőmérséklet viszonyok folyamatos változása a munkaközegnek mind a folyadékfázisban, mind a gőzfázlsban biztosítva van.

Mivel a munkaközeg folyadékfázisa és részben az oldószer gőzét is magában foglaló gőzfázis a kompresszor munkaterében egyidejűleg és együttesen vannak jelen, a kompresszió folyamata közben a gőz- és folyadékfázis keveredése, valamint a gőznek oldatba való átmenete a nyorrásemelkedéssel párhuzamosan zajlik, így a kompresszió.-. folyamat közben az oldatok termodinamikájának tö: vényszerűségei szabadon érvényesülhetnek.

186 726

A találmány szerinti eljárás és az eljárás megvalósítására szolgáló berendezés igen nagy előnye, hogy a hőszivattyú Felhasználási területét nagyon széles körben terjesztettük ki, mert a mélyhűtési feladatoktól a fűtési feladatokig mindenütt energetikailag előnyösebb üzemeltetést biztosítunk, mint az eddigi hasonló célra alkalmazott berendezések.

A találmány tárgyát képező beiendezés további előnye az, hogy az alkalmazott oldat koncentráció viszonyaitól függően a megoldandó feladathoz nagyon rugalmasan illeszthető, mi által igen optimális üzemi jellemzőket tudunk elérni.

A találmány szerinti eljárást, valamint az eljárás megvalósítására szolgáló berendezést rajz alapján ismertetjük részletesen. A rajz a találmány tárgyát képező hibridhűtőgép, ill. hőszivattyú lehetséges kapcsolási vázlatait ábrázolják. A rajzon az

1. ábra egy önmagában ismert hőszivattyú alapkapcsolását ábrázolja vázlatosan, a

2. ábra a találmány tárgyát képező hibrid-hőszivattyú alapkapcsolását szemlélteti vázlatosan, a

3. ábra a találmány szerinti hibrid-hőszivattyú egy további lehetséges kiviteli alakját szemlélteti, a

4. ábra a találmány szerinti hibrid-hőszivattyú egy további kiviteli változatát szemlélteti vázlatosan.

Egy önmagában ismert hőszivattyú alapkapcsolását az 1. ábra szemlélteti. A 4 kigázosítóban játszódik le a hőelvonás változó hőfoklefutás mellett. A hűtendő közegből elvont hő az oldat hűtőközeg komponensének jelentős részét gőzfázisba viszi át, kiűzve ezzel az oldatból, fedezve az ehhez szükséges oldás és párolgáshőt.

A 4 kigázosítóban k'ét fázisú áramlás jön létre a 2 belső hőcserélő felülete mentén a gőzfázis aránya egyre nő. Ezzel együtt, az oldatok törvényszerűségeinek megfelelően az áramló rendszer hőmérséklete növekedik.

A 4 kigázosító hűtési igényének megfelelő alacsony nyomását a 3 nyomáscsökkentő szelepen vagy szerelvényen való átáramlás biztosítja.

A 4 kigázosítóból kilépő kétfázisú keverék az 5 fázisbontóba kerül, ahol a folyadék és a gőzfázis szétválasztásra kerül.

A folyadék a 6 folyadékszivattyú segítségével a 2 belső hőcserélőn keresztül az 1 oldóba kerül ismét kapcsolatba a gőzfázissal. A gőzfázis a 7 rektifikátoron keresztül a 8 kompresszorba jut, amely azt az oldó magasabb nyomására sűríti össze.

Az 1 oldóban történik a gőzfázis és a szegényoldat keverése a hűtőközeg oldódása az oldószerben, a párolgáshő és az oldáshő elvonása változó hőfok paraméterek mellett. A 4 kigázosítók esetében már elmondott konstrukciós elveket alkalmazva, a változó hőfokmezök egyértelműen a 2 belső hőcserélő felületéhez rendelhető, tehát a leadott hő valóban változó hőfokparaméterek mellett hasznosítható.

A 2 hőcserélő a gép termikus hatásfokának fokozására szolgál.

A 2. ábra találmány tárgyát képező hibrid hőszivattyú alaptípusát ábrázolja. Amint a 2. ábrából látható, a berendezés, amelyben egy oldószerből és egy benne oldódó hűtőfolyadékból álló munkaközeg kering, hőcserélőként egy 1 abszorbert és egy 4 kiűzőt tartalmaz. Az I abszorber és a 4 kiűző közé egy 2 belső hőcserélő hőmérsékiet4 váltó, és egy 3 nyomáscsökkentő expanziós szelep (célszerűen fojtószelep) van beépítve. A 4 kiűző mögött egy 2 belső hőcserélő található, amelyben a 4 kiűzőből távozó munkaközeg az 1 abszorberből kilépő oldattal ellcnáramban mozog, és amelyből a munkaközeg útja egy mechanikus 8 kompresszorhoz vezet, amelynek kimeneté az 1 abszorberrel van összekötve.

A berendezés működési módja a következő:

Az 1 abszorberből kilépő oldat keresztül áramlik a 2 belső hőcserélő egyik oldalán és a 3 nyomáscsökkentő expanziós szelepen. A 3 nyomáscsökkentő expanziós szelepen keresztül kis nyomású oldat jut a 4 kiűzőbe, amely a hűtendő közegből hőt von el.

A hűtendő közegből elvont q_s hőmennyiség hatására hűtőfolyadék és oldószer megy át a munkaközeg gőzfázisába. tehát ez a hőmennyiség kiűzi az oldatból a bűtőfolyadékot, és elpárologtatja az oldószer egy részét azáltal, hogy az ehhez szükséges párolgáshőt biztosítja.

Így a 4 kiűzőben kétfázisú áramlás lép fel, ahol is a 4 kiűző úgynevezett „száraz” konstrukciójú kialakítása m’att - amelyet a hőcserélő belépése és kilépése között a munkaközeget meghatározott pályára kényszerítő teelőelemek, úgymint lemezek vagy csövek jellemeznek - a gőzfázis részaránya a hőcserélőfelület mentén folyamatosan és definiáltán nő. Ennek függvényében az áramló rendszer hőmérséklete az oldatok törvényszerűségeinek megfelelően, emelkedik.

A 4 kiűzőből kilépő kétfázisú keverék a 2 belső hőcserélő másik oldalán keresztül a 8 kompresszorba jut, amely a kétfázisú munkaközeget q_k mechanikai munka befektetésével az 1 abszorber magasabb nyomásszintjére komprimálja.

A nagynyomású folyadék-gőz keverék a kompresszorból 8 újra az 1 abszorberbe áramlik vissza, ahol a gőzfázis párolgáshője és a hűtőfolyadék oldódási hője tehát a q₀ hőmennyiség változó hőmérsékletlefutás mellett elvonásra illetve fűtési célokra felhasználásra kerül.

A 4 kiűzőnél alkalmazott konstrukciós elveknek az 1 abszorberben való alkalmazása esetén az 1 abszorber felülete mentéhez is egyértelműen hozzárendelhető egy definiáltán változó hőmérséklettartomány, tehát a leadott hő valóban változó hőmérsékleti paraméterek szerint hasznosítható.

A 2 belső hőcserélő alkalmazása a berendezés termikus hatásfokát javítja.

Ezért a találmány tárgyát képező berendezéseknél a 4 kiűzőből kilépő kétfázisú munkaközeg fázisai nem kerülnek szétválasztásra, hanem — a 2 belső hőcserélőn történő áthaladásuk után - együtt és egyidejűleg jutnak a 8 kompresszor munkaterébe, ahol a kompresszió mellett az oldatok termodinamikája által meghatározott f zikai folyamatok is lejátszódnak.

A találmány szerinti megoldás esetében a folyadékfázis a gőzfázis mellett két, egymástól eltérő formában is jelen lehet. Egyrészt oldási folyamat eredményeként : folyadékfázis sajátos, folyékony formájában fordulhat elő. Másrészt viszont a gőzben lévő aerosol formájában is jelen lehet. Ehhez a második változathoz természete<en egy alkalmas szivattyú és egy porlasztó is szükséges.

Ennek a „nedves” kompressziónak egyik, nagyon jelentős előnye, hogy a kompresszió folyamata alatt a munkaközeg gőzfázisának és folyadékfázísának keveredése, és a gőz oldatba való átmenete a nyomásemelkedés,el párhuzamosan játszódnak le, miközben a gőzfázis is a folyadékfázis áz idő és a reakció sebességek függvé1

186 726 nyében - az oldatok termodinamikája törvényszerűségeinek megfelelően - egyensúlyba igyekeznek kerülni. Az ezekhez az egyensúlyi állapotokhoz tartozó hőmérsékletek azonban mindig lényegesen alacsonyabbak, mint az egy adott nyomáshoz tartozó hőmérsékletek, adiabatikus kompresszió esetén.

A gőzfázis szempontjából ez a helyzet úgy értékelhető, mintha a kompresszióval párhuzamosan egy egyenletes és folyamatos visszahűlési folyamat Is lejátszódna. Ezen jelenség energetikai jelentőségét a szakember jól ismeri. Egy, a sűrítési munkát csökkentő további hatás azáltal jelentkezik, hogy az oldatba való átmenet miatt gőzfázis tömegaránya is csökken, és ezáltal kevesebb gőzt kell komprimálni.

A leírt jelenségeken túl a sűrítési folyamat véghőmérséklete is csökken, amely a kompresszor konstrukciós jellemzői, valamint az alkalmazható szerkezeti anyagok szempontjából is döntő jelentőségű. Az egyfokozatú kompresszió nyomásviszonya jelentősen növelhető, ami által az elérendő cél egyszerűbb és olcsóbb eszközökkel realizálható.

Az említett tulajdonságok által ezzel a változattal jelentős előnyök érhetők el.

A találmány szerinti hőszivattyú egy további lehetséges kiviteli alakját a 3. ábrán szemléltetjük. Ez a kiviteli alak azokban az esetekben alkalmazható előnyösen, amikor a környezetben való hőcserében előnyösebben alkalmazható egy állandó, vagy közel állandó hőfokú hőcseréjű edény akár az alacsony, akár a magas nyomású oldalon, vagy akár mindkét nyomásnál egyszerre. Az utóbbi eset - amely ábrán is látható - tulajdonképpen a hagyományos hűtőgép továbbfejlesztésének is tekinthető. Ezen kiviteli alak szerinti berendezés tehát egyesíti az állandó hőfok lefutású hőcserélő edényzet és a nedves kompresszióban megtestesülő, az oldatok termodinamikája nyújtotta előnyöket.

A 8 kompresszorból kilépő nagy nyomású kétfázisú munkaközeg a 16 fázlsbontóba kerül, ahol a folyadék és a gőz elválik egymástól. A gőz ezután egy önmagában ismert 9 kondenzátorba kerül, ahol párolgáshőjét leadja. A 9 kondenzátorból az 1 utóhűtőn a 14 nyomáscsökkentőn keresztül, a 15 elpárologtatóba jut, ahol megkezdődik a környezetétől való hőelvonás, közel állandó hőmérséklet mellett, és ami ezzel együtt jár, a munkaközeg elpárolgása is.

A folyadék a 16 fázisbontóból a 13 folyadékhűtőbe kerül, ahol a még használható vagy hűtőgépilzemben a még fizikailag elbontható hó'tartalmától szabadul meg, A folyadék ezután a 12 belső hőcserélőn, a 11 nyomáscsökkentőn keresztül az 1 utóhűtőbe áramlik, ahol létrejön a folyékony hűtőközeg utóhűtése. Innen a 12 belső hőcserélő másik oldalán átjutva a 8 kompresszor szívó oldalára kerül, ahol az elpárologtatóból származó gőzzel keveredik. A 8 kompresszor ezután az elegyet ismét a 16 fázisbontóba továbbítja.

Ezen kiviteli alak elsősorban nagy nyomáskülönbséget igénylő hűtési feladatok (mélyhűtés, hőszivattyús hűtés) esetében a legelőnyösebb, de hagyományos hűtési viszonyok esetében is jelentős energetikai megtakarítás keletkezik.

A 4. ábra szerinti kiviteli változatnak az az előnye, hogy egyesíti az 1. ábrán ábrázolt ismert munkaközegkörfoiyamat, valamint a találmány szerinti meghajtó körfolyamathoz szükséges abszorpciós gépek előnyeit, mivel a 4. ábra szerinti kiviteli változat külső mechanikai energiabefekletés nélkül, hőenergia bevitelével működik.

Ezen kiviteli változat leglényegesebb előnye a kiindulási úapként szolgáló reszorpciós hűtőgéppel szemben az, hogy alkalmazásival igen nagy, hőcserélők közötti hőmérsékletkülönbség hidalható át, ezért azonos külső környezeti viszonyok között a találmány tárgyát képező berendezés majdnem kétszer akkora fajlagos munkavégző képességgel (E) rendelkezik.

A folyékony munkaközeg az 1 abszorberből a már ismert módon a 2 belső hőcserélő egyik oldalán és a 3 nyomáscsökkentő expanziós szelepen át a 4 kiűzőbe áramlik, amelyben a munkaközeg a környezetből q_g hőenergiát von el, aminek eredményeként a munkaközeg egy esze elpárolog.

A maradék folyadékfázis és gőzfázis a belső hőcserélő másik oldalán a 8 kompresszorba jut, amelyben „nedves’ kompresszió megy végbe.

A 8 kompresszor a munkaközeget a meghajtó körfolyamat 19 abszorberébe nyomja. Ott a munkaközeg gőzl’ázisa kondenzálódik, a hűtőfolyadék pedig a 18 tartályból jövő szegény oldatban feloldódik, miközben a m inkaközeg leadja q_ra párolgási és oldódási hőjét.

Λ sűrű oldat az abszorberből 19 egy 6 folyadék segítsége ve] a meghajtó körfolyamat egy 12 belső hőcserélőjéntk egyik oldalán keresztül a 18 tartályba kerül, ahol a lűtőfolyadékban gazdag gőz ebből a sűrű oldatból egy külső, magas hőfokszintű q^ energiamennyiség hatásán újra kiűződik.

\ híg oldat a 12 belső hőcserélő másik oldalán és a ryomáscsökkentő expanziós szelepen keresztül újból a meghajtó oldali 19 abszorberbe áramlik vissza.

X 18 tartályt elhagyó gőz egy mechanikus 17 expanzió; gépbe áramlik, amelyben a gőz entalpiájának egy résre mechanikai energiává alakul. Ez a mechanikai enc rgia hajtja a 8 kompresszort.

A 17 expanziós gépet elhagyó gőz az 1 abszorberbe jut. és ezzel a termodinamikai kör bezárul.

Ennél a kiviteli változatnál megjegyezhető még, hogy a 8 kompresszorból kilépő munkaközeget az 1 abszorbe be is lehetne vezetni, miközben a 17 expanziós gépbő kilépő gázt a meghajtó oldali 19 abszorberbe kellene veretni. Ezáltal a munkaoldal és a meghajtó oldal termodinamikailag elválasztható lenne egymástól. Ez a kapcso- » lási mód azonban kevésbé érdekes, mert a funkciót tekintve nem nyújtana további előnyöket, sőt a fajlagos jellemzők bizonyos romlását eredményezi, mivel az eredeti változat esetében a koncentrációs viszonyok célszerű megválasztásával a meghajtó oldali 19 abszorberben m igasabb hőmérsékletek érhetők el, mi által a felhasznált energia nagyobb részét egy magasabb hőfokszinten lehet kinyerni.

Összefoglalásként megállapítható tehát, hogy a találni íny tárgyát képező hőszivattyú felhasználási területei nigyon széles körűek, mert a mélyhűtési feladattól a fűtési feladatokig mindenütt energetikailag előnyösebb Ü7 emeltetést biztosít, mint az eddigi berendezések.

Claims (5)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Hibrid kompressziós-abszorpciós eljárás, hőszivattyúk vagy hűtőgépek üzemeltetésére, egy oldószer és égj' abban oldódó hűtőfolyadék keverékéből álló ír unkaközeg alkalmazásával, amelynek során egy belső 5

   186 726 hőcserefolyamat keretében a hűtőfolyadékot hőelvonás kíséretében az oldószerből beoldjuk és az első hőcserefolyamatból elvezetett, hűtőfolyadék és oldószer begyéből álló, folyadékfázisú munkaközegbe annak expanziója után egy második hó'cserefolyamat keretében hőbevitelt végzünk, mi által az oldószerben oldott hűtőfolyadékot onnan gőzfázis formájában legalább is részben kiűzzük, és egy sűrítési folyamat keretében a munkaközeg második hőcserefolyamatból elvont gőzfázisát komprimáljuk, miközben a hűtőfolyadék koncentrációját a munkaközeg folyadékfázisában, a munkaközeg második, és kiváltképp az első hőcserefolyamaton keresztül megtett útja alatt folyamatosan tartjuk, azzal jellemezve, hogy a második hőcserefolyamat során történt hőbevitel hatására az oldószert is részben elpárologtatjuk; és hogy a hűtőfolyadék koncentrációját a munkaközeg gőzfázisában a munkaközeg második; és kiváltképp az első hőcserefolyamaton keresztülvezető útja mentén a folyadékfázis koncentrációjával egyidejűleg és együttesen folyamatosan változtatjuk, és hogy a munkaközeg második hőcserefolyamatból elvont gőzfázisát és folyadékfázisát egyidejűleg és együttesen komprimáljuk.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosításának módja, azzal jellemezve, hogy az első hőcserefolyamatból elvont, kompresszió előtt álló munkaközeg és az expanzió előtt álló munkaközeg között ellenáramú belső kőcserét végzünk.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosításának módja azzal jellemezve, hogy a kompressziós folyamatból kikerülő munkaközeget egy harmadik hőcserélőben-hőelvonás mellett egy hűtőfolyadékban szegény oldattal keverjük és ezáltal gőzfázisát kondenzáljuk, hűtőfolyadék részét pedig abszorbeáljuk, hogy aztán a harmadik hőcserefolyamatból elvont, hűtőfolyadékban gazdag oldalból egy negyedik hőcserefolyamatban hőbevitellel a hűtőfolyadékot kiűzzük; és hogy ezáltal keletkező, hűtőfolyadékban szegény oldatot hőcserefolyamatba visszük, a harmadik hő rserefotyamatból elvont, hűtőfolyadékban gazdag oldat útján, majd expandáltatjuk. és visszavezetjük a harmadik hőcserefoiyamatba; és hogy a negyedik hő5 cserefolyamatból elvont hűtőfolyadékot- és oldószergőzt a kompressziós folyamat meghajtó energiájaként felhasznált mechanikai energia termelése közben expandáhatjuk és visszavezetjük az első hőcserefoiyamatba.
4. 4. Hibrid hűtőgép, vagy hőszivattyú, az 1. vagy 2.

   10 igénypontok bármelyike szerinti eljárás megvalósítására, melynek munkaközeg-körfolyamata egy abszorbert, egy e nögé expanziós szelepen keresztül kapcsolt kiűzőt és egy e mögé kapcsolt kompresszort tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az abszorber (1) és a kiűző (4) olyan ΜΙ 5 cserélő, amelyekben a munkaközeg folyadékfázisa és gőzfázisa egy kompresszor (8) és vezetőelemek útján, közös kényszerpályán együttesen mozgathatlak, és hegy egyrészt az abszorber (1) és az expanziós szelep (3), másrészt a kiűző (4) és a kompresszor (8) közé egy

   20 belső, ellenáramú hőcserélő (2) van kapcsolva; és hogy a Tiűző (4) kimenete vezetékelágazás nélkül van a belső hőcserélőn (2) keresztül a kompresszorhoz (8) kötve.
5. 5. A 3. vagy 4. igénypontok bármelyike szerinti hibrid hűtőgép vagy hőszivattyú kiviteli alakja azzal

   25 jellemezve, hogy a kompresszor (S) kimenete egy megfojtó köráram abszorberére (19) van kapcsolva, ahol a kompresszor (8) kimenete egy, az abszorber (19) után kapcsolt tartállyal (18) rendelkezik, mely tartály (18) felyadékfázis oldalán egy második expanziós szelepen

   30 (2) keresztül az abszorberre (19), gőzoldalon pedig egy a kompresszorhoz (8) egy meghajtógépként csatlakoztrtott mechanikus expanziós gépen (17) át az oldat körfolyamat abszorberéhez (1) csatlakozik; és hogy egyrészt a meghajtó körfolyamat tartálya (18) és expanziós

   35 szelepe (3) közé, másrészt pedig a meghajtó körfolyamat abszorbere (19) és tartálya (18) közé egy belső hőcserélő (2) van beillesztve.