JPS61500629A

JPS61500629A - 再吸収式熱変換装置

Info

Publication number: JPS61500629A
Application number: JP60500255A
Authority: JP
Inventors: ムシツク，ヴインコ
Original assignee: テ−ツエ−ハ−、サ−モ−コンサルティング−ハイデルベルク、ゲゼルシャフト、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング
Priority date: 1983-12-09
Filing date: 1984-12-05
Publication date: 1986-04-03
Also published as: EP0164382B1; DE3344599C1; JPH0557505B2; EP0164382A1; AU3786985A; US4594857A; WO1985002669A1; SU1347872A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】再吸収式熱変換装置本発明は、外部熱エネルギー源から供給される熱エネルギー源より高い温度レベルに持ち上げるために、二元作動媒体特にアンモニア水混合体により運転され、液相の作動媒体が低圧レベルから高圧レベルへ持ち来たされ再び低圧レベルに緩和され且つ低圧側及び高圧側の双方の回路の間に各々一つの蒸気相である作動媒体が移動する連結部が在る、二つの溶液回路を有している、熱ポンプ、冷凍装置または熱トランスフォーマ−の如き再吸収式熱変換装置に関するものである。

このような作動媒体としてアンモニア水混合体により運転される再吸収式熱変換装置は、例えば熱ポンプとして使用され得、これにより環境例えば周辺大気、河川または大地が比較的低い温度レベルの熱エネルギーを奪われてより高い温度レベルに持ち来たされ得、その温度レベルで熱エネルギーは加熱のために即ち用水等を加熱するために使用され得る。

他方においては、例えば製造工程において既に高い温度レベルにある排気または水蒸気の形態の熱エネルギーが使用され得る場合には、このエネルギーは所謂熱トランスフォーマ−により、それが加工熱として再び製造工程で使用可能にされ得るような温度レベルに持ち上げられ得る。

この種装置の連続運転は、本装置の二つの回路の間で高圧側及び低圧側でオーバーフローする蒸気状の作動媒体の容量差が二元混合体の個々の成分に関しても補正されることを前提条件としている。公知の装置（ハントブーツ、デア、ケルテテヒニク（Ｈａｎｄｂｕｃｈ　ｄｅｒ　Ｋ；１ｌｔｅｔｅｃｈ−ｎｉｋ　）　、第７巻　エル、ブランク（Ｒ，Ｐｌａｎｋ　）著、フェアラーク、シュプリンガー（Ｖｅｒｌａｇ　Ｓｐｒｉｎｇｅｒ　）社−１９５９年刊、第７頁乃至第１９頁）においては、これは、作動媒体が高圧側でも低圧側でも同容量で且つ蒸気状のものを除いて同濃度で交換されることにより解決されるが、この場合濃度の適合が分岐流における精留塔を必要とし、該分岐流内ではこのような精留が行なわれないと当該回路の運転方法のために蒸気状の二元混合体が他方の回路から流出する蒸気相の場合よりも沸点の高い成分のより高い含有量で交換されてしまう、このような精留塔の使用及び、その濃度及び容量が正確に他方の分岐流をオーバーフローする二元混合体に一致している蒸気状の二元混合体を連続的に供給するその運転の制御の対応して公知の装置に対する高い投資コストを必要とする。

それに対して、本発明は、公知の再吸収式熱変換装置においてその運転に必要な精留塔に対する装置技術的経費を除去し且つその製造のために必要な投資コストを実質的に減少せしめるという課題に基づいている。

冒頭に述べた種類の熱変換装置から出発して、この課題は本発明によれば、二つの回路の高圧側及び低圧側の連結部に各々一つの圧力測定センサー及び温度測定センサーが備えられていて、その測定値が作動媒体の全蒸気量に関して二元作動媒体の沸騰しやすい蒸気成分の濃度に対する一つの量にまとめられ、二つの連結部の一方に通過する蒸気状の作動媒体の容量に対する容量計と、該連結部に並列に異常な濃度の流れる液状の作動媒体のための補正連結部とが備えられていて、該補正連結部にそこを流れる液状の作動媒体の濃度値を検出するために同様に圧力測定センサー及び温度測定センサーそして付加的に制御可能な調整弁が備えられており、且つ信号ラインを介して測定センサー及び容量計と接続された中央計算機ユニットが備えられていて、該ユニットにて信号ラインを介して供給される測定値に比例する信号が連続処理されて補正連結部に配設された調整弁の開閉のための調整信号に変換せしめられ、該調整信号が調整弁の開放を、二つの回路の間を流れる蒸気状の作動媒体の容量差が補正されるように、制御する、ことにより解決される。

かくして、本発明による装置においては、精留塔が放棄されて先づ、高圧側及び低圧側の連結部を介して異なる濃度で等しくない量の蒸気状作動媒体が流れることが甘受される。その際、容量差の補正は、双方の連結部内を流れる作動媒体の異なる濃度及び該連結部の一方を流れる作動媒体の容量に従って容量制御される他方の連結部に対して並列で且つ付加的な液状作動媒体の補正流によって、行なわれ、その際補正流内の作動媒体の濃度も考慮される。補正流の容量の計算及び調整弁の適当な開閉によるその調整は中央計算機ユニットにより連続的に行なわれる。

本発明による熱変換装置が熱ポンプ（または冷凍装置）であるならば、好ましくは、容量計が回路の間の高圧側連結部にそして補正連結部が低圧側連結部に対して並列に配設されているように、形成が行なわれる。

これに対して熱変換装置が熱トランスフォーマ−として構成されているならば、容量計が回路の間の低圧側連結部にそして補正連結部が高圧側連結部に対して平行に配設されているように、形成が行なわれる。

本発明は、図面に関連した以下の説明において、より詳細に説明され、第１図は公知の構造の再吸収式熱ポンプの概略回路図；第２図は第１図に示された熱ポンプに対して本発明による方法で変形された熱ポンプの概略回路図：第３図は公知の構造の再吸収原理により作動する熱トランスフォーマ−の回路図；そして第４図は第３図に示された熱トランスフォーマ−に対して本発明による方法で変形された熱トランスフォーマ−の回路図を示している。

的な回路構成から、これが二つの液状作動媒体のための内部回路Ｉ及び■を存しており、その・図面で右側に示された一回路ｌにおいては脱気器１２及び再吸収器１４が溶液ポンプ２０及び絞り部２２を挿入された管１６及び１８によりそして図面で左側に示された第二の回路■においては吸収器２４及び脱着器２６が溶液ポンプ３２及び絞り部３４を挿入された管２８及び３０により結合されていることが、明らかである。第一の回路の脱気器１２及び第二の回路の吸収器２４において、作動媒体は低圧ｐ・の下に在り、再吸収器１４及び脱着器２６においてそれはより高い圧力ｐに保持されている。

低圧側で脱気器１２及び吸収器２４を連結する第一の連結管３８と、高圧側で脱気器２６及び再吸収器１４を連結する第二の連結管４０とによって、熱ポンプ１０の内部回路Ｉ及び■は相互に連結されており、連結管４０と高圧側の脱着器２６との間に精留塔４２が分電されている。

低い温度レベルｔで使用し得るエネルギーは脱気器１２において液状の作動媒体即ちアンモニア水混合体から容易に連発する成分即ちアンモニアを追い出すために使用され、該アンモニアは濃度ξＩの容量Ｘだけ生じ得且つ連結管３Ｂを介して吸収器２４に流れて、そこで所望のより高い温度レベルｔ、におけるエネルギー放出の下で回路■の液状作動媒体内に再び吸収される。かくして、回路器内を流れる液状作動媒体の濃度は、吸収器２４内なった濃度の作動媒体は圧力ｐに高められ且つ再吸収器２６に運搬され、該再吸収器内で容器に揮発する成分（アンモニア）が温度ｔ、のエネルギーの供給の下に再び脱着され且つ一精留塔４２を介して一連結管４０内にそしてこれにより容量２且つｔＩ１度ξｌｌｌＩＤで再吸収器１４に流れ、一方作動媒体の残っている液状部分が再び低い濃度で管３０を介して吸収器２４へ戻りさらに絞り部３４において再び圧力ｐ、に緩和される。再吸収器１４においては、管４０を介して供給された作動媒体の気体成分が再び（温度レベルｈでの）エネルギー放出の下で回路！の液状作動媒体に再吸収され、該作動媒体は管１８を介して脱気器１２に戻り絞り部２２において圧力ｐから圧力ｐ、へ緩和される。脱気器においては再び揮発性成分の一部が追い出され・連結管３８を介して・吸収器２４に供給され、一方該脱気器から流出する再び低い濃度の液状作動媒体の残りの部分が溶液ポンプ２０により圧力を高められて再吸収器１４に供給される。

上記回路は、エネルギー差の他−にシステム内を流れる作動媒体の容量差も補正されるときにのみ連続的に保持され得、この場合作動媒体が熱ポンプの個々の機能要素即ち脱気器１２．吸収器２４．脱着器２６及び再吸収器１４内で存在する圧力レベルで必要な濃度をも有し、且つこの濃度が常に保持されることが保証される。熱ポンプの連続運転に対するこの条件は、連結管３８を介して流れる作動媒体の容量Ｘ及び濃度ξ、が連結管４０を介して戻る作動媒体の容量２及び濃度 ξ。。と等しいときにのみ、満たされる。即ち方程式：が通用される。

この条件が常に守られるような工程の連続的な実施は、脱着器２６において熱エネルギーｔ８の供給により作動媒体として使用されるアンモニア水混合体から簡単に揮発するアンモニアの他に比較的高い分量の水蒸気も出るので、特に困難である。ａ着器２６の後方に接続された精留塔４２は、水蒸気の凝結及び脱着器内への戻りによって、連結管３８内を流れる作動媒体の濃度に対応する濃度へのアンモニアの濃縮に役立つ、このために図面に図式的にのみ示された精留塔に加えて、見やすくするために概略図には記入されていない容量Ｘ及び２そして濃度ξ 。Ｅ及びξ詐。に対するモニターも備えられなければならない。

これに対して第２図には、原理的機能において前述の熱ホンプに似た本発明により改良した構成の熱ポンプｌＯ゛が示されており、この熱ポンプにおいては精留塔４２が省略されているので、連結管４０内を再吸収器１４ヘオーバーフローする作動媒体の簡単に沸騰する成分の濃度ξｌは熱ポンプ１０′の運転時に一般に連結管３８内の濃度ξ、よりも低い、従って、濃度差が一回路■及び■の間を一緒に流れる作動媒体の容量差を同時に考慮して一補正されると、回路Ｈにおけるアンモニアの濃縮及び回路■におけるアンモニアの希釈が生じる。これは熱ポンプ１０’の場合には、低圧側で作動媒体Ｉ及びＨの間に補正管４４が挿入されていて、制御可能な通路断面を備えた調整弁４６が回路■から回路■ヘオーバーフローする濃度ξ１の液状作動媒体の容量制御を許すことによって、行なわれる０回路Ｉ及び■の間の完全な容量補正を、連結管３８及び４０そして補正管４４内を流れる作動媒体の異なる濃度を考慮しながら、維持するために、調整弁４６の制御は中央計算機ユニット４８により行なわれ、該ユニットには連続的にその時の濃度値ξ９．５ξＤＥ及びξ１そして付加的に連結管４０を通過する作動媒体の流量２に関する情報が入力され且つ調整弁４６の通路断面を調整するための調整信号に処理される。該濃度値は各々計算によりその時管内を流れる作動媒体の圧力及び温度を測定することにより検出され、管４０内の作動媒体の流量は例えばペンチエリ−ノズルまたは絞りにおける差圧測定により公知の方法で検出可能である。

第２図において、このような容量計が、連結管４０における図式的に示された絞り５０の形態で図式的に示される。同様に、濃度値を検出するために必要な圧力測定センサー５２及び温度測定センサー５４が管４０に、圧力測定センサー５６及び温度測定センサー５８が管３８に、そして圧力測定センサー６０及び温度測定センサー６２が補正管４４に図式的に示されている。容量計５０で検出された流量２は、圧力測定センサー及び温度測定センサーで検出され且つ一つの濃度値にまとめられた測定値と同様に、第２図に点線で示された信号ライン６４．６６．６８．７０を介して計算機４８に供給される。調整弁４６の通路断面の制御は、計算機で変換された調整信号により行なわれ、該信号は信号ライン７２を介して調整弁４６の作動を解放する。補正管４４内を流れる液状ｊ乍動媒体の流量が符号ｙにより示されると、熱ポンプ１０゛の連ＶＬｉ！ｉ転に対する計算条件はにより与えられる。

熱ポンプに対するこの方程式は、上述した条件を考慮して、回路の間で交換される作動媒体に対する補正された容量差及び濃度差を以下の導出方法で生せしめる。

皇ｌ互ｘ＋ｙ−ｚ（全量に対して）（１）ｘｅＩＩＥ＋ｙξａｔ−２ｅｏｏ　（ＮＨｓ量に対して）（２）（１）を（２）に代入してＸξｏｉ＋（ｚ　ｘ）　ξ、、−２ξＩＩＩが得られる。さらにが得られる。

＋１１及び（３）からとなる、これから変形により上記の方程式が得られる。

通常の熱トランスフォーマ−８０及び本発明による方法で改良された熱トランスフォーマ−８０′の構造が図式的に回路技術的に示されている第３図及び第４図により、前述の熱ポンプ１０゛に関連して説明した本発明思想が再吸収原理により作動する熱トランスフォーマ−の場合にも実現可能であることが明らかである。

第３図に示された公知の熱トランスフォーマ−８０の回路によれば、これは再び二つの回路１及び■を有しており、そのうち一方で番１低圧側の吸収器８２が管８４゜８６を介して高圧側の脱気器８８と共に液状作動媒体の内部回路Ｉに結合されていて溶液ポンプ９０及び絞り部９２が管８４及び８６に備えられている０回路計においては、低圧側の脱気器９４は高圧側の再吸収器９６と管９８．１００を介して結合されていて、この場合にも再び溶液ポンプ１０２及び絞り部１０４が管９８及び１００に挿入されている２回路Ｉの低圧側の吸収器と回路■の脱気器とは連結管１０６によりそして回路Ｉの高圧側の脱気器と回路Ｈの再吸収器とは連結管１０８により相互に連結されている。低圧側で脱気器９４から吸収器８２へ流れる気体状の作動媒体（濃度ξ、）と高圧側で脱気器８８から再吸収１９６へ流れる気体状の作動媒体（温度ξ。８）との濃度差を補正するために役立つ精留塔１１０は、この場合低圧側の脱気器９４と連結管１０６との間に接続されている。

熱トランスフォーマ−の連続運転のための条件として、連結管１０６を介して低圧側の脱気器９４から低圧側の吸収器８２へ流れる作動媒体の容量及び濃度が高圧側の脱気器８８から再吸収器９６へ流れる気体状の作動媒体の容量及び濃度と等しくなければならないということが再び通用される。

第４図に示された本発明による方法で改良された熱トランスフォーマ−８０゛の回路において、公知の熱トランスフォーマ−の精留塔１１０は一第２図に関連して説明された熱ポンプ１０゛に対応して一１高圧側の連結管１０Ｂに並列に中央計算機ユニット１１４により無段階に制御可能な調整弁１１６を備えた補正管１１２が回路■及び■の間に備えられることにより、計算機により管理され且つ制ｍされる補正回路システムによってｌｉ換されている。計算機ユニット１１４には再び連結管１０６゜１０８及び補正管１１２の圧力測定センサー及び温度測定センサーにより検出された濃度値ξＩＩＮ＋　ξＩ＋、Ｉ及びξｌｌｔが供給されさらに連結管１０６内を流れる作動媒体の流量２が供給される。供給された測定値から計算機ユニット１１４内では再び調整弁１６のための調整信号が変換され、この信号は、回路Ｉ及びＨにおける容量差及び濃度差が補正され従って熱トランスフォーマ−８０′の連続運転が堅持されるように、補正管１１２を介して流れる液状の作動媒体の容量を必要な方法で制御する。

本発明による熱トランスフォーマ−の連続運転を堅持するために守るべき条件は、この場合ここでｙは補正管１１２内を流れる濃度ξ、Ｅの作動媒体の流量、ξ。、は高圧側の連結管１０８内をξ。８は低圧側の連結管１０６内を流れる気体状の作動媒体の濃度である。

である。

熱トランスフォーマ−に対する方程式は一熱ボンプに対する方程式と同様に−導かれる；ｘ＋ｙ−ｚ（全量に対して）（１）ＸξＤｌｌ”　Ｙ　ｅ　ａｚ＝　ＺξＤｓ（ＮＨ４Ｎに対しテ）　＋２１（１）を（２）に代入してＸξＤＨ＋（ｚ−ｘ）　ξ、ｔｍｚｇ、、が得られる。さらに、が得られる。（１）及び（３）から ξＤＫ−ξａ！ｙ−ｚ−ｘ　エ　２−２ ξＤＨ−ξａ！となり、これから変形により上記の方程式が得られる。

国際調査報告ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ｒｆＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＺＯＮＡｌ、、Ｓジ退ＣＭ　ＲＸ？ＯＲＴ　ＯＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．外部熱エネルギー源から供給される熱エネルギーをより高い温度レベルに持ち上げるために、二元作動媒体にアンモニア水混合体により運転され、液相の作動媒体が低圧レベルから高圧レベルへ持ち来たされ再び低圧レベルに緩和され且つ低圧側及び高圧側の双方の回路の間に各々一つの蒸気相である作動媒体が移動する連結部が在る、二つの溶液回路を有している、熱ポンプ，冷凍装置または熱トランスフォーマーの如き再吸収式熱変換装置において、二つの回路（Ｉ；ＩＩ）の高圧側及び低圧側の連結部（４０；３８；１０８；１０６）に各々一つの圧力測定センサー及び温度測定センサー（５２，５４；５６，５８）が備えられていて、その測定値が作動媒体の全蒸気量に関して二元作動媒体の沸騰しやすい蒸気成分の濃度に対する一つの量にまとめられ、二つの連結部の一方に通過する蒸気状の作動媒体の容量に対する容量計（５０）と、該連結部に並列に異常な濃度の流れる液状の作動媒体のための補正連結部（４４；１１２）とが備えられていて、該補正連結部（４４；１１２）にそこを流れる液状の作動媒体の濃度値を検出するために同様に圧力測定センサー及び温度測定センサー（６０；６２）そして付加的に制御可能な調整弁（４６；１１６）が備えられており、且つ信号ライン（６６；６８；７０；６４を介して測定センサー及び容量計と接続された中央計算機ユニット（４８；１１４）が備えられていて、該ユニットにて信号ラインを介して供給される測定値に比例する信号が連続処理されて補正連結部（４４；１１２）に配設された調整弁（４６；１１６）の開閉のための調整信号に変換せしめられ、該調整信号が調整弁（４６；１１６）の開放を、二つの回路（Ｉ；ＩＩ）の間を流れる蒸気状の作動媒体の容量差が補正されるように、制御することを特徴とする装置。２．容量計が回路（Ｉ；ＩＩ）の間の高圧側連結部（４０）にそして補正連結部（４４）が低圧側連結部（３８）に対して並列に配役されていることを特徴とする、請求の範囲１による熱ポンプ。３．容量計が回路（Ｉ；ＩＩ）の間の低圧側連結部（１０６）にそして補正連結部（１１２）が高圧側連結部（１０８）に対して並列に配役されていることを特徴とする、請求の範囲１による熱トランスフォーマー。