185710. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés utóhűtéssel ellátott, fázisállapotváltozáson alapuló hűtésre
t 185 710 2 A találmány utóhűtéssel ellátott, fázisállapot változáson alapuló hűtésre vonatkozik. Ismeretes, hogy a fázisállapot változáson alapuló hűtés folyamatában a hűtőközeg a hűlendő áruk hűtése közben az átvett hő következtében párolog, gőzzé változik, amely kompresszor nyomása eredményeképpen alacsony nyomásáról magasabb nyomású és hőmérsékletű túlhevített gőzzé válik. Ez a gőz azután pl. léghűtés következtében mint gőzfolyadék-elegy kondenzációs hőmérsékleten cseppfolyósul, ezt követően nyomáscsökkentés eredményeképpen lehűl. Ez a lehűlt folyadék párolog el ismét a hűtendő árutól átvett hő következtében. Nyilvánvaló, hogy minél jobban le van hűtve a hűtőközeg, hűtőszerepének betöltése közben annál több hőt tud elvonni a hűtendő árutól, vagyis annál jobb a hűtés hatásfoka. Ez az alapja annak, hogy a cseppfolyósodon hűtőközeget utóhűtéssel kondenzációs hőmérséklete alá is igyekeznek hűteni. Ez az utóhűtés mindeddig azonban csak igen kis mértékben sikerült pl. víz- vagy léghütéssel. Ám a víz és a levegő hőmérséklete viszonylag magas lévén, hűtésük sem lehet elég hatásos — tehát az egész hűtőrendszer hatásfoka sem javulhat meg jelentősebb mértékben. A jelen találmány célja, hogy az utóhütést halálosabbá tegye. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy ezt a feladatot jól meg lehet oldani, ha az alapberendezés utóhűtését hőszivattyú alkalmazásával végezzük. Igaz, hogy a hőszivattyú kompresszorának működtetése energiabefektetéssel jár, de általa olyan hasznosítható hőt is nyerünk, amelyet egyébként sokkal nagyobb közvetlen energiabefektetéssel - pl. fűtéssel — állíthatnánk csak elő. A hőszivattyú alkalmazásával ily módon tehát nemcsak a hűtőberendezés hatásfokát növelhetjük meg kb. 15-20%kal, hanem a pl. melegvízszolgáltatással kapcsolatos hőtermelés terén is igen tekintélyes, minthogy 60- 70%-os energiamegtakarítást is elérhetünk. Ezeknek megfelelően a találmány szerinti eljárás lényege, hogy a fázisállapot változáson alapuló hűtés során az utóhűtést a lekondenzált hűtőközeg tiszta folyadék fázisában hőszivattyúval végezzük és a hőszivattyúval nyert hőt pl. melegvízszolgáltatásra, fűtésre stb. hasznosítjuk. Az erre szolgáló hűtőberendezés alapberendezésének körfolyamatába ennek megfelelően hűtőközegnek kondenzációs hőmérsékletén cseppfolyósított tiszta folyadék szakaszán hőszivattyú van beépítve. Ebben a berendezésben hangsúlyozni kell, hogy a hőszivattyú a tiszta folyadék szakaszon kell, hogy működjék. Ugyanis ha ez még a folyadék-gőz elegy szakaszon történnék, mivel ott a hőmérséklet csökkenésével a nyomás is csökkenne, előfordulhatna, hogy ez a fojtószerv működését, vagyis a hűtőközeg adagolását is lehetetlenné tenné. Ezzel szemben a tiszta folyadékfázisú hűtőközeg nyomása a további hűtés alatt is változatlan marad, s így nem okoz zavart a fojtószelep működésében. Ami a berendezéssel termelt hő hasznosítását illeti, a berendezés egyik kiviteli alakjában a hőszivattyú hűtőközegének körfolyamatában a kondenÎ zátor oldalhoz melegvízszolgáltató rendszer van csatlakoztatva. Egy másik kiviteli alakban ezenkívül az alapberendezés hűtőközegének körfolyamatához annak cseppfolyósított szakaszán külön hőcserélő közbeiktatásával talajfütőrendszer is csatlakoztatva van. Ismét egy további kiviteli alakban mindezen kívül a talajfütőrendszer körfolyamatához hőcserélő útján az alaphűtőrendszer kompresszorának fejhűtőrendszere is csatlakoztatva van. A következőkben találmányunkat annak néhány kiviteli példájával kapcsolatosan a mellékelt rajzokra való hivatkozással magyarázzuk meg részletesebben. A rajzok közül az 1. ábra a fázisállapotváltozáson alapuló hűtés elméleti alapját szemléltető grafikon, a 2. ábra a találmány szerinti berendezés egyik példaképpeni kiviteli alakját, a 3. ábra egy másik példaképpeni kiviteli alakját, míg a a 4. ábra egy harmadik példaképpeni kiviteli alakját mutatja be működési vázlatban. Az 1. ábra grafikonjában az abszcissza tengelyen az i energia, míg az ordináta tengelyen a p nyomás (célszerűen logaritmikus) értéke van felrakva. Valamely, a fázisállapot változáson alapuló hűtést szolgáló alapberendezés az áru hűtését az AB szakaszon végzi: hűtőközeg az árutól hőt von el, azt lehűti, maga pedig párolog. Példánkban a hűtőközeg legyen ammónia, amelynek hőmérséklete akkor pl. -10 *C, nyomása közelítőleg 3 bar. A hűtőközeg a B pontban teljes egészében gőzzé vált, most kompresszor nyomásával nyomását a C pontban mintegy 12 barra, hőmérsékletét 70-80 “C-ra emeli. Itt megkezdődik a túlhevített gőz állapotú hűtőközeg hűtése. Külső levegő vagy víz stb. hatására s a D pontban elérve a kb. +35 °C hőmérsékletét a gőzállapotból a folyadék-gőz elegy állapotába kerül, amely elegyben az E pont felé haladva változatlan hőmérsékleten és nyomáson növekszik a folyadékösszetevő aránya, míg végül az E pontban tiszta folyadékká válik. Ekkor fojtás útján a hűtőközeg nyomása lecsökken az A pontban az eredeti kb. 3 barra, ezzel együtt a hőmérséklete a - 10 °C- ra, s az AB szakaszon a hűtési folyamat megismétlődhetik. Ha a közeg fojtását nem az EA vonalban, hanem a lekondenzálódott hűtőközeg-folyadék további hűtése után ezen túleső szakaszon végezzük, az AB hűtési szakaszt is meghosszabbítjuk s ezzel javítjuk a hűtőberendezés hatásfokát. Ez a további hűtés utóhütéssel történik. Ez az utóhütés azonban mindeddig általában levegővel, vagy vízzel történt, aminek viszonylag magas hőmérséklete miatt csak kis mértékű lehetett s pl. az F pontig terjedhetett, ami a hűtési szakaszát hűtőközeg párolgási a JB szakaszra növelte. A találmány célja a grafikon CE szakaszát az F ponton is túlnyújtani s ha ez a G pontig sikerül, akkor a fojtás a GH vonalba kerülhet, s a párolgási szakasz is a HB szakaszra növekszik és ezzel optimális lesz: a H pont alá hűtött folyadék már annyira túlhűtött lenne, hogy a berendezés hatásfokát ismét rontaná. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
