198329. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés oldatkörrel működő kompresszoros (hibrid) hűtőgépek vagy hőszivattyúk teljesítménytényezőjének növelésére
1 2 Tűi, ahol a Qj hőmennyiség bevezetésével folytatódik az elpárolgás és kiűzés. Innen a közeg a D állapotban lép ki és belép az 5 belső hőcserélő kisnyomású oldalára, ahol felveszi a nagynyomású munkaközeg által leadott Q5 hőmennyiséget. Eközben tovább folytatódik az elpárolgás és kiűzés és tovább nő a közeg hőmérséklete. Végül az F állapotú munkaközeget a 4 kompresszor a Q4 kompressziós munka bevezetésével ismét a p, nyomásszintre emeli. A 3. ábrán a két körfolyamatot együtt szemléltetjük T-s diagramban azonos hőfokhatárok között, azaz TV és T~ = Tc’. Jól látható az ábrán , hogy ilyen körülmények között pi < pi' és p0 > po\ azaz a belső hőcserélő alkalmazásával azonos hőfokhatárok között valóban kisebb nyomásviszony és kisebb felső nyomáshatár (pi) adódik, tehát a belső hőcserétől várt előnyök reaUzálhatóak. A 2.a.b. ábrán ismertetett körfolyamat gyakorlati megvalósítása során, ha figyelembe vesszük a valóságos munkaközegek tulajdonságait is, akkor bizonyos hiányosságokat tapasztalunk. Ha pl. egy hőszivattyúnál az 1 kondenzátor-abszorbert méretezzük, amelynek egyik oldalán a kétkomponensű (pl- NH3+H2O) munkaközeg az A alapállapotból a B alapállapotba (folyadék) kerül, eközben leadja a Qi hőmennyiséget, amely vizet melegít, akkor a folyamatot T-Q (hőmérséklet-hőmennyiség) diagramban a 4. ábrán látható módon ábrázolhatjuk. Itt az A állapotból a B állapotba megy át a munkaközeg, az ezt hűtő víz pedig a B, állapotból az Ai állapotba melegszik. Jól-látható, hogy bár a munkaközeg hőmérséklete a folyamat során folyamatosan csökken, az átadott hő nem lineáris függvénye a hőmérsékletnek, azaz a folyamatot ábrázoló görbe nem egyenes. A munkaközeg hőmérséklet-lefutásának görbülete miatt a hőcserélőméretezés kritikus pontja a A^min legkisebb hőmérsékletkülönbség helye. Minthogy szükségképpen ATnjjn > 0, kénytelenek vagyunk a körfolyamatot úgy megszabni, hogy meglehetősen nagy értékre adódjék. Ez valamelyest csökkenthető ugyan a hőcserélő méretének növelésével, az említett kritikus hely ^T^n) miatt azonban igen nagy — és ezért igen költséges — hőcserélővel is csak meglehetősen csekély eredmény érhető el. Nyilvánvaló, hogy a körfolyamat teljesítménytényezője romlik a kompresszió véghőmérsékletének növelésével. Ha tehát a munkaközeg jelleggörbéjét sikerülne valahogyan kiegyenesíteni, akkor azonos nagyságú hőcserélőt választva a kondenzátor-abszorber számára, a víz Bj és Aj pontok között előírt hőmérsékletv^tozás&ioz a munkaközegnél az A és B helyett az A* és B* állapotok tartoznának. Azaz a kompresszió véghőmérséklete alacsonyabb lehetne. Találmányi gondolatunk megvilágítása érdekében az 5. ábrán feltüntettük valamely kétkomponensű munkaközeg T-i (hőmérséklet-entalpia) diagramját a H határgöroével & a Mdves-göz állapotokat ábrázoló mezőben a p, > pi > pi nyomásokhoz tartozó görbékkel. Tegyük fel,hogy a 2.a.b. ábrán ismertetett körfolyamatnak megfelelően a kondenzátor-abszorberben a munkaközeg nyomása pi és állapotváltozása az A ponttól a B pontig tart. Az is látszik az 5. ábrán, hogy ez a folyamat a p1 nyomáshoz tartozó görbének éppen a legerősebben görbült szakaszán helyezkedik el. Ha módunkban lenne ezt a folyamatot azonos hőfokhatárok (T^ és Tg) között a p,-nél kisebb pi** nyomáson véghezvinni, akkor a folyamatot ábrázoló görbeszakasz (amely már nem érintkezik i! határgörbével) sokkal közelebb állna az egyeneshez Ennek következtében a 4. ábra értelmében ugyanannál a hőcserélő készüléknél (kondenzátorabszorber) alacsonyabb lehetne a munkaközeg hőmérséHete, azaz az 5. ábrán a még kiseb£ pi nyomásgörbére kerülünk, a njunkaközeg az A* állapottal lép be a készülékbe és a B állapottal lép ki belőle. Látható tehát, hogy az A állapothoz tartozó hőmérsélJet kisebb, mint Ta és hogy a B* állapothoz tartozó hőmérséklet kisebt), mint Tg. Ismeretes viszont, hogy a hőszivattyú vagy hűtőgép teljesítménytényezője annál kedvezőbb, minél alacsonyabb hőfokszintre kell szállítani a hőt (azonos egyéb feltételek mellett). Ha tehát a találmányi gondolatunk értelmében úgy alakítjuk ki a körfolyamatot, hogy az 1 kondenzátor abszorberből ne folyadékot vezessünk ki. hanem nedves gőzt, még pedig úgy, hogy a készülékber a munkaközeg entalpiaváltozása a lehetőségekhez képest megközelítse a hőmérséklet lineáris függvényét, akkor a hőszivattyú vagy hűtőgép teljesítménytényezője nagyobb lesz. További előny, hogy a p, nyomás kisebb, mint a pi 1 yomás, ami egyrészt adott esetben kisebb névleges nyomású, tehát olcsóbb berendezés alkalmazását teszi lehetővé, másrészt a nyomásviszony csökkentésével javítja a kompresszor hatásfokát, ami végső fokon a körfolyamat teljesítménytényezőjét javítja. Megjegyezzük, hogy az 5. ábra kapcsán kifejtett magyarázatunkban a jobb érthetőség kedvéért kissé leegyszerűsítettük a valóságot. Egyrészt a körfolyamat megváltoztatása során nem az A és B pont közötti hőmérsékletkülönbséget, hanem az entaljggkújonbséget kell állandónak tartani, így az A , B , illetve A*, B” pontok helye kissé eltolódik. Másrészt a valóságos készülékekben, amelyek szükségszerűen kényszeráramlású ellenáramú készülékek, számottevő nyomásesés jön létre az áramlás folyamán, így a nyomás a készüléken belül nem tekinthető íllandónak. Ha azonban az említett eltérések figyelembevételével pontosan megszerkesztjük az 5. ábra három görbéjét egy valóságos esetre, pontosan ugyararra a végkövetkeztetésre jutunk, amelyet az előbb ismertettünk. A hűtőgép vagy hőszivattyú szerkezete az 1 .a.b. ábrán bemutatott ismert megoldástól az üzemeltetés módja tekintetében tér el. A T-s diagramban ábrázolt körfolyamatnál jól látszik a legfeltűnőbb eltérés, nevezetesen az, hogy a B pont nem a határgörbén fekszik. A találmányi gondolat egy további része a 2.a.b. és 3. ábra kapcsán ismertetett belső hőcserére vonatkozik. Már korábban leírtuk ennek az előnyeit, ezúttd viszont a korlátáira mutattunk rá. A belső hőcserélőben átadható hő nagyságát a folyadék állapotú munkaközegnek a B és E pont közötti lehűlése során felszabaduló Q$ hőmennyiség szabja meg. Ezek közül a B pont a határgörbének a pi nyomáshoz tartozó folyadék oldali pontja, amely a kondenzátor abszorber adott nyomása esetén nem változtatható. Ezzel szemben az E pont hőmérséklete a D ponthoz kötődik, még végtelen nagy és tökéletesen ellenáramú belső hőcserélő esetén sem lehet a D pont hőmérsékleténél kisebb. Azaz a folyadék lehűtésének elméleti határa a belső hőcserélőben Tg- Tj). 198.329 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 4
