203404. lajstromszámú szabadalom • Eljárás zeolit töltetű sequenciális munkaütemekben energetikailag összekapcsolt hőszivattyúk külső szárítóenergia-igényének csökkentésére
1 HU 203 404 B 2 A találmány tárgya eljárás zeolit töltetű sequenciális munkaütemekben energetikailag összekapcsolt hőszivattyúk külső szárítóenergia igényének csökkentésére. Alacsony hőmérsékletszintű energiák hasznosítása az energiaellátás és fűtés területén az energiatakarékosság fontos eszköze. A hőszivattyúk lehetőséget biztosítanak olyan hasznosítások terén, amelyekre az alacsony hőmérséklet miatt egyébként nem lenne mód. A zeolit-víz töltésű hőszivattyúk más hőhordozó közegekhez képest bizonyos előnyökkel rendelkeznek, minthogy a zeolit a természetben is előforduló, környezeti ártalmakat nem okozó, lényegében olcsón előállítható kőzet. A zeolit kristályok belsejét egy-két, vagy mindhárom dimenzióban csatorna és üregrendszer szeli át. Ezen csatornák átmérője molekuláris dimenziójú, azaz a kristályok belsejében lévő üregrendszer kisebbnagyobb molekulák számára hozzáférhető. A zeolitok adszorpciós közegként való alkalmazhatósága az üregrendszerben lévő víz deszorpció és reszorpcióján alapul. A zeolit tölteteknek hőszivattyúkban való alkalmazása esetében az ún. A-zeolit és az X-zeolit típus«* jönnek elsősorban számításba. A zeolitokat felhasználás előtt formázzák, amely műveletet általában 20% kötőanyag hozzáadásával, ismert technológiai eljárásokkal (pl. extrudá lássál, tablettázásssal) végzik. Zeolit töltetű hőszivattyút többek között a Schniedel NSZK-beli cég hoz forgalomba. A nyomtatott katalógus ismerteti a berendezés elvi kapcsolását, és a körfolyamat főbb jellemzőik E berendezés két önálló egymástól energetikailag független, ellentétes ciklusban üzemelő hőszivattyúból áll, ezáltal az egyébként szakaszosan üzemelő hőszivattyúk működése folytonosabbá tehető. E berendezés működési módjának első ütemében az olaj vagy a gázégőtől érkező 200-230 ‘C hőmérsékletű füstgáz a zeolit töltetet kiszárítja A keletkező 50-60 'C kondenzációs hőmérsékletű vízgőzt levegő előfűtésére használják. A második ütemben a lehűlt zeolit töltet körüli térben kialakuló vákuum az összegyűlt kondenzátumot elpárolgásra készteti. A szükséges hőmennyiséget 12 'C hőmérsékletű levegő 6 *C-ra való hűtésével biztosítják. Az elpárolgó vízgőzt a zeolit töltet elnyeli, miközben a keletkező adszorpciós hő magasabb hőmérsékleten, pl. egy 100-85 *C hőmérsékletű fűtési rendszerbe vezethető. Zeolit-víz töltetű hőtároló hőszivattyú kapcsolását és munkaütemeit ismerteti P. K. Maier-Laxhuber (DE) cég prospektusa. A berendezés szakaszosan üzemel. A zeolit töltet tartályának fűtését villamos árammal végzik. Az első ütemben deszorpciót végeznek, melynek során 300 "C hőmérsékleten a zeolitot kiszárítják. A lecsapódó vízgőz fűtésre hasznosítható. A második ütemben végzik a hűtést, melynek során a zeolitot a hűtővíz közvetlenül hűti. A harmadik ütemben adszorpciót végeznek, melynek során a kívülről adott hulladékhő által elpárologtatott vízgőzt a zeolit elnyeli. Az adszorpciós hő a fűtési rendszerben magasabb hőmérsékleten felhasználható. A hasznosítható hőteljesítmény kb. 250- 300 kW. Az energetikai hatékonyság: e = 1,3—1,4. A német KML-cég „KLÍMA-ROTOR” hőszivattyúja - a gyártmányismertető szerint - főleg légkondicionálás, szárítás, füstgáztisztítás célra szolgál. A berendezés az üzemeltetés folyamatossá tételére nagyszámú egymástól hőtechnikailag független hőszivattyúból áll, amelyek egy kör szegmensein helyezkednek el. Ezeket a szegmenseket egy diagonális és egy kör alakú válaszfal négy elkülönülő sávra osztja, amely területeken a különböző közegek egyidejű folyamatos áramlása lehetséges. A legelső sávban forró füstgázzal történik a zeolit dehidratálása. A második sávban a vízgőz lckondenzálódik. A felszabaduló hő, pl. gépkocsi fűtésére szolgálhat, vagy a környezetbe vezethető. A harmadik sávban történik a lecsapódó kondenzátum elpárologtatása, amely fűtési célokra hasznosítható. A negyedik, legfelső sáv a zeolit hűtését biztosítja. Az itt keletkező hő pl. gépkocsik esetében nem hasznosul. A fent említett szerkezet hasznosítható hőszivattyúként, légkondicionáló berendezésként, hőtranszformátorként, hőcs«5kénL A gyártmányismertető szerint bizonyos esetekben 600 *C szárítási hőmérséklet alkalmazását javasolják. Az első ütemben a füstgázok 200- 450 ‘C-ra szárítják a zeolit töltetet. A lecsapódó kondenzátum tartályban gyűlik össze. A második ütemben az elpárolgó vízgőz adszorpciós hőjével hevítik a hűtőrendszert A berendezés -30 'C külső hőmérsékletig használható. Energetikai hatékonysága: e = 1,07-1,14. A technika állása kapcsán ismertetett zeolit-víz töltetű hőszivattyúk jellemzője, hogy nagy tömegű zeolit töltettel rendelkeznek, és hogy majd mindegyik típust hőtárolóként alkalmazzák. Fontos jellemzője az ismert zeolit-víz töltetű hőszivattyúknak, hogy azok az energetikai rendszerben különálló, egymástól energetikailag független egységekből állnak, amelyek szakaszos üzeműek. A körfolyamat egyszerű elemekből, állandó nyomás, vagy víztartalom mellett történő hőcserélőből épül fel e = 1,07-1,4 energetikai hatékonysági határok között. Ez a paraméter egyúttal azt is jelenti, hogy a zeolit-víz töltetű hőszivattyúk alkalmazhatósága szűk területre korlátozódik, ahol a berendezés magas beruházási és üzemi költségei az alkalmazást nem gátolják. A hőszivattyúk szerkesztésénél és üzemeltetésénél jelentkező nehézségek magának a zeolitnak mint munkaközegnek fizikai tulajdonságaiból következnek. Egyik legkellemetlenebb jellemzőjük, hogy a szilárd halmazállapotú zeolit csak szakaszos üzemben alkalmazható, minthogy a száraz zeolitnak nedvesítésével keletkező hő elvezetése után a zeolit töltet külső hővel kiszárítandó, illetőleg ily módon regenerálandó a következő munkaütem részére. A zeolit hővezetési tényezője száraz állapotban rendkívül alacsony, hőtechnikai jellemzői a víztartalom függvényében nagymértékben változnak. Találmányunk szerinti eljárással célul tűztük ki olyan zeolit-víz töltetű hőszivattyú kifejlesztését, melynek hatékonysága a technika állásához tartozó zeolit-víz töltetű hőszivattyúkhoz képest jelentősen nagy, a szerkezet egyszerűbb, és megbízhatóbban üzemeltethető. A találmányi gondolatot a zeolit-víz töltetű hőszivattyúk energetikai diagrammjainak tanulmányozása alapján munkáltuk ki. A találmány szerinti eljárás újdonságát olyan körfolyamat kialakítása képezi, amelynél az energetikai hatékonyság a kívülről bevezetett hulladék-energiából hasznosítható hőmennyisége a zeolit töltet egyik munkafázisában növelhető volt A találmányi gondolat lényege az a felismerés, hogy változó hőmérséklet- és nyomásértékeken lejátszódó körfolyamatokban kiválaszthatók olyan szakaszok, amelyekben a keletkezett hő átáramoltatása egy másik hőszivattyúban való hasznosítás céljából oly módon lehetséges, hogy a körfolyamat alacsonyabb hőmérsék5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
