203404. lajstromszámú szabadalom • Eljárás zeolit töltetű sequenciális munkaütemekben energetikailag összekapcsolt hőszivattyúk külső szárítóenergia-igényének csökkentésére
3 HU 203 404 B 4 letű szakaszában a külső energiaforrás helyett a zeolit töltetet egy másik zeolit töltetű hőszivattyú magasabb hőmérsékletű szakaszáról elvont hőjével fűtjük. Ebben az esetben ugyanis a külső hőforrásból a nedves zeolit szárítására bevezetett hőenergia mennyisége azonos hőszivattyú hatásfok mellett csökkenthető. A találmány tárgya eljárás zeolit töltetű sequenciáiis munkaütemekben energetikailag összekapcsolható hőszivattyúk külső szárítóenergia igényének csökkentésére, amelynek során az egyes hőszivattyú zeolit töltetét nedvesítéssel melegítjük, majd a zeolit töltetet külső hővel szárítva regeneráljuk. A találmány szerinti eljárás újdonsága abban van, hogy legalább két hőszivattyút egymástól eltérőmunkaütemben oly módon vezérelünk, hogy egy első hőszivattyú zeolit töltetének a külső szárítóenergiávval történő melegítésének hőtartalmát hőcserélővel adjuk át a másik hőszivattyú zeolit töltetének a hűtési, illetőleg szárítási munkaütemben. A találmány szerinti eljárás legfontosabb előnye az, hogy legalább kétzeolit-víz töltetű hőszivattyú alkalmazása esetén a zeolit töltetek szárításához szükséges külső hőenergia azáltal vált csökkenthetővé, hogy a zeolit hőszivattyúkat egymástól eltérő munkafázisban üzemeltetve az egyik hőszivattyú szárítási ütemében kívülről bevezetett szárítási hőenergia mennyiségét ezen szárítási ütemben a zeolitból nyert többlethővel növelve adhatjuk át a másik hőszivattyúnak hőcserélő útján a zeolit szárítására, és ily módon lehetővé válik a kívülről bevezetendő szárítóenergia fajlagos csökkentése. A találmány szerinti eljárást rajz alapján ismertetjük részletesebben példák kapcsán. Az la ábra ismert zeolit hőszivattyú kapcsolását, az lb ábra az la ábra szerinti hőszivattyú munkaütemeit szemlélteti, a 2a ábra a találmány szerinti zeolit hőszivattyú kapcsolását szemlélteti, míg a 2b ábra a 2a ábra szerinti kapcsolás munkaütemeit szemlélteti, a 3a ábra ugyancsak a találmány szerinti zeolit hőszivattyú kapcsolásának egy további kiviteli alakját ábrázolja, míg a 3b ábra a 3a ábrán látható kapcsolási elrendezéshez tartozó munkaütemek ábrázolására szolgál. Amint említettük az la ábra a technika állásához tartozó egyik típusú zeolit-víz töltetű hőszivattyú kapcsolási elrendezését mutatja. Az 1 zeolit töltetben, a hozzája csatlakozó 2 gőztérben és a 3 elpárologtatóban egy-egy hőcserélő van elhelyezve. Az 1 zeolit töltethez a 4 külső hőenergia, a 2 gőztérhez a 9 hőcserélőn át a 10 haszonfolyadék közeg a 14 szelepen át, a 3 elpárologatóban lévő 11 vízen átmenő hőcserélőben vezetett 5 hulladékenergia forráshője van megvezetve. Az 1 zeolit tölteten átmenő 12 hőcserélő és a 2 gáztéren átvezetett 9 hőcserélő egymással sorba vannak kötve. Az 5 hulladékenergia forrás hőcserélője közvetlenül a hulladékenergia forráshoz csatlakozik. Az lb ábra ábrázolja az ismert la ábrán ábrázolt kapcsolási elrendezéshez tartozó folyamatábrát. A zeolit-víz töltet energetikai körfolyamat különböző nyomásértékeken játszódik le, tekintettel arra, hogy magának a zeolitnak a szállítása különböző nyomású terek között nehezen oldható meg, a körfolyamat egy adott térben a nyomásszintek időben szakaszos változásával játszódik le. Az lb ábrán látható folyamatábra számozása az óramutató járása szerint az ütem kezdő p pontjánál indul. Az „1” ütem a szárítás nélküli fűtés üteme. Közvetlenül a hőszivattyúzás üteme után a lehűlt nedves 1 zeolit töltet a 4 külső hőenergia bevezetésével kapja a szárításhoz szükséges fűtést. Száradás még nem történhet, mert a zeolitot környező 2 gőztérben a vízgőz nyomása alacsonyabb mint a melegedő 10 haszonközeg hőmérsékletéhez tartozó kondenzációs gőznyomás. Ebben az „1” kezdőponti ütemben tehát állandó víztartalom mellett csak a zeolit töltet hőmérsékélete és hőtartalma, továbbá a környező tér nyomása (p) növekszik. A JX" ütemben megy végbe a fűtés a szárítással. A kondenzációs nyomást elérve a zeolit száradni kezd, mivel a 4 külső hőenergiával történő fűtés következtében a kilépő vízgőz a haszonközeg 9 hőcserélőjének felületén már lecsapódhat. A kondenzátum a 2 gőztér alján gyűlik össze és a 3 elpárologtatóba folyik be. Ez az ütem tehát a 10 haszonfolyadék közeg hőmérsékletének megfelelő nagyjából állandó nyomáson játszódik le. Az 1 zeolit töltet véghőmérsékletét a rendelkezésre álló 4 külső hőenergia hőmérséklete határozza meg. Ezt a hőmérsékletet azonban legfeljebb 600-700 ‘C-ra választhatjuk, mivel magasabb hőmérsékleten a zeolitkristályok felbomlanak. A „3” ütem fűtés üteme. A kiszárított meleg zeolit körül a 2 gőztér nyomása magas, és így az nem képes arra, hogy a 3 elpárologtatóban elhelyezkedő, a külső 5 hulladékenergia forrásnak megfelelő hőmérsékletű 11 vizet elpárologtassa. Ehhez előbb az 1 zeolit töltetet le kell hűteni. E célból jelenleg a 10 haszonfolyadék közeget vezetik át egy olyan 12 hőcserélőn, amely az 1 zeolit töltettel közvetlenül érintkezik. A „4” ütem a hőszivattyú üzemmód (hűtés nedvesítéssel). A tulajdonképpeni hőszivattyú üzemmód ebben az ütemben valósul meg azáltal, hogy a 2 gőztér nyomásának csökkenése miatt az elpárologtatóban a 11 víz forrni kezd, hőt von el az alacsony hőmérsékletű 5 hulladékenergia forrástól. Az elpárolgó vízgőzt az 1 zeolit töltet adszorbeálja, miközben az ún. adszorpciós energia, amely a párolgási (kondenzálási) és a molekuláris kötési energia összegét képezi, az 1 zeolit töltet folyamatos fűtése mellett felszabadul, és a 12 hőcserélőben a haszonközeg javára elvezethető. A „4” ütem végén az ismertetett körfolyamati elemek sorban megismételhetők. A hagyományos körfolyamat során hőhasznosítás csak a „2”, „3”, „4” ütemekben, hőbevezetés pedig „1”, „2”, „4” ütemekben történik. A hőbevezetés részből a 4 külső hőenergia forrásból részben pedig az 5 hulladékenergia forrásból történik. A körfolyamatban mindkét energiafajtát megfelelő hőmérséklet szinten hasznosíthatjuk. A hőszivattyúk energetikai hatékonyságát általában olyan hányadossal fejezik ki, amelynek számlálójában a hasznosított hő (Lh) nevezőjében pedig a külső energiaforrásból bevezetett hő (Lg) található. Egy konkrét alkalmazási példa esetében meleg 80%os (ún. „4A” típusú) zeoliltra vonatkozólag t = 100 'C hőmérsékleten és t = 300 'C felfűtési hőmérsékletet véve alapul kitűnt, hogy az „1” ütemtől a „3” ütem kezdetéig a 4 külső hőenergia forrásból 270-72 = 198 Wh/kg energiát vezettünk a körfolyamatba. A hőhasznosítás során fenti energiamennyiség mel5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
