186726. lajstromszámú szabadalom • Hibrid kompressziós-abszorpciós eljárás és berendezés hőszivattyúk, vagy hűtőgépek üzemeltetésére
1 186 726 2 A találmány tárgya hibrid kompressziós-abszorpciós eljárás és berendezés hőszivattyúk vagy hűtőgépek üzemeltetésére. A találmány szerinti eljárás során egy oldószer és egy abban oldódó hűtőfolyadék keverékből álló munkaközeg alkalmazásával egy első hőcserefolyamat keretében a hűtőfolyadékot hőelvonás kíséretében az oldószerben oldjuk és az első hőcserefolyamatból elvezetett hűtőfolyadék és oldószer elegyéből álló, folyadékfázisú munkaközegbe annak expanziója után egy második hőcserefolyamat keretében hőbevitelt végzünk, mi által az oldószerben oldott hűtőfolyadékot legalább részben gőzfázisban kiűzzük, majd egy sűrítési folyamatban a munkaközeg második hőcserefolyamatából elvont gőz fázisát komprimáltuk, miközben a hűtőfolyadék koncentrációját a munkaközeg folyadékfázisában, a munkaközegnek az első és második hőcserefolyamat során megtett útja alatt folyamatosan változtatjuk. A találmány tárgyát képezi továbbá a hibrid hűtőgép vagy hőszivattyú, amely az eljárás megvalósítására alkalmas. Az energiaválság következtében a hőszivattyúk felhasználási lehetőségeit és hatékonyságuk növelését világszerte fokozott intenzitással vizsgáljuk. A hőszivattyú mint ismeretes, tulajdonképpen egy fordítva működtetett hűtőgép, mely a környezet hőenergiáját egy zárt térnek adja át. A jelenleg ismert kompressziós hőszivattyúkat a legtöbb esetben a hűtőtechnikában alkalmazott hűtőközegekkel működtetik. A kutatások és fejlesztések célja mindenütt a hűtőtechnikában már bevált módszerek finomítására, ill. módszereknek hőszivattyú útján való alkalmazása. Ezektől a fejlesztési irányzatoktól azonban véleményünk szerint lényeges áttörés nem várható. Léteznek olyan hűtési feladatok, ahol egy változó hőmérsékletű (lehűlő) közeget hűteni kell, és az elvont energiát egy szintén változó hőmérsékletű közegnek (pl. -hűtővíznek) kell átadni. Ilyen esetekben a hagyományos kompressziós hűtőgépeknek nagy hátrányuk, hogy a hűtőgép elpárologtatási és kondenzációs hőmérsékletével, a hőelvonási oldalon a hűtendő közeg legalacsonyabb hőmérséklete alá, a hőleadási oldalon pedig a hőelvonó közeg legmagasabb hőmérséklete fölé kell menni, és hogy — ami ezzel szoros összefüggésben van - a hőcserélő edények nyomásait is szükségtelenül nagy eltéréssel kell meghatározni. így a kompresszor üzemét alapvetően méghatározó nyomásviszonyok értéke meglehetősen előnytelen lesz. Ugyanez a probléma a hőszivattyúk esetén is fellép. Ismeretes olyan kompressziós eljárás (DE-B-1 241 468), amely két különböző forráspontú hűtőfolyadék keverékével működik és ahol a sűrített hűtőközeggőzkeverékből a magasabb forráspontú komponens parciális kondenzáció keretében kondenzálódik, majd a gőzfázisú komponenstől elválik, míg az alacsonyabb forráspontú komponens kondenzálása céljából expandál és elpárolog. Ugyanakkor a kondenzálódott alacsonyabb forráspontú alkotó expandál és elpárolog, míg az expandált magasabb forráspontú komponens elpárolgása előtt az előbbivel keveredik. Ezután a gőzfázisú, magasabb forráspontú komponens és az ezzel kevert, gőzfázisú, alacsonyabb forráspontú komponens együttesen újra komprimálódik. Ezen ismert megoldáson túlmenően már az abszorpciós és kompressziós eljárások egymással való kombiná- 2 cióji is ismert. Egy ilyen ismert eljárásnál (DE-A- 2 538 730) hűtőfolyadékként olyan halogénezett szénhidiogént használnak, amely az eljárás üzemi tartományában kondenzálódni képes. Oldószerként pl. olyan olajat, alkalmaznak, amellyel ezek jól tűrik egymást. Az eljárás úgy megy végbe, hogy az abszorpciós folyamat közben a hűtőfolyadéknak csak egy része, pl. fele vagy még kevesebb része oldódik az oldószerben. A hűtőközeg maradék része az abszorberbő! (elárasztott, álló kivitelű csőköteges hőcserélő, felső, közös beönvőnyílással a gőzfázisú hűtőfolyadék és a folyékony oldószer számára) való kilépés után a hűtőfolyadékban a dús oldattól elválik, majd egy kiűzőben (álló, csöves hőcserélő, alul elhelyezett beömléssel az abszorberben hűtőfolyadékkal feldúsult, és azután expandált az oldat számára) a sűrű oldattal kicserélő hőjét és részben oly módon konpenzálódik, hogy a felszabaduló kondenzációs hő hatására a hűtőfolyadék az oldatból kiűződik. A kiűzött folyadékot és a folyékony oldószert a kiűző fölső kiömlőcsonkon keresztül egy kompresszor szívja be amely a hűtőfolyadék azon részét is beszívja, mely a kiűzőben az oldószer által abszorbeált hűtőfolyadékrész kiűzésére szolgált, és a teljes kondenzáció után elpá olgott. Ennél az ismert eljárásnál tehát a hűtőfolyadék gőzét komprimáló kompresszor a munkaközeg kiűzőn való ke esztülszívását; és a folyadék oldószernek az abszorber nagy nyomású oldalára való szivattyúzását is elvégzi úgy, hogy ezáltal egy külön oldószer-szivattyút meg lehet takarítani. Miután oldószerként olajat alkalmaznak, ez a kompresszoron (pl. csavarkompresszoron) való átvezetés közben egyben annak kenésére felhasználható. Mivel ez az eljárás hűtőfolyadék-felesleggel üzemel, a kompressziós munka hátrányosan igen nagy. Egy másik ismert hibrid kompressziós-abszorpciós eljárásnál (DE-A-2 617 351) a korábban említett módon m mkaközegként pl. ammónia s víz keverékét használják. A második hőcserefolyamat eredményeként a folyékony oldószerből kiűzött hűtőfolyadék az oldószertől el 'álik, a leválasztott hűtőfolyadékból álló gőzfázis kcmprimálás után kerül vissza az első hőcserefoiyamitba, miközben a visszamaradó, hűtőfolyadékban szegény oldatból álló folyadékfázis egy szivattyú utján egy belső hőcserélőn keresztül - amelyben a folyadékfázist a második hőcserefolyamatból leválasztott, abszorbcált hűtőfolyadékban gazdag expanzió előtt álló oldat el enáramban fölmelegíti - az első hőcserefolyamatba kerül vissza, ahol újra összekerül a hűtőfolyadék komprimált gőzével. Ez az ismert eljárás azt mutatja, hogy a hatásfokot ar által lehet lényegesen növelni, ha mind az első hőcserélő folyamatban, a komprimált hűtőfolyadék oldószerben való abszorpciója céljából, mind a második hőcserefolyamatban, a hűtőfolyadéknak az oldószerből való kiűzése céljából, az oldószert a hőcserefolyamatban a hőbevivő ill. hőelvonó külső hőhordozó közeghez képest ellenáramban áramoltatják. Az ellenáram elvének kihasználásával ugyanis elérhető, hogy a hőhordozóközeg hőmérséklete a hőcserélő felülete mentén folyamatosan változzon. Ezt követi az oldat hőmérsékletének változása a hőcserélő felülete n ásik oldalán oly módon, hogy az oldószerből és az abszorbeált hűtőfolyadékból álló oldat koncentrációján ik és hőmérsékletének egyensúlyi állapota mind a kiűzési, mind az abszorpciós folyamat elejétől végéig folya-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
