191631. lajstromszámú szabadalom • Eljárás folyadékok - főleg víz - hőenergiájának előnyösen hőszivattyú által történő hasznosítására és berendezés az eljárás megvalósítására
3 191 631 4 ges megvalósításakor fellépő áramlási ellenállásokat, a fajsúlykülönbségek alapján számítható áramlási sebességeket stb. nem számítjuk ki, csak az áttekinthetőség érdekében szükséges összefüggéseket, számításokat követjük végig.) A berendezést telepítsük egy szabadtéri 13 vízfelszín fölé. (Ez lehet pld. egy hőforrás vize, bányából kiszivattyúzott víz, hőerőmű hűtőtava stb.) Az emelkedő 2 csőszakasz első vége és a lejtő 7 csőszakasz 12 vége legyen egymástól elég távol azért, hogy a be-, ill. kiömlő víz ne keveredjék egymással. (Esetleg másképpen, pld. terelőgáttal stb. is gondoskodhatunk a be- és kiáramló folyadék elvlasztásáról.) Legyen a víz (tápfolyadék) hőmérséklete 15 °C. Ezt a berendezésben csökkentsük le 10 °C-ra. Tehát olyan gőznyomás kell, hogy legyen az elpárologtató 3 edényben, amely nyomáson a víz forráspontja 10 °C. Ez kb. 1,23 kPa. A légkörnyi nyomás kb. 101,3 kPa. Ezért az elpárologtató 3 edényben levő folyadékfelszín és a szabadtéri folyadékfelszín között olyan szintkülönbségnek kell kialakulnia, hogy a hidrosztatikus nyomás egyensúlyt tartson a fenti két nyomás különbségével, amely 101,3 kPa - 1,23 kPa= 100,07 kPa - 100 kPa Ezzel a nyomással kb. 10,2 m magas vízoszlop van egyensúlyban, tehát az elpárologtató 3 edényben levő folyadékfelszínnek 10,2 m-rel kell magasabban lennie a szabadtéri folyadékfelszíntől. A 9 fűtőtest 11 kivezető csatlakozására kapcsolt vákumszivattyú és a 8 gözsűrítő beindításával létesítsünk megfelelő nagyságú - kb. 1,23 kPa nyomású - vákumot. Ekkor a vízszint az emelkedő 12 csőszakaszban és a lejtő 17 csőszakaszban emelkedni kezd, éskb. 10,2 m-rel a szabadtéri folyadékfelszín felett megállapodik, közben a folyadék forr, egészen addig, míg az elpárologtató 3 edényben a folyadék hőmérséklete le nem csökken 10 °C-ra. Ekkor a levegő-beeresztő 10 szelepen keresztül a külső légtérből kis intenzitással levegőt engedünk az emelkedő 2 csőszakaszba. (Olyan kis intenzitással, hogy a 8 gőzsűrítő és a 11. kivezető csatlakozásra kapcsolt vákumszivattyú továbbra is fenn tudja tartani az 1,23 kPa értékű vákumot.) Ekkor a sűrített levegős mammutszivattyúk működési elvének megfelelően — megindul a folyadékáramlás az emelkedő 2 csőszakaszban felfelé. Így az elpárologtató 3 edényben levő hidegebb 10 °C-os víz a lejtő 7 csőszakaszba áramlik. Ekkor a levegő-beeresztő 10 szelepet elzárhatjuk, mert a fajsúlykülönbségek miatt a folyadékáramlás önfenntartóvá válik. (A hidegebb víz nagyobb fajsúlya miatt a hidrosztatikus nyomás-gradiens az emelkedő 2 csőszakaszban, ill. a lejtő 7 csőszakaszban nem lesz egyenlő. A kialakuló nyomáskülönbség kb. 75 Pa, ha az elpárologtató 3 edénybe beáramló és onnan kiáramló folyadék 15 °C-os, ill. 10 °C-os.) A cirkulációt segítik az emelkedő folyadékáramban keletkező gőzbuborékok is. Az elpárologtató 3 edényből a keletkező gőzt - ill. a vízben oldott, és a vákum hatására felszabaduló levegőt — a 8 gőzsűrítővei távolítjuk el, ill. sűrítjük megfelelő értékre. Legyen a fűtésre még hasznosítható legkisebb hőmérséklet 50 °C. Ezen a hőmérsékleten a telített vízgőz nyomása kb. 12.3 kPa. Tehát ha ezen nyomásértékre sűrítjük a gőzt, úgy a kondenzáció hőmérséklete kb. 50 °C, így a 12.3 kPa nyomásra sűrített gőzt a 9 fűtőtestbe vezetve azt kb. 50 °C-on — a kondenzáció hőmérsékletén — tartja. (Feltéve, hogy a 9 fűtőtest, ill. a környezet paramétereihez képest elegendő gőzmennyiség áramlik be.) A 11 kivezető csatlakozásra kapcsolt szivattyúval a kondenzvizet tudjuk eltávolítani, a vákumszivattyúval pedig a rendszerbe jutó levegőt tudjuk folyamatosan eltávolítani. A 8 gőzsűrítő teljesítmény-szabályozásával a fűtőteljesítményt tudjuk szabályozni a hatásfok csökkenése nélkül. Ekkor a folyadékáramlás sebessége és az elpárologtató 3 edényben kialakult folyadékszint valamelyest csökkenni fog, a kiáramló víz hőmérséklete kicsivel magasabb lesz. (Feltéve, hogy a folyadékáramlási keresztmetszeteket a 8 gőzsűrítő szabályozásakor nem változtatjuk.) Egyébként a berendezés elméletileg elérhető legnagyobb jósági tényezőjét a termodinamika egyértelműen meghatározza: e =-Ii_ max T _ T 1 2 ahol jelen esetben T = 323,15 K (= 50 °C) T2 = 283,15 K (=10°C) ebből így elvileg 8-szoros teljesítménnyel tudnánk fűteni, mint amekkora teljesítményt a 8 gőzsűrítő igényel. A különböző kiegészítő berendezések teljesítményszükséglete és a gőzsűrítő hatásfoka miatt, ill. egyéb hőveszteségek miatt a ténylegesen megvalósítható berendezés jósági tényezője kisebb ezen értéknél. A találmány szerinti eljárás, ill. berendezés legfőbb előnye, hogy - a közvetlen hőátadásra szolgáló fűtőtestek kivételével - nem igényel külön hőcserélőket. így egy ilyen berendezés beruházási költsége is lényegesen alacsonyabb lehet a hagyományos hőszivattyús rendszerekhez képest. A találmány szerinti eljárásnak, ill. berendezésnek még egy lényeges előnye van abban az esetben, ha a hőforrásként használható folyadék (víz) nagyobb távolságra található a fűtendő térségtől. Ha az elpárologtató edényt a hőforrás közelébe telepítjük, a gőzsűrítőt és/vagy külön hőkicserélő közeggel működő hőszivattyút pedig a fűtendő térség közelébe, úgy elegendő egyetlen — alacsony hőmérsékletű gőzt szállító, így gazdaságosan megvalósítható, kis hőveszteségű — csővezeték kiépítése az elpárologtató edény ill. a gőzsűrítő és/vagy külön hőkicserélő közeggel működő hőszivattyú között. Ezenkívül a hőcserélőből, ill. fűtőtestből távozó kondenzátumot is használhatjuk pl. desztillált vízként, ha a hőforrás valamilyen illő anyagokkal nem szennyezett víz. Szabadalmi igénypontok 1. Eljárás folyadékok - főleg víz - hőenergiájának előnyösen hőszivattyú által történő hasznosítására, azzal jellemezve, hogy az adott nyomású és hőmérsékletű folyadékot folyamatosan egy olyan magasságban elhelyezett elpárologtató edénybe vezetjük - miután az elpárologtató edényből és a hozzá csatlakozó kiegészítő cső-3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
