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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2143651

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR UMWANDLUNG VON WÄRME

Name des Erfinders:. Samhan I.I; Zolotarev, GV
Der Name des Patentinhabers: Samhan Igor Isaakovich
Korrespondenzanschrift: 150014, Yaroslavl, ul.B.Oktyabrskaya, 73 Das, kv.87, Samhan II
Startdatum des Patents: 1997.07.01

In dem Prozess der Umwandlung von Wärmeenergie Heizsystemen Arbeitsfluid mit einer Zufuhr von Wärme von Niedertemperatur-Kühlmittel verdampft wird, wird komprimiert, kondensiert, durch das Kühlmittel Heizsystemen Heizung und gedrosselt. In diesem Teil der Gesamtkühlmittelströmung Heizungsanlage vor dem Erwärmen in dem Kondensator erwärmt wird Arbeitsfluid während der Kompression. Die Vorrichtung, die das Verfahren implementiert, einen Kompressor (oder einzelne Stufen) vorgesehen ist (ausgestattet) mit Wärmeaustauschflächen sind mit dem Eingangskondensator Kommunikationskühlmittelheizung angeschlossen. Kommunikation umfassen Verteilerventile Kühl Heizsystem fließt zwischen den Kondensator und Kompressor Wärmeaustauschflächen. Die Verwendung der Erfindung wird deutlich, die thermische Energieeffizienz der Energieumwandlung zu verbessern.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Energiesystem, insbesondere für die Niedertemperaturprozesse thermische Energie in Wärmeenergie mit hohem Temperaturniveau und kalten wandeln.

Bekannte Verfahren zur Wärmetransformation unter Verwendung des Kompressions-Resorption Wärmepumpe. Bei diesem Verfahren erfolgt bei variablen Temperaturen aus Stripping (Verdampfung) und der Absorption (Kondensation) von Wasser-Ammoniak-Gemischen thermotransformation möglich Werte der Koeffizienten von mehr als theoretische Werte des Carnot-Zyklus erzielen. Die Fortschritte Indikatoren aufgrund der Mängel des Verfahrens und der Ausrüstung immer noch vergleichsweise gering thermotransformation.

Bekannte Dampfkompressionsverfahren thermotransformation am nächsten an der Erfindung durch die technische Wesen.

Wobei das Verfahren die inverse (Wärmepumpe, Kälte), den thermodynamischen Zyklus, in dem das Arbeitsfluid (Kältemittel) verdampft mit der Zufuhr von Wärme aus dem Kühlmittel mit niedriger Temperatur (THT), die Brüden komprimiert werden, mit der Zufuhr von externer Arbeit umfasst, gekühlt und durch Wärmeübertragung mit hoher Temperatur (TW) kondensiert aus durch Drosselung oder Expansion im Expander gefolgt.

Der Nachteil dieser Methode ist die relativ geringe Energieeffizienz des Prozesses wesentlich weniger als die theoretische Potential in dem Carnot - Zyklus.

Die Erfindung zielt darauf ab , ein Verfahren zur Umwandlung von Wärmeenergie zu schaffen, die eine deutliche Erhöhung der Energieeffizienz bietet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst , daß in dem bekannten Verfahren wird die Umwandlung von Wärmeenergie, eine zyklische Abfolge von Prozessen enthält, in dem das Arbeitsfluid (Kältemittel) mit der Zufuhr von Wärme verdampft aus dem Kühlmittel mit niedriger Temperatur (THT) mit der Zufuhr von externer Arbeit komprimiert wird, gekühlt Wärmemedium mit hoher Temperatur (TW) und gedrosselte Kältemittel weiter in den Prozess gekühlt wird eine hohe Kühlmitteltemperatur zu komprimieren (TW).

Ein weiteres Merkmal des vorgeschlagenen Verfahrens ist , dass 30 bis 80% von TW während der Verdichtung des Kältemittels erhitzt wird (ein Wärme sie und den Rest des Kältemittels ausgeben, aber das Kältemittel nach dem Verdichtungsvorgang).

Ein weiteres Merkmal des vorgeschlagenen Verfahrens ist , dass die Rückströmung des Kältemittels vor der Drosselung oder Strömungs detandirovaniem TNT kühlt dann verwendet , um das Kältemittel zu verdampfen.

Außerdem sind die Unterschiede:

  • Verwendung von TNT während seiner Kompression Abkühlung im Kühlmittel zu paraphieren;
  • regenerative Erwärmung direkten Kältemittelstrom nach der Verdampfung des Rückströmung des Kältemittels auf Drosselungs kommen;
  • als Gemisch Kältemittelsubstanzen mit unterschiedlichen Siedepunkten verwendet wird.

In einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens (Wärmepumpe) aus, die Zirkulationsschleife mit dem etablierten Serie Kältemittelverdampfer angeschlossen Kommunikationsversorgung TNT enthält, Verdichter, Kühler (Kondensator) Kältemittel, das zu dem Kommunikationsfluss TVT und Drossel- oder Expansionseinrichtung verbunden ist, Verdichter (oder seine getrennten Stufen ) mit Wärmeaustauschflächen (vorhanden) sind mit den Kommunikations- und TVT TNT zuzuführen.

Ein weiteres Merkmal der Vorrichtung ist , dass der Zirkulationskreis stromaufwärts der Verengung (in der Richtung des Kältemittel) , einen Wärmetauscher mit Dienstprogramme umfasst TNT zu liefern.

Ein weiterer Unterschied ist , dass die Schaltung ferner einen regenerativen Wärmetauscher umfasst, Abkühlen des Rückfluss des Kühlmittels zu dem Reaktor und Erhitzen lenken den Fluss des Kühlmittels zu dem Kompressor.

Der Unterschied besteht darin , dass die Kommunikation TVT Mengen Verteilungsstromventil zwischen dem Kühler (Kondensator) und die Wärmeübertragungsflächen enthalten , zu liefern.

Das vorgeschlagene Verfahren im Vergleich mit ähnlichen Stand der Technik stellt eine wesentliche Steigerung der Effizienz im Vergleich zu den theoretischen Grenzen des Carnot-Zyklus.

Insbesondere abgekühlte das Kältemittel während seines Kompressionsteil TNT und ermöglicht TVT relativ zu dem bekannten Verfahren:

  • Wärme verschiedenen Teilen der TVT bei variablen Temperaturen mit minimaler thermodynamischen Verlusten führen;
  • Kältemittel-Überhitzung während der Kompression Charakteristik des herkömmlichen Verfahrens beseitigen;
  • die Kosten für die mechanische Energie zu reduzieren um das Kältemittel zu komprimieren.

Andere grundlegende Unterschied besteht vor Drosselung TNT den Rückfluss des Kühlmittels im Kühl.

Es ermöglicht Ihnen:

  • reduzieren Verluste aus auf einen vernachlässigbaren Wert gedrosselt;
  • verwenden zuvor verloren nützlich durch Energie beim Verdampfen Drosselung;
  • thermotransformation den Temperaturbereich bei niedrigen Energiekosten erhöhen.

in den vorliegenden Verfahren Effekte Auftretende führen zu einer Erhöhung des Koeffizienten thermotransformation = Q / W, durch das Verhältnis von Wärme auf die Q aufgewandt Arbeit W übertragen definiert, 1,2-1,25 mal in Bezug auf Carnot - Prozess auch in einem relativ engen Temperaturbereich thermotransformation von 0 bis 70 o C.

Das Wesen des Verfahrens wird durch die folgenden Figuren veranschaulicht:

Fig. 1 (a, b) - ein vorhandenes Diagramm (a) der vorgeschlagenen und (b) Methoden in Koordinaten der absoluten Temperatur (T) - Entropie (S)

Fig. 2 (a, b) - ein vorhandenes Diagramm (a) der vorgeschlagenen und (b) Verfahren, in dem Druck (p) und die Enthalpie (h)

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR UMWANDLUNG VON WÄRME

Fig. 3 - schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Schraubenkompressor mit

Fig. 1 und 2 zeigen den Betriebszustand des Kältemittels (vgl. Die Tabelle am Ende der Beschreibung).

In einer Ausführungsform des Verfahrens von Fig. 1 (b) und 2 (b) anstelle der Operation 7 - 1 1 und - 2 realisiert Taktbetrieb werden.

7 - 2 '- Kältemittel adiabatische Kompression und

2'-2 - Kältemitteldampf in der Trockenkühlung TVT zu komprimieren.

Die Vorrichtung von Fig. 3 enthält einen Zirkulationskreislauf 1, der Verdampfer 2 mit Dienstprogramme enthält TNT 3, einem Kompressor 4 mit einem Antrieb 5, die Wärmeaustauschflächen 6, ein zusätzliches Mittel zur Wärme 7 und Kommunikationsversorgungs TVT 9 und TNT 3-Kühler (Kondensator) 8 verbunden mit dem Kommunikationsfluss TVT zuzuführen 10 9 mit einem Steuerventil, dem regenerativen Wärmetauscher 11, einen Wärmetauscher 12 mit Dienstprogramme TNT 3 und eine Drossel (Entspannungsventil) 13 zu liefern.

Zur Implementierung kann das Verfahren heute bestehenden Kältemittel verwendet werden, wie beispielsweise R12, R22, R717 (Ammoniak), R502, R13 und andere. Wenn Kühlmittel mit niedriger kritischer Temperatur unter Verwendung beispielsweise R13, kann das Verfahren in Kompressionskältemittel oberhalb der kritischen Drücke realisiert werden.

Das Verfahren kann wie folgt implementiert werden.

Beispiel 1
Flüssiges Arbeitsmedium (R12 Kältemittel) in dem Verdampfer 2 bei einer Temperatur von 0 o C verdampft, die Dämpfe erhitzt auf 30 o C regenerative Kältemittelstrom umzukehren. Der überhitzte Kältemitteldampf Strom trockenen nahezu isotherm in dem Kompressor komprimiert, während der Kompressor Kühl Teil TNT, dann fährt Kühlmittelkompression im Nassdampfkältemittel von TBT Kühlteil. Die Intensität des angelegten Kühlkompressor ist durch einen hohen Kondensationsgrad des Kältemittels erreicht 50-100% bestimmt.

Der Abstrom aus dem Kompressor Kältemittelstroms wird in einem Kühler (Kondensator) , gekühlt auf dem anderen Teil des TBT Temperatur etwa 33 o C in einem regenerativen Wärmetauscher und gedrosselt wird. TVT Heiztemperatur um 65-67 o C.

Faktor thermotransformation in diesem Fall ist es gegeben durch

= (Q in Q + ox) / W k

wo Q,oh Q - bzw. die Wärme Gewidmet TVT im Kompressor und Kühler; W - Arbeit durch den Kompressor verbraucht.

Für dieses Beispiel = 6,06, der Wert Um einem idealen Carnot - Zyklus in einem Temperaturbereich von 0-70 ° C ist

ina = T / (T a -T n) = 343 / (343-273) = 4,9

(T in, T n - die höchste und die niedrigste Temperatur des Zyklus).

Ähnliche Muster sind von anderen Arbeitsgremien typisch. Insbesondere für den Koeffizienten thermotransformation gegebenen Beispiel Bedingungen mit Menge R22 Kältemittel 5,85, und für R717 (Ammoniak) sein - 6.26.

Beispiel 2
Kältemittel R12B1 nach Verdampfung bei einer Temperatur von 0 o C komprimiert wird adiabatisch auf eine Temperatur von 30 o C. Dann wird das Kältemittel komprimiert wird polytropen TVT Kühl ersten im Bereich der Trockendampf, Naßdampf und dann.

Der Kältemittelkompressionsvorgang wird auf 70 o C erhitzt und von 50-90% kondensiert. Ausgelöst durch diese thermische Energie wird auf eine der TVT Strömen übertragen , die wiederum heizt bei steigender Temperatur von etwa 30 bis 66-68 o C.

Das Kältemittel nach dem Verdichter mit einer Temperatur von etwa 70 o C isobar bis etwa 30 o C weiter abgekühlt TBT ein anderer Teil, der wiederum erwärmt auf 66-68 o C.

Als nächstes wird der Kühlmittelstrom auf etwa 5-10 o C Strömungs TNT weiter abgekühlt gedrosselt, auf 0 o C und verdampft. Die Verdampfung des Kältemittelstrom vorgewärmt wird TNT durchgeführt.

Geschätzte thermotransformation Faktor in diesem Verfahren ist, = 6.12.

dass die praktische thermotransformation typischerweise kleiner als das theoretische Verhältnis von 25-35% unter Berücksichtigung kann es Werte signifikant überlegen bereits im Dampfkompressionssystem erreicht erreichen.

Das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung kann nicht nur mit Schraubenverdichtern realisiert werden, sondern auch mit anderen Arten von Kompressoren, wie Zentrifugal- oder mehrstufige Kolben. In diesem Fall kann die Kühlung des Kältemittels bei der Kompression und TNT TVT Kühlmittel in getrennten Stufen der Kompression durchgeführt werden, und die Lücken zwischen ihnen.

Zusätzlich Wärmeaustausch während der Zwischenkältemittelverdichtungskühlmittel können verwendet werden, wie beispielsweise Öl einen thermischen Kontakt mit TBT und TNT ist. Diese Zwischenwärmeübertragungsflüssigkeiten können in den Kompressor eingespritzt werden.

Somit sind das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung neu, nützlich und können implementiert werden.

FORDERUNGEN

1. Verfahren zum Erzeugen einer zyklischen Folge von Prozessen thermische Energie Heizsystems Umwandlung umfasst, in dem das Arbeitsfluid mit Wärmezufuhr von der Niedertemperatur-Kühlmittel verdampft wird, wird mit der Zufuhr von externer Arbeit komprimiert wird, wird durch Erwärmen des Heizmediums Heizungssystem kondensiert und gedrosselt, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Erhitzen in dem Verfahren Kondensation des Arbeitsmediums der Gesamtströmung des Heizsystems Kühlmittels während des Zusammendrückens erwärmende Fluid arbeiten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch während der Kompression des Arbeitsfluids gekennzeichnet erhitzt 30-70% der Gesamtmenge des Kühlmittels Heizsystems.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperatur-Kühlmittel zu dem Drosselung (oder detandirovanie) kommenden Fluidrückfluss erhitzt arbeiten.

4. Verfahren nach den Ansprüchen von 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlarbeitsfluid während der Kompression wird durch Niedertemperatur-Kühlmittel zunächst durchgeführt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsfluid regenerativ nach Verdampfung des Arbeitsfluidströmung erhitzt wird auf die Drossel eintritt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium eine Mischung von Substanzen mit unterschiedlichen Siedepunkten ist.

7. Vorrichtung zur thermischen Energie Heizsystems Transformieren, mit einer Zirkulationsschleife einen Verdampfer einschließlich in Reihenströmungsverbindung mit dem Niedertemperaturkühlmittel angebracht ist, einem Verdichter, einem Kondensator einen Kommunikations Eingangs- und Ausgangskühlmittelheizung und das Expansionsventil, dass der Kompressor dadurch gekennzeichnet, (oder einzelne sein Niveau) vorgesehen ist (ausgestattet) mit Wärmeaustauschflächen des Kondensators auf die Kommunikation für Kühlmittel verbunden, um die Wärmeversorgung eintritt, und die Kommunikationsverteilerventile umfassen das Kühlsystem Erwärmung zwischen dem Kondensator fließt und den Wärmetauschflächen des Kompressors.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Wärmeaustauschflächen (entlang der Arbeitsflüssigkeit) umfasst der Verdichter ferner ein Wärmeaustauschmittel in Verbindung mit dem Niedertemperatur-Kühlmittel.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zirkulationskreislauf vor dem Expansionsventil ein Wärmetauscher mit der Kommunikation vorgesehen ist, mit dem Niedertemperaturkühlmittel in Verbindung steht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Zirkulationsschaltung umfasst ferner einen regenerativen Wärmetauscher, der das Arbeitsfluid stromaufwärts des Expansionsventils abkühlt und es zu dem Kompressor erwärmt wird.

Druckversion
Erscheinungsdatum 30.12.2006gg