Energiagazdálkodás, 1990 (31. évfolyam, 1-12. szám)
1990-01-01 / 1. szám
5. A téma további fejlődése E probléma megoldására már régóta alkalmazzák a hagyományos hőszivattyúk többfokozatú változatait. Különösen alkalmas erre a feladatra a hibrid hőszivattyú. Ennek munkaközege ugyanis változó hőmérsékleten párolog el és kondenzálódik, ezért jól illeszthető a változó hőmérsékletű külső közegekhez. A jó illeszkedés megvalósításának természetesen egyik alapkövetelménye az, hogy a hőcserélők kivitele minél jobban megközelítse a tökéletes ellenáramot. 4. Az Osenbruck/körfolyamat Az első ismert utalás a hibrid hőszivattyúk (vagy hűtőgépek) témakörébe tartozó műszaki megoldásra Osenbrück szabadalma 1895-ből [1]. (Feltehetőleg ennek is voltak előzményei, hiszen ez nem a lehetséges legegyszerűbb kapcsolás, de ezeket nem sikerült feltárnunk.) Érdekes, hogy a szerző a találmányát abszorpciós gépek üzemeltetésére vonatkozó eljárásként írja le. A körfolyamatot a 6/a. ábra szemlélteti. Osenbrück hűtőgépként írja le a berendezést, a jelen anyagban azonban hőszivattyúként ismertetjük. A munkaközeg az F hőcserélőben változó hőmérsékleten részben elpárolog, miközben felveszi a hőforrásból származó hőt. A kétfázisú munkaközeg az L leválasztóba kerül, ahol a folyadék különválik a gőztől. A gőzt a kompresszor szállítja tovább a H hőcserélő felé, a folyadékot pedig az SZ szivattyú a BH belső hőcserélőn keresztül ugyancsak a H hőcserélőbe juttatja. A kompresszorban a belépő száraz telített gőz túlhevül, a folydékfázis pedig a belső hőcserélőben melegszik fel. A H hőcserélőben a munkaközeg folyamatosan csökkenő hőmérsékleten kondenzálódik, miközben leadja a hőt a hőhasznosítónak. A csapadék a BH belső hőcserélőbe kerül, ahol aláhűl, miközben felmelegíti a leválasztóból érkező folyadékot. A belső hőcserélőben aláhűtött folyadék belép az ESZ jelű expanziós szelepbe, ahol nyomása lecsökken, közben a munkaközeg egy része kigőzölög. Az így létrejött nedves gőz állapotú munkaközeg lép be az hőcserélőbe. Századunk első évtizedeiben többen újra meg újra rábukkantak erre a gondolatra, több találmány is született, amelyek hasonló körfolyamatokat írtak le. Ezek közül azonban — tudomásunk szerint — egyik sem valósult meg. Az Osenbrück-körfolyamatot vizsgálta Altenkirch [2] egy 1913-ban írt cikkében, amelyben a „reszorpciós gép” elnevezést használta rá. A hibrid hőszivattyúk részletes elméleti vizsgálata (bár nem ilyen elnevezéssel) 1950 körül került újra napirendre. Ezt a kérdést Altenkirch egy 3 cikkből álló sorozatban [3] tárgyalta. Ebben a munkájában újabb elnevezést alkalmazott: ,,oldalkörös kompressziós gép”. Mivel a sokkal régebbi kiadványok ritkán kerülnek a szerzők kezébe, sokan ebből a munkából ismerték meg a témát, ezért számos könyvben és cikkben Altenkirch-körfolyamatnak nevezik az Osenbrück-körfolyamatot. Egy másik figyelemreméltó munka ebből az időszakból Rozenfeld és Tkacsov [4] könyve, amely részletesen tárgyalja a víz-ammónia oldattal működő kompresszoros körfolyamatok elméletét. Az 1970-es években megértek azok a műszaki és gazdasági feltételek, amelyek következtében előtérbe került a hibrid hőszivattyú gyakorlati megvalósítása. Az 1970-es évek végén és a 80-as évek elején számos munkában foglalkoztak ilyen jellegű témákkal, új találmányok, új konstrukciók születtek. Ebben az időszakban jöttek létre az első ipari méretű kísérleti berendezések. Az egyik ilyen berendezést Mucie és Scheuermann cikke [7] ismerteti. Az egyszerűsített elvi kapcsolás a 3/a. ábra szerinti. Az ellenáramú hőcserélők megvalósítása egészen sajátos módon történt, a körfolyamat munkaközege víz és ammónia keveréke. A szerzők az „oldatkörös kétközeges kompressziós hőszivattyú” elnevezést használják. 6. A körfolyamat tökéletesítése Az 1970-es évek végén megindult megélénkülés együttjárt a rendszer tökéletesítésére irányuló törekvésekkel is. Az Osenbrück-féle kapcsolás egyik jellemző vonása a belső hőcserélő, amelyben a kondenzátum aláhűl és felmelegíti az elpárologtatóból kilépő nedves gőzből leválasztott folyadékot. A belső hőcserélő elvileg veszteséget jelent, hiszen a mechanikai energia felhasználásával felszivattyúzott hő egy részét vezeti vissza az alacsonyabb hőfokszintre. A gyakorlatban mégis jelentős előnyei vannak. Egyrészt csökkenti a fojtási veszteséget a kondenzátum aláhűtése útján. Másrészt itt is érvényesül a gáznemű munkaközeggel működő hőszivattyúknál ismert jelenség, azaz 1967-6 6. ábra. Folyadékfázis melegítése belső hőcserélőben. Energiagazdálkodás XXXI. évf. 1990. 1. szám