DE3590552T1

DE3590552T1 - Verfahren zum Übertragen von Wärmeenergie

Info

Publication number: DE3590552T1
Application number: DE19853590552
Authority: DE
Inventors: Masaki Ikematsu; Kazuo Yokohama Kanagawa Sakai; Eiichi Yoshida
Original assignee: Nippon Oil Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1984-10-31
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1986-10-09
Also published as: US4750550A; WO1986002715A1; JPS61107096A

Description

N/2850.2 PCT/Jp 85/00606

Nippon Oil Co., Ltd.

ÜBERSETZUNG

Verfahren zum Übertragen von Wärmeenergie

Technisches Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur wirksamen Übertragung von Wärmeenergie.

Stand der Technik

Bei Fernkühlung oder Fernheizung und Zentralkühlung oder Zentralheizung ist die wichtigste technische Aufgabe, die Wärmeenergie von einer Stelle, an der die Wärme entsteht, an weit verteilte Plätze des Wärmeverbrauchs zu übertragen. Beim Stand der Technik ist diese Übertragung von Wärmeenergie durchgeführt worden, indem Wasser hoher Temperatur oder Dampf als Medium verwendet wurde. In beiden Fällen jedoch ist der Dissipationsverlust von Wärme während ihres Transports beträchtlich, und in extremen Fällen gehen sogar 50% der effektiven Wärmeenergie während ihres Transports verloren. Damit ist das ernste Problem verbunden, daß die Energie sparende Natur von Zentralkühlung oder Zentralheizung merklich verschlechtert wird.

Da weiterhin das Wärmeübertragungsmedium wie Wasser hoher Temperatur oder Dampf, das bei den bekannten Verfahren

transportiert wird, direkt auf der Verbraucherseite ausgenutzt wird, kann keine Wärmespeicherung, die zum Aufrechterhalten eines angemessenen Gleichgewichtes zwischen Wärmeerzeugung und Wärmeverbrauch dient, in wirksamer Weise erreicht werden.Weiterhin ist, insbesondere wenn Wasser hoher Temperatur oder Dampf mit niedrigem Druck als Wärmeübertragungsmedium verwendet wird, ein Abfall der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums, das zur Wärmeausnutzung geliefert wird, im Vergleich zu seiner Temperatur am Ort der Wärmeerzeugung, d.h. die sogenannte Verschlechterung der Qualität der Energie, unvermeidlich.

Beschreibung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren für die Übertragung von Wärmeenergie zu schaffen, das Verbesserungen gegenüber den vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren für die Übertragung von Wärmeenergie bringt und Energie mit hoher Qualität auf der Verbraucherseite liefert.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für die Übertragung von Wärmeenergie zu schaffen, das insbesondere gestattet, Dampf mit niedrigem Druck mit gutem Wirkungsgrad zu transportieren und mit kleinen Wärmeverlusten zu speichern.

Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Betriebsbedingungen zu schaffen, unter denen dieses Verfahren für die Übertragung von Wärmeenergie mit sehr hohem thermi-/ Wirkungsgrad durchgeführt werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Übertragen von Wärmeenergie geschaffen, das die folgenden

Verfahrensschritte umfaßt:

(A) Aufheizen eines flüssigen Wärmeübertragungsmediums an einem Wärmeerzeugungsort, um den Dampf dieses Wärmeübertragungsmediums zu erzeugen;

(B) Transportieren des entstehenden Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium durch eine Transport-Rohrleitung;

(C) Einleiten des transportierten Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium in einen Absorptionstank und Absorbierenlassen dieses Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium in ein Absorptionsfluid hinein, das ein Absorptionsmittel enthält, wodurch die latente Wärme dieses Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium und die Mischwärme, die durch Mischen des Wärmeübertragungsmediums und dieses Absorptionsfluids erzeugt wird, ausgenutzt werden, um die Temperatur der entstehenden flüssigen Mischung aus diesem Wärmeübertragungsmedium und diesem Absorptionsfluid auf eine Temperatur zu erhöhen, die höher als die des Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium ist;

(D) Abziehen dieser Mischung, deren Temperatur erhöht ist, und Ausnutzen ihrer Wärme mit Hilfe eines Wärmeaustauschers und

(E) Trennen dieser Mischung, deren Temperatur als Folge der Wärmeausnutzung erniedrigt worden ist, in ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium und ein Absorptionsfluid mittels eines semipermeablen Membranmaterials mit Porosität und Rückführen und Wiederverbrauch derselben jeweils entsprechend als Wärmeübertragungsmedium und als Absorptionsfluid.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist ein Fließdiagramm, das eine Ausführungsform des Verfahrens zur übertragung von Wärmeenergie gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert,

Figur 2 ist eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen dem Verhältnis der zurückgeführten Menge an Absorptionsfluid zu der Menge des erzeugten Niederdruckdampfes (W /W ) und dem thermischen Wirkungsgrad zeigt, und

Figur 3 ist eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen dem Gewichtsanteil(x+z) von Lithiumbromid plus mehrwertigem Alkohol in dem Absorptionsfluid und dem Grad der Entfernung, die in dem Trennabschnitt 7 erreicht wird, zeigt.

Beste Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung

Das Wärmeübertragungsmedium, das bei dem vorliegenden Verfahren zum Übertragen von Wärmeenergie verwendet wird, kann irgendeine Substanz sein, die all die folgenden charakteristischen Eigenschaften aufweist:

1. Sie besitzt eine hohe latente Verdampfungswärme.

2. Sie hat hervorragende thermische Stabilität.

3. Sie weist niedrige Toxizität und Entflammbarkeit auf und ist leicht zu handhaben.

4. Sie ist billig.

Vorzugsweise werden jedoch Wasser, Alkohol und eine wässrige Lösung von Alkohol verwendet. Hiervon wird Wasser am meisten bevorzugt.

Die Wärme, die am Ort der Wärmeerzeugung erzeugt wird, kann irgendein Typ Wärme sein unter der Voraussetzung, daß sie eine ausreichend hohe Temperatur besitzt, um das

vorstehend angegebene Warmeübertragungsmedium zu verdampfen und dadurch dessen Dampf zu erzeugen. Es kann beispielsweise Wärme, die durch die Verbrennung von Erdöl oder Petroleum, Gas und anderen Brennstoffen erzeugt wird, und Abwärme, die von verschiedenen Produktionsverfahren herrührt, verwendet werden.

Wenn Wasser als das Wärmeübertragungsmedium bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann Niederdruckdampf mit einem Dampfdruck von 100 mmHg bis

2
10 kg/cm Überdruck (13332 Pa bis etwa 10 bar Überdruck),

vorzugsweise 100 mmHg bis 5 kg/cm Überdruck (13332 Pa bis etwa 5 bar Überdruck), mit gutem Wirkungsgrad als das Warmeübertragungsmedium in Dampfform, das durch die Erhitzung von Wasser erzeugt wird, verwendet werden. Wenn der Rohrdurchmesser und die Dampftemperatur konstant sind, wächst die Menge an dissipierter Wärme von einem nicht abgedeckten Rohr mit dem Anstieg des Dampfdruckes. Deshalb ist Niederdruckdampf stärker zu bevorzugen für die Verwendung als Wärmeübertragungsmedium als Hochdruckdampf, weil bei dem ersteren eine geringere Menge an Wärme von der Transportleitung verlorengehen kann. Es ist eines der großen Vorteile der vorliegenden Erfindung, daß sie die effektive Ausnutzung von Niederdruckdampf gestattet, der zur Verschlechterung der Qualität der Energie neigt.

Um ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium mit der Wärme, die am Ort der Wärmeerzeugung erzeugt wird, aufzuheizen und den Dampf aus dem Wärmeübertragungsmedium zu erzeugen, können verschiedenartige Typen von herkömmlichen Einrichtungen, wie sie bisher zum Erhitzen von Wärmeübertragungsmedien im Gebrauch waren, wie z.B. Kesselanlagen oder Boiler und Wärmeaustauscher, verwendet werden, so wie sie sind.

Als Transport-Rohrleitung, die in dem Verfahrensschritt (B) verwendet wird, und als Absorptionstank, der in dem Verfahrensschritt (D) bei dem vorliegenden Verfahren verwendet wird, können beliebige Rohrleitungen und Absorptionstanks verwendet werden, die eine wärmeisolierte Konstruktion besitzen.

Als Absorptionsfluid, das bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann irgendein Fluid verwendet werden, das das Wärmeübertragungsmedium wirksam absorbieren kann und Wärme als Folge seines Mischens mit dem vorgenannten Wärmeübertragungsmedium entwickelt. Bevorzugt wird jedoch eine wässrige Lösung von einer oder mehr Verbindungen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Lithiumnitrat, Magnesiumchlorid, Magnesiumbromid, Kalziumchlorid, Kalziumbromid, Zinkchlorid, Natriumhydroxid und Ammoniak besteht (diese Verbindungen werden hier im folgenden ganz allgemein als Absorptionsmittel bezeichnet), weil eine solche Lösung hervorragende Absorptionsfähigkeit für das Wärmeübertragungsmedium besitzt, hervorragende Wärmeerzeugungskapazität durch Mischen mit dem Wärmeübertragungsmedium besitzt und hervorragend in seiner Stabilität bei der Handhabung ist. Unter anderem wird eine wässrige Lösung von einer oder mehr Verbindungen, die aus der Gruppe, bestehend aus Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Magnesiumchlorid und Kalziumchlorid, ausgewählt sind, besonders bevorzugt.

Weiterhin kann bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ein mehrwertiger Alkohol wahlweise zu dem Absorptionsfluid hinzugegeben werden. Wenn ein mehrwertiger Alkohol hinzugegeben wird, wird die Fähigkeit des Absorptionsf luid, Dampf des Wärmeübertragungsmediums zu absor-

bieren, verbessert, ohne daß der Trennwirkungsgrad des Absorptionsfluids in dem Trennabschnitt verringert wird, wodurch es möglich wird, den Wärmeübertragungswirkungsgrad zu vergrößern. Die Zugabe von zuviel mehrwertigem Alkohol kann jedoch unerwünscht sein, weil der Trennwirkungsgrad des mehrwertigen Alkohols selbst in dem Trennabschnitt verringert wird. Mehrwertige Alkohole, die für diesen Zweck brauchbar sind, umfassen beispielsweise Äthylenglycol, Propylenglycol, Glycerol, Trimethylolpropan, Pentaerythritol, Sorbitol, Diäthylenglycol, Triäthylenglycol, Tetraäthylenglycol, Dipropylenglycol, Tripropylenglycol und Mischungen derselben.

Durch Ausnutzung sowohl der Mischungswärme, die beim Mischen des Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium, das durch die Transport-Rohrleitung gefördert wird, und des Absorptionsfluids erzeugt wird, als auch der latenten Verdampfungswärme des Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium muß die Temperatur der Mischung aus dem Wärmeübertragungsmedium und dem Absorptionsfluid auf eine Temperatur erhöht werden, die höher als die des Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium ist. Deshalb wird das Absorptionsfluid zum Absorbieren des Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium vorzugsweise auf eine Temperatur vorerhitzt, die diejenige des Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium vor seiner Absorption annähert. Zu diesem Zweck wird ein Teil des Dampfes von dem Wärmeübertragungsmedium ausschließlich zum Erhitzen des Absorptionsfluids ausgenutzt, anstatt daß es in das Absorptionsfluid hinein absorbiert wird.

Auf diese Weise kann durch Mischen des Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium mit dem Absorptionsfluid in dem Absorptionstank eine flüssige Mischung mit einer Tempera-

tür, die höher als die des Wärmeübertragungsmediums ist, das zu dem Mischabschnitt durch die Transport-Rohrleitung transportiert wird, d.h. also mit einer hohen Qualität der Energie, erhalten werden, ohne daß irgendeine spezielle Hochtemperaturquelle verwendet wird, und die Mischung mit dieser erhöhten Temperatur kann für den gewünschten Zweck der Wärmeausnutzung mit Hilfe eines Wärmeaustauschers ausgenutzt werden. Wenn Niederdruckdampf als Wärmeübertragungsmedium verwendet wird, war bisher Wärmespeicherung auf der Seite des Wärmebedarfs praktisch unmöglich aus Gründen der Wärmedissipation und des Raumbedarfs für das Wärmeübertragungsmedium. Da jedoch der Siedepunkt der vorgenannten Mischung merklich erhöht ist gegenüber dem des Wärmeübertragungsmediums selbst wegen der ebullioskopischen Wirkung, die durch das Mischen ihrer Bestandteile ausgeübt wird, kann die Mischung in flüssiger Form innerhalb des Absorptionstanks gerührt werden und, je nach Erfordernis, von dem Absorptionstank abgezogen und für den gewünschten Zweck der Wärmeausnutzung mit Hilfe eines Wärmeaustauschers verwendet werden. Wenn z.B. Niederdruckdampf mit einer Temperatur von etwa 100 C als Dampf aus Wärmeübertragungsmedium, der an dem Ort der Wärmeerzeugung erzeugt wird, verwendet wird und eine wässrige Lösung von Lithiumbromid als das Absorptionsfluid verwendet wird, kann das System in solch einer Weise betrieben werden, daß die Temperatur der Mischung innerhalb des Absorptionstanks in dem Bereich von etwa 101 bis 150°C liegt. Auch bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann der thermische Wirkungsgrad weiter verbessert werden, wenn es gewünscht wird, indem ein Wärmespeichertank nahe dem Absorptionstank vorgesehen wird.

AO

Die Mischung mit einer abgesenkten Temperatur als Folge der Wärmeausnutzung wird in einen Trennabschnitt geleitet, der ein semipermeables membranartiges Material mit Porosität enthält, in dem sie in ein Wärmeübertragungsmedium und ein Absorptionsfluid getrennt wird. Als semipermeables Membranmaterial mit Porosität, das sich in dem Trennabschnitt befindet, kann irgendein Material verwendet werden, das die Mischung wirksam in ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium und ein Absorptionsfluid trennen kann. Vom Standpunkt der Trennleistung ist es jedoch vorzuziehen, ein organisches semipermeables oder halbdurchlässiges Material zu verwenden, das im wesentlichen aus Zelluloseacetat, Methylzellulose, Polyäther, Polysulfon oder Polystyrol besteht, oder ein anorganisches semipermeables oder halbdurchlässiges Material zu verwenden, das aus einem metallischen Kolloid von Zirkon, Eisen oder Kupfer, getragen auf einem porösen Keramikglied, besteht.

Das Wärmeübertragungsmedium und das Absorptionsfluid, die in dem Trennabschnitt getrennt worden sind, werden jeweils entsprechend als flüssiges Wärmeübertragungsmedium zu dem Ort der Wärmeerzeugung bzw. als Absorptionsfluid zum Absorbieren von Dampf aus dem Wärmeübertragungsmedium zurückgeführt und wiederverwendet·

Wenn die Menge an Dampf aus Wärmeübertragungsmedium, die pro Zeiteinheit im Verfahrensschritt (A) erzeugt wird, als W₁ Gewichtsteile bezeichnet wird und die Menge an Absorptionsfluid, das pro Zeiteinheit im Verfahrensschritt (E) zurückgeführt wird (die Menge des Absorptionsf luids, das in dem Trennabschnitt abgetrennt und zu dem Absorptionstank zurückgeführt wird), als W₂ Gewichtsteile definiert wird, ergibt sich, daß das Verfahren der

vorliegenden Erfindung vorzugsweise auf solch eine Weise durchgeführt werden sollte, daß W₁ und W₂ ein% Beziehung genügen, die durch die folgende Formel dargestellt wird:

8 ^ W₂ZW₁ £ 200.

Wenn der Wert von W-ZW₁ kleiner als 8 oder größer als ist, wird der Verlust an Energie während der Wärmeübertragung erhöht werden und die Fähigkeit zur Abtrennung des Wärmeübertragungsmediums von dem Absorptionsfluid in Verfahrensschritt (E) verschlechtert werden.

Weiterhin sollte bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung das Absorptionsfluid vorzugsweise in solch einer Weise hergestellt sein, daß die Gewichtsanteile seiner Bestandteile einer Beziehung genügen, die durch

0 ^ z<x <i 0,3 - ζ (unter der Voraussetzung das

χ + y + ζ = 1 ist)

dargestellt wird, wobei x, y und ζ für die Gewichtsantei-Ie jeweils des Absorptionsmittels, des Wassers bzw. des mehrwertigen Alkohols stehen.

Wenn x, y und ζ die vorstehend angegebene Beziehung nicht erfüllen, wird der Verlust an Energie während der Wärmeübertragung erhöht und die Fähigkeit der Abtrennung des Wärmeübertragungsmediums von dem Absorptionsfluid in Verfahrensschritt (E) durch ein semipermeables Membranmaterial verschlechtert.

Weiterhin sollte der Gewichtsanteil χ des Absorptionsmittels in dem Absorptionsfluid vorzugsweise nicht kleiner als 0,04 sein. Wenn der Gewichtsanteil des Absorptionsmittels ungeeignet niedrig ist, wird keine ausreichende

Mischwärme erzeugt und die Temperatur der Mischung kann nicht ausreichend höher als die Temperatur des transportierten Wärmeübertragungsmediums gemacht werden.

Wenn kein mehrwertiger Alkohol zu dem Absorptionsfluid hinzugegeben wird, sollte der Gewichtsanteil χ des Absorptionsmittels vorzugsweise nicht größer als 0,25 sein. Bei höheren Konzentrationen werden sowohl der Trennwirkungsgrad durch ein semipermeables Membranmaterial als auch der Energiewirkungsgrad der Wärmeübertragung verringert.

Das Verfahren zum Übertragen von Wärmeenergie gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt im Vergleich zu bekannten Verfahren die folgenden Vorteile:

1. Da Niederdruckdampf mit einer hohen latenten Verdampfungs wärme von etwa 540 kcal/kg (etwa 22 60 kJ/kg) wirksam als dampfförmiges Wärmeübertragungsmedium verwendet werden kann, kann nicht nur die Quantität der pro Gewichtseinheit des Wärmeübertragungsmediums übertragenen Wärme im Vergleich zu der Verwendung von Wasser hoher Temperatur erhöht werden, sondern es kann auch der Dissipationsverlust von Wärme von der Transport-Rohrleitung für das Wärmeübertragungsmedium im Vergleich zur Verwendung von Hochdruckdampf gesenkt werden. Zusätzlich gehen die Kosten des Systems für Aufbau und Wartung auch nach unten.

2. Die Verwendung eines Absorptionsfluids mit einer starken Affinität für das Wärmeübertragungsmedium erzeugt eine Antriebskraft die bewirkt, daß das Wärmeübertragungsmedium von der Wärmequelle zu dem Ort der Ausnutzung der Wärme übertragen wird. Dies macht es un-

- yi -

nötig, andere Antriebsquellen wie Druckpumpen und dergleichen für das Wärmeübertragungsmedium zu verwenden.

3. Durch Ausnutzung der Mischwärme, die durch Mischen des Wärmeübertragungsmediums mit dem Absorptionsfluid erzeugt wird, kann die Temperatur der Mischung aus dem Wärmeübertragungsmedium und dem Absorptionsfluid auf eine Temperatur angehoben werden, die höher als diejenige des Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium ist. Hierbei wird der Siedepunkt der Mischung aus Wärmeübertragungsmedium und Absorptionsfluid merklich über den des Wärmeübertragungsmediums selbst aufgrund des ebullioskopischen Effektes erhöht, der durch Mischen ihrer Bestandteile ausgeübt wird. Demzufolge gibt es keine Möglichkeit, daß die Mischung kochen wird und eine nachteilige Wirkung auf eine Erzeugung von Dampf aus Wärmeübertragungsmedium und seinen Transport durch eine Rohrleitung ausüben wird.

4. Bei bekannten Verfahren standen keine Mittel für die Speicherung von Dampfwärme mit Ausnahme eines Akkumulators zur Verfügung. Da die Dissipation von Wärme aufgrund der Kondensation von Dampf in einem Akkumulator unvermeidbar ist, war es schwierig, Wärme mit geringen Verlusten zu speichern. Durch die vorliegende Erfindung wird es jedoch möglich, Wärme in Form einer Mischung aus Wärmeübertragungsmedium und Absorptionsfluid so zu speichern, daß wirksame und leicht handhabbare Wärmespeicherung erreicht werden kann.

5. Nach der Wärmeausnutzung kann die Mischung aus Wärmeübertragungsmedium und Absorptionsfluid wirksam mittels einer kompakten Vorrichtung getrennt werden, die ein semipermeables oder halbdurchlässiges membranartiges

Material enthält.

Das vorliegende Verfahren zum Übertragen von Wärmeenergie wird nun spezieller unter Bezugnahme auf die folgenden Beispieie und Vergleichsbeispiele beschrieben.

Beispiele 1 und 2 und Vergl·eichsbeispiel· 1

Übertragung von Wärmeenergie wurde unter Verwendung einer Anordnung durchgeführt, wie sie in dem Fließdiagramm der Figur 1 dargestellt ist.

An dem Ort 1 der Wärmeerzeugung mit einem Boiler wurde Wasser bei Atmosphärendruck verdampft, um Niederdruckdampf mit einer Temperatur von 100°C und einem Druck von 1 kg/cm Überdruck (etwa 1 bar Überdruck) zu erzeugen. Dieser Niederdruckdampf wurde zu der Seite 3 des Wärmebedarfs durch eine wärmeisolierte Transport-Rohrleitung 2 für Dampf aus Wärmeübertragungsmedium transportiert, die einen inneren Durchmesser von 2 6 mm und eine Länge von 8,5 m besaß. In einem Absorptionstank 4 mit einer Kapazität von 40 Litern wurden etwa 35 kg einer 10 Gew.-% wässrigen Lösung von Lithiumbromid (Beispiel 1) oder einer gemischten wässrigen Lösung aus Lithiumbromid (10 Gew.-%) und Äthylenglycol (0,3 Gew.-%) (Beispiel 2) angeordnet. Der transportierte Niederdruckdampf wurde in dieses Absorptionsfluid eingeleitet und dadurch verflüssigt. Während dieses Verfahrens iieferte die Verflüssigung des Niederdruckdampfes dessen latente Verdampfungswärme an das Absorptionsfluid und zusätzlich erzeugte die Verdünnung des Absorptionsfluids eine Verdünnungswärme. Das Absorptionsfluid, das auf diese Weise auf 110⁰C oder höher erhitzt und verdünnt worden war, wurde danach durch eine Hochdruckpumpe 5 in

- J4 -

einen Wärmeaustauschabschnitt 6 geleitet, der einen Wärmeaustauscher vom Rohr-und-Mantel-Typ umfaßte und eine

Wärmeübergangsfläche von 1,63 m besaß, in dem das Absorptionsf luid seine Wärme an die Verbraucherseite abgab und auf eine Temperatur von 30 C abgekühlt wurde. Danach wurde das Absorptionsfluid in einen Trennabschnitt 7 geleitet, in dem es unter einem Druck von 80 kg/cm überdruck (etwa 80 bar überdruck) mit einem semipermeablen Membranmaterial in Kontakt gebracht wurde, das ein poröses Material vom Polyäther-Typ, fixiert an einem Trägerglied, umfaßte. Auf diese Weise wurde die Mischung in ein Absorptionsfluid mit der gleichen Konzentration, wie vorstehend beschrieben, und ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium (reines Wasser) getrennt. Das Absorptionsfluid wurde durch eine Leitung zu dem Absorptionstank zurückgeführt, während das flüssige Wärmeübertragungsmittel zu dem Ort 1 der Wärmeerzeugung durch eine Rohrleitung 9 zurückgeführt wurde.

In jedem der beiden beschriebenen Beispiele wurde das Gewichtsverhältnis (W₂A^) der Menge an Niederdruckdampf, der pro Zeiteinheit am Ort der Wärmeerzeugung erzeugt wurde (W₁), zu der Menge an Absorptionsfluid, das in dem Trennabschnitt 7 abgetrennt und pro Zeiteinheit zu dem Absorptionstank zurückgeführt wurde (W₂), variiert, und der thermische Wirkungsgrad ((die Menge der in dem Wärmeaustauschabschnitt 6)/die Menge der an dem Ort 1 der Wärmeerzeugung erzeugten Wärme) χ 100) wurde als Funktion W^/W-, bestimmt. Die so erhaltenen Ergebnisse sind in Figur 2 aufgetragen.

Zum Zwecke des Vergleichs wurde Wasser als Absorptionsfluid verwendet und der gleiche Test wiederholt, um den thermischen Wirkungsgrad als Funktion von W^/W. zu be-

-' ys -

stimmen. Die so erhaltenen Ergebnisse sind auch in Figur 2 aufgetragen.

Beispiele 3 und 4

Unter Verwendung der gleichen Vorrichtung und der gleichen Bedingungen, wie sie in Beispiel 1 beschrieben sind, wurden Tests durchgeführt mit der Ausnahme, daß der Wert von WpZW₁ auf 20 festgesetzt wurde und die Anteile von Lithiumbromid (Gewichtsanteil x), Wasser (Gewichtsanteil y) und Dipropylenglycol (Gewichtsanteil z), die das Absorptionsfluid bildeten, variiert wurden (mit der Voraussetzung,daß ζ = 0,2x für Beispiel 3 und ζ = 0 für Beispiel 4 war).

Der Gewichtsanteil (x+z) von Lithiumbromid plus Dipropylenglycol in dem Absorptionsfluid wurde variiert und der Grad der Entfernung von Lithiumbromid und Dipropylenglycol in dem Trennabschnitt 7 wurde als eine Funktion von (x+z) bestimmt.

Die so erhaltenen Ergebnisse sind in Figur 3 aufgetragen.

Der vorgenannte Grad der Entfernung ist ein Parameter, der durch die folgende Gleichung bestimmt wird:

Grad der Entfernung

Gewichtsanteil (x+z) in dem flüssigen Wärme-

Gewichtsanteil (x+z) in dem flüssigen Wärmeübertragungsmedium nach Abtrennung \ _1n

- I ■ —' ■!-Il —I . ., .. I ..I.I.I.. ......I ,.,.,, ■ I ■ II. Il I ~ ,Ill- . Λ I \J\J

Übertragungsmedium vor Abtrennung

Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, kann die übertragung von Wärme unter Verwendung eines Absorptionsfluids gemäß der vorliegenden Erfindung einen höheren thermischen Wirkungsgrad als die Übertragung von Wärme mittels des Dampfes aus Wärmeübertragungsmedium allein liefern. Es ist auch ersichtlich, daß der thermische Wirkungsgrad gesenkt wird, wenn das Gewichtsverhältnis (W^/W..) der Menge an pro Zeiteinheit erzeugtem Niederdruckdampf zu der Menge an pro Zeiteinheit zurückgeführtem Absorptionsfluid nicht die Bedingungen 8 ^ ^W ₂^^W1 = ²⁰° ^erfüllt·

Andererseits ist aus Figur 3 ersichtlich, daß selbst dann, wenn W^/W-i gleich 20 ist und die vorstehend angegebenen Bedingungen erfüllt, der Grad der Entfernung des Absorptionsmittels und des mehrwertigen Alkohols von Wasser in dem Trennabschnitt 7 stark verringert wird und das Massengleichgewicht des Systems verlorengeht, wenn die Konzentration des Absorptionsfluids (die Beziehung zwischen dem Gewichtsanteil χ des Absorptionsmittels und dem Gewichtsanteil ζ des mehrwertigen Alkohols) nicht die Bedingung 0 4= z< χ i: 0,3 - ζ erfüllt.

Claims

yr -

N/2850.2 PCT/Jp 85/00606 Nippon Oil Co., Ltd.

Patentan Sprüche

Verfahren zum Übertragen von Wärmeenergie, das die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

(A) Erhitzen eines flüssigen Wärmeübertragungsmediüms an einem Ort der Wärmeerzeugung,

' um Dampf aus diesem Wärmeübertragungsmedium zu bilden;

(B) Transportieren des entstehenden Dampfes aus Wärmeübertragungsmedium durch eine Transport-

"■ '"'Rohrleitung;

(C) Einleiten des transportierten Dampfes aus Wärmeübertragungsmedium in einen Absorptionstänk und Absorbierenlassen dieses Dampfes aus Wärmeübertragungsmedium in ein Absorp tiönsfluid hinein, das ein Absorptionsmittel enthält, wodurch die latente Wärme des Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium und die latente Mischungswärme, die durch Mischen des Wärmeübertragungsmediums mit dem Absorptionsfluid erzeugt wird, ausgenutzt werden, um

die Temperatur der entstehenden flüssigen Mischung aus dem Wärmeübertragungsmedium und dem Absorptionsfluid auf eine Temperatur zu ' erhöhen, die höher als die des Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium ist;

(D) Abziehen dieser Mischung, deren Temperatur erhöht worden ist, und Ausnutzen ihrer Wärme mit Hilfe eines Wärmeaustauschers und

/a

- yg -

(E) Trennen dieser Mischung, deren Temperatur als Folge der Ausnutzung ihrer Wärme gesenkt worden ist, in ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium und ein Absorptionsfluid mittels eines semipermeablen membranartigen Materials mit Porosität und Rückführen und Wiederverwenden derselben entsprechend als Wärmeübertragungsmedium bzw. als Absorptionsfluid.

Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Wärmeübertragungsmedium Wasser und/oder Alkohol umfaßt.

Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Absorptionsmittel eine oder mehrere Verbindungen umfaßt, die aus der Gruppe, bestehend aus Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Magnesiumchlorid und Kalziumchlorid, ausgewählt sind.

Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Absorptionsfluid eine Mischung aus einem Absorptionsmittel, Wasser und einem mehrwertigen Alkohol ist und der mehrwertige Alkohol eine oder mehrere Verbindungen umfaßt, die aus der Gruppe, bestehend aus Äthylenglycol, Propylenglycol, Glycerol, Trimethylolpropan, Pentaerythritol, Sorbitol, Diäthylenglycol, Triäthylenglycol, Tetraathylenglycol, Dipropylenglycol und Tripropylenglycol, ausgewählt sind.

Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das semipermeable membranartige Material mit Porosität ein organisches semipermeables membranartiges Mate-

Zo

-aerial ist, das im wesentlichen aus Zelluloseacetat, Methylzellulose, Polyäther, Polysulfon, Polyalkohol oder Polystyrol besteht, oder ein anorganisches semipermeables membranartiges Material ist, das aus einem metallischen Kolloid von Zirkon, Eisen oder Kupfer, getragen auf einem porösen keramischen Glied, besteht.

Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Beziehung zwischen der Menge des pro Zeiteinheit in dem Verfahrensschritt (A) erzeugten Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium (W₁ Gewichtsteile) und der Menge an pro Zeiteinheit in dem Verfahrensschritt (E) zurückgeführten Absorptionsfluid Gewichtsteile) durch

8 £. W /W ± 200
wiedergegeben wird.

Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Absorptionsfluid eine Mischung aus einem Absorptionsmittel (Gewichtsanteil x), Wasser (Gewichtsanteil y) und wahlweise einem mehrwertigen Alkohol (Gewichtsanteil z) ist und die Gewichtsanteile dieser Bestandteile eine Beziehung erfüllen, die durch

0 ^z < χ ^ 0,3 - ζ (unter der Voraussetzung,

daß χ + y + ζ = 1 ist) wiedergegeben wird.

Verfahren zum Übertragen von Wärmeenergie, das die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

(A) Aufheizen eines flüssigen Wärmeübertragungsmediums an einem Ort der Wärmeerzeugung, um den Dampf aus diesem Wärmeübertragungsmedium zu bilden;

(B) Transportieren des entstehenden Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium durch eine Transport-Rohrleitung;

(C) Einführen des transportierten Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium in einen Absorptionstank und Absorbierenlassen des Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium in ein Absorptionsf luid, das ein Absorptionsmittel und wahlweise einen mehrwertigen Alkohol enthält, um dadurch die latente Wärme des Dampfes des Wärmeübertragungsmediums und die Mischungswärme, die durch Mischen des Wärmeübertragungsmediums mit dem Absorptionsfluid erzeugt wird, auszunutzen, um die Temperatur der entstehenden flüssigen Mischung aus dem Wärmeübertragungsmedium und dem Absorptionsfluid auf eine Temperatur zu erhöhen, die höher als die des Dampfes aus dem Wärmeübertragungsmedium ist;

(D) Abziehen dieser Mischung, deren Temperatur erhöht worden ist, und Ausnutzen ihrer Wärme mittels eines Wärmeaustauschers und

(E) Trennen dieser Mischung, deren Temperatur als Folge der Wärmeausnutzung gesenkt worden ist, in ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium und ein Absorptionsfluid mittels eines semipermeablen membranartigen Materials mit Porosität und Rückführen und Wiederverwenden derselben entsprechend als Wärmeübertragungs-

medium und als Absorptionsfluid,
wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet
ist, daß

(a) die Beziehung zwischen der Menge des in Verfahrensschritt (A) pro Zeiteinheit erzeugten Dampfes aus Wärmeübertragungsmedium

(W₁ Gewichtsteile) und der Menge des in Verfahrensschritt (E) pro Zeiteinheit zurückgeführten Absorptionsfluids (W„ Gewichtsteile) durch

8 £ W₂ZW₁ = 200
wiedergegeben wird und

(b) die Gewichtsanteile der Bestandteile des Absorptionsf luids eine Beziehung erfüllen, die durch

0^ζ<χ^·0,3-ζ (unter der Voraussetzung,

daß χ + y + ζ = 1 ist)

wiedergegeben wird, wobei χ der Gewichtsanteil des Absorptionsmittels, y der Gewichtsanteil von Wasser und ζ der Gewichtsanteil
des mehrwertigen Alkohols sind.