专利名称：传输热能的方法以及实现这种方法的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将热能从至少一个热源传输到至少一个吸热器的 方法，该方法特别适用于区域供热网络。本发明进一步涉及相应的区域供热
网络，以增加^/v多组分工作流体中^是取组分的效率。
背景技术：
在原材料价格高涨的当今，有效使用可利用资源的重要性增加。对此， 使能量从能量产生器至用户的传输损耗最小化具有重要作用。
例如，在热电站的发电中产生大量废热，其通常未经使用即通过流动水 或冷却塔排放。这 一 方面导致用于冷却的水被加热和/或在冷却塔周围形成 雾，另一方面，废热未经使用而排放对于发电站的效率具有不利影响。换句 话说，所使用的原始能量的很大一部分被浪费。
对原始能量经改进的利用通过所称的电热联结得以实现。具有电热联结 的发电站主要利用包含在燃料中的，生成用于驱动涡轮机以产生电能的蒸气 的能量。然而，在发电之后被冷却和膨胀的蒸气随后并不供应到冷却系统， 而是用来加热通过被称为区域供热网络的管道网络与例如民宅和/或商业企 业等不同需热用户连通的次级水回路。发电站的废热因而用于向位于发电站 周围的民宅和/或工业企业直接供热。
所描述方案的限制因素之一在于，发电站与用户之间的传热效率有限。 由于发电站通常不建在高人口密度区域附近，因此，热载体，即次级回路的 热水，必须经过相当长的距离进行传输，即使在良好的管道隔热条件下也不 可避免较大的热损失。因此，电热联结的效率降低，不得不传输更多的热。 因此，许多发电站由于其与适合用户之间的长距离而并未连接到区域供热网络。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于传输热能的可靠方法，所述方法使 在传热过程中的热损失减少，同时在商业上具有竟争力。另外，还应提供一 种用于有效实现所述方法的设备和适合于所述传热方法的区域供热网络。
上述目的通过具有权利要求1的特征的用于传输热能的方法以及通过 分别具有权利要求11和15特征的提取设备和区域供热网络而得以实现。
根据本发明的用于将热能从至少 一 个热源传输到至少 一 个吸热器的方 法利用工作流体进行，所述工作流体包括由至少 一种具有第 一 沸点的第 一组 分和一种具有第二沸点的第二组分组成的混合物，所述第一沸点低于所述第
二沸点。在第一步骤中，通过供应来自所述热源的热而使所述工作流体的第 一组分的至少一部分蒸发。随后，利用传输装置将所述第一组分的已蒸发部 分与通过蒸发消耗了所述第一组分的所述工作流体分离地从)斤述热源传输 到所述吸热器。所述第 一组分和消耗后的工作流体在从所述热源传输到所述 吸热器时的温度大致对应于在所述传输装置的环境中主导的温度。
在传输之后，已蒸发的第一组分由消耗后的工作流体再次吸收，在蒸发 时吸收的热释放到所述吸热器中。
此方法特别适用于区域供热网络。
热源可例如为将热能转化为电能的常规热电站，其中热能能够例如通过 化石燃料的燃烧或通过核反应过程而被提供。天然热源可以是地热热能或太 阳辐射。作为热电站的替代，产生废热的工业过程也可认为是热源。可能的 吸热器是例如私人住所或商用房屋的供热系统。然而，传送的热也可用作工 业企业中的工业用热。
在热源与吸热器之间的传热利用工作流体进行，该工作流体为具有不同 沸点的至少两种不同物质(即组分)的混合物。如果来自热源的热是发电站
的废热，其例如供应到工作流体，则具有较低沸点的组分首先开始蒸发，使在混合物中第一组分的浓度降低。主要包含第一组分的气相形成，液相由消 耗了第 一组分后的工作流体形成。第 一组分和消耗后的工作介质相互分开地 从热源传输到吸热器，并仅在那里再次结合，其中，第一组分在传输过程中 也能够呈现液态形式。当在传输之后由消耗后的工作流体吸收第 一组分时， 在传输之前用于蒸发第一组分所需的热被再次释放，并可例如通过热交换器 用于家用供热系统。
用于传输热能的方法因而基于具有至少两种组分物质的混合物作为工
作流体的热力学回路，其特别包括由于选择性地蒸发工作流体的至少一种 组分而将工作流体分为具有不同聚集相的两部分流。先前的用于蒸发的热能 在相互独立传送的部分流再结合时再次释放。蒸发和吸收形成可逆过程的一 部分，使所吸收的蒸发热对应于所释放的吸收热。
为了提高系统的效率，所述部分流大致以周围温度传送，使在部分流与 周围环境之间的热梯度尽可能小。实际上，由于温度下降小，因而不存在热 传递或仅有少量热从工作流体传至周围环境。这种不希望的热传递表现出了 采用传统方法的重大问题，并仅可通过加强隔热措施减少到合理并可接受的 量。
换句话说，第 一组分和消耗后的工作流体在低于吸热器温度水平的温度 下被传送，至少在实现本方法的大多数情况下是这样。热能仅在现场就地再 次释放并供应到吸热器。
根据本发明方法的进一 步的优点在于，在蒸发时吸收的热能可被储存在 例如箱中，使所述部分流相互分开地储存。所述部分流仅在需要时再结合。 热能的释放因而可按照时间进行控制。
本发明的优选实施例在各从属权利要求、说明书和附图中进行描述。
根据基于本发明方法的 一 实施例，第 一组分的已蒸发部分以气态聚集相 的形式从热源传输到吸热器，而消耗了第 一组分的工作流体以液态聚集相的 形式从热源传输到吸热器。
所述部分流的分开传输通常可通过卡车或其他可移动运输工具进行。然而，优选工作流体通过两条分离的管道从热源传输到吸热器，其中，提供第 一管道用于传输第一组分，提供第二管道用于传输消耗了第一组分的工作流 体。在此实施例中，已经证实有利的是，在吸热器中再次"再循环"的所述 工作流体经由第三管道通过吸收第一组分而传输回热源。由此形成闭合且可 连续操作的回路。
各管道可成束地在土地中铺设在一起。在此主导的周围环境的温度大约
为10。C。因此，经第一管道和第二管道传送的部分流的温度优选在10。C左
右的范围内。通过在土地中以相应深度铺设管道，此温度由于土地的热惰性 而几乎不会随季节波动。
工作流体中第一组分的蒸发可在基本恒定的温度下进行，其中工作流体 的压力随着在工作流体中第一组分浓度的降低而逐步下降。工作流体的这种 压力逐步下降或者分阶段下降，简化了将第一组分从工作流体中的排出，并 因而有助于提高系统效率。
根据基于本发明方法的另 一 实施例，工作流体中第 一 组分的蒸发至少部 分地在工作流体的第一压力范围内进行，该第一压力范围设置为高于第一组 分从热源传输到吸热器时的压力。工作流体中第 一组分蒸发的至少另外一部 分在工作流体的第二压力范围内进行，该第二压力范围设置为低于第一组分 从热源传输到吸热器时的压力。
换句话说，在这一实施例中，第一组分的在第一压力范围内蒸发的部分 的压力低于传输压力。词语"压力范围"应表示，蒸发可以在高于传输压力 的一个压力水平上或多个不同压力水平上进行。这同样类似地适用于设置为 低于传输压力的第二压力范围。第一组分在第二压力范围的处于一个压力水 平上或多个不同压力水平上蒸发的部分被升高到用于传输的传输压力水平。
第一组分在第一压力范围内蒸发时得到的部分可用于产生机械能，而第 一组分在第二压力范围内蒸发时得到的部分通过至少一个压缩机抽离。所产 生的机械能优选直接用于驱动该压缩机。然而，也可以安排将机械能转化为 电能。在吸热器侧由消耗后的工作流体吸收第 一组分在基本恒定的压力下进 行，所述吸收在随着工作流体中第一组分浓度的增加而逐步降低的温度下进 行。所述吸收因而可类似于排出第一组分而逐步或逐级进行。
氨/水混合物已证实为适合的工作流体，其中水与氨的混合比约为4比6
(40 %的水，60 %的氨)。该混合比涉及在第 一组分的一部分例如在从吸热 器至热源的途中在蒸发之前基本状态下的工作流体。
换句话说，优选的工作流体为水中的氨(NH3)溶液(60%的氨溶液)， 其中，溶液的浓度能够适应于各主要要求。根据传热的限制，例如热源和/ 或吸热器的温度水平，可提供不同的物质混合物。
根据本发明的方法每体积单位可比以前使用的热载体传输更多的热能。 例如水在传统的区域供热网络中以大致80°C的温度传送。当水在供热系统 中冷却了 50。C时，有用的热量因而总计为最大值50千卡。与此形成对比的 是，在根据本发明的方法中，当氨与剩余溶液再结合时，释放大约每升150 千卡的热量。因此，本方法的更高的"热密度"可使得工作流体的传输装置 (例如管道)的尺寸相应较小。
根据本发明的传热方法的效率也取决于从工作流体中提取(即排出)工 作流体第 一组分的过程的效率。本发明的方案因而进一步包括一种提取设
备，用于提高提取上述工作流体的第一组分的效率。此提取设备包括至少一 个涡轮机和至少一个压缩机，所述涡轮机和压缩机各自能够使第一组分通过 供热而蒸发的部分以气态供应。第一组分供应到所述涡轮机的部分的压力高 于第一组分供应到所述压缩机的部分的压力，涡轮机可由第一组分的供应到 其的部分驱动而进行转动，而压缩机可被驱动以增加第 一组分供应到该压缩 机的部分的压力。
气态的第 一 组分可在多种不同的压力水平上总是供应到所述涡轮机和/ 或压缩机。在这种情况下，涡轮机和/或压缩机特别为多级式的，其中，气 态第一组分的相应部分能够在相应级的特定压力水平供应到涡轮机和/或压 缩机的各级。因此，上述用于蒸发第一组分的方法可通过简单有效的方式实现。
当涡轮机和压缩机直接机械相连，并且特别是具有共同的旋转轴时，该 系统的效率进一步提高。机械连接通常也可通过在涡轮机与压缩机之间设置 传动级而提供。
一种根据本发明的用于利用前述工作流体将热能从至少一个热发生装
置传输到至少一个热消耗装置的区域供热网络，该区域供热网络包括用于 将第一组分的一部分从所述工作介质中分离的至少一个排出器，以及管道系 统和用于由消耗了第一组分的工作流体吸收第一组分的被分离部分的至少 一个吸收器，其中，所述管道系统总是具有单独的管道，用于将第一组分的 分离部分和消耗了第 一 组分的工作流体从排出器传输到吸收器。排出器和吸 收器可分别通过热交换器与热发生装置和热消耗装置连通。
所述热发生装置和热消耗装置分别可为上述热源或吸热器中的一个或 多个。
为了提高区域供热网络的效率，根据上述任 一 实施例的提取设备可与排 出器相联。
优选排出器设置在热发生装置处，吸收器设置在热消耗装置处。排出器 位于例如发电站的邻近处，而吸收器设在将被加热的建筑物中。
本发明将在下文中参照优选实施例和附图并仅通过示例进行描述。如下 所示
图l是用于传输热能的系统的实施例的示意图2是对于具有不同氨浓度的不同氨/水混合物的压力/温度相图3是通过蒸发从氨/水混合物中分离氨气的系统的示意图4是通过根据本发明的区域供热网络的管道系统的示意性横截面图5是图示由消耗后的氨/水混合物吸收氨气的压力/温度相图6是由消耗后的氨/水混合物吸收氨气的系统。附图标记如下所列
10传热系统
12排出器
14吸收器
16,16,给入端
18,18,给出端
19传热回^各
20氨气管路
22剩余溶液管路
24返回管路
a_ j，a，_j，p- T状态
26热交换器
28涡轮机供应管路
30桥接管路
32a--32j排出器级
34涡轮机
36减压阀
38压缩才几
40i走寿争^由
42管道系统
44隔离部
46a，-46g,吸收器热交换器级
48文氏管喷嘴
50底4反加热部件
52h,-52j，浓缩级
Pa吸收压力
Tv蒸发温度AK， AK， 浓度变化
G 平衡线
具体实施例方式
图1显示包括排出器12和吸收器14的传热系统10。排出器12通过给 入端16和给出端18与热源(未示出)连通。换句话说，热的工作流体，例 如热的水或蒸气，供应到排出器12又通过给出端18离开排出器12。按照 类似方式，吸收器14通过给入端16，和给出端18，与吸热器(未示出)连通。 排出器12和吸收器14通过管道20、 22、 24同样相互连通，从而形成使工 作流体可在其中循环的传热回路19。在所示传热系统10的实施例中，工作 流体为氨和水的60 %混合物。
在排出器12中，热量以与常规热交换器相似的方式供应到工作流体， 并作为废热从热源的工作流体中去除。根据本发明的方法所利用的热源废热 具有相对较低的温度(工作流体温度)，从而其不再适于发电。传统上，这 种废热不经使用即通过冷却系统导出。然而，废热可优选通过在传热回路 19中的氨/水混合物而变得有用。
尽管水在通常的废热温度下尚未达到其沸点，但氨已开始蒸发。工作流 体因而分为氨的气相和工作流体的液相，该液相逐渐消库毛氨因而也称为剩余 溶液。换句话说，当蒸发热被供应时，工作流体分离为具有不同聚集相的两 部分流。
这两部分流随后相互分开地供应至吸收器14。为此目的，传热回路19 具有氨气管路20和用于消耗后的工作流体的剩余溶液管路22。
在吸收器14中，氨气再次供应到消耗后的工作流体，即所述剩余溶液。 与内在蒸发过程相反，通过剩余溶液吸收氨气是外在过程，其中，用于蒸发 的热量又被释放。所释放的热量从吸收器14中输出到吸热器的工作流体， 例如热回路中的水，并之后通过给出端18，输出。
工作流体的初始成分通过由剩余溶液吸收气态氨而重建。工作流体随后从吸收器14经由返回管路24被引导至排出器12,前述热力学过程在此重
新开始。
如最初所描述的那样，在常规区域供热网络中，最大的热损失发生在热 工作流体在热源与吸热器之间的传输过程中。在本系统中，与此不同的是， 热量通过将工作流体分离为不同的聚集相而被"緩冲"，并仅通过部分流在 现场就地再结合而释放。因此，热的工作流体不必被传送以传输热能。所述
部分流的温度，即在管路20、 22中的氨气和剩余溶液的温度，大致对应于 环境温度，并因而通常低于吸热器的工作流体的温度水平。如果管路20、 22、 22例如为铺设在土地中的管道系统，则传送温度约为10。C，传送温度 也可以从该值偏离例如±50 % 。由于在被传送的部分流与管道周围的土壤之 间温度梯度小或完全没有温度梯度，因而额外的热损失很小。
显然，气态和液态部分流均在离开排出器12之后具有更高的温度。然 而，此热量可在传输到吸收器14之前以适当的方式从部分流中去除，以例 如在工作流体进入排出器12之前在返回管路24中加热工作流体，从而进一 步改善系统的效率。
氨的排出过程将在下文中参照图2中的相图进行描述。图2显示具有不 同氨浓度的氨/水混合物的压力/温度相图(p-T图)，其中，温度T画在横 坐标上，压力p画在纵坐标上。倾斜延伸到坐标系统轴线的直线表示在具有 不同氨浓度的氨/水混合物的气相与液相之间的平衡状态。也就是说，随着p -T状态移向对应直线的右侧，气态氨开始离开溶液。倾斜直线上的相关数 字表示溶液中氨的对应浓度。
如果例如在之前参照图1描述的热力学过程开始时，即在混合物进入排 出器12中时，60%的氨/水混合物呈现17巴的压力和70°C的蒸发温度Tv (状态a),则氨气开始蒸发。换句话说，氨通过持续供热而从溶液中被"煮 沸"或"排出"。由此，溶解氨的浓度下降，直到溶液具有55%的氨浓度。 浓度变化AK由粗水平箭头所示。工作流体因而被消耗。如图2所示，在17 巴和70。C下氨不再以气体形式排出。在此浓度下并且在这些压力和温度关系(p-T关系)下，溶液达到平衡，并由倾斜直线G表示，倾斜直线G标 记有数字55并表示作为压力和温度函数的55%氨溶液的平衡状态。
为了继续排出氨气，现在55%的氨溶液的压力降低到12.2巴，而温度 通过热源的持续供热被不变地保持在大约70。C的蒸发温度Tv (状态b)。 在这些p-T关系下，氨气再次从溶液中排出，直到氨浓度达到50%。
如果按照在状态b中主导的p-T关系，氨浓度达到50%,则在温度 Tv保持相同的情况下，压力降低到9.1巴(状态c),使得氨气可以继续从 溶液中排出。
如图2所示，在不变的蒸发温度Tv下的压力降低以多步进行。进一步 的步骤包括7.1巴(状态d) 、 5.6巴(状态e) 、 4.4巴(状态f) 、 3.2巴 (状态g) 、 2.3巴(状态h) 、 1.8巴(状态i)和1,2巴(状态j)的压力 水平。在最后的压力下降步骤之后，剩余溶液具有仅10%的氨浓度。该剩 余溶液和排出的气态氨随后被传输到如前所述的吸收器。
压力下降优选不在按时间顺序的各步骤中的单一排出器级中发生，而是 利用各排出器单元的分级式结构在多个级中连续进行，这将在下文中参照图 3描述。
图3显示排出器12,60%的氨/水混合物在10。C和6巴下通过返回管路 24供应到该排出器12。工作流体的压力由泵P2增加到17巴。随后，工作 流体进入热交换器26，并在其中的逆流过程中由剩余溶液管路22中的消耗 后的溶液加热。 一些氨可能在热交换器26中已经排出并通过桥接管路30直 接供应到供应管路28。
预加热后的工作流体的主要部分被引导至第 一排出器级32a。排出器级 32a通过给入端16被供应以来自低压力蒸气涡轮机(未示出)的85。C温度 的蒸气。蒸气在排出器级32a中凝结并同时放热以形成液态水，该液态水通 过给出端18被再次供应到发电站。在第一排出器级32a中，氨/水溶液具有 70。C的温度Tv和17巴(状态a)。由于蒸气的冷却，热量散发至溶液中， 这导致通过供应管路28供应到涡轮机34的溶解氨中的一部分氨蒸发。供应到涡轮机34的氨气具有17巴的压力。
如果在氨/水溶液中的氨浓度已经降低到55% ,则通过减压阀36将液体 压力降低到12.2巴的压力，已消耗后的工作流体被引导至下一排出器级32b 中，热量在此以类似的方式从发电站的蒸气中传出用于氨的蒸发。氨气在 12.2巴的压力下一皮供应到涡轮才几34。
分离的排出器级32a至32j分别关联于图2中的状态a至j,并且在对 应的压力水平下工作。在排出器级32a至32j中采用的温度大致相同并为 70。C。如已在上文所述的那样，在各排出器级中主导的相应压力水平以这种 排出器级32a至32j的分级式结构降低。氨气由此通过各分离的供应管路28 在不同的压力水平下供应到涡轮机34。
因此，涡轮机34优选为多级式涡轮机。氨气通过此涡4仑机34能够以不 同的压力水平注入相应的适合的涡轮机级中。为实现高效率，关联于涡轮机 的排出器级32a至32d与涡轮机34的级相配。
涡轮机34由此接收均高于大约6巴传输压力的在不同压力水平下的氨 气。传输压力用于将氨气从排出器12传送到吸收器14。涡轮机34由于在 排出器级32a至32d的氨气压力与传输压力之间的压力差而被驱动以进行转 动。由此产生的机械能可通过发电机(未示出)转化为电能或者可直接或间 接地供应到压缩机38,压缩机38将关联于状态e至j的排出器级32e至32j 的氨气的压力升高到6巴的传输压力水平。类似于涡轮机34,压缩机38也 为多级式的，使得氨气能够以不同的压力水平供应到压缩机38。
如图3所示，涡轮机34和压缩机38形成具有共同4t转轴40的单元。 换句话说，以高压排出的氨气驱动涡轮机34，以便通过压缩机38将以低压 排出的氨气移动至大约6巴的传输压力水平。发电机(未示出)可另外连接 到旋转轴40以将多余的机械能转化为电能。涡轮机34和压缩机38的涡轮 机/压缩机组合支持将氨气从溶液中分离，并由此增加热力学回路的效率。
被排出的氨气和消耗了氨的剩余溶液通过氨气管路20或剩余溶液管路 22被传输到吸收器14。剩余溶液管路22与吸收器级分级结构中最后的吸收器级32j连通，并在其区域内具有最初描述的用于加热流入排出器12中的
工作流体的热交换器26。必须注意的是，剩余溶液，也就是消耗后的工作 流体，因而被冷却至低得多的温度水平。传送剩余溶液(10%的氨/水溶液) 所需的传输压力由泵Pl提供。
图4显示连接排出器12与吸收器14的管道系统42的横截面。管道系 统42包括氨气管路20、剩余溶液管路22和返回管路24。管路20、 22、 24 由共用隔离部44包围，然而，隔离部44可以简单地制成，这是因为实际上 的传热并不通过热工作流体的传送而实现，而是通过多组分工作流体的相分 离以及随后通过吸收进行的相的再结合而实现。隔离部44另外提供防止机 械影响和腐蚀的保护。在特定情况下，隔离部44还可省略，而基本上不会 降低本方法的效率。
由于利用氨/水混合物的分离组分进行传热以及因而使管道系统隔热的 重要性下降，传送的流体流的温度大致对应于围绕管道系统42的土壤的周 围温度；在此示例中大约为10。C至15。C。在氨气管路20中的压力与温度 的比仅需适合防止氨气凝结。
图5显示图2中相图的一部分，其中氨气吸收过程的曲线通过消耗后的 氨/水溶液显示。
与排出相反，吸收在与传输压力基本相当的恒定吸收压力PA下进行。 在所示实施例中，吸收器14在大约6巴的压力下接收氨气和消耗后的剩余 溶液。在第一步骤中，从排出器12传输的10%的剩余溶液通过吸收氨气而 浓缩，并达到15%的氨浓度。在此吸收步骤中，在水/氨溶液中可实现的最 高温度为113。C，如从相图中可见的那样(状态a，)。因此，剩余溶液的温 度通过吸收氨气升高到最高113°C，而且剩余溶液同时浓缩。浓度变化AK， 通过水平箭头标出。
剩余溶液的热散发到吸热器，例如散发到家用供热水回路。浓缩了 5% 的剩余溶液在下一步骤中再次接收氨气，并由此加热到102°C (状态b，)， 其中，在剩余溶液中的氨浓度增加到20%。重复此过程(状态c，至j，)，直到达到初始混合物(60%的氨/水溶液)，而且在排出器12中吸收以用于蒸 发氨气的热量基本上再次散发。
图6示意性地显示吸收器14在热消耗装置中可如何设计。吸收器14包 括七个吸收器热交换器级46a，至46g，，其中的字母对应于图5中相应的压力 和温度级状态a，至g，。每一个吸收器热交换器级46a，至46g，被供应以来自 氨气管路20的氨气。剩余溶液管路22与吸收器热交换器级46a，连通。氨气 在此通过文氏管喷嘴48供应到10%的剩余溶液。热量通过吸收气体被剩余 溶液释放，并散发到通过给出端18，输出的吸热器工作流体。浓缩了 5%的 剩余溶液随后供应到吸收器热交换器级46b，，上述过程以类似的方式进行重
另一适合设备可被提供以替代文氏管喷嘴48，用于将氨气引入剩余溶液中。
吸热器的工作流体在吸收器热交换器级46g，处首次供应到吸收器热交 换器的分级结构。吸热器的工作流体，即热消耗装置的工作流体，因而从 54。C (状态g，)逐步升高到113。C的最高值(状态a，)，而相应地，在剩 余溶液中的氨浓度从10% (状态a，)增加到45% (状态g，)。
流出吸收器热交换器级46g，的溶液不适合于在此后的吸收器级中以有 效方式对供热水进行预加热，因为仅通过进一步的浓度变化才能实现略高于 流入吸收器分级结构的供热水温度的温度。在小温差下，热交换器的效率低。 吸收器14因而具有地;f反加热部件50,该地板加热部件50在三个级52h，、 52i，、 52j，通过供应氨气来利用剩余溶液的剩余加热势能。剩余溶液可分别 通过45 %至50 % 、 50 %至55 %和55 %至60 %三个浓缩阶段被加热到45。C (状态h， ) 、 37。C (状态i，)和31。C (状态j，)的温度。这些温度很适合 于具有适合的加热系统概念的地板加热系统。剩余溶液的热量直接散发到在 地板加热部件50中的建筑物。
在浓缩级52j，之后再次具有初始混合比为60%的溶液，在其通过返回管 路24再次供应到排出器12之前，可将其剩余热量散发到另外的加热环路54 (仅在图6中显示一个)中的建筑物。
从以上论述中可容易地看出，压力、温度和浓度的所述值仅具有示例的
性质。各级的p-T状态可根据需要自由选择。此外，可提供适合于所要求 温度范围的其他工作流体。
特别地，可脱离本方法的前述示例性实施例，蒸发温度Tv低于70。C。 在大约60。C的蒸发温度Tv下，由涡轮机34输出的动力与压缩机38吸收的 动力大致相当。
在较低的蒸发温度Tv下，其他相关方法参数也应进行调整以优化根据 本发明的方法。在60。C的蒸发温度Tv下，有利的是，例如氨浓度仅降低到 20%。换句话说，在这种情况下，在氨的蒸发中省略最后两个消耗步骤i和 j (见图2)。对应的排出器级32i和32j因而可省略。在吸热器侧的吸收器 热交换器级46a，和46b，于是也被省略。
如果在甚至更低的蒸发温度Tv下剩余浓度中氨的最低浓度不发生相应 的升高，则压缩机38由于涡轮机的功率不再足以操作压缩机38而必须另外 通过其他才几组而#皮驱动。
必须另外注意的是，所提出的基于涡轮机/压缩机组合的提取设备也适 合于多个其他领域的应用，这些应用中重要的是从至少一种载体液体中有效 提取气体组分。
权利要求
1、一种用于利用工作流体将热能从至少一个热源传输到至少一个吸热器的方法，所述方法特别适用于区域供热网络，所述工作流体包括由至少一种具有第一沸点的第一组分和一种具有第二沸点的第二组分组成的混合物，所述第一沸点低于所述第二沸点，所述方法包括步骤通过供应来自所述热源的热使所述工作流体的第一组分至少部分地蒸发；利用传输装置将所述第一组分的已蒸发部分与通过蒸发消耗了所述第一组分的所述工作流体分离地从所述热源传输到所述吸热器；由消耗后的工作流体吸收所述已蒸发的第一组分，同时将在所述蒸发时吸收的热散发到所述吸热器，其中，所述第一组分和消耗后的工作流体的温度当从所述热源传输到所述吸热器时与在所述传输装置的环境中主导的温度基本相当。
2、 如权利要求1所述的传输热能的方法，其特征在于所述第一组分 的已蒸发部分以气态聚集相的形式从所述热源传输到所述吸热器；并且消耗 了所述第一组分的所述工作流体以液态聚集相的形式从所述热源传输到所 述吸热器。
3、 如权利要求1或2所述的传输热能的方法，其特征在于所述工作 流体通过两条分离的管道(20, 22)从所述热源传输到所述吸热器，提供第 一管道(20)用于传输所述第一组分，提供第二管道(22)用于传输消耗了 所述第一组分的所述工作流体；并且所述工作流体通过第三管道(24)从所 述吸热器传输到所述热源。 ''.
4、 如至少一个前述权利要求所述的传输热能的方法，其'特征在于所 述工作流体的第一组分的蒸发在基本恒定的温度(Tv)下进行，并且所述工 作流体的压力随着在所述工作流体中第一组分的浓度(AK)降低而逐步下 降。
5、 如至少一个前述权利要求所述的传输热能的方法，其特征在于所述工作流体的第 一 组分的蒸发至少部分地在所述工作流体的第 一压力范围 内进行，该第 一压力范围高于所述第一组分从所述热源传输到所述吸热器时的压力；并且所述工作流体的第一组分的蒸发至少部分地在所述工作流体的 第二压力范围内进行，该第二压力范围低于所述第 一组分从所述热源传输到 所述吸热器时的压力。
6、 如权利要求5所述的传输热能的方法，其特征在于所述第一组分 的在所述第一压力范围内蒸发时得到的部分用于产生机械能。
7、 如权利要求5或6所述的传输热能的方法，其特征在于所述第一 组分的在所述第二压力范围内蒸发时得到的部分通过至少一个压缩机抽离。
8、 如权利要求6或7所述的传输热能的方法，其特征在于所述产生 的机械能直接用于驱动所述压缩机。
9、 如至少一个前述权利要求所述的传输热能的方法，其特征在于由 所述工作流体吸收所述第一組分在基本恒定的压力(pA)下进行，并且所述 吸收在随着在所述工作流体中第一组分的浓度(AK)增加而逐步下降的温 度下进行。
10、 如至少一个前述权利要求所述的传输热能的方法，其特征在于所 述工作流体的第一组分为水，所述工作流体的第二组分为氨，水与氨的混合 比约为4比6。
11、 一种提取设备，用于增加提取工作流体的组分的效率，所述工作流 体包括由至少 一种具有第 一沸点的第 一组分和一种具有第二沸点的第二组 分组成的混合物，所述第一沸点低于所述第二沸点，所述提取设备包括至少 一个涡轮机(34)和至少一个压缩机(38),其中，所述第一组分的通过供 热而蒸发的相应部分能够总是以气态供应到所述涡轮机(34 )和压缩机(38 )， 所述第一组分的供应到所述涡轮机(34)的部分的压力高于所述第一組分的 供应到所述压缩机(38)的部分的压力，并且所述渴轮机(34)能够由所述 第一组分的供应到所述涡轮机的部分驱动而进行转动，以增加所述第一组分3的供应到所述压缩机(38)的部分的压力。
12、 如权利要求11所述的提取设备，其特征在于，所述气态的第一组分能在多种不同的压力水平下总是供应到所述涡轮机(34)和/或所述压缩 机(38)。
13、 如权利要求12所述的提取设备，其特征在于，所述涡轮机(34) 和/或所述压缩机(38)为多级式的，并且所述气态第一组分的相应部分能 够以相应级的特定压力水平供应到所述涡轮机(34)和/或所述压缩机(38) 的各级。
14、 如权利要求11 - 13中的至少一项所述的^是取设备，其特征在于， 所述涡轮机(34)和所述压缩机(38)直接机械相连，并且尤其具有共同的 旋转轴(40)。
15、 一种区域供热网络，用于利用工作流体将热能从至少一个热发生装 置传输到至少一个热消耗装置，所述工作流体包括由至少一种具有第一沸点 的第 一组分和一种具有第二沸点的第二组分组成的混合物，所述第 一沸点低 于所述第二沸点，其中，所述区域供热网络包括用于将所述第一组分的一 部分从所述工作流体中分离的至少一个排出器(12)、管道系统(42)和用 于由消耗了所述第一组分的工作流体吸收所述第一组分的已分离部分的至 少一个吸收器(14)，其中，所述管道系统(42)总是具有分离的管道(20， 22)，用于将所述第一组分的已分离部分和消耗了所述第一组分的工作流体 从所述排出器(12)传输到所述吸收器(14)。
16、 如权利要求15所述的区域供热网络，其特征在于，i口权利要求ll - 14中至少一项所述的提取设备与所述排出器(12)相关联。
17、 如权利要求15或16所述的区域供热网络，其特征在于，所述排出 器(12)设置在所述热发生装置处，所述吸收器(14)设置在所述热消耗装 置处。
全文摘要
本发明涉及一种用于利用工作流体将热能从至少一个热源传输到至少一个吸热器的方法，该方法特别适用于区域供热网络，工作流体包括由至少一种具有第一沸点的第一组分和一种具有第二沸点的第二组分组成的混合物，第一沸点低于第二沸点。所述方法包括通过供应来自热源的热使工作流体的第一组分至少部分地蒸发。利用传输装置将第一组分的已蒸发部分与通过蒸发消耗了第一组分的工作流体分离地从热源传输到吸热器。随后，由消耗后的工作流体吸收已蒸发的第一组分，同时将在蒸发时吸收的热散发到吸热器中。第一组分和消耗后的工作流体的温度当从热源传输到吸热器时与在传输装置的环境中主导的温度基本相当。本发明还涉及一种用于增加工作流体组分提取效率的提取设备并涉及一种用于传输热能的区域供热网络。
文档编号F24D9/00GK101307930SQ20081009476
公开日2008年11月19日 申请日期2008年5月16日 优先权日2007年5月16日
发明者迪特尔·韦斯 申请人:迪特尔·韦斯