CZ148194A3

CZ148194A3 - Enhanced system for separating compounds obtained from solid and gaseous phase into individual stages of constant pressure

Info

Publication number: CZ148194A3
Application number: CZ941481A
Authority: CZ
Inventors: Uwe Rockenfeller; Lance D Kirol
Original assignee: Rocky Research
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1992-11-24
Publication date: 1995-01-18
Also published as: EP0616677A1; CA2123901A1; ES2112980T3; HU9401815D0; DE69224209D1; KR100228753B1; RU2101626C1; US5263330A; WO1993013369A1; ATE162611T1; TW349646U; HK1005629A1; HU216251B; JPH07502336A; JP3040476B2; DE69224209T2; HUT69865A; NZ245158A; BR9206923A; CA2123901C

Description

Zlepšený systém pro rozdělování ! a plynné fáze do jednotlivých stupňů

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení, které využívá rozdělování do stupňů sloučenin vzniklých adsorpcí z tuhé a z plynné fáze, pro zlepšené systémy teplem aktivovaných tepelných čerpadel.

Dosavadní stav techniky

Použití sloučenin vzniklých adsorpcí (někdy nazývanou absorpcí) molekul plynu na tuhém absorbentu pro operační látky tepelného čerpadla je známo v oboru. Systémy tepelných čerpadel pracující s těmito látkami mají řadu výhod oproti jiným tepelným čerpadlům používaných pro klimatizaci obytných a komerčních prostorů, pro průmyslová využití a pro chlazení. Mezi výhody těchto čerpadel patři vyšší vzestup teploty daný prostředím tuhá látka - pára ve srovnání s čerpadly s jinými sorpčními prostředími, čímž odpadá potřeba chladících věží nebo rozdělování vzestupu teploty do stupňů. Navíc, zařízení využívaná pro tepelná čerpadla s těmito sloučeninami vyžadují málo pohyblivých dílů, jestliže vůbec nějakých, z čehož plyne jednoduchost a spolehlivost zařízení. Dále, tyto systémy nepoužívají sporná CFC.

Sloučeniny tuhá látka - pára vhodné pro tepelná čerpadla zahrnují komplexní sloučeniny, což jsou látky, které adsorbují molekuly plynu za tvorby koordinačních vazeb, ve kterých se plynná činidla koordinují s tuhým adsorpčním činidlem, což je běžně tuhá anorganická sůl kovu, prostřednictvím přemístění elektronů. Proces adsorpce/desorpce uvolňuje při adsorpcí značné množství tepla a v desorpční fázi energii pohlcuje. Na rozdíl od j iných sorpčních procesů celé reakce adsorpce nebo desorpce mohou probíhat při konstantní teplotě, čímž odpadají problémy s horkými a studenými sorpčními konci. Vhodná plynná činidla zahrnují vodu, amoniak, methanol a pod. Řada těchto látek je popsána v U.S. patentech 4,822,391 a 4,848,944.

Teplem aktivovaná tepelná čerpadla se sestávají ze sekundárního systému tepelného stroje, jenž generuje chladící páru o vysokém tlaku a což je v podstatě tepelný kompresor, a ze.

ouěeniiT vzniklých z tuhé i~konstantixíjp« tlaku

9363 sekundárního systému tepelného čerpadla, který využívá chladící látku o vysokém tlaku k chladícímu nebo tepelnému čerpání. Tepelný kompresor, tepelné čerpadlo a jejich kombinace v teplem aktivovaném tepelném čerpadlu vytvářejí vhodné termodynamické systémy, jež výhodně využívají reakcí mezi tuhou fází a plynem. U výše zmíněných aplikací jsou popsána zařízení a způsoby, které využívají postup rozdělování do stupňů o konstantním tlaku, a jejich důsledkem jsou zlepšené systémy teplem aktivovaných tepelných čerpadel. Cílem předloženého vynálezu je využití těchto reakcí a postupů rozdělování do stupňů k dosažení ještě větších výhod a vyšší účinnosti.

Podstata vynálezu

V předloženém vynálezu se předkládají zlepšení zařízení, která jsou použita v teplem aktivovaném tepelném čerpadlu popsaném ve výše zmíněných souběžných přihláškách. Tato zlepšení zahrnují rekuperátor páry a zařízení pro podchlazování kapalin, které mohou být použity buď jednotlivě nebo v kombinaci. Rekuperátor páry se používá u systému, jenž používá kondenzátor chladivá a výparník nebo absorpční/desorpční jímače pro plynná činidla vedená do reaktorů a z reaktorů. Zařízení pro podchlazování kapalin se používá jenom v systému změny fáze chladivá (kondenzátor/výparník). U jiného provedení jsou popsány několikanásobné okruhy vedoucí reaktory různé tekutiny přenášející teplo. U dalšího provedeni přednostním reakčním činidlem je jedna nebo více specifických komplexních sloučenin v různých reaktorech. Tyto přednostní komplexní sloučeniny jsou popsány.

Přehled obrázků na výkrese

Obr.1 a 2 schematicky znázorňuj i zařízení podle tohoto vynálezu s rekuperátorem páry;

Obr.3 schematicky znázorňuje zařízení podle tohoto vynálezu se zařízením pro podchlazování kapalin; a

Obr.4 schematicky znázorňuje stejné zařízení podle tohoto vynálezu s rekuperátorem páry i se zařízením pro podchlazování kapalin.

9363

Příklady provedení vynálezu

Výraz sloučenina, jak je zde použit, má označovat jakýkoliv produkt reakce vzniklý adsorpcí a desorpcí plynného činidla, tj. chladivá na tuhém reakčním činidlu v rozsahu tohoto vynálezu. Při praktickém provádění rozdělování do jednotlivých stupňů s konstantním tlakem cyklu stroje podle tohoto vynálezu je vybrán větší počet (dva nebo více) různých tuhých reakčních činidel a určité tuhé reakční činidlo je vpraveno do určitého reaktoru nebo reakčního místa v zařízení tepelného čerpadla. Různé sloučeniny z určité skupiny nebo homologické řady jsou zvoleny a srovnány v vzestupném pořadí tlaku páry plynných reakčních činidel tak, aby teplota adsorpce sloučeniny o nižším tlaku páry při nízkém reakčním tlaku (adsorpčním) byla alespoň o 8°C vyšší než desorpční teplota další sloučeniny s vyšším tlakem páry při vyšší reakčním (desorpčním) tlaku. Každá z těchto sloučenin z takovýchto řad nebo skupin má také svou specifickou křivku tlaku par s odlišnou závislostí tlak páry - teplota a průběh těchto křivek nezávisí na koncentraci plynného činidla. Výběrem vhodných sloučenin a jejich srovnáním do uvedeného pořadí se bude cyklus procesu provádět tak, že adsorpční teplo má vždy vhodnou teplotu k tomu, aby mohlo pohánět příští nebo následující desorpční reakci v cyklu. Sloučeniny z homologické řady jsou také zvoleny tak, aby žádná ze sloučenin ve stejném reaktoru neměla další koordinační stupeň při nižší rovnovážné teplotě, čímž by se mohlo adsorbovat více reakčního plynu z j iných sloučenin při rovnováze teplot nebo v uzavřeném stavu, čímž by se mohl snížit výkon cyklu během přetržitého provozu. Navíc, hmotnost všech sloučenin je upravena tak, aby přibližně stejná množství tepla bylo třeba k desorpcí všech jednotlivých sloučenin.

Specifická činidla použitá k tvorbě sloučenin použitelných v tomto vynálezu zahrnují oxidy kovů, halogenidy, borofluoridy, uhličitany, dusitany, dusičnany, oxaláty, sulfidy, sírany a chlorečnany. Výhodné kovy pro anorganické soli jsou zvoleny z alkalických kovů, z kovů alkalických zemin, přechodných kovů, hliníku, zinku, kadmia a cínu. Výhodné přechodné kovy jsou mangan, železo, nikl a kobalt. Podvojné chloridové soli uvedených kovů, zejména alkalických kovů, kovů alkalických zemin, hliníku a výhodných přechodných kovů jsou také vhodné. Tato reakční činidla

9363 zde budou uváděna jako tuhé látky, soli nebo tuhá reakční činidla. Přednost se zejména dává halogenidům vápníku a stroncia.

Plynná činidla, která jsou adsorbována na tuhých látkách za tvorby sloučenin, která jsou zvláště vhodná v postupu tohoto vynálezu, jsou amoniak, voda, methylamin a méthanol, přičemž amoniak je zvláště vhodným, neboř je stálý a vytváří komplexy s vysokou energií. Oxid siřičitý, další nižší alkanoly, pyridin, alkylaminy, polyaminy a fosfiny a rovněž jakékoliv další polární chladivá mající alespoň jeden volný elektronový pár mohou být také použity. Oxid uhličitý je také vhodný s oxidy kovů. Tato plynná činidla zde budou také uváděna jako chladivá. Zvláště výhodné sloučeniny amonných komplexů jsou:

BaCl₂.0-8 (NH₃), CaCl₂.4-8 (NH₃), CaCl₂.2-4 (NH₃),
SrCl₂.l-8	(NH₃), LÍCI.0-3	(NH₃), SrBr₂.2-8	(NH₃),
CaBr₂.2-6	(NH₃), CoCl₂.2-6	(NH₃), NíC1₂.2-6	(NH₃),
FeCl₂.2-6	(NH₃), FeBr₂.2-6	(NH₃), CoBr₂.2-6	(NH₃),
NiBr₂-2-6	(NH₃), AlCl₃.3-5	(NH₃), CaCl₂.0-l	(NH₃),
CaCl₂.l-2	(NH₃), CuS0₄.2-4	(NH₃), NaBF₄.0,5-	2,5 (NH₃) a

NaBr.0-5,25 (NH₃).

Ačkoliv u uvedených komplexních sloučenin je uvedena číselná hodnota počtů molů amoniaku na 1 mol soli, u některých komplexů uvedený rozsah molů zahrnuje několik koordinačních stupňů. Na příklad, u sloučenin NaBF₄ mezi uvedenými číselnými mezemi existuje řada různých reakčních stupňů. V praxi je však možné využít pouze část vyznačeného koordinačního rozsahu.Z toho plyne, že uvedené rozsahy jsou pouze přibližné, což by mělo být jasné osobám znalým oboru.

Pro ilustraci systému podle tohoto vynálezu ve specifickém příkladu se použije skupina nebo homologická řada solí FeCl₂, SrBr₂, SrCl2 a BaCl2 v tepelném čerpadlu, které se skládá ze čtyřech oddělenných reakčních nádob nebo oddělenných oblastí přenosu tepla v jednom nebo ve více reaktorech. Sloučeninou je komplexní sloučenina s amonným ligandem z výše uvedených solí. Obr.l schematicky znázorňuje příklad provedení zařízení tepelného čerpadla s oddělenými stupni o určitém konstantním tlaku. Soli se postupně přivádějí do reaktorů 12. 14. 16 a 18 v vzestupném pořadí tlaku par ligandu komplexní sloučeniny. První reaktor 12 je naplněn FeCl2» reaktor 14 SrBr_2> reaktor 16 SrCl2 a reaktor 1& BaCl2· Zařízení obsahuje hořák 20. výměník, tepla 22, výparník 24

9363 systémem. V první o vysoké teplotě a kondenzátor 26 a příslušné ventily a potrubí pro vedení plynného amoniaku z reaktorů a do reaktorů a kondenzátoru a výparníku a ventily 52, 54 a 56 pro vedení tekutiny přenášející teplo mezi reaktory, rovněž čerpadla a potrubí pro výměnu tepla, jimiž se čerpá tekutina přenášející teplo polovině cyklu v reaktoru 12 obsahujícím sůl

FeCl2 je vysoký tlak a v reaktoru 16 obsahujícím SrCl2 je rovněž vysoký tlak. V reaktorech 14 a 18 je nízký tlak, reaktor 18 obsahuje BaC^ a reaktor 14 obsahuje SrC^·

Během první poloviny cyklu ventily 52 a 56 jsou v takové poloze, aby čerpadlo 19 cirkulovalo tekutinu přenášející teplo reaktory 14 a 16., čímž se přenáší energie uvolněná při adsorpci plynu z reaktoru 14 k tuhému reakčnímu činidlu v reaktoru 16 a zde tvoří hnací sílu pro desorpční reakci. Při těchto nastaveních ventilů a při správném nastavení ventilu 15., energie uvolněná během adsorpce v reaktoru 18 se zadrží nebo znovu získá prostřednictvím výměníku tepla 22. V této první polovině cyklu výměny tepla, ventil 25 je v poloze, která umožňuje vést páry amoniaku z reaktorů 12 a 16 do kondenzátoru 26 a z výparníku 24 do reaktorů 14 a 18. Čerpadlo 17 cirkuluje tekutinu přenášející teplo od hořáku 20 do reaktoru 12 a tím dodává hnací sílu pro desorpci sloučeniny v tomto reaktoru.

Před začátkem druhé poloviny cyklu procesu je třeba krátké fáze znovuzískáni tepla a posunutí teploty. Polohy ventilů se změní tak, aby reaktory 12 a 14 byly spojené z hlediska přenosu tepla a též reaktory 16 a 18 byly spojené. Tekutina přenášející teplo se čerpá oběma páry spojených reaktorů a tím se přenáší tepla z teplejšího do chladnějšího reaktoru. Reaktor 12 se proto ochlazuje, zatímco reaktor 14 se zahřívá; reaktor 16 ochlazuje, zatímco reaktor 18 se zahřívá. Toto ukončuje fázi znovuzískáni tepla a úpravy teploty v přípravě na druhou polovinu cyklu.

V druhé polovině cyklu se nepoužívá hořák 20. Tuhé reakční činidlo v reaktoru 14 desorbuje svoje chladivo poháněné teplem z

12. Sloučenina v reaktoru 18. které bylo uvolněno adsorpci adsorpční reakce v reaktoru desorbuje působením tepla, sloučeniny v reaktoru 16.. Amoniak z desorpčních reakcí je veden do kondenzátoru 26 a amoniak pro adsorpční reakce se získává z výparníku 24. Na závěr druhé poloviny cyklu jiná fáze znovuzískáni tepla a úpravy teploty, jak byla výše popsána,

9363 připravuje systém na opakování první poloviny cyklu. Zařízení na obr.l by mohlo být také upraveno tak, že reaktory 12 a 16 a reaktory 14 a 18 by byly spojené vždy v jedné nádobě, jelikož oba reaktory v prvním i v druhém páru mají vždy stejný tlak. Všechny čtyři sloučeniny mohou být umístěné v jednom reaktoru, přičemž tepelné čerpadlo by skládalo z dvou takových reaktorů, které by pracovaly střídavě při vysokém a při nízkém tlaku.

Ve volbě výhodných sloučenin podle tohoto vynálezu výhodné sloučeniny s nej vyšším tlakem par pro použití v jednom nebo ve více stupních s vyšším tlakem par jsou CaCl2-4-8 (NH₃),

CaCl₂.2-4 (NH₃)

BaCl₂.0-8 (NH₃),

CaBr₂.2-6 (NH₃),

NaBF₄.0,5-2,5 (NH₃) používané v jednom nebo ve více stupních o nižším tlaku par jsou jejich směsi

LiCl.0-3 (nh₃), FeCl₂.2-6 (NH₃), a NaBr.0-5,25 (NH₃).

SrCl₂.l-8 (NH₃), SrBr₂.2-8 (NH₃), CoC1₂.2-6 (NH₃), Výhodné sloučeniny

CaCl₂.2-4 (NH₃), CaBr₂.2-6 (NH₃), CoBr₂.2-6 (NH₃), CaCl₂.0-l (NH₃) í

LiCl.0-3 (NH₃), FeCl₂.2-6 (NH₃) NiCl₂.2-6 (NH₃), 1-2 (NH₃) použité

CaClSrCl₂.l-8 (NH₃),

SrBr₂.2-8 (NH₃), a CoC1₂.2-6 (NH₃),

CuSO₄.2-4 (NH₃) a jednotlivě nebo v kombinaci.

V nej výhodnější skupině

CaCl₂.4-8 (NH₃), CaCl₂.2-4 (NH₃)

SrCl₂.l-8 (NH₃) ve stupni o nízké s nejvyšším tlakem a CaCl₂.0-l (NH₃) a o vysoké teplotě (a o nízkém tlaku).

Důležitý charakteristický znak a výhoda tohoto vynálezu spočívá v rozdělení adsorpčnich a desorpčních reakcí do stupňů tak, aby teplo vzniklé exothermickou adsorpční reakcí bylo vedeno do reaktorů a tam tvořilo hnací sílu endothermické desorpční reakci. Podle tohoto vynálezu se používaj i různé komplexní sloučeniny v různých reaktorech podle vzestupného pořadí tlaku páry plynných reakčních činidel tak, aby teplota adsorpce sloučeniny o nižším tlaku par při adsorpčním tlaku byla alespoň o 8°C vyšší než desorpční teplota další sloučeniny s vyšším tlakem par při desorpčním tlaku. Potrubí vedoucí tekutinu přenášej ící teplo mezi reaktory a uskutečňuj ící termální propojení sloučenin jsou proto taková, aby se tekutina vedla postupně od sloučeniny s nižším tlakem par k sloučeninám s vyšším sloučenin se využívají a jejich směsi nebo teplotě tj. sloučeniny par; CaBr₂.2-6 (NH₃) v prostředním stupni

CaCl₂.l-2 (NH₃) nebo jejich směsi ve stupni

9363 tlakem par.

Výše uvedené specifické komplexní sloučeniny mohou být použity u systému tepelného čerpadla aktivovaného teplem, které zahrnuje přijímací zařízení tvořené jedním nebo více výparníky a jedním nebo více kondenzátory, ve kterých se uskutečňuje změna fáze chladivá plynná fáze - kapalná fáze, jak je znázorněno na obr.l, nebo použity v systému, v kterém přijímací zařízení je tvořeno reaktory pro adsorpci (absorpci) a desorpci chladivá, čímž se nahrazuje výparník a kondenzátor, jak je popsáno v U.S. Patentu č. 5,079,928. Při použití jednoho výparníku a jednoho kondenzátoru chladivo se vede do kondenzátoru ze všech desorpčních reaktorů a z výparníku do všech adsorpčních reaktorů. Při použití více výparníků nebo více kondenzátorů každý z výparníků a rovněž každý z kondenzátorů pracuje při jiné teplotě. Další přijímací prostředky, které mohou být použity, zahrnují zařízení generující energii, jako jsou např. turbíny a jiná expanzní zařízení, nebo cyklus sorpce kapalina - pára. Přídavně, tento typ systému uspořádáného do stupňů může být použit na straně tepelného čerpadla místo na straně tepelného stroje tak, aby došlo ke zvýšeni teploty pro daný poměr tlaků nebo k snížení poměru tlaků pro daný vzestup teplot. Při použití v tomto způsobu systém může být aktivován buď mechanickým nebo tepelným kompresorem. Pro uspořádání tepelného čerpadla do stupňů, jak je též popsáno ve výše zmíněné přihlášce, komplexní sloučeniny jsou vybrány a srovnány ve vzestupném pořadí adsorpčních teplot při stejném adsorpčním a desorpčním tlaku tak, aby teplota adsorpce sloučeniny o nižší adsorpční teplotě při vysokém reakčním tlaku byla alespoň o 8°C vyšší než desorpční teplota další sloučeniny s vyšší adsorpční teplotou při nízkém reakčním tlaku.

Rekuperátor páry

Podle tohoto vynálezu zvýšení koeficientu výkonu (COP) a specifické kapacity chlazení zajišťuje rekuperátor páry tvořený výměníkem tepla, který je umístěn podél drah toku chladivá z reaktorů a do reaktorů. Jak je znázorněno na obr.l, rekuperátor páry 40 je vhodně umístěn podél potrubí 38 a 39 mezi reaktory a výparníkem 24 a mezi reaktory a kondenzátořem 26. V tomto umístění rekuperátor 40 zajišťuje výměnu tepla mezi proudy chladící páry proudící mezi reaktory a kondenzátorem a mezi

9363 výparníkem a reaktory. Při začlenění takového rekuperátoru supervyhřátá pára proudící z desorpčních reaktorů ke kondenzátoru se ochlazuje působením relativně chladné páry směřující z výparníku do adsorpčních reaktorů. Jelikož energie získaná ze supervyhřátého chladivá opuštějícího desorpční reakci se přenáší na chladné plynné chladivo opuštějící typicky výparník a potom podléhající exothermické adsorpci, termální účinnost systému je zvýšena. Rekuperátor páry může být také výhodně instalován mezi reaktory (stupni) nebo alternativně mezi reaktorem s nejvyšším tlakem a kondenzátorem a výparníkem. Chladící pára opouštějící následující nej teplejší reaktor je použita k ohřátí páry vstupující do následujícího reaktoru s nej studenější parou. Často jsou žádoucí kombinace různě umístěných rekuperátorů; mezi reaktorem s nej vyšším tlakem a kondenzátorem/výparníkem anebo mezi dvěma reaktory na nižším stupni.

U provedení znázorněného na obr.2, reaktory 55 a 57 nahražuji výparník a kondenzátor použité k změně fáze chladivá v zařízení na obr.l. Tyto reaktory obsahují tuhé nebo kapalné roztoky pro střídavou adsorpci (absorpci) a desorpci chladivá do nich přiváděného z reaktorů uspořádaných do stupňů 72. 74 a 76. Reaktory 55 a 57 spolupracuj i s výměníky tepla (nej sou znázorněny) při opětovném získání energie ze střídavé chemisorpční reakce. Rekuperátor páry 40 má u tohoto provedení stejnou funkci jako u provedení na obr.l tj. chladit přehřátou páru chladivá přiváděnou z desorpčního reaktoru do adsorpčního reaktoru ( 55 nebo 57) působením relativně chladné páry přiváděné z desorpčního reaktoru (55 nebo 57) do adsorpčního reaktoru.

Zařízení pro podchlazení kapalin

U jiného provedení tohoto vynálezu zařízení pro podchlazení kapalin se používá v zařízení pro změnu fáze chladivá, které obsahuje výparník a kondenzátor. Jak je znázorněno na obr.3, zařízení pro podchlazení kapalin 42 tvořené výměníkem tepla kapalina - pára má funkci chladit kapalné chladivo proudící z kondenzátoru do expanzního ventilu 31 potrubím 33 působením chladné páry opuštějící výparník 24. Zařízeni pro podchlazení kapalin 42 je vhodně umístěno podél potrubí 33 mezi kondenzátorem 26 a výparníkem 24 na kondenzátorové straně expanzního ventilu 31 nebo jiného zařízeni pro expanzi plynů a podél potrubí 38. čímž

9363 teplo procházejí reaktorech umožňuje se tyto proudy tekutin termálně propojí a čímž se umožní přenos tepla mezi nimi. Kapalné chladivo se v potrubí 33 podchladí vlivem tohoto přenosu tepla založeném na výměně tepla s relativně chladnou parou v potrubí 38 z výparníku, přičemž malý podíl kapaliny přeletí do páry v iseenthalpické expanzi a tím se zvýší chladící účinnost a kapacita systému založená na množství chladící tekutiny vedené systémem. Další výhodou zařízení pro podchlazení kapalin je zvýšení energie v proudu páry z výparníku do adsorpčního reaktoru (nebo reaktorů), čímž se nakonec sníží množství prvotní energie potřebné jako hnací síly reakcí. Z toho plyne, že se zvýší jak kapacita chlazení tak i COP.

Na obr.4 je znázorněn příklad zařízení, které obsahuje jak rekuperátor páry 40 tak i zařízení pro podchlazení kapalin 42.

Obr.2 také znázorňuje provedení používající vícenásobné okruhy pro tekutiny přenášející teplo k solím a od solí v reaktorech, přičemž tekutiny přenášející reaktory. Použití vícenásobných okruhů v použití různých tekutin přenášejících teplo v různých fázích. Na příklad, reaktor 72 může být přímo vytápěn kouřovými nebo výfukovými plyny z pece 71 během desorpční fáze a různými tekutinami nebo jinými tekutinami přenášejícími teplo použitými k zadržení nebo odstranění tepla při adsorpční fázi. V různých okruzích může být použita řada různých tekutin přenášejících teplo k udržování vysokých koeficientů přenosu tepla při teplotách výměny tepla nutných pro uspořádání reaktorů a sloučenin do stupňů. Použití specifických a různých tekutin přenášejících teplo může být uzpůsobeno systému v závislosti na kombinaci solí a na rozsahu teplot dosažených při reakcích. Tekutiny přenášející teplo mohou být zvoleny tak, aby poskytly optimální výhodu vyplývající z jejich vlastností spojených s přenosem tepla. V dalším příkladu, u znázorněného systému tří solí, sůl s vysokou teplotou v reaktoru 72 může být desorbována přímým vytápěním nebo zahřátím horkou tekutinou z pece 71. látkou přenášející teplo za změny fáze, jako je např. Dowtherm J, použitou k přenosu tepla z reaktoru o vysoké teplotě 72 do reaktoru s prostřední teplotou 74 během adsorpce soli o vysoké teplotě a desorpce sloučenin o prostřední teplotě. K přenosu energie z prostředního reaktoru do reaktoru o nízké teplotě 76. může být použita voda, přičemž jak změna fáze tak i čerpaný

9363 přenos tepla jsou užitečné, a k přenosu tepla z reaktoru se solí o nízké teplotě 76 do výměníku tepla 70 může být použit amoniak měnící fázi (zadržení tepla). Takové využití čtyř nekompatibilních tekutin vyžaduje dvojité okruhy ve všech reaktorech. Použití násobných okruhů může mít také tu výhodu, že lze využít odsávané plyny z pece 71 o vysoké teplotě nebo venkovní odpadní nebo jiné zdroje zadržující teplo tak, že tyto vyhřáté tekutiny se vedou reaktory a další jiná tekutina např. voda nebo olej zadržují teplo. Cykly rozdělené do stupňů mohou využívat dvě nebo tři rozdílné tekutiny přenášející teplo anebo tekutiny přenášející teplo za změny své fáze a tak udržovat dobré přenosové vlastnosti v celém rozsahu teplot výměny tepla, jak se vyžaduje pro uspořádání do stupňů. Tyto a rovněž další výhody dané rozsahem tohoto vynálezu jsou zřejmé osobám znalým oboru.

Claims

PATENiTOV^É^SNARCKKY

Zařízení, vyznač u~j i c í ”s e”~ ť í m 7ze obsahuje: větší počet dvou nebo více reakčních komor, přičemž každá komora má uvnitř jinou sloučeninu tvořenou tuhým reaktivním adsorbentem a plynným reaktivním činidlem na něm adsorbovaným, přičemž každá ze zmíněných sloučenin má odlišný tlak par plynného reaktivního činidla v podstatě nezávislý na koncentraci adsorbovaného plynného reaktivního činidla a zmíněná plynná reaktivní činidla zahrnují amoniak, vodu, oxid uhličitý, oxid siřičitý, nižší alkanol, alkylamin, polyamin, fosfin nebo polární chladivo mající alespoň jeden volný elektronový pár a zmíněným tuhým reaktivním činidlem je anorganická sůl zahrnující oxid kovů, halogenid, uhličitan, oxalát, dusičnan, dusitan, sulfid nebo síran, přičemž zmíněný kov je alkalický kov, kov alkalických zemin, přechodný kov, hliník, zinek, kadmium nebo cín nebo podvojný chlorid alkalického kovu, kovu alkalickýc zemin, hliníku, manganu, železa, niklu nebo kobaltu, vyhřívací zařízení pro přivádění tepla do alespoň jedné ze zmíněných komor, zařízení pro přivádění tekutiny přenášející teplo do zmíněných reakčních komor a pro odvádění této tekutiny z těchto komor a zařízení pro vedení tekutiny přenášej ící teplo těmito zmíněnými reakčními komorami v termálním spojení se zmíněnými sloučeninami v těchto komorách, přičemž teplo z exothermické reakce je přiváděno do reakční komory, aby bylo hnací sílou endothermické reakce, zařízení vedení toku pro vedení relativně vyhřátého plynného reaktivního činidla z jedné nebo z více desorpčních reakčních komor do přijímacího zařízení a pro vedení relativně chladného plynného reaktivního činidla z přijímacího zařízení do jedné nebo do více adsorpčních reakčních komor a výměník tepla spolupracující se zmíněnými zařízeními vedení toku, v němž se přenáší teplo mezi zmíněným vyhřátým plynným reaktivním činidlem a zmíněným relativně chladným plynným reaktivním činidlem.

9363
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zmíněné přijímací zařízení obsahuje jeden nebo více kondenzátorů pro přijímání zmíněného relativně vyhřátého plynného reaktivního činidla a jeden nebo více výparníků poskytujících relativně chladné plynné reaktivní činidlo.
3. Zařízení podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že zmíněné přijímací zařízení obsahuje zařízení pro adsorpcí a desorpci zmíněného plynného reaktivního činidla.

Zařízení, vyznačující se tím, že obsahuje: větší počet dvou nebo více reaktorů, přičemž každý reaktor má uvnitř jinou sloučeninu tvořenou tuhým reaktivním adsorbentem něm adsorbovaným, přičemž odlišný tlak par plynného nezávislý na koncentraci a plynným reaktivním činidlem na každá ze zmíněných sloučenin má reaktivního činidla v podstatě adsorbovaného plynného reaktivního činidla a zmíněná plynná reaktivní činidla zahrnují amoniak, vodu, oxid uhličitý, oxid siřičitý, nižší alkanol, alkylamin, polyamin, fosfin nebo polární chladivo mající alespoň jeden volný elektronový pár a zmíněným tuhým reaktivním činidlem je anorganická sůl zahrnující oxid kovů, halogenid, uhličitan, oxalát, dusičnan, dusitan, sulfid nebo síran, přičemž zmíněný kov je alkalický kov, kov alkalických zemin, přechodný kov, hliník, zinek, kadmium nebo cín nebo podvojný chlorid alkalického kovu, kovu alkalickýc zemin, hliníku, manganu, železa, niklu nebo kobaltu;

vyhřívací zařízení pro přivádění tepla do alespoň jednoho ze zmíněných reaktorů, zařízení pro přivádění tekutiny přenášej ící teplo do zmíněných reaktorů a pro odvádění této tekutiny z těchto reaktorů a zařízení pro vedení tekutiny přenášející teplo těmito zmíněnými reaktory v termálním spojení se zmíněnými sloučeninami v těchto reaktorech, přičemž teplo z exothermické reakce je přiváděno do reaktoru, aby bylo hnací sílou endothermické reakce;

j eden nebo reaktivního více kondenzátorů pro zkapalnňování plynného činidla desorbovaného ze zmíněných sloučenin a

9363 první zařízení pro vedení zmíněného plynného reaktivního činidla ze zmíněných reaktorů do zmíněného kondenzátoru;

jeden nebo více výparníků pro zmíněná plynná reaktivní činidla a druhé zařízení pro vedení zmíněného plynného reaktivního činidla ze zmíněného výparníků do zmíněných reaktorů;

třetí zařízení pro vedení zkapalněného plynného reaktivního činidla ze zmíněného kondenzátoru do zmíněného výparníků; a výměník tepla spolupracující se zmíněným druhým zařízením a se zmíněným třetím zařízením tak, že mezi nimi přenáší teplo.
5. Zařízení podle nároku 1 nebo 4, vyznačující se tím, že zmíněná zařízení vedení tekutiny přenášející teplo zmíněnými reakčními komorami obsahují zařízení s několikanásobnými kanály, které je schopné jimi vést různé tekutiny přenášející teplo a tyto tekutiny jsou v termálním spojení se zmíněnými sloučeninami během adsorpční a během desorpční reakce ve zmíněných reakčních komorách.
6. Zařízení podle nároku 4,vyznačuj ící se tím, že obsahuje výměník tepla spolupracující se zmíněným prvním zařízením a se zmíněným druhým zařízením tak, že mezi nimi přenáší teplo.

Zařízení podle nároku 1, 4 nebo 6, vyznačuj ící t í m , že alespoň jednou ze zmíněných sloučenin je:

CaCl₂.4-8 (NH₃), CaCl₂.2-4 (NH₃) nebo jejich

BaCl₂.0-8 (NH₃),

CaBr₂.2-6 (NH₃),

NíC1₂.2-6 (NH₃),

CuS0₄.2-4 (NH₃), NaBF₄.0,5-2,5 (NH₃), NaBr.0-5,25 (NH₃) nebo

CaCl₂.0-l (NH₃), CaCl₂.l-2 (NH₃) nebo jejich směsi.

směsi, LÍCI.0-3 (NH₃), CoC1₂.2-6 (NH₃), FeCl₂.2-6 (NH₃),

SrCl₂.l-8 (NH₃), SrBr₂.2-8 (NH₃), CoBr₂.2-6 (NH₃),

9363
8. Zařízení, vyznačující se tím, že obsahuje: větší počet dvou nebo více reakčních komor, přičemž každá komora má uvnitř jinou sloučeninu tvořenou tuhým reaktivním adsorbentem a plynným reaktivním činidlem na něm adsorbovaným, přičemž každá ze zmíněných sloučenin má odlišný tlak par plynného reaktivního činidla v podstatě nezávislý na koncentraci adsorbovaného plynného reaktivního činidla;

zmíněné sloučeniny mající vzestupné pořadí tlaku par plynných reaktivních činidel, přičemž teplota adsorpce sloučeniny o nižším tlaku par při adsorpčním tlaku je alespoň o 8’C vyšší než desorpční teplota další sloučeniny s vyšším tlakem par při desorpčním tlaku;

přičemž zmíněná plynná reaktivní činidla zahrnují amoniak, vodu, oxid uhličitý, oxid siřičitý, nižší alkanol, alkylamin, polyamin, fosfin nebo polární chladivo mající alespoň jeden volný elektronový pár a zmíněným tuhým reaktivním činidlem je anorganická sůl zahrnující oxid kovů, halogenid, uhličitan, oxalát, dusičnan, sulfid nebo síran, přičemž zmíněný kov je alkalický kov, kov alkalických zemin, přechodný kov, hliník, zinek, kadmium nebo cín nebo podvojný chlorid alkalického kovu, kovu alkalických zemin, hliníku, manganu, železa, niklu nebo kobaltu, zařízení pro vedení tekutiny přenášej ící teplo do zmíněných reakčních komor a z těchto komor, přičemž teplo z exothermické adsorpční reakce je vedeno do reakční komory, aby se stalo hnací sílou endothermické desorpční reakce a zařízení výměny tepla pro selektivní opětovné získání anebo absorbování tepla ze zmíněných reakčních komor;

kondenzátorové zařízení obsahující jeden kondenzátor a zařízení vedení přivádějící plynné reaktivní činidlo ze všech zmíněných reakčních komor do zmíněného kondenzátoru nebo dva nebo více kondenzátorů, přičemž každý pracuje při jiné teplotě;

9363 výparníkové zařízení obsahující jeden výparník a zařízení vedení přivádějící plynné reaktivní činidlo ze zmíněného výparníku do všech zmíněných reakčních komor nebo dva nebo více výparníků, přičemž každý pracuje při jiné teplotě; a kde sloučeniny s nej vyšším tlakem par zahrnují:

CaCl₂.4-8 (NH₃), CaCl₂.2-4 (NH₃) nebo jejich směsi, SrCl₂.l-8 (NH₃), BaCl₂.0-8 (NH₃), LÍCI.0-3 (nh₃), SrBr₂.2-8 (NH₃), CaBr₂.2-6 (NH₃), FeCl₂.2-6 (nh₃), CoCl₂.2-6 (NH₃) a NaBF₄.0,5-2,5 (NH₃) nebo NaBr.0-5,25 (NH₃).
9. Zařízení podle nároku 8,vyznačuj ící se tím, že mezi jednu nebo více sloučenin o nižším tlaku par patří:

SrCl₂.1-8 (nh₃), CaCl₂.2-4 (NH₃), LÍCI.0-3 (nh₃), SrBr₂.2-8 (nh₃), CaBr₂.2-6 (NH₃), FeCl₂.2-6 (NH₃) NíC1₂.2-6 (nh₃) , CoC1₂.2-6 (NH₃), CoBr₂.2-6 (nh₃), CuS0₄.2-4 (NH₃) nebo CaCl₂.0-l (NH₃), CaCl₂.l-2 (NH₃) nebo

jejich směsi.
10.Zařízení podle nároku 8,vyznačuj ící se tím, že obsahuje:

větší počet tří nebo více reaktorů, přičemž každý ze zmíněných reaktorů má uvnitř jinou zmíněnou sloučeninu;

zařízení pro přivádění tepla do alespoň jednoho že zmíněných reaktorů, zařízení pro vedení tekutiny přenášející teplo do zmíněných reaktorů a z těchto reaktorů a zařízení pro vedení tekutiny přenášející teplo těmito zmíněnými reaktory v termálním spojení se zmíněnými sloučeninami uvnitř těchto reaktorů, přičemž teplo z exothermické reakce je přiváděno do reaktoru, aby se stalo hnací sílou endothermické reakce;

zařízení pro vedení plynného reaktivního činidla do zmíněných reaktorů a z těchto reaktorů;

zařízení výměny tepla pro vyhřívání anebo chlazení zmíněné tekutiny přenášející teplo a pro selektivní opětovné získání anebo absorbování tepla z této tekutiny; a

9363 kde sloučeniny s nej vyšším tlakem par zahrnují:

CaCl₂-4-8 (NH₃), CaCl₂.2-4 (NH₃) nebo jejich směsi, nebo SrCl₂.l-8 (NH₃), BaCl₂.0-8 (NH₃) nebo NaBF₄.0,5-2,5 (NH₃).
11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že sloučeninou s tlakem par středního stupně je CaBr₂.2-6 (NH₃).
12. Zařízení podle nároku 10 nebo 11, vyznačující se tím , že třetí sloučeninou mající nižší tlak par je CaCl₂.0-l (NH₃), CaCl₂.l-2 (NH₃) nebo jejich směsi.
13. Zařízení podle nároku 10, 11 nebo 12, vyznačující se tím , že sloučeninou s nejnižším tlakem par je NíC1₂.2-6 (NH₃).

Zařízení podle nároku 10,vyznačuj ící se tím, že j ednou nebo více sloučeninami s tlakem par nižšího stupně j sou : SrCl₂-1-8 (nh₃), CaCl₂.2-4 (nh₃), LÍCI.0-3 (nh₃), SrBr₂·2-8 (nh₃), CaBr₂.2-6 (nh₃), FeCl₂.2-6 (NH₃), CoC1₂.2-6 (NH₃), FeBr₂.2-6 (nh₃), NiCl₂.2-6 (NH₃), CoBr₂.2-6 (NH₃), CuSO₄.2-4 (NH₃), NaBF₄.0,5-2,5 (NH₃), NaBr.0-5, 25 (NH₃) nebo CaCl₂-0-l (NH₃) a CaCl₂-l-2 (NH₃) nebo

jejich směsi.

vyznačuj ící se tim
15. Zařízení podle nároku 8, že obsahuj e: větší počet tří nebo zmíněných reaktorů má více reaktorů, přičemž každý ze uvnitř j inou zmíněnou sloučeninu a zařízení pro přivádění tepla do alespoň jednoho ze zmíněných reaktorů, zařízení pro vedení tekutiny přenášející teplo do zmíněných reaktorů a z těchto reaktorů a zařízení pro vedení tekutiny přenášející teplo těmito zmíněnými reaktory v termálním spojení se zmíněnými sloučeninami uvnitř těchto reaktorů, přičemž teplo z exothermické reakce je přiváděno do reaktoru, aby se stalo hnací sílou endothermické reakce;

9363 zařízení pro vedení plynného reaktivního činidla do zmíněných reaktorů a z těchto reaktorů;

zařízení výměny tepla pro vyhřívání anebo chlazení zmíněné tekutiny přenášející teplo a pro selektivní opětovné získání anebo absorbování tepla z této tekutiny; a kde zmíněnou sloučeninou v alespoň jednom ze zmíněných reaktorů je halogenid vápníku nebo halogenid stroncia.
16. Zařízení tepelného čerpadla aktivované mechanicky nebo tlakem, vyznačující se tím, že obsahuje: větší počet dvou nebo více reakčních komor, přičemž každá komora má uvnitř jinou sloučeninu tvořenou tuhým reaktivním adsorbentem a plynným reaktivním činidlem na něm adsorbovaným, přičemž každá ze zmíněných sloučenin má odlišný tlak par plynného reaktivního činidla v podstatě nezávislý na koncentraci adsorbovaného plynného reaktivního činidla, zmíněné sloučeniny mající vzestupné pořadí adsorpčních teplot při stejném adsorpčním a desorpčním tlaku, přičemž teplota adsorpce sloučeniny o nižší adsorpční teplotě při vysokém reakčním tlaku byla alespoň o 8°C vyšší než desorpční teplota další sloučeniny s vyšší adsorpční teplotou při nízkém reakčním tlaku, přičemž zmíněná plynná reaktivní činidla zahrnují amoniak, vodu, oxid uhličitý, oxid siřičitý, nižší alkanol, alkylamin, polyamin, fosfin nebo polární chladivo mající alespoň jeden volný elektronový pár a zmíněným tuhým reaktivním činidlem je anorganická sůl zahrnující oxid kovů, halogenid, uhličitan, oxalát, dusičnan, dusitan, sulfid nebo síran, přičemž zmíněný kov je alkalický kov, kov alkalických zemin, přechodný kov, hliník, zinek, kadmium nebo cín nebo podvojný chlorid alkalického kovu, kovu alkalických zemin, hliníku, manganu, železa, niklu nebo kobaltu;

zařízení pro vedení tekutiny přenášející teplo do zmíněných reakčních komor a z těchto komor, přičemž teplo z exothermické adsorpční reakce je vedeno do reakčni komory,

9363 aby se stalo hnací sílou endothermické desorpční reakce; a kde sloučeniny s CaCl₂.4-8 (NH₃), SrCl₂.l-8 (NH₃), SrBr₂.2-8 (NH₃), CaCl₂.2-6 (NH₃), nejnižší adsorpční teplotou zahrnují:

CaCl₂.2-4 (NH₃), BaCl₂.0-8 (NH₃), CaBr₂.2-6 (NH₃), jej ich LiCl.0-3

FeCl₂.2-6

NaBF₄.0,5-2,5 (NH₃) nebo NaBr.0-5,25 směsi, (nh₃) , (NH₃), (NH₃) .
17. Zařízení podle nároku 16.vyznačuj ící se tím, že jednou ze sloučenin s vyšší adsorpční teplotou je CaCl₂.0-l (NH₃), CaCl₂.l-2 (NH₃), jejich směsi nebo CaBr₂.2-6 (NH₃).
18. Způsob rozdělování do stupňů sloučenin vzniklých z tuhé a z parní fáze, vyznačující se tím, že obsahuje: volbu většího počtu dvou nebo více rozdílných sloučenin tvořených tuhým reaktivním adsorbentem a plynným reaktivním činidlem na něm adsorbovaným, přičemž každá ze zmíněných sloučenin má odlišný tlak par plynného reaktivního činidla v podstatě nezávislý na koncentraci plynného reaktivního činidla a umístění každé jednotlivé zmíněné sloučeniny do jiného reaktoru z většího počtu reaktorů;

v prvním reakčním cyklu činnost první skupiny zmíněných reaktorů při teplotě, z které plyne první tlak, přičemž zmíněná sloučenina tam desorbuje v endothermické reakci zmíněné plynné reaktivní činidlo, a činnost zmíněné druhé skupiny zmíněných reaktorů při druhém tlaku, přičemž zmíněná sloučenina tam adsorbuje v exothermické reakci zmíněné plynné reaktivní činidlo;

v druhém reakčním cyklu činnost zmíněné první skupiny zmíněných reaktorů při zmíněném druhém tlaku, přičemž zmíněná sloučenina tam adsorbuje v exothermické reakci zmíněné plynné reaktivní činidlo, a činnost zmíněné druhé skupiny zmíněných reaktorů při zmíněném prvním tlaku, přičemž zmíněná sloučenina tam desorbuje v endothermické reakci zmíněné plynné reaktivní činidlo;

9363 vedení alespoň části tepla z exothermické reakce do reakce, aby se stalo hnací sílou endothermické reakce;

vedení plynného reaktivního činidla uvolněného ze zmíněných desorpčních reaktorů do kondenzátoru nebo do přijímacího zařízení zmíněného plynného reaktivního činidla a vedení plynného reaktivního činidla z výparníku nebo z přijímacího zařízení do adsorpčních reaktorů;

zlepšení sestávající z vedení - prvního proudu zmíněného plynného reaktivního činidla z desorpčního reaktoru do kondenzátoru nebo do přijímacího zařízení a souběžně vedení druhého proudu plynného reaktivního činidla z výparníku nebo přijímacího zařízení do adsorpčního reaktoru výměníkem tepla, přičemž nastává výměna tepla mezi zmíněným prvním a zmíněným druhým proudem.
19. Způsob podle nároku 18,vyznačující se tím, že obsahuje vedení kapalného proudu zkapalněného plynného reaktivního činidla z kondenzátoru do výparníku a souběžně vedení plynného proudu plynného reaktivního činidla z výparníku do adsorpčního reaktoru výměníkem tepla, přičemž nastává výměna tepla mezi zmíněným kapalným a zmíněným plynným proudem. A