AT511823A4

AT511823A4 - METHOD AND DEVICE FOR GENERATING COLD AND / OR USE HEAT AND MECHANICAL OR BZW. ELECTRICAL ENERGY BY MEANS OF AN ABSORPTION CIRCUIT

Info

Publication number: AT511823A4
Application number: ATA148/2012A
Authority: AT
Inventors: Georg Dr Beckmann
Original assignee: Georg Dr Beckmann
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2013-03-15
Also published as: AT511823B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung von Kälte und/oder Nutzwärme unter der Verwendung einer Wärmequelle oberhalb der Umgebungstemperatur sowie zur zusätzlichen Erzeugung von mechanischer bzw. elektrischer Energie durch das Zwischenschalten einer Expansionsmaschine (9) zwischen dem Desorber (3) und dem Kondensator )13) eines Absorptionskreislaufes; die Speicherung von Lösungenunterschiedlicher Absorptionsmittelkonzentrationen in Speichern (30, 33, 36) ermöglicht sowohl die Spitzenlastdeckung der Energieserviceleistungen als auch die Anpassung an wechselnde thermische Verhältnisse.The invention relates to a method and a device for generating cold and / or useful heat using a heat source above the ambient temperature and for additional generation of mechanical or electrical energy by the interposition of an expansion machine (9) between the desorber (3) and the Capacitor) 13) of an absorption circuit; storing solutions of different absorbant concentrations in reservoirs (30, 33, 36) allows for peak load coverage of energy services as well as adaptation to changing thermal conditions.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung von Kälte und/oder Nutzwärme mittels eines Absorptionskreislaufes unter der Verwendung einer Wärmequelle oberhalb der Umgebungstemperatur und - in erfinderischer Weise -zur zusätzlichen Erzeugung von mechanischer bzw. elektrischer Energie (Kraft). Durch die erfinderische Speicherung ist es möglich, die Anteile der Erzeugung der verschiedenen Energieformen in gewissen Grenzen bedarfsgerecht zu variieren.The invention relates to a method and a device for generating cold and / or useful heat by means of an absorption cycle using a heat source above the ambient temperature and - in an inventive manner - for additional generation of mechanical or electrical energy (force). Due to the inventive storage, it is possible to vary the proportions of the generation of different forms of energy within certain limits as needed.

Stand der Technik: Die Erzeugung von Kälte mittels eines Absorptionskreislaufes unter der Verwendung einer Wärmequelle oberhalb der Umgebungstemperatur ist seit langem bekannt und Stand der Technik, insbesondere mit dem Kältekreislaufmedium: Ammoniak (NH3) als Kältemittel und Wasser (H20) als Absorptionsmittel. Der Vorteil dieser Absorptionskälteanlage gegenüber der wesentlich weiterverbreiteten Kompressionskältemaschine liegt darin, dass die Absorptionskälteanlage keine oder nur eine geringe mechanische bzw. elektrische Antriebsenergie (z. B. für Pumpen) benötigt.Prior art: The generation of refrigeration by means of an absorption cycle using a heat source above the ambient temperature has long been known and prior art, in particular with the refrigeration cycle medium: ammonia (NH3) as refrigerant and water (H20) as the absorbent. The advantage of this absorption refrigeration plant over the much more widespread compression refrigeration machine is that the absorption refrigeration system requires little or no mechanical or electrical drive energy (eg for pumps).

Die bei der Absorptionskälteanlage verwendete Wärmen hätten zuweilen, von der Thermodynamik her betrachtet, das Potential zur zusätzlichen Krafterzeugung, und dies wäre bei größeren (dezentralen) Anlagen durchaus wünschenswert, jedoch ist der Absorptionskreislauf gemäß dem Stand der Technik dazu nicht in der Lage. Kürzlich [Sulaiman et al: Greenhouse gas emission and exergy assessments of an integrated Organic Rankine Cycle with a biomass conbustor for combined cooling, heating and power production. Applied Thermal Engineering 2011. Seite 439 - 446] wurde die Kombination von eines ORC-Kreislaufes (Organic Rankine Cycle) zur Stromerzeugung mit einer Absorptionskälteanlage zur 1 7The heat used in the absorption refrigeration system would sometimes have the potential for additional power generation, as viewed in thermodynamics, and this would be desirable for larger (decentralized) plants, but the prior art absorption cycle is incapable of doing so. Recently [Sulaiman et al: Greenhouse gas emission and exergy assessments of an integrated organic Rankine cycle with a biomass condenser for combined cooling, heating and power production. Applied Thermal Engineering 2011. page 439 - 446] was the combination of an ORC cycle (Organic Rankine Cycle) for power generation with an absorption refrigeration plant to 1 7

7 5- T '1 · J Kälteerzeugung in der Weise vorgeschlagen, dass mit der Kondensations-Wärme aus dem ORC-Kreislauf der Desorber der Absorptionskälteanlage betrieben wird. Als Energiequelle wurde eine Biomassefeuerung vorgesehen. Der apparative Aufwand derartiger Problemlösungen ist beträchtlich, es kommen insgesamt drei Arbeitsmedien zur Anwendung (Ein Thermoöl-Zwischenkreis, das organische Kreislaufmedium sowie das Kältekreislaufmedium: Ammoniak/Wasser), die Flexibilität ist stark eingeschränkte. Die gesamte Energieeffizient ist zwar besser als bei der getrennten Erzeugung von Strom und Kälte, jedoch ist die Wirtschaftlichkeit derartiger Anlagenkombinationen fraglich.7 5- T '1 · J proposed refrigeration in such a way that is operated with the condensation heat from the ORC cycle, the desorber of the absorption refrigeration system. As a source of energy biomass firing was provided. The complexity of such problem solutions is considerable, there are a total of three working media used (a thermal oil intermediate circuit, the organic circulation medium and the refrigeration cycle medium: ammonia / water), the flexibility is severely limited. Although the overall energy efficiency is better than the separate production of electricity and cooling, but the economics of such system combinations is questionable.

Erfindungsgemäße Lösung: Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, all die genannten Nachteile zu vermeiden. Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden gemäß den Unteransprüchen vorgeschlagen.Solution According to the Invention: The object of the invention is to avoid all the disadvantages mentioned. This is inventively achieved by the characterizing features of claim 1. Further advantageous embodiments are proposed according to the subclaims.

Die Figuren 1 bis 3 verdeutlichen den Erfindungsgedanken:FIGS. 1 to 3 illustrate the concept of the invention:

Fig. 1 zeigt das Verfahrensfließbild des erfindungsgemäßen Kreislaufes in der Basisvariante.Fig. 1 shows the process flow diagram of the circuit according to the invention in the basic variant.

Fig. 2 zeigt eine Ergänzung zur Fig. 1, welche die Flexibilität durch ein Speichersystem erhöht.Fig. 2 shows a supplement to Fig. 1, which increases the flexibility of a storage system.

Fig. 3 zeigt eine Variante zur Fig. 2, welche das Speichersystem weiter vereinfacht.FIG. 3 shows a variant of FIG. 2, which further simplifies the memory system.

Fig. 1 zeigt das Verfahrensfließbild des erfinderischen Absorptionskreislaufes; als Zusatzinformationen sind in diesem Verfahrensfließbild folgende Koordinaten eingetragen: a. Abszisse (x-Achse): Die Temperatur in der jeweiligen Komponente, d. h. eine Komponente mit höherer Temperatur ist weiter rechts angeordnet. 2 • · · · Φ * Μ · · · « «II* I I · · * ι • · · Φ I Φ III · · • II I · I II ι *· II ΜΙ ··· ·* Φ· b. Ordinate (y-Achse): Der Druck in der jeweiligen Komponente, d. h. eine Komponenten mit einem höheren Druck ist weiter oben angeordnet. c. Die Hauptdiagonale (45“-Gerade): Die Konzentration (Massenanteil vom Kältemittel im Arbeitsmedium): rechts von der Hauptdiagonale befindet sich der kältemittelarme, links davon der kältemittereiche Teil des Kreislaufes. d. Ein Energieeintrag ist mit einem Pfeil zur Komponente hin, eine Energieabgabe mit einem Pfeil von der Komponente weg angedeutet. e. Die mechanische bzw. elektrische Energie wird mit „P" bezeichnet, die Wärmeenergie mit „Q". Wärmeeinträge mit einem Temperaturniveau deutlich unter der Umgebungstemperatur sind Kälteenergien, Wärmeabgaben mit einem Temperaturniveau deutlich über der Umgebungstemperatur sind Nutzwärmen (z. B. Wärmen für Heiz- und Prozesszwecke).Fig. 1 shows the process flow diagram of the inventive absorption cycle; As additional information, the following coordinates are entered in this process flow diagram: a. Abscissa (x-axis): the temperature in the respective component, d. H. a higher temperature component is placed further to the right. 2 · · Φ Φ b b b b b b III · III III III III III III III III III III III. Ordinate (y-axis): The pressure in the respective component, d. H. a higher pressure component is located higher up. c. The main diagonal (45 "straight): The concentration (mass fraction of the refrigerant in the working medium): to the right of the main diagonal is the low-refrigerant, to the left of the refrigerant-rich part of the circuit. d. An energy input is indicated with an arrow towards the component, an energy output with an arrow away from the component. e. The mechanical or electrical energy is denoted by "P". denotes the heat energy with "Q". Heat inputs with a temperature level well below the ambient temperature are cold energies, heat outputs with a temperature level well above the ambient temperature are useful heat (eg heating for heating and process purposes).

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich zunächst auf den Absorptionskreislauf mit Kälteerzeugung („Kraft-Kälte-Modus").The following description initially refers to the absorption cycle with refrigeration ("power-refrigeration mode").

Das Arbeitsmedium des Kreislaufes, ein binäres Gemisch aus dem Kältemittel, z. B. NH3, und dem Absorptionsmittel, z. B. H20, verlässt mit einer vorgegebenen Konzentration den Absorber 1 und gelangt über die Speiseleitung mit Speisepumpe 2 in den Desorber 3, der über eine Desorber-Wärmetauscherfläche 4 mittels eines Heizmediums, z. B. einem heißen Rauchgas, mit der Wärme Qd beheizt wird (das Heizmedium tritt beim Desorber-Heizmediumeintritt 5 ein und verlässt diesen beim Desorber-Heizmediumaustritt 6). Im Desorber kommt es zur Desorption (zum Ausdampfen des Kältemittels); die zurückbleibende kältemittelarme Lösung verlässt den Desorber 3 und gelangt über die Lösungsrücklaufleitung mit Entspannungsventil 7 zurück in den Absorber 1. Der entstehende Frischdampf hingegen ist kältemittelreich und er verlässt den Desorber 3. 3The working medium of the circuit, a binary mixture of the refrigerant, z. B. NH3, and the absorbent, for. B. H20, leaves the absorber 1 with a predetermined concentration and passes through the feed line with feed pump 2 in the desorber 3, which via a desorber heat exchanger surface 4 by means of a heating medium, for. B. a hot flue gas, is heated with the heat Qd (the heating medium enters the desorber Heizmediumeintritt 5 and leaves it in the desorber Heizmediumaustritt 6). In the desorber it comes to desorption (evaporation of the refrigerant); The remaining low-refrigerant solution leaves the desorber 3 and passes through the solution return line with expansion valve 7 back into the absorber 1. The resulting live steam, however, is rich in cold and he leaves the desorber 3. 3

Der heiße und gespannte Frischdampf fließt erfindungsgemäß über die Frischdampfleitung mit Regel- bzw. Schnellschussventil 8 der Expansionsmaschine 9, z. B. als Turbine oder Schraubenexpander ausgeführt, zu; diese Expansionsmaschine 9 gibt die mechanische Leistung an der Expansionsmaschinen-Welle 10, z. B. an einen elektrischen Generator 11, ab, wobei mechanische bzw. elektrische Energie P erzeugt wird, während der expandierte Abdampf die Expansionsmaschine 9 verlässt.The hot and tense steam flows according to the invention via the main steam line with regulating or high-speed valve 8 of the expansion machine 9, z. B. designed as a turbine or screw expander, too; this expansion machine 9 gives the mechanical power to the expansion machine shaft 10, z. B. to an electric generator 11, from, wherein mechanical or electrical energy P is generated, while the expanded exhaust steam leaves the expansion machine 9.

Der Abdampf fließt über die Abdampfleitung 12 dem Kondensator 13 zu, in welchem über die Kondensator-Wärmetauscherfläche 14 Wärme entzogen wird, wobei sich ein Kühlmedium, z. B Umgebungsluft oder Kühlwasser, eintretend beim Kondensator-Kühlmediumeintritt 15 und austretend beim Kondensator-Kühlmediumaustritt 16, aufheizt und dabei die Wärme Qc an die Umgebung abführt. Der solcherart verflüssigte Abdampf - das Kondensat - sammelt sich und verlässt den Kondensator 13.The exhaust steam flows via the exhaust steam line 12 to the condenser 13, in which heat is withdrawn via the condenser heat exchanger surface 14, wherein a cooling medium, for. B ambient air or cooling water, entering the condenser cooling medium inlet 15 and exiting at the condenser Kühlmediumaustritt 16, heats and thereby dissipates the heat Qc to the environment. The thus liquefied exhaust steam - the condensate - collects and leaves the condenser 13.

Das Kondensat fließt über die Kondensatleitung mit Entspannungsventil 17 dem Verdampfer 18 zu, welchem über eine Verdampfer-Wärmetauscherfläche 19 mittels eines Kältemediums, z. B. einer frostsicheren Kältemischung, welches beim Verdampfer-Kältemediumeintritt 20 eintritt und beim Verdampfer-Kältemediumaustritt 21 austritt, Wärme entzogen wird; da der Verdampfer 18 mit einem geringeren Druck als der Kondensator 13 betrieben wird, liegt die Verdampfungstemperatur in der Regel unter der Umgebungstemperatur, hier wird also die Kälteleistung Qv erbracht. Der Kältemitteldampf verlässt über den Verdampfer 18.The condensate flows through the condensate line with expansion valve 17 to the evaporator 18, which via an evaporator heat exchanger surface 19 by means of a cooling medium, for. B. a frost-resistant cryogen which enters the evaporator-Kältemediumeintritt 20 and exits at the evaporator refrigerant outlet 21, heat is removed; since the evaporator 18 is operated at a lower pressure than the condenser 13, the evaporation temperature is usually below the ambient temperature, so here is the cooling capacity Qv provided. The refrigerant vapor leaves via the evaporator 18th

Der Kältemitteldampf mit geringem Druck gelangt über Kältemitteldampfleitung 22 und in den Absorber 1, wo sich der Kältemitteldampf mit der kältemittelearmen Lösung vereinigt; 4 diese Absorption ist einerseits mit einer Unterdruckbildung verbunden, andererseits wird dabei die Lösungsmittelwärme frei, welche über die Absorber-Wärmetauscherfläche 23 abgeführt wird, wobei sich ein Kühlmedium, z. B. Umgebungsluft oder Kühlwasser, vom Absorber-Kühlmediumeintritt 24 zum Absorber-Kühlmediumaustritt 25 aufheizt und dabei die Wärme Qa an die Umgebung abführt. Mit der Entstehung des Lösungsmittels mit der vorgegebenen Konzentration und der Bereitstellung dieser über Speiseleitung mit Speisepumpe 2 schließt sich der Kreislauf.The refrigerant pressure at low pressure passes through refrigerant vapor line 22 and into the absorber 1, where the refrigerant vapor combines with the low-refrigerant solution; 4 this absorption is on the one hand connected to a negative pressure, on the other hand while the solvent heat is released, which is dissipated via the absorber heat exchanger surface 23, wherein a cooling medium, for. B. ambient air or cooling water, from the absorber cooling medium inlet 24 to the absorber cooling medium outlet 25 heats up and thereby dissipates the heat Qa to the environment. With the formation of the solvent with the predetermined concentration and the provision of this via feed line with feed pump 2, the circuit closes.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Absorptionskälteanlagen erzeugt das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur Kälte Qv, sondern auch mechanische bzw. elektrische Energie („Kraft") P.In contrast to conventional absorption refrigeration systems, the method according to the invention not only generates cold Qv, but also mechanical or electrical energy ("force") P.

Zur Anpassung der erzeugten Kälteleistung an einem Kälteleistungsbedarf (bedarfsgerechte Deckung einer Energiedienstleistung) sind im Verfahrensfließbild folgendeTo adapt the generated cooling capacity to a cooling capacity requirement (needs-based coverage of an energy service), the following are in the process flow diagram

Bypassleitungen strichliert eingezeichnet: a. Die Frischdampfbypassleitung mit Bypassventil 26 zweigt von der Frischdampfleitung 8 ab und dient zur Umgehung der Expansionsmaschine 9; d. h. der abgezweigte Frischdampf gelangt direkt in die Abdampfleitung 12 in den Kondensator 13. Diesen Lastfall wird man wählen, wenn die Temperatur bzw. der Druck am Desorber 3 nicht ausreicht, um die Expansionsmaschine 9 sinnvoll zu betreiben, der Bedarf an mechanischer bzw. elektrischer Energie bereits gedeckt ist und/oder die Kälteleistung gesteigert werden soll. b. Die Abdampfbypassleitung mit Bypassventil 27 zweigt von der Abdampfdampfleitung 12 ab dient zur Umgehung des Kondensators 13 und des Verdampfers 18; d. h. der abgezweigte Abdampf gelangt direkt über die Kältemitteldampfleitung 22 in den Absorber 1. Diese Betriebsweise wird man wählen, wenn kein Bedarf an Kälteleistung vorhanden ist.Bypass lines drawn in dashed lines: a. The live steam bypass line with bypass valve 26 branches off from the main steam line 8 and serves to bypass the expansion machine 9; d. H. the branched live steam passes directly into the exhaust steam line 12 in the condenser 13. This load case will be chosen if the temperature or the pressure at the desorber 3 is not sufficient to operate the expansion machine 9 meaningful, the need for mechanical or electrical energy already is covered and / or the cooling capacity is to be increased. b. The Abdampfbypassleitung with bypass valve 27 branches from the Abdampfdampfleitung 12 serves to bypass the capacitor 13 and the evaporator 18; d. H. the diverted exhaust steam passes directly through the refrigerant vapor line 22 into the absorber 1. This mode of operation will be chosen if there is no need for cooling capacity.

Es ist aber auch die Produktion einer weiteren Energieform, nämlich einer Nutzwärme, möglich, indem dem Verfahren an geeigneter Stelle Nutzwärme entzogen wird. Die Entnahme von Nutzwärme bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren kann z. B. auf der Heizmediumseite vor dem Eintritt 5 oder nach dem Austritt 6, von der Frischdampfleitung 8 oder an der Expansionsmaschinen-Anzapfleitung 28 erfolgen.But it is also the production of another form of energy, namely a useful heat, possible by the process at a suitable point useful heat is withdrawn. The removal of useful heat in the present inventive method can, for. B. on the Heizmediumseite before the entrance 5 or after the outlet 6, from the main steam line 8 or at the expansion machine bleed line 28.

Der energetisch bestechende Betriebsmodus für die Bereitstellung von Nutzwärme besteht allerdings darin, dass der Kondensator 13 und/oder der Absorber 1 bewusst bei einer Temperatur höher als die Umgebungstemperatur gefahren werden, sodass am Kondensator-Kühlmediumaustritt 16 bzw. am Absorber-Kühlmediumaustritt 25 die Nutzwärmen Qc bzw, Qa anfallen. Im Extremfall kann man dem Verdampfer 18 ergiebige Umgebungswärme zuführen, womit der erfinderische Absorptionskreislauf im „Kraft-Wärmepumpen-Modus" gefahren wird. Der Gesamtwirkungsgrad dieser erfindungsgemäßen Kopplungsanlagen kann dabei deutlich über 100 % liegen.The energetically captivating mode of operation for the provision of useful heat, however, is that the capacitor 13 and / or the absorber 1 are deliberately driven at a temperature higher than the ambient temperature, so that at the condenser Kühlmediumaustritt 16 and the absorber Kühlmediumaustritt 25, the useful heat Qc or, Qa incurred. In extreme cases, one can supply the evaporator 18 rich ambient heat, whereby the inventive absorption cycle in the "power heat pump mode " is driven. The overall efficiency of these coupling systems according to the invention can be well above 100%.

Vom Verfahrensfließbild her betrachtet besteht kein wesentlicher Unterschied, ob das erfinderische Verfahren im Kraft-Kälte-Modus, im Kraft-Wärmepumpen-Modus oder in einer Kombination von beiden Betriebsweisen, dem Kraft-Wärmepumpen-Kälte-Modus (Tri-Generation) betrieben wird. Allfällige Einschränkungen der Betriebsweisen sind auslegungstechnischer Art und vom Arbeitsmedium vorgegeben, hingegen weist das erfindungsgemäße Verfahren ein hohes Maß an Flexibilität auf.Viewed from the process flow diagram, there is no significant difference as to whether the inventive method is operated in the power / cooling mode, in the power / heat pump mode or in a combination of both modes, the power / heat pump cold mode (tri-generation). Any limitations of the modes of operation are design-related type and given by the working medium, however, the inventive method has a high degree of flexibility.

Fig. 2 zeigt zusätzlich zum Verfahrensfließbild gemäß der Fig. 1 ein erfinderisches Energiespeichersystem, welches nicht nur temporäre Variationen der Kälte- und/oder Wärmeerzeugung sondern auch Veränderungen der Konzentrationen im Gesamtkreislauf zum 6FIG. 2 shows, in addition to the process flow diagram according to FIG. 1, an inventive energy storage system which not only makes temporary variations of the refrigeration and / or heat generation but also changes of the concentrations in the overall circulation

Zwecke der optimalen Anpassung an Gegebenheiten der Wärmequelle einerseits und der Energieserviceleistung andererseits ermöglicht.Purpose of optimal adaptation to conditions of the heat source on the one hand and the energy service capacity on the other hand allows.

Von der Funktion her gesehen sind drei Speichersystem vorgesehen: 1. Eine Kondensat-Lade/Entladeleitung 29 zweigt von der Kondensatleitung 17 ab und führt zu einem Kondensat-Speicher 30 mit dem Flüssigkeitstand bzw. -volumen 31; die Lade/Entladeleitung ist dabei als in beiden Richtungen durchflossene Leitung mit einer reversierbaren Pumpe eingezeichnet, jedoch existieren für diese Problemstellung auch andere bekannte Ausführungsformen. 2. Eine Speise-Lade/Entladeleitung 32 zweigt von der Speiseleitung 2 ab und führt zu einem Speise-Speicher 33 mit dem Flüssigkeitsstand bzw. -volumen 34. 3. Eine Lösungs-Lade/Entladeleitung 35 zweigt von der Lösungsrücklaufleitung 7 ab und führt zu einem Lösungs-Speicher 36 mit dem Flüssigkeitsstand bzw. -volumen 37.In terms of function, three storage systems are provided: 1. A condensate charge / discharge line 29 branches off from the condensate line 17 and leads to a condensate store 30 with the liquid level or volume 31; the charge / discharge line is shown as a traversed in both directions line with a reversible pump, but exist for this problem, other known embodiments. 2. A feed charge / discharge line 32 branches off from the feed line 2 and leads to a feed storage 33 with the liquid level or volume 34. 3. A solution charge / discharge line 35 branches off from the return solution line 7 and leads to a solution reservoir 36 with the liquid level or volume 37.

Mit diesen drei Speichersystemen lassen sich verschiedene Betriebsweisen bzw. Moden fahren: a. Bei einer temporär höheren Kälteleistung (Kältespitzenlast) werden dem Kondensat-Speicher 30 mit dem Flüssigkeitsstand 31 und dem Lösungs-Speicher 36 mit dem Flüssigkeitsstand 37 entladen, das heißt die Flüssigkeitsstände 31 und 37 werden abgesenkt, indem die Kondensat-Lade/Entladeleitung 29 und die Lösungs-Lade/Entladeleitung 35 in der Richtung zu den Leitungen 17 bzw. 7 durchströmt werden. Der Verdampfer 18 und der Absorber 1 werden dadurch mit den für die Kälteproduktion nötigen Flüssigkeiten der dazugehörigen Konzentration versorgt. Andererseits steigt im Speise-Speicher 33 der Flüssigkeitsstand 34, indem die Speise-Lade/Entladeleitung 32 überschüssige Speise 7With these three storage systems, different modes of operation or modes can be run: a. At a temporarily higher cooling capacity (cold peak load) are discharged to the condensate tank 30 with the liquid level 31 and the solution reservoir 36 with the liquid level 37, that is, the liquid levels 31 and 37 are lowered by the condensate charging / discharging line 29 and the Solution charging / discharging line 35 are flowed through in the direction of the lines 17 and 7, respectively. The evaporator 18 and the absorber 1 are thereby supplied with the necessary for the refrigeration liquids of the associated concentration. On the other hand, in the feed storage 33, the liquid level 34 rises by supplying the feed / discharge line 32 with excess food

aus der Speiseleitung 2 aufnimmt. Bei einer temporär niedrigeren Kälteleistung {Kälteschwachlast) wird umgekehrt verfahren. Diese temporäre Lastabdeckung lässt sich nur soweit fahren, bis mindestens einer der Speicher entladen oder geladen ist. Da die erforderliche Kälteleistung zuweilen einer periodischen Schwankung unterliegt, ist die beschriebene temporäre Lastabdeckung von hohem Wert. b. Mit den SpeicherSystemen lassen sich auch die Konzentrationsverhältnisse im Arbeitsmedium desfrom the feed line 2 receives. At a temporarily lower cooling capacity {cold load), the procedure is reversed. This temporary load cover can only be moved until at least one of the storage tanks is unloaded or charged. Since the required cooling capacity is sometimes subject to a periodic fluctuation, the described temporary load cover is of high value. b. With the storage systems, the concentration ratios in the working medium of the

Gesamtkreislaufes beeinflussen. Das Laden des Kondensat-Speicher 30, bei dem der Flüssigkeitsstand 31 ansteigt, führt bei einem gleichbleibenden Ladezustand des Speise-Speicher 33, bei dem der Flüssigkeitsstand 34 gleichbleibt, zu einem Entladen des Lösungs-Speichers 36, bei dem sein Flüssigkeitsstand 37 absinkt, sodass dem Gesamtkreislauf kältemittelreiches Kondensat entzogen wird und der fließende Gesamtkreislauf bezüglich seiner Konzentration zur kältemittelarmen, das heißt absorptionsmittelreichen Seite (in unserem Beispiel also zur H20-reichen Seite) schiftet; dieser Betriebsmodus könnte z. B. bei einem Kraft-Wärmepumpen-Modus vorteilhaft sein, weil höhere Systemdrücke im Kondensator und Absorber vermieden werden. Sollten die Speichersysteme ausschließlich zur Beeinflussung Konzentrationsverhältnisse im Arbeitsmedium des Gesamtkreislaufes dienen und nicht auch zur Lastabdeckung, so kann der Speise-Speicher 33 samt der Speise-Lade/Entladeleitung 32 entfallen.Influence the overall cycle. The loading of the condensate store 30, in which the liquid level rises 31, leads to a discharge of the storage tank 33, in which the liquid level 34 remains constant, with a constant state of charge of the feed store 36, in which its liquid level 37 drops, so the condensing circuit is depleted of refrigerant-rich condensate and the flowing total circuit in terms of its concentration to the low-refrigerant, ie absorption-rich side (in our example so to the H20-rich side) schiftet; this mode of operation could, for. B. be advantageous in a power heat pump mode, because higher system pressures are avoided in the condenser and absorber. If the storage systems serve exclusively for influencing concentration ratios in the working medium of the overall cycle and not also for load coverage, then the feed storage 33 together with the feed / discharge line 32 can be dispensed with.

Eine derartige Speicherung ist neuartig und es ist schwierig, diese in herkömmliche Kategorien zu klassifizieren: Die Speicher arbeiten drucklos, speichern bei Umgebungstemperatur, haben also auch keine Wärmeverluste, weisen aber verschiedene Konzentrationen des Kältekreislaufmediums auf. Im Grunde wird latente Energie (Trennarbeit bei der Desorption) gespeichert und 8Such storage is novel and difficult to classify into conventional categories: the reservoirs operate without pressure, store at ambient temperature, so have no heat losses, but have different concentrations of refrigeration cycle medium. Basically, latent energy (separation work during desorption) is stored and 8

die Energiedichte übertrifft in der Regel jene eines Wärmespeichers.The energy density usually exceeds that of a heat storage.

Fig. 3 zeigt eine Variante zum Verfahrensfließbild gemäß der Fig. 2; hier werden der Kondensat-Speicher 30, gegebenenfalls der Speise-Speicher 33 und der Lösungs-Speicher 36 von der Funktion her in ein einem einzigen Schichtspeicher 38 zusammengefasst, wobei die Kondensat-Lade/Entladeleitung 29 in das Kondensat-Flüssigkeitsvolumen 31, gegebenenfalls die Speise-Lade/Entladeleitung 32 in das Speise-Flüssigkeitsvolumen 34 und die Lösungs-Lade/Entladeleitung 35 in das Lösungs-Flüssigkeit svolumen 37 innerhalb des Schichtspeichers 38 führen. Da die verschiedenen Flüssigkeitsvolumina nicht nur unterschiedliche Konzentrationen, sondern auch unterschiedliche Dichten haben, kommt es innerhalb des Schichtspeichers 38 nicht zur Vermischung, sondern zur erwünschten Schichtbildung mit Trennschichten 39 bzw. 40. Das Volumen des Schichtspeichers 38 ist dabei kleiner als das Gesamtvolumen der Speicher 30 und 36 bzw. auch 33 der Fig. 2, da diese Speichersysteme im „Gegentakt" arbeiten.FIG. 3 shows a variant of the process flow diagram according to FIG. 2; FIG. Here, the condensate storage 30, optionally the feed storage 33 and the solution storage 36 are summarized in terms of function in a single layer memory 38, wherein the condensate charge / discharge line 29 into the condensate liquid volume 31, optionally the feed Charging / discharging line 32 in the feed liquid volume 34 and the solution charge / discharge line 35 in the solution liquid volume 37 within the stratified storage 38 lead. Since the different liquid volumes not only have different concentrations, but also different densities, it does not come to the mixing within the layer memory 38, but to the desired layer formation with release layers 39 and 40. The volume of the layer memory 38 is smaller than the total volume of the memory 30th and 36 and also 33 of FIG. 2, since these memory systems are in "push-pull". work.

Bekanntermaßen sind Verfeinerungen eines thermodynamischen Kreislaufes durch folgende - nicht näher beschriebene -Maßnahmen möglich: Mehrstufigkeit, z. B. bei der Desorption; rekuperativer Wärmetausch, z. B. zwischen Lösungsrücklauf und Speise; Ausnützung von Auf- und Abtrieb, etc..As is known, refinements of a thermodynamic cycle are possible by means of the following measures, which are not described in detail: multistage, z. During desorption; recuperative heat exchange, z. B. between solution reflux and food; Utilization of drive and take-down, etc.

Das erfinderische Verfahren eröffnet ein riesiges Anwendungsfeld und ermöglicht sondern fundamentale Verbesserungen hinsichtlich der Energieeffizient und der Kosteneffizienz: a. Der vorgeschlagene Kreisprozess erzeugt Kraft, Kälte und Wärme innerhalb einer einzigen Anlage mit einem einzigen Arbeitsmedium. Die Speicherung ermöglicht die verschiedenen 9The inventive method opens up a huge field of application and allows for fundamental improvements in terms of energy efficiency and cost efficiency: a. The proposed cycle process generates power, cold and heat within a single plant with a single working fluid. The storage allows the different 9

Energieformen bedarfsgerecht zur Verfügung zu stellen Diese gekoppelte Energiedienstleistung erhöht die Energieeffizienz und vereinfacht den apparativen Aufwand drastisch gegenüber der getrennten Erzeugung der Energieformen. b. Das Verfahren eignet sich besonders für die Nutzung von erneuerbaren Energien (Biomassegefeuerte, Solarthermische, Geothermische, Energien sowie hybrider Energiequellen), von Abwärmen (z. B. industrieller Herkunft, aus stationären oder mobil Verbrennungskraftmaschinen), von Wärmen aus Fernwärmeleitungen.Providing energy forms as needed This coupled energy service increases energy efficiency and drastically simplifies the expenditure on equipment compared with the separate generation of energy forms. b. The process is particularly suitable for the use of renewable energies (biomass-fired, solar thermal, geothermal, energy and hybrid energy sources), waste heat (eg industrial origin, stationary or mobile combustion engines), heat from district heating pipelines.

Die Nutzung von Wärmen aus Fernwärmeleitungen (z. B. mit einer Vorlauf-Temperatur von 140 °C und einer Rücklauf-Temperatur von 55 °C) zur dezentralen und emissionsfreien Strom-, Wärme- und Kälteerzeugung soll beispielhaft quantifiziert werden. Das Fernwärmenetz beheizt den Desorber 3 mit der Wärme Qd, indem sein Vorlauf mit dem Desorber-Heizmediumeintritt 5 verbunden ist, das Heizmedium der Fernwärme durch die Desorber-Wärmetauscherflächen 4 fließ, den Desorber 3 beim Desorber-Heizmediumaustritt 6 verlässt und in den Rücklauf des Fernwärmenetzes mündet.The use of heat from district heating pipelines (eg with a flow temperature of 140 ° C and a return temperature of 55 ° C) for decentralized and emission-free generation of electricity, heat and cooling should be quantified by way of example. The district heating network heats the desorber 3 with the heat Qd by its flow is connected to the desorber Heizmediumeintritt 5, the heating medium of the district heating through the desorber heat exchanger surfaces 4 flows, the desorber 3 desorber Heizmediumaustritt 6 leaves and in the return of the district heating network empties.

Der Generator 11 erzeugt die elektrische Energie P.The generator 11 generates the electrical energy P.

Die Wärmen Qc des Kondensators 13 und Qa des Absorbers 1 werden als Nutzwärme ausgekoppelt, indem der Kondensator-Kühlmediumaustritt 16 und der Absorber-Kühlmediumaustritt 25 mit dem Vorlauf eines Niedertemperatur-Nahwärmenetzes verbunden ist.The heat Qc of the condenser 13 and Qa of the absorber 1 are decoupled as useful heat by the condenser cooling medium outlet 16 and the absorber Kühlmediumaustritt 25 is connected to the flow of a low-temperature local heating network.

Die Kälteleistung Qv wird am Verdampfer 18 erzeugt.The cooling capacity Qv is generated at the evaporator 18.

Die nachstehende Tabelle zeigt, dass der Gesamtwirkungsgrad (Strom+Nutzwärme+Kälte) weit über 100% liegt. 10 ·· ·* • · · · • · · · • · * · ·· ·· • · · Λ *·» · · « · Φ Fernwärme-Auskopplung (140/55“C) Qd kW 1000 Stromerzeugung P kW 100 Differenz Qd-P kW 900 Wärmeverhältnis Qv/(Qd-P) % 50% Kälteleistung (-15°C) Qv kW 450 Nutz-Wärmeleistung (40°C) Qn=Qc+Qa kW 1350 Gesamt-Energieleistung P+Qn+Qv kW 1900 Gesamt-Wirkungsgrad (P+Qn+Qv)/Qd % 190%The table below shows that the overall efficiency (electricity + useful heat + cooling) is well over 100%. 10 ······································································································································································································································································· Difference Qd-P kW 900 Heat ratio Qv / (Qd-P)% 50% Cooling capacity (-15 ° C) Qv kW 450 Effective heat output (40 ° C) Qn = Qc + Qa kW 1350 Total energy output P + Qn + Qv kW 1900 Total efficiency (P + Qn + Qv) / Qd% 190%

Derartige Tri-Generation-Anlagen könnten dezentral und nahe der Fernwärmeleitung angeordnet Gebäude, Komplexe, Zentren emissionsfreien mit Strom, Nutzwärme und Kälte versorgen und die Fernwärmeleitung auch außerhalb der Heizperiode ausnutzen.Such tri-generation plants could supply decentralized and near district heating pipelines with buildings, complexes, emission-free centers with electricity, useful heat and cold and exploit the district heating pipe even outside the heating season.

Eine ähnlich günstige Energie-Effizienz ergibt sich auch bei der Nutzung der Geothermie-Wärmen (z. B. mit einer Vorlauf-Temperatur von 120 °C und einer Rücklauf-Temperatur von 80 °C). 11A similarly favorable energy efficiency also results from the use of geothermal heat (eg with a feed temperature of 120 ° C and a return temperature of 80 ° C). 11

Figuren — liegende: 1 Absorber 2 Speiseleitung mit Speisepumpe 3 Desorber (auch: Austreiber, Kocher, Dampferzeuger) 4 Desorber-Wärmetauscherfläche 5 Desorber-Heizmediumeintritt 6 Desorber-Heizmediumaustritt 7 Lösungsrücklaufleitung mit Entspannungsventil 8 Frischdampfleitung mit Regel- bzw. Schnellschlussventil 9 Expansionsmaschine 10 Expansionsmaschinen-Welle 11 Generator 12 Abdampfleitung 13 Kondensator (auch: Verflüssiger) 14 Kondensator-Wärmetauscherfläche 15 Kondensator-Kühlraediumeintritt 16 Kondensator-KÜhlmediumaustritt 17 Kondensatleitung mit Entspannungsventil 18 Verdampfer 19 Verdampfer-Wärmetauscherfläche 20 Verdampfer-Kältemediumeintritt 21 Verdampfer-Kältemediumaustritt 22 Kältemitteldampfleitung 23 Absorber-Wärmetauscherfläche 24 Absorber-Kühlmediumeintritt 25 Absorber-Kühlmediumaustritt 26 Frischdampfbypassleitung mit Bypassventil 27 Abdampfbypassleitung mit Bypassventil· 28 Expansionsmaschinen-Anzapfleitung 29 Kondensat-Lade/Entladeleitung 30 Kondensat-Speicher 31 Kondensat-Flüssigkeitsstand bzw. -volumen 14 • · • · Mt 32 Speise-Lade/Entladeleitung 33 Speise-Speicher 34 Speise-Flüssigkeitsstand bzw. -volumen 35 Lösungs-Lade/Entladeleitung 36 Lösungs-Speicher 37 Lösungs-Flüssigkeitsstand bzw. -volumen 38 Schichtspeicher 39 Trennschicht 40 Untere Trennschicht 15Figures: 1 Absorber 2 Feed line with feed pump 3 Desorber (also: expeller, cooker, steam generator) 4 Desorber heat exchanger surface 5 Desorber heating medium inlet 6 Desorber heating medium outlet 7 Solution return line with expansion valve 8 Main steam line with regulating or quick closing valve 9 Expansion machine 10 Expansion machine Shaft 11 Generator 12 Evaporator line 13 Condenser (also: condenser) 14 Condenser heat exchanger surface 15 Condenser cooling medium inlet 16 Condenser cooling medium outlet 17 Condensate line with expansion valve 18 Evaporator 19 Evaporator heat exchanger surface 20 Evaporator refrigerant medium inlet 21 Evaporator refrigerant outlet 22 Refrigerant vapor line 23 Absorber heat exchanger surface 24 Absorber Cooling medium inlet 25 Absorber cooling medium outlet 26 Main steam bypass line with bypass valve 27 Evaporating bypass line with bypass valve · 28 Expansion machine tapping line 29 Condensate loading / unloading line 30 Conden nsat memory 31 Condensate liquid level or volume 14 • · • · Mt 32 Feeding / discharging line 33 Feeding memory 34 Feeding fluid level or volume 35 Solution charging / discharging line 36 Solution reservoir 37 Solution level or liquid level . volume 38 layer memory 39 separation layer 40 lower separation layer 15

Claims

1. A method and device for generating cold and / or useful heat by means of an absorption cycle, comprising at least one absorber, at least one desorber, at least one condenser and at least one evaporator, characterized in that at least one absorber (1) with at least one desorber (3) via a feed line with feed pump (2) and a solution return line with expansion valve (7) is connected and between at least one desorber (3) and at least one capacitor {13) and / or at least one absorber (1) at least one expansion machine (9 ) is interposed to generate mechanical or electrical energy and at least one condenser (13) with at least one evaporator (18) via a condensate line with expansion valve (17) and at least one evaporator (18) with at least one absorber (1) via a refrigerant vapor line (22) is connected.

2. Method and device according to claim 1, characterized in that from a condensate line (17) branches off a condensate charging / discharging line (29) and leads to a condensate store (30) and from a solution return line (7) a solution charging Branches off and discharging line (35) and leads to a solution memory (36) and optionally from a feed line (2) branches off a feed charging / discharging line (32) and leads to a feed store (33).

3. The method and device according to claims 1 and 2, characterized in that a condensate charging / discharging line (29) and a solution charging / discharging line (35) and optionally a feed-loading / unloading line (32) with a stratified storage (38) is connected. 12