CH305668A - Method for operating a heat pump. - Google Patents

Method for operating a heat pump.

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CH305668A
CH305668A CH305668DA CH305668A CH 305668 A CH305668 A CH 305668A CH 305668D A CH305668D A CH 305668DA CH 305668 A CH305668 A CH 305668A
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heat
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Zucker-Aktiengese Sueddeutsche
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Sueddeutsche Zucker Ag
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B3/00Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass
    • F22B3/04Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass by drop in pressure of high-pressure hot water within pressure- reducing chambers, e.g. in accumulators
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F25B29/003Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system

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Description

  

  Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe.    Die vorliegende Erfindung betrifft ein  Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe  mit stufenweiser Entspannung eines Arbeits  mittels lind Absaugung von in den Entspan  nungsstufen entstandenen Dämpfen durch  unter entsprechendem     Saugdruck    arbeitenden  Verdichterstufen, wobei der bei einer Teilent  spannung flüssig gebliebene Teil des Arbeits  mittels abgeschieden und jeweils der folgen  den Entspannungsstufe zugeführt wird, und  wobei einer Wärmequelle entzogene Wärme  dem flüssigen Anteil des Arbeitsmittels in der  letzten Entspannungsstufe zugeführt wird.  



  Das Verfahren gemäss der Erfindung zeich  net sich dadurch aus, dass Teilmengen von  einer Wärmequelle abgegebener Wärme ausser  in der letzten Entspannungsstufe zwecks zu  sätzlicher stufenweiser Verdampfung vom Ar  beitsmittel in den Entspannungsstufen auch  in vorgeschaltete     Entspannungsstufen    einge  führt werden.  



       Ausführungsbeispiele    des Verfahrens wer  den an Hand der beiliegenden Zeichnung er  läutert, in welcher die Abb. 1 bis 4 verschie  dene Varianten einer Prinzipskizze einer  Wärmepumpe zeigen.  



  Abb.1 zeigt eine erste Ausführung, wobei  das wärmeabgebende Medium Wasser ist, das  zugleich auch Arbeitsmittel der     Wärmepumpe     ist. In einem Sammelbehälter 1 steht Wasser  von 40  C zur Verfügung. Von hier fliesst es  einem Entspannungsventil El zu, in dem seine  Temperatur durch Entspannung auf 30  ge-    senkt wird. Die durch diese Entspannung ent  standene Dampfmenge wird über eine Leitung  2 von einer zugeordneten Stufe eines     Kom-          pressors    K angesaugt und dort verdichtet. Der  Rest des Wassers fliesst einem zweiten Ent  spannungsventil E2 und danach einem dritten  Entspannungsventil E3 zu, wobei sich der be  schriebene Vorgang jeweils wiederholt, d. h.

    das Wasser von 30  wird durch Entspannung  auf 20  bzw. das von 20 auf 10  gebracht, wäh  rend der dabei     entstandene    Dampf wiederum  von entsprechend niedrigeren Stufen des     Kom-          pressors    K angesaugt und verdichtet wird. Bei  dreistufiger     Entspannung-Lind    dreistufiger     Ver-          dichtimg        wird    von der ersten Stufe     des        Kom-          pressors    K der bei der letzten     Entspannung     gewonnene Dampf     angesaugt    und verdichtet.

    In der zweiten oder einer folgenden Stufe des  Kompressors kommt der Dampf aus der zwei  ten Entspannungsstufe und in der dritten  oder einer späteren Stufe derjenige aus der  ersten Ei     ntspannüngsst-Llfe    hinzu, so dass jene  Stufe des Kompressors nunmehr die     Summe     des     in    den beiden letzten     Entspannungsstufen     entstandenen Dampfes zu verdichten hat und  diese Stufe die Summe des in allen drei Stufen  entstandenen Dampfes.

   Wenn die     Verdich-          i.ung    "bis 40  ausreichend ist, steht die Summe  des     gewonnenen.    Dampfes mit dem dieser     Sät-          tigtingstemperat-Lu    entsprechenden     Druck    zur       Verfügung    und wird durch die Leitung 3 ab  geführt. Ist eine höhere Temperatur bzw. ein  höherer Druck     erforderlich,    so muss dieselbe      Dampfmenge entsprechend auf diesen höheren  Druck weiter verdichtet werden. Der Rest  des Wassers fliesst mit einer Temperatur von  10  durch die Leitung 4 ab.  



  In der beschriebenen Weise wird Wärme,  die von der Wärmequelle abgegeben wird,  zwecks zusätzlicher stufenweiser Verdamp  fung von Arbeitsmittel - in diesem Falle ist  Arbeitsmittel und wärmeabgebende Flüssig  keit identisch - ausser in der letzten Ent  spannungsstufe auch in vorgeschaltete Ent  spannungsstufen eingeführt. Zieht man jedoch  wegen     ungünstiger    Eigenschaften der wärme  abgebenden Flüssigkeit, die eine unmittelbare  Verwendung erschweren oder unmöglich ma  chen, die indirekte Arbeitsweise unter Benut  zung von Arbeitsmitteln, wie sie in der Kälte  technik benutzt werden, oder auch von Wasser  vor, so lässt sich eine andere Ausführungsform  der Erfindung hierfür verwenden.  



  Diese ist in Abb. 2 schematisch dargestellt,  wobei als wärmeabgebende Flüssigkeit wie  derum Wasser gewählt wurde. Das Wasser  strömt aus einem     Sammelbehälter    5 mit einer  Temperatur von 40  einem Wärmeaustauscher  W1 zu, in dem es sich auf 10  abkühlt, wäh  rend gleichzeitig ein durch das Entspannungs  ventil E3 auf 0  abgekühlter und durch eine  Pumpe P komprimierter Teilstrom eines Ar  beitsmittels im Wärmeaustauscher W in flüs  sigem Zustand von 0 auf 30  erwärmt wird.  Dieser Teilstrom des Arbeitsmittels fliesst  durch das Entspannungsventil E1' einem     Ab-          scheider    6 zu, welchem auch ein anderer Teil  strom des Arbeitsmittels zugeführt wird.

   Die  ser Teilstrom fliesst aus einem     Wärmeaustau-          scher    W2 zu und wird in dem Entspannungs  ventil E1 entspannt, wobei seine Temperatur  auf 20  herabgesetzt wird. Hierbei     verdampft     ein Teil des flüssigen Arbeitsmittels, der von  einer     unter    entsprechendem Saugdruck arbei  tenden Stufe eines Kompressors     K    angesaugt  wird. Das Folgende entspricht genau dem,     was     oben zur     Abb.1    gesagt wurde.

   Die in den       Entspannungsstufen    erzeugten Dampfmengen  werden je von der entsprechenden Stufe des  Kompressors angesaugt, verdichtet und ge  meinsam dem     Wärmeailstauscher    W2 zuge-    führt und dort niedergeschlagen. Durch die  dabei freiwerdende Wärme verdampft eine  entsprechende Wassermenge. Der so erzeugte  Dampf steht dann mit beispielsweise 40  zur  weiteren Verwendung zur     Verfügung    und  kann durch die Leitung 7 dem Verdampfer  entnommen werden. Bei der zuletzt beschrie  benen     Ausführung    wird der nicht verdampfte  Rest des Arbeitsmittels nach der letzten Ent  spannungsstufe durch von aussen zugeführte  Wärme erwärmt und durch Pumpendruck  wieder dem ersten     Entspanner    zugeführt.

    Diese heisse Flüssigkeitsmenge erhöht die  schon vorhandene Kreislaufmenge, wird mit  dieser zusammen entspannt, liefert dabei zu  sätzliche Dampfmengen, so dass auch in diesem  Fall     Teilwärmemengen,    die von der Wärme  quelle abgegeben werden (Flüssigkeit von  40 ), ausser in der letzten Entspannungsstufe  auch in vorgeschaltete     Entspannungsstufen     eingeführt werden,  Statt zur Verdampfung von Wasser kann  man die Kondensationswärme des Arbeits  mittels auch zur     Erwärmung    von Gasen,  Dämpfen, Flüssigkeiten oder festen Körpern  benutzen.  



  Bei der indirekten Arbeitsweise, d. h. also  unter Verwendung eines vom wärmeabgeben  den Medium unabhängigen Arbeitsmittels, er  zielt man bei der nachfolgend beschriebenen  Variante     ähnliche    Energieausbeuten wie     beim     vorhergehenden. Diese Variante unterscheidet  sich von der beschriebenen Variante zunächst  dadurch, dass man nicht einen einzigen       Wärmeaustauscher    nur nach der letzten Ent  spannungsstufe, sondern jeder Entspannungs  stufe einen     Wärmeaustauscher        zuordnet.     



       Abb.    3     zeigt    eine solche     Ausführungsform,     wobei als wärmeabgebende Flüssigkeit wie  derum Wasser dient. Dieses     strömt    aus eineng  Sammelbehälter 7 mit einer Temperatur von  40  einem     Wärmeaustauscher    WI zu, indem es  sich auf 30  abkühlt, während das mit 40  aus  einem     Wärmeaustauscher        W4    in flüssigem       Zustand    austretende Arbeitsmittel nach seiner  Entspannung in einem Entspannungsventil  E1, die schon eine kleine Verdampfung be  wirkt,

   in dem     Wärmeaitstauscher    WI     noeh         eine zusätzliche Verdampfung infolge der  Wärmezufuhr erfährt. Derselbe Vorgang wie  derholt sich noch     zweimal,    wobei sich das Was  ser von 30 auf 20  bzw. von 20 auf 10  ab  kühlt und mit dieser Temperatur wegfliesst,  während das auf 25  entspannte     Arbeitsmittel     in der zweiten Entspannungsstufe auf 12  und  in der dritten Entspannungsstufe auf 0  ent  spannt wird.

   Die Wärme-, Wasser- und Ar  beitsmittelmengen sind so aufeinander abge  stimmt,     dass    durch die Entspannung in der  dritten Entspannungsstufe     und        durch    die  Wärmezufuhr in     W3    der noch flüssige Anteil       des        Arbeitsmittels    völlig verdampft wird. Die  erste Stufe des     Kompressors    saugt die bei der  dritten Entspannung entstandene Dampf  menge an, eine der folgenden Stufen diese und  die bei der zweiten Entspannung entstandene,  eine spätere Stufe endlich die bei der dritten,  zweiten und ersten     Entspannung    entstandenen  Dampfmengen.

   Diese Stufe oder bei höherem  Druckverhältnis eine oder einige weitere Stu  fen drücken dann das dampfförmige Arbeits  mittel dem Wärmeaustauscher W4 zu, in dem  er unter Abgabe seiner Kondensationswärme  an zu verdampfendes oder zu erwärmendes  Wasser niedergeschlagen wird. Im Falle der    Verdampfung von Wasser     steht    dann dessen  Dampf mit 40  zur Verfügung. Bei einem Ver  gleich der beschriebenen Ausführungsbeispiele  mit den bisherigen muss man davon     ausgehen,     dass die Wärme bei einer Temperatur von 5   im verdampfenden Medium zu übertragen ist,  wenn man beispielsweise die Abkühlung einer  Flüssigkeit von 40 auf 10  voraussetzt. Dabei  soll durchweg unterstellt werden, dass der  Nutzdampf eine     Sättigungstemperatur    von  40  besitzen soll.

   Dies setzt wiederum voraus,  dass man bei     Benutzung    eines     Arbeitsmittels     dieses auf 45  verdichten muss, damit es bei       seiner    Kondensation einen Nutzdampf von  40  erzeugen kann.  



  Nach den bisherigen Verfahren müssen  also die im Verdampfer bei 5  erzeugten  Dämpfe des Arbeitsmittels in beispielsweise  eine, zwei oder drei Stufen auf 45  verdichtet  werden. Dabei werde als Vergleichsprozess ein  solcher mit geringer     Unterkühlung,    Drosse  lung und adiabatischer Verdichtung trocken  gesättigt angesaugter Dämpfe zugrunde ge  legt und lediglich die Leistungsziffer des theo  retischen Prozesses ermittelt und angegeben.  



  Die Leistungsziffer beträgt für eine Ver  dichtung in  
EMI0003.0018     
  
    1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> Stufen
<tb>  nach <SEP> dem <SEP> bisherigen <SEP> Verfahren <SEP> mit
<tb>  Wasser <SEP> als <SEP> Arbeitsmittel <SEP> 6,6 <SEP> 7,3 <SEP> 8,0
<tb>  mit <SEP> Monofluortrichlormethan <SEP> als
<tb>  Arbeitsmittel <SEP> 7,4 <SEP> 7,7 <SEP> 7,8
<tb>  für <SEP> das <SEP> Beispiel <SEP> nach <SEP> Abb.1 <SEP> unter <SEP> Benut  zung <SEP> von <SEP> Wasser <SEP> für <SEP> das <SEP> Arbeitsmittel <SEP> 9,1 <SEP> 12,9 <SEP> 14,5
<tb>  für <SEP> das <SEP> Beispiel <SEP> nach <SEP> Abb. <SEP> 2 <SEP> mit
<tb>  Wasser <SEP> als <SEP> Arbeitsmittel <SEP> - <SEP> 8,6 <SEP> 8,9
<tb>  mit <SEP> Monofluortrichlormethan <SEP> als
<tb>  Arbeitsmittel <SEP> - <SEP> 9,1 <SEP> 9,2
<tb>  für <SEP> das <SEP> Beispiel <SEP> nach <SEP> Abb.

   <SEP> 3 <SEP> mit.
<tb>  Wasser <SEP> als <SEP> Arbeitsmittel <SEP> - <SEP> 8,6 <SEP> 8,9
<tb>  mit <SEP> Monofluortriehlormethan <SEP> als
<tb>  Arbeitsmittel <SEP> - <SEP> 11,5 <SEP> 11,6       Aus den     Zahlen        ersieht    man das     beträchtliche     Anwachsen der     Leistungsziffer        und.    die deren         Kehrwert    proportionale Verringerung der für       die        Verdichtung    erforderlichen Energie.

        Der Grund für das Anwachsen der Lei  stungsziffer bei der Variante nach Abb. 2  liegt darin, dass die Verdichtung nur teilweise  in dampfförmigem Zustand vorgenommen  wird, während ein Rest in     flüssigem        Zustand     durch den Wärmeaustauscher W1 hindurch  auf höheren Druck gebracht, wird. Dadurch  kommt der geringere Energieaufwand durch  Förderung in flüssigem     Zustand    gegenüber  der Verdichtung in dampfförmigem Zustand  zur Wirkung.  



  Bei der Variante nach Abb.3 wird der  geringere     Energieaufwand        dadurch    erzielt,  dass die Wärme nicht nur bei der niedrigsten  Temperatur von 5 , sondern bei einer oder  einigen höheren Temperaturwerten, die um  eine oder einige Stufen höher liegen, zuge  führt     wird.     



  Bei beiden Beispielen nach Abb. 2 und 3  verarbeitet bei     beispielsweise        zweistufiger    Ver  dichtung die zweite Stufe, ähnlich wie dies  schon bei der Variante nach Abb. 1 erwähnt  wurde, wesentlich grössere Dampfmengen als  bei dem bisher üblichen Kreisprozess mit  einem Arbeitsmittel, wenn man für die erste  Stufe in allen Fällen dieselbe Ansaugleistung  zugrunde legt.  



  Will man die     Wärme    der     Umgebung    und  gleichzeitig auch diejenige einer Flüssigkeit  ausnutzen, deren     Temperatur    noch genügend  weit über der Temperatur der Umgebung  liegt, so kann dies nach der in Abb.4 dar  gestellten Variante geschehen. Das mit bei  spielsweise 40  aus dem Wärmeaustauscher  W5     austretende,    verflüssigte     Arbeitsmittel     wird demgemäss in den     Entspannungsventilen     E1 bzw. E2 bzw.

   E3 auf 30 bzw. 20 bzw. 10   entspannt, wobei das mit 40  aus einem     Sam-          melbehälter    8 zufliessende Wasser in dem  Wärmeaustauscher W1 auf 35 , in W2 auf 30   und in W3 auf 20  abgekühlt wird und dabei  jeweils zu der durch die     Entspannung    her  vorgerufenen Verdampfung eine weitere Ver  dampfung durch Wärmezufuhr erzielt. Der  Rest des flüssigen Arbeitsmittels wird im  Ventil E4 auf 0  entspannt und in einem  Wärmeaustauscher W4 durch Abkühlung von  Flusswasser beispielsweise von 8 auf 4  völlig    verdampft. 'Die Vorgänge entsprechen im  übrigen den zur Abb. 3 beschriebenen.  



  Das Wasser verlässt den     Wärmeaustau-          scher    W3 mit 20 . Um auch dessen Wärme  bis 10  oder weniger auszunützen, ist es not  wendig, zwischen den Wärmeaustauschern W3  und W4 einen weiteren Wärmeaustauscher  (nicht gezeigt)     einzuschalten,    in dem sich das  Wasser von 20 auf 10  oder weniger abkühlt  und dabei einen entsprechenden Anteil des       Arbeitsmittels    nach seiner     Entspannung    im  Ventil E4 verdampft.

   Der W ärmeaustauscher  W4 hat dann nur den jetzt noch in     flüssigem     Zustand     befindlichen        Rest        des    Arbeitsmittels  in den     dampfförmigen    Zustand     überzuführen.     Die Grösse des     Wärmeaustauschers    W4 wird  also durch Anwendung des zusätzlichen     Wär-          meaustauschers    verringert.  



  Natürlich beeinflusst die Temperatur der  Flüssigkeit, mit der sie für eine Ausnützung  zur Verfügung steht, und die     Endtemperatur,     auf die man sie     abzukühlen    beabsichtigt, sowie  die Temperatur, mit der die     Nutzwärme    be  nötigt wird,     in.    ihrem     gegenseitigen    Verhältnis  die     Ausbeute    der unter dem Vorstehenden an  gegebenen Varianten.

   Man kann die in den  einzelnen     Entspannungsstufen    und     Wärme-          austauschern    erzielten Temperatursenkungen  variieren, wobei man bestrebt ist, die     Tempe-          raturwerte    zu finden, bei denen der Energie  bedarf am     geringsten    ist.

   Dann kann     es    aber  auch notwendig oder vorteilhaft sein, bei einer  mehrstufigen     Entspannung    des     Arbeitsmittels     den     Wärmeaustauscher        W1    bei den Varianten  nach     Abb.    3 und 4 wegfallen zu     lassen        und     nur.

   die übrigen vorzusehen, wenn die Tempe  ratur der wärmeabgebenden Flüssigkeit nied  riger ist     aJs    die Temperatur der     Nutzungs-          wärme    oder aber die     Wärmeaustauscher        41'1     und     allenfalls    W2 besonders gross vorzusehen  und unter Umständen den     Wärmeaustauscher     W3 entfallen     zu    lassen, wenn die Temperatur  der     Flüssigkeit    ebenso hoch oder höher     ist          als    die Temperatur der Nutzungswärme.  



  Gegebenenfalls kann der Kompressor ein  oder mehrere Male hinter einer entsprechen  den     Stufe    angezapft     und    eine Dampfmenge  oder Dampfmengen mit     zwischen    beispiels-      weise 10 und 40  liegenden Temperaturen ent  nommen werden, um Wärmemengen mit nied  rigerer Temperatur als 40  zur Verfügung  haben.  



  Alle     Beispiele    weisen den unter Umstän  den ausschlaggebenden Vorteil auf, dass sie  die ihnen zugeführte warme Flüssigkeit mit  einer für Kühlzwecke erneut zur Verfügung  stehenden, niedrigeren Temperatur zurück  liefern und so     dort    besonders am Platze sind,  wo die Beschaffung des erforderlichen Kühl  wassers Schwierigkeiten bereitet oder wo die  gekühlte Flüssigkeit für irgendwelche andern  Kühlzwecke gebraucht wird.  



  Statt der isenthalpischen Entspannung  kann auch eine energieabgebende adiabatische  oder polytropische Entspannung der wärme  abgebenden Flüssigkeit oder des Arbeitsmit  tels vorgesehen werden.  



  Bei der Kompression der Dämpfe entsteht  je nach dem Druckverhältnis, das die betref  fenden Stufen des Kompressors zu     überwin-          clen    haben, eine grössere oder kleinere Über  hitzung des Dampfes, die durch Kühlung oder  Flüssigkeitseinspritzung in die     Druckleitun-          gen    auf den zweckdienlichen Wert von höch  stens 20  über der entsprechenden Sättigungs  temperatur gesenkt werden kann. Im letzten  Fall erhöht die eingespritzte Flüssigkeits  menge, die ohne weiteres aus dem Kondensat  von beispielsweise W2 (Abb. 2) gedeckt wer  den kann, die geförderte     Dampfmenge    und da  mit die Leistungsziffer.

   Bei der Beschreibung  der verschiedenen     Ausführungsformen    des  Verfahrens ist von dieser Überhitzung abge  sehen und zur Wahrung der Übersicht jeweils  nur von der Temperatur - gemeint ist die Sät  tigungstemperatur, die dem     jeweiligenDampf-          druck    zugeordnet ist - gesprochen.  



  Das höhere Temperaturniveau der in  Dämpfen und Brüden enthaltenen Wärme  wird mittels der Wärmepumpe normalerweise  durch unmittelbare Verdichtung erreicht.  Falls jedoch ungünstige Eigenschaften dieser  Dämpfe und Brüden eine unmittelbare Ver  wendung erschweren oder unmöglich machen,  so erfolgt die     Ausnützung    ihrer Wärme nach    den in Verbindungen mit den Abb.2 bis 4  beschriebenen Ausführungsformen, wobei an  die Stelle der Abkühlung einer Flüssigkeit  und damit der     Wärmezufuhr    an das Arbeits  mittel die     Kondensation    der Dämpfe und  Brüden in den Wärmeaustauschern tritt.

   Da  durch besteht die Möglichkeit, die Vorteile  der Varianten nach     Abb.    2 bis 4 und den da  mit erzielten geringeren Energieverbrauch  auch     für    die Hebung des Temperaturniveaus  von Dämpfen und     Brüden        auszunützen.    Selbst  verständlich gilt auch hierfür, dass man einen  oder einige der     Wärmeaustauscher,    je nach  dem ob Dämpfe öder     Brüden    von einer oder  verschiedenartigen Spannungen zur Verfü  gung stehen oder ob deren Menge für die     Be-          heizung    aller     Wärmeaustäuscher    ausreicht,  wegfallen lassen kann.

      Bei dem in Verbindung mit     Abb.4    be  schriebenen Beispiel kann an die Stelle der  Wärmezufuhr aus der Umgebung oder aus  Flüssigkeiten, die sich dabei abkühlen, Wärme  entziehung aus einem zu kühlenden Gut tre  ten. Es     kann    aber auch die erwähnte Wärme  zufuhr beibehalten und zusätzlich in derselben       Kompressions-    und Entspannungsstufe     und     bzw. oder in vor- oder nachgeschalteten Stu  fen die Wärmeentziehung aus einem zu küh  lenden Gut vorgenommen werden.



  Method for operating a heat pump. The present invention relates to a method for operating a heat pump with gradual relaxation of a work by means of lind suction of vapors generated in the relaxation stages through compressor stages operating under the appropriate suction pressure, with the part of the work remaining liquid during a partial relaxation by means of separating and each of the following Expansion stage is supplied, and wherein heat extracted from a heat source is supplied to the liquid portion of the working medium in the last expansion stage.



  The method according to the invention is characterized in that partial amounts of heat given off by a heat source are also introduced into upstream expansion stages for the purpose of additional step-by-step evaporation of the work medium in the expansion stages, except in the last expansion stage.



       Embodiments of the method who he explained with reference to the accompanying drawing, in which Figs. 1 to 4 show different variants of a schematic diagram of a heat pump.



  Fig.1 shows a first embodiment, where the heat-emitting medium is water, which is also the working medium of the heat pump. Water at 40 ° C. is available in a collecting container 1. From here it flows to an expansion valve El, in which its temperature is reduced to 30 by expansion. The amount of steam produced by this expansion is sucked in via a line 2 from an associated stage of a compressor K and compressed there. The rest of the water flows to a second relaxation valve E2 and then to a third relaxation valve E3, the process described being repeated in each case, d. H.

    the water is brought from 30 to 20 or that from 20 to 10 by relaxation, while the resulting steam is again sucked in from correspondingly lower stages of the compressor K and compressed. In the case of three-stage expansion and three-stage compression, the first stage of the compressor K sucks in the steam obtained during the last expansion and compresses it.

    In the second or a subsequent stage of the compressor, the steam from the second expansion stage is added and in the third or a later stage that from the first expansion stage is added, so that that stage of the compressor is now the sum of that in the last two expansion stages has to compress the resulting steam and this level is the sum of the steam generated in all three levels.

   If the compression is sufficient up to 40, the sum of the steam obtained is available at the pressure corresponding to this saturation temperature and is discharged through line 3. Is a higher temperature or a higher pressure If necessary, the same amount of steam must be compressed further to this higher pressure. The rest of the water flows off through line 4 at a temperature of 10.



  In the manner described, heat emitted from the heat source is introduced for the purpose of additional gradual evaporation of working fluid - in this case the working fluid and heat-emitting liquid are identical - except in the last Ent voltage stage, also introduced into upstream Ent voltage stages. However, if, because of the unfavorable properties of the heat-emitting liquid, which make direct use difficult or impossible, the indirect method of working using work equipment such as those used in refrigeration technology, or water, can be a different one Use embodiment of the invention for this purpose.



  This is shown schematically in Fig. 2, with water again being selected as the heat-emitting liquid. The water flows from a collecting tank 5 at a temperature of 40 to a heat exchanger W1, in which it cools down to 10, while at the same time a partial flow of a working medium in the heat exchanger W is cooled to 0 by the expansion valve E3 and compressed by a pump P is heated from 0 to 30 in a liquid state. This partial flow of the working medium flows through the expansion valve E1 'to a separator 6, to which another partial flow of the working medium is also fed.

   This partial flow flows in from a heat exchanger W2 and is expanded in the expansion valve E1, its temperature being reduced to 20. Here, a part of the liquid working medium evaporates, which is sucked in by a stage of a compressor K working under the corresponding suction pressure. The following is exactly what was said about Figure 1 above.

   The steam quantities generated in the expansion stages are each sucked in by the corresponding stage of the compressor, compressed and jointly fed to the heat exchanger W2 and deposited there. The heat released in the process evaporates a corresponding amount of water. The steam generated in this way is then available for further use, for example 40, and can be taken from the evaporator through line 7. In the embodiment described last, the non-evaporated remainder of the working medium is heated by externally supplied heat after the last relaxation stage and then fed back to the first expander by pump pressure.

    This hot amount of liquid increases the amount of liquid already in circulation, is relaxed together with it, thereby delivering additional amounts of steam, so that in this case too, partial amounts of heat that are given off by the heat source (liquid of 40), except in the last expansion stage, also in the preceding one Relaxation stages are introduced. Instead of evaporating water, the heat of condensation from work can also be used to heat gases, vapors, liquids or solids.



  In the indirect way of working, i.e. H. That is, using a working medium that is independent of the heat emitted by the medium; the variant described below aims to achieve similar energy yields as the previous one. This variant differs from the variant described initially in that a heat exchanger is not assigned to a single heat exchanger only after the last relaxation stage, but to each relaxation stage.



       Fig. 3 shows such an embodiment, where water is used as the heat-emitting liquid as in turn. This flows from a collecting tank 7 with a temperature of 40 to a heat exchanger WI by cooling down to 30, while the working medium exiting from a heat exchanger W4 in the liquid state with 40 after its expansion in an expansion valve E1, which already be a small evaporation acts,

   in the heat exchanger WI undergoes additional evaporation as a result of the supply of heat. The same process is repeated twice, whereby the water cools from 30 to 20 or from 20 to 10 and flows away at this temperature, while the work equipment relaxed to 25 in the second relaxation level to 12 and in the third relaxation level to 0 is relaxed.

   The amounts of heat, water and working fluid are matched to one another in such a way that the expansion in the third expansion stage and the supply of heat in W3 completely evaporate the still liquid part of the working fluid. The first stage of the compressor sucks in the amount of steam produced during the third expansion, one of the following stages this and the one produced during the second expansion, a later stage finally the amounts of steam produced during the third, second and first expansion.

   This stage or at a higher pressure ratio one or a few more Stu fen then press the vaporous working medium to the heat exchanger W4, in which it is precipitated while releasing its heat of condensation to water to be evaporated or heated. In the case of evaporation of water, its steam is then available at 40. When comparing the exemplary embodiments described with the previous ones, one must assume that the heat is to be transferred at a temperature of 5 in the evaporating medium, if, for example, one assumes the cooling of a liquid from 40 to 10. It should be assumed throughout that the useful steam should have a saturation temperature of 40.

   This in turn assumes that when using a working medium, it must be compressed to 45 so that it can generate a useful steam of 40 when it condenses.



  According to the previous methods, the vapors of the working medium generated in the evaporator at 5 must be compressed to 45 in, for example, one, two or three stages. The comparison process is based on a process with low subcooling, throttling and adiabatic compression of saturated dry sucked in vapors and only the performance figure of the theoretical process is determined and specified.



  The performance figure for compression is in
EMI0003.0018
  
    1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> levels
<tb> after <SEP> the <SEP> previous <SEP> procedure <SEP> with
<tb> Water <SEP> as <SEP> working medium <SEP> 6.6 <SEP> 7.3 <SEP> 8.0
<tb> with <SEP> monofluorotrichloromethane <SEP> as
<tb> Work equipment <SEP> 7.4 <SEP> 7.7 <SEP> 7.8
<tb> for <SEP> the <SEP> example <SEP> according to <SEP> Fig.1 <SEP> under <SEP> use <SEP> of <SEP> water <SEP> for <SEP> the <SEP> Work equipment <SEP> 9.1 <SEP> 12.9 <SEP> 14.5
<tb> for <SEP> the <SEP> example <SEP> after <SEP> Fig. <SEP> 2 <SEP> with
<tb> Water <SEP> as <SEP> working medium <SEP> - <SEP> 8.6 <SEP> 8.9
<tb> with <SEP> monofluorotrichloromethane <SEP> as
<tb> Work equipment <SEP> - <SEP> 9.1 <SEP> 9.2
<tb> for <SEP> the <SEP> example <SEP> according to <SEP> Fig.

   <SEP> 3 <SEP> with.
<tb> Water <SEP> as <SEP> working medium <SEP> - <SEP> 8.6 <SEP> 8.9
<tb> with <SEP> monofluorotriehlomethane <SEP> as
<tb> Work equipment <SEP> - <SEP> 11.5 <SEP> 11.6 The figures show the considerable increase in the performance figure and. the reciprocal proportional reduction in the energy required for compression.

        The reason for the increase in the performance figure in the variant according to Fig. 2 is that the compression is only partially carried out in the vapor state, while a remainder in the liquid state is brought to a higher pressure through the heat exchanger W1. As a result, the lower energy consumption due to conveyance in the liquid state compared to compression in the vaporous state comes into effect.



  In the variant according to Fig. 3, the lower energy consumption is achieved by the fact that the heat is supplied not only at the lowest temperature of 5, but at one or several higher temperature values that are one or a few levels higher.



  In both examples according to Figs. 2 and 3, with two-stage compression, for example, the second stage, similar to the one already mentioned in the variant according to Fig. 1, processes significantly larger amounts of steam than in the previously common cycle with one working medium, if one for the first stage is based on the same suction performance in all cases.



  If you want to use the warmth of the environment and, at the same time, that of a liquid whose temperature is still sufficiently far above the temperature of the environment, this can be done according to the variant shown in Fig. The liquefied working medium leaving the heat exchanger W5 with, for example 40, is accordingly fed into the expansion valves E1 or E2 or

   E3 relaxes to 30 or 20 or 10, the water flowing in at 40 from a collecting container 8 being cooled in the heat exchanger W1 to 35, in W2 to 30 and in W3 to 20, and in each case to that caused by the relaxation precalled evaporation, further evaporation is achieved by adding heat. The rest of the liquid working medium is expanded to 0 in valve E4 and completely evaporated in a heat exchanger W4 by cooling river water, for example from 8 to 4. Otherwise, the processes correspond to those described for FIG.



  The water leaves the heat exchanger W3 at 20. In order to use its heat up to 10 or less, it is necessary to connect a further heat exchanger (not shown) between the heat exchangers W3 and W4, in which the water cools from 20 to 10 or less and a corresponding proportion of the working medium is added its expansion in valve E4 evaporates.

   The heat exchanger W4 then only has to convert the remainder of the working medium, which is still in the liquid state, into the vaporous state. The size of the heat exchanger W4 is therefore reduced by using the additional heat exchanger.



  Of course, the temperature of the liquid at which it is available for use and the final temperature to which it is intended to be cooled, as well as the temperature at which the useful heat is required, in their mutual relationship, affects the yield of the under Above given variants.

   The temperature reductions achieved in the individual expansion stages and heat exchangers can be varied, with the aim being to find the temperature values at which the energy requirement is lowest.

   Then, however, it may also be necessary or advantageous, in the case of a multi-stage expansion of the working medium, to omit the heat exchanger W1 in the variants according to FIGS. 3 and 4 and only.

   the rest to be provided if the temperature of the heat-emitting liquid is lower than the temperature of the useful heat or the heat exchangers 41'1 and possibly W2 should be provided particularly large and, under certain circumstances, the heat exchanger W3 should be omitted if the temperature of the liquid is likewise is high or higher than the temperature of the useful heat.



  If necessary, the compressor can be tapped one or more times behind a corresponding stage and a quantity of steam or quantities of steam with temperatures between, for example, 10 and 40 can be taken in order to have heat quantities with a temperature lower than 40 available.



  All examples have the decisive advantage under certain circumstances that they return the warm liquid supplied to them at a lower temperature that is again available for cooling purposes and are therefore particularly in place where the procurement of the required cooling water is difficult or where the cooled liquid is used for any other cooling purposes.



  Instead of isenthalpic relaxation, energy-emitting adiabatic or polytropic relaxation of the heat-emitting liquid or of the working means can also be provided.



  During the compression of the vapors, depending on the pressure ratio that the relevant stages of the compressor have to overcome, greater or lesser overheating of the vapor occurs, which by cooling or liquid injection into the pressure lines to the most appropriate value 20 can be lowered above the corresponding saturation temperature. In the latter case, the amount of liquid injected, which can easily be covered by the condensate from W2 (Fig. 2), for example, increases the amount of steam delivered and therefore the coefficient of performance.

   In the description of the various embodiments of the method, this overheating is disregarded and, in order to maintain clarity, only the temperature - meaning the saturation temperature that is assigned to the respective steam pressure - is spoken of.



  The higher temperature level of the heat contained in vapors and vapors is normally achieved by direct compression using the heat pump. If, however, unfavorable properties of these vapors and vapors make their immediate use difficult or impossible, their heat is exploited according to the embodiments described in connection with Figures 2 to 4, with a liquid instead of cooling and thus the supply of heat the working medium, the condensation of vapors and vapors occurs in the heat exchangers.

   As a result, it is possible to use the advantages of the variants according to Fig. 2 to 4 and the lower energy consumption achieved therewith to raise the temperature level of vapors and vapors. It goes without saying that one or some of the heat exchangers can be omitted, depending on whether vapors or vapors of one or different voltages are available or whether their quantity is sufficient to heat all the heat exchangers.

      In the example described in connection with Fig. 4, the heat input from the environment or from liquids that cool down can be replaced by heat extraction from an item to be cooled. However, the mentioned heat input can also be retained and additionally in the same compression and relaxation stage and / or in upstream or downstream stages the extraction of heat from a good to be cooled.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Betreiben einer Wärme pumpe mit stufenweiser Entspannung eines Arbeitsmittels und Absaugung von in den Entspannungsstufen entstandenen Dämpfen durch unter entsprechendem Saugdruck arbei tende Verdichterstufen, wobei .der bei einer Teilentspannung flüssig gebliebene Teil des Arbeitsmittels abgeschieden und jeweils der folgenden Entspannungsstufe zugeführt wird, und wobei einer Wärmequelle entzogene Wärme dem flüssigen Anteil des Arbeits mittels in der letzten Entspannungsstufe zu geführt wird, dadurch gekennzeichnet, PATENT CLAIM: A method for operating a heat pump with gradual expansion of a working medium and suction of vapors created in the expansion stages by compressor stages operating under the corresponding suction pressure, whereby the part of the working medium that remains liquid during partial expansion is separated off and fed to the following expansion stage, and wherein heat extracted from a heat source is fed to the liquid part of the work means in the last expansion stage, characterized in that, dass Teihnengen.von einer Wärmequelle abgegebe- er Värme ausser in. der letzten Entspan n<B>N</B> nungsstufe zwecks zusätzlicher stufenweiser Verdampfung von Arbeitsmittel in den Ent spannungsstufen auch in vorgeschaltete Ent spannungsstufen eingeführt werden. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die von dem wärme abgebenden Medium abgegebene Wärme stu fenweise auf den flüssigen Arbeitsmittelinhalt der Entspannungsstufen übertragen wird. 2. that part of the heat given off by a heat source, except in the last relaxation stage, is also introduced into upstream relaxation stages for the purpose of additional gradual evaporation of working medium in the relaxation stages. SUBClaims: 1. Method according to claim, characterized in that the heat given off by the heat-emitting medium is gradually transferred to the liquid working medium content of the expansion stages. 2. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die von der Wärme quelle abgegebene Wärme als Flüssigkeitswärme mit dem Arbeitsmittel selbst in die Entspan nungsstufen eingeführt wird. 3. Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass ein als Arbeitsmit tel geeignetes Medium in die Entspannungs stufen eingeführt wird, wobei seine Flüssig keitswärme stufenweise in im bei der Ent- spannung entstandenen Dampf gebundene Verdampfungswärme umgewandelt wird und die nicht verdampfte Flüssigkeit aus der letz ten Stufe ins Freie austritt. 4. Method according to patent claim, characterized in that the heat given off by the heat source is introduced into the expansion stages as liquid heat with the working medium itself. 3. The method according to dependent claim 2, characterized in that a medium suitable as Arbeitsmit tel is introduced into the relaxation stages, its liquid heat is gradually converted into heat of vaporization bound in the vapor produced during the relaxation and the non-evaporated liquid from the the last step into the open air. 4th Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die von der Wärme quelle abgegebene Wärme einem durch die Entspannungsstufen hindurch mittels einer die Druckdifferenz zwischen dem Druck der letzten und der ersten Entspannungsstufe überwindenden Pumpe im Kreislauf geführ ten flüssigen Arbeitsmittelstrom zwischen der Pumpe und dem Expansionsventil der ersten Stufe zugeführt wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass den Entspannungs stufen, denen Wärme von einer ersten Wärme quelle zugeführt wird, eine weitere nachge schaltet ist, der Wärme von einer zweiten kälteren Wärmequelle zugeführt wird. Method according to dependent claim 2, characterized in that the heat emitted by the heat source is circulated to a liquid working medium flow between the pump and the expansion valve by means of a pump that overcomes the pressure difference between the pressure of the last and the first expansion stage through the expansion stages first stage is fed. 5. The method according to claim, characterized in that the relaxation stages, which heat is supplied from a first heat source, a further nachge is switched, the heat is supplied from a second, colder heat source.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2721740A1 (en) * 1976-05-18 1977-11-24 Cem Comp Electro Mec PROCEDURE AND EQUIPMENT FOR HEAT EXCHANGE
EP0003927A1 (en) * 1978-02-20 1979-09-05 C E M COMPAGNIE ELECTRO MECANIQUE Société Anonyme Method for supplying or extracting heat to or from a condensable working fluid and a device working according to this method
EP0150014A2 (en) * 1984-01-10 1985-07-31 Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd. Heat pump

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2721740A1 (en) * 1976-05-18 1977-11-24 Cem Comp Electro Mec PROCEDURE AND EQUIPMENT FOR HEAT EXCHANGE
EP0003927A1 (en) * 1978-02-20 1979-09-05 C E M COMPAGNIE ELECTRO MECANIQUE Société Anonyme Method for supplying or extracting heat to or from a condensable working fluid and a device working according to this method
WO1979000641A1 (en) * 1978-02-20 1979-09-06 Bbc Brown Boveri & Cie Process for supplying or removing heat to or from a condensable fluid
EP0150014A2 (en) * 1984-01-10 1985-07-31 Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd. Heat pump
EP0150014A3 (en) * 1984-01-10 1986-10-08 Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd. Heat pump

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