DE102007027725A1 - Method for producing useful heating and cooling energy, involves absorbing ambient air with turbo-heat pump, where compressed and warmed up air is produced in compression impeller of heat pump - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Nutz-Wärme und/oder Nutz-Kälte mit einer Wärme- und Kälteerzeugungsanlage, welche nach dem Wärmepumpenprinzip arbeitet und eine mit Brennstoff und Luft betriebene Antriebsturbine und eine mit Luft als Arbeitsmittel im offenen Kreislauf betriebene Turbo-Wärmepumpe aufweist. Die Erfindung betrifft des weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Nutz-Wärme und/oder Nutz-Kälte. Insbesondere geht es um die Realisierung einer nach dem Wärmepumpenprinzip arbeitenden Wärme- und Kälteerzeugungsanlage, bei welcher durch Verbrennung eines Brennstoffs gleichzeitig sowohl Wärme- als auch Kälte-Energie erzeugt werden kann.The The invention relates to a process for generating useful heat and / or utility refrigeration with a heat and cooling system, which works on the heat pump principle and one with Fuel and air powered power turbine and one with air As a working medium in an open circuit operated turbo heat pump having. The invention further relates to a device for implementation of the inventive method for production of useful heat and / or useful cold. Especially It is about the realization of a heat pump principle working heat and cooling plant, in which by combustion of a fuel simultaneously both heat and as well as cold energy can be generated.
Häufig werden Wärmeerzeugungsanlagen mit der Erzeugung von elektrischer Energie kombiniert. Diese bekannten Verbundanlagen haben den Vorteil eines sehr hohen Gesamtwirkungsgrades, weil die „Abfallwärme" bei der Stromerzeugung noch für Heizzwecke genutzt werden kann. Sie sind allerdings in den meisten Fällen nur in größeren Einheiten wirtschaftlich einsetzbar.Often are heat generating plants with the production of electrical Energy combined. These known compound systems have the advantage a very high overall efficiency, because the "waste heat" be used for heating purposes in power generation can. They are, however, in most cases only in larger units can be used economically.
Derartige Wärmeerzeugungsanlagen, die mit Erzeugung von elektrischer Energie kombiniert sind, nutzen die Brennstoffwärme nahezu 100%-ig aus. Für sehr große Leistungen, z. B. für Wärmekraftwerke mit Fernwärmeerzeugung werden vorzugsweise Turbo-Maschinen eingesetzt. Auch bei den von Kolbenmaschinen angetriebenen Blockheizkraftwerken werden häufig größere Einheiten eingesetzt, die Strom erzeugen und zum Teil ganze Straßenzüge mit Fernwärme versorgen können.such Heat generating plants that generate electricity Energy combined, use the fuel heat almost 100% off. For very large services, eg. B. for thermal power plants with district heating Turbo machines are preferably used. Also with the piston engines driven combined heat and power plants are often larger Units used to generate electricity and sometimes whole streets can supply with district heating.
In neuerer Zeit sind auch mit Kolbenmaschinen ausgestattete Blockheizkraftwerke kleinerer Leistung bekannt geworden, wie sie etwa für Einfamilienhäuser geeignet erscheinen. Solche mit Kolbenmaschinen ausgestatteten Blockheizkraftwerke kleinerer Leistung sind aufwändig in der Herstellung und erfordern einen hohen Aufwand bei Geräuschisolierung und Wartung. Zusätzlicher Aufwand ist für die Einspeisung des erzeugten Stroms in das Stromnetz erforderlich. Von großem Nachteil ist auch, dass die Zeiten des Strombedarfs und die Zeiten des Wärmebedarfs häufig nicht zusammenfallen, so dass die hohe Energie-Ausnutzung von fast 100% nicht erreicht werden kann.In more recent times are also equipped with reciprocating cogeneration units smaller power became known, as they are for single-family homes appear appropriate. Such equipped with piston engines cogeneration units smaller power are costly to manufacture and require a lot of effort in noise isolation and maintenance. Additional effort is required for the feed of the generated electricity in the power grid required. Of great Disadvantage is also that the times of the electricity demand and the times heat demand often does not coincide, so that the high energy utilization of almost 100% is not achieved can be.
Aus
der Druckschrift
Um auch den hohen Aufwand bei Herstellung, Geräuschisolierung und Wartung beim Antrieb mit Kolbenmaschinen zu vermeiden, wird der Einsatz einer Kleinst-Turbo-Antriebsmaschine und einer Kleinst-Turbo-Wärmepumpe vorgeschlagen.Around also the high effort in production, noise isolation and maintenance of the drive with piston engines is avoided the use of a micro-turbo engine and a micro-turbo heat pump proposed.
Turbo-Maschinen
für sehr kleine Leistungen, wie sie beispielsweise in der
Druckschrift
Ursache hierfür ist unter anderem auch das verhältnismäßig geringe Verdichtungsverhältnis des Arbeitsmediums Luft, das bei einer 1-stufigen Verdichtung in einem einzigen Kompressions-Laufrad erreicht werden kann. Der Wirkungsgrad von thermischen Kraft-Maschinen (Verbrennungs-Motoren, Gasturbinen ...) hängt ganz wesentlich vom Verdichtungsverhältnis, dem Verhältnis aus Ansaugvolumen zum Kompressionsvolumen, ab. Je höher dieses Verdichtungsverhältnis ist, desto höher ist im allgemeinen auch der Wirkungsgrad. Bekanntlich haben Dieselmotoren ein sehr hohes Verdichtungsverhältnis und auch einen sehr hohen Wirkungsgrad, der wiederum einen sehr niedrigen Kraftstoffverbrauch zur Folge hat.reason Among other things, this is also the proportionate low compression ratio of the working medium air, achieved in a 1-stage compression in a single compression impeller can be. The efficiency of thermal power machines (combustion engines, gas turbines ...) depends very much on the compression ratio, the ratio of intake volume to compression volume, from. The higher this compression ratio is, the higher the efficiency in general. generally known Diesel engines have a very high compression ratio and also a very high efficiency, which in turn is a very low fuel consumption.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von Nutz-Wärme und/oder Nutz-Kälte und eine Wärme- und Kälteerzeugungsanlage mit Turbo-Antrieb und Turbo-Wärmepumpe auch für kleinere und mittlere Leistungen anzugeben, bei der ein wesentlich höheres Verdichtungsverhältnis und dadurch ein höherer Wirkungsgrad des Turbo-Antriebs und somit bei gleichem Brennstoff-Einsatz eine größere Wärme- und Kälteleistung erreicht wird und bei der auch die erzeugte Kälteenergie sinnvoll genutzt werden kann.Of the The invention is therefore based on the object, a method for generating of useful heat and / or useful cold and a heat and refrigeration system with turbo drive and turbo heat pump also for smaller and medium-sized services, at the a much higher compression ratio and thus a higher efficiency of the turbo drive and thus with the same fuel use a larger one Heating and cooling capacity is achieved and at the usefulness of the generated cooling energy can.
Hinsichtlich des Verfahrens wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, wobei bei diesem Verfahren zunächst Umgebungsluft mit der Turbo-Wärmepumpe angesaugt wird, wobei während des Ansaugens der Umgebungsluft diese in einem Kompressionslaufrad der Wärmepumpe verdichtet und erwärmt und eine komprimierte und erwärmte Luft erzeugt wird. Anschließend wird die im Kompressionslaufrad der Wärmepumpe verdichtete und erwärmte Luft in einem Wärmetauscher unter Abgabe von Nutzwärme, die einem Verbraucher zugeführt wird, abgekühlt. Danach wird die in dem Wärmetauscher abgekühlte Luft in einen ersten Teilstrom und in einen zweiten Teilstrom aufgeteilt, wobei der erste Teilstrom zu einem Expansionslaufrad der Wärmepumpe zugeführt wird, welcher dann in dem Expansionslaufrad der Wärmepumpe expandiert und abkühlt. Der abgekühlte und expandierte erste Teilstrom wird dann einem Kälteverbraucher als Nutzkälte zugeführt wird. Andererseits wird der zweite Teilstrom zu einem Kompressionslaufrad der Antriebsturbine zugeführt, wobei danach der zweite Teilstrom der im Kompressionslaufrad der Wärmepumpe verdichteten und erwärmten Luft in einer zweiten Stufe der Antriebsturbine im Vergleich zu der während des Ansaugens der Umgebungsluft im Kompressionslaufrad der Wärmepumpe verdichteten und erwärmten Luft wesentlich höher komprimiert und erwärmt wird.With regard to the method, a method of the type mentioned is proposed to solve this problem, wherein in this method first ambient air is sucked in with the turbo heat pump, during the intake of the ambient air compressed and heated in a compression impeller of the heat pump and a compressed and heated Air is generated. Subsequently, the compressed in the compression impeller of the heat pump and heated air in a heat exchanger with release of Nutzwär cooled down to a consumer. Thereafter, the air cooled in the heat exchanger is divided into a first partial flow and a second partial flow, the first partial flow being supplied to an expansion impeller of the heat pump, which then expands and cools in the expansion impeller of the heat pump. The cooled and expanded first partial flow is then supplied to a refrigeration consumer as useful refrigeration. On the other hand, the second partial flow is supplied to a compression impeller of the drive turbine, wherein thereafter the second partial flow of compressed and heated in the compression impeller of the heat pump air in a second stage of the drive turbine compared to the compressed during the intake of the ambient air in the compression impeller of the heat pump and heated air substantially is compressed higher and heated.
Vorzugsweise wird die mit der Turbo-Wärmepumpe anzusaugende Umgebungsluft in einem offenen Kreislauf ohne Vorwärmung oder Vorkühlung der Umgebung mit Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck entnommen.Preferably becomes the ambient air to be sucked in with the turbo heat pump in an open circuit without preheating or pre-cooling taken from the environment with ambient temperature and pressure.
Denkbar wäre es aber auch, dass die Luft in einem offenen Kreislauf der Umgebung mit Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck entnommen wird, wobei die Umgebungsluft in einem Wärmetauscher durch Abgas aus der Antriebsturbine oder durch die Abluft einer Klimaanlage oder einer anderen geeigneten Wärmequelle vorgewärmt wird.Conceivable But it would also be that the air in an open circuit the environment with ambient temperature and ambient pressure is taken, wherein the ambient air in a heat exchanger by exhaust gas from the drive turbine or through the exhaust air of an air conditioner or another suitable heat source preheated becomes.
Schließlich wäre es ferner denkbar, dass die Luft in einem offenen Kreislauf der Umgebung mit Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck entnommen wird, wobei die Umgebungsluft in einem Wärmetauscher durch Grundwasser, vorzugsweise Brunnenwasser, oder durch die gekühlte Abluft einer Klimaanlage oder einer anderen geeigneten Kältequelle vorgekühlt wird.After all It would also be conceivable that the air in an open Circulation of the environment with ambient temperature and ambient pressure is taken, the ambient air in a heat exchanger by groundwater, preferably well water, or by the cooled Exhaust air from an air conditioner or other suitable source of cold is pre-cooled.
Vorzugsweise wird die im Wärmetauscher abgeführte Wärme dem Verbraucher für Heizzwecke zugeführt.Preferably becomes the heat dissipated in the heat exchanger supplied to the consumer for heating purposes.
In einer bevorzugten Realisierung des Verfahrens wird die in dem Wärmetauscher abgekühlten Luft durch einen verstellbaren Strömungsverteiler in die beiden Teilströme und derart aufgeteilt, dass die Aufteilung der abgekühlten Luft veränderbar ist.In a preferred realization of the method is that in the heat exchanger cooled air through an adjustable flow distributor in the two sub-streams and divided so that the division the cooled air is changeable.
Besonders bevorzugt wird der erste Teilstrom im Expansionslaufrad auf etwa Umgebungsdruck entspannt und dadurch unter die Umgebungstemperatur abgekühlt, wobei die dadurch entstehende kalte Abluft für Kühlzwecke genutzt wird.Especially Preferably, the first partial flow in the expansion impeller is about Ambient pressure relaxed and thus below the ambient temperature cooled, with the resulting cold exhaust air for Cooling is used.
Andererseits ist es bevorzugt, dass durch die Expansion des ersten Teilstroms im Expansionslaufrad mit dem Expansionslaufrad mechanische Antriebsenergie erzeugt wird, die auf eine gemeinsame Welle zum Antrieb der Kompressionslaufräder der Wärmepumpe und der Antriebsturbine, sowie vorzugsweise zum Antrieb eines mit der gemeinsamen Welle verbundenen Starter-Generators übertragen wird.on the other hand it is preferred that by the expansion of the first partial flow in the expansion impeller with the expansion impeller mechanical drive energy is generated on a common shaft for driving the compression wheels the heat pump and the power turbine, and preferably is transmitted to drive a connected to the common shaft starter generator.
Im Hinblick auf die zweite Stufe der Antriebsturbine ist es bevorzugt, dass der zweite Teilstrom der in dem Wärmetauscher abgekühlten Luft in der zweiten Stufe der Antriebsturbine in einem zu der zweiten Stufe gehörenden Wärmetauscher Abgaswärme aufnimmt und/oder in einer Brennkammer Brennstoffwärme aufnimmt.in the With regard to the second stage of the power turbine, it is preferred that the second partial flow of the cooled in the heat exchanger Air in the second stage of the drive turbine in one to the second Stage belonging heat exchanger exhaust heat absorbs and / or in a combustion chamber fuel heat receives.
Ferner ist es denkbar, dass die in der zweiten Stufe der Antriebsturbine komprimierte und erwärmte Luft zu einem Expansionslaufrad der Antriebsturbine zugeführt wird, wobei eine Expansion und Abkühlung der in der zweiten Stufe der Antriebsturbine komprimierten und erwärmten Luft in dem Expansionslaufrad der Antriebsturbine erfolgt, und wobei durch die Expansion der in der zweiten Stufe der Antriebsturbine komprimierten und erwärmten Luft in dem Expansionslaufrad der Antriebsturbine mechanische Antriebsenergie erzeugt wird, die auf eine gemeinsame Welle zum Antrieb der Kompressionslaufräder der Wärmepumpe und der Antriebsturbine, sowie vorzugsweise zum Antrieb eines mit der gemeinsamen Welle verbundenen Starter-Generators übertragen wird.Further It is conceivable that in the second stage of the power turbine compressed and heated air to an expansion impeller the drive turbine is supplied, wherein an expansion and cooling the in the second stage of the drive turbine compressed and heated air in the expansion impeller the drive turbine takes place, and whereby by the expansion of in the second stage of the drive turbine compressed and heated Air in the expansion impeller of the power turbine mechanical drive power is generated on a common shaft for driving the compression wheels the heat pump and the power turbine, and preferably is transmitted to drive a connected to the common shaft starter generator.
Schließlich ist es bevorzugt, dass die durch Expansion und Abkühlung in dem Expansionslaufrad der Antriebsturbine vorzugsweise auf nahezu Umgebungsdruck entspannte und auf eine niedrige Temperatur gesenkte Luft als Abgasstrom einem zu der zweiten Stufe der Antriebsturbine gehörenden Wärmetauscher zum Vorwärmen des zweiten Teilstroms der im Kompressionslaufrad der Wärmepumpe verdichteten und erwärmten Luft in der zweiten Stufe der Antriebsturbine zugeführt wird.After all It is preferred that by expansion and cooling in the expansion impeller of the drive turbine preferably at almost Ambient pressure relaxed and lowered to a low temperature Air as the exhaust stream one to the second stage of the drive turbine belonging heat exchanger for preheating of the second partial flow of the compression impeller of the heat pump compressed and heated air in the second stage of the drive turbine is supplied.
Auch ist es denkbar, dass die durch Expansion und Abkühlung in dem Expansionslaufrad der Antriebsturbine vorzugsweise auf nahezu Umgebungsdruck entspannte und auf eine niedrige Temperatur gesenkte Luft als Abgasstrom einem Wärmetauscher zum Übertragen der Abgaswärme auf Heizungswasser oder einen anderen Wärmeträger zugeführt wird, wobei das erwärmte Heizungswasser oder der erwärmte andere Wärmeträger zum Vorwärmen der angesaugten Umgebungsluft verwendet wird.Also It is conceivable that by expansion and cooling in the expansion impeller of the drive turbine preferably at almost Ambient pressure relaxed and lowered to a low temperature Air as exhaust gas flow to a heat exchanger for transmission the exhaust heat on heating water or another heat transfer medium is supplied, wherein the heated heating water or the heated other heat transfer medium is used to preheat the sucked ambient air.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird zur Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe eine nach dem Wärmepumpenprinzip arbeitende Wärme- und Kälteerzeugungsanlage vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine mit Luft als Arbeitsmittel im offenen Kreislauf betriebene Turbo-Wärmepumpe, welche ein Kompressionslaufrad und ein stromabwärts hiervon liegendes Expansionslaufrad aufweist, wobei die Wärmepumpe ausgelegt ist, Umgebungsluft anzusaugen und die angesaugte Umgebungsluft in dem Kompressionslaufrad der Wärmepumpe zu verdichten und zu erwärmen und eine komprimierte und erwärmte Luft zu erzeugen; einen ersten Wärmetauscher, welcher stromabwärts von dem Kompressionslaufrad der Wärmepumpe und stromaufwärts von dem Expansionslaufrad der Wärmepumpe angeordnet ist und mit einem ersten Ausgang der Wärmepumpe derart in Fluidkommunikation steht, dass eine im Kompressionslaufrad der Wärmepumpe komprimierte und erwärmte Luft dem ersten Wärmetauscher zugeführt wird; einen Strömungsverteiler, welcher stromabwärts von dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist und mit dem Ausgang des ersten Wärmetauschers in Fluidkommunikation steht, wobei der Strömungsverteiler ausgelegt ist, eine in dem ersten Wärmetauscher abgekühlte Luft in einen ersten Teilstrom und in einen zweiten Teilstrom aufzuteilen, und wobei der Strömungsverteiler einen mit der Wärmepumpe verbundenen ersten Ausgang zum Zuführen des ersten Teilstroms zu dem Expansionslaufrad der Wärmepumpe und einen zweiten Ausgang zum Bereitstellen des zweiten Teilstroms aufweist; und eine stromabwärts des Strömungsverteilers angeordnete und mit Brennstoff und Luft betriebene Antriebsturbine, welche ein Kompressionslaufrad und ein stromabwärts hiervon liegendes Expansionslaufrad aufweist, wobei die Antriebsturbine derart mit dem Strömungsverteiler verbunden ist, dass der am zweiten Ausgang des Strömungsverteilers bereitgestellte zweite Teilstrom zunächst dem Kompressionslaufrad der Antriebsturbine und dann einer zweiten Stufe der Antriebsturbine zugeführt wird, wobei die Kompressionslaufräder und die Expansionslaufräder der Wärmepumpe und der Antriebsturbine über eine gemeinsame Welle miteinander wirkverbunden sind.With regard to the device is proposed to solve the underlying problem, a working on the heat pump principle heating and cooling system, wherein the device comprises: one with air as Arbeitsmit The invention relates to an open circuit turbo heat pump having a compression impeller and a downstream expansion impeller, the heat pump configured to draw in ambient air and to compress and heat the intake ambient air in the heat pump compression impeller and to generate compressed and heated air ; a first heat exchanger disposed downstream of the heat pump compression impeller and upstream of the heat pump expansion impeller and in fluid communication with a first output of the heat pump such that air compressed and heated in the compression impeller of the heat pump is supplied to the first heat exchanger; a flow distributor disposed downstream of the first heat exchanger and in fluid communication with the outlet of the first heat exchanger, the flow distributor configured to divide an air cooled in the first heat exchanger into a first partial flow and a second partial flow, and wherein the flow distributor a first output connected to the heat pump for supplying the first partial flow to the expansion impeller of the heat pump and a second outlet for providing the second partial flow; and a fuel and air driven power turbine disposed downstream of the flow distributor and having a compression impeller and an expansion impeller located downstream thereof, the power turbine being connected to the flow distributor such that the second fractional flow provided at the second output of the flow distributor is initially the compression impeller of the power turbine and then supplied to a second stage of the power turbine, wherein the compression and the expansion impellers of the heat pump and the power turbine are operatively connected to each other via a common shaft.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner einen Starter-Motor aufweist, wobei die Kompressionslaufräder und die Expansionslaufräder der Wärmepumpe und der Antriebsturbine über die gemeinsame Welle mit der Welle des Starter-Motors drehverbunden sind.In a preferred embodiment of the invention Device is provided that the device further comprises a starter motor having the compression impellers and the expansion impellers the heat pump and the power turbine on the common shaft rotatably connected to the shaft of the starter motor are.
Im Hinblick auf den Starter-Motor ist bevorzugt, dass der Starter-Motor und die Vorrichtung derart ausgelegt sind, dass die Inbetriebnahme der Vorrichtung durch kurzzeitiges Einschalten des Starter-Motors erfolgt und bei Betrieb der Vorrichtung keine Leistungsabgabe des Starter-Motors erforderlich ist.in the Regarding the starter motor is preferred that the starter motor and the device is designed such that the commissioning the device by briefly switching on the starter motor takes place and when operating the device no power output of the Starter motor is required.
Andererseits ist es auch denkbar, dass der Starter-Motor als Starter-Generator ausgelegt ist und mit kleiner Leistung zum Aufladen eines Stromspeichers, beispielsweise eines Akkumulators, und/oder mit kleiner Leistung zum Antrieb einer oder mehrerer Heizungspumpen geeignet ist.on the other hand It is also conceivable that the starter motor as a starter generator is designed and with low power to charge a power storage, for example, a rechargeable battery, and / or low power suitable for driving one or more heating pumps.
Grundsätzlich sollte die Vorrichtung redundant aufgebaut sein und auch bei Strom-Ausfall durch Umschalten auf Akkubetrieb voll funktionsfähig bleiben.in principle the device should be redundant and also in case of power failure Switching to battery mode will remain fully functional.
In einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese ferner einen zweiten Wärmetauscher auf, welcher stromaufwärts des Kompressionslaufrades der Wärmepumpe angeordnet und ausgelegt ist, die von der Wärmepumpe angesaugte Umgebungsluft durch Abgas aus der Antriebsturbine oder durch die Abluft einer Klimaanlage oder einer anderen geeigneten Wärmequelle vorzuwärmen oder die von der Wärmepumpe angesaugte Umgebungsluft durch Grundwasser, vorzugsweise Brunnenwasser, oder durch die gekühlte Abluft einer Klimaanlage oder einer anderen geeigneten Kältequelle vorzukühlen.In a preferred realization of the invention Device further has a second heat exchanger on which upstream of the Kompressionslaufrades the Heat pump is arranged and designed, sucked by the heat pump Ambient air due to exhaust gas from the drive turbine or through the Exhaust air from an air conditioner or other suitable heat source preheat or sucked by the heat pump ambient air by groundwater, preferably well water, or by the cooled Exhaust air from an air conditioner or other suitable source of cold pre-cool.
Noch bevorzugter weist die zweite Stufe der Antriebsturbine einen dritten Wärmetauscher auf, welcher ausgelegt ist, an den zweiten Teilstrom der in dem ersten Wärmetauscher abgekühlten Luft Abgaswärme abzugeben.Yet more preferably, the second stage of the power turbine has a third one Heat exchanger, which is designed to the second Partial flow of cooled in the first heat exchanger Air exhaust heat to give.
Ferner ist es denkbar, dass die zweite Stufe der Antriebsturbine eine Brennkammer aufweist, welche ausgelegt ist, an den zweiten Teilstrom der in dem ersten Wärmetauscher abgekühlten Luft Brennstoffwärme abzugeben.Further It is conceivable that the second stage of the power turbine is a combustion chamber which is designed to the second partial flow in the first heat exchanger cooled air fuel heat leave.
Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Zentral-Klimaanlage zur Erwärmung und Kühlung von Luft verwendet. Andererseits ist es auch denkbar, die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Zentral-Klimaanlage zur Kühlung von Luft einzusetzen, wobei der dem Expansionslaufrad der Wärmepumpe zugeführte ersten Teilstrom nach seiner Expansion und Abkühlung in dem Expansionslaufrad der Wärmepumpe als kalter Abluftstrom in der Zentral-Klimaanlage zur Kühlung von Luft ohne zusätzlichen Wärmetauscher direkt mit der zu kühlenden Luft vermischt wird. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Zentral-Klimaanlage zur Erwärmung von Luft zu verwenden, wobei in der Zentral-Klimaanlage ohne Zwischenschaltung eines Warmwasserkreislaufs die zu erwärmende Luft ganz oder teilweise durch den ersten Wärmetauscher und/oder einen vierten Wärmetauscher geführt und dabei erwärmt wird, wobei die durch Expansion und Abkühlung in dem Expansionslaufrad der Antriebsturbine vorzugsweise auf nahezu Umgebungsdruck entspannte und auf eine niedrige Temperatur gesenkte Luft als Abgasstrom dem vierten Wärmetauscher zum Übertragen der Abgaswärme auf die zu erwärmende Luft zugeführt wird.The device according to the invention is particularly preferably used in a central air conditioning system for heating and cooling air. On the other hand, it is also conceivable to use the device according to the invention in a central air conditioning system for cooling air, wherein the expansion impeller of the heat pump supplied first partial flow after its expansion and cooling in the expansion impeller of the heat pump as a cold exhaust air flow in the central air conditioning for cooling Air is mixed without additional heat exchanger directly with the air to be cooled. Of course, it is also conceivable to use the device according to the invention in a central air conditioning system for heating air, wherein in the central air conditioning without interposition of a hot water circuit, the air to be heated is completely or partially guided through the first heat exchanger and / or a fourth heat exchanger and is heated, wherein the expansion and cooling in the expansion impeller of the drive turbine preferably relaxed to near ambient pressure and lowered to a low temperature air as the exhaust gas flow to the fourth heat exchanger to the Übertra gen the exhaust heat is supplied to the air to be heated.
Insbesondere ist es bevorzugt, die erfindungsgemäße Vorrichtung als "Back-System" zur Unterstützung einer Solar-Kältemaschine einzusetzen, wenn die Sonnen-Einstrahlung nicht ausreicht oder ganz fehlt. Andererseits kann die Vorrichtung aber auch als Kältemaschine verwendet werden, wobei die mit dem ersten Wärmetauscher bewirkte Rückkühlung der im Kompressionslaufrad der Wärmepumpe komprimierten und erwärmten Luft durch kaltes Brunnenwasser oder ein anderes kühles Wärmeträgermedium erfolgt.Especially it is preferred that the device according to the invention as a "back-system" to support a solar chiller to use if the solar radiation is insufficient or completely is missing. On the other hand, the device can also be used as a chiller be used, with the first heat exchanger caused re-cooling of the compression impeller the heat pump compressed and heated air by cold well water or another cool heat transfer medium he follows.
Der Gesamtwirkungsgrad einer solchen Wärme- und Kälteerzeugungs-Anlage kann durch die gleichzeitige Nutzung der erzeugten Wärme- und Kälteenergie noch deutlich gesteigert werden.Of the Overall efficiency of such a heat and cooling plant can be achieved by the simultaneous use of the generated heat and cooling energy can be significantly increased.
Je nachdem, ob der Schwerpunkt der Betriebsweise dieser Wärme- und Kälteerzeugungsanlage auf der Bereitstellung von Wärme oder von Kälte liegt, soll die Anlage modifiziert oder umgeschaltet werden können.ever according to whether the focus of the operation of this heat and refrigeration plant on the provision of heat or from cold, the plant should be modified or can be switched.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.in the The following are preferred embodiments of the invention Solution explained with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:It demonstrate:
In
In
der Turbo-Wärmepumpe (
Ein
Teil (
Der
zweite Teil (
Das
Verdichtungsverhältnis wird also durch diese zweite Kompression
erheblich gesteigert. Dies ist auch die Voraussetzung für
eine deutliche Steigerung der im Expansions-Laufrad (
Einen
zusätzlichen Vorteil in zweifacher Hinsicht bietet die
Zwischenkühlung im Wärmetauscher (
Zum
einen kann aus dem Wärmetauscher (
For one thing, from the heat exchanger (
Dieses
in
In
den
Gemäß
Gemäß
In
Der
Wärmetauscher (
Vorteilhaft
für eine Rückkühlung im Wärmetauscher
(
Besonders
vorteilhaft ist eine Vorkühlung der angesaugten Umgebungsluft
(
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr sind jedwede Kombinationen der hierin offenbarten Einzelmerkmale denkbar.The The invention is not limited to the embodiments shown in the drawings limited. Rather, any combinations are herein disclosed individual features conceivable.
- 1a1a
-
Ansaugluft
ohne Vorwärmung oder Vorkühlung
1b Ansaugluft mit Vorwärmung oder VorkühlungIntake air without preheating or pre-cooling1b Intake air with preheating or pre-cooling - 22
- Wärmetauscherheat exchangers
- 33
-
Lufteintritt
in Kompressionslaufrad
4 Air inlet in compression impeller4 - 44
-
Kompressionslaufrad
der Turbowärmepumpe
70 Compression impeller of turbo heat pump70 - 55
-
Luftaustritt
aus Kompressionslaufrad
4 Air outlet from compression impeller4 - 66
- Wärmetauscherheat exchangers
- 6a6a
-
im
Wärmetauscher
6 komprimierter und zwischengekühlter Gesamt-Luftstromin the heat exchanger6 compressed and intercooled total airflow - 77
- komprimierter und zwischengekühlter Teilstromcompressed and intercooled partial flow
- 88th
-
Expansionslaufrad
der Turbowärmepumpe
70 Expansion impeller of turbo heat pump70 - 99
- kalte Abluft (Nutzkälte)cold Exhaust air (useful cold)
- 1010
- komprimierter und zwischengekühlter Teilstromcompressed and intercooled partial flow
- 1111
-
Kompressionslaufrad
der Antriebsturbine
60 Compression impeller of the drive turbine60 - 1212
-
im
Kompressionslaufrad
12 als zweiter Stufe komprimierter Teilstromin the compression impeller12 second stage compressed partial flow - 1313
- Wärmetauscherheat exchangers
- 1414
-
im
Wärmetauscher
13 erwärmter Teilstromin the heat exchanger13 heated partial flow - 1515
- Brennkammercombustion chamber
- 15a15a
- Brennstoff-ZufuhrFuel supply
- 1616
- erhitzte Verbrennungsgaseheated combustion gases
- 1717
-
Expansionslaufrad
der Antriebsturbine
60 Expansion impeller of the drive turbine60 - 1818
- expandierte und teilweise gekühlte Turbinen-Abgaseexpanded and partially cooled turbine exhaust
- 1919
-
im
Wärmetauscher
13 weiter abgekühlte Turbinen-Abgasein the heat exchanger13 further cooled turbine exhaust - 2020
- Wärmetauscher zur Nutzwärme-Abgabe an einen Heizkreislaufheat exchangers for useful heat delivery to a heating circuit
- 2121
-
im
Wärmetauscher
20 weiter abgekühlte Turbinen-Abgasein the heat exchanger20 further cooled turbine exhaust - 2222
- im Wärmetauscher weiter abgekühlte Turbinen-Abgasein the Heat exchanger further cooled turbine exhaust
- 2323
-
Strömungs-Verteiler
zur Aufteilung des Gesamt-Luftstroms
6a in zwei TeilströmeFlow distributor for the distribution of the total air flow6a in two sub-streams - 3030
- Wärme-aufnehmendes Medium aus Heizungsrücklauf oder BrunnenHeat-receiving Medium from heating return or well
- 3131
-
im
Wärmetauscher
6 erwärmtes Mediumin the heat exchanger6 heated medium - 3232
-
im
Wärmetauscher
20 erwärmtes Medium für Heizungsvorlauf oder Brunnenin the heat exchanger20 heated medium for heating flow or well - 4040
- gemeinsame Wellecommon wave
- 5050
- Starter-GeneratorStarter-generator
- 6060
- Antriebsturbinepower turbine
- 7070
- Turbo-WärmepumpeTurbo heat pump
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 2818543 A1 [0005, 0007] DE 2818543 A1 [0005, 0007]
Claims (26)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |
Effective date: 20140617 |