DE102009019799A1

DE102009019799A1 - Wärmepumpe mit verbesserter Kältemittelführung zur Leistungs- und Effizienzsteigerung

Info

Publication number: DE102009019799A1
Application number: DE200910019799
Authority: DE
Inventors: Andreas Kaiser
Original assignee: Kaiser Andreas Dipl-Ing (ba)
Current assignee: Kaiser Andreas Dipl-Ing (ba)
Priority date: 2009-05-02
Filing date: 2009-05-02
Publication date: 2010-11-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe. Bei der erfindungsgemäßen Wärmepumpe bzw. bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der Wärmepumpe erfolgt ein Wärmeaustausch bzw. ein Energieübertrag zwischen dem noch unentspannten Kühlmittel bzw. Heißgas und dem noch unkomprimierten Kühlmittel bzw. Kaltgas. Es erfolgt also eine Nachkühlung des Heißgases vor der Entspannung durch bzw. mit gleichzeitiger Aufwärmung des Kaltgases vor der Kompression.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe.
Wärmepumpen und Kälteanlagen bzw. Kältemaschinen sind allgemein bekannt, beispielsweise aus http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmepumpe (07.04.2009), und stellen eine technische Anwendung desselben thermodynamischen Kreisprozesses dar.
Solche Wärmepumpen und Kälteanlagen arbeiten nach einem einfachen Kreislaufprinzip mit einem in einem Kreislauf zirkulierenden Medium bzw. Fluid, beispielsweise einem in einem Kühlmittelkreislauf zirkulierendem Kühl- bzw. Kältemittel.
Bei einer Wärmepumpe wird dabei einem externen Medium, z. B. (Umgebungs-)Luft, Wasser, Sole oder Erdwärme, Wärme über das Kältemittel entzogen, welches dadurch erwärmt wird. Das er- bzw. vorerwärmte Kältemittel wird in einem Verdichter komprimiert (Verdichtung), wodurch es auf ein weiter erhöhtes Temperaturniveau gebracht wird (Heißgas). Diese erhöhte Temperatur des komprimierten Kältemittels bzw. des Heißgases wird über einen Wärmetauscher auf ein Wärmeträgermedium in einem Heizkreis, meist Wasser oder Sole, übertragen. Nach der Übertragung wird das Kältemittel entspannt (Expansion), wobei es auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur des externen Mediums abkühlt (Kaltgas). Auf diesem Temperaturniveau kann das entspannte Kältemittel bzw. das Kaltgas wieder Wärme aus dem externen Medium aufnehmen.
Ein Verhältnis von nutzbarer Wärmeleistung durch Wärmeübertragung auf das Wärmeträgermedium zu zugeführter elektrischer Leistung bei Betreiben des Verdichters wird als Leistungszahl (Wirkungsgrad) bzw. in der Fachliteratur als COP (”Coefficient Of Performance”) bezeichnet.
Bei der Kälteanlage wird das komprimierte Kältemittel (Heißgas) unter Verwendung eines externen Mediums, z. B. Umgebungsluft, auf Umgebungstemperatur abgekühlt und dann weiter expandiert, wodurch es weiter abkühlt (Kaltgas). Diese niedrige Temperatur des Kältemittels wird auf ein zu kühlendes Medium, z. B. zu kühlendene Raumluft, übertragen.
Aus http://de.wikipedia.org/wiki/Stirlingmotor (07.04.2009) ist ein Stirlingmotor bekannt. Der Stirlingmotor, auch Heißgasmotor genannt, ist eine Wärmekraftmaschine, in der ein abgeschlossenes Arbeitsgas wie Luft oder Helium von außen an zwei verschiedenen Bereichen abwechselnd erhitzt und gekühlt wird, um mechanische Energie zu erzeugen. Der Stirlingmotor arbeitet nach dem Prinzip eines geschlossenen Kreisprozesses und ist ein Beispiel für die Energieumwandlung von einer schlecht nutzbaren Energieform (thermische Energie) in die besser einsetzbare Energieform mechanischer Energie. Der Stirlingmotor kann mit einer beliebigen externen Wärmequelle betrieben werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirkungsgrad einer Wärmepumpe bzw. einer Kälteanlage zu verbessern. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpe bzw. eine Kälteanlage auch für höhere Temperaturen effizient zu gestalten.
Im Folgenden sei unter „Wärmepumpe” sowohl eine Wärmepumpe als auch eine Kälteanlage bzw. -maschine verstanden, da beide die technische Anwendung desselben thermodynamischen Kreisprozesses darstellen.
Diese Aufgabe wird durch die Wärmepumpe sowie durch das Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe mit den Merkmalen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentanspruch gelöst.
Bei dieser Wärmepumpe bzw. bei diesem Verfahren zum Betreiben der Wärmepumpe erfolgt ein Wärmeaustausch bzw. ein Energieübertrag zwischen dem Heißgas bzw. dem noch unentspannten Kühlmittel und dem Kaltgas bzw. dem noch unkomprimierten Kühlmittel. Anders ausgedrückt, es erfolgt eine Nachkühlung des Heißgases vor der Entspannung durch bzw. mit gleichzeitiger Aufwärmung des Kaltgases vor der Kompression – oder anders herum gesehen – es erfolgt eine Erwärmung des Kaltgases unter Verwendung der Restwärme des Heißgases.
Bei der Erfindung kann damit das Kältemittel nach bzw. durch die Expansion stärker, d. h. auf ein noch niedrigeres Temperaturniveau, abgekühlt werden. Dadurch kann dann das entspannte Kältemittel – im Falle einer vorgesehenen Erwärmung durch ein externes Medium – aufgrund einer erhöhten Temperaturdifferenz zum externen Medium schneller und mehr Energie aufnehmen.
Auch wird dadurch erfindungsgemäß ermöglicht, selbst bei extrem niedrigen Temperaturen von externen Medien, z. B. extrem niedrige Luftaußentemperaturen, diesen noch ausreichend Wärme zur Er- bzw. Vorerwärmung des Kühlmittels zu entziehen. Eine beispielsweise sonst notwendige elektrische Zuheizung des externen Mediums kann entfallen.
Ferner kann durch die Erfindung das bereits durch das externe Medium vorerwärmte Kaltgas zusätzlich von einer „Restwärme” des Heißgases vor der Expansion weiter vorerwärmt werden. Die dadurch erzielbare Wirkungsgradsteigerung läßt sich wie folgt verdeutlichen:

(a) Bei gleicher Kompression bzw. gleicher Verdichterleistung kann damit das erfindungsgemäß weiter erwärmte bzw. vorerwärmte Kaltgas auf ein noch höheres Energieniveau gebracht werden. Mehr nutzbare Wärmeleistung bei gleicher Verdichterleistung steht damit zur Verfügung. Der Wirkungsgrad erhöht sich demzufolge.
(b) Bei gleicher Wärmeleistung ist erfindungsgemäß eine geringere Verdichtungsleistung notwendig, um das erfindungsgemäß weiter erwärmte bzw. vorerwärmte Kältemittel auf das entsprechend vordefinierte Temperaturniveau für die Wärmeübertragung auf das Wärmeträgermedium zu bringen. Der Wirkungsgrad erhöht sich auch hier entsprechend.

In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung kann vorgesehen werden eine Vorerwärmung des Kältemittels vor Verdichtung durch den erfindungsgemäßen Energieübertrag in Kombination mit einem Wärmeübertrag durch ein externes Medium oder die Vorerwärmung des Kältemittels vor Verdichtung nur durch den erfindungsgemäßen Energieübertrag zu realisieren.
In bevorzugter Ausgestaltung läßt sich ferner der erfindungsgemäße Energieübertrag über einen Wärmetauscher realisieren. In einer weiteren Ausgestaltung wird durch die Erfindung in einer Heizungsanlage oder einer Kühlanlage eingesetzt. Das Kältemittel kann ferner gasförmig oder flüssig sein.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung läßt sich die erfindungsgemäße Wärmepumpe zusammen mit einem Stirlingmotor betreiben. Besonders bevorzugt läßt sich dabei die erfindungsgemäß erreichbare Temperatur des Heißgases – gegebenenfalls vor oder nach dem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträgermedium des Heizkreises –, für einen Antrieb des Stirlingmotors nutzen.
Verluste eines Stirlingmotors werden normalerweise über eine Kühlung abgeführt. In Kombination mit der erfindungsgemäßen Wärmepumpe kann weiter bevorzugt die Kühlung über Energieaustausch mit dem Kaltgas bzw. dem Kältemittel der Wärmepumpe vor der Kompression realisiert werden, wodurch die „Verlustwärme” des Stirlingsmotors in das Kreislaufsystem der Wärmepumpe übergeht. Das gegebenenfalls – aber nicht notwendig – bereits durch das externe Medium vorerwärmte Kaltgas oder das durch das Heißgas weiter- bzw. vorerwärmte Kaltgas wird weiter erwärmt bzw. wird ein weiteres Mal vor der Kompression vorerwärmt. Vereinfacht bzw. anders ausgedrückt, der Kaltseite des Stirlingmotors wird durch das Kältemittel der Wärmepumpe vor dessen Verdichtung bzw. durch das Kaltgas Kühlleistung zugeführt.
Mit der durch die Erfindung erreichbaren hohen Temperatur des Heißgases – vor oder nach dem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträgermedium des Heizkreises –, kann dem Stirlingmotor seine notwendige Energie zugeführt werden. Vereinfacht ausgedrückt, der
Heißseite des Stirlingmotors wird durch das Heißgas der Wärmepumpe Wärmeenergie zugeführt.
Eine erzeugte elektrische Energie des Stirlingmotors kann bevorzugt zur Versorgung der Wärmepumpe bzw. des Verdichters verwendet werden. Ist elektrische Energie überschüssig, so kann diese in ein Stromnetz eingespeist werden; fehlt elektrische Energie, so wird die Wärmepumpe bzw. der Verdichter mit elekrischer Energie aus dem Stromnetz versorgt.
Wenn die Wärmepumpe genug Wärme erzeugt hat, d. h. es soll kein Wärmeaustausch mit dem Wärmeträgermedium des Heizkreises mehr erfolgen, kann sie alleine zum Betrieb des Stirlingmotors Weiterbetrieben werden, um Strom zu erzeugen.
Weiterhin kann der Stirlingmotor auch zur Erzeugung von mechanischer Energie verwendet werden.
Im Folgenden seien verschiedene energetische Aspekte der Erfindung aufgezeigt:

• Der Stirlingmotor benötigt zur Erzeugung von elektrischer Energie etwa das Dreifache an Wärmeenergie.
• Die Wärmepumpe benötigt für die Erzeugung von Wärmeenergie etwa ein Viertel an elektrischer Energie.
• Die Wärmepumpe könnte sich also durch Erwärmung des Stirlingmotors selber antreiben.
• Die Verlustwärme des Stirlingmotors kann als Heizleistung verwendet werden.
• Je besser die Effizienz der Systeme, desto mehr elektr. Energie bleibt übrig.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind mindestens zwei Wärmepumpenkreisläufe, d. h. die erfindungsgemäße Wärmepumpe mit einem weiteren, zusätzlichen Wärmepumpenkreislauf, miteinander verbunden. Hierdurch lassen sich unterschiedliche Temperaturniveaus erreichen.
Bevorzugt kann dies mit mindestens einem zusätzlichen Kühlmittelkreislauf, in welchem ein zusätzliches Kältemittel zirkuliert und welcher zusätzliche Mittel zu einer Verdichtung (Kompression) und Entspannung (Expansion) des zusätzlichen Kältemittels aufweist, realisiert werden. Die Kopplung der beiden Wärmepumpenkreisläufe erfolgt mit einem zusätzlichen Mittel zu einer Energieübertragung, insbesondere einem Wärmetauscher, zwischen dem Kältemittel des Kühlmittelkreislaufs und dem zusätzlichem Kältemittel des zusätzlichem Kühlmittelkreislaufs.
Besonders bevorzugt wird das zusätzliche Mittel zur Energieübertragung zwischen dem Kältemittel des Kühlmittelkreislaufs nach, insbesondere unmittelbar nach, der Kompression im Kühlmittelkreislauf und dem zusätzlichen Kältemittel des zusätzlichen Kühlmittelkreislaufs vor, insbesondere unmittelbar vor, der Kompression im zusätzlichen Kühlmittelkreislauf angeordnet. Anschaulich gesehen wird damit mit dem Heißgas des erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufs das Kaltgas des zusätzlichen Kühlmittelkreislaufs vorerwärmt.
In einer weiterbildenden Ausgestaltung weist der zusätzliche Kühlmittelkreislauf ein weiteres zusätzliches Mittel zu einer Energieübertragung, insbesondere einen weiteren zusätzlichen Wärmetauscher, zwischen dem zusätzlichen Kältemittel vor der Expansion im zusätzlichen Kühlmittelkreislauf und dem zusätzlichen Kältemittel vor der Kompression im zusätzlichen Kühlmittelkreislauf auf. Anschaulich gesehen ist in diesem Fall auch der zusätzliche Kühlmittelkreislauf erfindungsgemäß ausgebildet.
In 1–7 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche im Weiteren näher erläutert werden.
Es zeigen
1 Wärmepumpenkreislauf mit Nachkühlung des Heißgases vor der Expansion und gleichzeitiger Vorwärmung des Kaltgases vor der Kompression.
2 Wärmepumpenkreislauf mit Betrieb eines Stirlingmotors mit Energieeinbringung bzw. Vorerwärmung des Kühlmittels durch ein externes Medium.
3 Wärmepumpenkreislauf mit Betrieb eines Stirlingmotors mit Energieeinbringung durch Kühlleistung über das Heizsystem.
4 Zweistufige Wärmepumpe zur Erzeugung von unterschiedlichen Energieniveaus.
5 Kältemaschinenkreislauf mit Nachkühlung des Heißgases vor der Expansion und gleichzeitiger Vorwärmung des Kaltgases vor der Kompression.
6 Wärmepumpenkreislauf mit Nachkühlung des Heißgases vor der Expansion und gleichzeitiger, einfacher Vorwärmung des Kaltgases vor der Kompression.
7 Kältemaschinenkreislauf mit einfacher Nachkühlung des Heißgases vor der Expansion und gleichzeitiger Vorwärmung des Kaltgases vor der Kompression.
Ausführungsbeispiel 1 und 1': Wärmepumpenkreislauf mit Nachkühlung des Heißgases vor der Expansion und gleichzeitiger Vorwärmung des Kaltgases vor der Kompression.
In 1 nimmt das Kältemittel bzw. Kaltgas durch einen Wärmetauscher Wärmeenergie vom externen Medium auf. Im weiteren Verlauf wird es durch einen Wärmetauscher am rückströmenden Heißgas vorbeigeführt und nimmt weitere Wärme auf. Das doppelt vorgewärmte Kaltgas gelangt in den Verdichter und wird auf ein höheres Energieniveau gebracht. Mit dieser Temperatur wird das Heizungssystem versorgt. Die Restwärme des Heißgases erwärmt in einem Wärmetauscher wieder das Kaltgas und wird dann auf ein niedriges Energieniveau expandiert, um wieder Energie vom externen Medium aufnehmen zu können.
6 zeigt diesen Wärmepumpenkreislauf ohne Wärmeübertrag des externen Mediums auf das Kaltgas. Gemäß 6 erfolgt eine einfache Vorerwärmung des Kaltgases durch das rückströmende Heißgas.
Ausführungsbeispiel 2: Wärmepumpenkreislauf mit Betrieb eines Stirlingmotors. Energieeinbringung durch ein externes Medium.
In 2 wird dem Kaltgas durch einen Wärmetauscher vom externen Medium Energie zugefügt. Des Weiteren wird das Kaltgas zur Kühlung der Kaltseite des Stirlingmotors verwendet und nimmt dabei erneut Energie auf. Durch einen weiteren Wärmetauscher gegen das zurücklaufende Heißgas wird das Kaltgas nochmals erwärmt. Das dreifach vorgewärmte Kaltgas wird nun durch die Kompression weiter erwärmt.
Mindestens zum Starten des Stirlingmotors muss der Heißseite Wärme zugeführt werden. Wenn der Motor läuft, stellt sich mit der Zeit eine stabile Temperatur durch den Ausgleich von Verlustwärme mit Reibungs- und Kompressionswärme ein. Dann muss der Heißseite keine Energie von der Wärmepumpe übertragen werden und das Heißgas kann direkt das Heizungssystem erwärmen.
Nach der Wärmeübertragung des Heißgases an das Heizungssystem wird dieses durch einen Wärmetauscher mit dem Kaltgas abgekühlt. Bei der anschließenden Expansion wird das Gas nochmals stark abgekühlt und kann wieder Energie vom externen Medium aufnehmen.
Der Stirlingmotor erhält seine Kühlleistung also durch die Wärmeabnahme im Heizsystem und gegen das externe Medium.
Ausführungsbeispiel 3: Wärmepumpenkreislauf mit Betrieb eines Stirlingmotors. Energieeinbringung durch Kühlleistung über das Heizungssystem.
In 3 wird das Kaltgas zur Kühlung der Kaltseite des Stirlingmotors verwendet und nimmt dabei Energie auf. Durch einen Wärmetauscher gegen das zurücklaufende Heißgas wird das Kaltgas nochmals erwärmt. Das doppelt vorgewärmte Kaltgas wird nun durch die Kompression weiter erwärmt.
Mindestens zum Starten des Stirlingmotors muss der Heißseite über eine Energiequelle Wärme zugeführt werden. Wenn der Motor läuft, stellt sich mit der Zeit auf der Heißseite eine stabile Temperatur durch den Ausgleich der Verlustwärme mit Kompressionswärme ein. Dann muss der Heißseite keine Energie von der Wärmepumpe übertragen werden und das Heißgas kann direkt das Heizungssystem erwärmen.
Nach der Wärmeübertragung des Heißgases an das Heizungssystem (= Kühlleistungsaufnahme) wird dieses durch einen Wärmetauscher mit dem Kaltgas abgekühlt. Bei der anschließenden Expansion wird das Gas nochmals stark abgekühlt und wird wieder zur Kühlung der Kaltseite des Stirlingmotors verwendet.
Der Stirlingmotor erhält seine Kühlleistung also durch die Wärmeabnahme durch das Heizsystem. Die Wärmezufuhr an der Heisseite ist für die Aufrechterhaltung der Temperatur notwendig.
Ausführungsbeispiel 4: Zweistufige Wärmepumpe zur Erzeugung von unterschiedlichen Energieniveaus.
4 zeigt zwei Kreisläufe nach 1, die untereinander ihre Wärme übertragen. Hiermit können zwei stabile Temperaturniveaus erreicht werden.
Im ersten Kreislauf nimmt das dortige Kältemittel bzw. Kaltgas durch einen Wärmetauscher Wärmeenergie vom externen Medium auf. Im weiteren Verlauf dieses ersten Kreislaufs wird das dortige Kältemittel durch einen Wärmetauscher am rückströmendem Heißgas des ersten Kreislaufs vorbeigeführt und nimmt weitere Wärme auf. Das doppelt vorgewärmte Kaltgas gelangt in den Verdichter und wird auf ein höheres Energieniveau gebracht.
Diese Temperatur wird über einen weiteren Wärmetauscher auf den zweiten Kreislauf übertragen, wodurch das dortige zweite Kältemittel dieses zweiten Kreislaufs vorerwärmt wird. Dieses vorerwärmte Kältemittel des zweiten Kreislaufs gelangt in den dortigen Verdichter und wird auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Mit dieser Temperatur wird das Heizungssystem versorgt.
Danach gelangt das Heißgas des zweiten Kreislaufs zum dortigen Expansionsventil und wird dort auf ein niedrigeres Energieniveau expandiert, um dann wieder durch den ersten Kreislauf vorerwärmt zu werden.
Ausführungsbeispiel 5 und 5': Kältemaschinenkreislauf mit Nachkühlung des Heißgases vor der Expansion und gleichzeitiger Vorwärmung des Kaltgases vor der Kompression.
In 5 gibt das komprimierte Heißgas Wärmeenergie an die Umgebung ab. Das bereits gekühlte Heißgas wird über die Restkälte des Kaltgases (nach der Expansion und nach der Übertragung der Kälte an das Kühlsystem) über einen Wärmetauscher abgekühlt. Daraufhin wird das doppelt gekühlte Heißgas entspannt und erreicht eine entsprechend niedrigere Temperatur. Nach der Abgabe einer gewissen Kälteleistung an das Kühlsystem wird die Restkälte des Kaltgases genutzt, um das Heißgas vor der Expansion stärker abzukühlen. Das Kaltgas dagegen wird hierdurch erwärmt, und muss nicht mehr so stark komprimiert werden, um auf ein entsprechend hohes Temperaturniveau zu kommen und wieder durch die Umgebungstemperatur gekühlt zu werden.
7 zeigt diesen Kältemaschinenkreislauf ohne Wärmeabgabe des komprimierten Kältemittels bzw. des Heißgases an die Umgebung. Gemäß 7 erfolgt eine einfache Kühlung des Heißgases durch das rückströmende Kaltgas.

1: externes Medium (Wasser, Sole, Luft)
2: Heißgas (Kältemittel)
3: Kaltgas (Kältemittel)
4: Kompressor
5: Entspannungsventil
6: Wärmetauscher: externes Medium/Kältemittel
7: Wärmetauscher: Kältemittel/Heizsystem
8: Wärmetauscher: Kältemittel/Kühlsystem
9: Wärmetauscher: Kaltseite Stirlingmotor/Kältemittel
10: Wärmetauscher: Heißseite Stirlingmotor/Kältemittel
11: Stirlingmotor
12: Heißseite Stirlingmotor
13: Kaltseite Stirlingmotor
14: Regenerator
15: Schwungrad mit Generatorfunktion
16: Zuheizung
17: Kühlmittel
18: Wärmetauscher: Heißgas/Kaltgas
19: Kühlmittelkreislauf mit zirkulierendem Kältemittel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmepumpe (07.04.2009) [0002]
- http://de.wikipedia.org/wiki/Stirlingmotor (07.04.2009) [0007]

Claims

Wärmepumpe mit verbesserter Wärmeausbeute zur Erreichung höherer Temperaturen und besserer Wirkungsgrade mit einem Kühlmittelkreislauf, in welchem ein Kältemittel zirkuliert, mit Mitteln zu einer Verdichtung (Kompression) und Entspannung (Expansion) des Kältemittels, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf ein Mittel zu einer Energieübertragung zwischen dem Kältemittel vor der Expansion und dem Kältemittel vor der Kompression aufweist.
Wärmepumpe nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Energieübertragung ein Wärmetauscher und/oder das Mittel zu der Verdichtung ein Verdichter (Kompressor) und/oder das Mittel zu der Entspannung ein Entspannungsventil ist.
Wärmepumpe nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, mit mindestens einem zusätzlichen Kühlmittelkreislauf, in welchem ein zusätzliches Kältemittel zirkuliert, mit zusätzlichen Mitteln zu einer Verdichtung (Kompression) und Entspannung (Expansion) des zusätzlichen Kältemittels in diesem zusätzlichen Kühlmittelkreislauf sowie mit einem zusätzlichen Mittel zu einer Energieübertragung zwischen dem Kältemittel des Kühlmittelkreislaufs und dem zusätzlichem Kältemittel des zusätzlichen Kühlmittelkreislaufs.
Wärmepumpe nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Mittel zur Energieübertragung, insbesondere ein zusätzlicher Wärmetauscher, zwischen dem Kältemittel des Kühlmittelkreislaufs nach, insbesondere unmittelbar nach, der Kompression im Kühlmittelkreislauf und dem zusätzlichen Kältemittel des zusätzlichen Kühlmittelkreislaufs vor, insbesondere unmittelbar vor, der Kompression im zusätzlichen Kühlmittelkreislauf angeordnet ist.
Wärmepumpe nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Kühlmittelkreislauf ein weiteres zusätzliches Mittel zu einer Energieübertragung, insbesondere einen weiteren zusätzlichen Wärmetauscher, zwischen dem zusätzlichen Kältemittel vor der Expansion im zusätzlichen Kühlmittelkreislauf und dem zusätzlichen Kältemittel vor der Kompression im zusätzlichen Kühlmittelkreislauf aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe mit verbesserter Wärmeausbeute zur Erreichung höherer Temperaturen und besserer Wirkungsgrade, bei welchem ein Kältemittel in einem Kühlmittelkreislauf zirkuliert, wobei das Kältemittel im Kühlmittelkreislauf verdichtet und entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kältemittel vor der Expansion und dem Kältemittel vor der Kompression Energie, insbesondere Wärmeenergie, übertragen wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel des Kühlmittelkreislaufs vor der Verdichtung einfach vorerwärmt, insbesondere durch den Energieaustausch mit dem Kältemittel vor der Entspannung, und/oder vor der Entspannung einfach vorgekühlt, insbesondere durch den Energieaustausch mit dem Kältemittel vor der Verdichtung, wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel des Kühlmittelkreislaufs vor der Verdichtung zweifach vorerwärmt, insbesondere durch einen Energieaustausch mit einem externen Medium und den Energieaustausch mit dem Kältemittel vor der Entspannung, und/oder vor der Entspannung zweifach vorgekühlt, insbesondere durch einen Energieaustausch mit einem Wärmeträgermedium (Heizungsaufgabe) und den Energieaustausch mit dem Kältemittel vor der Verdichtung, wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel des Kühlmittelkreislaufs vor der Verdichtung dreifach vorerwärmt, insbesondere durch einen Energieaustausch mit einem externen Medium und den Energieaustausch mit dem Kältemittel vor der Entspannung und einem Energieaustausch mit einer Heißseite eines Stirlingmotors, und/oder vor der Entspannung dreifach vorgekühlt, insbesondere durch einen Energieaustausch mit einem Wärmeträgermedium (Heizungsaufgabe) und den Energieaustausch mit dem Kältemittel vor der Verdichtung und einem Energieaustausch mit einer Kaltseite eines Stirlingmotors, wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung des Kältemittels des Kühlmittelkreislaufs ein Stirlingmotor betrieben wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer Heißseite des Stirlingmotors durch das komprimierte Kältemittel des Kühlmittelkreislaufs Wärmeenergie zugeführt wird, wobei insbesondere das komprimierte Kältemittel des Kühlmittelkreislaufs vorgekühlt wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer Kaltseite des Stirlingmotors durch das entspannte Kältemittel des Kühlmittelkreislaufs Kühlleistung zugeführt wird, wobei insbesondere das entspannte Kältemittel des Kühlmittelkreislaufs vorerwärmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Stirlingmotor elektrische Energie, insbesondere für einen Betrieb des Verdichters und/oder für eine Einspeisung in ein elektrisches Netz, und/oder mechanische Energie erzeugt wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Kühlung der Kaltseite des Stirlingmotors Wärmeenergie, insbesondere für eine Erwärmung des Kältemittels des Kühlmittelkreislaufs vor der Verdichtung und/oder für eine Erwärmung eines externen Mediums, z. B. Umgebungsluft (Heizungsaufgabe), abgegriffen wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Erwärmung der Heißseite des Stirlingmotors Wärmeenergie, insbesondere für eine Kühlung des Kältemittels des Kühlmittelkreislaufs vor der Entspannung, zugeführt wird.
Wärmepumpe nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, eingesetzt in einer Heizungsanlage oder einer Kälteanlage bzw. Kältemaschine.
Wärmepumpe nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, eingesetzt für einen Betrieb eines Stirlingmotors, wobei das Kältemittel nach der Kompression als Wärmequelle für den Antrieb des Stirlingmotors verwendet wird.