DE3124007A1

DE3124007A1 - Einrichtung zur nutzbarmachung von waermeenergien

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Publication number: DE3124007A1
Application number: DE19813124007
Authority: DE
Inventors: Georg Prof.Dr. 8000 München Alefeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1981-06-19
Publication date: 1982-12-30

Description

NACHGEREICHTT

PATENTAN-VyALTE; ; ; ^v : : DR. DIETER" V." BEZÖLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MAR1A-THERESIA-STRASSE 22 POSTFACH 86 02 60

D-8OOO MUENCHEN 86

ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPtENS

TELEFON 089/4 70 60 00 TELEX 532 638 TELEGRAMM SOMBEZ

11. Juni 1981 11050 Dr.v.B/hs

Professor Dr. Georg Alefeld
Josef-Raps-Straße 3, 8000 München 40

Einrichtung zum Nutzbarmachen von Wärmeenergien
(Zusatz zu P 31 11 552.7)

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Einrichtung ist in Figur 8 der Hauptanmeldung P 31 11 552.7 vorgeschlagen worden. Die vorgeschlagene
Einrichtung arbeitet mit drei Druckbereichen und enthält eine als Wärmepumpe arbeitende Stufe sowie eine als
Wärmetransformator arbeitende Stufe.

Es ist ferner in der deutschen Patentanmeldung P 31 16 788.9 eine Einrichtung zum Umwandeln der Temperaturniveaus von Wärmeenergien vorgeschlagen worden, welche ebenfalls mit

POSTSCHECK MÖNCHEN NR. 691 *& ■ 000 BANKKONTO HYPOBANK MÖNCHEN <BLZ 700 200 HOI KTO. 60 60 287 378 SWIFT HYPO DE MM

- 1 NA"' '"TREIOHT

drei wesentlichen Druckbereichen arbeitet. Außer einem Absorberteil, der einen Wärmetransformator bildet, enthält diese bekannte Einrichtung jedoch noch einen zweiten Teil„ der auf dem Prinzip einer Kompressions-Wärmepumpe arbeitet und eine Austauscheinheit mit dem Wärmetransformatorteil gemeinsam hat.

Die Begriffe ABSORBERMASCHINE, WÄRME, AUSTÄUSCHEINHEIT, STUFE, ARBEITSPROZESSE;, DRUCKMASCHINE, ABSQRBERMASCHINEN-TEIL und DRUCKMASCHINENTEIL· sind wie in den beiden oben genannten älteren Anmeldungen definiert.

In der Praxis steht oft nur eine relativ geringe differenz zwischen der zu verwertenden Eingangs- oder Antriebswärme und der Umgebung bzw. einer Wärmesenke zur Verfügung, so daß der erreichbare Temperaturhub (Temperaturdifferenz zwischen Eingangswärme und Ausgangs- oder Nutzwärme) begrenzt ist. Es ist außerdem häufig erwünscht, den Temperaturhub bei Absinken der Umgebungstemperatur zu erhöhen, z.B. bei Heizanlagen, wo mit fallender Außentemperatur gewöhnlich eine höhere Vorlauf- oder Heizwassertemperatur gefordert wird.

Zur Lösung dieser Probleme wird durch die Erfindung eine Einrichtung geschaffen, die einen relativ hohen Temperaturhub zu erzeugen gestattet und außerdem sehr anpassungsfähig ist, so daß der Temperaturhub und damit die Nutzwärmetemperatur gut an schwankende Umgebungstempergtüren angepaßt werden kann.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen im wesentlichen darin, daß auch bei relativ geringer Differenz zwischen der Temperatur der Eingangswärsne und der Temperatur der Umgebung ein relativ hoher Temperaturhub, dohu eine verhältnismäßig hohe Differenz zwischen Eingangswärmetempera"

tür und Ausgangswärmetemperatur erreichbar ist und daß sich der Temperaturhub gut an wechselnde Umgebungstemperaturen anpassen läßt. Die erfindungsgemäße Einrichtung zeichnet sich außerdem durch relativ einfachen Aufbau aus und das Erfindungsprinzip läßt sich in der verschiedensten Weise vorteilhaft realisieren. Das hauptsächliche/ jedoch nicht ausschließliche Anwendungsgebiet der Erfindung wird derzeit in der Verwertung sogenannter "kalter" Fernwärme zu Heizzwecken oder dgl. gesehen, die Erfindung läßt sich jedoch auch mit Vorteil für die Kälteerzeugung oder kombi- ^* nierte Wärme- und Kälteerzeugung einsetzen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

In der einzigen Figur der Zeichnung sind schematisch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Einrichtung sowie Abwandlungen dieser Einrichtung dargestellt.

Die dargestellte Einrichtung enthält zwei in einem relativ hohen Druckbereich p_ arbeitenden Austauscheinheiten A, B; zwei in einem mittleren Druckbereich arbeitende Austauschst., einheiten C, D und drei in einem niedrigen Druckbereich p_n arbeitende Austauscheinheiten E, F und G. Die Austauscheinheiten A und B sind durch eine Arbeitsmittelleitung 10 verbunden, die Austauscheinheiten B und C durch eine Arbeitsmittelleitung 12, die eine Drossel 14 enthält, die Austauscheinheiten C und D durch eine Arbeitsmittelleitung 16, die Austauscheinheiten F und C durch eine Arbeitsmittelleitung 18, die eine Pumpe 20 enthält, die Austauscheinheiten E und F durch eine Arbeitsmittelleitung 22, und schließlich die Austauscheinheiten E und G durch eine Arbeitsmittelleitung 24.

Die Austauscheinheiten A und G sind durch einen Absorptions= mittelkreislauf 26 mit zwei Leitungen, von denen die eine eine Pumpe und die andere eine Drossel enthält, gekoppelt,, und die Austauscheinheiten D und E sind durch einen sweiten Absorptionsmittelkreislauf 28 gekoppelt. Die Temperaturbereiche, in denen die jeweiligen Austauscheinheiten arbeiten, sind an der Abszisse des In p/T-Diagrammes angegegeben .

Soweit beschrieben, entspricht die dargestellte Einrichtung der mehrstufigen Absorbermaschine, die in Flg. B der deutschen Patentanmeldung P 31 11 552.7 vorgeschlagen worden ist. Gemäß einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung sind nun zwei weitere Austauscheinheiten C und D¹ vorgesehen, die in einem vierten Druckbereich pi arbeiten, der zwischen dem mittleren Druckbare ich p.. und dem unteren Druckbereich p- liegt. Die Austauscheinheit C ist mit der Austauscheinheit C über eine Arbeitsmitteinleitung 30, die eine Drossel 32 enthält, verbundene Die Austauscheinheiten C und D' sind durch eine Arbeitsmittelleitung 34 verbunden. Ferner ist die Austauscheinheit D⁸ in den Absorptionsmittelkreis 28 eingeschaltete Der Ab= Sorptionsmittelkreislauf 28 enthält eine erste Leitung 28a mit einer Pumpe 36/ die die Austauscheinheit E mit der Austauscheinheit D direkt verbindet. Die andere Leitung des Absorptionsmittelkreislaufes ist in gwei Teile aufgeteilt, der eine Teil 28b ' enthält eine Drossel 38 und ist zwischen die Austauscheinheiten D und D" geschaltet, während der andere Teil 28b" eine Drossel 40 enthält und zwischen die Austauscheinheiten D" und E geschaltet ist. Vorteilhafterweise findet außerdem ein innerer Wärmetausch zwischen den Austauscheinheiten D⁰J. die Wärme abgibt, und der Austauscheinheit C, die Wärme aufnimmt, statt, dies durch einen Wärmetauscherkreislauf 42 schematisch angedeutet. In der Praxis wird der innere Wärmetausch durch konzentrisch geführte Rohre oder ähnliche Maßnahmen bewirkt,

NACHGEREiCHT j

- ίο -

wie in den oben aufgeführten älteren Anmeldungen erwähnt ist.

Zweckmäßigerweise sind ferner die Absorptionsmittelkreisläufe 26 und 28 durch zwei Leitungen 44 und 46, die ein Ventil 48 bzw. 50 enthalten, gekoppelt. Die Leitung 44 verbindet den auf der Hochdruckseite der Drossel 40 gelegenen Teil der Leitung 28b^H mit dem auf der Niederdruckseite der Drossel befindlichen Teil der Leitung 26b des Absorptionsmittelkreislaufes 26, während die Leitung 46 zwischen den auf der Hochdruckseite der Pumpe gelegenen Teil der Leitung 26a und den auf der Hochdruckseite der Pumpe 36 gelegenen Teil der Leitung 28a verbindet.

Ferner ist der auf der Hochdruckseite der Pumpe 36 gelegene Teil der Leitung 28a über eine Absorptionsmittelleitung 52, die eine Drossel 54 enthält, mit dem auf der Niederdruckseite der Drossel 38 gelegenen Teil der Absorptionsmittelleitung 28b¹ verbunden.

Die Austauscheinheiten C, D, C·, D·, E und F bilden einen zweistufigen Wärmetransformator, so daß die vorliegende Einrichtung auch bei niedrigen Eingangswärmetemperaturen von beispielsweise nur 30 bis 40 ⁰C brauchbare Nutz- oder Ausgangswärmetemperaturen zu liefern vermag. Die Antriebswärme (z.B. die Abwärme eines Kraftwerks) wird über eine Leitung 56 zuerst der Austauscheinheit C und von dieser dann der Austauscheinheit E zugeführt. In Schwachlastzeiten reicht es aus, nur den zweistufigen Wärmetransformatorteil zu benutzen, dem die Nutzwärme dann bei D entnommen wird. Durch die Zweistufigkeit erhält man einen höheren Temperaturhub, allerdings auf Kosten des Wirkungsgrades der für den zweistufigen Wärmetransformatorteil theoretisch 1/3 beträgt.

Die beschriebene Einrichtung kann mit dem Arbeitsmittelsystem ΝΗ,/Η^Ο arbeiten. Nimmt man an, daß die Temperatur·= differenz zwischen der jeweiligen Austauscheinheit oder Komponente und dem Wärmeträger etwa 5 ⁰C beträgt, die Außentemperatur etwa 0 ⁰C sei und die Temperatur der Eingangswärme etwa 30 ⁰C betrage, und daß beim Wärmetausch jeweils das Gegenstromprinzip konsequent ausg@~ nützt wird, so ergeben sich die folgenden typischen Betriebs= daten:

	"" 11	, 5 bar	Tabelle I	^TD	-25 ⁰C
	- 9	bar	(ungefähre Werte)		'-33-38
P₁	- 5	bar	- -		-
Ρΐ		- T_c ⁽ -20 ⁰C
P₀		T =5 ^eC T- -13-20 ⁰C

45-50 ⁰C

Bei 0 ⁰C Außentemperatur und 30 ⁰C Eingangswärmetemperatur läßt sich also eineAusgangswärmetemperatur (Heizung-Vorlauf temperatur) von 45 ⁰C erzielen, was normalerweise ausreicht. Mit Eingangswärme von 40 ⁰C und Außentemperaturen um 0 "C lassen sich mit dem zweistufigen Wärmetransformatorteil Ausgangswärmetemperaturen um 60 ⁰C erreichen.

Durch die Kopplung der Absorptionsmittelkreisläiafe (Lösungsmittelkreisläufe) 26 und 28 läßt sich der zweistufige Wärmetransformatorteil in vorteilhafter Weise an sinkende Außentemperaturen T_Q anpassen und man kann dadurch der Forderung nach steigender Nutzwärmetemperatür Q_ genügen. Die Verbindungsleitungen 44 und 46 haben nämlich den Zweck, eine Anreicherung von- Absorptionsmittel im Absorptionsmittelkreislauf 28 zwischen den Austauscheinheiten D und E zu bewirken. Hierfür wird an Arbeitsmittel verarmtes Absorptionsmittel ("arme Lösung", ζ,Β» H₂O oder H^O/LiBr) über die Leitung 46 aus dem Absorptions-

j NACHGERElGHTj

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mittelkreislauf 26 entnommen. In der Praxis ist sowohl der Austauscheinheit E als auch der Austauscheinheit G ein durch ein Rechteck schematisch angedeutetes Absorptionsmittel sammelgefäß 60 bzw. 62 nachgeschaltet, aus dem die jeweiligen Pumpen das Absorptionsmittel entnehmen. Je nach der Größe dieser Absorptionsmittelvorratsgefäße (d.h. der Menge des in ihnen enthaltenen Absorptionsmittels) bzw. dem gesamten Inventar der beiden Absorptionsmittelkreisläufe verschieben sich die Arbeitsbedingungen der beiden Kreisläufe 26 und 28 in gekoppelter Weise. Wenn z.B. der Inhalt des Vorratsgefäßes 62 am Absorptionsmittelausgang der Austauscheinheit G groß ist gegen den Inhalt des Vorratsgefäßes 60 am Absorptionsmittelausgang der Austauscheinheit E, dann ist die temperaturmäßige Verschiebung der Austauscheinheiten A und G bezüglich der von E und D verhältnismäßig klein und umgekehrt.

Wenn das Absorptionsmittel im Absorptionsmittelkreislauf 28 zwischen E und D angereichert wird, kann ihr Druck ρ» auf pi abgesenkt werden, ohne daß sich die Temperatur T„ der Austauscheinheit E verschiebt. Bei Beibehaltung von P₁ verschiebt sich dadurch der Arbeitstemperaturbereich von D zu höheren Temperaturen, wie gestrichelt dargestellt ist. Man kann also den Arbeitsdruckbereich der Austauscheinheiten E, F und G durch Anreicherung des Absorptionsmittels im Absorptionsmittelkreislauf 28 absenken, solange noch gewährleistet ist, daß die Austauscheinheit F noch genügend Wärme Q-, an die Umgebung abgeben kann.

Die beschriebene Absenkung des Arbeitsdruckbereiches p_Q auf pi durch Absorptionsmittelanreicherung läßt sich mit Vorteil auch bei anderen Absorbermaschinen durchführen, z.B. bei der vorgeschlagenen Absorbermaschine gemäß Fig. der deutschen Patentanmeldung P 31 11 552.7, die die Austauscheinheiten C und D¹ nicht enthält.

Bei hohem Nutzwärmebedarf wird der Wärmepumpenteil der beschriebenen Einrichtung in Betrieb genommen, indem der Austauscheinheit A zusätzlich Hcchtemperatur-"Aniris]bs~ wärme Q. zugeführt wird. Man kann dann aus der Austauscheinheit B zusätzliche Nutzwärme Q_n entnehmen. Der austauscheinheit C wird zweckmäßigerweise ein Arbeitsmittel-Sammelgefäß (nicht dargestellt) vorgeschaltet„ an das die Leitungen 12, 18 und 30 sowie der Arbeitsmitteleingang der Austauscheinheit C angeschlossen sind. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn aus dem Wärmepumpenteil kondensiertes Arbeitsmittel aus der Austauscheinheit B über die Leitung 12 zufließt.

Auch der Wärmepumpenteil kann mehrstufig ausgebildet wer=· den, z.B. indem man noch zwei zusätzliche Äustauscfieinhei'= ten A¹ und G¹, die durch einen Absorptionsmittellsreislauf 26* gekoppelt sind, vorsieht. Die AustauscfeeinfaeiteB A' und A sind durch eine Arbeitsmittelleitung 64 verbunden, die Austauscheinheiten G und G' durch eine Arbeitsmittelleitung 66. Zwischen den Austauscheinheitera 6° und A kann vorteilhafterweise ein innerer Wärmetausch durchgeführt werden, was durch einen Wärmeta«scherkreis° lauf 68 versinnbildlicht ist.

Der Austauscheinheit A¹ wird HochtemperaturarbeitswSrme Q-, zugeführt und der dadurch ausgetriebene Arbeitsmittel-= dampf strömt durch die Leitung 64 und durch Coder um]) die Austauscheinheit A zu der als Kondensator arbeitenden Aüstauscheinheit B. Der Austauscheinheit Ä wird Wärme durch inneren Wärmetausch aus der Austauscheinheit G" zugeführt« Hierdurch wird Arbeitsmittel aus dem von der Austauscheinheit G über den Äbsorptionsmittelkreislauf 26 zugeführten, mit Arbeitsmittel beladenen Absorptions-» mittel ausgetrieben und das ausgetriebene Arbeitsmittel strömt über die Leitung 10 in die Austauscheinheit B„

I NACHeERBOHT I

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Das Arbeitsmittel aus A¹ und A kondensiert in B und die Kondensationswärme kann als Nutzwärme Q_ entnommen werden.

Beim Zuschalten der Austauscheinheiten G, A und B des Wärmepumpenteiles kann der Wärmetransformatorteil in der beschriebenen Weise weiterarbeiten. Den Austauscheinheiten E und C wird weiterhin Niedertemperatur-Antriebswärme zugeführt. Ein Teil des in der Austauscheinheit E ausgetriebenen Arbeitsmittels strömt jedoch nun nicht mehr nach F, sondern nach G.

Schaltet man die Austauscheinheit F ganz ab, so arbeitet der verbleibende Rest der Einrichtung als Wärmepumpe mit dem theoretischen Wirkungsgrad 5/2, der etwas kleiner ist als der theoretische Wirkungsgrad 3 eines einstufigen Wärmetransformators, dafür ergibt sich jedoch eine höhere Temperatur T_ der Nutzwärme Q_Q.

Wenn die Austauscheinheit F abgeschaltet ist, sinkt p₀ wegen der Erhöhung der Absorptionsmittelkonzentration im Absorptionsmittelkreislauf 28 ab und die Arbeitstemperaturen der Austauscheinheiten D¹ und D steigen an. Es ist dann auch möglich, den verbleibenden Rest des Wärmetransformatorteiles (ohne F) einstufig zu betreiben, d.h. die Nutzwärme nicht zum Teil aus D sondern ganz aus D¹ zu entnehmen. In C und D findet dann kein Wärmeumsatz statt. Der Wirkungsgrad erhöht sich dadurch von 5/2 auf 6/2 = 3. Voraussetzung für einen solchen Betrieb ist,daß die Nutzwärmetemperatur T₁ hoch genug ist.

Selbstverständlich ist auch ein Mischbetrieb möglich, d.h. Entnahme von Nutzwärme sowohl aus D als auch aus D¹.

Die Erhöhung der Arbeitstemperaturen der Austauscheinheiten D und G bei Absinken der Umgebungstemperatur durch Lösungs-, mittelaustausch über die Leitungen 44 und 46 kann in der beschriebenen Weise auch dann erfolgen, wenn F ganz außer Betrieb ist. Der Lösungsmittelaustausch wird wie oben entweder über den Druck p_Q oder die Temperatur T der Austauscheinheit D gesteuert.

Typische Betriebsdaten für den Wärmepumpenbetrieb sind in der folgenden Tabelle II für die Nutzung von Eingangswärme von ca. 30 °C bis 40 ⁰C aufgeführt. Es sei dabei angenommen ,'daß der Wärmeträger der Eingangswärme auf etwa 10 ⁰C abgekühlt wird. Das Arbeitsmittelsystem ist wieder beispielsweise ΝΗ^/Η,Ο:

	- 25	bar	-	Tabelle II	⁰C	^TA	-150
	~ 8	bar	^TC '		⁰C
P2	-1/	5 bar	^TE *	(ungefähre Werte)
Pi			^TB -
P₀			. 15 ⁰C T₀ "
	. 5-15 ⁰C T„ - G
	. 58 ⁰C
" 50-60
. 50-60

Die beschriebene Einrichtung mit den zusätzlichen Austauscheinheiten A' und G¹ und dem inneren Wärmetausch zwischen den Austauscheinheiten G¹ und A ergibt auch ohne die Austauscheinheiten C und D¹ eine vorteilhafte Kältemaschine. Die Kälteleistung wird bei E und C erzeugt. Die Abwärme wird aus B, D und G entnommen«, Die theoretische Leitungsziffer für Kälte ist 4 (für Wärme ist sie 5).

I NACHeERElQHT

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Typische Prozeßdaten für eine solche Kältemaschine sind in der folgenden Tabelle III aufgeführt, wobei als Arbeitsmittelsystem wieder Ammoniak/Wasser bzw. Ammoniak/ wässrige Lithiumbromidlösung angenommen wurden.

Tabelle III
(ungefähre Werte)

p_o ~ 12 bar P₁ - 6 bar

~ ⁸ °^C

τ .	⁰C	T	-90-105	⁰C	τ·	-160 -
				^A	180 ^c
V		—			-
. 30 ⁰C

.30-40

p_n - 2 bar T_ ~ 0-8 ⁰C T„ ~30-40 ⁰C T' ~110-125°C

Die Abwärmetemperaturen liegen also bei etwa 30 ⁰C und die Kühlleistung beträgt nahezu 10 ⁰C, so daß sich eine solche Kältemaschine auch gu't als Klimaanlage eignet.

Auch bei Verwendung der Austauscheinheit A¹, A, G¹, G, C, D, C, D¹ und E der beschriebenen Einrichtung ergibt sich eine interessante Kältemaschine mit dem Wirkungsgrad 3 für Kälte. Die Nutzkälte wird bei C und E entnommen, die Abwärme tritt bei D auf. Hier sind etwas höhere Abwärmetemperaturen zulässig als bei der oben erwähnten Kältemaschine mit den Austauscheinheiten A¹, A, G', G, C, D und E.

Selbst ohne die Austauscheinheiten A¹ und G¹ ist die Einrichtung mit den Austauscheinheiten A, G, C, D, C, D¹ und E eine neue interessante Kältemaschine, bei der die Temperaturen der von den Austauscheinheiten B, D und G abgegebenen Abwärmen trotz tiefer Temperaturen der in den Austauscheinheiten C und E erzeugten Nutzkälte verhältnismäßig hoch liegen, so daß sich diese Einrichtung gut als Klimaanlage eignet.

Es ist auch möglich, die Temperaturen und Drücke so zu wählen, daß die Arbeitstemperatur der Austauscheinheit C tiefer liegt als die Arbeitstemperatur der Austauscheinheit D. In diesem Falle läßt man dann das Wärmeträgerfluid für die Eingangswärme zuerst durch die Austauscheinheit E und dann durch C strömen.

Der zweistufige Wärmetransformatorteil könnte im Prinzip auch so aufgebaut sein, wie es in Fig. 1 der deutschen Patentanmeldung P 31 11 552.7 beschrieben 1st. In diesem Falle muß dann allerdings ein zusätzlicher Absorptionsmittelkreislauf mit einer weiteren Absorptionsmittelpumpe vorgesehen sein.

Die Antriebswärme kann auch in die Austauscheinheiten E, C und C eingespeist werden, wobei dann die Nutzwärmeentnahme aus den Austauscheinheiten D¹ und D erfolgt. In die·= s em Falle ist dann kein innerer Wärmetausch ζ v/i sehen C und D* möglich. Bei einer solchen Einrichtung ist der Wirkungsgrad 1/2 für den Wärmetransformatorteil und 3 für den Wärmepumpenteil.

Die durch den Absorptionsmittelkreislauf 26 gekoppelten Aus·=· tauscheinheiten A und G des Wärmepumpenteiles können auch durch einen Kompressor K¹ ersetzt werden. Der Wärmepumpen=· teil arbeitet dann auf dem Prinzip einer Kompressor-Wärmemaschine, wie es in der deutschen Patentanmeldung P 31 16 788.9 unter Bezugnahme auf Figur 6 erläutert ist. Im Prinzip arbeitet eine solche Einrichtung ebenso wie es anhand der Einrichtung mit den Austauscheinheiten A und G beschrieben wurde. Selbstverständlich entfallen die Leitungen 44 und 46. Schaltet man die Austauscheinheit G ab, z.B. durch Stillsetzen der Pumpe 20, so arbeitet die Einrichtung als Kompressorkältemaschine oder Kompressor-Wärmepumpe, die im Vergleich zu einer einfachen Kompressor-Kältemaschine oder -Wärmepumpe (z.B. K', B, F) den doppelten Wirkungsgrad hat, also für Kälte den Wirkungsgrad 4 und

.. .. . (NACHQEREIOHT

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für Wärme den Wirkungsgrad 5 bei gleicher Kompression des Kompressors. Dafür ist allerdings der Temperaturhub kleiner, was jedoch in vielen Fällen polariert werden kann.

Wenn die Einrichtung anstatt des Kompressors K' eine Expansions-Arbeitsmaschine enthält und das Drosselventil 14 durch eine Pumpe ersetzt wird, stellt die Einrichtung K¹, B, D, E und C eine Wärmekraftmaschine dar, mit der eine relativ kleine Temperaturdifferenz zur Arbeitsleitung nutzbar gemacht werden kann. Die Wärmezufuhr erfolgt bei B und D, die Abwärme wird E und C entnommen.

Die Einrichtung mit dem Kompressor K' und den Austauscheinheiten B, C, D, C, D¹, E und F stellt einen Wärmetransformator dar, der Eingangswärme relativ niedriger Temperatur gut auszunutzen vermag und dem eine Wärmepumpe parallelgeschaltet ist, der Nutzwärme aus den Austauscheinheiten D und zusätzlich B entnommen werden kann. Diese Einrichtung ist für die Nutzbarmachung von kalter Fernwärme gut geeignet.

Der Wärmepumpenteil kann schließlich auch sowohl die durch den Absorptionsmittelkreis 26 gekoppelten Austauscheinheiten A, B und einen Kompressor enthalten, der dann ähnlich wie die Austauscheinheiten A¹ und G¹ zwischen die Leitungen 64 und 66 geschaltet wird. Wenn der Kompressor durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, kann dessen Abwärme in vorteilhafter Weise in die Austauscheinheit A eingespeist werden.

Ferner kann der beschriebene Absorptionsmittelaustausch zwischen den Kreisläufen 26 und 28 durchgeführt werden, durch Anreicherung des an Arbeitsmittel armen Absorptions-

mittels im Kreislauf 28 läßt sich wieder der Druck in E absenken. Der Wärmetransformatorteil kann auch einstufig betrieben werden, so daß sich dann eine höhere Leistung®= ziffer ergibt und D' eine höhere Nutzwärmetemperatur erzeugt. Bei einstufigem Betrieb des Wärme transforina to rteils brauchen die Austauscheinheiten C und D nicht abgeschaltet zu werden, es genügt Vielmehr, wenn man in C zusätzliche Antriebswärme einspeist, so sowohl in D als auch D¹ entsteht.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

( 1,)Einrichtung zum Nutzbarmachen von Wärmeenergien mit einem Wärmetransformatorteil und einem Wärmepumpenteil, welche Austauscheinheiten enthalten, die in einem ersten, niedrigen Druckbereich (p_Q) oder einem"zweiten, mittleren Druckbereich (p^) oder einem dritten, hohen Druckbereich (P₂) ^un(^ innerhalb dieser Druckbereiche jeweils in unterschiedlichen Temperaturbereichen arbeiten, wobei der Wärmetransformatorteil eine erste und eine zweite, im ersten, niedrigen Druckbereich ip_Q) arbeitende Austauscheinheit (F bzw. E), von denen die erste CF) in einem niedrigeren Temperaturbereich arbeitet als die zweite (E), ferner eine diese Äustauscheinheiten ver-

IANKKONTO HVPOBANK MÖNCHEN (SLZ 700 200 40) KVQ. 6060 30737Q GWIFT HVPO DB MM

NACHGEREJQHT|

2400? /Γ^:..^::..^: ~ .:.

bindende erste Arbeitsmittelleitung (22), weiterhin eine dritte und eine vierte, im zweiten mittleren Druckbereich (p-) arbeitende und durch eine zweite Arbeitsmittelleitung (16) verbundene Austauscheinheit (C bzw. D), von denen die dritte (C) in einem niedrigeren Temperaturbereich arbeitet als die vierte (D), eine die erste und die dritte Austauscheinheit (F, C) verbindende dritte Arbeitsmittelleistung (18), in die eine Druckänderungsvorrichtung (20) geschaltet ist, und einen die zweite und die vierte Austauscheinheit (E, D) koppelnden ersten Absorptionsmittelkreislauf (28) enthält, und wobei der Wärmepumpenteil mindestens eine im dritten, hohen Druckbereich (p2> arbeitende fünfte Austauscheinheit (B), ferner eine diese Austauscheinheit mit der zweiten Austauscheinheit (E) koppelnde, arbeitsmittelführende und dessen druckändernde Anordnung (C, 26A; K¹) sowie eine vierte Arbeitsmittelleitung (12), die die fünfte und die dritte Austauscheinheit (C, D) verbindet und in die eine Druckänderungsvorrichtung (14) geschaltet ist, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine sechste und eine siebte, durch eine fünfte Arbeitsmittelleitung (34) verbundene Austauscheinheit (C, D¹) vorgesehen sind, die in einem vierten Druckbereich (Pg^ der zwischen dem ersten niedrigen Druckbereich (P_n) und dem zweiten mittleren Druckbereich (p.) liegt, arbeiten, vorgesehen sind, von denen die sechste Austauscheinheit (C') in einem niedrigeren Temperaturbereich arbeitet als die siebte (D¹); daß die dritte und die sechste Austauscheinheit (C, C) durch eine sechste Arbeitsmittel leitung (30), die eine Druckänderungsvorrichtung (32) enthält, gekoppelt sind, und daß die siebte Austauscheinheit (D¹) in den ersten Absorptionsmittelkreislauf (28) geschaltet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die die fünfte Austauscheinheit (B) mit der zweiten Austauscheinheit (E) koppelnde Anordnung eine achte und eine neunte Austauscheinheit. (G, A) enthält, die im niedrigen bzw. hohen Druckbereich (p_Q bzw. p₂) arbeiten und durch einen zweiten Absorptionsmittelkreislauf (26) ge= koppelt sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der erste und der zweite Absorptionsmittelkreislauf (28 bzw. 26) durch eine Leitungsanordnung (44, 46) gekoppelt sind, durch die dem einen Arbeitsmittelkreislauf Absorptionsmittel,, das vergleichsweise arm an Arbeitsmittel ist, aus dem anderen Absorptionsmittelkreislauf zuführbar ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d"u r c h gekennzeichnet , daß die die fünfte tauscheinheit (B) mit der zweiten Austauscheinheit koppelnde Anordnung einen Kompressor (K") enthält und daß die Druckänderungsvorrichtung (14) in der vierten Arbeitsmitteleitüng (12) eine Drossel ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die fünfte äus~ tauscheinheit (B) mit der zweiten Austauscheinheit

(E) koppelnde Anordnung eine Expansionsmaschine zum Erzeugen mechanischer Arbeit enthält und daß die Druckänderungsvorrichtung in der vierten Arbeitsmittelleitung eine Pumpe ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die fünfte Austauscheinheit (B) mit der zweiten

Austauscheinheit (E) koppelnden Anordnung (G, 26, A°, /

K) eine zehnte und eine elfte Austauscheinheit {&>'„ G⁰) '*■"

NACHGEREiQHT

-A-

nachgeschaltet sind, die durch einen dritten Absorptionsmittelkreislauf (26') gekoppelt sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die achte Austauscheinheit (G) über eine siebte Arbeitsmittelleitung (66) mit einer zehnten Austauscheinheit (G¹) gekoppelt ist, die im ersten, niedrigen Druckbereich (p_Q) und in einem Temperaturbereich arbeitet, der über dem liegt, in dem die achte Austauscheinheit arbeitet; daß die zehnte Austauscheinheit über einen dritten Absorptionsmittelkreislauf (26) mit einer elften Austauscheinheit (A¹) gekoppelt ist, die im dritten, hohen Druckbereich (p_) arbeitet, mit der neunten Austauscheinheit (A) über eine achte Arbeitsmittelleitung (64) verbunden ist und in einem höheren Temperaturbereich arbeitet als die neunte Austauscheinheit (A), und daß eine Vorrichtung (68) zum Wärmetausch zwischen der zehnten und der neunten Austauscheinheit (G¹, A¹) vorgesehen ist.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (42) zum Wärmetausch zwischen der dritten und der siebten Austauscheinheit (C, D¹) vorgesehen ist.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritten Austauscheinheit (C) ein Arbeitsmittel-Vorratsgefäß zugeordnet ist.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Absorptionsmittelkreislauf (28) eine die

zweite Austauscheinheit (E) mit der vierten Austauscheinheit (D) verbindende Leitung (28a) enthält, in die eine Pumpe (36) geschaltet ist/ die an Arbeitsmittel reiches Absorptionsmittel von der zweiten in die vierte Austauscheinheit fördert und daß zwischen die zweite Austauscheinheit (E) und die Pumpe (36) ein Arbeitsmittel-Vorratsgefäß (60) geschaltet ist.