DE3205872A1

DE3205872A1 - Einrichtung zum nutzbarmachen von waermeenergie

Info

Publication number: DE3205872A1
Application number: DE19823205872
Authority: DE
Inventors: Georg Prof.Dr. 8000 München Alefeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-02-18
Filing date: 1982-02-18
Publication date: 1983-08-25

Description

18. Februar 1982 11217 Dr.v.B/Ri

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

Einrichtung zum Nutzbarmachen von Wärmeenergie

(Zusatz zu P 31 11 552.7)

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung Schaltungen für Arbeitsmittel- und Absorptionsmittel-Leitungen von mehrstufigen Einrichtungen, wie sie in den deutschen Patentanmeldungen P 31 11 552.7, P 31 788.8, P 31 24 007.0, P 31 32 461.4 und der am 12.2.1982 als Zusatz zu P 31 11 552.7 eingereichten Anmeldung vorgeschlagen worden sind.

Durch die im folgenden beschriebenen Leitungsschaltungen sollen die Variationsmöglichkeiten der vorgeschlagenen Einrichtungen zum Nutzbarmachen von Wärmeenergie vermehrt werden, so daß eine weitergehende Optimierung an die jeweils zu lösende Aufgabe möglich ist.

Einige der im folgenden angegebenen Leitungsschaltungen sind besonders vorteilhaft, da bei ihnen Austauscheinheiten, die von einem Arbeitsmittel-Teilstrom ohne Phasenänderung durchströmt werden, für eine Temperaturänderung dieses Teilstromes ausgenutzt werden.

Die Lehren der vorliegenden Erfindung lassen sich sowohl auf Arbeitsmittelleitungen als auch auf Absorptionsmittel-

leitungen (Lösungsmittelleitungen) anwenden.

Bezüglich der im folgenden verwendeten Terminologie wird auf die Defintionen in der Hauptanmeldung und den anderen oben erwähnten älteren Anmeldungen verwiesen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Leitungsschaltungen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung der Schaltung einer Einrichtung zum Nutzbarmachen von Wärmeenergie, welche zwei Absorberkreisläufe enthält, die zwei

Austauschereinheiten gemeinsamen haben;

Figur 2, 3 und 4 schematische Darstellungen der Schaltungen weiterer vorgeschlagener Einrichtungen zum Nutzbarmachen von Wärmeenergie;

Figur 5 vier verschiedene Arbeitsmittelleitungsschaltungen zum Verbinden von drei Austauscheinheiten, die im wesentlichen auf dem gleichen Druckniveau arbeiten;

Figur 6 eine schematische Darstellung von Schaltungen, wie sie sich auf der Basis der Schaltung gemäß Figur 1 durch verschiedene Kombinationen der Ar-■ beitsmittelleitungsschaltungen gemäß Figur 5 ergeben;

Figur 7 eine schematische Darstellung einer bekannten

Maschine , die nicht beansprucht wird; 35

Figur 8 eine Schaltung mit einem Absorberkreis und einem Arbeits- oder Druckmaschinenkreis, bei dem die

Leitungsschaltungen gemäß Figur 6 analog ange

wendet werden können;

Figur 9 eine schematische Darstellung der möglichen Verbindungsleitungen zwischen vier Austauscheinheiten,

die im wesentlichen auf dem gleichen Druckniveau arbeiten;

Figur 10 eine schematische Darstellung verschiedener Möglichkeiten, drei auf verschiedenen Druckniveaus arbeitende Austauscheinheiten durch flüssiges Lösungsmittel führende Leitungen zu verbinden und

Figur 11 verschiedene Möglichkeiten der Verbindung von

drei auf verschiedenen Druckniveaus arbeitenden Austauscheinheiten durch Absorptionsmittelkreisläufe.

Bei vielen der vorgeschlagenen Schaltungen arbeiten drei oder mehr Austauscheinheiten auf dem gleichen Druckniveau. Dies gilt beispielsweise für die Austauscheinheiten A, B und C in den Schaltungen gemäß Figur 1 und 2.

Ferner kommt es bei den vorgeschlagenen Einrichtungen häufig vor, daß drei oder mehr Austauscheinheiten, die auf wesentlich verschiedenen Druckniveaus arbeiten, durch Leitungen, die flüssiges Arbeitsmittel führen, oder durch Leitungen, die Teile eines Absorptionsmittelkreislaufes bilden, miteinander verbunden sind. Dies gilt beispielsweise für die Austauscheinheiten A, C, E sowie B, D, F in Figur 3 und die Austauscheinheiten B, D, G in Figur

Im Falle von drei Austauscheinheiten A, B, C, die im wesentlichen auf dem gleichen Druckniveau arbeiten, gibt es die in Figur 5 dargestellten vier Möglichkeiten, die

Austauscheinheiten durch (gasförmiges Arbeitsmittel führende) Arbeitsmittelleitungen so miteinander verbinden, daß ein vollständiger Arbeitsmittelkreislauf (z.B. in einer Schaltung gemäß Figur 1 oder 2) gewährleistet ist. Die vierte Schaltung in Figur 5 weist eine Überbrückungsleitung (Bypass) auf. Die zwei Austauscheinheiten verbindenden Leitungen sind jeweils mit einem der Buchstaben a, b oder c bezeichnet.

Figur 6 zeigt die 16 Möglichkeiten, die sich ergeben, wenn man bei einer Schaltung gemäß Figur 1 die im höheren Druckniveau p1 arbeitenden Austauscheinheiten A, B, C und die im niedrigeren Druckniveau pO arbeitenden Austauscheinheiten D, E, F jeweils durch verschiedene Leitungsverbindungen der in Figur 5 dargestellten Art zusammenschaltet. Die erste bzw. zweite Ziffer der zweistelligen Zahlen, mit denen die Schaltungen gemäß Figur 6 bezeichnet sind, bedeuten die Nummer der Leitungsverbindung gemäß Figur 5, die zur Verbindung der auf dem oberen bzw. unteren Druckniveau arbeitenden Austauscheinheiten verwendet worden ist.

Besonders bevorzugt sind Wärmepumpen mit den Schaltungen in der ersten Zeile und in der ersten Spalte der Figur 6. Bei Wärmepumpen mit den in der ersten Zeile der Figur 6 dargestellten Schaltungen 11 bis 14 wird das gasförmige Arbeitsmittel in B rektifiziert und gekühlt. Bei Wärmepumpen mit den in der ersten Spalte der Figur 6 dargestellten Schaltungen wird das aus der Austauscheinheit F kommende gasförmige Arbeitsmittel in der Austauscheinheit

E erwärmt. - .

Bei Schaltungen mit den Leitungsverbindungen Figur 5/2 oder Figur 5/3 wird ein Druckabfall in der Austauscheinheit B bzw. E vermieden.
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_ Q —

Nicht beansprucht wird die in Figur 7 dargestellte Einrichtung oder Schaltung gemäß Figur 6/34, bei der ein durch eine Wellenlinie angedeuteter vollständiger innerer Wärmeaustausch zwischen den Austauscheinheiten B und D stattfindet.

Die im Zusammenhang mit Figur 5 und 6 gemachten Ausführungen gelten auch für Schaltungen, die einen Absorberkreislauf und einen Arbeits- oder Druckmaschinenkreislauf enthalten. Eine solche Schaltung, welche der Schaltung gemäß Figur « entspricht, ist in Figur 8 dargestellt. Es gibt also die

gleichen Leitungsschaltungen, wie sie in Figur 6 dargestellt sind, wobei das Austauscheinheiten-Paar A, D jeweils durch eine Druckmaschine W (Kompressor, Expansionsmaschine) ersetzt ist.

Besonders bevorzugt ist die Figur 6/13 entsprechende Schaltung mit einem Kompressor als Druckmaschine, bei einer solchen Schaltung wird das gasförmige Arbeitsmittel in der Austauscheinheit F gekühlt, bevor es in den Kompressor W eintritt. Ferner wird die überhitzungswärme des aus dem Kompressor W austretenden, komprimierten gasförmigen Arbeitsmittels in B nutzbar gemacht. Zwischen den Austauscheinheiten C und E findet dabei vorzugsweise ein vollständiger innerer Wärmetausch statt.

Wenn die Arbeitsmaschine W eine Expansionsmaschine ist, wird die Schaltung analog Figur 6/12 bevorzugt. Das in C verdampfte Arbeitsmittel wird bei dieser Schaltung in B überhitzt, bevor es in der Arbeitsmaschine entspannt wird.

Wenn eine Einrichtung der hier interessierenden Art vier miteinander verbundene Austauscheinheiten, die auf ein und demselben Druckniveau arbeiten, enthält, sind die

in Figur 9 dargestellten Leitungsverbindungen a bis f zwischen diesen vier Austauscheinheiten möglich.

.Es gibt 16 Möglichkeiten, alle Austauscheinheiten H, I, K und L ohne Verwendung einer Überbrückungsleitung (Bypass) zu verbinden:

abc bed

a b d b c f

abe bde

acd bdf

ace bef

a c f ede

adf c e f

a e f d e f

Es gibt 15 Möglichkeiten mit einer Überbrückungsleitung:

abcd acef

abce adef

abcf bcde

abde bcdf

_ abdf bcef

abef bdef

a c d e c d e f

a c d f

Es gibt 6 Möglichkeiten mit zwei Überbrückungsleitungen:

30- abcde . . abdef

abcdf acdef

abcef bcdef

Schließlich gibt es eine Möglichkeit mit drei Überbrückungs· leitungen:

a b c d e f

-ιοί Für die flüssiges Arbeitsmittel führenden Leitungen zwischen drei auf verschiedenen Druckniveaus arbeitenden Äustauscheinheiten, wie den Austauscheinheiten B, D und F in Figur 3 und 4 gelten ähnliche Überlegungen. Jede Leitung, die flüssiges Arbeitsmittel führt und zwei auf verschiedenen Druckniveaus arbeitende Austauscheinheiten verbindet, kann entweder eine Drossel oder eine Pumpe enthalten. Für die Leitungsverbindungen zwischen den drei Austauscheinheiten gibt es dann die in Figur 10 dargestellten Möglichkeiten (wenn man Überbrückungsleitungen außer Betracht läßt, die selbstverständlich im Prinzip ebenfalls verwendet werden können).

Für Lösungsmittelkreisläufe zwischen drei auf verschiedenen Druckniveaus arbeitende Austauscheinheiten, z.B. zwischen den Austauscheinheiten A, C, E und gegebenenfalls zusätzlich zwischen den Austauscheinheiten B, D und F in Figur gibt es die in Figur 11 dargestellten Möglichkeiten. Auch hier sind nur solche Möglichkeiten dargestellt, bei denen keine Überbrückungsleitungen auftreten. Ob in einem Kreislauf die Drossel links und die Pumpe rechts dargestellt sind oder umgekehrt, soll nichts bedeuten.

Die ersten 6 Absorptions- oder Lösungsmittelkreislaufschaltungen Figur 11a bis Figur 11 ff können in Arbeitsmittelkreisläufen, in denen das Arbeitsmittel im Uhrzeigersinn umläuft, vorkommen oder in solchen, in denen das Arbeitsmittel im Gegenuhrzeigersinn umläuft. Die letzten drei Absorptionsmittelkreislauf schaltungen Figur 11g bis Figur 11h enthalten jeweils zwei geschlossene' Absorptionsmittelkreisläufe mit von einander unabhängiger Umlaufrichtung des Absorptionsmittels, also für jede dieser Schaltungen gibt es vier Kombinationen.

Es werden Arbeitsmittelleitung-Schaltungen sowie Absorptionskreislauf-Schaltungen für Einrichtungen zum Nutzbarmachen von Wärmeenergie beschrieben, die mindestens einen vier Austauscheinheiten enthaltenden ersten Arbeitsmittel-Kreislauf, und mindestens einen zweiten Arbeitsmittel-Kreislauf, der zwei weitere Austauscheinheiten oder eine Druckmaschine enthält, aufweisen.

Claims

DR. DIETER V. BEZOLD

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ

DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MARIA-THERESIA-STRASSE 22 POSTFACH 86 02 60

D-8OOO MUENCHEN 86

ZUGELASSEN BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRESENBREVETSEUROPEENS

TELEFON 089/4 70 60 06 TELEX 522 638 TELEGRAMM SOMBEZ

18. Februar 1982 11217 Dr.v.B/Ri

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

Einrichtung zum Nutzbärmachen von Wärmeenergie

(Zusatz zu P 31 11 552-7)

Patentansprüche

/ 1.J Einrichtung zum Nutzbarmachen von Wärmeenergie mit mindestens —einem Absorberkreis, der vier Austauscheinheiten (B, C, E, F) enthält, die durch Leitungen, welche ein Arbeitsmittel und gegebenenfalls ein Absorptionsmittel führen, in einen Arbeitsmittelkreislauf geschaltet sind und von denen eine erste

(B) auf einem ersten Druckniveau und in einem ersten Temperaturbereich arbeitet, eine zweite (C) auf dem ersten Druckniveau und in einem zweiten Temperaturbereich, der unter dem ersten liegt, arbeitet, eine dritte (E) auf einem zweiten Druckniveau, das niedriger ist als das erste, und in einem vierten Tempe-

OSTSCHECK MÖNCHEN NH. 69Mt-BOO · BANKKONTO IIYPOBANK MÖNCHEN (BLZ 700300401 KTO. 6060987378 SWIFT HYPO Pt MM

raturbereich, der unter dem ersten liegt, arbeitet, und eine vierte (F) auf dem zweiten Druckniveau und in einem Temperaturbereich, der unter dem zweiten Temperaturbereich, liegt, arbeitet, und mit einem zweiten Arbeitsmittelkreislauf, welcher zwei Austauscheinheiten mit dem ersten Arbeitsmittelkreislauf gemeinsam hat und zwei weitere Austauscheinheiten (A, D ) oder eine Druckmaschine (W) enthält, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Austauscheinheit (B) zur Rektifikation und/oder Kühlung von gasförmigem Arbeitsmittel dient.
2. Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei der zweite Arbeitsmittelkreislauf eine arbeitsleistende Expansionsmaschine enthält, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Austauscheinheit (B) als überhitzer des in der zweiten Austauscheinheit (C) erzeugten gasförmigen Arbeitsmittels dient.

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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der zweiten

ι und der dritten Austauscheinheit (C, E) ein vollständiger innerer Wärmeaustausch stattfindet. 25
4. Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei der zweite Arbeitsmittelkreislauf einen Kompressor enthält, dadurch gekennzeichnet , daß die überhitzungswärme des vom Kompressor verdichteten gasförmigen Arbeitsmittels in der ersten Austauscheinheit (B), in die der Kompressor fördert, zum Austreiben dient.
5. Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ', bei welchem der zweite Arbeitsmittelkreislauf einen

Kompressor enthält,. dadurch gekennzeichnet , daß die vierte Austauscheinheit (F) zur Abkühlung des vom Kompressor angesaugten gasförmigen Arbeitsmittels dient (Schaltung analog Figur 6/13 bis Figur 6/43) ·
6. Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch eine Schaltung gemäß Figur 6 mit Ausnahme der Schaltung gemäß Figur
7. Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch eine Absorptionsmittelkreislauf schaltung gemäß Figur