DE7610398U1

DE7610398U1 - Waermepumpe zum waermeaustausch zwischen gasfoermigen und/oder fluessigen koerpern

Info

Publication number: DE7610398U1
Application number: DE19767610398
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1976-04-03
Publication date: 1977-01-27
Also published as: CH606926A5; SE7604225L; FR2307227B1; FR2307227A1; DE2614430A1

Description

CEM 1438 D Ke./Kn.

22.10.76

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

/'Wärmepumpe zum Wärmeaustausch zwischen gasförmigen und/oder flüssigen Körpern, y

Die vorliegende Neuerung bezieht sieh auf eine Uebertragung der thermischen Energie und betrifft eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen gasförmigen und/oder flüssigen Körpern.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Restwärme der thermischen Kraftwerke in die Verbraucherzentren der Wärme auf

wird.

einem niedrigen Niveau (Heizung in Städten, Heizung der Treibhäuser) zu transportieren. 13s ist vorteilhaft, wenn für den Transport die latente Wärme eines wärmetragenden gasförmigen oder flüssigen Körpers in Dampfform ausgenützt

Die .alkene chaf ten dieses bekennten Verfahrens sind folgende: Die Kältequelle des Kraftwerkes wird in einen Boiler mit einem würr.ietragenden gasförmigen oder flüssigen Körper geführt. Der auf diese Weise erhaltene wärmetragende Dampf ist dann in das Verbraucherzentrum in einer Rohrleitung unter Druck geführt. Im Verbraiicherzentrum kann dieser Dampf.in einem Kondensator gekühlt werden, der als Kühlmedium den zu erwärmenden gasförmigen oder flüssigen Körper verwendet.

Der letztgenannte Körper (z.B. Wasser) kann auch auf eine leicht niedrigere Temperatur erwärmt v/erden, als die Temperatur beim Austritt aus dem thermischen Kraftwerk ist; die Differenz der Gasdrücke des Dampfes des wärmetragenden Körpers, die der Differenz der Temperaturen entspricht, kompensiert den Verlust der Wärme des Dampfflusses in der Rohrleitung. Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass ein Rohrnetz mit einem viel kleineren Durchmesser verv/endet wird, als bei einem Transport der Wärme in Form der Eigenwärme des flüssigen Wassers nötig ist, und dass man keine Pumpstation braucht.

7610398 27.01.77

; - 3.

Wenn man passend einen solchen wärmetragenden gasförmi-

gen oder flüssigen Körper wählt, der bei einer gegebenen Temperatur einen viel höheren Druck seines gesättigten

<^: Dampfes aufweist, als der Drude des Wasserdampfe_:s ist

(s,J3. Ammoniak), kann man ebenfalls beträchtlich den Durchmesser des Rohrnetzes gegenüber dem Durchmesser vermindern, der bei einer Verwendung des 'Jasserdampfes aus dem Kraftwerk in der Punktion des wärmetragenden Körpers nötig wäre. Die Wärme kommt jedoch in das Verbraucherzentrum in Form der "iigenwärme mit einem sehr niedrigen Niveau (z.B. 27 0) und in ineisten Fällen, für die sie verwendbar ist, muss ihr Niveau mit einer Wärmepumpe erhöht werden; aber in diesem Fall muss ein thermoelastisches Körper verwendet werden und es ist allgemein nötig, die Wärme in den neuen gasförmigen oder flüssigen Körper mittels eines Austauschers zu übertragen, dessen Dimensionierung oft schwierig ist, wenn man das Sinken der Temperatur begrenzen v/i 11. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, in der Wärmepumpe als

; den Arbeitskörper den wärmetragenden Dampf aus der Trans

portrohrleitung (z.B. den Dampf NH₇) zu verwenden.

Die Erfindung hat zum Gegenstand ein Verfahren und eine Vorrichtung, in denen man direkt einen wärmetragenden gasförmigen oder flüssigen Körper (z.Yu Ammoniak), der im weiteren als primär bezeichnet wird, als den Arbeitskörper in einer Wärmepumpe verwendet, in der die Temperatur der transportierten Wärme erhöht und die Wärme in ein

7610398 27.01.77

« 4

gasförmiges oder flüssiges Medium, im weiteren als sekundär "bezeichnet, wie g,B, ins Wasser, übertragen wird.

In ihrer allgemeinen Form betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wärmeaustausch zwischen gasförmigen und/oder flüssigen Körpern, wobei eine Wärme, die von einer inneren Verdampfungswärme eines primären wärmetragenden gasförmigen ■ oder flüssigen Körpers stammt, an einen anderen sekundären wärmetragenden gasförmigen oder flüssigen Körper , übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre gasförmige oder flüssige Körper in Form eines gesättigten Dampfes in einen mehrstufigen Kompressor eingeleitet wird, dessen jede Stufe serienmässig einer Zelle beigeordnet ist ' und mit der beigeordneten Zelle einen Modul bildet, wobei die Zellen in Serie angeordnet und auf dem Niveau des Kondensates des primären gasförmigen oder flüssigen Körpers mittels kalibrierter Oeffnungen verbunden sind, und dass der sekundäre gasförmige oder flüssige Körper in Richtung der wachsenden, in den Zellen herschenden Drücke in einer Anzahl von Kondensation-Kühlung-Gruppen in Umlauf gebracht wird, wobei die Anzahl der Gruppen in einer entsprechenden Anzahl von aufeinanderfolgenden Zellen angeordnet und wenigst e'ns den Zellen mit höherem Druck, je eine Gruppe in eine Zelle, so beigeordnet wird, dass der Dampf des primären gasförmigen oder flüssigen Körpers in jedem aufeinanderfelgenden Kodul in der Kompressionsstufe adiabatisch komprimiert wird, dann in die Zelle strömt, v/o er im Kontakt mit dem Kondensat gekühlt wird,und danach vor dem Eintritt

7610393 27.01.77

J "" . - I ι * t ι (

in den nächsten Modul in Richtung der wachsenden Drüolce ";^f ; 4ⁿ &^er Gruppe teilweise "lsondensiert/. wi??d> wobei einerseits "'■ 'f.;»:, die Kondensate, 'die ,die Zellen \ in dear .Richtung der abneh* . i menden Drücke durchiliessen, in die genannte Zelle durch _{.._; ·■ ■. die genannten kalibrierten Qeffnungen eintreten, expandier ren und teilweise verdampfen und dor so entstandene Dampf sich au dem Ausfluss aus der Kompressionsstufe hinzufügt, und andererseits der sekundäre gasförmige oder flüssige ., .;. .· ; Körper, der in Richtung der wachsenden Di-ücke zirkuliert, f%: *':· n^n<\X sich in den aufeina^erfolgeiriden Gruppen mit ;dem Empfari^?g' » der Wärme einerseits der Dampfflüsse aus der Kompressions- ' ctufe wad. andererseits des Kondensats des nächsten Moduls erwärmt. .

Räch einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird die -■ Durchflussmenge des Dampfes des primären gasförmigen oder flüssigen Körpers hinter wachsenden Temperaturen progressiv" kondensiert, wobei sich die Durchflussmenge des Dampfes von einem Kodul zu anderem bis zum Ietzterf Modul "vermindern, in dem der Dampf gans kondensiert ist, während die ganze Durchflussmenge des Kondensats des primären gasförmigen oder flüssigen körpers aus dem ersten Modul unter Druck und Temperatur, die Uachbarv/erte des Druckes und der Temperatur des Dampfes des primären gasförmigen oder flüssigen Körpers aufweisen, evakuiert wird, und der sekundäre gasförmige oder flüssige Körper tritt in die erste Zelle ein, die mit dem Eintritt des Dampfes des primären gas-

7610398 27.0177

f-örrniß'en odor flüssigen Körpers direkt verbunden ist, in dem der Dampf schon teilweise kondensiert, und verlässt den letzten Modul mit einer höheren Temperatur, als die Eintrittsteinperatur ist, nachdem er in den Gruppen progressiv erwilrmt worden ist. Der primäre Körper verläsnt also den letsten Modul in flüssiger Form.

I"!an muss notieren, dass der Durchlass des primären gasförmigen oder flüssigen Körpers auf dem Niveau des letzten Moduls ,nur .zwischen dem letzten und dem vorletzten Modul angeordnet wird und dass im letzten Modul keine kalibrierte Oeffnung für den Eintritt des Kondensats vorgesehen ist.

!lach einer Variente der Ausführung tritt die ganze Durchflussmenge des primären gasförmigen oder flüssigen Körpers in die Zelle mit der niedrigsten Temperatur ein und fliesst zuerst durch die Anzahl p-1 der Moduln, in welchen die Gruppen mit dem sekundären gasförmigen oder flüssigen Körper nicht durchgeflossen sind und der in die Zelle eintretende Dampf des primären gasförmigen oder flüssigen Körpers sich mit dem vom Rücklauf und von der Expansion des Kondensates des primären gasförmigen oder flüssigen Körpers stammenden Dampf vermischt, wobei die Durchflussmenge diesen Dampfes des primären gasförmigen oder flüssigen Körpers die ersten p-1 Moduln wachsend durchströmt und dann in den Modul ρ in die Gruppe geführt wird, in die der sekundäre gasförmige oder flüssige Körper mit einer Temperatur, die der Sättigungstemperatur in "bezug auf den in der Zelle herschenden

7610398 27.01.77

Druck im wesentlichen entspricht, fliesst und danach dia weiteren Kodulja durchströmt.

In der boschrieben¹ Variante der Erfindung enthalten die ersten„.p~l Moduln keine Austauschgruppen.

In allen diesen Pällen wird der primäre gasförmige oder flüssige Körper in die Zelle mit der niedrigsten Temperatur geführt,, wobei diese Zelle keiner Kompressionsstufe zugeordnet ist.

Das Verfahren kann bequem an alle Sonderbedingungen für

die Punktionsweise angepasst werden.

jf Daher wird der sekundäre gasförmige oder flüssige Körper

beliebig in die Gruppe der Zelle geführt, v/o die nächste

| . Temperatur in bezug auf die Temperatur des sekundären oder .....

■ flüssigen Körpers~nach~seiner Rückkehr aus dem Speise

umlauf herrscht, v/obei die vorangehenden

Gruppen ausserhalb des Umlaufes sind.

Ebenfalls kann man den Einlass des sekundären gasförmigen oder flüssigen Körpers automatisch als eine Punktion der Abweichungen zwischen den Temperaturen der Zellen und der Temperatur bei der Rücklcehr aus dem Speiseumlauf steuern.

Die Erfindung hat ebenfalls eine Wärmepumpe zum Gegenstand,

7610398 27.01.77

die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen mehrstufigen, eine Einlasstufe für den primären gasförmigen oder flüssigen Körper in Porm des gesättigten Dampfes enthaltenden Kompressor und eine Reihe von Zellen enthält, wobei jede Stufe und eine der Stufe zugeordnete Zelle einen Modul "bilden, die Zellen in Serie angeordnet und auf dem Niveau dos Kondensats des primären gasförmigen oder flüssigen Körpers mittels kalibrierter Oeffnungen verbunden sind, eine Anzahl von Kühlungs-Kondensation-Gruppen in einer entsprechenden Anzahl von aufeinanderfolgenden Zellen angeordnet und wenigstens den Zellen mit höherem Druck, je eine Gruppe in eine Zelle, beigeordnet ist, wobei die Wärmepumpe weiter Kittel zum Einleiten des sekundären gasförmigen oder flüssigen Körpers in die erste Gruppe der genannten · Anzahl, Kittel zum Evakuieren des genannten gasförmigen oder flüssigen Körpers aus der Gruppe der letzten Zelle, die der Stufe mit dem höchsten Druck beigeordnet ist, und Kittel sum Evakuieren des primären gasförmigen oder flüssigen Körpers auf dem iliveau der ersten Zelle im ganz flüssigen Zustand enthält.

Each einem weiteren Kennzeichen der erfindungsgemässen Wärmepumpe ist die Zelle mit der niedrigsten Temperatur, in die die ganze Durchflussmenge des primären gasförmigen oder flüssigen Korpers fliesst, mit keiner Kompressionsstufe in Richtung der Strömung verbunden.

lTach noch einem weiteren Kennseichen steht der letzte

7610398 27.01.77

Modul oder der Modul mit dem höchsten Druck nur mit dem vorangehenden Modul für die Umläufe des primären gasförmigen odc-r flüssigen Körpers in Verbindung.

!»lach einer Ausführungsform enthalten alle Moduln eine Kühlung-Kondensation-Gruppe.

Nach einer Ausführungsvariante enthält die Wärmepumpe η Moduln, die (p-1) ersten Moduln enthalten keine Kühlung-Kondensation-Gruppen, und die Wärmepumpe enthält weiter Mittel zum Einleiten des sekundären gasförmigen oder flüssigen Körpers, die auf dem Niveau des p-ten Moduls angeordnet sind, v/o "bei die Zahl p_ kleiner ist als n.

Die kalibrierten Oeffnungen, mit welchen die Zellen verbunden sind, können in Form einer Zersträubungsrampe ausgeführt sein. Eine solche Zerstäubungsrampe wird also in jedem Modul mit Ausnahme des letzten angeordnet.

Die Mittel zum Einleiten des sekundären gasförmigen oder flüssigen Körpers sind vorteilhaft als mit Ventilen versehene Rohrleitungen ausgeführt. Man kann ebenfalls geeignete Regulationsmittel zur automatischen Steuerung der genannten Ventile verwenden.

Eine solche Wärmepumpe besteht also aus einer Verbindung eines mehrstufigen Kompressors, der zwischen den Stufen gekühlt wird und wie ein isothermischer Kompressor ausge-

7610398 27.0177

t · I » I I

"bildet ist aber mit wachs enden Temperaturen arbeitet, und einer Reihe der Kühlungs- und Kondensationsseilen.

Anschaulich gesagt, stammt der Primärstrom aus einer Kältequelle eines Kraftwerkes und tritt in die Wärmepumpe als Gas und verlässt sie flüssig mit einer Temperatur, die nahe der jKintrittstemperatur ist; der den Sekundarstrom bildende Wasserstrom stammt aus einem Verbraucherzentrum der Wärme auf einem niedrigen Iliveau, tritt in die Wärmepumpe kalt und verlässt sie v/arm, wobei die latente Kondensationswärme des Primärstromes in den V/asserstrom mit einer höheren Temperatur übertragen worden ist.

Die Erfindung ist besonders günstig realisierbar, wenn der primäre gasförmige oder flüssige Körper, der z.B. aus einer Kältequelle eines thermischen Kraftwerkes stammt, und das sekundäre gasförmige oder flüssige Medium, wie z.B. V/asser, das aus einem Verbrauchersentrum der Wärme auf einem niedrigen Iliveau stammt, in die Wärmepumpe mit benachbarten Temperaturen eintreten. !lach einer Ausführuncsvariante kann die üirfindung auch in dem Pail verwendet werden, wenn der sekundäre Körper in die Wärmepumpe mit einer merklich höheren Temperatur eintritt, als die Temperatur des primären wärmetragenden Körpers im dampfförmigen Zustand ist.

In der weiteren Beschreibung wird wegen der Anschaulichkeit die Voraussetzung gedacht, dass der primäre gasförmige oder flüssige wännetracende Körper der Dampf des Ammoniaks

7610398 27.01.77

ist, man kann jedoch alle anderen wärmetragenden Dämpfe verwenden, ohne die Grenzen der Erfindung zu verlassen. In gleicher './eise macht man die Voraussetzung, dass der sekundäre Körper V/asser ist. Auch in diesem Fall kann man selbstverständlich auch andere gasförmigen oder flüssigen Körper verwenden, ohne die Grenzen der Erfindung zu verlassen.

Am Anfang wird die Erfindung in dem ?all beschrieben, wenn die Temperatur des sekundären Körpers bei der Rückkehr nach der Verwendung nahe der Eintrittsternperatur des primären Körpers (s.E. 27⁰C) ist.

Jeder Kompressionsstufe ist eine Kühlungs- und Kondensationszelle beigeordnet, die die ganze Durchflussmenge des gasförmigen Ammoniaks einnimmt, die durch die Stufe fliesst. Im betrachteten mehrstufigen System bilden die Kühlungsund Kondensationszelle und die beigeordnete Kompressionsstufe den Modul des i-ten Ranges; der Rang des Moduls wird grosser, wenn man in der Richtung der Stufen mit wachsenden Drücken geht; die Zelle des i-ten Ranges steht in Verbindung mit einer Saugwirkung mit der Kompressionsstufe des (i+l)-ten Ranges.

Die Reihe der Zellen wird in Serie mit einem Austauschumkreis durchgeflossen, wie z.3. mit Schlangen, in denen das Kühlwasser (der sekundäre Körper) in der Richtung der wachsenden Ränge zirkuliert.

7610398 27.01.77

~ Vd ~ .

Die Zelle des i-ten Ranges stellt in Verbindung mit zwei aufeinanderfolgenden Kompressions^tufen;

Diese Zelle erhält axis der Kompressionsstufe desselben Ranges die ganze Durchflussmenge des gasförmigen Ammoniaks, die diese Stufe durchgeflossen hat; diese Durchflussmenge ist abgekühlt und teiv/eise im Kontakt mit den Gruppen kondensiert, die mit dem sekundären Körper durchgeflossen werden. Das restliche dampfförmige Ammoniak im gesättigten Zustand ist durch die Saugwirkung der Kompressionsstufe des (i-t-l)-ten Ranges beeinflusst. Die letzte Zelle bildet eine Ausnahme bei dieser Anordnung, v/eil in ihr gemäss der Erfindung die ganze Restmenge des Ammoniaks kondensiert ist.

Auf diese Weise erhält man in jeder Zelle eine bestimmte Kenge des Kondensates des Ammoniaks mit einem Druck, der der Kompressionsstufe desselben Ranges entspricht, und mit der Temperatur, die dem Druck des gesättigten Dampfes entspricht. Gemäss der Erfindung sind die Stufen der Zellen miteinander mittels der kalibrierten Oeffnungen verbunden. Die Flüssigkeit aus der (i-i-l)-ten Zelle mit einem höheren Druck und einer höheren Temperatur kommt jetzt mit einer Expansion in die Zelle des i-ten Ranges, v/o bei sie sich durch die Verdampfung abkühlt; die entsprechende Produktion des Dampfes wird also auf der Kühlschlange des i-ten Ranges kondensiert. Das entspricht schliesslich der Uebertragung der Eigenwärme des Kondensats des Ammoniaks an das; Heizwasser; die letate Zelle macht da eine Ausnahme, v/eil

• 1

L· ■ sie keine ipiüaeiglceit aufnimmt,, Die #^Ίθ 2!'IXle schiolct die

DurcMlussrnenge cl.es flüssigen Ammonia&s^ in die^IiiE-tieq-uelle ' ■ des I<rö.ftwerie?iB'durch, eine geeignete Rohpleftung«

Ein Austührungsiieispiel dar erfindungsgemässen Vorrichtung wird jetat in bezug auf die Zeichnungen 'becchrie'ben,.

Es zeigt

Pig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine Wärmepumpe und

.|,:" ...Pig. 2 eine Variante der Pig. 1. _s( ,- ,^ _; ^\. _:,|

Nach Pig. 1 ein Modul des i-ten Ranges eine Kompressions'Äv stufe 1, die in'einem strichpunktiert tfe zeichne ten Recht- ' *'· ■ ■ · 'eck dargestellt ist, und eine "beigeordnete Zelle 2, die in .■

einem weiteren strichpunktiert gezeicloneten Rechteck ver- : anschaulicht ist. Der Strom des ü^asförmigen Ammoniaks dringt in die Kompressionsstele in einer mit der Bezugszahl 3 be- T;^e zeichneten Stelle ein und verlässt sie in der Stelle 4. Die Zelle enthält eine Kühlschlange 5, in die das V/asser in der Stelle 6 eintritt und sie in der Stelle 7 verlässt. Das Ammoniak wird abgekühlt und teilweise· durch die Schlange kondensiert; das Kondensat fällt auf den Boden der Zelle in der Stelle 8. Das Kondensat aus der Zelle der (i+l)-ten Stufe dringt durch die Oeffnungen 9 in die i-te Zelle und expandiert dort, v/eil es sich in einer Zelle mit einem niedrigeren Druck und einer niedrigeren Temperatur befindet. Die entsprechende Dampfproduktion wird durch die Schlange 5 kondensiert und fügt sich dem schon in der Stelle 8 erzeugten Kondensat hinzu; das ganze Kondensat aus der i-ten Zelle

7610338

g durch die Oeffnungen IO in die (l-l)_t-te Zelle usw.

Wenn man jetat die Funktionsweise der ganzen Vorrichtung "betrachtet, man sieht, daas der Fluss des primären gasförmigen Ammoniaks in die Wärmepumpe durch einen !Einlassrohransatz 12 auf dem Niveau des Moduls 11 eintritt. Dieser Modul v/eist eine Sonderausführung auf, v/eil er keine Kompressionsstufe enthält und das Kondensat, das er enthält, aus ihm ganz durch eine Oeffnung 13 ausgelassen wird; dieses kalte Kondensat wird jetzt .in die Kältequelle des Kraftwerkes zurückgeführt.

!Der Fluss des sekundären Wassers, der aus dem Verbraucherzentrum der Wärme auf einem niedrigen ITi ve au stammt, wird durch die Rohrleitung 14 in die Schlange 14a der Zelle des Moduls 11 geführt; im Falle einer Realisation nach Fig. 1 ist die Temperatur des Wassers gleich oder leicht niedriger als die Temperatur des eintretenden Ammoniaks. Der Fluss des Ammoniaks geht durch den Modul 11, wo er abgekühlt und teilweise kondensiert wird, wie in einer Zelle einer üblichen Stufe; dann tritt er in die Kompressionsstufe des nächsten Moduls. Die Zelle des Moduls 11 empfängt das ganze Kondensat der Stufen des 1-ten bis η-ten Randes durch die Oeffnungen 10a der letzten Stufe.

Die Moduln des 1-ten bis (n-l)-ten Rrnges sind die üblichen Moduln, dv;ren Funktionsweise schon beschrieben wurde; der Modul des η-ten Ranges ist anders au^r- joführt, v/eil er nur

7610398 27.01.77

Λ, J

rn;Lt dein I.odul clea (n-l)-ten Range β teils durch den Umkreis el es Kondensats' teila durch den Umkreis des Gases in Ver-"bindung steht, v/eil das aus der letzten Kompressionsstiife austretende Gas hier schon ganz kondensiert ist; der Umlauf des flüssigen V/asoors verlässt erwärmt den Modul in der Stelle 16 und v/ird in das Verbraucherzentrum der Wärme auf einem niedrigen Niveau geführt.

Jetzt v/erden mehxere Merkmale der Erfindung "betont, die sich auf.die vorige Beschreibung beziehen.

1/ Der Fluss des Ammoniaks dringt in jede Kornpressions-

stufe im gesättigten Zustand; daher ist für eine aus-■ ■ · reichen- grosse Anzahl der Stufen die Mittellinie in

' einem thermodynamisehen Diagramm nahe dem gesättigten Zustand; andererseits ist die Durchflussmasse des Ammoniaks in den Stufen des üblichen Ranges immer ■ kleiner.

2/ In der Stufe des i-ten Ranges ist die Durchflussmasse des durchströmenden und in die Kompressionsstufe eintretenden Ammoniaks gleich wie die Durchflussmasse des durchströmenden und in die Kühlungs- und Kondensationsstufe herabsteigenden Kondensats. 3/ Die Durchflussmasse des \,'assers ist bei einer Ausführungsform nach Fig. 1, bei der das V/asser in die Wärmepumpe mit einer Temperatur eintritt, die nahe ist der Temperatur des Ammoniaks, gegeben, wenn die folgenden, für- die Funktion der Wärmepumpe charakteristischen Grösren spezifiziert sind:

- die Durchflussmasse des Ammoniaks;

- Bedingungen auf den Enden des Umlaufes des Ammoniaks (die Vorausetzung ist, dass die Eintrittsund Ausgangstemperaturen nahe sind);

- spezifischer Druck in der letzten Kompressionsstufe.

Es ist endgültig ersichtlich, dass der Pluss äos Ammoniaks, der die thermischen Ausscheidungen aus dem Kraftwerk trägt, in die Wärmepumpe im gasförmigen Zustand und mit der Temperatur des Kondensators des Kraftwerkes, oder mit einer infolge der Verluste während des Transportes leicht niedrigeren Temperatur eintritt und die Wärmepumpe flüssig mit derselben Temperatur, oder mit einer leicht höheren Temperatur \rerlässt, wenn man mit der Abweichung der Kondensationstemperatur rechnen will; andererseit kommt das Wasser, das ans dem Verbraucherzentrum der Wärme auf einer.i niedrigen Niveau stammt, in die Schlange mit einer Temperatur, die nahe der Temperatur des Ammoniaks ist, und verlässt den Umlauf mit einer Temperatur Ts, die dem Druck des Dampfes des Ammoniaks in der letzten Stufe entsprächt, oder mit einer leicht niedrigeren Temperatur, λ'/enn man mit der Abweichung der Wärmeaustauschtemperatur rechnen will.

Wenn man die Durchflussmengen und die Grenztemperaturen des primären und des sekundären Körpers kennt, kann man die Kaschine und die Leistung der Kompression so dimensionieren, dass der primäre Körper in der letzten Zelle ganz

7610398 27.01.77

, (111

kondensiert ist.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante, die dem Fall entspricht, wenn das V/asser, das aus dem Verbraucherumkreis stammt, in die Wärmepumpe mit einer Temperatur Te eintritt, die höher ist als die Temperatur Ta des eintretenden Ammoniaks.

Das die Temperatur Te aufweisende Ammoniak hat einen Druck des gesättigten Dampfes, der der p-ten Stufe einer Wärmepumpe mit der oben beschriebenen Funktionsweise entspricht, d.h., dass die Flüsse des dampfförmigen Ammoniaks und des Wassers in die erste Stufe mit identischen oder nahen Temperaturen strömen;wenn man das Wasser, das aus dem Wärmeausnutzung zurückkommt, in die Schlangen am Ausgang der p-ten Stufe führt, wird die Funktionsweise der Stufen der Wärmepumpe am Ausgang der Stufe des p-ten Ranges bis in die letzte Stufe identisch mit der schon beschriebenen sein; andererseits können die Stufen des 1 bis (p-l)-ten Ranges genau dieselbe Ausführungsform erhalten wie vorher, die Schlangen ausgenommen.

Wie es in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, enthält die Wärmepumpe eine bestimmte Anzahl von Kompressionsstufen, die den Modulen 1, 2, 3 .... j, j+1 .... P-I, P .... i .. .. n-1, η entspricht. Arn Ausgang der Stufe des p-ten Ranges und bis zum η-ten Rang ist der Aufbau der Module identisch mit dem Aufbau der üblichen Stufen nach Fig. 1. Es

7610398 27.0177

j- ;ia hf

j 2(31

wurde als Beispiel eine Kühlungs- und Kondensationsschlange 55, die der Stufe i_ beigeordnet ist, und eine der Stufe des p-ten Ranges beigeordnete, analogische Schlange 105 dargestellt.

Dagegen enthalten Module 2, 5 .... p-1 ':eine Schlange. Daher tritt in der in Fig. 2 gezeigten Variante das V/asser vor der Erwärmung in die Wärmepumpe duch die Rohrleitung mit der Temperatur Te. Diese Rohrleitung geht bis zur Schlange 105 des Moduls des p-ten Ranges. Das erwärmte V/asser verlässt den letzten Modul η diirch die Rohrleitung 116.

Der Fli;ss des primären gasförmigen Ammoniaks tritt in die Wärmepumpe durch die Oeffnung 112 ein. Das Kondensat wird ganz durch den Rohransatz 113 ausgelassen.

Die Funktionsweise der Stufen des 1 bis (p-l)-ten Ranges ist folgende:

In einer üblichen Stufe des j-ten Ranges (l<j <p) ermöglicht die Verdampfung des aus der nächsten (j+l)-ten Stufe stammenden Kondensats in der Kombination mit dem V/ärmeangebot des überhitzten, in die Zelle eintretenden Ammoniaks und mit der Expansion die gesamte Produktion des Dampfes des Ammoniaks, die sich de;n aus der Kompressionsstufe stammenden Fluss des Dampfes hinzufügt,- in der ersten Zelle ist der flüssige Strom im Gleichgewicht mit dem Dampf des Ammoniaks des eintretenden Flusses und verlässt die V/ärmepumpe mit einer nahen Temperatur, wie im ersten Fall; der Fluss des Ammoniaks

7610398 27.01.77

- ■ ιϊι

Il Hi

vergrößert sich jedoch in den Stufen des 1 bis (p-l)-ten Ranges von einer Stufe zur anderen und dann vermindert er sich in den Stufen p_ bis η bis auf KuIl.

j^;!c ist klar, dass das Verfahren eine Anpassung der Bedin-

... , ->,,·. erlaubt, . ,. gungen an Me Ansprechgrenzen der Wärmepumpe^ wobei diese Ansprech-renzen einerseits von der Temperatur der Kältequelle des Kraftwerkes und andererseits von der Temperatur des aus de;.-; Verbraucherumlauf fliessenden Wassers abhängig sind. Us genügt, wenn man das Wasser mit der Temperatur Te in die Schlange der Wärmepumpe (Pig. l) führt, die in der Stufe angeordnet ist, in der der Druck in bezug auf diese Temperatur sättigend wirkt. Zu diese:n Zweck sind RohraTizv/eigungen 20 mit Ventilen 21 versehen, die den Eintritt des zu erwärmenden Wassers in verschiedene Stufen äev Schlange ermöglichen, wobei ein kleiner oder grösserer Teil der Schlange nach Bedarf gespeist oder nicht gespeist werden kann.

j.s ist auch möglich, die Steuerung der Ventile 21 in bezug auf Abweichungen zwischen der Temperatur des aus dem Verliraucherumkreis zurüclcfliessenden Wassers und den Temperaturen der verschiedenen Zellen zu realisieren, wobei das Ventil, das den kleinsten Differenzen der Temperaturen entspricht, offen sein soll.

7610398 27.01.77

Claims

Il · · ·

« 20 -

Schutaa η sprüche

1, Wärmepumpe zum Wärmeaustausch zwischen gasförmigen und/ "*;,. . ' oder flüssigen Körpern, wobei eine Wärme, die von einer inneren Verdampfungswärme eines primären wärmetragenden gasförmigen oder flüssigen Körpers stammt, an einen ande- '$,">■■■& .-.„.V; ren sekundären wärmetragenden gasförmigen oder flüssigen -"■'" ■"' Körper übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie .<■-■

„.„,^- ,·■ einen mehrstufigen, eine Einlassstufe für den primären '„.,,..; _νί.. gasförmigen oder flüssigen Körper in Form des gesättigten»--

Dampfes enthaltenden Kompressor und eine Reihe von Zellen enthält, wobei jede Stufe und eine der Stufe zugeordnete Zelle einen Modul bilden, die Zellen in Serie angeordnet und auf dem Niveau des Kondensates des primären gasförmi-. . gen oder flüssigen Körpers mittels kalibrierter Oeffnungen

.;■■ verbunden sind, eine Anzahl von Kühlung-Kondensation-Gruppen in einer entsprechenden Anzahl von aufeinanderfolgenden Zellen angeordnet und wenigstens den Zellen mit

κ höherem Druck, je eine Gruppe in eine Zelle, beigeordnet

ist, wobei die Wärmepumpe weiter Mittel zum Einleiten des

sekundären gasförmigen oder flüssigen Körpers in die erste Gruppe der genannten Anzahl, Mittel zum Evakuieren des genannten gasförmigen oder flüssigen Körpers aus der • Gruppe der letzten Zelle, die der Stufe mit dem höchsten

Druck beigeordnet ist, und Mittel zum Evakuieren des pri-1

7610398 27.0177

. ί ι". "Im*;

* it

A ⁵

α 7β 10 298,5 ' " ; ί j · f Γ? CEM 1438 D

(S 1 ""

förmigen oder flüssigen Körpers enthält, die auf dem

27 0177

if i!

mären gasförmigen oder flüssigen Körpers auΓ dem Niveau der ersten Zelle im ganz flüssigen Zustand enthält.

2, Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle mit der niedrigsten Temperatur, in die die

,*„.' ganze Durchflussmenge des primären -gasförmigen oder flüssigen Körpers fliesst, mit keiner Kompressionsstufe in Richtung der Strömung verbunden ist.

3. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge- , j] . ... kennzeichnet, dass der letzte Modul oder der Modul mit J

dem höchsten Druck nur "mit dem vorangehenden Modul für j

die Umläufe des primären gasförmigen oder flüssigen Kör- |

f pers in Verbindung steht.

4. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch, ge-

Ij kennzeichnet, dass alle Moduln eine Kühlung-Kondensation- |

Gruppe enthalten.

5. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie η Moduln enthält, die (p-1) ersten

Moduln keine Kühlung-Kondensation-Gruppen enthalten, und !

i dass sie weiter Mittel zum Einleiten des sekundären gas- j

G 76 Io 398.5 ^; · « .·":·*. CEM 1^38 D

β *

- 22 -

Niveau des p-ten Moduls angeordnet sind., wobei die Zahl ρ kleiner ist als n.

6. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kalibrierten Oeffnungenj mit welchen die Zellen verbunden sind, in Form einer Zerstäubungsrampe ausgeführt sind.

7. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass, die Mittel zum Einleiten des sekundären gasförmigen oder flüssigen Körpers als mit Ventilen versehene Rohrleitungen ausgeführt sind.

8. Wärmepumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet;, dass sie geeignete Regulationsmittel zur automatischen Steuerung der genannten Ventile enthält.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

7610398 27.0177