EP0056786A1 - Heat pump arrangement and use of a cold steam motor - Google Patents

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EP0056786A1
EP0056786A1 EP82810011A EP82810011A EP0056786A1 EP 0056786 A1 EP0056786 A1 EP 0056786A1 EP 82810011 A EP82810011 A EP 82810011A EP 82810011 A EP82810011 A EP 82810011A EP 0056786 A1 EP0056786 A1 EP 0056786A1
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EP
European Patent Office
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heat pump
refrigerant
arrangement according
heat
arrangement
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Withdrawn
Application number
EP82810011A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Schmall
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Original Assignee
Individual
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Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0056786A1 publication Critical patent/EP0056786A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/005—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant by means of a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with a heat pump with at least one compressor with a refrigerant circuit for transforming a thermal energy potential from at least one heat source of low temperature on the primary side to a higher temperature level on the output or output side.
  • Heat pumps with a refrigerant circuit are increasingly being used to raise thermal energy potential. They are used both industrially and as heat generation units for heating buildings or as air conditioning systems.
  • energy is absorbed from a thermal energy reservoir at an approximately constant temperature, such as river water, ground water, waste heat water, heat storage, roof collector, etc.
  • This energy is delivered in the secondary circuit or on the delivery side with temperatures of usually 50 0 to 60 0 C.
  • the performance factors of such systems easily reach 2 to 3.5. With a power factor of 3.5, this means that a drive power of standardized 1 must be applied in order to utilize a heat quantity of standardized 3.5.
  • the amount of heat taken from the heat reservoir is 2.5.
  • the drive energy for the refrigerant compressor of the heat pump is usually taken from an electric motor or an internal combustion engine.
  • the invention has for its object to improve such heat pump systems and in particular to make them independent of additional drives.
  • the cost-effectiveness of the systems is to be improved. According to the invention, this is achieved primarily by using a refrigerant steam engine to drive a heat pump, which at least partially feeds the refrigerant steam engine with drive heat energy.
  • this can be carried out in such a way that a refrigerant steam engine is provided, the steam generator of which is connected to the discharge side of the heat pump in such a way that it is at least partially fed by the heat energy given off on the discharge side of the heat pump, so that the refrigerant steam motor is used to mechanically drive the heat pump this is connectable, and that a starting device is provided for delivering drive energy for the heat pump until the operating temperature is reached at the outlet of the heat pump.
  • the heat pump without any conventional drive by the refrigerant steam engine, provided there is a temperature sink, the temperature level is lower than that of the primary source; supplied with drive energy and in turn supplies energy for driving the refrigerant steam engine.
  • the heat accumulator can also be used to start the refrigerant steam engine as long as the heat pump on the secondary side does not yet give off any thermal energy.
  • the heat accumulator thus serves as a starting device in this case.
  • a third-party energy source can also be used as the starting device for heating the refrigerant for the refrigerant steam engine, or an auxiliary drive for the heat pump can advantageously be provided as the starting device.
  • auxiliary drive is an electric motor.
  • the arrangement can be implemented in a particularly versatile and economical manner if the electric motor can be connected both to the compressor of the heat pump and to the output side of the refrigerant steam engine and can be switched both as a motor and as a generator for generating electrical energy when driven by the refrigerant steam engine.
  • This arrangement is practically completely independent of external power supply due to the self-generation of electrical energy and is therefore particularly susceptible to failure.
  • the efficiency of the overall arrangement is significantly improved if the heat pump on the output side is connected to a heat exchanger and evaporator for evaporating the refrigerant of the expander machine, if a steam boiler is provided for receiving the evaporated refrigerant and delivering it to the expander machine, if the output of the expander machine is to one Recooler or condenser is connected, in which the refrigerant is liquefied, and if an injector is also provided, which feeds the liquefied refrigerant in the expander system to the evaporator connected to the discharge side of the heat pump.
  • the efficiency can be further improved and the arrangement can be further simplified if the injector can be driven by the expander machine.
  • the heat pump, the refrigerant steam motor, the auxiliary drive and the injector are arranged on a common axis and thus losses due to intermediate gears, converters and the like are avoided.
  • the efficiency of the refrigerant steam engine can be improved if the recooler is connected to the primary circuit of the heat pump to release some of the residual heat. As a result, some of the residual heat in the circulating refrigerant is also used and returned to the circuit. However, it is necessary to have a heat sink with a temperature lower than that of the primary source.
  • Heat losses can be avoided and the efficiency can be further improved if the heating arrangement is provided directly in the evaporator and / or in the steam boiler of the expander machine. Resistance heating, which heats up with a low time constant, i.e. enabled with little delay.
  • an external heating arrangement can also be provided additionally or alternatively. This offers e.g. in composite systems or mixing systems, in which thermal energy from different heat sources is used and fed to a common storage and / or consumer.
  • the heating arrangement is a resistance heater, this can be partially supplied by the generator as soon as the refrigerant steam motor and the heat pump have started up.
  • the invention therefore provides an optimally simple arrangement for using excess secondary energy from a heat pump to drive a refrigerant steam engine, which in turn operates the heat pump, with a heat sink allowing all the heat transfer required.
  • Such conditions are found, for example, in cold regions of the world, in which Sea water around 0 ° C, air temperatures of eg - 30 0 C and desired heating temperature of eg + 20 0 are available.
  • this requires greater energy consumption in the primary circuit of the heat pump, this can either be solved by over-dimensioning the heat pump, or by extending the operating time of the heat pump and pumping heat energy during the heating breaks into a heat storage device and from there during times of Peak demand taken and is also used to operate the refrigerant steam engine.
  • the starting of the overall arrangement is also particularly easily accomplished by a corresponding starting device in the form of a drive motor and / or an additional energy source.
  • the arrangement has a heat pump 1, the primary circuit 2a of which is supplied by a pump 3 with water of 2 ° C. from a source, not shown.
  • the heat pump 1 has a secondary circuit 2b, in which a heat transfer medium is delivered to the heating circuits 5 by a circulation pump 4.
  • the heat transfer medium has a temperature of 400 ° C.
  • the control of the temperature in the heating circuits is regulated by a known and therefore not described controller 6.
  • the heat transfer medium of the secondary circuit 2b also flows through a heat spiral 7, which is arranged in the steam generator 8 of an expansion motor 19.
  • the steam generator 8 is designed as a boiler with a heat exchanger, into which refrigerant is introduced via a line 9 and an injector 10.
  • the refrigerant emerging from the expansion motor 19 is fed to a condenser heat exchanger 11 in the circuit performed before it is released again to the steam generator 8 via the line 9.
  • the condenser, heat exchanger 11 the refrigerant from the vaporous phase is completely returned to the liquid phase, wherein residual heat given to the primary circuit 2a, and hence the heat pump 1 is supplied, while a heat sink 20, for example, with outside air from - 30 0 C, the re-cooling to a allows lower temperature.
  • Heat pump 1 and expansion motor 19 are arranged on a common shaft 12, so that the expansion motor 19 drives the heat pump 1.
  • a controller 13 is also provided in the circuit of the expansion motor 19, which regulates the operation of the expansion motor 19 in a manner known per se and can also block the secondary circuit 2b of the heat pump 1 as a function of the speed until the expansion motor 19 has fully started and a load from the heat pump 1 can take over.
  • the control functions of the controllers 13 and 6 are generally known per se and are not the subject of this application. They are therefore not described in more detail here.
  • a motor 14 which is powered by a voltage source, not shown, e.g. a battery or AC power.
  • the motor 14 serves to drive the heat pump if the expansion motor 19 is out of operation. This will be necessary in particular during the start-up of the arrangement if no heat energy is yet generated by the secondary circuit 2b in the steam generator 8 and the expansion motor 19 is therefore not supplied with evaporated refrigerant.
  • the starter motor 14 can be switched as a generator and electrical voltage e.g. to a battery, not shown, from which it can be fed during the starting process.
  • a starter heater 15 is also provided in the steam generator, which is designed as an electrical resistance heater. With the starter heater 15, the refrigerant can be evaporated in the steam generator 8 and thus the expansion motor 19 can be driven. In this way, the arrangement can also be started, whereby alternatively either the starter heater 15 or the engine 14 can be operated. Of course, both the starter heater 15 and the engine 14 can also be operated in order to achieve a faster operational readiness of the system.
  • a heat exchanger 16 is provided in the steam generator 8.
  • the heat exchanger 16 can be connected to a heat accumulator 17, which is fed by the secondary circuit 2b.
  • the heat energy stored in the heat store 17 can also be used to heat the steam generator 18 via the heat exchanger 16 and to drive the expansion motor 19 until the heat pump 1 emits energy in the secondary circuit 2b and feeds the steam generator 8 via the heat exchanger 7.
  • heat exchanger 16 it is also conceivable for the heat exchanger 16 to be connected to a further additional heat source, e.g. in hybrid systems, is connected to the starting process or remains connected permanently.
  • the drive energy requirement for the heat pump is:
  • Refrigerant steam engines which achieve outputs of up to 100 kW with Frigen. But small expander machines of a few kW are also on the market.
  • the refrigerant vapor engine is designed as a piston engine or screw expander. This makes it easier to arrange the heat pump and the refrigerant steam engine on one axis, since the speeds are then identical which simply allows the torques and performance characteristics of the two machines (heat pump and refrigerant steam engine) to be matched.
  • other refrigerant steam engines such as screw expander turbines, can also be used advantageously.
  • the energy requirement taken from the heat source or the energy requirement required at the entrance to operate the system is not significantly increased, so that from this point of view there is hardly any limitation to the possible use of the arrangement. Only the performance of the heat pump has to be increased, which is practically only reflected in the system costs.
  • the arrangement according to the invention thus solves the drive problem for heat pumps in an optimally simple manner and creates in particular through the closed nature of the individual Circulations and the possible return of partial residual heat make the entire system highly efficient.

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Abstract

Arrangement having a heat pump (1) and a cold steam motor (19) which on the one hand drives the heat pump and on the other hand is supplied by a cold steam vaporizer (8) which is supplied with thermal energy extracted from the heat pump. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Wärmepumpe mit wenigstens einem Verdichter mit Kältemittelkreislauf zur Transformation eines Wärmeenergiepotentials aus wenigstens einer Wärmequelle niederer Temperatur auf der Primärseite auf höheres Temperaturniveau auf der Ausgangs-, bzw. Abgabeseite.The invention relates to an arrangement with a heat pump with at least one compressor with a refrigerant circuit for transforming a thermal energy potential from at least one heat source of low temperature on the primary side to a higher temperature level on the output or output side.

Wärmepumpen mit Kältemittelkreislauf werden zunehmend zur Anhebung von Wärmeenergiepotentialen eingesetzt. Sie setzen sich sowohl industriell als auch als Wärmeerzeugungs-Aggregate für Gebäudeheizungen oder als Klimaanlagen durch. Dabei wird im Primärkreis Energie aus einem Wärmeenergiereservoir bei etwa gleichbleibender Temperatur, wie z.B. Flusswasser, Grundwasser, Abwärmewasser, Wärmespeicher, Dachkollektor, etc. aufgenommen. Diese Energie wird im Sekundärkreislauf bzw. auf der Abgabeseite mit Temperaturen von üblicherweise 500 bis 600C abgegeben. Die Leistungsfaktoren derartiger Anlagen erreichen ohne weiteres 2 bis 3,5. Bei einem Leistungsfaktor von 3,5 bedeutet dies, dass eine Antriebsleistung von normiert 1 aufzubringen ist, um eine Wärmemenge von normiert 3,5 nutzbar zu machen. Die dabei dem Wärmereservoir entnommene Wärmemenge beträgt 2,5.Heat pumps with a refrigerant circuit are increasingly being used to raise thermal energy potential. They are used both industrially and as heat generation units for heating buildings or as air conditioning systems. In the primary circuit, energy is absorbed from a thermal energy reservoir at an approximately constant temperature, such as river water, ground water, waste heat water, heat storage, roof collector, etc. This energy is delivered in the secondary circuit or on the delivery side with temperatures of usually 50 0 to 60 0 C. The performance factors of such systems easily reach 2 to 3.5. With a power factor of 3.5, this means that a drive power of standardized 1 must be applied in order to utilize a heat quantity of standardized 3.5. The amount of heat taken from the heat reservoir is 2.5.

Ueblicherweise wird die Antriebsenergie für den Kältemittelverdichter der Wärmepumpe von einem Elektromotor oder einer Verbrennungskraftmaschine abgenommen.The drive energy for the refrigerant compressor of the heat pump is usually taken from an electric motor or an internal combustion engine.

Im Fall der Verwendung eines Elektromotors als Antrieb für die Wärmepumpe bedeutet dies, dass vor allem in Kälteperioden relativ viel elektrische Energie verbraucht wird, was zu einer Belastung der elektrischen Netze führt. Zudem bedeutet dies, dass beim nachträglichen Einbau von Wärmepumpen aufwendige Elektroinstallationen zur Versorgung des Antriebs erforderlich sind.In the case of using an electric motor as a drive for the heat pump, this means that a relatively large amount of electrical energy is consumed, particularly in cold periods, which leads to a load on the electrical networks. In addition, this means that complex electrical installations are required to supply the drive when retrofitting heat pumps.

Sofern zum Antrieb der Wärmepumpe ein Verbrennungsmotor, in der Regel ein Dieselmotor, verwendet wird, bringt dies ebenfalls Schwierigkeiten mit sich. Dies betrifft insbesondere die Abführung der Abgase, Lärmdämmung, sowie den Einbau von Treibstofftanks. Ausserdem wird die Wirtschaftlichkeit einer derartigen Wärmepumpenanordnung dadurch stark beeinträchtigt, dass zum relativ grossen Abschreibungsbedarf für die Anlageninvestition laufende Energiekosten in Höhe von 20% bis 40% der Abgabeleistung der Wärmepumpe kommen. Dies verunmöglicht aus betriebswirtschaftlichen Gründen in vielen Fällen den Einbau einer Wärmepumpe trotz der gegebenen volkswirtschaftlichen Bedeutung.If an internal combustion engine, usually a diesel engine, is used to drive the heat pump, this also brings with it difficulties. This applies in particular to the removal of exhaust gases, noise insulation and the installation of fuel tanks. In addition, the economic viability of such a heat pump arrangement is severely impaired by the fact that, in addition to the relatively large depreciation requirement for the plant investment, ongoing energy costs amount to 20% to 40% of the heat pump's output. In many cases, this makes the installation of a heat pump impossible, for economic reasons, despite the economic importance.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Wärmepumpenanlagen zu verbessern und insbesondere von zusätzlichen Antrieben unabhängig zu machen. Ausserdem soll die Wirtschaftlichkeit der Anlagen verbessert werden. Erfindungsgemäss wird dies in erster Linie durch die Verwendung eines Kältemitteldampfmotors zum Antreiben einer Wärmepumpe erreicht, welche den Kältemitteldampfmotor wenigstens teilweise mit Antriebswärmeenergie speist. Praktisch lässt sich dies so durchführen, dass ein Kältemitteldampfmotor vorgesehen ist, dessen Dampferzeuger derart mit der Abgabeseite der Wärmepumpe in Verbindung steht, dass er wenigstens teilweise durch die auf der Abgabeseite der Wärmepumpe abgegebene Wärmeenergie gespeist wird, dass der Kältemitteldampfmotor zum mechanischen Antrieb der Wärmepumpe mit dieser verbindbar ist, und dass eine Startvorrichtung zur Abgabe von Antriebsenergie für die Wärmepumpe bis zum Erreichen der Betriebstemperatur am Ausgang der Wärmepumpe vorgesehen ist.The invention has for its object to improve such heat pump systems and in particular to make them independent of additional drives. In addition, the cost-effectiveness of the systems is to be improved. According to the invention, this is achieved primarily by using a refrigerant steam engine to drive a heat pump, which at least partially feeds the refrigerant steam engine with drive heat energy. In practice, this can be carried out in such a way that a refrigerant steam engine is provided, the steam generator of which is connected to the discharge side of the heat pump in such a way that it is at least partially fed by the heat energy given off on the discharge side of the heat pump, so that the refrigerant steam motor is used to mechanically drive the heat pump this is connectable, and that a starting device is provided for delivering drive energy for the heat pump until the operating temperature is reached at the outlet of the heat pump.

Auf diese Weise wird die Wärmepumpe ohne jeden herkömmlichen Antrieb durch den Kältemitteldampfmotor, sofern eine Temperatursenke vorhanden ist, deren Temperaturniveau niedriger liegt als das der Primärquelle; mit Antriebsenergie versorgt und liefert ihrerseits wieder Energie zum Antreiben des Kältemitteldampfmotors.In this way, the heat pump without any conventional drive by the refrigerant steam engine, provided there is a temperature sink, the temperature level is lower than that of the primary source; supplied with drive energy and in turn supplies energy for driving the refrigerant steam engine.

Selbstverständlich ist es bei einer derartigen Anordnung erforderlich, dass der Wärmequelle mehr Wärmeenergie entnommen wird, da ja zusätzlich der Kältemitteldampfmotor angetrieben werden muss. Dies lässt sich jedoch in den meisten Fällen relativ einfach dadurch lösen, dass die Wärmepumpe leistungsmässig etwas grösser dimensioniert wird. Besonders vorteilhaft lässt sich dies jedoch auch dadurch lösen, dass der Wärmepumpe sekundärseitig ein Wärmespeicher nachgeschaltet ist, welcher den Dampferzeuger des Kältemitteldampfmotors mit Wärmeenergie versorgt. Auf diese Weise kann dann z.B. erreicht werden, dass die Wärmepumpe den Wärmespeicher als Puffer laufend mit Energie versorgt, so dass die Wärmepumpe nicht derart dimensioniert sein muss, dass sie Spitzenbelastungen auf der Abgabeseite, die durch den Bedarf für den Kältemitteldampfmotor erhöht werden, voll decken muss.Of course, with such an arrangement it is necessary that more heat energy is taken from the heat source, since the refrigerant steam motor must also be driven. In most cases, however, this can be solved relatively simply by dimensioning the heat pump somewhat larger in terms of performance. However, this can be solved particularly advantageously in that the heat pump is followed by a heat store on the secondary side, which supplies the steam generator of the refrigerant steam engine with thermal energy. In this way, e.g. achieved that the heat pump continuously supplies the heat accumulator with energy as a buffer, so that the heat pump does not have to be dimensioned in such a way that it has to fully cover peak loads on the discharge side, which are increased by the need for the refrigerant steam engine.

Auch kann der Wärmespeicher zum Starten des Kältemitteldampfmotors verwendet werden, solange die Wärmepumpe auf der Sekundärseite noch keine Wärmeenergie abgibt. Der Wärmespeicher dient also in diesem Fall als Startvorrichtung. Selbstverständlich kann als Startvorrichtung auch eine fremde Energiequelle zum Aufheizen des Kältemittels für den Kältemitteldampfmotor dienen oder es kann vorteilhafterweise ein Hilfsantrieb für die Wärmepumpe als Startvorrichtung vorgesehen werden.The heat accumulator can also be used to start the refrigerant steam engine as long as the heat pump on the secondary side does not yet give off any thermal energy. The heat accumulator thus serves as a starting device in this case. Of course, a third-party energy source can also be used as the starting device for heating the refrigerant for the refrigerant steam engine, or an auxiliary drive for the heat pump can advantageously be provided as the starting device.

Sofern die Kapazität eines Wärmespeichers limitiert ist oder sofern längere Arbeitspausen vorgesehen sind, ist es auch vorteilhaft, wenn sowohl eine externe Energiequelle zum Speisen des Kältemitteldampfmotors als auch ein Hilfsantrieb für die Wärmepumpe vorgesehen ist. Vorteilhaft ist es in einem solchen Fall, wenn der Hilfsantrieb ein Elektromotor ist.If the capacity of a heat storage device is limited or if longer breaks are planned, it is also an advantage liable if both an external energy source for feeding the refrigerant steam engine and an auxiliary drive for the heat pump is provided. In such a case, it is advantageous if the auxiliary drive is an electric motor.

Besonders vielseitig und wirtschaftlich lässt sich die Anordnung realisieren, wenn der Elektromotor sowohl mit dem Verdichter der Wärmepumpe als auch mit der Abtriebsseite des Kältemitteldampfmotors verbindbar ist und sowohl als Motor als auch als Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie bei Antrieb durch den Kältemitteldampfmotor schaltbar ist. Diese Anordnung ist aufgrund der Eigenerzeugung von elektrischer Energie praktisch vollständig unabhängig von externer Stromversorgung und deshalb besonders störungsunanfällig.The arrangement can be implemented in a particularly versatile and economical manner if the electric motor can be connected both to the compressor of the heat pump and to the output side of the refrigerant steam engine and can be switched both as a motor and as a generator for generating electrical energy when driven by the refrigerant steam engine. This arrangement is practically completely independent of external power supply due to the self-generation of electrical energy and is therefore particularly susceptible to failure.

Der Wirkungsgrad der Gesamtanordnung wird wesentlich verbessert, wenn die Wärmepumpe abgabeseitig mit einem Wärmetauscher und Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels der Expandermaschine verbunden ist, wenn ein Dampfkessel zur Aufnahme des verdampften Kältemittels und dessen Abgabe an die Expandermaschine vorgesehen ist, wenn der Ausgang der Expandermaschine an einen Rückkühler, bzw. Kondensator angeschlossen ist, in welchem das Kältemittel verflüssigt wird, und wenn weiterhin ein Injektor vorgesehen ist, welcher das verflüssigte Kältemittel im Expandersystem wieder dem mit der Abgabeseite der Wärmepumpe verbundenen Verdampfer zuführt.The efficiency of the overall arrangement is significantly improved if the heat pump on the output side is connected to a heat exchanger and evaporator for evaporating the refrigerant of the expander machine, if a steam boiler is provided for receiving the evaporated refrigerant and delivering it to the expander machine, if the output of the expander machine is to one Recooler or condenser is connected, in which the refrigerant is liquefied, and if an injector is also provided, which feeds the liquefied refrigerant in the expander system to the evaporator connected to the discharge side of the heat pump.

Der Wirkungsgrad lässt sich noch weiter verbessern und die Anordnung weiter vereinfachen, wenn der Injektor durch die Expandermaschine antreibbar ist.The efficiency can be further improved and the arrangement can be further simplified if the injector can be driven by the expander machine.

Ganz besonders vorteilhaft kann es ersichtlicherweise sein, wenn die Wärmepumpe, der Kältemitteldampfmotor, der Hilfsantrieb und der Injektor auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind und somit Verluste durch Zwischengetriebe, Umwandler und dergleichen vermieden werden.Obviously, it can be particularly advantageous if the heat pump, the refrigerant steam motor, the auxiliary drive and the injector are arranged on a common axis and thus losses due to intermediate gears, converters and the like are avoided.

Der Wirkungsgrad des Kältemitteldampfmotors lässt sich verbessern, wenn der Rückkühler zur Abgabe eines Teils der Restwärme mit dem Primärkreislauf der Wärmepumpe verbunden ist. Dadurch wird ein Teil der im zirkulierenden Kältemittel vorhandene Restwärme ebenfalls ausgenützt und dem Kreislauf wieder zugeführt. Es ist aber notwendig, dass eine Wärmesenke vorhanden ist, deren Temperatur niedriger liegt als die der Primärquelle.The efficiency of the refrigerant steam engine can be improved if the recooler is connected to the primary circuit of the heat pump to release some of the residual heat. As a result, some of the residual heat in the circulating refrigerant is also used and returned to the circuit. However, it is necessary to have a heat sink with a temperature lower than that of the primary source.

Wärmeverluste lassen sich vermeiden und der Wirkungsgrad lässt sich weiter verbessern, wenn die Heizanordnung unmittelbar im Verdampfer und/oder im Dampfkessel der Expandermaschine vorgesehen ist. Als Heizanordnung eignet sich dabei besonders vorteilhaft eine Widerstandsheizung, welche ein Erwärmen mit geringer Zeitkonstante, d.h. mit geringer Verzögerung ermöglicht.Heat losses can be avoided and the efficiency can be further improved if the heating arrangement is provided directly in the evaporator and / or in the steam boiler of the expander machine. Resistance heating, which heats up with a low time constant, i.e. enabled with little delay.

Anstelle der Widerstandsheizung kann jedoch auch noch zusätzlich oder alternativ eine externe Heizanordnung vorgesehen sein. Dies bietet sich z.B. bei Verbundsystemen oder Mischsystemen an, bei welchen Wärmeenergie aus verschiedenen Wärmequellen ausgenützt und einem gemeinsamen Speicher und/oder Verbraucher zugeführt wird.Instead of the resistance heater, however, an external heating arrangement can also be provided additionally or alternatively. This offers e.g. in composite systems or mixing systems, in which thermal energy from different heat sources is used and fed to a common storage and / or consumer.

Sofern die Heizanordnung eine Widerstandsheizung ist, kann diese teilweise durch den Generator gespeist werden, sobald der Kältemitteldampfmotor und die Wärmepumpe angelaufen sind.If the heating arrangement is a resistance heater, this can be partially supplied by the generator as soon as the refrigerant steam motor and the heat pump have started up.

Sofern die Temperaturen auf der Sekundärseite der Wärmepumpe zu nieder sind, um das Kältemittel für den Kältemitteldampfmotor entsprechend zu verdampfen, ist es vorteilhaft, wenn noch eine Zusatzheizung als Nacherhitzer vorgesehen ist.If the temperatures on the secondary side of the heat pump are too low to evaporate the refrigerant for the refrigerant steam engine accordingly, it is advantageous if an additional heater is provided as a reheater.

Die Erfindung schafft also insgesamt eine optimal einfache Anordnung zur Verwendung überschüssiger Sekundärenergie einer Wärmepumpe zum Antreiben eines Kältemitteldampfmotors, der wiederum die Wärmepumpe betreibt, wobei eine Wärmesenke den gesamten erforderlichen Wärmeübergang ermöglicht. Solche Verhältnisse werden z.B. in kalten Regionen der Welt angetroffen, in denen Meerwasser um z.B. 0° C, Lufttemperaturen von z.B. - 300 C und gewünschte Heiztemperatur von z.B. + 200 vorliegen. Dies bedingt zwar grössere Energieaufnahme im Primärkreis der Wärmepumpe, doch lässt sich dies entweder dadurch lösen, dass die Wärmepumpe entsprechend überdimensioniert wird, oder aber dass die Betriebsdauer der Wärmepumpe verlängert und Wärmeenergie in den Heizpausen in einen Wärmespeicher gepumpt wird und aus diesem dann in Zeiten des Spitzenbedarfs entnommen und auch zum Betrieb des Kältemitteldampfmotors verwendet wird. Das Anlassen der Gesamtanordnung ist ebenfalls besonders einfach durch eine entsprechende Startvorrichtung in Form eines Antriebsmotors und/oder einer zusätzlichen Energiequelle gelöst.Overall, the invention therefore provides an optimally simple arrangement for using excess secondary energy from a heat pump to drive a refrigerant steam engine, which in turn operates the heat pump, with a heat sink allowing all the heat transfer required. Such conditions are found, for example, in cold regions of the world, in which Sea water around 0 ° C, air temperatures of eg - 30 0 C and desired heating temperature of eg + 20 0 are available. Although this requires greater energy consumption in the primary circuit of the heat pump, this can either be solved by over-dimensioning the heat pump, or by extending the operating time of the heat pump and pumping heat energy during the heating breaks into a heat storage device and from there during times of Peak demand taken and is also used to operate the refrigerant steam engine. The starting of the overall arrangement is also particularly easily accomplished by a corresponding starting device in the form of a drive motor and / or an additional energy source.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Beispiels in den Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:

  • Fig. 1 Ein Schaltschema mit einer schematischen Darstellung der erfindungsgemässen Anordnung, und
  • Fig. 2 die Energiebilanz der Anordnung gemäss Fig. 1.
The invention is explained below with reference to an example in the drawings. The drawings show:
  • Fig. 1 is a circuit diagram with a schematic representation of the arrangement according to the invention, and
  • 2 shows the energy balance of the arrangement according to FIG. 1.

Gemäss Fig. 1 weist die Anordnung eine Wärmepumpe 1 auf, deren Primärkreis 2a durch eine Pumpe 3 mit Wasser von 20C aus einer nicht dargestellten Quelle versorgt wird. Die Wärmepumpe 1 weist einen Sekundärkreis 2b auf, in welchem durch eine Umwälzpumpe 4 ein Wärmeübertragungsmedium an Heizkreise 5 abgegeben wird. Das Wärmeübertragungsmedium weist dabei eine Temperatur von 400C auf. Die Steuerung der Temperatur in den Heizkreisen wird durch einen bekannten und deshalb nicht näher beschriebenen Regler 6 geregelt. Das Wärmeübertragungsmedium des Sekundärkreises 2b durchströmt ausserdem eine Wärmespirale 7, welche im Dampferzeuger 8 eines Expansionsmotors 19 angeordnet ist. Der Dampferzeuger 8 ist als Heizkessel mit Wärmetauscher ausgebildet, in welchen Kältemittel über eine Leitung 9 und einen Injektor 10 eingebracht wird. Das aus dem Expansionsmotor 19 austretende Kältemittel wird im Kreislauf einem Kondensator-Wärmetauscher 11 zugeführt, bevor es über die Leitung 9 wieder an den Dampferzeuger 8 abgegeben wird. Im Kondensator-Wärmetauscher 11 wird das Kältemittel aus der dampfförmigen Phase vollständig in die flüssige Phase zurückgeführt, wobei Restwärme an den Primärkreis 2a abgegeben und somit der Wärmepumpe 1 zugeführt wird, während eine Wärmesenke 20 z.B. mit Aussenluft von - 300C die Rückkühlung auf eine niedrigere Temperatur ermöglicht.1, the arrangement has a heat pump 1, the primary circuit 2a of which is supplied by a pump 3 with water of 2 ° C. from a source, not shown. The heat pump 1 has a secondary circuit 2b, in which a heat transfer medium is delivered to the heating circuits 5 by a circulation pump 4. The heat transfer medium has a temperature of 400 ° C. The control of the temperature in the heating circuits is regulated by a known and therefore not described controller 6. The heat transfer medium of the secondary circuit 2b also flows through a heat spiral 7, which is arranged in the steam generator 8 of an expansion motor 19. The steam generator 8 is designed as a boiler with a heat exchanger, into which refrigerant is introduced via a line 9 and an injector 10. The refrigerant emerging from the expansion motor 19 is fed to a condenser heat exchanger 11 in the circuit performed before it is released again to the steam generator 8 via the line 9. In the condenser, heat exchanger 11, the refrigerant from the vaporous phase is completely returned to the liquid phase, wherein residual heat given to the primary circuit 2a, and hence the heat pump 1 is supplied, while a heat sink 20, for example, with outside air from - 30 0 C, the re-cooling to a allows lower temperature.

Wärmepumpe 1 und Expansionsmotor 19 sind auf einer gemeinsamen Welle 12 angeordnet, sodass der Expansionsmotor 19 die Wärmepumpe 1 antreibt. Im Kreislauf des Expansionsmotors 19 ist ebenfalls ein Regler 13 vorgesehen, der in an sich bekannter Weise den Betrieb des Expansionsmotors 19 regelt und zudem drehzahlabhängig den Sekundärkreis 2b der Wärmepumpe 1 sperren kann, bis der Expansionsmotor 19 voll angelaufen ist und eine Belastung durch die Wärmepumpe 1 übernehmen kann. Die Regelfunktionen der Regler 13 und 6 sind an sich allgemein bekannt und nicht Gegenstand dieser Anmeldung. Sie werden deshalb hier nicht näher beschrieben.Heat pump 1 and expansion motor 19 are arranged on a common shaft 12, so that the expansion motor 19 drives the heat pump 1. A controller 13 is also provided in the circuit of the expansion motor 19, which regulates the operation of the expansion motor 19 in a manner known per se and can also block the secondary circuit 2b of the heat pump 1 as a function of the speed until the expansion motor 19 has fully started and a load from the heat pump 1 can take over. The control functions of the controllers 13 and 6 are generally known per se and are not the subject of this application. They are therefore not described in more detail here.

Auf der Welle 12 ist ausserdem ein Motor 14 angeordnet, der von einer nicht dargestellten Spannungsquelle, z.B. einer Batterie oder durch Netzstrom, angetrieben wird. Der Motor 14 dient dazu, die Wärmepumpe anzutreiben, sofern der Expansionsmotor 19 ausser Betrieb ist. Dies wird insbesondere während des Anlaufs der Anordnung erforderlich sein, wenn im Dampferzeuger 8 noch keine Wärmeenergie durch den Sekundärkreis 2b erzeugt wird und somit der Expansionsmotor 19 nicht mit verdampftem Kältemittel versorgt wird.On the shaft 12 there is also a motor 14 which is powered by a voltage source, not shown, e.g. a battery or AC power. The motor 14 serves to drive the heat pump if the expansion motor 19 is out of operation. This will be necessary in particular during the start-up of the arrangement if no heat energy is yet generated by the secondary circuit 2b in the steam generator 8 and the expansion motor 19 is therefore not supplied with evaporated refrigerant.

Sobald der Expansionsmotor 19 den Betrieb aufgenommen hat, kann der Anlassmotor 14 als Generator geschaltet werden und elektrische Spannung z.B. an eine nicht dargestellte Batterie abgeben, aus der er während des Anlassvorgangs gespeist werden kann.As soon as the expansion motor 19 has started operation, the starter motor 14 can be switched as a generator and electrical voltage e.g. to a battery, not shown, from which it can be fed during the starting process.

Derartige Umschalter und Regler sowie als Generator und Motor betreibbare Elektromotoren sind allgemein bekannt und gebräuchlich und werden deshalb nicht näher erläutert.Such change-over switches and controllers as well as electric motors that can be operated as generators and motors are generally known and customary and are therefore not explained in detail.

Zum Anlassen der Anordnung ist ausserdem im Dampferzeuger ein Anlassheizer 15 vorgesehen, welcher als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet ist. Mit dem Anlassheizer 15 kann das Kältemittel im Dampferzeuger 8 verdampft und damit der Expansionsmotor 19 angetrieben werden. Auf diese Weise lässt sich die Anordnung ebenfalls starten, wobei alternativ entweder der Anlassheizer 15 oder der Motor 14 betrieben werden können. Selbstverständlich können auch sowohl Anlassheizer 15 als auch Motor 14 betrieben werden, um eine schnellere Betriebsbereitschaft des Systems zu erreichen. Zusätzlich zum Anlassheizer 15 ist ein Wärmetauscher 16 im Dampferzeuger 8 vorgesehen. Der Wärmetauscher 16 kann mit einem Wärmespeicher 17 verbunden werden, der durch den Sekundärkreis 2b gespeist wird. Die im Wärmespeicher 17 gespeicherte Wärmeenergie kann ebenfalls dazu benutzt werden, um über den Wärmetauscher 16 den Dampferzeuger 18 anzuwärmen und den Expansionsmotor 19 solange anzutreiben, bis die Wärmepumpe 1 im Sekundärkreis 2b Energie abgibt und über den Wärmetauscher 7 den Dampferzeuger 8 speist.To start the arrangement, a starter heater 15 is also provided in the steam generator, which is designed as an electrical resistance heater. With the starter heater 15, the refrigerant can be evaporated in the steam generator 8 and thus the expansion motor 19 can be driven. In this way, the arrangement can also be started, whereby alternatively either the starter heater 15 or the engine 14 can be operated. Of course, both the starter heater 15 and the engine 14 can also be operated in order to achieve a faster operational readiness of the system. In addition to the starter heater 15, a heat exchanger 16 is provided in the steam generator 8. The heat exchanger 16 can be connected to a heat accumulator 17, which is fed by the secondary circuit 2b. The heat energy stored in the heat store 17 can also be used to heat the steam generator 18 via the heat exchanger 16 and to drive the expansion motor 19 until the heat pump 1 emits energy in the secondary circuit 2b and feeds the steam generator 8 via the heat exchanger 7.

Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass der Wärmetauscher 16 noch an eine weitere Zusatzheizquelle, z.B. bei Hybrid-Systemen, zum Startvorgang angeschlossen wird oder dauernd angeschlossen bleibt.Of course, it is also conceivable for the heat exchanger 16 to be connected to a further additional heat source, e.g. in hybrid systems, is connected to the starting process or remains connected permanently.

Die Funktion der Anordnung sei an einem Beispiel erläutert:

Figure imgb0001
The function of the arrangement is explained using an example:
Figure imgb0001

Bei einem Leistungsfaktor von z.B. 3 beträgt der Antriebsenergiebedarf für die Wärmepumpe:

Figure imgb0002
With a power factor of 3, for example, the drive energy requirement for the heat pump is:
Figure imgb0002

Der Ueberschuss des Sekundärkreises der Wärmepumpe beträgt dann:

Figure imgb0003
The excess of the secondary circuit of the heat pump is then:
Figure imgb0003

Wenn man voraussetzt, dass eine Kältemittelexpandermaschine einen Wirkungsgrad von 60% erreicht, wenn die Wärmeabgabe dieser Maschine an die Umgebung durch Rückführung in den Wärmepumpenprozess weitgehend genutzt wird und eine geeignete Wärmesenke zur Verfügung steht, so ist einsichtig, dass aus dem Leistungs- überschuss im Sekundärkreis der Wärmepumpe ohne weiteres die für den Betrieb des Antriebs der Wärmepumpe durch die Expandermaschine erforderliche Leistung von

Figure imgb0004
ca. 20.000 Watt zur Verfügung stehen.If one presupposes that a refrigerant expander achieves an efficiency of 60%, if the heat dissipation of this machine to the environment is largely used by returning it to the heat pump process and a suitable heat sink is available, then it is clear that from the excess power in the secondary circuit the heat pump easily the power required to operate the heat pump through the expander
Figure imgb0004
 approx. 20,000 watts are available.

Damit ist bereits bei einem Leistungsfaktor von 3 ein Eigenantrieb möglich, ein höherer Leistungsfaktor schafft Reserve.With a power factor of 3, self-propulsion is possible, a higher power factor creates reserve.

Ein solches Aggregat arbeitet - abgesehen von der Anlassphase - völlig unabhängig von äusserer Energie autark. Kältemittel, die bereits bei Temperaturen von 40° bis 500C brauchbare Dampfdrücke zum Betrieb einer Expandermaschine ergeben, sind bekannt (z.B. Frigen-Typen).Apart from the starting phase, such a unit works completely independently of external energy. Refrigerant arising at temperatures of 40 ° to 50 0 C vapor pressures useful for operating an expander machine is known (for example, Freon-types) are.

Es sind Kältemitteldampfmotoren bekannt, die Leistungen bis zu 100 kW mit Frigen erreichen. Aber auch kleine Expandermaschinen von einigen kW sind am Markt.Refrigerant steam engines are known which achieve outputs of up to 100 kW with Frigen. But small expander machines of a few kW are also on the market.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kältemitteldampfmotor als Kolbenmaschine oder Schraubenexpander ausgebildet ist. Dies erleichtert das Anordnen von Wärmepumpe und Kälteinitteldampfmotor auf einer Achse, da sich bei dann identischen Drehzahlen besonders einfach eine Abstimmung der Drehmomente und Leistungscharakteristika der beiden Maschinen (Wärmepumpe und Kältemitteldampfmotor) erreichen lässt. Selbstverständlich lassen sich jedoch auch andere Kältemitteldampfmotore, wie z.B. Schraubenexpanderturbinen vorteilhaft einsetzen.It is particularly advantageous if the refrigerant vapor engine is designed as a piston engine or screw expander. This makes it easier to arrange the heat pump and the refrigerant steam engine on one axis, since the speeds are then identical which simply allows the torques and performance characteristics of the two machines (heat pump and refrigerant steam engine) to be matched. Of course, however, other refrigerant steam engines, such as screw expander turbines, can also be used advantageously.

Fig. 2 zeigt die Energiebilanz einer erfindungsgemässen Anordnung. Die verwendeten Abkürzungen haben folgende Bedeutung:

  • Pi = Eingangs-Wärmeenergie
  • Po = Ausgangsenergie der Wärmepumpe
  • Pa = Antriebsenergie der Wärmepumpe
  • E = abgegebene Hilfsenergie
  • N = abgegebene Nutzenergie
  • V = anergetische Wärmeverluste
  • PR = Rückkühlenergie
  • PH = Heizenergie für Verdampfer des Expansionsmotors
2 shows the energy balance of an arrangement according to the invention. The abbreviations used have the following meaning:
  • Pi = input thermal energy
  • P o = output energy of the heat pump
  • P a = drive energy of the heat pump
  • E = auxiliary energy delivered
  • N = useful energy delivered
  • V = anergetic heat loss
  • P R = recooling energy
  • P H = heating energy for evaporator of the expansion motor

Aus der Darstellung in Fig. 2 ergibt sich folgende Gleichung für die erforderliche Eingangs-Wärmeenergie

Figure imgb0005
The following equation for the required input thermal energy results from the representation in FIG. 2
Figure imgb0005

Für die geforderte Ausgangsenergie der Wärmepumpe ergibt sich die Gleichung

Figure imgb0006
The equation results for the required output energy of the heat pump
Figure imgb0006

Wie aus der Energiebilanz ersichtlich ist, wird die der Wärmequelle entnommene, bzw. die am Eingang zum Betrieb der Anlage erforderliche Energiebedarf nicht wesentlich erhöht, sodass sich aus dieser Sicht kaum eine Limitierung der Einsatzmöglichkeit der Anordnung ergibt. Lediglich die Leistung der Wärmepumpe muss erhöht werden, was sich jedoch praktisch nur bei den Anlagekosten niederschlägt. Die erfindungsgemässe Anordnung löst somit auf optimal einfache Weise das Antriebsproblem für Wärmepumpen und schafft insbesondere durch die Geschlossenheit der einzelnen Kreisläufe und die mögliche Rückführung von Teil-Restwärme einen hohen Wirkungsgrad der Gesamtanlage.As can be seen from the energy balance, the energy requirement taken from the heat source or the energy requirement required at the entrance to operate the system is not significantly increased, so that from this point of view there is hardly any limitation to the possible use of the arrangement. Only the performance of the heat pump has to be increased, which is practically only reflected in the system costs. The arrangement according to the invention thus solves the drive problem for heat pumps in an optimally simple manner and creates in particular through the closed nature of the individual Circulations and the possible return of partial residual heat make the entire system highly efficient.

Das erfindungsgemässe Prinzip lässt sich vorteilhaft überall dort anwenden, wo einerseits keine Energieversorgung, z.B. durch Wärme- oder elektrische Energie, möglich ist und andererseits wenigstens zwei Wärmequellen unterschiedlicher Temperatur und ausreichender Wärmekapazität verfügbar sind, beispielsweise in folgenden Fällen:

  • 1. Kalte Regionen der Welt, in denen die Wassertemperatur von Meeren, Seen und Flüssen um 0°C oder darüber und die Lufttemperaturen um - 100C und darunter liegen. Das Wasser wird dann als Primärquelle benutzt, während die Luft als Wärmesenke dient.
  • 2. Anwendungen im industriellen Bereich, in denen höhere Temperaturen in Abwärmequellen (+ 200C beispielsweise) vorliegen, die ungenutzt bleiben müssten und nun als Primärquelle verwendet werden können, während als Wärmesenke die die Aussenluft oder Wasser dient, sofern deren Temperatur unter der der Primärquelle liegt.
  • 3. Heisse Regionen der Welt, in denen Klimaanlagen ohne externe Energieversorgung betrieben werden sollen. Hier können vorhandene Wärmesenken (Grundwasser, Meere, Flüsse) mit Temperaturen von + 20° bis + 30°C verwendet werden, um Klimaanlagen mittels Wärmepumpen nach vorliegender Erfindung zu betreiben, ohne dass eine ständige Energiezufuhr erforderlich ist.
The principle according to the invention can advantageously be used wherever, on the one hand, no energy supply, for example by means of thermal or electrical energy, is possible and, on the other hand, at least two heat sources of different temperature and sufficient heat capacity are available, for example in the following cases:
  • 1. Cold regions of the world where the water temperature of seas, lakes and rivers around 0 ° C or above and the air temperatures to - 10 0 C and below. The water is then used as the primary source, while the air serves as a heat sink.
  • 2. Applications in the industrial sector, in which there are higher temperatures in waste heat sources (+ 20 0 C for example), which would have to remain unused and can now be used as a primary source, while as a heat sink that serves the outside air or water, provided that their temperature is below that Primary source.
  • 3. Hot regions of the world in which air conditioning systems are to be operated without external energy supply. Existing heat sinks (groundwater, oceans, rivers) with temperatures of + 20 ° to + 30 ° C can be used here to operate air conditioning systems using heat pumps according to the present invention, without a constant supply of energy being required.

Aus dem erfindungsgemässen Prinzip ist ersichtlich, dass sich die Anwendung nicht auf bestimmte Anlagengrössen beschränkt.It can be seen from the principle according to the invention that the application is not restricted to certain plant sizes.

Claims (17)

1. Anordnung mit einer Wärmepumpe mit wenigstens einem Verdichter mit Kältemittelkreislauf zur Transformation eines Wärmeenergiepotentials aus wenigstens einer Wärmequelle niederer Temperatur auf der Primärseite auf höheres Temperaturniveau auf der Ausgangs-, bzw. Abgabeseite, dadurch gekennzeichnet , dass ein Kältemitteldampfmotor vorgesehen ist, dessen Dampferzeuger derart mit der Abgabeseite der Wärmepumpe in Verbindung steht, dass er wenigstens teilweise durch die auf der Abgabeseite der Wärmepumpe abgegebene Wärmeenergie gespeist wird, dass der Kältemitteldampfmotor zum mechanischen Antrieb der Wärmepumpe mit dieser verbindbar ist, und dass eine Startvorrichtung zur Abgabe von Antriebsenergie für die Wärmepumpe bis zum Erreichen der Betriebstemperatur am Ausgang der Wärmepumpe vorgesehen ist.1. Arrangement with a heat pump with at least one compressor with a refrigerant circuit for transforming a thermal energy potential from at least one low-temperature heat source on the primary side to a higher temperature level on the output or discharge side, characterized in that a refrigerant steam engine is provided, the steam generator of which is included the discharge side of the heat pump is connected to the fact that it is at least partially fed by the heat energy emitted on the discharge side of the heat pump, that the refrigerant steam motor can be connected to the heat pump for mechanical drive, and that a starting device for the discharge of drive energy for the heat pump up to Reaching the operating temperature at the outlet of the heat pump is provided. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Startvorrichtung eine Zusatz-Heizanordnung für den Dampferzeuger des Kältemitteldampfmotors aufweist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the starting device has an additional heating arrangement for the steam generator of the refrigerant steam engine. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Startvorrichtung einen Hilfsantrieb für den Verdichter der Wärmepumpe aufweist.3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the starting device has an auxiliary drive for the compressor of the heat pump. 4. Anordnung, gekennzeichnet durch die Kombination von Anspruch 2 und 3.4. Arrangement, characterized by the combination of claims 2 and 3. 5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass der Hilfsantrieb einen Elektromotor aufweist.5. Arrangement according to claim 3, characterized in that the auxiliary drive has an electric motor. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass der Elektromotor sowohl mit dem Verdichter der Wärmepumpe als auch mit der Abtriebsseite des Kältemitteldampfmotors verbindbar ist und sowohl als Motor als auch als Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie bei Antrieb durch den Kältemitteldampfmotor schaltbar ist.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the electric motor can be connected both to the compressor of the heat pump and to the output side of the refrigerant steam engine and can be switched both as a motor and as a generator for generating electrical energy when driven by the refrigerant steam engine. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Wärmepumpe abgabeseitig mit einem Wärmetauscher und Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels der Expandermaschine verbunden ist, dass ein Dampfkessel zur Aufnahme des verdampften Kältemittels und dessen Abgabe an die Expandermaschine vorgesehen ist, dass der Ausgang der Expandermaschine an einen Rückkühler, bzw. Kondensator angeschlossen ist, in welchem das Kältemittel verflüssigt wird, und dass weiterhin ein Injektor vorgesehen ist, welcher das verflüssigte Kältemittel im Expandersystem wieder dem mit der Abgabeseite der Wärmepumpe verbundenen Verdampfer zuführt.7. Arrangement according to claim 1, characterized in that the heat pump is connected on the output side to a heat exchanger and evaporator for evaporating the refrigerant of the expander machine, that a steam boiler is provided for receiving the evaporated refrigerant and its delivery to the expander machine, that the output of the expander machine is connected to a recooler, or condenser, in which the refrigerant is liquefied, and that an injector is also provided which feeds the liquefied refrigerant in the expander system to the evaporator connected to the discharge side of the heat pump. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass der Injektor durch die Expandermaschine antreibbar ist.8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the injector can be driven by the expander. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass der Rückkühler des Kältemitteldampfmotors zur Abgabe der Restwärme mit dem Primärkreislauf der Wärmepumpe und/oder mit einer Temperatursenke niedrigeren Temperaturniveaus als der Primärkreislauf der Wärmepumpe verbunden ist.9. Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the recooler of the refrigerant steam engine for releasing the residual heat is connected to the primary circuit of the heat pump and / or to a lower temperature level than the primary circuit of the heat pump. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass der Verdampfer und/oder der Dampfkessel der Expandermaschine wenigstens teilweise in einen Speicher mit vorzugsweise flüssigem Wärmespeichermedium, vorzugsweise mit Wasser, angeordnet ist, welcher mit der Abgabeseite der Wärmepumpe verbunden und durch diese aufheizbar ist.10. Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the evaporator and / or the steam boiler of the expander machine is at least partially arranged in a memory with preferably liquid heat storage medium, preferably with water, which is connected to the discharge side of the heat pump and by it can be heated. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Heizanordnung im Verdampfer und/oder im Dampfkessel der Expandermaschine vorgesehen ist.11. Arrangement according to one of claims 2 to 8, characterized in that the heating arrangement is provided in the evaporator and / or in the steam boiler of the expander. 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , dass die Heizanordnung eine Widerstandsheizung aufweist.12. The arrangement according to claim 11, characterized in that the heating arrangement has a resistance heater. 13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , dass als Heizanordnung eine externe Zusatzheizung vorgesehen ist.13. Arrangement according to claim 11 or 12, characterized in that an external additional heating is provided as the heating arrangement. 14. Anordnung nach Anspruch 5 und 12, dadurch gekennzeichnet , dass die Widerstandsheizung wenigstens teilweise durch den Generator speisbar ist.14. Arrangement according to claim 5 and 12, characterized in that the resistance heater can be fed at least partially by the generator. 15. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dass die Heizanordnung zum Nacherhitzen des verdampften Kältemittels als Zusatzheizung vorgesehen ist.15. The arrangement according to claim 12, characterized in that the heating arrangement is provided for reheating the evaporated refrigerant as an additional heater. 16. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass der Elektromotor durch eine Schaltanordnung derart mit einer Batterie verbindbar ist, dass die Batterie in Generator-Schaltung des Motors durch diesen aufladbar ist und zum Start der Wärmepumpenanordnung der Motor durch die aufgeladene Batterie speisbar ist.16. The arrangement according to claim 6, characterized in that the electric motor can be connected to a battery by means of a switching arrangement such that the battery in the generator circuit of the motor can be charged by the latter and that the motor can be fed by the charged battery at the start of the heat pump arrangement. 17. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Kältemitteldampfmotor eine Kolbenmaschine für niedere Dampftemperaturen ist.17. The arrangement according to claim 1, characterized in that the refrigerant steam engine is a piston engine for low steam temperatures.
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