EP3583366A1 - Vorrichtung und verfahren zur erhöhung der wärmeleistung einer wärmequelle - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur erhöhung der wärmeleistung einer wärmequelle

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EP3583366A1
EP3583366A1 EP18726068.2A EP18726068A EP3583366A1 EP 3583366 A1 EP3583366 A1 EP 3583366A1 EP 18726068 A EP18726068 A EP 18726068A EP 3583366 A1 EP3583366 A1 EP 3583366A1
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EP
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heat
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heat source
heat sink
return
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Jochen SCHÄFER
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Siemens AG
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    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40—Fluid line arrangements

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1 and a method according to the Oberbe ⁇ handle of claim 7.
  • waste heat from Industrieprozes ⁇ sen or heat is used by geothermal sources to provide heat to a heat consumer, that is to be output to a heat sink.
  • the heat is typically transferred to the heat sink by means of a heat exchanger or an additional heat ⁇ pump.
  • Heat sink return a lower temperature than the
  • Heat sink forward. In other words, at least part of the heat is consumed by the heat sink.
  • the heat source typically has a heat source return as well as a heat source flow with respect to the heat exchanger.
  • the temperature of the Wär ⁇ mettlenvorlaufes due to the transfer of heat by means of the heat exchanger is greater than the temperature of the furnishedquel ⁇ lengurlaufes.
  • Tempe ⁇ temperature of the heat source return is limited by the temperature of the heat sink return.
  • the temperature of the heat source return can not be further cooled when the heat is to be transferred to the heat sink.
  • the temperature of the heat sink flow is limited by the temperature of the heat source flow. From the above restrictions, there is the disadvantage that the heat source can not be fully utilized with respect to its heat content. In other words, this limits the heat yield of the heat source.
  • the present invention is based on the object to improve the heat yield of a heat source.
  • the inventive apparatus for increasing the heat from ⁇ yield a heat source comprising at least
  • the heat source with respect to the thermal coupling with the heat sink by means of the heat exchanger has adale provokenvor ⁇ run and a heat source return; in which
  • the condenser of the heat pump for heat dissipation to the heat sink is thermally coupled to the heat sink lead.
  • the heat sink lead has a higher temperature compared to the temperature of the heat sink return.
  • the heat source supply and the heat source return can form a heat source circuit for a fluid, wherein the fluid of the heat source flow is cooled by at least the heat exchanger and its heat at least partially on the heat sink return to form the
  • Heat sink flow is transmitted. After cooling of the heat source flow through the heat exchanger, the heat ⁇ source flow to the heat source return.
  • the heat sources ⁇ return may alternatively or additionally discharged partially or fully ⁇ constantly and thus are not returned partially or completely to the heat source.
  • Relative arrangements for example the arrangement of a Ele ⁇ mentes immediately before or immediately after a further element of the device, refer to a direction of a cycle and / or to a flow direction of a fluid in ⁇ play, to a direction of a heat sink circuit.
  • the heat sink cycle is by means of
  • ge ⁇ indicates that the evaporator which is thermally coupled to the heat source return, a reduction in the temperature of the heat source Tempe ⁇ recoil possible. As a result, the heat source is further cooled, so that advantageously increases the heat yield.
  • the heat source return means of the evaporator entzoge ⁇ ne heat is transferred to the heat sinks forward by means of the condenser of the heat pump.
  • This allows vorteilhafterwei ⁇ se the heat source improved in terms of their heat content to be used and thus more heat or an ER- increased heat output or an increased temperature for the heat sink can be provided.
  • the inventive integration of the heat pump in the heat ⁇ source or the heat source circuit the heat source back ⁇ run and the heat sink flow further he ⁇ warms.
  • the heat source return In the case of an industrial waste heat source (heat source), the heat source return according to the prior art must be cooled by means of cooling devices, in particular cooling towers, before it can be removed, for example as a waste water stream.
  • cooling devices in particular cooling towers
  • inventively provided further cooling of the heat source return flow of the heat source return ⁇ consequently is cooled more strongly, so that advantageously consuming and costly cooling devices for cooling the heat source return flow omitted.
  • the temperature of the heat sink outfeed will geous legally increased with ⁇ means of the condenser of the heat pump from ⁇ .
  • the waste heat source is improved in terms of its heat content ge ⁇ uses.
  • geothermal energy source geothermal heat source
  • ⁇ ses risk is the fact that not the temperature and the possible mass flow rate of the thermal water can be predicted from the wellbore with suffi ⁇ assurance.
  • the present invention can significantly reduce said risk or prevent the completion of expensive insurance.
  • Heat sink return by means of the heat exchanger and Heat transfer from the heat pump condenser to the heat sink lead;
  • the heat sink is part of a district heating network.
  • the thermal performance of the district heating network can be increased.
  • Geothermal source geothermal heat source
  • industrial waste heat source is.
  • the temperature of the heat source return of the geothermal source can thereby be further reduced, so that the geothermal source can be cooled down in an improved manner and thus can be exploited in an improved manner.
  • advantageously consuming and kos ⁇ -intensive coolers to cool the heat source return flow can be eliminated.
  • the heat pump is designed as a high-temperature heat pump.
  • a heat pump As a high-temperature heat pump, a heat pump is called, which allows a heat supply to its condenser above 90 degrees Celsius, in particular above 100 degrees Cel ⁇ sius.
  • Heat sink flow continues to be increased.
  • the temperature of the heat sink lead to above 90 Celsius degrees are increased.
  • the heat source is further upgraded with respect to its temperature.
  • the heat pump comprises a working fluid with R1233zd, R1336mzz, Botan, cyclopentane and / or with a fluoroketone and / or a mixture of the substances mentioned.
  • the heat pump has an electrical power of at least 1 mega watts .
  • the said electrical power is beneficial for a district heating network or a return of the heat provided in an industrial process.
  • Figure 1 shows an exploitation of a heat source by means of a
  • FIG. 2 shows a device according to an embodiment of the invention.
  • the heat pump comprises at least one capacitor 41 and an evaporator 42.
  • the geothermal source 6 is a source of heat flow 61 and ei ⁇ NEN heat source return 62.
  • the temperature of the heat source return 62 is due to the thermal Kopp ⁇ ment with the evaporator 42 of the heat pump 4 compared to the temperature of the heat source flow 61 is reduced.
  • walls ⁇ ren words heat from the geothermal energy source 6 on the Ver ⁇ evaporator 42 of the heat pump 4 is transmitted. The heat is transferred to the heat pump 4 by the at least partial evaporation of the working fluid within the evaporator 42.
  • the heat sink 2 has with respect to the thermal coupling with the condenser 41 of the heat pump 4, a heat sink lead 21 and a heat sink return 22.
  • the temperature of the heat sink return 22 is reduced relative to the temperature of the heat sink lead 21 or the temperature of the heat sink lead 21 is increased relative to the temperature of the heat sink return 22.
  • the temperature of the heat source runnings 61 is increased by the heat pump 4 and supplied to the heat sink 2 by a condensation of the working fluid within the condenser 41 via the heat sink forward 21st
  • a disadvantage of the known device 10 is that the temperature of the heat source return 62 can not be further reduced or cooled. In other words, the exploitation of the geothermal source 6 is limited by the heat transfer from the geothermal source 6 to the heat pump 4.
  • FIG. 2 shows the device 1 according to the first embodiment of the invention.
  • the device 1 comprises a heat pump 4 with a condensate ⁇ sator 41 and an evaporator 42. Further advantages includes the Direction 1, a heat source 6 and a heat sink 2, in particular ⁇ special a heat consumer, which is particularly preferably part of a district heating network, and a heat exchanger 12th
  • the heat pump 4 may include a compressor and an expansion valve.
  • a working fluid of the heat pump 4 is at least partially condensed by means of the condenser 41, at least partially compressed by means of the compressor, at least partially vaporized by means of the evaporator 42 and at least partially expanded by means of the expansion valve.
  • Ar ⁇ beitsfluid may preferably R1233zd, R1336mzz, Botan,
  • Cyclopentane and / or a fluoroketone and / or a mixture of said substances are used.
  • the heat source 6 has a heat source lead 61 and a heat source return 62 with respect to the heat exchanger 12.
  • the temperature of the heat source flow 61 is exemplarily 95 degrees Celsius.
  • the temperature of the heat source return 62 is between the heat exchanger 12 and the evaporator 42 by way of example 55 degrees Celsius.
  • the temperature of the heat source return 62 after its thermal coupling to the evaporator 42 is about 35 degrees Celsius, so that the heat source return 62 with ⁇ means of the evaporator 42 or by means of réellepum ⁇ PE 4 is further cooled.
  • the heat sink 2 with respect to the heat exchanger 12, the heat source 6 with the heat sink 2 Kop ⁇ pelt, a heat sink lead 21 and a
  • the condenser 41 of the heat pump 4 is connected to the
  • Heat sink lead 21 thermally coupled.
  • the working fluid of the heat pump 4 is partially condensed by said thermal coupling and the at least taking into heat released to the heat sink 21 via lead ⁇ .
  • said thermal coupling ⁇ di rectly carried out after the heat exchanger 12th
  • the evaporator 42 of the heat pump 4 is thermally coupled to the heat source return 62.
  • heat is withdrawn from the heat source return 62 by means of the evaporator 42 and transmitted to the heat sink lead 21 by means of the heat pump 4 and the condenser 41.
  • Characterized ⁇ advantageous way enough, the heat source return 62 is further cooled can be exploited so that the heat source 6 via the improved thermal coupling by means of the furnishedtau ⁇ exchanger 12th
  • the temperature of the diettlenvorlau ⁇ fes 61 in about 95 degrees Celsius [° C].
  • the thermi ⁇ rule coupling the heat source to the heat sink 6 2 62 has a temperature of approximately 55 degrees Celsius on the heat source return means of the heat exchanger 12th Of the
  • Heat sink flow 21 has between the heat exchanger 12 and the condenser 41, that is directly after the heat exchanger 12 and directly in front of the condenser 41 of the heat pump 4, a temperature of approximately 90 degrees Celsius. Due to the absorption of heat by means of the heat pump 4, the
  • the heat sink 2 may be formed as a heat consumer and at least a part of it by means of
  • Heat sink feed 21 use or supply heat. 22 thereby has the heat sink return to a ge ⁇ ringere temperature of approximately 50 degrees Celsius.
  • the heat source return 62 At the evaporator 42 of the heat pump 4 is a temperature of approximately 55 degrees Celsius.
  • the heat source return 62 further heat is removed, so that the temperature of the heat source return 62 after thermal coupling with the evaporator 42 of the heat pump 4 is approximately 35 degrees Celsius.
  • the heat source return 62 is heated at its temperature of approx.
  • the heat source return 62 again absorbs heat from the heat source 6 and becomes the heat source lead 61 with a temperature of approximately 95 degrees Celsius.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur Erhöhung der Wärmeausbeute einer Wärmequelle (6) vorgeschlagen, umfassend - eine Wärmesenke (2), eine Wärmepumpe (4) mit einem Kondensator (41) und einem Verdampfer (42), und die Wärmequelle (6); wobei - die Wärmesenke (2) bezüglich einer thermischen Kopplung mit der Wärmequelle (6) mittels eines Wärmetauschers (12) einen Wärmesenkenvorlauf (21) und einen Wärmesenkenrücklauf (22) aufweist; und - die Wärmequelle (6) bezüglich der thermischen Kopplung mit der Wärmesenke (2) mittels des Wärmetauschers (12) einen Wärmequellenvorlauf (61) und einen Wärmequellerücklauf (62) aufweist; wobei - der Kondensator (41) der Wärmepumpe (4) zur Wärmeabgabe an die Wärmesenke (2) thermisch mit dem Wärmesenkenvorlauf (21) gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist der Verdampfer (41) der Wärmepumpe (4) nach dem Wärmetauscher (12) zur Wärmeaufnahme thermisch mit dem Wärmequellenrücklauf (62) gekoppelt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Wärmeausbeute einer Wärmequelle (6) mit einer Vorrichtung (1) gemäß der vorliegenden Erfindung oder einer ihrer Ausgestaltungen.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Erhöhung der Wärmeleistung einer Wärmequelle
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbe¬ griff des Patentanspruches 7.
Nach dem Stand der Technik wird Abwärme von Industrieprozes¬ sen oder Wärme von geothermischen Quellen verwendet, um Wärme für einen Wärmeverbraucher bereitzustellen, das heißt an eine Wärmesenke abzugeben. Hierbei wird die Wärme typischerweise mittels eines Wärmeübertragers oder einer zusätzlichen Wärme¬ pumpe an die Wärmesenke übertragen.
Wird die von einer Wärmequelle bereitgestellte Wärme auf die Wärmesenke mittels eines Wärmetauschers übertragen, so weist die Wärmesenke typischerweise bezüglich des genannten Wärme¬ tauschers einen Wärmesenkenrücklauf und einen
Wärmesenkenvorlauf für ein Fluid auf. Hierbei weist der
Wärmesenkenrücklauf eine geringere Temperatur als der
Wärmesenkenvorlauf auf. Mit anderen Worten wird wenigstens ein Teil der Wärme von der Wärmesenke verbraucht.
Gleichermaßen weist die Wärmequelle typischerweise bezüglich des Wärmetauschers einen Wärmequellenrücklauf sowie einen Wärmequellenvorlauf auf. Hierbei ist die Temperatur des Wär¬ mequellenvorlaufes aufgrund der Übertragung von Wärme mittels des Wärmetauschers größer als die Temperatur des Wärmequel¬ lenrücklaufes. Durch die thermische Kopplung der Wärmequelle mit der Wärmesenke mittels des Wärmetauschers ist die Tempe¬ ratur des Wärmequellenrücklaufes durch die Temperatur des Wärmesenkenrücklaufes beschränkt. Mit anderen Worten kann die Temperatur des Wärmequellenrücklaufes nicht weiter abgekühlt werden, wenn die Wärme an die Wärmesenke übertragen werden soll . Weiterhin ist die Temperatur des Wärmesenkenvorlaufes durch die Temperatur des Wärmequellenvorlaufes beschränkt. Aus den genannten Beschränkungen ergibt sich der Nachteil, dass die Wärmequelle bezüglich ihres Wärmeinhaltes nicht vollständig genutzt werden kann. Mit anderen Worten ist dadurch die Wärmeausbeute der Wärmequelle beschränkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Wärmeausbeute einer Wärmequelle zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 7 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestal- tungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erhöhung der Wärmeaus¬ beute einer Wärmequelle umfasst wenigstens
- eine Wärmesenke, eine Wärmepumpe mit einem Kondensator und einem Verdampfer, und die Wärmequelle; wobei
- die Wärmesenke bezüglich einer thermischen Kopplung mit der Wärmequelle mittels eines Wärmetauschers einen
Wärmesenkenvorlauf und einen Wärmesenkenrücklauf aufweist; und
- die Wärmequelle bezüglich der thermischen Kopplung mit der Wärmesenke mittels des Wärmetauschers einen Wärmequellenvor¬ lauf und einen Wärmequellenrücklauf aufweist; wobei
- der Kondensator der Wärmepumpe zur Wärmeabgabe an die Wärmesenke thermisch mit dem Wärmesenkenvorlauf gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist der Verdampfer der Wärmepumpe nach dem Wärmetauscher, insbesondere direkt nach dem Wärmetauscher, zur Wärmeaufnahme thermisch mit dem Wärmequellenrücklauf ge¬ koppelt .
Der Wärmesenkenvorlauf und der Wärmesenkenrücklauf bilden ty¬ pischerweise einen Wärmesenkenkreislauf für ein Fluid aus, wobei das Fluid des Wärmesenkenrücklaufes wenigstens mittels des Wärmetauschers erwärmt wird. Nach dessen Erwärmung durch den Wärmetauscher wird der Wärmesenkenrücklauf zum
Wärmesenkenvorlauf. Somit weist der Wärmesenkenvorlauf eine im Vergleich zur Temperatur des Wärmesenkenrücklaufes höhere Temperatur auf.
Der Wärmequellenvorlauf und der Wärmequellenrücklauf können für eine Fluid einen Wärmequellenkreislauf ausbilden, wobei das Fluid des Wärmequellenvorlaufes wenigstens mittels des Wärmetauschers abgekühlt wird und seine Wärme wenigstens teilweise auf den Wärmesenkenrücklauf zur Bildung des
Wärmesenkenvorlaufes übertragen wird. Nach der Abkühlung des Wärmequellenvorlaufes durch den Wärmetauscher wird der Wärme¬ quellenvorlauf zum Wärmequellenrücklauf. Der Wärmequellen¬ rücklauf kann alternativ oder ergänzend teilweise oder voll¬ ständig abgeführt und somit teilweise oder vollständig nicht zur Wärmequelle rückgeführt werden.
Relative Anordnungen, beispielsweise die Anordnung eines Ele¬ mentes direkt vor oder direkt nach einem weiteren Element der Vorrichtung, beziehen sich auf eine Richtung eines Kreislaufes und/oder auf eine Strömungsrichtung eines Fluids, bei¬ spielsweise auf eine Richtung eines Wärmesenkenkreislaufes. Der Wärmesenkenkreislaufes ist mittels des
Wärmesenkenvorlaufes und des Wärmesenkenrücklaufes gebildet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Verdampfer, der thermisch mit dem Wärmequellenrücklauf gekoppelt ist, eine Reduzierung der Tempe¬ ratur des Wärmequellenrücklaufes ermöglicht. Dadurch wird die Wärmequelle weiter abgekühlt, sodass sich vorteilhafterweise die Wärmeausbeute erhöht.
Die dem Wärmequellenrücklauf mittels des Verdampfers entzoge¬ ne Wärme wird mittels des Kondensators der Wärmepumpe auf den Wärmesenkenvorlauf übertragen. Dadurch kann vorteilhafterwei¬ se die Wärmequelle verbessert bezüglich ihres Wärmeinhaltes genutzt werden und somit mehr Wärme beziehungsweise eine er- höhte Wärmeleistung oder eine erhöhte Temperatur für die Wärmesenke bereitgestellt werden. Mit anderen Worten wird durch die erfindungsgemäße Einbindung der Wärmepumpe in die Wärm¬ quelle oder den Wärmequellenkreislauf, der Wärmequellenrück¬ lauf weiter abgekühlt sowie der Wärmesenkenvorlauf weiter er¬ wärmt .
Bei einer industriellen Abwärmequelle (Wärmequelle) muss der Wärmequellenrücklauf gemäß des Standes der Technik mittels Kühleinrichtungen, insbesondere Kühltürme, gekühlt werden, bevor dieser, beispielsweise als Abwasserstrom, abgeführt werden kann. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene weitere Abkühlung des Wärmequellenrücklaufes wird folglich der Wärme¬ quellenrücklauf stärker abgekühlt, sodass vorteilhafterweise aufwendige und kostenintensive Kühlvorrichtungen zur Kühlung des Wärmequellenrücklaufes entfallen. Zusätzlich wird vor¬ teilhafterweise die Temperatur des Wärmesenkenvorlaufes mit¬ tels des Kondensators der Wärmepumpe erhöht. Dadurch wird die Abwärmequelle verbessert bezüglich ihres Wärmeinhaltes ge¬ nutzt .
Bei einer Geothermiequelle (geothermischen Wärmequelle) wird deren Wärmequellenrücklauf stärker ausgekühlt, sodass vor¬ teilhafterweise ihre Wärmeausbeute verbessert wird. Weiterhin besteht für eine Geothermiequelle ein Fündigkeitsrisiko. Die¬ ses Risiko beinhaltet die Tatsache, dass nicht mit ausrei¬ chender Sicherheit die Temperatur und der mögliche Massenstrom des Thermalwassers aus dem Bohrloch vorhergesagt werden kann. Die vorliegende Erfindung kann das genannte Risiko deutlich reduzieren oder das Abschließen von teuren Versicherungen verhindern.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung der Wärmeausbeute einer Wärmequelle mit einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung oder einer ihrer Ausgestaltungen umfasst wenigstens die folgenden Schritte:
- Wärmeübertragen von der Wärmequelle auf den
Wärmesenkenrücklauf mittels des Wärmetauschers; und - Wärmeübertragen von dem Kondensator der Wärmepumpe auf den Wärmesenkenvorlauf;
gekennzeichnet durch ein Wärmeübertragen von dem Wärmequellenrücklauf auf den Verdampfer der Wärmepumpe.
Es ergeben sich zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen Verfah¬ rens .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Wärmesenke Teil eines Fernwärmenetzes.
Vorteilhafterweise kann dadurch die thermische Leistung des Fernwärmenetzes erhöht werden.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Wärmequelle eine
Geothermiequelle (geothermische Wärmequelle) und/oder eine industrielle Abwärmequelle ist.
Vorteilhafterweise kann dadurch die Temperatur des Wärmequel lenrücklaufes der Geothermiequelle weiter reduziert werden, sodass die Geothermiequelle verbessert ausgekühlt und somit verbessert ausgebeutet werden kann. Für die industrielle Abwärmequelle können vorteilhafterweise aufwendige und kos¬ tenintensive Kühlvorrichtungen zur Abkühlung des Wärmequellenrücklaufes entfallen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Wärmepumpe als Hochtemperaturwärmepumpe ausgebildet.
Als Hochtemperaturwärmepumpe wird eine Wärmepumpe bezeichnet, die eine Wärmebereitstellung an ihrem Kondensator oberhalb von 90 Grad Celsius, insbesondere oberhalb von 100 Grad Cel¬ sius, ermöglicht.
Vorteilhafterweise kann dadurch die Temperatur des
Wärmesenkenvorlaufes weiter erhöht werden. Insbesondere kann die Temperatur des Wärmesenkenvorlaufes auf oberhalb von 90 Grad Celsius erhöht werden. Mit anderen Worten wird dadurch vorteilhafterweise die Wärmequelle bezüglich ihrer Temperatur weiter aufgewertet. Zur Erreichung der genannten hohen Temperaturen ist es besonders bevorzugt, wenn die Wärmepumpe ein Arbeitsfluid mit R1233zd, R1336mzz, Botan, Cyclopentan und/oder mit einem Flu- orketon und/oder einer Mischung aus den genannten Stoffen um- fasst .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Wärmepumpe eine elektrische Leistung von wenigstens 1 Mega¬ watt auf. Vorteilhafterweise wird dadurch eine für industrielle Anwen¬ dungen ausreichend dimensionierte Wärmepumpe bereitgestellt. Insbesondere für ein Fernwärmenetz oder eine Rückführung der bereitgestellten Wärme in einen industriellen Prozess ist die genannte elektrische Leistung von Vorteil.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er¬ geben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert :
Figur 1 eine Ausbeutung einer Wärmequelle mittels einer
Wärmepumpe gemäß des Standes der Technik; und
Figur 2 eine Vorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der Er- findung.
Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente kön¬ nen in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein. In Figur 1 ist die Ausbeutung der als Geothermiequelle 6 aus¬ gebildeten Wärmequelle mittels einer Wärmepumpe 4 gemäß des Standes der Technik dargestellt. Die Ausbeutung der Geothermiequelle 6 erfolgt mittels einer bekannten Vorrich¬ tung 10, die eine Wärmesenke 2 umfasst.
Die Wärmepumpe 4 umfasst wenigstens einen Kondensator 41 so- wie einen Verdampfer 42. Bezüglich des Verdampfers 42 weist die Geothermiequelle 6 einen Wärmequellenvorlauf 61 sowie ei¬ nen Wärmequellenrücklauf 62 auf. Hierbei ist die Temperatur des Wärmequellenrücklaufes 62 aufgrund der thermischen Kopp¬ lung mit dem Verdampfer 42 der Wärmepumpe 4 gegenüber der Temperatur des Wärmequellenvorlaufes 61 verringert. Mit ande¬ ren Worten wird Wärme von der Geothermiequelle 6 auf den Ver¬ dampfer 42 der Wärmepumpe 4 übertragen. Die Wärme wird durch die wenigstens teilweise Verdampfung des Arbeitsfluids inner¬ halb des Verdampfers 42 auf die Wärmepumpe 4 übertragen.
Die Wärmsenke 2 weist bezüglich der thermischen Kopplung mit dem Kondensator 41 der Wärmepumpe 4 einen Wärmesenkenvorlauf 21 sowie einen Wärmesenkenrücklauf 22 auf. Hierbei ist die Temperatur des Wärmesenkenrücklaufes 22 gegenüber der Tempe- ratur des Wärmesenkenvorlaufes 21 verringert beziehungsweise die Temperatur des Wärmesenkenvorlaufes 21 gegenüber der Temperatur des Wärmesenkenrücklaufes 22 erhöht. Mit anderen Wor¬ ten wird die Temperatur des Wärmequellenvorlaufes 61 mittels der Wärmepumpe 4 erhöht und an die Wärmesenke 2 durch ein kondensieren des Arbeitsfluids innerhalb des Kondensators 41 über den Wärmesenkenvorlauf 21 abgegeben.
Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung 10 ist, dass die Temperatur des Wärmequellenrücklaufes 62 nicht weiter reduziert oder ausgekühlt werden kann. Mit anderen Worten ist die Ausbeutung der Geothermiequelle 6 durch den Wärmeübertrag von der Geothermiequelle 6 auf die Wärmepumpe 4 beschränkt.
In Figur 2 ist die Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausgestal- tung der Erfindung dargestellt.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Wärmepumpe 4 mit einem Konden¬ sator 41 und einem Verdampfer 42. Weiterhin umfasst die Vor- richtung 1 eine Wärmequelle 6 und eine Wärmesenke 2, insbe¬ sondere einen Wärmeverbraucher, der besonders bevorzugt Teil eines Fernwärmnetzes ist, sowie einen Wärmetauscher 12.
Die Wärmepumpe 4 kann einen Verdichter und ein Expansionsventil aufweisen. Ein Arbeitsfluid der Wärmepumpe 4 wird mittels des Kondensators 41 wenigstens teilweise kondensiert, mittels des Verdichters wenigstens teilweise verdichtet, mittels des Verdampfers 42 wenigstens teilweise verdampft und mittels des Expansionsventils wenigstens teilweise entspannt. Als Ar¬ beitsfluid kann bevorzugt R1233zd, R1336mzz, Botan,
Cyclopentan und/oder ein Fluorketon und/oder einer Mischung aus den genannten Stoffen verwendet werden.
Die Wärmequelle 6 weist bezüglich des Wärmetauschers 12 einen Wärmequellenvorlauf 61 sowie einen Wärmequellenrücklauf 62 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Temperatur des Wärmequellenvorlaufes 61 exemplarisch 95 Grad Celsius. Die Temperatur des Wärmequellenrücklaufes 62 beträgt zwischen dem Wärmetauscher 12 und dem Verdampfer 42 exemplarisch 55 Grad Celsius. Die Temperatur des Wärmequellenrücklaufes 62 nach seiner thermischen Kopplung mit dem Verdampfer 42 ist etwa 35 Grad Celsius, sodass der Wärmequellenrücklauf 62 mit¬ tels des Verdampfers 42 beziehungsweise mittels der Wärmepum¬ pe 4 weiter abgekühlt wird.
Weiterhin weist die Wärmesenke 2 bezüglich des Wärmetauschers 12, der die Wärmequelle 6 thermisch mit der Wärmesenke 2 kop¬ pelt, einen Wärmesenkenvorlauf 21 sowie einen
Wärmesenkenrücklauf 22 auf.
Der Kondensator 41 der Wärmepumpe 4 ist mit dem
Wärmesenkenvorlauf 21 thermisch gekoppelt. Mit anderen Worten wird das Arbeitsfluid der Wärmepumpe 4 durch die genannte thermische Kopplung wenigstens teilweise kondensiert und die dabei freiwerdende Wärme an den Wärmesenkenvorlauf 21 über¬ tragen. Hierbei erfolgt die genannte thermische Kopplung di¬ rekt nach dem Wärmetauscher 12. Der Verdampfer 42 der Wärmepumpe 4 ist thermisch mit den Wärmequellenrücklauf 62 gekoppelt. Mit anderen Worten wird Wärme dem Wärmequellenrücklauf 62 mittels des Verdampfers 42 entzo- gen und mittels der Wärmepumpe 4 und dem Kondensator 41 auf den Wärmesenkenvorlauf 21 übertragen. Dadurch wird vorteil¬ hafterweise der Wärmequellenrücklauf 62 weiter ausgekühlt, sodass über die thermische Kopplung mittels des Wärmetau¬ schers 12 die Wärmequelle 6 verbessert ausgebeutet werden kann.
Beispielsweise beträgt die Temperatur des Wärmequellenvorlau¬ fes 61 in etwa 95 Grad Celsius [°C] . Direkt nach der thermi¬ schen Kopplung der Wärmequelle 6 mit der Wärmesenke 2 mittels des Wärmetauschers 12 weist der Wärmequellenrücklauf 62 eine Temperatur von annähernd 55 Grad Celsius auf. Der
Wärmesenkenvorlauf 21 weist zwischen dem Wärmetauscher 12 und dem Kondensator 41, das heißt direkt nach dem Wärmetauscher 12 und direkt vor dem Kondensator 41 der Wärmepumpe 4, eine Temperatur von annähernd 90 Grad Celsius auf. Aufgrund der Aufnahme von Wärme mittels der Wärmepumpe 4 weist der
Wärmesenkenvorlauf 21 direkt nach der thermischen Kopplung mit dem Kondensator 41 der Wärmepumpe 4 eine Temperatur größer als 90 Grad Celsius auf.
Die Wärmesenke 2 kann als Wärmeverbraucher ausgebildet sein und wenigstens einen Teil der ihr mittels des
Wärmesenkenvorlaufes 21 zuführbaren Wärme verbrauchen oder verwenden. Dadurch weist der Wärmesenkenrücklauf 22 eine ge¬ ringere Temperatur von annähernd 50 Grad Celsius auf.
Am Verdampfer 42 der Wärmepumpe 4 liegt eine Temperatur von annähernd 55 Grad Celsius vor. Mittels des Verdampfers 42 der Wärmepumpe 4 wird dem Wärmequellenrücklauf 62 weiter Wärme entzogen, sodass die Temperatur des Wärmequellenrücklaufes 62 nach der thermischen Kopplung mit dem Verdampfer 42 der Wärmepumpe 4 annähernd 35 Grad Celsius ist. Anschließend wird der Wärmequellenrücklauf 62 mit seiner Temperatur von annä- hernd 35 Grad Celsius rückgeführt, Hierdurch nimmt der Wärme- quellenrücklauf 62 wieder Wärme au der Wärmequelle 6 auf und wird zum Wärmequellenvorlauf 61 mi einer Temperatur von an- nähernd 95 Grad Celsius.
Mittels der Vorrichtungen 1 gemäß der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird folglich die Ausbeute der Wärmequelle 6 bezüglich ihres Wärmeinhaltes verbessert. Das ist des¬ halb der Fall, da der Wärmequellenrücklauf 62 mittels der er- findungsgemäßen thermischen Kopplung mit dem Verdampfer 42 der Wärmepumpe 4 weiter abgekühlt wird. Besonders bevorzugt ist hierbei die Wärmequelle 6 als Geothermiequelle ausgebil¬ det . Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Erhöhung der Wärmeausbeute einer Wärmequelle (6), umfassend
- eine Wärmesenke (2), eine Wärmepumpe (4) mit einem Konden¬ sator (41) und einem Verdampfer (42), und die Wärmequelle ( 6) ; wobei
- die Wärmesenke (2) bezüglich einer thermischen Kopplung mit der Wärmequelle (6) mittels eines Wärmetauschers (12) einen Wärmesenkenvorlauf (21) und einen Wärmesenkenrücklauf (22) aufweist; und
- die Wärmequelle (6) bezüglich der thermischen Kopplung mit der Wärmesenke (2) mittels des Wärmetauschers (12) einen Wär¬ mequellenvorlauf (61) und einen Wärmequellerücklauf (62) auf- weist; wobei
- der Kondensator (41) der Wärmepumpe (4) zur Wärmeabgabe an die Wärmesenke (2) thermisch mit dem Wärmesenkenvorlauf (21) gekoppelt ist;
dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (41) der Wärme- pumpe (4) nach dem Wärmetauscher (12) zur Wärmeaufnahme thermisch mit dem Wärmequellenrücklauf (62) gekoppelt ist.
2. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (2) Teil eines Fernwärmenetzes ist.
3. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (6) eine Geothermiequelle und/oder eine industrielle Abwärmequelle ist.
4. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (4) als Hochtem¬ peraturwärmepumpe ausgebildet ist.
5. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (4) ein Arbeitsfluid mit R1233zd,
R1336mzz, Butan, Cyclopentan und/oder mit einem Fluorketon und/oder einer Mischung aus den genannten Stoffen umfasst.
6. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe eine elektrische Leistung von wenigstens einem Megawatt aufweist.
7. Verfahren zur Erhöhung der Wärmeausbeute einer Wärmequelle (6) mit einer Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
- Wärmeübertragen von der Wärmequelle (6) auf den
Wärmesenkenrücklauf (22) mittels des Wärmetauschers (12); und - Wärmeübertragen von dem Kondensator (41) der Wärmepumpe auf den Wärmesenkenvorlauf (21);
gekennzeichnet durch ein Wärmeübertragen von dem Wärmequellenrücklauf (62) auf den Verdampfer (42) der Wärmepumpe (4) .
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