EP4705695A1 - Wärmepumpenanordnung und verfahren zum betreiben einer wärmepumpenanordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanordnung (1) mit einem Fluidkreislauf für ein Arbeitsfluid, welcher eine Verdampfereinheit (2), eine der Verdampfereinheit (2) achgeschaltete Verdichteranordnung (5), eine der Verdichteranordnung (5) nachgeschaltete Verflüssigungseinheit (8), eine Rücklaufleitung (11), welche einen Auslass der Verflüssigungseinheit (8) mit einem Einlass der Verdampfereinheit (2) verbindet, und eine in der Rücklaufleitung (11) vorgesehene Expansionsanordnung (12) zur Expansion des Arbeitsfluids, wobei die Expansionsanordnung (12) eine oder mehrere Expansionsstufen (13a, 13b) aufweist, umfasst.

Description

Beschreibung

Wärmepumpenanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanordnung

Die vorliegende Erfindung betri f ft eine Wärmepumpenanordnung mit einem Fluidkreislauf für ein Arbeits fluid, welcher eine Verdampfereinheit , um Wärmeenergie von einer Wärmequelle , insbesondere von einem Quellenfluid, auf das Arbeits fluid zu übertragen, eine der Verdampfereinheit nachgeschaltete Verdichteranordnung, um das Arbeits fluid zu verdichten, eine der Verdichteranordnung nachgeschaltete Verflüssigungseinheit , Wärmeenergie vom Arbeits fluid, insbesondere an ein Senkenfluid, bevorzugt zum Verdampfen des Senkenfluids , abzugeben, eine Rücklauf leitung, welche einen Auslass der Verflüssigungseinheit mit einem Einlass der Verdampfereinheit verbindet , und eine in der Rücklauf leitung vorgesehene Expansionsanordnung zur Expansion des Arbeits fluids , wobei die Expansionsanordnung eine oder mehrere Expansionsstufen aufweist , umfasst .

Ferner betri f ft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanordnung, bei welchem ein Arbeits fluid durch einen Fluidkreislauf geführt wird, wobei Wärmeenergie in einer Verdampfereinheit insbesondere von einem Quellenfluid auf das Arbeits fluid übertragen wird, wobei das Arbeits fluid zumindest teilweise , insbesondere vollständig verdampft , und das Arbeits fluid nachfolgend in einer Verdichteranordnung verdichtet wird, wobei das Arbeits fluid in der Verdichteranordnung insbesondere mehrere Verdichterstufen durchläuft , und das Arbeits fluid nachfolgend zur Abgabe von Wärmeenergie insbesondere an ein Senkenfluid in einer Verflüssigungseinheit zumindest teilweise , insbesondere vollständig verflüssigt wird, und das Arbeits fluid über eine Rücklauf leitung nachfolgend der Verdampfereinheit wieder zugeführt wird, wobei das Arbeits fluid in einer in der Rücklauf leitung vorgesehenen Expansionsanordnung, welche eine oder mehrere Expansionsstufen aufweist , expandiert . Wärmepumpen basieren auf dem grundsätzlichen Prinzip, durch die Verdampfung eines Arbeitsfluids thermische Energie von einer Wärmequelle aufzunehmen und nach einem Verdichten an eine Wärmesenke, bzw. an ein Senkenfluid, abzugeben. Dazu wird das nach der Wärmeaufnahme in der Regel gasförmige Arbeitsfluid mit der auf genommenen thermischen Energie mittels eines Verdichters auf ein erhöhtes Druckniveau gebracht und anschließend bei einer im Vergleich zu einer Verdampfungstem- peratur erhöhten Verf lüssigungstemperatur verflüssigt. Dabei wird die grundsätzliche Eigenschaft von Fluiden ausgenutzt, dass mit erhöhtem Druck auch die Verdampfungs- bzw. Verflüssigungstemperatur zunimmt. Um das Arbeitsfluid am Ende seines Kreislaufs zurück in den Ausgangszustand zu bringen, wird es expandiert, wodurch sein Druck und seine Temperatur wieder absinken .

Für die Effizienz einer Wärmepumpe spielt die Leistungszahl (englisch: coefficient of performance; COP) eine besondere Rolle. Die Leistungszahl ist dabei definiert als der Quotient aus Nutzen und Aufwand. Der Nutzen entspricht dabei der an der Wärmesenke, beispielsweise an ein Senkenfluid, abgegebenen Wärmemenge. Der Aufwand ergibt sich aus dem Arbeitsaufwand des Verdichters. Je größer dabei die Differenz zwischen der Verdampfungs- und der Verf lüssigungstemperatur des Fluids ist, also je höher die Temperatur des Arbeitsfluids beim Wärmeübergang an ein Senkenfluid ist, desto niedriger ist die Effizienz der Wärmepumpe, da in diesem Fall ein höherer Aufwand für das Verdichten des Arbeitsfluids auf das entsprechende Druckniveau notwendig ist.

Zunehmend sollen Wärmepumpen auch in industriellen Prozessen eingesetzt werden, beispielsweise zur Erzeugung von Wasserdampf in Industrieanlagen. Das Senkenfluid, in diesem Fall Wasser, wird dabei auf Temperaturen von etwa 130 bis 140 °C erwärmt. Dies setzt natürlich eine entsprechende Verdichtung des Arbeitsfluids voraus, weshalb die Leistungszahl von solchen Hochtemperatur-Wärmepumpen per se eher niedrig ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine Wärmepumpenanordnung der eingangs genannten Art und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Wärmepumpenanordnung zu schaf fen, welche ein ef fi zientes Erwärmen eines Senkenfluids auch auf hohe Temperaturen gestatten .

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist diese Aufgabe bei einer Wärmepumpenanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst , dass die Wärmepumpenanordnung mindestens eine Flashgas-Leitung aufweist , welche die Rücklaufleitung mit der Verdichteranordnung parallel zur Verdampfereinheit verbindet , so dass ein gas förmiger Anteil des Arbeits fluids ( Flashgas ) aus der Rücklauf leitung der Verdichteranordnung unter Umgehung der Verdampfereinheit zugeführt werden kann .

Dementsprechend ist gemäß einem ersten Aspekt die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst , dass ein gas förmiger Anteil des Arbeits fluids als Flashgas aus der Rücklauf leitung von einem flüssigen Anteil des Arbeits fluids abgetrennt wird und unter Umgehung der Verdampfereinheit durch mindestens eine Flashgas-Leitung der Verdichteranordnung zugeführt wird .

Diesem Aspekt der Erfindung liegt die grundsätzliche Überlegung zugrunde , dass das Arbeits fluid nach dem Verflüssigen in der Verflüssigungseinheit noch eine so hohe Temperatur hat , dass dessen Wärme genutzt werden kann . Insbesondere wenn das Arbeits fluid nach dem Verlassen der Verflüssigungseinheit in einem vollständig flüssigen Zustand ist , kann es in einer ersten Expansionsstufe der Expansionsanordnung oder in einer in der Flashgas-Leitung angeordneten Expansionseinrichtung expandieren, wobei der Druck absinkt . Durch die Absenkung des Drucks sinkt auch die Verdampfungstemperatur , so dass beim Durchströmen der ersten Expansionsstufe ein Teil des Arbeitsfluids wieder in den gas förmigen Aggregat zustand übergeht . Dieser gas förmige Anteil ( Flashgas ) kann abgetrennt werden und über eine Flashgas-Leitung direkt unter Umgehung der Ver- dampf ereinheit der Verdichteranordnung zugeführt werden . Dadurch kann die im Arbeits fluid nach der Verflüssigungseinheit noch vorhandene Wärme aufgrund der bei dem vorhandenen Druck noch hohen Temperatur ef fi zient genutzt werden, was zu einer erheblichen Verbesserung der Leistungs zahl führt .

In weiterer Ausgestaltung kann die Verdichteranordnung mehrere , insbesondere genau zwei Verdichterstufen aufweisen und die Wärmepumpenanordnung genau eine Flashgas-Leitung umfassen, wobei die Flashgas-Leitung zwischen zwei aufeinander folgenden, d . h . zueinander benachbarten, Verdichterstufen in die Verdichteranordnung mündet . Mit anderen Worten umfasst die Verdichteranordnung mehrere Verdichterstufen, in denen sich j eweils stufenweise der Druck des Arbeits fluids erhöht . Die Flashgas-Leitung mündet demnach zwischen zwei aufeinander folgenden Verdichterstufen in die Verdichteranordnung, wobei zwischen den Verdichterstufen ein Druck des Arbeits fluids herrscht , welcher zu dem Druck in der Flashgas-Leitung korrespondiert .

Die Wärmepumpenanordnung kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass die Verdichteranordnung mehrere , insbesondere genau drei oder vier Verdichterstufen aufweist und die Wärmepumpenanordnung mehrere , insbesondere genau zwei oder drei parallel zueinander verlaufende Flashgas-Leitungen umfasst , wobei die verschiedenen Flashgas-Leitungen zwischen verschiedenen aufeinander folgenden, d . h . zueinander benachbarten, Verdichterstufen in die Verdichteranordnung münden . Bei dieser Ausgestaltung ist somit vorgesehen, nicht nur eine Flashgas-Leitung zu nutzen, um die nach der Verflüssigungseinheit im Arbeits fluid vorhandene Wärmeenergie zu nutzen, sondern praktisch kaskadenförmig mehrere Flashgas-Leitungen insbesondere nach verschiedenen Expansionsstufen der Expansionseinrichtungen abzweigen zu lassen oder innerhalb der Flashgas- Leitungen entsprechende Expansionsmittel vorzusehen, um einen Anteil des Arbeits fluids j eweils in den gas förmigen Aggregatzustand zu überführen und diesen Anteil als Flashgas der Verdichteranordnung zwischen j eweils unterschiedlichen aufeinan- der folgenden Verdichterstufen zuzuführen . Insbesondere kann in j eder Flashgas-Leitung ein unterschiedlicher Druck herrschen, der j eweils zu dem zwischen den j eweiligen Verdichterstufen herrschenden Druck korrespondiert .

Dementsprechend kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein gas förmiger Anteil des Arbeits fluids in einer Stufe oder in mehreren, insbesondere genau in zwei oder drei Stufen abgetrennt werden und unter Umgehung der Verdampfereinheit durch j eweils eine Flashgas-Leitung der Verdichtungsanordnung insbesondere zwischen j eweils zwei aufeinander folgenden Verdichterstufen zugeführt werden .

In weiterer Ausgestaltung kann in der Rücklauf leitung ein Abscheider angeordnet sein, welcher ausgebildet ist , einen gasförmigen Anteil des Arbeits fluids ( Flashgas ) von einem flüssigen Anteil des Arbeits fluids zu trennen, und eine der mindestens einen Flashgas-Leitung, insbesondere die einzige Flashgas-Leitung oder eine erste von mehreren Flashgas- Leitungen, kann von dem Abscheider ausgehen, so dass der flüssige Anteil des Arbeits fluids in die Rücklauf leitung weiterströmt und der gas förmige Anteil des Arbeits fluids in die Flashgas-Leitung strömen kann . Mit anderen Worten kann in der Rücklauf leitung direkt ein Abscheider vorgesehen sein, insbesondere nach einer ersten Expansionsstufe der Expansionsanordnung, durch welchen der gas förmige Anteil des Arbeits fluids von dem flüssigen Anteil des Arbeits fluids getrennt wird . Der Abscheider kann dann zwei Auslässe aufweisen, wobei sich an einen Auslass der Flashgas-Leitung anschließt , durch welche der gas förmige Anteil des Arbeits fluids strömt , und an den anderen Auslass sich die Rücklauf leitung weiter erstreckt , durch welche der flüssige Anteil des Arbeits fluids strömt .

Mindestens eine der Flashgas-Leitungen, insbesondere eine zweite Flashgas-Leitung oder eine zweite und eine dritte Flashgas-Leitung, kann/ können von der Rücklauf leitung abzweigen . In dieser bzw . in diesen Flashgas-Leitung ( en) kann j e- wells ein Abscheider angeordnet sein, welcher ausgebildet ist , einen gas förmigen Anteil des Arbeits fluids ( Flashgas ) von einem flüssigen Anteil des Arbeits fluids zu trennen, so dass der gas förmige Anteil des Arbeits fluids weiter durch die Flashgas-Leitung in Richtung der Verdichteranordnung strömen kann und der flüssige Anteil des Arbeits fluids in die Rücklaufleitung zurückgeführt werden kann . Damit ist es auch möglich, dass ein Abscheider nicht direkt in der Rücklaufleitung, sondern in der Flashgas-Leitung angeordnet ist , um dort den gas förmigen Anteil des Arbeits fluids von dem flüssigen Anteil des Arbeits fluids zu trennen .

In der Flashgas-Leitung kann dem Abscheider vorgeschaltet eine Expansionseinrichtung vorgesehen sein, um den Druck des Arbeits fluids in der Flashgas— Leitung zu reduzieren . Mit anderen Worten kann eine Expansionseinrichtung unmittelbar in der Flashgas-Leitung vor dem Abscheider vorgesehen sein, um einen Teil des Arbeits fluids durch eine Absenkung des Drucks und damit auch der Verdampfungstemperatur vom flüssigen in den gas förmigen Aggregat zustand zu überführen .

In bevorzugter Ausgestaltung kann eine erste Flashgas-Leitung von einem in der Rücklauf leitung angeordneten Abscheider ausgehen . Der Abscheider ist bevorzugt nach einer ersten Expansionsstufe der Expansionsanordnung in der Rücklauf leitung angeordnet . Eine zweite und ggf . eine dritte Flashgas-Leitung kann/ können direkt von der Rücklauf leitung abzweigen, wobei in der zweiten und ggf . der dritten Flashgas-Leitung j eweils ein Abscheider angeordnet ist . Den Abscheidern der zweiten und ggf . der dritten Flashgas-Leitung ( en) ist bevorzugt j eweils eine Expansionseinrichtung in der j eweiligen Flashgas- Leitung vorgeschaltet . Die in der Flashgas-Leitung angeordneten Abscheider haben dabei einen ( Gas- ) Auslass , von dem die weitere Flashgas-Leitung in Richtung der Verdichteranordnung verläuft und durch welchen der gas förmige Anteil des Arbeitsfluids strömt , und einen weiteren ( Flüssigkeits- ) Auslass , der über eine Rückführleitung mit der Rücklauf leitung wieder verbunden ist , durch welche der flüssige Anteil des Arbeitsfluids strömen kann .

In weiterer Ausgestaltung können in mindestens einer Flashgas-Leitung, insbesondere in genau einer und/oder in einer ersten Flashgas-Leitung, Überhitzungsmittel zum Einbringen von Wärme in das Flashgas angeordnet sein . Diese können einen Überhitzungs-Wärmetauscher umfassen, welcher in der Flashgas- Leitung angeordnet ist . Von der Rücklauf leitung kann, insbesondere vor der Expansionsanordnung, eine Abzweigleitung abzweigen, welche in den Überhitzungs-Wärmetauscher mündet , um von dem Arbeits fluid Wärmeenergie auf das Flashgas zu übertragen und dieses zu überhitzen . Das bedeutet , dass die hohe Temperatur im Arbeits fluid nach dem Verlassen der Verflüssigungseinheit zusätzlich genutzt werden kann, um Wärmeenergie in das Flashgas einzubringen und dieses zu überhitzen .

Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet sein, dass das Flashgas in mindestens einer, insbesondere in genau einer und/oder in einer ersten Flashgas-Leitung insbesondere durch Wärmeübergang von aus der Rücklauf leitung abgezweigtem Arbeits fluid überhitzt wird . Durch das Überhitzen wird zusätzlich Wärmeenergie aus dem Arbeits fluid dem Flashgas zugeführt , bevor es in die Verdichteranordnung eingeleitet wird, so dass sich die Leistungs zahl der Wärmepumpenanordnung dadurch weiter erhöht .

Die Verdichteranordnung kann als Turboverdichter mit mehreren Verdichterstufen ausgebildet sein . Dabei können zwischen den j eweiligen Verdichterstufen j eweils unterschiedliche Drücke oder Druckniveaus herrschen, so dass der Druck des Arbeitsfluids beim Durchlaufen sukzessive ansteigt . Wenn die Wärmepumpenanordnung mehrere Flashgas-Leitungen umfasst , so mündet eine/die erste Flashgas-Leitung bevorzugt an einer Stelle mit einem höheren Druckniveau in die Verdichteranordnung als eine/die zweite Flashgas-Leitung . Dazu korrespondierend zweigt - in der Rücklauf leitung von der Verflüssigungseinheit ausgehend betrachtet - zunächst die erste Flashgasleitung und dann die zweite und ggf . eine dritte und weitere Flashgas- Leitung ( en) ab .

Die Expansionsanordnung kann mehrere Expansionsstufen umfassen, wobei einzelne Expansionsstufen als einstellbare Drosseln ausgebildet sein können, so dass die Durchflussmenge an Arbeits fluid eingestellt werden kann . Konkret kann die Expansionsanordnung genau zwei Expansionsstufen aufweisen, die nacheinander in der Rücklauf leitung angeordnet sind .

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bei einer Wärmepumpenanordnung der eingangs genannten Art , wobei die Wärmepumpenanordnung ferner eine in die Verflüssigungseinheit mündende Senkenfluid-Versorgungsleitung aufweist , dadurch gelöst , dass Wärmeaustauschmittel vorgesehen sind, welche ausgebildet sind, Wärmeenergie von dem Arbeits fluid, welches in der Rücklaufleitung, insbesondere nach der Expansionsanordnung oder zwischen zwei Expansionsstufen der Expansionsanordung, strömt , auf das in der Senkenfluid- Versorgungsleitung in Richtung der Verflüssigungseinheit strömende Senkenfluid zu übertragen .

Dementsprechend ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst , dass das Senkenfluid vor dem Eintritt in die Verflüssigungseinheit durch einen Wärmeaustausch mit dem Arbeits fluid, welches in der Rücklauf leitung strömt , aufgehei zt wird .

Diesem Aspekt der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde , die Leistungs zahl der Wärmepumpenanordnung dadurch zu verbessern, dass zumindest ein Teil des Senkenfluids , welches in Richtung der Verflüssigungseinheit strömt , vor dem Eintritt in die Verflüssigungseinheit bereits aufgewärmt wird, wozu die im Arbeits fluid nach dem Durchströmen der Verflüssigungseinheit noch vorhandene Wärme genutzt wird . Konkret können die Wärmeaustauschmittel eine Wärmetauschereinrichtung umfassen . Die Wärmetauschereinrichtung kann in der Rücklauf leitung insbesondere der Expansionsanordnung nachgeschaltet oder zwischen zwei Expansionsstufen der Expansionsanordnung angeordnet sein, und die Senkenfluid- Versorgungsleitung oder eine von dieser abzweigende und in diese wieder einmündende Bypass-Leitung kann durch die Wärmetauschereinrichtung verlaufen, so dass Wärmeenergie von dem Arbeits fluid auf das Senkenfluid übertragen werden kann .

In bevorzugter Ausgestaltung verläuft eine Bypass-Leitung durch die Wärmetauschereinrichtung . In diesem Fall wird nicht zwingend die gesamte Menge an Senkenfluid durch die Wärmetauschereinrichtung geführt , sondern lediglich ein Teil davon . In der Senkenfluid-Versorgungsleitung kann zwischen dem Abzweig der Bypass-Leitung und deren Einmündung oder in der Bypass-Leitung ein Steuermittel zur Einstellung der Durchflussmenge angeordnet sein, um den durch die Bypass-Leitung strömenden Volumenstrom an Senkenfluid einzustellen . Dementsprechend wird nur der Teil des Senkenfluids , welcher durch eine Bypass-Leitung von der Senkenfluid-Versorgungsleitung abgezweigt wird, in der Wärmetauschereinrichtung aufgehei zt .

Prinzipiell ist es auch denkbar, einen Volumenstrom an Arbeits fluid aus der Rücklauf leitung abzuzweigen und einer in der Senkenfluid-Versorgungsleitung oder in einer Bypass- Leitung zu dieser angeordneten Wärmetauschereinrichtung zuzuführen, so dass die Wärmetauschereinrichtung nicht direkt in der Rücklauf leitung angeordnet ist . In diesem Fall wird nur ein Teil des Arbeits fluids , welches durch die Rücklauf leitung strömt , zum Wärmeaustausch mit dem Senkenfluid genutzt . Mit anderen Worten umfassen die Wärmeaustauschmittel in diesem Fall eine von der Rücklauf leitung abzweigende und in diese wieder einmündende Arbeits fluid-Bypassleitung, welche durch die Wärmetauschereinrichtung durchläuft .

In weiterer Ausgestaltung der Wärmepumpenanordnung gemäß beiden Aspekten der Erfindung kann in der Senkenfluid- Versor- gungsleitung eine Wärmetauschervorrichtung angeordnet sein, welche mit einem Leitungssystem eines Quellenfluids derart verbunden ist , dass Wärme von dem Quellenfluid auf das Senkenfluid übertragen werden kann . Ein Wärmeaustausch kann so vor dem Eintritt des Senkenfluids in die Verflüssigungseinheit stattfinden, indem das Quellenfluid direkt zum Vorwärmen des Senkenfluids genutzt wird . Dementsprechend kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Senkenfluid vor dem Eintritt in die Verflüssigungseinheit durch einen Wärmeaustausch mit dem Quellenfluid aufgehei zt werden .

In konkreter Ausgestaltung kann die Wärmetauschervorrichtung in der Senkenfluid-Versorgungsleitung einer Erwärmung des Senkenfluids durch Wärmeaustausch mit dem Arbeits fluid in der Rücklauf leitung vorgeschaltet sein . Mit anderen Worten kann in einem ersten Schritt das Senkenfluid durch Wärmeübergang von dem Quellenfluid vorgewärmt werden und einem zweiten Schritt zumindest ein Teil des Senkenfluids durch Wärmeübergang von dem in der Rücklauf leitung befindlichen Arbeits fluid auf gewärmt werden .

Von der Rücklauf leitung, insbesondere zwischen zwei Expansionsstufen der Expansionsanordnung, kann eine Nachhei zleitung abzweigen, welche in eine zwischen der Verdampfereinheit und der Verdichteranordnung angeordnete Wärmetauschereinheit mündet , um Wärmeenergie auf das von der Verdampfereinheit zur Verdichteranordnung strömende Arbeits fluid zu übertragen, insbesondere dieses zu überhitzen . Mit anderen Worten kann die Wärmetauschereinheit in einer Arbeits fluid-Leitung angeordnet sein, welche einen Auslass der Verdampfereinheit mit einem Einlass der Verdichteranordnung verbindet . Von der Wärmetauschereinheit kann eine Rückflussleitung ausgehen, die insbesondere nach der Expansionsanordnung wieder in die Rücklaufleitung mündet , um das abgezweigte Arbeits fluid wieder in die Rücklauf leitung strömen zu lassen . Diese Ausgestaltung stellt eine weitere Möglichkeit dar, die Leistungs zahl der Wärmepumpenanordnung zu optimieren, da auch auf diese Weise die im Arbeits fluid in der Rücklauf leitung noch vorhandene Wärme ef fi zient genutzt werden kann .

Dazu korrespondierend kann das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass das Arbeits fluid nach dem Verlassen der Verdampfereinheit und vor Eintritt in die Verdichteranordnung durch Wärmeaustausch mit Arbeits fluid, welches von der Rücklauf leitung abgezweigt wird, aufgehei zt , insbesondere überhitzt wird .

Die Wärmepumpenanordnung kann eine Enthitzungseinrichtung enthalten, welche der Verflüssigungseinheit vorgeschaltet ist , um die Temperatur des Arbeits fluids auf die Kondensationstemperatur senken zu können . Die Enthitzungseinrichtung kann in einer Arbeits fluid-Leitung angeordnet sein, welche einen Auslass der Verdichteranordnung mit einem Einlass der Verflüssigungseinheit verbindet . Dementsprechend kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Temperatur des Arbeits fluids vor dessen Eintritt in die Verflüssigungseinheit auf seine Kondensationstemperatur abgesenkt werden .

Für die weitere Ausgestaltung der Erfindung wird auf die Unteransprüche und auf die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen . In der Zeichnung zeigen :

Figur 1 ein erstes Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanordnung in einer schematischen Darstellung;

Figur 2 ein zweites Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanordnung in einer schematischen Darstellung; und

Figur 3 ein drittes Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanordnung in einer schematischen Darstellung .

Die Figur 1 zeigt eine Hochtemperatur- Wärmepumpenanordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Fluidkreislauf für ein Arbeits fluid . Dieser umfasst eine Verdampfereinheit 2 , um Wärmeenergie von einer Wärmequelle , vorliegend von einem Quellenfluid, auf das Arbeits fluid zu übertragen . Die Verdampfereinheit 2 ist vorliegend als gegenläufiger Wärmetauscher ausgebildet , in welche eine Quellenfluid- Versorgungsleitung 3 mündet und aus der eine Quellenfluid- Rücklaufleitung 4 abgeht .

Der Fluidkreislauf umfasst ferner eine der Verdampfereinheit 2 nachgeschaltete Verdichteranordnung 5 , um das Arbeits fluid zu verdichten . Die Verdichteranordnung 5 ist als Turboverdichter ausgebildet und umfasst zwei Verdichterstufen 6a, 6b . Die beiden Verdichterstufen 6a, 6b werden dabei durch einen Motor 7 angetrieben .

Der Fluidkreislauf umfasst ferner eine der Verdichteranordnung 5 nachgestaltete Verflüssigungseinheit 8 , welche vorliegend als mehrstufiger Wärmetauscher ausgebildet ist . In der Verflüssigungseinheit 8 wird Wärmeenergie vom Arbeits fluid an ein Senkenfluid, vorliegend Wasser, zur Verdampfung des Senkenfluids abgegeben . Dazu mündet in die Verflüssigungseinheit 8 eine Senkenfluid-Versorgungsleitung 9 zum Zuführen des Senkenfluids in die Verflüssigungseinheit 8 . Eine Senkenfluid- Dampfleitung 10 verläuft ausgehend von der Verflüssigungseinheit 8 und transportiert das verdampfte Senkenfluid weiter zu entsprechenden Anlagen, in denen dieses benötigt wird . Der Verflüssigungseinheit 8 kann eine Enthitzungseinrichtung (nicht dargestellt ) vorgeschaltet sein, durch welche das Arbeits fluid auf seine Kondensationstemperatur abgekühlt wird .

Nach dem Durchströmen der Verflüssigungseinheit 8 ist das Arbeits fluid zumindest im Wesentlichen flüssig und verläuft durch eine Rücklauf leitung 11 , welche einen Auslass der Verflüssigungseinheit 8 mit einem Einlass der Verdampfereinheit 2 verbindet . In der Rücklauf leitung 11 ist eine Expansionsanordnung 12 vorgesehen, welche vorliegend zwei Expansionsstufen 13a, 13b zur Expansion des Arbeits fluids aufweist .

Auf das Arbeits fluid, welches in dem Fluidkreislauf geführt wird, wird in der Verdampfereinheit 2 Wärmeenergie von dem Quellenfluid übertragen, wobei das Arbeits fluid zumindest teilweise , insbesondere vollständig verdampft . Nachfolgend wird das Arbeits fluid in der Verdichteranordnung 5 auf ein höheres Druckniveau verdichtet , so dass auch seine Temperatur ansteigt , bevor es nachfolgend zur Abgabe von Wärmeenergie an das Senkenfluid in der Verflüssigungseinheit 8 zumindest teilweise , insbesondere vollständig verflüssigt wird . Über die Rücklauf leitung 11 wird das Arbeits fluid nachfolgend der Verdampfereinheit 2 wieder zugeführt , wobei das Arbeits fluid in den beiden Expansionsstufen 13a, 13b der Expansionsanordnung 12 , welche in der Rücklauf leitung 11 vorgesehen ist , expandiert .

Die Wärmepumpenanordnung 1 weist ferner eine Flashgas-Leitung 14 auf , welche nachgeschaltet der ersten Expansionsstufe 13a der Expansionsanordnung 12 die Rücklauf leitung 11 mit der Verdichteranordnung 5 verbindet . Auf diese Weise kann ein gas förmiger Anteil des Arbeits fluids ( Flashgas ) aus der Rücklaufleitung 11 der Verdichteranordnung 5 unter Umgehung der Verdampfereinheit 2 zugeführt werden . Konkret mündet die Flashgas-Leitung 14 zwischen den beiden Verdichterstufen 6a, 6b in die Verdichteranordnung 5 .

Das nach dem Durchströmen der Verflüssigungseinheit 8 vollständig flüssige Arbeits fluid wird durch die Expansionsstufe 13a wieder teilweise gas förmig, da durch die Verringerung des Drucks auch die Siedetemperatur abnimmt .

Zum Abtrennen des gas förmigen Anteils des Arbeits fluids ( Flashgas ) ist in der Rücklauf leitung 11 nach der ersten Expansionsstufe 13a ein Abscheider 15 angeordnet . Dieser ist ausgebildet , einen gas förmigen Anteil des Arbeits fluids von einem flüssigen Anteil des Arbeits fluids zu trennen . Von dem Abscheider 15 geht die Flashgas-Leitung 14 aus , so dass der flüssige Anteil des Arbeits fluids in die Rücklauf leitung 11 weiterströmen und der gas förmige Anteil des Arbeits fluids in die Flashgas-Leitung 14 in Richtung der Verdichteranordnung 5 strömt .

In der Flashgas-Leitung 14 sind ferner Überhitzungsmittel angeordnet , um zusätzliche Wärme in das Flashgas einzubringen und dieses zu überhitzen . Konkret umfassen die Überhitzungsmittel einen Überhitzungs-Wärmetauscher 16 . Von der Rücklaufleitung 11 zweigt vor der ersten Expansionsstufe 13a eine Abzweigleitung 17 ab, welche in den Überhitzungs-Wärmetauscher 16 mündet , um von dem Arbeits fluid Wärmeenergie auf das Flashgas zu übertragen und dieses zu überhitzen . Das durch die Abzweigleitung 17 strömende Arbeits fluid wird anschließend durch eine Rückführleitung 18 , in welcher eine Expansionseinrichtung 19 zur Expansion des Arbeits fluids angeordnet ist , in die Rücklauf leitung 11 zurückgeführt . Die Rückführleitung 18 mündet nach der ersten Expansionsstufe 13a in die Rücklauf leitung 11 ein .

Ferner ist in der Flashgas-Leitung 14 zwischen dem Überhitzungs-Wärmetauscher 16 und der Verdichtungsanordnung 5 eine insbesondere einstellbare Expansionsvorrichtung 20 angeordnet , um den Druck des Flashgases dem Druck zwischen den Verdichterstufen 6a, 6b anzupassen und den Volumenstrom des Flashgases in der Flashgas-Leitung 14 zu steuern .

Durch das Abtrennen eines gas förmigen Anteils des Arbeits fluids aus der Rücklauf leitung 11 und die Einleitung in die Ver- dicheranordnung 5 unter Umgehung der Verdampfereinheit 2 kann die im Arbeits fluid nach dem Verlassen der Verflüssigungseinheit 8 vorhandene Wärme ef fi zient genutzt werden, was zu einer verbesserten Leistungs zahl der Wärmepumpenanordnung 1 führt .

Von der Rücklauf leitung 11 zweigt ferner zwischen den beiden Expansionsstufen 13a, 13b der Expansionsanordnung 12 eine Nachhei zleitung 21 ab, welche in eine zwischen der Verdampfereinheit 2 und der Verdichteranordnung 5 angeordnete Wärmetauschereinheit 22 mündet , um Wärmeenergie auf das von der Verdampfereinheit 2 zur Verdichteranordnung 5 strömende Arbeits fluid zu übertragen und dieses zu überhitzen . Die Wärmetauschereinheit 22 ist über eine Rückflussleitung 23 wieder mit der Rücklauf leitung 11 verbunden, so dass das durch die Wärmetauschereinheit 22 strömende , seine Wärme abgebende Arbeits fluid durch die Rückflussleitung 23 wieder in die Rücklaufleitung 11 geführt werden kann . In der Rückflussleitung ist ebenfalls eine Expansionseinrichtung 24 zur Expansion des Arbeits fluids angeordnet . Die Rückflussleitung 23 mündet nach der Expansionsanordnung 12 , d . h . nach beiden Expansionsstufen 13a, 13b, in die Rücklauf leitung 11 ein .

Ferner ist in der Senkenfluid-Versorgungsleitung 9 eine Wärmetauschervorrichtung 25 angeordnet , welche mit dem Leitungssystem des Quellenfluids derart verbunden ist , dass Wärme von dem Quellenfluid auf das Senkenfluid übertragen werden kann . Konkret ist dazu in der Quellenfluid-Versorgungsleitung 3 ein Abzweig ( C ) angeordnet , welcher mit einem Einlass ( C ) der Wärmetauschervorrichtung 25 verbunden ist , und in der Quellenfluid-Rücklaufleitung 4 ist eine Einmündung ( D) angeordnet , welche mit einem Auslass ( D) der Wärmetauschervorrichtung 25 verbunden ist . Auf diese Weise kann eine Vorwärmung des Senkenfluids direkt durch das Quellenfluid stattfinden .

Die Figur 2 zeigt ein zweites Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Wärmepumpenanordnung . Diese unterscheidet sich von der Wärmepumpenanordnung 1 der Figur 1 dahingehend, dass diese nicht nur eine Flashgas-Leitung 14 , sondern zwei parallel zueinander verlaufende Flashgas- Leitungen 14 , 26 umfasst . Die Verdichteranordnung 5 umfasst vorliegend drei Verdichterstufen 6a, 6b, 6c .

Die erste Flashgas-Leitung 14 , die sich von dem Abscheider 15 zur Verdichteranordnung 5 erstreckt , ist dabei identisch ausgebildet wie in dem ersten Aus führungsbeispiel der Figur 1 . Nachgeschaltet dem Abscheider 15 , von welchem die erste Flashgas-Leitung 14 ausgeht , zweigt von der Rücklauf leitung 11 die zweite Flashgas-Leitung 26 ab . In dieser Flashgas- Leitung 26 ist zunächst eine Expansionseinrichtung 27 vorgesehen, um den Druck des Arbeits fluids in der Flashgas-Leitung 26 zu reduzieren . Dadurch verringert sich die Siedetemperatur, so dass ein Teil des flüssigen Arbeits fluids wieder in den gas förmigen Aggregat zustand übergeht .

Der Expansionseinrichtung 27 ist in der Flashgas-Leitung ein Abscheider 28 nachgeschaltet , welcher ausgebildet ist , einen gas förmigen Anteil des Arbeits fluids von einem flüssigen Anteil des Arbeits fluids zu trennen . Auf diese Weise kann der gas förmige Anteil des Arbeits fluids weiter durch die Flashgas-Leitung 26 in Richtung der Verdichteranordnung 5 strömen, und der flüssige Anteil des Arbeits fluids kann durch eine entsprechende Rückführleitung 29 , in welcher eine insbesondere einstellbare Expansionsvorrichtung 30 angeordnet ist , in die Rücklauf leitung 11 nach der zweiten Expansionsstufe 13b zurückgeführt werden .

Im weiteren Verlauf der Flashgas-Leitung 26 ist , in gleicher Weise wie bei der ersten Flashgas-Leitung 14 , eine insbesondere einstellbare Expansionsvorrichtung 20 vorgesehen .

Die erste Flashgas-Leitung 14 mündet dabei in die Verdichteranordnung 5 zwischen den beiden Verdichterstufen 6b und 6c, wohingegen die zweite Flashgas-Leitung 26 zwischen den Verdichterstufen 6a und 6b in die Verdichteranordnung 5 mündet .

Ferner sind Wärmeaustauschmittel vorgesehen, welche ausgebildet sind, Wärmeenergie von dem Arbeits fluid, welches in der Rücklauf leitung 11 strömt , auf das in der Senkenfluid- Versorgungsleitung 9 strömende Senkenfluid zu übertragen . Konkret umfassen die Wärmeaustauschmittel eine Wärmetauschereinrichtung 31 , welche in der Rücklauf leitung 11 der ersten Expansionsstufe 13a der Expansionsanordnung 12 nachgeschaltet angeordnet ist . Von der Senkenfluid-Versorgungsleitung 9 zweigt nach der Wärmetauschervorrichtung 25 eine Bypass- Leitung 32 (E ) ab, welche durch die Wärmetauschereinrichtung 31 verläuft und wieder in die Senkenfluid-Versorgungsleitung 9 einmündet ( F) , so dass Wärmeenergie von dem Arbeits fluid auf das Senkenfluid übertragen werden kann .

In der Senkenfluid-Versorgungsleitung 9 ist zwischen dem Abzweig der Bypass-Leitung 32 und deren Einmündung ein Steuermittel 33 zur Einstellung der Durchflussmenge angeordnet , um den durch die Bypass-Leitung 32 strömenden Volumenstrom an Senkenfluid einzustellen . Das Steuermittel 33 kann beispielsweise in Form einer einstellbaren Drossel ausgebildet sein . Auf diese Weise kann das Senkenfluid vor dem Eintritt in die Verflüssigungseinheit 8 durch direkten Wärmeaustausch mit dem Arbeits fluid in der Rücklauf leitung 11 aufgewärmt werden, wodurch die im Arbeits fluid in der Rücklauf leitung 11 vorhandene Wärme auf günstige Weise ausgenutzt wird und sich die Leistungs zahl der Wärmepumpenanordnung 1 erhöht .

In der Figur 3 ist ein weiteres Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanordnung 1 dargestellt . Dieses unterscheidet sich von dem Aus führungsbeispiel der Figur 2 lediglich dahingehend, dass auf die zwischen der Verdampfereinheit 2 und der Verdichteranordnung 5 angeordnete Wärmetauschereinheit 22 verzichtet wird, so dass ein Überhitzen des Arbeits fluids zwischen der Verdampfereinheit 2 und der Verdichteranordnung 5 nicht stattfindet . Dadurch kann unter Umständen insbesondere auf eine aufwändige , in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellte Enthitzungseinrichtung, welche der Verflüssigungseinheit 8 vorgeschaltet ist , um die Temperatur des Arbeits fluids auf seine Kondensationstemperatur abzusenken, verzichtet werden .

Insbesondere hat sich herausgestellt , dass durch die ef fi ziente Nutzung der im Arbeits fluid nach dem Verlassen der Verflüssigungseinheit 8 noch vorhandene Wärme über die mindestens eine Flashgas-Leitung 14 , 26 und die Wärmetauscherein- richtung 31 eine deutlich günstigere Leistungs zahl ergibt , so dass unter bestimmten Umständen auf die Wärmetauschereinheit 22 und das Überhitzen des Arbeits fluids nach der Verdampfereinheit 2 verzichtet werden kann . Dadurch reduziert sich der gerätetechnische Aufwand insbesondere für eine solche Enthitzungseinrichtung erheblich .

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Aus führungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche

1. Wärmepumpenanordnung (1) mit einem Fluidkreislauf für ein Arbeitsfluid, welcher eine Verdampfereinheit (2) , um Wärmeenergie von einer Wärmequelle, insbesondere von einem Quellenfluid, auf das Arbeitsfluid zu übertragen, eine der Verdampfereinheit (2) nachgeschaltete Verdichteranordnung (5) , um das Arbeitsfluid zu verdichten, eine der Verdichteranordnung (5) nachgeschaltete Verflüssigungseinheit (8) , um Wärmeenergie vom Arbeitsfluid insbesondere an ein Senkenfluid, bevorzugt zum Verdampfen des Senkenfluids, abzugeben, eine Rücklauf leitung (11) , welche einen Auslass der Verflüssigungseinheit (8) mit einem Einlass der Verdampfereinheit (2) verbindet, und eine in der Rücklauf leitung (11) vorgesehene Expansionsanordnung (12) zur Expansion des Arbeitsfluids, wobei die Expansionsanordnung (12) eine oder mehrere Expansionsstufen (13a, 13b) aufweist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenanordnung (1) mindestens eine Flashgas-Leitung (14, 26) aufweist, welche die Rücklauf leitung (11) mit der Verdichteranordnung (5) parallel zur Verdampfereinheit (2) verbindet, so dass ein gasförmiger Anteil des Arbeitsfluids (Flashgas) aus der Rücklaufleitung (11) der Verdichteranordnung (5) unter Umgehung der Verdampfereinheit (2) zugeführt werden kann.

2. Wärmepumpenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichteranordnung (5) mehrere Verdichterstufen (6a, 6b, 6c) aufweist und die Wärmepumpenanordnung (I) genau eine Flashgas-Leitung (14) umfasst, wobei die Flashgas-Leitung (14) zwischen zwei aufeinander folgenden Verdichterstufen (6a, 6b, 6c) in die Verdichteranordnung (5) mündet, oder dass die Verdichteranordnung (5) mehrere Verdichterstufen (6a, 6b, 6c) aufweist und die Wärmepumpenanordnung (1) mehrere, insbesondere genau zwei oder drei parallel zueinander verlaufende Flashgas-Leitungen (14, 26) umfasst, wobei die verschiedenen Flashgas-Leitungen (14, 26) zwischen verschiedenen zueinander benachbarten Verdichterstufen (6a, 6b, 6c) in die Verdichteranordnung (5) münden.

3. Wärmepumpenanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklauf leitung

(II) einer Expansionsstufe (13a, 13b) der Expansionsanordnung (12) nachgeschaltet ein Abscheider (15) angeordnet ist, welcher ausgebildet ist, einen gasförmigen Anteil des Arbeitsfluids (Flashgas) von einem flüssigen Anteil des Arbeitsfluids zu trennen, und eine der mindestens einen Flashgas- Leitung (14) , insbesondere eine erste von mehreren Flashgas- Leitungen (14) , von dem Abscheider (15) ausgeht, so dass der flüssige Anteil des Arbeitsfluids in die Rücklauf leitung (11) weiterströmen und der gasförmige Anteil des Arbeitsfluids in die Flashgas-Leitung (14) strömen kann.

4. Wärmepumpenanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Flashgas-Leitungen (26) , insbesondere eine zweite Flashgas- Leitung (26) oder eine zweite und eine dritte Flashgas- Leitung (26) , von der Rücklauf leitung (11) abzweigt und in dieser Flashgas-Leitung (26) ein Abscheider (28) angeordnet ist, welcher ausgebildet ist, einen gasförmigen Anteil des Arbeitsfluids (Flashgas) von einem flüssigen Anteil des Arbeitsfluids zu trennen, so dass der gasförmige Anteil des Arbeitsfluids weiter durch die Flashgas-Leitung (26) in Richtung der Verdichteranordnung (5) strömen kann und der flüssige Anteil des Arbeitsfluids in die Rücklauf leitung (11) zurückgeführt werden kann, wobei, insbesondere, in der Flashgas-Leitung (14) dem Abscheider (28) vorgeschaltet eine Expansionseinrichtung (27) vorgesehen ist, um den Druck des Arbeitsfluids in der Flashgas— Leitung zu reduzieren .

5. Wärmepumpenanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Flashgas-Leitung (14) , insbesondere in genau einer und/oder in einer ersten Flashgas-Leitung (14) , Überhitzungsmittel zum Einbringen von Wärme in das Flashgas angeordnet sind, wobei, insbesondere, die Überhitzungsmittel einen Überhitzungs-Wärmetauscher (16) umfassen und von der Rücklauf leitung (11) bevorzugt vor der Expansionsanordnung (12) eine Abzweigleitung (17) abzweigt, welche in den Überhitzungs-Wärmetauscher (16) mündet, um von dem Arbeitsfluid Wärmeenergie auf das Flashgas zu übertragen und dieses zu überhitzen.

6. Wärmepumpenanordnung (1) mit einem Fluidkreislauf für ein Arbeitsfluid, welcher eine Verdampfereinheit (2) zur Übertragung von Wärmeenergie von einer Wärmequelle, insbesondere von einem Quellenfluid, auf das Arbeitsfluid, eine der Verdampfereinheit (2) nachgeschaltete Verdichteranordnung insbesondere mit mehreren Verdichterstufen (6a, 6b, 6c) zur Verdichtung des Arbeitsfluids, eine der Verdichteranordnung (5) nachgeschaltete Verflüssigungseinheit (8) zur Abgabe von Wärmeenergie vom Arbeitsfluid an ein Senkenfluid, bevorzugt zum Verdampfen des Senkenfluids, und eine Rücklauf leitung (11) , welche einen Auslass der Verflüssigungseinheit (8) mit einem Einlass der Verdampfereinheit (2) verbindet, und eine in der Rücklauf leitung (11) vorgesehene Expansionsanordnung (12) zur Expansion des Arbeitsfluids, wobei die Expansionsanordnung (12) eine oder mehrere Expansionsstufen (13a, 13b) aufweist, umfasst, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wärmepumpenanordnung (1) ferner eine in die Verflüssigungseinheit (8) mündende Senkenfluid- Versorgungsleitung (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeaustauschmittel vorgesehen sind, welche ausgebildet sind, Wärmeenergie von dem Arbeitsfluid, welches in der Rücklauf leitung (11) , insbesondere nach der Expansionsanordnung (12) oder zwischen zwei Expansionsstufen (13a, 13b) der Expansionsanordung (12) , strömt, auf das in der Senkenfluid-Versorgungsleitung (9) strömende Senkenfluid zu übertragen.

7. Wärmepumpenanordung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschmittel eine Wärmetauschereinrichtung (31) umfassen.

8. Wärmepumpenanordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinrichtung (31) in der Rücklaufleitung (11) insbesondere der Expansionsanordnung (12) nachgeschaltet oder zwischen zwei Expansionsstufen (13a, 13b) der Expansionsanordnung (12) angeordnet ist und die Senkenfluid-Versorgungsleitung (9) oder eine von dieser abzweigende und in diese wieder einmündende Bypass-Leitung (32) durch die Wärmetauschereinrichtung (31) verläuft, so dass Wärmeenergie von dem Arbeitsfluid auf das Senkenfluid übertragen werden kann .

9. Wärmepumpenanordnung (1) nach Anspruch 8, wobei eine Bypass-Leitung (32) durch die Wärmetauschereinrichtung (31) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass in der Senkenfluid- Versorgungsleitung (9) zwischen dem Abzweig der Bypass- Leitung (32) und deren Einmündung oder in der Bypass-Leitung (32) ein Steuermittel (33) zur Einstellung der Durchflussmenge angeordnet ist, um den durch die Bypass-Leitung (32) strömenden Volumenstrom an Senkenfluid einstellen zu können.

10. Wärmepumpenanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wärmepumpenanordnung eine in die Verflüssigungseinheit (8) mündende Senkenfluid-Versorgungsleitung (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Senkenfluid- Versorgungsleitung eine Wärmetauschervorrichtung (25) angeordnet ist, welche mit einem Leitungssystem eines Quellenfluids derart verbunden ist, dass Wärme von dem Quellenfluid auf das Senkenfluid übertragen werden kann.

11. Wärmepumpenanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Rücklauf leitung (11) , insbesondere zwischen zwei Expansionsstufen (13a, 13b) , eine Nachheizleitung (21) abzweigt, welche in eine zwischen der Verdampfereinheit (2) und der Verdichteranordnung (5) angeordnete Wärmetauschereinheit (22) mündet, um Wärmeenergie auf das von der Verdampfereinheit (2) zur Verdichteranordnung (5) strömende Arbeitsfluid zu übertragen, insbesondere um dieses zu überhitzen, wobei, insbesondere, die Nachheizleitung (21) nach dem Verlassen der Wärmetauschereinheit (22) in die Rücklauf leitung (11) mündet, wobei bevorzugt in der Nachheizleitung (21) ein Steuerventil zur Einstellung der Durchflussmenge angeordnet ist.

12. Wärmepumpenanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichteranordnung (5) einen Turboverdichter umfasst oder daraus besteht, und/ oder dass der Verflüssigungseinheit (8) eine Enthitzungseinrichtung vorgeschaltet ist, um die Temperatur des Arbeitsfluids auf die Kondensationstemperatur senken zu können.

13. Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanordnung (1) , insbesondere einer Wärmepumpenanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem ein Arbeitsfluid durch einen Fluidkreislauf geführt wird, wobei Wärmeenergie in einer Verdampfereinheit (2) insbesondere von einem Quellenfluid auf das Arbeitsfluid übertragen wird, wobei das Arbeitsfluid zumindest teilweise verdampft, und das Arbeitsfluid nachfolgend in eine Verdichteranordnung (5) verdichtet wird, wobei das Arbeitsfluid in der Verdichteranordnung (5) insbesondere mehrere Verdichterstufen durchläuft, und das Arbeitsfluid nachfolgend zur Abgabe von Wärmeenergie insbesondere an ein Senkenfluid in einer Verflüssigungseinheit (8) zumindest teilweise verflüssigt wird, und das Arbeitsfluid über eine Rücklauf leitung (11) nachfolgend der Verdampfereinheit (2) wieder zugeführt wird, wobei das Arbeitsfluid in einer Expansionsanordnung (12) , welche eine oder mehrere Expansionsstufen (13a, 13b) aufweist, expandiert, dadurch gekennzeichnet, dass ein gasförmiger Anteil des Arbeitsfluids als Flashgas aus der Rücklauf leitung (11) von einem flüssigen Anteil des Arbeitsfluids abgetrennt wird und unter Umgehung der Verdampfereinheit (2) durch mindestens eine Flashgas-Leitung (14, 26) der Verdichteranordnung (5) insbesondere zwischen zwei Verdichterstufen (6a, 6b, 6c) zugeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein gasförmiger Anteil des Arbeitsfluids in einer Stufe oder in mehreren, insbesondere genau in zwei oder drei Stufen abgetrennt wird und unter Umgehung der Verdampfereinheit (2) durch jeweils eine Flashgas-Leitung (14, 26) der Verdichtungsanordnung wieder zugeführt wird, und/oder dass das Arbeitsfluid in der Verflüssigungseinheit (8) vollständig verflüssigt wird und anschließend in einer Expansi- onsstufe (13a, 13b) der Expansionsanordnung (12) expandiert, wobei ein Teil des Arbeitsfluids in den gasförmigen Zustand überführt wird, und/oder dass das Flashgas in mindestens einer Flashgas-Leitung (14) , insbesondere in genau einer und/oder in einer ersten Flashgas-Leitung (14) , bevorzugt durch Wärmeübergang von aus der Rücklauf leitung (11) abgezweigtem Arbeitsfluid überhitzt wird .

15. Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanordnung (1) , insbesondere einer Wärmepumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem ein Arbeitsfluid durch einen Fluidkreislauf geführt wird, wobei Wärmeenergie in einer Verdampfereinheit (2) insbesondere von einem Quellenfluid auf das Arbeitsfluid übertragen wird, wobei das Arbeitsfluid zumindest teilweise verdampft, und das Arbeitsfluid nachfolgend in einer insbesondere mehrere Verdichterstufen (6a, 6b, 6c) umfassenden Verdichtungsanordnung verdichtet wird, und das Arbeitsfluid nachfolgend zur Abgabe von Wärmeenergie an ein Senkenfluid in einer Verflüssigungseinheit (8) zumindest teilweise verflüssigt wird, und das Arbeitsfluid nachfolgend über eine Rücklauf leitung (11) der Verdampfereinheit (2) wieder zugeführt wird, wobei das Arbeitsfluid in einer Expansionsanordnung (12) , welche eine oder mehrere Expansionsstufen (13a, 13b) aufweist, expandiert, wobei das Verfahren insbesondere nach einem der Ansprüche 13 oder 14 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Senkenfluid vor dem Eintritt in die Verflüssigungseinheit (8) durch einen Wärmeaustausch mit dem Arbeitsfluid, welches in der Rücklauf leitung (11) strömt, aufgeheizt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil des Senkenfluids, welches durch eine Bypass- Leitung (32) von der Senkenfluid-Versorgungsleitung (9) abgezweigt wird, aufgeheizt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Senkenfluid vor dem Eintritt in die Verflüssigungseinheit (8) durch einen Wärmeaustausch mit dem Quellenfluid aufgeheizt wird, und/oder dass das Arbeitsfluid nach dem Verlassen der Verdampfereinheit (2) und vor Eintritt in die Verdichteranordnung (5) durch Wärmeaustausch mit Arbeitsfluid, welches von der Rücklaufleitung (11) abgezweigt wird, aufgeheizt, insbesondere überhitzt wird, und/oder dass die Temperatur des Arbeitsfluids vor dessen Eintritt in die Verflüssigungseinheit (8) auf seine Kondensationstempera- tur abgesenkt wird.