WO2024068197A1 - Kombianlage und verfahren zum betreiben einer kombianlage - Google Patents

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condenser
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Suhel Ahmad
Peter Adam
Lukas BIYIKLI
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Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
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    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers

Definitions

  • the invention relates to a combination system comprising a heat pump circuit having a refrigerant evaporator which is designed to evaporate a refrigerant, further comprising a compressor which is designed to compress the refrigerant, the compressor being fluidly connected to the refrigerant evaporator, further comprising a refrigerant condenser, which is designed to condense the refrigerant, wherein the refrigerant condenser is fluidly connected to the compressor, further comprising a throttle device which is designed to reduce the temperature and pressure of the refrigerant, wherein the throttle device is connected to the refrigerant condenser, wherein the refrigerant evaporator is fluidly connected. is nically connected to the throttle device.
  • the invention relates to a method for operating a combination system, wherein the combination system has a heat pump circuit, a refrigerant being evaporated in a refrigerant evaporator, the evaporated refrigerant being fed to a compressor, the temperature and pressure of the refrigerant being increased in the compressor , wherein the refrigerant is supplied to a refrigerant condenser after the compressor, wherein the refrigerant condenses in the refrigerant condenser, wherein the refrigerant is supplied to a throttle device, the temperature and pressure of the refrigerant being reduced in the throttle device, wherein the refrigerant is supplied to the refrigerant evaporator after the throttle device becomes .
  • the invention generally relates to a refrigeration and heat pump circuit for electrolysis and steam generation for a Direct Air Capture (DAC) process and a pressurized oxygen which can be used for power generation. where the oxygen was produced in an electrolyzer.
  • DAC Direct Air Capture
  • Green hydrogen produced by electrolysis is seen as an important factor in achieving global decarbonization goals, as the entire value chain from production to transport to conversion into heat or electrical energy can be CO2-free.
  • electrical energy preferably so-called green energy from wind, sun or water
  • H 2 hydrogen
  • O 2 oxygen
  • this process only about 75% of the electrical energy supplied is converted into hydrogen (H 2 ), the other 25% is converted into heat.
  • the electrolysis must be cooled. This can be particularly challenging when electrolysis is performed in areas with high ambient temperatures, such as the desert, as a corresponding amount of cooling water is required at a given temperature. The unavailability of cooling water could endanger the operation of the electrolysis, as cooling is essential for the operation of the system.
  • direct air capture In addition to the large-scale production of green hydrogen, direct air capture (DAC) is also seen as an important factor in achieving decarbonization goals, as negative emissions can be generated. According to the International Energy Agency's (IEA) net zero emissions scenario, the need for direct air capture will increase to 1 gigaton of carbon dioxide (CO2) per year to achieve climate neutrality in 2050. However, due to the relatively low carbon dioxide (CO2) concentration in the ambient air of an average of 400 ppm, DAC has a very high specific heat energy requirement per ton of captured carbon dioxide (CO2). In the worst case, fossil fuels must be burned to provide the energy. which leads to additional carbon dioxide (CO2) emissions.
  • CO2 carbon dioxide
  • the invention has set itself the task of offering a combined system and a method that offers a cost advantage.
  • a combination system comprising a heat pump circuit having a refrigerant evaporator which is designed to evaporate a refrigerant, further comprising a compressor which is designed to compress the refrigerant, the compressor being fluidly connected to the refrigerant evaporator, further comprising a refrigerant condenser, which is designed to condense the refrigerant, the refrigerant condenser being fluidly connected to the compressor is connected, further comprising a throttle device which is designed to reduce the temperature and pressure of the refrigerant, wherein the throttle device is connected to the refrigerant condenser, wherein the refrigerant evaporator is fluidly connected to the throttle device, further comprising a heat generation system having a cooling circuit with a cooling medium , wherein the heat generation system is designed such that the cooling medium can be heated during operation, the cooling medium being fluidly connected to the refrigerant evaporator in such a way that the refrigerant can be heated in the refriger
  • the object is also achieved by a method for operating a combination system, the combination system having a heat pump circuit, a refrigerant being evaporated in a refrigerant evaporator, the evaporated refrigerant being fed to a compressor, the temperature and pressure of the refrigerant being increased in the compressor , wherein the refrigerant is supplied to a refrigerant condenser after the compressor, wherein the refrigerant condenses in the refrigerant condenser, wherein the refrigerant is supplied to a throttle device, the temperature and pressure of the refrigerant being reduced in the throttle device, wherein the refrigerant is supplied to the refrigerant evaporator after the throttle device is, wherein in a heat generation system a cooling medium flows in a cooling circuit, the cooling medium being heated in the heat generation system, the cooling medium being fluidly supplied to the refrigerant evaporator in such a way that the refrigerant is heated and the cooling medium is cooled.
  • the invention therefore proposes using a refrigerant circuit, which can also be referred to as a left-hand Joule cycle, which, on the one hand, serves as a refrigeration te circuit for electrolysis and on the other hand can be used as a high-temperature heat pump for oxygen heating and steam generation.
  • a refrigerant circuit which can also be referred to as a left-hand Joule cycle, which, on the one hand, serves as a refrigeration te circuit for electrolysis and on the other hand can be used as a high-temperature heat pump for oxygen heating and steam generation.
  • the basic working principle of the invention is as described below. After a refrigerant has absorbed the heat from the warm water leaving the electrolyzer, the refrigerant is evaporated while the water is cooled and fed back into the electrolyzer. It is then compressed to a higher pressure and temperature level in the compressor, which can also be referred to as a refrigerant compressor. The heat is then initially used to heat up the pressurized oxygen that is produced as a by-product of electrolysis, while all the latent heat is used to generate low-pressure steam in the condenser, which can also be referred to as a refrigerant condenser.
  • the hot and pressurized oxygen can then be expanded in an expansion turbine to generate electricity and subsequently released into the air or transported and used for various purposes (e.g. steel production, oxyfuel combustion or oxygen enrichment of the sea) if the transport distance and the corresponding amount are appropriate.
  • the low pressure steam created in the refrigerant condenser can be used to operate a direct air capture system, which requires large amounts of low pressure steam to filter carbon dioxide (CO2) from the air.
  • CO2 carbon dioxide
  • Figure 1 is a schematic representation of a combination system according to the invention
  • Figure 1 shows a combination system 1 according to the invention.
  • the combination system 1 includes a heat pump circuit, which is described below.
  • a refrigerant known in connection with heat pumps is circulated in the combination system 1 in a circuit (counterclockwise in the figure).
  • the circuit will now be described starting with a refrigerant evaporator 2.
  • the refrigerant flows into the refrigerant evaporator 2 and is evaporated there.
  • the thermal source required for this process comes from a heat generation system 3.
  • the heat generation system 3 is an electrolizer that is designed to generate hydrogen f (H 2 ) and oxygen f (0 2 ) from water with the addition of energy.
  • the added energy can be generated from renewable energy generation units such as: B. Solar, wind or water based.
  • the resulting hydrogen f (H 2 ) is removed via a line 4.
  • the added water is symbolically represented by line 5.
  • the added energy is symbolically represented by line 6.
  • the resulting oxygen f (0 2 ) is symbolically represented by line 7.
  • the heat generation system 3 requires a cooling medium, here water, which is added to the heat generation system 3 via a line 8. Cooled water is thus added to the heat generation system 3 , heated there and returned to the refrigerant evaporator 2 via a further line 9 .
  • a cooling medium here water
  • the thermal energy of the heated water from the pipe 9 is used to evaporate the refrigerant.
  • the water cools down and flows back via line 8 to the heat generation plant
  • the refrigerant evaporator 2 can therefore also be referred to as cooling for the cooling medium in the electrolizer 3.
  • the refrigerant evaporator 2 is thus designed to evaporate the refrigerant. After the refrigerant evaporator 2, the refrigerant flows via a line 10 to a compressor 11.
  • the compressor 11 is designed to compress the refrigerant, the compressor 11 being fluidly connected to the refrigerant evaporator 2 via the line 10.
  • the temperature and pressure of the refrigerant are increased in the compressor 11.
  • the heated refrigerant flows via a line 12 through a pre-cooler 13.
  • the oxygen (O2) generated in the heat generation system 3 also flows through the pre-cooler 13 through the line 7.
  • the thermal energy of the refrigerant is transferred to the oxygen (O2) in the pre-cooler 13, whereby the temperature of the oxygen (O2) increases.
  • the increased thermal energy of the oxygen (O2) is then converted into mechanical energy in an expander 14, whereby the mechanical energy can then be converted into electrical energy by means of a generator 15.
  • the coolant After flowing through the pre-cooler 13, the coolant is fed to a coolant condenser 16.
  • the condensate required for the condensation comes from a line 17.
  • the line 17 is fluidically connected to a carbon dioxide system 18, wherein the carbon dioxide system 18 is designed to obtain carbon dioxide (CO2) 21 directly from the ambient air 19, wherein the steam 20 that can be generated in the coolant condenser 16 is fluidically connected to the carbon dioxide system 18.
  • CO2 carbon dioxide
  • the combination system 1 further comprises a throttle device 22 which is used to reduce the temperature and pressure of the cooling teffens is formed, wherein the throttle device is connected to the refrigerant condenser 16, wherein the refrigerant evaporator 2 is fluidly connected to the throttle device 22.
  • the throttle device 22 can be a Joule-Thomson valve (JT valve) or an expansion turbine.
  • the heat pump circuit (represented symbolically by the frame 23 ) is closed again by returning the refrigerant to the refrigerant evaporator 2 .

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Abstract

Kombianlage und Verfahren zum Betreiben einer Kombianlage Die Erfindung betrifft eine Kombianlage (1) umfassend einen Wärmepumpenkreislauf aufweisend einen Kältemittelverdampfer (2), der zum Verdampfen eines Kältemittels ausgebildet ist, ferner umfassend einen Verdichter (11), der zum Verdichten des Kältemittels ausgebildet ist, wobei der Verdichter (11) strömungstechnisch mit dem Kältemittelverdampfer (2) verbunden ist, ferner umfassend einen Kältemittelkondensator (16), der zum Kondensieren des Kältemittels ausgebildet ist, wobei der Kältemittelkondensator (16) strömungstechnisch mit dem Verdichter (11) verbunden ist, ferner umfassend eine Drosseleinrichtung (22), die zum Verringern der Temperatur und des Druckes des Kältemittels ausgebildet ist, wobei die Drosseleinrichtung (22) mit dem Kältemittelkondensator (16) verbunden ist, wobei der Kältemittelverdampfer (2) strömungstechnisch mit der Drosseleinrichtung (22) verbunden ist, ferner umfassend eine Wärmeerzeugungsanlage (3) aufweisend einen Kühlungskreislauf mit einem Kühlmedium, wobei die Wärmeerzeugungsanlage (3) derart ausgebildet ist, dass während des Betriebes das Kühlmedium erwärmbar ist, wobei das Kühlmedium derart mit dem Kältemittelverdampfer (2) strömungstechnisch verbunden ist, dass das Kältemittel in dem Kältemittelverdampfer (2) erwärmbar ist.

Description

Beschreibung
Kombianlage und Verfahren zum Betreiben einer Kombianlage
Die Erfindung betri f ft eine Kombianlage umfassend einen Wärmepumpenkreislauf aufweisend einen Kältemittelverdampfer, der zum Verdampfen eines Kältemittels ausgebildet ist , ferner umfassend einen Verdichter, der zum Verdichten des Kältemittels ausgebildet ist , wobei der Verdichter strömungstechnisch mit dem Kältemittelverdampfer verbunden ist , ferner umfassend einen Kältemittelkondensator, der zum Kondensieren des Kältemittels ausgebildet ist , wobei der Kältemittelkondensator strömungstechnisch mit dem Verdichter verbunden ist , ferner umfassend eine Drosseleinrichtung, die zum Verringern der Temperatur und des Druckes des Kältemittels ausgebildet ist , wobei die Drosseleinrichtung mit dem Kältemittelkondensator verbunden ist , wobei der Kältemittelverdampfer strömungstech- nisch mit der Drosseleinrichtung verbunden ist .
Ferner betri f ft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Kombianlage , wobei die Kombianlage einen Wärmepumpenkreislauf aufweist , wobei in einem Kältemittelverdampfer ein Kältemittel verdampft wird, wobei das verdampfte Kältemittel einem Verdichter zugeführt wird, wobei im Verdichter die Temperatur und der Druck des Kältemittels erhöht wird, wobei das Kältemittel nach dem Verdichter einem Kältemittelkondensator zugeführt wird, wobei das Kältemittel im Kältemittelkondensator kondensiert , wobei das Kältemittel einer Drosseleinrichtung zugeführt wird, wobei in der Drosseleinrichtung die Temperatur und der Druck des Kältemittels verringert wird, wobei das Kältemittel nach der Drosseleinrichtung dem Kältemittelverdampfer zugeführt wird .
Die Erfindung betri f ft im Allgemeinen einen Kälte- und Wärmepumpenkreislauf für eine Elektrolyse und eine Dampf erzeugung für ein Direct Air Capture ( DAC ) - Verfahren und ein unter Druck stehendem Sauerstof f , der zur Stromerzeugung einsetzbar ist, wobei der Sauerstoff in einem Elektrolyseur erzeugt wur- de .
Durch Elektrolyse hergestellter grüner Wasserstoff wird als wichtiger Faktor für die Erreichung der weltweiten Dekarbonisierungsziele angesehen, da die gesamte Wertschöpfungskette von der Produktion über den Transport bis zur Umwandlung in Wärme- oder elektrische Energie CO2-frei sein kann. In einem Elektrolyseprozess wird elektrische, vorzugsweise so genannte grüne Energie aus Wind, Sonne oder Wasser genutzt, um ein Wassermolekül in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zu spalten. Allerdings werden bei diesem Prozess nur ca. 75% der zugeführten elektrischen Energie in Wasserstoff (H2) umgewandelt, die anderen 25% werden in Wärme umgewandelt.
Aus diesem Grund muss die Elektrolyse gekühlt werden. Dies kann besonders herausfordernd sein, wenn die Elektrolyse in Gebieten mit hohen Umgebungstemperaturen durchgeführt wird, z.B. in der Wüste, da eine entsprechende Menge an Kühlwasser bei einer bestimmten Temperatur erforderlich ist. Die Nichtverfügbarkeit von Kühlwasser könnte zu einer Gefährdung des Betriebes der Elektrolyse führen, da die Kühlung für den Betrieb des Systems unerlässlich ist.
Neben der großmaßstäblichen Produktion von grünem Wasserstoff wird auch die Direct Air Capture (DAC) als ein wichtiger Faktor für die Erreichung der Dekarbonisierungsziele angesehen, da negative Emissionen erzeugt werden können. Nach dem Netto- Null-Emissionsszenario der Internationalen Energieagentur (IEA) wird der Bedarf an Direct Air Capture auf 1 Gigatonne Kohlenstof fdioxid (CO2) pro Jahr ansteigen, um im Jahr 2050 Klimaneutralität zu erreichen. Aufgrund der relativ niedrigen Kohlenstof fdioxid (CO2) -Konzentration in der Umgebungsluft von durchschnittlich 400 ppm hat die DAC jedoch einen sehr hohen spezifischen Wärmeenergiebedarf pro Tonne abgeschiedenem Kohlenstof fdioxid (CO2) . Im schlimmsten Fall müssen fossile Brennstoffe verbrannt werden, um die Energie bereitzu- stellen, was zu zusätzlichen Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) - Emissionen führt .
Die Produktion von grünem Wasserstof f in großem Maßstab ist eine Heraus forderung . Die meisten Anlagen zur Erzeugung von grünem Wasserstof f werden im Pilotmaßstab in der Nähe des Wasserstof fverbrauchers geplant und betrieben, da noch keine groß angelegte Infrastruktur für den Wasserstof f transport in der Regel vorhanden ist . Bei den Verbrauchern handelt es sich z . B . um Industriekunden, die üblicherweise über Kühlwasser mit der erforderlichen Temperatur verfügen . Außerdem benötigen viele dieser Prozesse einen Niederdruck- und einen Mitteldruck-Dampf , der mit einer Hochtemperatur-Wärmepumpe unter Nutzung des Abwärmestroms aus der Elektrolyse erzeugt werden kann . In heißen und abgelegenen Gebieten ist j edoch oft kein Kühlwasser in der erforderlichen Temperatur und Menge verfügbar und außerdem besteht in der Regel ein Mangel an einer potenziellen Senke für die in Frage kommende Wärme .
Andererseits wird DAC aufgrund des hohen spezi fischen Energiebedarfs pro Tonne abgeschiedenem Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) immer noch als wirtschaftlich unattraktiv angesehen .
Es besteht hier ein Bedarf an einer Verbesserung .
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht , ein Kombianlage und ein Verfahren anzubieten, das einen Kostenvorteil bietet .
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kombianlage umfassend einen Wärmepumpenkreislauf aufweisend einen Kältemittelverdampfer, der zum Verdampfen eines Kältemittels ausgebildet ist , ferner umfassend einen Verdichter, der zum Verdichten des Kältemittels ausgebildet ist , wobei der Verdichter strömungstechnisch mit dem Kältemittelverdampfer verbunden ist , ferner umfassend einen Kältemittelkondensator, der zum Kondensieren des Kältemittels ausgebildet ist , wobei der Kältemittelkondensator strömungstechnisch mit dem Verdichter verbunden ist , ferner umfassend eine Drosseleinrichtung, die zum Verringern der Temperatur und des Druckes des Kältemittels ausgebildet ist , wobei die Drosseleinrichtung mit dem Kältemittelkondensator verbunden ist , wobei der Kältemittelverdampfer strömungstechnisch mit der Drosseleinrichtung verbunden ist , ferner umfassend eine Wärmeerzeugungsanlage aufweisend einen Kühlungskreislauf mit einem Kühlmedium, wobei die Wärmeerzeugungsanlage derart ausgebildet ist , dass während des Betriebes das Kühlmedium erwärmbar ist , wobei das Kühlmedium derart mit dem Kältemittelverdampfer strömungstechnisch verbunden ist , dass das Kältemittel in dem Kältemittelverdampfer erwärmbar ist .
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Kombianlage , wobei die Kombianlage einen Wärmepumpenkreislauf aufweist , wobei in einem Kältemittelverdampfer ein Kältemittel verdampft wird, wobei das verdampfte Kältemittel einem Verdichter zugeführt wird, wobei im Verdichter die Temperatur und der Druck des Kältemittels erhöht wird, wobei das Kältemittel nach dem Verdichter einem Kältemittelkondensator zugeführt wird, wobei das Kältemittel im Kältemittelkondensator kondensiert , wobei das Kältemittel einer Drosseleinrichtung zugeführt wird, wobei in der Drosseleinrichtung die Temperatur und der Druck des Kältemittels verringert wird, wobei das Kältemittel nach der Drosseleinrichtung dem Kältemittelverdampfer zugeführt wird, wobei in einer Wärmeerzeugungsanlage ein Kühlmedium in einem Kühlungskreislauf strömt , wobei das Kühlmedium in der Wärmeerzeugungsanlage erwärmt wird, wobei das Kühlmedium derart dem Kältemittelverdampfer strömungstechnisch zugeführt wird, dass das Kältemittel erwärmt und das Kühlmedium abgekühlt wird .
Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen angegeben .
Mit der Erfindung wird somit vorgeschlagen, einen Kältemittelkreislauf , der auch als linkslaufender Joule-Kreisprozess bezeichnet werden kann, zu verwenden, der einerseits als Käl- tekreislauf für die Elektrolyse und andererseits als Hochtemperatur-Wärmepumpe für die Sauerstof f erwärmung und Dampferzeugung eingesetzt werden kann .
Das Grundwirkprinzip der Erfindung ist wie nachfolgend beschrieben . Nachdem ein Kältemittel die Wärme aus dem warmen Wasser, das den Elektrolyseur verlässt , aufgenommen hat , wird das Kältemittel verdampft , während das Wasser abgekühlt wird und dem Elektrolyseur wieder zugeführt wird . Anschließend wird es in dem Verdichter, der auch als Kältemittelkompressor bezeichnet werden kann, auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau verdichtet . Die Wärme wird dann zunächst zum Aufhei zen des unter Druck stehenden Sauerstof fs genutzt , der als Nebenprodukt bei der Elektrolyse entsteht , während die gesamte latente Wärme zur Erzeugung von Niederdruckdampf im Kondensator, der auch als Kältemittel-Kondensator bezeichnet werden kann, verwendet wird . Der heiße und unter Druck stehende Sauerstof f kann dann in einer Expansionsturbine zur Stromerzeugung entspannt und anschließend an die Luft abgegeben oder transportiert und für verschiedene Zwecke ( z . B . Stahlerzeugung, Oxyfuel-Verbrennung oder Sauerstof f anreiche- rung des Meeres ) genutzt werden, wenn die Transportentfernung mit der entsprechenden Menge angemessen ist .
Der im Kältemittelkondensator entstandene Niederdruckdampf kann zum Betrieb eines Direct Air Capture Systems verwendet werden, das große Mengen an Niederdruckdampf benötigt , um das Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) aus der Luft zu filtern . Bei dieser Konfiguration ist keine externe Wärme- und Kältezufuhr erforderlich, da das Direct Air Capture System genau auf die Größe der Elektrolyse und der Wärmepumpe ausgelegt werden kann .
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind :
- Nutzung eines Kältemittelkreislaufs zur Kühlung der Elektrolyse und gleichzeitiges Aufhei zen von Sauerstof f zur Stromerzeugung und zur Erzeugung von Dampf für Direct Air Capture . - Die Niederdruck-Dampferzeugung in einem abgelegenen Gebiet würde den Bedarf von Direct air Capture durch Nutzung der Wärme der Wärmepumpe decken .
- Es ist kein externes Pumpen von Frischwasser erforderlich .
- Zuverlässiges Kühlsystem für die Elektrolyse in abgelegenen und heißen Gebieten .
- Nutzung des Sauerstof fs , der als Nebenprodukt der Elektrolyse anfällt , zur Stromerzeugung .
- Erzeugung negativer Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) -Emissionen durch Direct Air Capture .
- Die bereits saubere und klimaneutrale Produktion von grünem Wasserstof f wird noch sauberer, indem sie nicht nur einen grünen Kraftstof f , sondern auch negative Kohlenstof fdioxid (CO2 ) -Emissionen liefert .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden .
Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugs zeichen gekennzeichnet .
Aus führungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben . Diese sollen die Aus führungsbeispiele nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, die zur Erläuterung dienlich ist , in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt . Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen . Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kombianlage
Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kombianlage 1 . Die Kombianlage 1 umfasst einen Wärmepumpenkreislauf , der nachfolgend beschrieben wird .
Ein in Zusammenhang mit Wärmepumpen bekanntes Kältemittel wird in der Kombianlage 1 in einem Kreislauf ( in der Figur gegen den Uhrzeigersinn) zirkuliert . Der Kreislauf wird nun beginnend mit einem Kältemittelverdampfer 2 beschrieben . In den Kältemittelverdampfer 2 strömt das Kältemittel und wird dort verdampft . Die für diesen Vorgang benötigte thermische Quelle kommt aus einer Wärmeerzeugungsanlage 3 .
Die Wärmeerzeugungsanlage 3 ist ein Electroli zer, der dazu ausgebildet ist aus Wasser unter Hinzufügung von Energie Wasserstof f (H2 ) und Sauerstof f ( 02 ) zu erzeugen . Die hinzugefügte Energie kann auf erneuerbaren Energieerzeugungseinheiten, wie z . B . Solar, Wind oder Wasser basieren . Der entstandene Wasserstof f (H2 ) wird über eine Leitung 4 abgeführt . Das hinzugefügte Wasser wird symbolisch mit der Leitung 5 dargestellt . Die hinzugefügte Energie wird symbolisch mit Leitung 6 dargestellt . Der entstandene Sauerstof f ( 02 ) wird symbolisch mit Leitung 7 dargestellt .
Die Wärmeerzeugungsanlage 3 benötigt ein Kühlmedium, hier Wasser, das über eine Leitung 8 der Wärmeerzeugungsanlage 3 hinzugefügt wird . Somit wird abgekühltes Wasser der Wärmerzeugungsanlage 3 hinzugefügt , dort erwärmt und über eine weitere Leitung 9 dem Kältemittelverdampfer 2 zurückgeführt .
Im Kältemittelverdampfer 2 wird die thermische Energie des erwärmten Wassers aus der Leitung 9 dazu verwendet , das Kältemittel zu verdampfen . Dabei kühlt sich das Wasser ab und strömt wieder über die Leitung 8 zu der Wärmeerzeugungsanlage
3 . Der Kältemittelverdampfer 2 kann demnach auch als Kühlung für das Kühlmedium im Electroli zer 3 bezeichnet werden .
Der Kältemittelverdampfer 2 ist somit zum Verdampfen des Kältemittels ausgebildet . Nach dem Kältemittelverdampfer 2 strömt das Kältemittel über eine Leitung 10 zu einem Verdichter 11 . Der Verdichter 11 ist zum Verdichten des Kältemittels ausgebildet ist , wobei der Verdichter 11 strömungstechnisch mit dem Kältemittelverdampfer 2 über die Leitung 10 verbunden ist .
In dem Verdichter 11 wird die Temperatur und der Druck des Kältemittels erhöht . Das erwärmte Kältemittel strömt über eine Leitung 12 durch einen Vorkühler 13 . Durch den Vorkühler 13 strömt ebenfalls der in der Wärmeerzeugungsanlage 3 erzeugte Sauerstof f ( O2 ) durch die Leitung 7 . Die thermische Energie des Kältemittels wird hierbei im Vorkühler 13 auf den Sauerstof f ( O2 ) übertragen, wodurch sich die Temperatur des Sauerstof fs ( O2 ) erhöht . Die erhöhte thermische Energie des Sauerstof fs ( O2 ) wird anschließend in einem Expander 14 in mechanische Energie umgewandelt , wobei anschließend die mechanische Energie mittels eines Generators 15 in elektrische Energie umgewandelt werden kann .
Das Kältemittel wird nach der Durchströmung durch den Vorkühler 13 einem Kältemittelkondensator 16 zugeführt . Im Kältemittelkondensator 16 kondensiert das Kältemittel . Das für die Kondensation benötigte Kondensat kommt aus einer Leitung 17 . Die Leitung 17 ist mit einer Kohlenstof fdioxidanlage 18 strömungstechnisch verbunden, wobei die Kohlenstof fdioxidanlage 18 zur Gewinnung von Kohlenstof fdioxid ( CO2 ) 21 direkt aus der Umgebungsluft 19 ausgebildet ist , wobei der im Kältemittelkondensator 16 erzeugbare Dampf 20 strömungstechnisch mit der Kohlenstof fdioxidanlage 18 verbunden ist .
Die Kombianlage 1 umfasst ferner eine Drosseleinrichtung 22 , die zum Verringern der Temperatur und des Druckes des Käl- temittels ausgebildet ist , wobei die Drosseleinrichtung mit dem Kältemittelkondensator 16 verbunden ist , wobei der Kältemittelverdampfer 2 strömungstechnisch mit der Drosseleinrichtung 22 verbunden ist . Die Drosseleinrichtung 22 kann ein Joule-Thomson-Ventil ( J-T-Ventil ) oder eine Expansionsturbine sein .
Der Wärmepumpenkreislauf ( symbolisch durch den Rahmen 23 dargestellt ) wird durch die Rückführung des Kältemittels in den Kältemittelverdampfer 2 wieder geschlossen .

Claims

Patentansprüche
1. Kombianlage (1) umfassend einen Wärmepumpenkreislauf aufweisend einen Kältemittelverdampfer (2) , der zum Verdampfen eines Kältemittels ausgebildet ist, ferner umfassend einen Verdichter (11) , der zum Verdichten des Kältemittels ausgebildet ist, wobei der Verdichter (11) strömungstechnisch mit dem Kältemittelverdampfer (2) verbunden ist, ferner umfassend einen Kältemittelkondensator (16) , der zum Kondensieren des Kältemittels ausgebildet ist, wobei der Kältemittelkondensator (16) strömungstechnisch mit dem Verdichter (11) verbunden ist, ferner umfassend eine Drosseleinrichtung (22) , die zum Verringern der Temperatur und des Druckes des Kältemittels ausgebildet ist, wobei die Drosseleinrichtung (22) mit dem Kältemittelkondensator (16) verbunden ist, wobei der Kältemittelverdampfer (2) strömungstechnisch mit der Drosseleinrichtung (22) verbunden ist, ferner umfassend eine Wärmeerzeugungsanlage (3) aufweisend einen Kühlungskreislauf mit einem Kühlmedium, wobei die Wärmeerzeugungsanlage (3) derart ausgebildet ist, dass während des Betriebes das Kühlmedium erwärmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium derart mit dem Kältemittelverdampfer (2) strömungstechnisch verbunden ist, dass das Kältemittel in dem Kältemittelverdampfer (2) erwärmbar ist.
2. Kombianlage (1) nach Anspruch 1, wobei der Kältemittelverdampfer (2) derart ausgebildet ist, dass das Kühlmedium abkühlbar ist.
3. Kombianlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmeerzeugungsanlage (3) als ein Electrolizer ausgebildet ist. Kombianlage (1) nach Anspruch 3, wobei das Kühlmedium Wasser ist. Kombianlage (1) nach Anspruch 3 oder 4, mit einem Vorkühler (13) , der mit einem Ausgang des Verdichters (11) strömungstechnisch verbunden ist, wobei der im Electrolizer erzeugte Sauerstoff dem Vorkühler (13) derart zugeführt ist, dass der Sauerstoff im Vorkühler (13) erwärmbar ist. Kombianlage (1) nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Expander (14) , der strömungstech- nisch mit dem Vorkühler (13) verbunden ist und derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des im Vorkühler (13) erwärmten Sauerstoffs in mechanische Energie umwandelbar ist. Kombianlage (1) nach Anspruch 6, ferner umfassend einen Generator (15) , der drehmomentübertragend mit dem Expander (14) verbunden ist. Kombianlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kältemittelkondensator (16) derart mit einer Kondensatwasserleitung (17) strömungstechnisch verbunden ist, dass ein in der Kondensatwasserleitung (17) strömendes Wasser in dem Kältemittelkondensator (16) in Dampf (20) umwandelbar ist. Kombianlage (1) nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Kohlenstof fdioxidanlage (18) , wobei die Kohlenstof fdioxidanlage (18) zur Gewinnung von Kohlenstof fdioxid (CO2) direkt aus der Umgebungsluft ausgebildet ist, wobei der im Kältemittelkondensator (16) erzeugbare Dampf strömungstechnisch mit der Kohlenstof fdioxidanlage (18) verbunden ist. Verfahren zum Betreiben einer Kombianlage (1) , wobei die Kombianlage (1) einen Wärmepumpenkreislauf aufweist, wobei in einem Kältemittelverdampfer (2) ein Kältemittel verdampft wird, wobei das verdampfte Kältemittel einem Verdichter (11) zugeführt wird, wobei im Verdichter (11) die Temperatur und der Druck des Kältemittels erhöht wird, wobei das Kältemittel nach dem Verdichter (11) einem Kältemittelkondensator (16) zugeführt wird, wobei das Kältemittel im Kältemittelkondensator (16) kondensiert, wobei das Kältemittel einer Drosseleinrichtung (22) zugeführt wird, wobei in der Drosseleinrichtung (22) die Temperatur und der Druck des Kältemittels verringert wird, wobei das Kältemittel nach der Drosseleinrichtung (22) dem Kältemittelverdampfer (2) zugeführt wird, wobei in einer Wärmeerzeugungsanlage (3) ein Kühlmedium in einem Kühlungskreislauf strömt, wobei das Kühlmedium in der Wärmeerzeugungsanlage (3) erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium derart dem Kältemittelverdampfer (2) strömungstechnisch zugeführt wird, dass das Kältemittel erwärmt und das Kühlmedium abgekühlt wird. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Wärmerzeugungsanlage (3) als Electrolizer ausgebildet wird und als Kühlmedium Wasser verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein Vorkühler (13) angeordnet wird, durch den das aus dem Verdichter (11) kommende Kältemittel strömt, wobei der im Electrolizer erzeugte Sauerstoff dem Vorkühler (13) derart zugeführt wird, dass die thermische Energie des Kältemittels das aus dem Electrolizer kommende Sauerstoff erwärmt. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der erwärmte Sauerstoff einem Expander (14) zugeführt wird, der die thermische Energie des Sauerstoffs in mechanische Energie umwandelt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kältemittelkondensator (16) derart ausgebildet wird, dass die thermische Energie des Kältemittels zur Dampf erzeugung verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Dampf einer Kohlenstof fdioxidanlage (21) zugeführt wird, wobei die Kohlenstof fdioxidanlage (21) zur Gewinnung von Kohlenstof fdioxid (CO2) direkt aus der Umgebungsluft ausgebildet ist, wobei der im Kältemittelkondensator (16) erzeugbare Dampf strömungstechnisch mit der Kohlenstof fdioxidanlage (18) verbunden wird. Verfahren nach Anspruch 15, wobei ein in der Kohlenstof fdioxidanlage (18) entstandenes Wasser dem Kältemittelkondensator (16) zugeführt wird, wobei in dem Kältemittelkondensator (16) das Wasser in Dampf umgewandelt wird.
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