DE102016205283A1

DE102016205283A1 - Device and method

Info

Publication number: DE102016205283A1
Application number: DE102016205283.7A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Danov; Uwe Lenk; Florian Reißner; Hermann Schwarz; Jochen Schäfer; Alexander Tremel
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-05
Also published as: WO2017167901A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1), umfassend
– eine Kompressionswärmepumpe (2) mit einem Verdampfer (6) zur Aufnahme einer ersten Wärme (41) und einem Kondensator (8) zur Abgabe wenigstens eines Teils der aufgenommen ersten Wärme (41); und
– einen thermochemischen Wärmespeicher (4) mit einem ersten Reaktor (31) zur Aufnahme einer zweiten Wärme (42) mittels einer endothermen chemische Reaktion und einen zweiten Reaktor (32) zur Abgabe wenigstens eines Teils der aufgenommenen zweiten Wärme (42) mittels einer exothermen chemischen Reaktion;
vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist der Kondensator (8) der Kompressionswärmepumpe (2) mit dem ersten Reaktor (31) des thermochemischen Wärmespeichers (4) derart thermisch gekoppelt, dass der durch den Kondensator (8) abgegeben Teil der ersten Wärme (41) als die zweite Wärme (42) auf den ersten Reaktor (31) übertragen wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung (1) bereitgestellt wird. It is a device (1) comprising
- A compression heat pump (2) having an evaporator (6) for receiving a first heat (41) and a capacitor (8) for discharging at least a portion of the received first heat (41); and
- A thermochemical heat accumulator (4) having a first reactor (31) for receiving a second heat (42) by means of an endothermic chemical reaction and a second reactor (32) for discharging at least a portion of the absorbed second heat (42) by means of an exothermic chemical Reaction;
proposed. According to the invention, the condenser (8) of the compression heat pump (2) is thermally coupled to the first reactor (31) of the thermochemical heat accumulator (4) such that the part of the first heat (41) discharged through the condenser (8) is the second heat ( 42) is transferred to the first reactor (31).
Furthermore, the invention relates to a method in which a device (1) according to the invention is provided.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10. The invention relates to a device according to the preamble of patent claim 1 and a method according to the preamble of patent claim 10.

Alle bekannten industriellen Prozesse oder Anlagen erzeugen Abwärme, das heißt Wärme, die typischerweise nicht weiter verwendet wird oder verwendbar ist. Abwärme mit einer Temperatur bis etwa 130 Grad Celsius wird als Niedertemperaturabwärme bezeichnet. Oberhalb von etwa 130 Grad Celsius spricht man von Hochtemperaturwärme oder Prozesswärme. Niedertemperaturabwärme kann aufgrund ihrer geringen Temperatur, das heißt unterhalb von etwa 130 Grad Celsius, typischerweise nicht wieder industriellen Prozessen oder Anlagen zugeführt werden. All known industrial processes or plants generate waste heat, that is, heat that is typically not used or usable. Waste heat with a temperature up to about 130 degrees Celsius is called low-temperature waste heat. Above about 130 degrees Celsius, this is called high-temperature heat or process heat. Low temperature waste heat, due to its low temperature, that is below about 130 degrees Celsius, typically can not be recycled to industrial processes or equipment.

Um aus der Niedertemperaturabwärme eines industriellen Prozesses eine wertvolle Prozesswärme zu erhalten, ist es erforderlich die Temperatur der Abwärme, beispielsweise mittels elektrischer Energie oder mittels einer Gasverbrennung, zu erhöhen. In order to obtain a valuable process heat from the low-temperature waste heat of an industrial process, it is necessary to increase the temperature of the waste heat, for example by means of electrical energy or by means of a gas combustion.

Wärmepumpen können dazu verwendet werden die Temperatur einer Abwärme zu erhöhen. Allerdings gelingt dies typischerweise nur bis zu einer Temperatur, die unterhalb von 150 Grad Celsius liegt. Das ist deshalb der Fall, da die Temperatur, die maximal mit einer Wärmepumpe erreicht werden kann, durch das verwendete Arbeitsfluid der Wärmepumpe limitiert ist. Für bekannte Arbeitsfluide lassen sich lediglich Temperaturen bis höchstens 150 Grad Celsius erreichen, sodass Prozesswärme mit maximal 150 Grad Celsius bereitgestellt werden kann. Diese Temperatur ist für typische Anwendungen, die Temperaturen bis zu etwa 600 Grad Celsius erfordern, noch zu gering. Heat pumps can be used to increase the temperature of a waste heat. However, this typically succeeds only up to a temperature that is below 150 degrees Celsius. This is the case because the maximum temperature that can be achieved with a heat pump is limited by the working fluid used in the heat pump. For known working fluids can only reach temperatures up to 150 degrees Celsius, so process heat can be provided with a maximum of 150 degrees Celsius. This temperature is still too low for typical applications requiring temperatures up to about 600 degrees Celsius.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde Abwärme in Prozesswärme mit einer ausreichend hohen Temperatur zu wandeln. The present invention is therefore based on the object to convert waste heat in process heat with a sufficiently high temperature.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. The object is achieved by a device having the features of independent patent claim 1 and by a method having the features of independent claim 10. In the dependent claims advantageous refinements and developments of the invention are given.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst

– eine Kompressionswärmepumpe mit einem Verdampfer zur Aufnahme einer ersten Wärme und einem Kondensator zur Abgabe wenigstens eines Teils der aufgenommen ersten Wärme; und
– einen thermochemischen Wärmespeicher mit einem ersten Reaktor zur Aufnahme einer zweiten Wärme mittels einer endothermen chemische Reaktion und einen zweiten Reaktor zur Abgabe wenigstens eines Teils der aufgenommenen zweiten Wärme mittels einer exothermen chemischen Reaktion. Erfindungsgemäß ist der Kondensator der Kompressionswärmepumpe mit dem ersten Reaktor des thermochemischen Wärmespeichers derart thermisch gekoppelt, dass der durch den Kondensator abgegeben Teil der ersten Wärme als die zweite Wärme auf den ersten Reaktor übertragen wird.

The device according to the invention comprises

A compression heat pump having an evaporator for receiving a first heat and a condenser for discharging at least a part of the received first heat; and
- A thermochemical heat storage with a first reactor for receiving a second heat by means of an endothermic chemical reaction and a second reactor for discharging at least a portion of the absorbed second heat by means of an exothermic chemical reaction. According to the invention, the condenser of the compression heat pump is thermally coupled to the first reactor of the thermochemical heat accumulator such that the part of the first heat discharged through the condenser is transferred as the second heat to the first reactor.

Der erste und zweite Reaktor können baulich auch mittels eines gemeinsamen Reaktors realisiert werden. Dann erfolgt die endotherme und exotherme Reaktion innerhalb des gemeinsamen Reaktors, sodass der erste und zweite Reaktor eine bezüglich der endothermen und exothermen Reaktion symbolische Unterteilung darstellen. The first and second reactor can be structurally realized by means of a common reactor. Then, the endothermic and exothermic reaction takes place within the common reactor, so that the first and second reactor represent a symbolic with respect to the endothermic and exothermic reaction subdivision.

Erfindungsgemäß wird wenigstens ein Teil der ersten Wärme auf den thermochemischen Wärmespeicher übertragen. Der übertragene Teil der ersten Wärme entspricht der zweiten Wärme. Durch den zweiten Reaktor des thermochemischen Wärmespeichers wird wenigstens ein Teil der zweiten Wärme, das heißt wenigstens ein Teil des Teils der ersten Wärme durch eine exotherme Reaktion wieder abgegeben. Da die Temperatur der exothermen chemischen Reaktion über den Druck innerhalb des zweiten Reaktors regelbar ist, kann der Druck derart eingestellt werden, dass die Temperatur des abgegeben Teils der zweiten Wärme größer als die Temperatur des aufgenommen Teils der ersten Wärme (zweite Wärme) ist. Insgesamt kann dadurch die Temperatur wenigstens eines Teils der ersten Wärme (abgegebener Teil der zweiten Wärme) derart erhöht werden, dass dieser eine Prozesswärme (Hochtemperaturwärme) darstellt. Das ist deshalb der Fall, da thermochemische Wärmespeicher weitaus höhere maximale Temperaturen für die bereitgestellte Wärme aufweisen als Wärmepumpen, insbesondere Kompressionswärmepumpen. According to the invention, at least a portion of the first heat is transferred to the thermochemical heat storage. The transferred part of the first heat corresponds to the second heat. By the second reactor of the thermochemical heat storage at least a portion of the second heat, that is, at least part of the part of the first heat is released again by an exothermic reaction. Since the temperature of the exothermic chemical reaction is controllable via the pressure within the second reactor, the pressure can be adjusted so that the temperature of the discharged part of the second heat is higher than the temperature of the absorbed part of the first heat (second heat). Overall, the temperature of at least part of the first heat (emitted part of the second heat) can thereby be increased in such a way that it represents a process heat (high-temperature heat). This is the case because thermochemical heat storage devices have much higher maximum temperatures for the heat provided than heat pumps, in particular compression heat pumps.

Allerdings ist für die endotherme chemische Reaktion, bei typischen handhabbaren Drücken, bereits eine relativ hohe Temperatur der hierfür verwendeten Wärme (Teil der ersten Wärme) erforderlich, typischerweise oberhalb von 100 Grad Celsius, die durch die Kompressionswärmepumpe vorteilhafterweise bereitgestellt wird. Mit anderen Worten wird wenigstens ein Teil der ersten Wärme auf ein erstes Temperaturnievau mittels der Kompressionswärmepumpe und anschließend wiederum wenigstens ein Teil des Teils der ersten Wärme auf ein bezüglich des ersten Temperaturnievau höheres zweites Temperaturnievau mittels des thermochemischen Wärmespeichers angehoben. Der thermochemische Wärmespeicher ist daher als chemische Wärmepumpe ausgebildet. Dadurch bildet sich eine Kaskade aus einer ersten und zweiten Wärmepumpe aus, wobei die erste Wärmepumpe eine Kompressionswärmepumpe ist, und die mit der ersten thermisch in Reihe gekoppelte zweite Wärmepumpe ein thermochemischer Wärmespeicher ist. However, for the endothermic chemical reaction, at typical manageable pressures, a relatively high temperature of the heat used for this purpose (part of the first heat) is already required, typically above 100 degrees Celsius, which is advantageously provided by the compression heat pump. In other words, at least a portion of the first heat is raised to a first temperature level by means of the compression heat pump and then again at least a portion of the portion of the first heat to a second temperature level higher than the first temperature level by means of the thermochemical heat accumulator. The thermochemical heat storage is therefore designed as a chemical heat pump. This creates a cascade a first and second heat pump, wherein the first heat pump is a compression heat pump, and the first heat-coupled in series with the second second heat pump is a thermochemical heat storage.

Die thermische Kopplung der Kompressionswärmepumpe mit dem thermochemischen Wärmespeicher gelingt erfindungsgemäß über den Kondensator der Kompressionswärmepumpe und über den ersten Reaktor des thermochemischen Wärmespeichers, der für die endotherme Reaktion vorgesehen ist. Dadurch wird der bereits bezüglich seiner Temperatur erhöhte Teil der ersten Wärme der endothermen Reaktion zu deren Unterstützung oder Unterhaltung zugeführt. The thermal coupling of the compression heat pump with the thermochemical heat storage succeeds according to the invention via the condenser of the compression heat pump and the first reactor of the thermochemical heat storage, which is provided for the endothermic reaction. Thereby, the part of the first heat, which has already been increased in temperature, is fed to the endothermic reaction for its support or maintenance.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit Wärme mit einer niedrigen Temperatur, insbesondere Niedertemperaturabwärme, in wertvolle Prozesswärme gewandelt werden. Das ist deshalb der Fall, da typische thermochemische Wärmespeicher eine hohe Temperatur ihrer abgegebenen Wärme, beispielsweise bis zu 550 Grad Celsius, aufweisen. By means of the device according to the invention, therefore, heat with a low temperature, in particular low-temperature waste heat, can be converted into valuable process heat. This is the case because typical thermochemical heat storage have a high temperature of their heat given off, for example, up to 550 degrees Celsius.

Durch die vorliegende Vorrichtung kann weiterhin der Druck innerhalb des ersten und zweiten Reaktors, das heißt der Druck, bei dem die endotherme und exotherme chemische Reaktion des thermochemischen Wärmespeichers erfolgen, vorteilhafterweise auf ein technisch handhabbares Niveau reduziert werden. Das ist deshalb der Fall, da die dem thermochemischen Wärmespeicher prozesstechnisch vorgelagerte Kompressionswärmepumpe die aufgenommene Wärme, das heißt die erste Wärme, bereits auf eine bezüglich ihrer ursprünglichen Temperatur höhere Temperatur anhebt. Ohne dieses erste Anheben ihrer Temperatur könnte die erste Wärme nur unter äußerst extremen Druck, beispielsweise unterhalb von 10 Pascal innerhalb des ersten Reaktors, dem thermochemischen Wärmespeicher zugeführt werden. By means of the present device, furthermore, the pressure within the first and second reactor, that is to say the pressure at which the endothermic and exothermic chemical reaction of the thermochemical heat store takes place, can advantageously be reduced to a technically manageable level. This is the case because the compression heat pump upstream of the thermochemical heat storage process heats the absorbed heat, ie the first heat, to a temperature which is higher than its original temperature. Without this first raising of its temperature, the first heat could only be supplied to the thermochemical heat store under extremely extreme pressure, for example below 10 Pascals within the first reactor.

Insgesamt kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung Wärme, insbesondere Abwärme und/oder Niedertemperaturabwärme, zu Prozesswärme aufgewertet werden. Dadurch wird zusätzlich die Effizienz der die Wärme beziehungsweise Niedertemperaturabwärme erzeugenden industriellen Anlage erhöht. Overall, by the device according to the invention, heat, in particular waste heat and / or low-temperature waste heat, can be upgraded to process heat. As a result, the efficiency of the heat or low-temperature waste heat generating industrial plant is also increased.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst wenigstens die Schritte:

– Bereitstellen einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
– Aufnahme einer ersten Wärme durch den Verdampfer;
– Abgabe wenigstens eines Teil der ersten Wärme an den ersten Reaktor des thermochemischen Wärmespeichers als zweite Wärme; und
– Aufnahme der zweiten Wärme durch den ersten Reaktor mittels einer endothermen chemischen Reaktion.

The method according to the invention comprises at least the steps:

Providing a device according to the present invention;
- Recording a first heat through the evaporator;
- Delivery of at least a portion of the first heat to the first reactor of the thermochemical heat storage as a second heat; and
- Recording the second heat through the first reactor by means of an endothermic chemical reaction.

Es ergeben sich zur bereits genannten Vorrichtung gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens. This results in the already mentioned device similar and equivalent advantages of the method according to the invention.

Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den weiteren Schritt:

– Abgabe wenigstens eines Teils der zweiten Wärme durch den zweiten Reaktor mittels einer exothermen chemischen Reaktion.

The method according to the invention preferably comprises the further step:

- Delivery of at least a portion of the second heat through the second reactor by means of an exothermic chemical reaction.

Dadurch wird vorteilhafterweise die Prozesswärme in Form eines abgegebenen Teils der zweiten Wärme bereitgestellt. This advantageously provides the process heat in the form of a dispensed portion of the second heat.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kondensator innerhalb des ersten Reaktors angeordnet. According to an advantageous embodiment of the invention, the capacitor is arranged within the first reactor.

Vorteilhafterweise kann dadurch der Kondensator der Kompressionswärmepumpe in den ersten Reaktor des thermochemischen Wärmespeichers direkt integriert werden. Dadurch wird die erste Wärme effizienter auf den thermochemischen Wärmespeicher übertragen, sodass der Teil der auf den ersten Reaktor übertragenen ersten Wärme vorteilhafterweise vergrößert werden kann. Insgesamt wird aufgrund des verbesserten Wärmeübergangs zwischen dem Kondensator und dem ersten Reaktor die Effizienz der Vorrichtung erhöht. Zudem kann Bauraum eingespart werden. Advantageously, thereby the capacitor of the compression heat pump can be integrated directly into the first reactor of the thermochemical heat storage. As a result, the first heat is transferred more efficiently to the thermochemical heat accumulator, so that the part of the first heat transferred to the first reactor can advantageously be increased. Overall, the efficiency of the device is increased due to the improved heat transfer between the condenser and the first reactor. In addition, space can be saved.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der thermochemische Wärmespeicher einen mechanischen oder einen thermischen Verdichter. In an advantageous embodiment of the invention, the thermochemical heat storage comprises a mechanical or a thermal compressor.

Vorteilhafterweise wird dadurch die Effizienz des thermochemischen Wärmespeichers weiter verbessert. Insbesondere kann dadurch der Druck innerhalb des zweiten Reaktors angepasst werden, sodass die Temperatur des abgegebenen Teils der zweiten Wärme (Prozesswärme) eingestellt werden kann. Advantageously, this further improves the efficiency of the thermochemical heat store. In particular, this allows the pressure within the second reactor to be adjusted, so that the temperature of the emitted part of the second heat (process heat) can be adjusted.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Teil der abgegebenen ersten Wärme eine Temperatur im Bereich von 100 Grad Celsius bis 150 Grad Celsius, insbesondere von 100 Grad Celsius bis 130 Grad Celsius, aufweist. It is particularly preferred if the part of the emitted first heat has a temperature in the range from 100 degrees Celsius to 150 degrees Celsius, in particular from 100 degrees Celsius to 130 degrees Celsius.

Vorteilhafterweise kann dadurch sichergestellt werden, dass der Druck im ersten und zweiten Reaktor innerhalb einem technisch handhabbaren und realisierbaren Niveau verbleibt. Das ist deshalb der Fall, da die Temperatur durch die vorgelagerte Kompressionswärmepumpe vorteilhafterweise auf den genannten Bereich von 100 Grad Celsius bis zu 150 Grad Celsius, insbesondere von 100 Grad Celsius bis 130 Grad Celsius, erhöht wird. Advantageously, this can ensure that the pressure in the first and second reactor within a technical manageable and achievable level remains. This is the case because the temperature is advantageously increased by the upstream compression heat pump in the range of 100 degrees Celsius to 150 degrees Celsius, in particular from 100 degrees Celsius to 130 degrees Celsius.

Bevorzugt ist es weiterhin, wenn der abgegebene Teil der zweiten Wärme (Prozesswärme) eine Temperatur im Bereich von 150 Grad Celsius bis 600 Grad Celsius, insbesondere von 150 Grad Celsius bis 550 Grad Celsius, aufweist. It is furthermore preferred if the emitted part of the second heat (process heat) has a temperature in the range from 150 degrees Celsius to 600 degrees Celsius, in particular from 150 degrees Celsius to 550 degrees Celsius.

Dadurch wird eine vorteilhafte Prozesswärme (abgegebener Teil der zweiten Wärme) bereitgestellt. As a result, an advantageous process heat (emitted part of the second heat) is provided.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, Abwärme, insbesondere aus einer industriellen Anlage, als erste Wärme aufzunehmen. In a particularly preferred embodiment of the invention, the device is designed to absorb waste heat, in particular from an industrial plant, as the first heat.

Vorteilhafterweise kann dadurch Abwärme, insbesondere Niedertemperaturabwärme, die eine Temperatur unterhalb von 130 Grad Celsius, insbesondere im Bereich von 40 Grad Celsius bis 100 Grad Celsius, aufweist, mittels der Vorrichtung auf ein hohes Temperaturnievau, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von 150 Grad Celsius bis 550 Grad Celsius, angehoben werden. Dadurch wird vorteilhafterweise die Abwärme in bevorzugte Prozesswärme gewandelt. Advantageously, this allows waste heat, in particular low-temperature waste heat, which has a temperature below 130 degrees Celsius, in particular in the range of 40 degrees Celsius to 100 degrees Celsius, by means of the device to a high Temperaturnievau, for example to a temperature in the range of 150 degrees Celsius 550 degrees Celsius, to be raised. As a result, the waste heat is advantageously converted into preferred process heat.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der erste Reaktor Calciumhydroxyd, Magnesiumhydroxid oder Acetaldehyd zur Aufnahme des Teils der ersten Wärme. In an advantageous development of the invention, the first reactor comprises calcium hydroxide, magnesium hydroxide or acetaldehyde for receiving the part of the first heat.

Dadurch ist der thermochemische Wärmespeicher als Gas/Flüssigkeits-System oder als Gas/Feststoff-System ausgebildet. Hierbei wird beispielsweise das Calciumhydroxyd durch die Zuführung des Teils der ersten Wärme (endotherme chemische Reaktion) in Calciumoxid und Wasser beziehungsweise Wasserdampf aufgespalten. Das Calciumoxid wird im zweiten Reaktor gespeichert. Auch das Wasser kann zwischengespeichert werden. Wird dem Calciumoxid wieder Wasser beziehungsweise Wasserdampf, beispielsweise das zwischengespeicherte Wasser, zugeführt, so wird der Teil des zugeführten Teils der ersten Wärme (Teil der zweiten Wärme) mit einer höheren Temperatur wieder freigesetzt (exotherme chemische Reaktion). Der freigesetzte Teil entspricht dann der Prozesswärme. Die höhere Temperatur der Prozesswärme kann durch eine entsprechende Regelung des Druckes im zweiten Reaktor, bei dem die exotherme Reaktion erfolgt, erreicht werden. As a result, the thermochemical heat storage is designed as a gas / liquid system or as a gas / solid system. Here, for example, the calcium hydroxide is split by the supply of the part of the first heat (endothermic chemical reaction) in calcium oxide and water or water vapor. The calcium oxide is stored in the second reactor. Also, the water can be cached. If the calcium oxide is again supplied with water or steam, for example the cached water, the part of the supplied part of the first heat (part of the second heat) is released again at a higher temperature (exothermic chemical reaction). The released part then corresponds to the process heat. The higher temperature of the process heat can be achieved by a corresponding control of the pressure in the second reactor, in which the exothermic reaction takes place.

Für Magnesiumhydroxid ergibt sich ein zum Calciumhydroxyd analoger Prozess. Magnesium hydroxide results in a process analogous to calcium hydroxide.

Bei Verwendung von Acetaldehyd geht dieses durch Zuführung des Teils der ersten Wärme und von Wasserstoff in Ethanol (endotherme chemische Reaktion) über. Ethanol geht unter der Abgabe beziehungsweise der Freisetzung von Wärme, die der Prozesswärme entspricht, wiederum in Acetaldehyd und Wasserstoff über (exotherme chemische Reaktion). When using acetaldehyde, this passes by supplying the part of the first heat and hydrogen in ethanol (endothermic chemical reaction). Ethanol undergoes release or release of heat corresponding to process heat, again into acetaldehyde and hydrogen (exothermic chemical reaction).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kompressionswärmepumpe als Hochtemperaturwärmepumpe ausgebildet. In an advantageous embodiment of the invention, the compression heat pump is designed as a high-temperature heat pump.

Als Hochtemperaturwärmepumpe wird eine Wärmepumpe bezeichnet, die es ermöglicht, eine Wärme mit einer Temperatur oberhalb von 100 Grad Celsius bereitzustellen. Dadurch wird vorteilhafterweise die Effizienz der Vorrichtung weiter verbessert. A high-temperature heat pump is a heat pump that makes it possible to provide heat with a temperature above 100 degrees Celsius. This advantageously further improves the efficiency of the device.

Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Hochtemperaturwärmepumpe ein Arbeitsfluid aufweist, das Trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene, 1,1,1,4,4,4-Hexafluor-2-buten oder wenigstens ein Fluorketon umfasst. In this case, it is particularly preferred if the high-temperature heat pump has a working fluid which comprises trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene, 1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene or at least one fluoroketone ,

Vorteilhafterweise kann dadurch die Effizienz der Hochtemperaturwärmepumpe und somit die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter verbessert werden. Insbesondere werden dadurch hohe Temperaturen des abgegebenen Teils der ersten Wärme, beispielsweise oberhalb von 100 Grad Celsius, insbesondere im Temperaturbereich von 100 Grad Celsius bis 130 Grad Celsius, ermöglicht. Advantageously, thereby the efficiency of the high-temperature heat pump and thus the efficiency of the device according to the invention can be further improved. In particular, this allows high temperatures of the emitted part of the first heat, for example above 100 degrees Celsius, in particular in the temperature range from 100 degrees Celsius to 130 degrees Celsius.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die endotherme Reaktion bei einem ersten Druck und die exotherme Reaktion bei einem derartigen zweiten Druck, dass der Teil der zweiten Wärme bei einer bezüglich der Temperatur der aufgenommenen zweiten Wärme höheren Temperatur abgegeben wird. In an advantageous embodiment of the invention, the endothermic reaction takes place at a first pressure and the exothermic reaction at such a second pressure, that the part of the second heat is discharged at a higher temperature with respect to the temperature of the recorded second heat.

Vorteilhafterweise wird dadurch die Temperatur beziehungsweise das Temperaturniveau der Prozesswärme (abgegebener Teil der zweiten Wärme) erhöht. Advantageously, this increases the temperature or the temperature level of the process heat (emitted part of the second heat).

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der einzigen Zeichnung. Dabei zeigt die Figur eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the single drawing. The figure shows a schematic representation of a device according to the invention.

Die Figur zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1, die eine Kompressionswärmepumpe 2 sowie einen thermochemischen Wärmespeicher 4 umfasst. Die Trennung zwischen der Kompressionswärmepumpe 2 und dem thermochemischen Wärmespeicher 4 ist hierbei symbolisch durch die gestrichelte Linie 100 verdeutlicht. The figure shows the device according to the invention 1 that a compression heat pump 2 and a thermochemical heat storage 4 includes. The separation between the compression heat pump 2 and the thermochemical heat storage 4 is here symbolically by the dashed line 100 clarified.

Die Kompressionswärmepumpe 2 umfasst einen Verdampfer 6, einen Verdichter 10, einen Kondensator 8 sowie ein Expansionsventil 12. Weiterhin umfasst die Kompressionswärmepumpe 2 ein Arbeitsfluid, das mittels des Verdampfers 6 verdampft, mittels des Verdichters 10 verdichtet, mittels des Kondensators 8 kondensiert und mittels des Expansionsventils 12 expandiert wird. The compression heat pump 2 includes an evaporator 6 , a compressor 10 , a capacitor 8th as well as an expansion valve 12 , Furthermore, the compression heat pump includes 2 a working fluid, by means of the evaporator 6 evaporated, by means of the compressor 10 compacted, by means of the capacitor 8th condensed and by means of the expansion valve 12 is expanded.

Der thermochemische Wärmespeicher 4 weist einen ersten Reaktor 31 sowie einen zweiten Reaktor 32 auf. Zudem umfasst der thermochemische Wärmespeicher 4 einen weiteren Verdichter 11. Der erste Reaktor 31 des thermochemischen Wärmespeichers 4 ist für eine endotherme chemische Reaktion vorgesehen, beispielsweise die Dehydratisierung von Calciumhydroxid zu Calciumoxid. Der zweite Reaktor 32 des thermochemischen Wärmespeichers ist für eine exotherme chemische Reaktion vorgesehen, beispielsweise die Hydratisierung von Calciumoxid zu Calciumhydroxyd. The thermochemical heat storage 4 has a first reactor 31 and a second reactor 32 on. In addition, the thermochemical heat storage includes 4 another compressor 11 , The first reactor 31 the thermochemical heat storage 4 is intended for an endothermic chemical reaction, for example the dehydration of calcium hydroxide to calcium oxide. The second reactor 32 the thermochemical heat storage is intended for an exothermic chemical reaction, for example the hydration of calcium oxide to calcium hydroxide.

Die Reaktoren 31, 32 weisen jeweils einen Druck auf. In Abhängigkeit des in den Reaktoren 31, 32 vorherrschenden Druckes kann die Temperatur der endothermen beziehungsweise exothermen Reaktion eingestellt werden. Beispielsweise wird über den Druck im zweiten Reaktor 32 die Temperatur der bei der exothermen chemischen Reaktion freigesetzten Wärme (Prozesswärme) festgelegt. The reactors 31 . 32 each have a pressure. Depending on the in the reactors 31 . 32 prevailing pressure, the temperature of the endothermic or exothermic reaction can be adjusted. For example, about the pressure in the second reactor 32 set the temperature of the heat released during the exothermic chemical reaction (process heat).

Der zweite Reaktor 32 ist mit einem Wärmetauscher 14 zur Abgabe der bei der exothermen chemischen Reaktion freigesetzten Wärme 43 thermisch gekoppelt. Die hierbei freigesetzte Wärme 43 entspricht der Prozesswärme, die aufgrund ihrer hohen Temperatur weiter verwendet werden kann. The second reactor 32 is with a heat exchanger 14 to release the heat released in the exothermic chemical reaction 43 thermally coupled. The heat released here 43 corresponds to the process heat, which can still be used due to its high temperature.

Die Kompressionswärmepumpe 2 und der thermochemische Wärmespeicher 4 sind derart thermisch miteinander gekoppelt, dass eine durch den Verdampfer 6 der Kompressionswärmepumpe 2 aufgenommene erste Wärme 41 auf den ersten Reaktor 31 des thermochemischen Wärmespeichers wenigstens teilweise übertagen wird (Teil der ersten Wärme). Hierbei wird der Teil der ersten Wärme 41 durch eine Kondensation des Arbeitsfluids der Kompressionswärmepumpe innerhalb des Kondensators 8 wieder freigesetzt und auf den ersten Reaktor 31 übertragen. Das ist deshalb der Fall, da der Kondensator 8 direkt innerhalb des ersten Reaktors 31 des thermochemischen Wärmespeichers 4 angeordnet ist. Dadurch wird wenigstens ein Teil der durch den Verdampfer 6 aufgenommen ersten Wärme 41 auf den thermochemischen Wärmespeicher übertragen. Durch diese Wärmeübertragung wird die endotherme chemische Reaktion, beispielsweise von Calciumhydroxyd zu Calciumoxid und Wasser, unterhalten oder aufrechterhalten. The compression heat pump 2 and the thermochemical heat storage 4 are thermally coupled together such that one through the evaporator 6 the compression heat pump 2 recorded first heat 41 on the first reactor 31 the thermochemical heat storage is at least partially transferred (part of the first heat). Here, the part of the first heat 41 by condensing the working fluid of the compression heat pump within the condenser 8th released again and on the first reactor 31 transfer. This is the case because the capacitor 8th directly inside the first reactor 31 the thermochemical heat storage 4 is arranged. This will at least part of the through the evaporator 6 recorded first heat 41 transferred to the thermochemical heat storage. By this heat transfer, the endothermic chemical reaction, for example from calcium hydroxide to calcium oxide and water, is maintained or maintained.

Vorteilhafterweise wird die Temperatur der ersten Wärme 41 durch die Kompressionswärmepumpe 2 derart angehoben, dass diese wenigstens einen Beitrag zur endothermen chemischen Reaktion innerhalb des ersten Reaktors 31 leistet. Insbesondere ist die Temperatur des übertragenen Teils der ersten Wärme 41 ausreichend um die endotherme Reaktion innerhalb des ersten Reaktors 31 abzudecken. Advantageously, the temperature of the first heat 41 through the compression heat pump 2 raised so that this at least contributes to the endothermic chemical reaction within the first reactor 31 guaranteed. In particular, the temperature of the transferred part is the first heat 41 sufficient for the endothermic reaction within the first reactor 31 cover.

Mittels des zweiten Reaktors 32 kann dann die vorher durch den Reaktor 31 aufgenommene zweite Wärme (übertragener Teil der ersten Wärme 41) durch eine exotherme chemische Reaktion, die innerhalb des zweiten Reaktors 32 erfolgt, wieder abgegeben werden. Hierbei erfolgt die exotherme chemische Reaktion 32 bei einem zur endothermen chemischen Reaktion verschiedenen Druck, sodass die Temperatur der exothermen chemischen Reaktion erhöht werden kann. Mit anderen Worten wird bei der exothermen chemischen Reaktion die vorher aufgenommene und gespeicherte Wärme wieder bei einer höheren Temperatur freigesetzt und somit bereitgestellt. Diese kann dann als Prozesswärme 43 über den Wärmetauscher 14 zu ihrer Verwendung weitergegeben werden. By means of the second reactor 32 can then pass through the reactor beforehand 31 absorbed second heat (transmitted part of the first heat 41 ) by an exothermic chemical reaction occurring within the second reactor 32 takes place, be given back. Here, the exothermic chemical reaction takes place 32 at a different pressure for the endothermic chemical reaction, so that the temperature of the exothermic chemical reaction can be increased. In other words, in the exothermic chemical reaction, the previously collected and stored heat is released again at a higher temperature and thus provided. This can then be used as process heat 43 over the heat exchanger 14 for their use.

So ergibt sich erfindungsgemäß eine Kaskade von immer höheren Temperaturen, die durch eine Kaskade von zwei verschiedenen Wärmepumpen, das heißt der Kompressionswärmepumpe 2 und der chemischen Wärmepumpe 4 (thermochemischer Wärmespeicher), ermöglicht wird. Weiterhin kann eine Kaskade einer Mehrzahl von Kompressionswärmepumpen und thermochemischer Wärmespeicher gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein. Thus, according to the invention results in a cascade of ever higher temperatures by a cascade of two different heat pumps, that is, the compression heat pump 2 and the chemical heat pump 4 (thermochemical heat storage), is made possible. Furthermore, a cascade of a plurality of compression heat pumps and thermochemical heat storage may be provided according to the present invention.

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. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, or other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Contraption ( 1 ), comprising - a compression heat pump ( 2 ) with an evaporator ( 6 ) for receiving a first heat ( 41 ) and a capacitor ( 8th ) for dispensing at least part of the first heat ( 41 ); and - a thermochemical heat store ( 4 ) with a first reactor ( 31 ) for receiving a second heat ( 42 ) by means of an endothermic chemical reaction and a second reactor ( 32 ) for dispensing at least part of the received second heat ( 42 ) by means of an exothermic chemical reaction; - characterized in that the capacitor ( 8th ) of the compression heat pump ( 2 ) with the first reactor ( 31 ) of the thermochemical heat store ( 4 ) is thermally coupled such that through the capacitor ( 8th ) delivered part of the first heat ( 41 ) as the second heat ( 42 ) to the first reactor ( 31 ) is transmitted.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the capacitor ( 8th ) within the first reactor ( 31 ) is arranged.

Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the thermochemical heat storage ( 4 ) a mechanical or thermal compressor ( 11 ).

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the part of the emitted first heat ( 41 ) has a temperature in the range of 100 degrees Celsius to 150 degrees Celsius.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the emitted part of the second heat ( 42 ) has a temperature in the range of 150 degrees Celsius to 550 degrees Celsius.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it is adapted to waste heat, in particular an industrial plant, as the first heat ( 41 ).

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first reactor ( 31 ) Calcium hydroxide, magnesium hydroxide or acetaldehyde to take up the part of the first heat ( 41 ).

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the compression heat pump ( 2 ) is designed as a high temperature heat pump.

Contraption ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the high-temperature heat pump comprises a working fluid that trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene, 1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene or at least one Fluoroketone includes.

Method comprising the steps: - providing a device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 9; - Recording a first heat ( 41 ) through the evaporator ( 6 ); Release of at least part of the first heat ( 41 ) to the first reactor of the thermochemical heat store as second heat ( 42 ); and - recording the second heat ( 42 ) through the first reactor ( 31 ) by means of an endothermic chemical reaction.

Method according to claim 10, characterized by the further step of: dispensing at least part of the second heat ( 42 ) through the second reactor ( 32 ) by means of an exothermic chemical reaction.

A method according to claim 11, characterized in that the endothermic reaction takes place at a first pressure and the exothermic reaction at such a second pressure that the part of the second heat ( 42 ) with respect to the temperature of the recorded second heat ( 42 ) is released higher temperature.

Method according to claim 10 or 11, characterized by the inclusion of a waste heat as first heat ( 41 ).

Method according to one of claims 10 to 13, characterized in that as the first heat ( 41 ) a heat with a temperature in the range of 0 degrees Celsius and 100 degrees Celsius is recorded.

Method according to one of claims 10 to 14, characterized in that the part of the second heat ( 42 ) is delivered at a temperature in the range of 150 degrees Celsius to 550 degrees Celsius.