Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

DE102017202227A1 - Method for operating a heat pump system, heat pump system and power plant with a heat pump system - Google Patents

Method for operating a heat pump system, heat pump system and power plant with a heat pump system Download PDF

Info

Publication number
DE102017202227A1
DE102017202227A1 DE102017202227.2A DE102017202227A DE102017202227A1 DE 102017202227 A1 DE102017202227 A1 DE 102017202227A1 DE 102017202227 A DE102017202227 A DE 102017202227A DE 102017202227 A1 DE102017202227 A1 DE 102017202227A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
evaporator
working fluid
pump system
heat
compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017202227.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Florian Reißner
Mark Reissig
Jochen Schäfer
Frank Strobelt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102017202227.2A priority Critical patent/DE102017202227A1/en
Priority to CN201880011413.6A priority patent/CN110291347A/en
Priority to KR1020197021617A priority patent/KR20190105019A/en
Priority to EP18705319.4A priority patent/EP3563098A1/en
Priority to JP2019543329A priority patent/JP2020507733A/en
Priority to PCT/EP2018/051417 priority patent/WO2018145884A1/en
Publication of DE102017202227A1 publication Critical patent/DE102017202227A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/04Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type
    • F25B1/053Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type of turbine type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/10Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F25B27/02Machines, plants or systems, using particular sources of energy using waste heat, e.g. from internal-combustion engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00Heat pumps
    • F25B30/02Heat pumps of the compression type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/07Details of compressors or related parts
    • F25B2400/075Details of compressors or related parts with parallel compressors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanlage (1) vorgeschlagen, bei dem ein Arbeitsfluid innerhalb eines gerichteten Arbeitskreislaufes (100) der Wärmepumpenanlage (1) zirkuliert, bei dem das Arbeitsfluid mittels eines Verdichters (20,...,25) verdichtet und mittels eines Verflüssigers (4) verflüssigt wird, bei dem ein Massenstrom des Arbeitsfluids vor der Zuleitung zu einem ersten und zweiten Verdampfer (31, 32) aufgeteilt (102) und dem ersten und zweiten Verdampfer (31, 32) parallel zugeführt wird und bei dem das Arbeitsfluid bei einem ersten Verdampfungsdruck (411) im ersten Verdampfer (31) und bei einem gegenüber dem ersten Verdampfungsdruck (411) verringerten zweiten Verdampfungsdruck (412) im zweiten Verdampfer (32) verdampft wird. Erfindungsgemäß wird der erste Verdampfer (31) thermisch mit einer ersten Wärmequelle (41) mit einer ersten Wärmequellentemperatur und der zweite Verdampfer (32) thermisch mit einer zweiten Wärmequelle (42), die eine gegenüber der ersten Wärmequellentemperatur geringere zweite Wärmequellentemperatur aufweist, gekoppelt.Die Erfindung betrifft weiterhin eine Wärmepumpenanlage (1) sowie ein Kraftwerk, welches eine erfindungsgemäße Wärmepumpenanlage umfasst.The invention relates to a method for operating a heat pump system (1), in which a working fluid circulates within a directed working circuit (100) of the heat pump system (1), in which the working fluid is compressed by means of a compressor (20, ..., 25) and a condenser (4) is liquefied, in which a mass flow of the working fluid before the supply line to a first and second evaporator (31, 32) divided (102) and the first and second evaporator (31, 32) is supplied in parallel and wherein the Working fluid at a first evaporation pressure (411) in the first evaporator (31) and at a relation to the first evaporation pressure (411) reduced second evaporation pressure (412) in the second evaporator (32) is evaporated. According to the invention, the first evaporator (31) is thermally coupled to a first heat source (41) having a first heat source temperature and the second evaporator (32) is thermally coupled to a second heat source (42) having a lower second heat source temperature than the first heat source temperature The invention further relates to a heat pump system (1) and a power plant, which comprises a heat pump system according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanlage, eine Wärmepumpenanlage mit wenigstens zwei Verdampfern sowie ein Kraftwerk, insbesondere eines Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk (abgekürzt: GuD-Kraftwerk) mit einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage.The invention relates to a method for operating a heat pump system, a heat pump system with at least two evaporators and a power plant, in particular a gas-and-steam combined cycle power plant (abbreviated: CCPP) with a heat pump system according to the invention.

In Wärmepumpen wird durch die Verdampfung eines Arbeitsfluids, welches Arbeitsfluid innerhalb der Wärmepumpe in einem gerichteten Arbeitskreislauf zirkuliert, durch die Verdampfung des Arbeitsfluids, thermische Energie, das heißt Wärme, von einer Wärmequelle aufgenommen und an eine Wärmesenke abgegeben. Hierbei wird die aufgenommene thermische Energie mittels eines Verdichters auf ein erhöhtes Druckniveau gebracht und anschließend bei einer im Vergleich zu einer Verdampfungstemperatur erhöhten Verflüssigungstemperatur verflüssigt. Je größer die betragsmäßige Differenz (Temperaturhub) zwischen der Verdampfungs- und Verflüssigungstemperatur des Arbeitsfluids, desto niedriger ist die Effizienz der Wärmepumpe. Die Effizienz einer Wärmepumpe wird mittels einer Leistungszahl (eng. Coefficient of Performance; COP) gemessen, wobei die Leistungszahl bestenfalls durch den reziproken Wirkungsgrad eines Carnot-Prozesses gegeben ist.In heat pumps is absorbed by the evaporation of a working fluid, which circulates working fluid within the heat pump in a directed working cycle, by the evaporation of the working fluid, thermal energy, that is heat, taken from a heat source and delivered to a heat sink. In this case, the absorbed thermal energy is brought by means of a compressor to an elevated pressure level and then liquefied at an increased compared to an evaporation temperature condensing temperature. The greater the difference in magnitude (temperature swing) between the evaporating and condensing temperature of the working fluid, the lower the efficiency of the heat pump. The efficiency of a heat pump is measured by means of a Coefficient of Performance (COP), which is best given by the reciprocal efficiency of a Carnot process.

Liegt beispielsweise eine Verdampfungstemperatur von 40 °C sowie ein Temperaturhub von 100 K vor, so beträgt die Leistungszahl 4,13. Hierbei erfolgt die Verflüssigung des Arbeitsfluids bei einer Verflüssigungstemperatur von 140 °C.For example, if there is an evaporation temperature of 40 ° C and a temperature of 100 K, the coefficient of performance is 4.13. Here, the liquefaction of the working fluid takes place at a liquefaction temperature of 140 ° C.

Um folglich eine hohe Effizienz der Wärmepumpe zu erreichen, sollte die Verdampfungstemperatur, das heißt die Temperatur, bei der die Verdampfung des Arbeitsfluids erfolgt, möglichst hoch sein. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Übertragung der thermischen Energie von der Wärmequelle auf das Arbeitsfluid bei einer möglichst geringen Differenz zwischen der Temperatur der Wärmequelle und der Verdampfungstemperatur erfolgt.Consequently, in order to achieve a high efficiency of the heat pump, the evaporation temperature, that is, the temperature at which the evaporation of the working fluid takes place, should be as high as possible. Furthermore, it is advantageous if the transmission of the thermal energy from the heat source to the working fluid takes place with the smallest possible difference between the temperature of the heat source and the evaporation temperature.

Insbesondere können mittels einer bekannten Wärmepumpe oder einer bekannten Wärmepumpenanlage eine Mehrzahl von verschieden temperierten Wärmequellen typischerweise nicht effizient bezüglich ihres Wärmeinhaltes genutzt werden. Der größte Teil der Wärme solcher Wärmequellen bleibt daher nach dem Stand der Technik ungenutzt.In particular, by means of a known heat pump or a known heat pump system, a plurality of different temperature-controlled heat sources can not typically be used efficiently with respect to their heat content. The majority of the heat of such heat sources therefore remains unused in the prior art.

Ein Grund für die genannte ungenügende thermische Nutzung von verschieden temperierten Wärmequellen ist, dass nach dem Stand der Technik verwendete Wärmepumpen keinen Temperaturgleit bei der Wärmeaufnahme von den Wärmequellen (Wärmequellenseite) aufweisen. Das heißt, dass die Verdampfung des Arbeitsfluids der Wärmepumpe typischerweise isotherm und somit ohne signifikante Änderung der Verdampfungstemperatur erfolgt.One reason for the said inadequate thermal utilization of heat sources of different temperature is that heat pumps used in the prior art have no temperature slippage in the heat absorption from the heat sources (heat source side). That is, the evaporation of the working fluid of the heat pump is typically isothermal and thus without any significant change in the evaporation temperature.

Aus der DE 10 2014 213 542 A1 ist ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruches 1 bekannt.From the DE 10 2014 213 542 A1 a method according to the preamble of present claim 1 is known.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmegewinnung oder Wärmerückgewinnung aus einer Mehrzahl verschiedener Wärmequellen zu verbessern.The present invention has for its object to improve the heat recovery or heat recovery from a plurality of different heat sources.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1, durch eine Wärmepumpenanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 13 sowie durch ein Kraftwerk mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 19 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.The object is achieved by a method having the features of independent claim 1, by a heat pump system having the features of independent claim 13 and by a power plant having the features of independent claim 19. In the dependent claims advantageous refinements and developments of the invention are given.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanlage zirkuliert ein Arbeitsfluid innerhalb eines gerichteten Arbeitskreislaufes der Wärmepumpenanlage. Das Arbeitsfluid wird mittels eines Verdichters verdichtet und mittels eines Verflüssigers verflüssigt. Erfindungsgemäß wird ein Massenstrom des Arbeitsfluids vor der Zuleitung zu wenigstens einem ersten und zweiten Verdampfer aufgeteilt und wenigstens dem ersten und zweiten Verdampfer parallel zugeführt, wobei das Arbeitsfluid bei einem ersten Verdampfungsdruck im ersten Verdampfer und bei einem gegenüber dem ersten Verdampfungsdruck verringerten zweiten Verdampfungsdruck im zweiten Verdampfer verdampft.In the method according to the invention for operating a heat pump system, a working fluid circulates within a directed working cycle of the heat pump system. The working fluid is compressed by means of a compressor and liquefied by means of a condenser. According to the invention, a mass flow of the working fluid is split before the feed line to at least a first and second evaporator and fed in parallel to at least the first and second evaporator, wherein the working fluid at a first evaporation pressure in the first evaporator and at a second evaporation pressure in the second evaporator reduced compared to the first evaporation pressure evaporated.

Weiterhin wird erfindungsgemäß der erste Verdampfer thermisch mit einer ersten Wärmequelle mit einer ersten Wärmequellentemperatur und der zweite Verdampfer thermisch mit einer zweiten Wärmequelle, die eine gegenüber der ersten Wärmequellentemperatur geringere zweite Wärmequellentemperatur aufweist, gekoppelt.Furthermore, according to the invention, the first evaporator is thermally coupled to a first heat source having a first heat source temperature and the second evaporator is thermally coupled to a second heat source having a lower second heat source temperature than the first heat source temperature.

Mit anderen Worten wird der Massenstrom des Arbeitsfluids vor der Zuleitung zum ersten und zweiten Verdampfer wenigstens in einen ersten und zweiten Teilmassenstrom aufgeteilt, wobei der erste Teilmassenstrom zum ersten und der zweite Teilmassenstrom zum zweiten Verdampfer geleitet.In other words, the mass flow of the working fluid is divided before the supply line to the first and second evaporator at least in a first and second partial mass flow, wherein the first partial mass flow to the first and the second partial mass flow directed to the second evaporator.

Erfindungsgemäß erfolgt die Verdampfung des Arbeitsfluids in zwei parallelen Verfahrensschritten, das heißt die Verdampfung des Arbeitsfluids erfolgt in zwei bezüglich des Massenstromes des Arbeitsfluids parallel geschalteten Verdampfern. Hierbei weist erfindungsgemäß der erste Verdampfer einen gegenüber dem zweiten Verdampfer vergrößerten Verdampfungsdruck auf. Aufgrund des gegenüber dem ersten Verdampfungsdruck verringerten zweiten Verdampfungsdruckes erfolgt die Verdampfung des Arbeitsfluids mittels des zweiten Verdampfers bei einer zweiten Verdampfungstemperatur, die gegenüber einer ersten Verdampfungstemperatur im ersten Verdampfer verringert ist.According to the invention, the evaporation of the working fluid is carried out in two parallel process steps, that is, the evaporation of the working fluid takes place in two with respect to the mass flow of the working fluid connected in parallel evaporators. Here, according to the invention, the first evaporator has a relation to the second evaporator increased evaporation pressure on. Due to the second evaporation pressure, which is lower than the first evaporation pressure, the evaporation of the working fluid by means of the second evaporator takes place at a second evaporation temperature, which is reduced compared to a first evaporation temperature in the first evaporator.

Wird die erste Wärmequelle zum ersten Verdampfer geführt, das heißt mit diesem thermisch gekoppelt, und die zweite Wärmequelle zum zweiten Verdampfer geführt, das heißt mit diesem thermisch gekoppelt, so wird die thermische Energie der Wärmequellen kaskadenartig verwendet. Die Wärmequellen werden folglich in Reihe mit den Verdampfern thermisch gekoppelt, wobei die Temperatur der Wärmequellen (Wärmequellentemperatur) sich in Reihe der Verdampfer verringert. Es kann somit die jeweilige Verdampfungstemperatur, das heißt die Temperatur bei der die Verdampfung des Arbeitsfluids im ersten und/oder zweiten Verdampfer erfolgt, an die Wärmequellentemperatur der mit dem jeweiligen Verdampfer thermisch gekoppelten Wärmequelle angepasst werden.If the first heat source is conducted to the first evaporator, that is to say thermally coupled thereto, and the second heat source is led to the second evaporator, that is to say thermally coupled thereto, then the thermal energy of the heat sources is used in cascade. The heat sources are thus thermally coupled in series with the evaporators, with the temperature of the heat sources (heat source temperature) decreasing in series with the evaporators. It is therefore possible for the respective evaporation temperature, that is to say the temperature at which the evaporation of the working fluid in the first and / or second evaporator takes place, to be adapted to the heat source temperature of the heat source thermally coupled to the respective evaporator.

Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß jeder Verdampfer mit einer verschiedenen Wärmequelle thermisch gekoppelt. Die Verdampfer sind hierbei bezüglich des Arbeitskreislaufes parallel geschaltet. Dadurch erfolgt eine mehrstufige, wenigstens zweistufige Verdampfung des Arbeitsfluids auf unterschiedlichen Druckniveaus.In other words, according to the invention, each evaporator is thermally coupled to a different heat source. The evaporators are connected in parallel with respect to the working cycle. This results in a multi-stage, at least two-stage evaporation of the working fluid at different pressure levels.

Durch die erfindungsgemäße mehrstufige, wenigstens zweistufige Verdampfung, wird folglich ein Temperaturgleit auf der Wärmequellenseite der Wärmepumpenanlage ermöglicht. Dadurch kann eine Mehrzahl von verschieden temperierten Wärmequellen (erste und zweite Wärmequelle) effizient mit der Wärmepumpenanlage thermisch genutzt werden, ohne die Effizienz der Wärmepumpenanlage zu verringern. Mit anderen Worten wird es mit der vorliegenden Erfindung möglich eine Mehrzahl von Wärmequellen auf verschiedenen Temperaturniveaus effizient einzubinden.As a result of the multistage, at least two-stage evaporation according to the invention, a temperature sliding on the heat source side of the heat pump system is consequently made possible. As a result, a plurality of different temperature-controlled heat sources (first and second heat source) can be efficiently used thermally with the heat pump system, without reducing the efficiency of the heat pump system. In other words, with the present invention, it becomes possible to efficiently integrate a plurality of heat sources at different temperature levels.

Die erfindungsgemäße Wärmepumpenanlage umfasst wenigstens einen Verdichter, einen Verflüssiger und wenigstens einen ersten und zweiten Verdampfer, wobei die Wärmepumpenanlage einen gerichteten Arbeitskreislauf für ein zirkulierendes Arbeitsfluid aufweist. Erfindungsgemäß ist der Arbeitskreislauf der Wärmepumpenanlage dazu ausgelegt, einen Massenstrom des Arbeitsfluids vor einer Zuleitung des Arbeitsfluids zum ersten und zweiten Verdampfer aufzuteilen und parallel dem ersten und zweiten Verdampfer zuzuführen, wobei der erste Verdampfer einen ersten Verdampfungsdruck und der zweite Verdampfer einen gegenüber dem ersten Verdampfungsdruck geringeren zweiten Verdampfungsdruck aufweist.The heat pump system according to the invention comprises at least one compressor, a condenser and at least one first and second evaporator, wherein the heat pump system has a directed working circuit for a circulating working fluid. According to the invention, the working cycle of the heat pump system is designed to divide a mass flow of the working fluid upstream of a supply line of the working fluid to the first and second evaporators and to supply them in parallel to the first and second evaporators, wherein the first evaporator has a first evaporation pressure and the second evaporator has a lower pressure than the first evaporation pressure having second evaporation pressure.

Weiterhin umfasst die Wärmepumpenanlage erfindungsgemäß wenigstens eine erste und zweite Wärmequelle, wobei die erste Wärmequelle eine erste Wärmequellentemperatur und die zweite Wärmequelle eine gegenüber der ersten Wärmequellentemperatur geringere zweite Wärmequellentemperatur aufweist, und die erste Wärmequelle thermisch mit dem ersten Verdampfer und die zweite Wärmequelle thermisch mit dem zweiten Verdampfer gekoppelt ist.According to the invention, the heat pump installation further comprises at least one first and second heat source, the first heat source having a first heat source temperature and the second heat source having a second heat source temperature lower than the first heat source temperature, and the first heat source thermally with the first evaporator and the second heat source thermally with the second Evaporator is coupled.

Mittels der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage wird ein Rankine-Wärmepumpenprozess ermöglicht, welcher einen Temperaturgleit auf der Wärmequellenseite aufweist. Ferner können Wärmequellen auf verschiedenen Temperaturniveaus effizient in einen Wärmepumpenkreislauf eingebunden werden. Es ergeben sich zum bereits genannten erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile.By means of the heat pump system according to the invention, a Rankine heat pump process is made possible which has a temperature slide on the heat source side. Furthermore, heat sources at different temperature levels can be efficiently integrated into a heat pump cycle. There are similar and the same advantages to the already mentioned inventive method.

Das erfindungsgemäße Kraftwerk umfasst eine Wärmepumpenanlage gemäß der vorliegenden Erfindung.The power plant according to the invention comprises a heat pump system according to the present invention.

Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren und zur erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage gleichartige und gleichwertige Vorteile.There are similar and equivalent advantages to the process of the invention and the heat pump system according to the invention.

Bevorzugt sind die Wärmequellen als verschieden temperierte Abwärmequellen des Kraftwerkes ausgebildet sind.Preferably, the heat sources are designed as different temperature-controlled waste heat sources of the power plant.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als erste und zweite Wärmequelle jeweils eine verschiedene Abwärme eines Kraftwerkes, insbesondere eines Gas-und-Dampf-Kombikraftwerks (GuD-Kraftwerk), verwendet.According to an advantageous embodiment of the invention is used as the first and second heat source in each case a different waste heat of a power plant, in particular a gas and steam combined cycle power plant (combined cycle power plant).

Dadurch kann vorteilhafterweise mehr Abwärme des Kraftwerkes, welche beispielsweise durch den Betrieb des Kraftwerkes anfällt, rückgewonnen werden. Weiterhin können vorteilhafterweise Kühlvorrichtung eingespart werden, sodass sich niedrigere Investitionskosten ergeben. Dies ist insbesondere für ein Gas-und-Dampf-Kombinationskraftwerk von Vorteil, da dieses typischerweise eine Mehrzahl von verschiedenen Abwärmequellen aufweist.This can advantageously more waste heat of the power plant, which is obtained for example by the operation of the power plant, be recovered. Furthermore, advantageously cooling device can be saved, resulting in lower investment costs. This is particularly advantageous for a gas and steam combined cycle power plant, as it typically has a plurality of different waste heat sources.

Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn als erste Wärmequelle eine Abwärme eines Rauchgases und als zweite Wärmequelle eine Abwärme einer Transformatorkühlung verwendet wird.In this case, it is particularly preferred if waste heat of a flue gas is used as the first heat source and waste heat of a transformer cooling is used as the second heat source.

Das ist deshalb der Fall, da die genannten Wärmequellen typischerweise eine in Bezug auf weitere Abwärmequellen hohe Temperatur aufweisen.This is the case because the said heat sources typically have a high temperature with respect to other waste heat sources.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird wenigstens für eine der Wärmequellen eine Abwärme eines Rauchgases, einer Transformatorkühlung, einer Getriebekühlung, einer Motorkühlung, einer Kondensatorkühlung einer Einhausung eines Abhitzedampferzeugers, einer Gasturbinen-Schallhaube, einer Generatorkühlung und/oder einer Schmiermediumversorgung verwendet. In an advantageous embodiment of the invention, at least for one of the heat sources waste heat of a flue gas, transformer cooling, transmission cooling, engine cooling, condenser cooling a housing of a heat recovery steam generator, a gas turbine acoustic hood, a generator cooling and / or a lubricating medium supply is used.

Vorteilhafterweise kann dadurch eine Vielzahl von Abwärmequellen eines Kraftwerkes zur Rückgewinnung thermischer Energie verwendet werden. Dadurch wird die Effizienz des Kraftwerkes erhöht.Advantageously, a plurality of waste heat sources of a power plant for recovering thermal energy can thereby be used. This increases the efficiency of the power plant.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Arbeitsfluid vor der Zuleitung zum ersten Verdampfer einem ersten Expansionsventil und vor der Zuleitung zum zweiten Verdampfer einem zweiten Expansionsventil parallel zugeführt.According to an advantageous embodiment of the invention, the working fluid is supplied in parallel to the supply line to the first evaporator a first expansion valve and before the supply line to the second evaporator a second expansion valve.

Mit anderen Worten findet eine Entspannung beziehungsweise eine Expansion des Arbeitsfluids mittels des ersten und zweiten Expansionsventils bevorzugt parallel statt. Hierzu wird der Massenstrom des Arbeitsfluids vor dem ersten und zweiten Verdampfer und vor dem ersten und zweiten Expansionsventil in einen ersten und zweiten Teilmassenstrom aufgeteilt, wobei der erste Teilmassenstrom zum ersten und der zweite Teilmassenstrom zum zweiten Expansionsventil geleitet wird. Mittels des ersten und zweiten Expansionsventils wird das Arbeitsfluid auf den ersten und zweiten Verdampfungsdruck gebracht. Mit anderen Worten wird mittels des ersten Expansionsventils der erste Verdampfungsdruck im ersten Verdampfer und mittels des zweiten Expansionsventils der zweite Verdampfungsdruck im zweiten Verdampfer eingestellt.In other words, a relaxation or expansion of the working fluid by means of the first and second expansion valve preferably takes place in parallel. For this purpose, the mass flow of the working fluid before the first and second evaporator and before the first and second expansion valve is divided into a first and second partial mass flow, wherein the first partial mass flow to the first and the second partial mass flow to the second expansion valve is passed. By means of the first and second expansion valve, the working fluid is brought to the first and second evaporation pressure. In other words, by means of the first expansion valve the first evaporation pressure in the first evaporator and by means of the second expansion valve the second evaporation pressure in the second evaporator is set.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zum Verdichten des Arbeitsfluids ein erster und ein zweiter Verdichter verwendet, wobei das aus dem ersten Verdampfer ausgeleitete Arbeitsfluid dem ersten Verdichter und das aus dem zweiten Verdampfer ausgeleitete Arbeitsfluid dem zweiten Verdichter zugeführt wird.According to a preferred embodiment of the invention, a first and a second compressor is used to compress the working fluid, wherein the working fluid discharged from the first evaporator is supplied to the first compressor and the working fluid discharged from the second evaporator to the second compressor.

Mit anderen Worten erfolgt die Verdichtung des Arbeitsfluids, wie bereits die Verdampfung des Arbeitsfluids, bevorzugt parallel. Der Massenstrom des Arbeitsfluids wird aufgeteilt, zu einem ersten und zweiten Expansionsventils geleitet, anschließend einem ersten und zweiten Verdampfer zugeführt und nach dem ersten und zweiten Verdampfer in den jeweiligen Eingang des ersten und zweiten Verdichters eingeleitet. Folglich erfolgen die Expansion, die Verdampfung und die Verdichtung des Arbeitsfluids mittels der zwei Teilmassenströme parallel.In other words, the compression of the working fluid, as already the evaporation of the working fluid, preferably in parallel. The mass flow of the working fluid is divided, passed to a first and second expansion valve, then fed to a first and second evaporator and introduced after the first and second evaporator in the respective input of the first and second compressor. Consequently, the expansion, evaporation and compression of the working fluid by means of the two partial mass flows occur in parallel.

Es ist besonders bevorzugt für den ersten und den zweiten Verdichter eine gemeinsame Motorwelle zu verwenden.It is particularly preferred for the first and the second compressor to use a common motor shaft.

Dadurch wird die Effizienz der Verdichtung gesteigert.This increases the efficiency of compaction.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zur Verdichtung ein gemeinsamer Verdichter verwendet, wobei das aus dem ersten und zweiten Verdampfer ausgeleitete Arbeitsfluid dem gemeinsamen Verdichter zugeführt wird.According to a particularly preferred embodiment of the invention, a common compressor is used for compression, wherein the discharged from the first and second evaporator working fluid is supplied to the common compressor.

Mit anderen Worten erfolgt die Verdichtung des Arbeitsfluids in einem Verfahrensschritt, das heißt in einem gemeinsamen Verdichter. Als gemeinsamer Verdichter wird hierbei ein Verdichter bezeichnet, in welchem die Teilmassenströme des ersten und des zweiten Verdampfers zur Verdichtung des Arbeitsfluids eingeleitet werden. Dadurch ergibt sich eine effiziente und bevorzugte Verdichtung des Arbeitsfluids innerhalb des Arbeitskreislaufes der Wärmepumpenanlage.In other words, the compression of the working fluid takes place in one process step, that is, in a common compressor. As a common compressor in this case a compressor is referred to, in which the partial mass flows of the first and the second evaporator are introduced to compress the working fluid. This results in an efficient and preferred compression of the working fluid within the working cycle of the heat pump system.

Bevorzugt wird das aus dem ersten Verdampfer ausgeleitete Arbeitsfluid vor der Zuleitung zum gemeinsamen Verdichter zu einem ersten Rückschlagventil und das aus dem zweiten Verdampfer ausgeleitete Arbeitsfluid vor der Zuleitung zum gemeinsamen Verdichter zu einem zweiten Rückschlagventil geleitet.Preferably, the working fluid discharged from the first evaporator is directed to a first check valve before the supply line to the common compressor, and the working fluid discharged from the second evaporator is led to a second check valve upstream of the supply line to the common compressor.

Dadurch wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass die verschiedenen Druckniveaus im ersten und zweiten Verdampfer nicht zu einem (Druck-)Rückschlag führen.This advantageously ensures that the various pressure levels in the first and second evaporators do not lead to a (pressure) setback.

Besonders bevorzugt ist ein gemeinsamer Verdichter, der als mehrstufiger Turboverdichter ausgebildet ist. Hierbei wird das aus dem ersten Verdampfer ausgeleitete Arbeitsfluid einer ersten Verdichterstufe des Turboverdichters und das aus dem zweiten Verdampfer ausgeleitete Arbeitsfluid einer zweiten Verdichterstufe des Turboverdichters zugeführt.Particularly preferred is a common compressor, which is designed as a multi-stage turbocompressor. In this case, the working fluid discharged from the first evaporator is supplied to a first compressor stage of the turbocompressor and the working fluid discharged from the second evaporator to a second compressor stage of the turbocompressor.

Die Teilmassenströme des Arbeitsfluids werden somit über die Verdichterstufen des Turboverdichters wieder zu einem Massenstrom zusammengeführt. Dadurch steigt der Massenstrom des Arbeitsfluids innerhalb des Turboverdichters von Verdichterstufe zu Verdichterstufe an. Vorteilhafterweise kann dadurch auf eine Verwendung von Massenstromreglern verzichtet werden, da die Regelung des Massenstromes mittels der Verdichterstufen des Turboverdichters erfolgen kann.The partial mass flows of the working fluid are thus brought together again via the compressor stages of the turbocompressor to a mass flow. As a result, the mass flow of the working fluid inside the turbocompressor increases from the compressor stage to the compressor stage. Advantageously, can be dispensed with a use of mass flow controllers, since the control of the mass flow can be done by means of the compressor stages of the turbocompressor.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Regelung eines Teilmassenstromes des vom ersten und/oder zweiten Verdampfer ausgeleiteten Arbeitsfluids vor der Zuleitung zum gemeinsamen Verdichter.According to an expedient embodiment of the invention, a control of a Part mass flow of the discharged from the first and / or second evaporator working fluid before the supply line to the common compressor.

Dadurch wird insbesondere bei Verwendung eines gemeinsamen Verdichters sichergestellt, dass das Arbeitsfluid aus dem ersten und zweiten Verdampfer abgesaugt und dem gemeinsamen Verdichter zugeführt wird. Die Regelung kann mittels Massenstromreglern erfolgen.This ensures, in particular when using a common compressor, that the working fluid is sucked out of the first and second evaporator and supplied to the common compressor. The regulation can be done by means of mass flow controllers.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das aus dem ersten und zweiten oder dem gemeinsamen Verdichter ausgeleitete Arbeitsfluid zum Verflüssiger geleitet.According to an advantageous embodiment of the invention, the discharged from the first and second or the common compressor working fluid is passed to the condenser.

Mit anderen Worten erfolgt die Verflüssigung des Arbeitsfluids vorteilhafterweise innerhalb des Arbeitskreislaufes der Wärmepumpenanlage in einem gemeinsamen Verflüssiger.In other words, the liquefaction of the working fluid is advantageously carried out within the working cycle of the heat pump system in a common condenser.

Generell kann der Arbeitskreislauf der Wärmepumpenanlage derart ausgebildet sein, dass das aus dem ersten Verdampfer ausgeleitete Arbeitsfluid zum ersten Verdichter und das aus dem zweiten Verdampfer ausgeleitete Arbeitsfluid zum zweiten Verdichter geleitet wird. Ferner kann der Arbeitskreislauf der Wärmepumpenanlage dazu ausgebildet sein, dass aus dem ersten und zweiten Verdampfer ausgeleitete Arbeitsfluid zum gemeinsamen Verdichter zu leiten, wobei insbesondere für den gemeinsamen Verdichter ein mehrstufiger Turboverdichter vorgesehen ist.In general, the working cycle of the heat pump system can be designed such that the working fluid discharged from the first evaporator is directed to the first compressor and the working fluid discharged from the second evaporator to the second compressor. Furthermore, the working cycle of the heat pump system can be designed to direct the working fluid discharged from the first and second evaporators to the common compressor, a multi-stage turbocompressor being provided in particular for the common compressor.

Weiterhin kann die Wärmepumpenanlage wenigstens ein Expansionsventil und/oder wenigstens einen Massenstromregler zur Regelung des Massenstromes und/oder zur Regelung der Teilmassenströme umfassen.Furthermore, the heat pump system may comprise at least one expansion valve and / or at least one mass flow controller for controlling the mass flow and / or for controlling the partial mass flows.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

  • 1 ein schematisches Schaltbild einer Wärmepumpenanlage mit fünf Verdichtern, fünf Verdampfern und fünf verschiedenen Wärmequellen, wobei die Verdichter und die Verdampfer bezüglich eines Massenstromes eines Arbeitsfluids der Wärmepumpenanlage parallel geschaltet sind;
  • 2 ein schematisches Schaltbild einer Wärmepumpenanlage mit einem gemeinsamen Verdichter, fünf Verdampfern und fünf verschiedenen Wärmequellen, wobei die Verdampfer bezüglich eines Massenstromes eines Arbeitsfluids der Wärmepumpenanlage parallel geschaltet sind;
  • 3 ein weiteres schematisches Schaltbild einer Wärmepumpenanlage mit einem Turboverdichter, fünf Verdampfern und fünf verschiedenen Wärmequellen, wobei die Verdampfer bezüglich eines Massenstromes des Arbeitsfluids der Wärmepumpenanlage parallel geschaltet sind; und
  • 4 ein Druck-Enthalpie-Diagramm einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawings. Showing:
  • 1 a schematic diagram of a heat pump system with five compressors, five evaporators and five different heat sources, the compressor and the evaporator are connected in parallel with respect to a mass flow of a working fluid of the heat pump system;
  • 2 a schematic diagram of a heat pump system with a common compressor, five evaporators and five different heat sources, the evaporators are connected in parallel with respect to a mass flow of a working fluid of the heat pump system;
  • 3 a further schematic diagram of a heat pump system with a turbocompressor, five evaporators and five different heat sources, the evaporators are connected in parallel with respect to a mass flow of the working fluid of the heat pump system; and
  • 4 a pressure-enthalpy diagram of an embodiment of the method according to the invention.

Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.Similar, equivalent or equivalent elements may be provided with the same reference numerals in the figures.

Alle im Folgenden angegebenen Zahlenwerte und/oder Temperaturwerte sind exemplarisch und schränken den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht ein. Weiterhin ist die explizit verwendete Anzahl von Verdampfern, Verdichtern, Expansionsventilen, Rückschlagventil, Wärmequellen und/oder weiteren Elementen exemplarisch und schränkt den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht ein.All numerical values and / or temperature values given below are exemplary and do not limit the scope of protection of the present invention. Furthermore, the explicitly used number of evaporators, compressors, expansion valves, check valve, heat sources and / or other elements is exemplary and does not limit the scope of the present invention.

Generell sind relative Begriffe, wie beispielsweise nach einem Verflüssiger oder allgemein nach oder vor einem Element einer Wärmepumpenanlage, bezüglich eines gerichteten Arbeitskreislaufes der Wärmepumpenanlage zu verstehen. Mit anderen Worten weist der Arbeitskreislauf der Wärmepumpenanlage eine Richtung auf, bezüglich welcher ein Verfahrensschritt nach oder vor einem Element erfolgen kann.In general, relative terms, such as for example after a condenser or generally after or before an element of a heat pump system, with respect to a directed working cycle of the heat pump system to understand. In other words, the working cycle of the heat pump system has a direction with respect to which a method step can take place after or in front of an element.

In 1 ist schematisiert ein Schaltbild einer Wärmepumpenanlage 1 dargestellt. Die Wärmepumpenanlage 1 umfasst fünf Verdampfer 31,...,35 und fünf Verdichter 21,...,25. Ferner weist die Wärmepumpenanlage 1 fünf Expansionsventile 51,...,55 auf. Zur Verflüssigung eines innerhalb eines gerichteten Arbeitskreislaufes 100 der Wärmepumpenanlage 1 zirkulierenden Arbeitsfluids ist ein Verflüssiger 4 vorgesehen. Die fünf Verdichter 21,...,25 sind auf einer gemeinsamen Motorwelle 10 angeordnet. Mit anderen Worten werden die fünf Verdichter 21,...,25 mittels eines Motors betrieben.In 1 schematically is a circuit diagram of a heat pump system 1 shown. The heat pump system 1 includes five evaporators 31 , ..., 35 and five compressors 21 ..., 25th Furthermore, the heat pump system 1 five expansion valves 51 , ..., 55 on. For the liquefaction of a within a directed working cycle 100 the heat pump system 1 circulating working fluid is a liquefier 4 intended. The five compressors 21 , ..., 25 are on a common motor shaft 10 arranged. In other words, the five compressors 21, ..., 25 are operated by means of a motor.

Vor der Zuleitung des Arbeitsfluids zu den fünf Verdampfern 31,...,35 wird der Massenstrom in fünf Teilmassenströme aufgeteilt (gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 102), wobei jedem Verdampfer 31,...,35 genau einer der fünf Teilmassenströme zugeführt wird.Before the supply of the working fluid to the five evaporators 31, ..., 35, the mass flow is divided into five partial mass flows (indicated by the reference numeral 102 ), with each evaporator 31 , ..., 35 exactly one of the five partial mass flows is supplied.

Jeder der fünf Verdampfer 31,...,35 der Wärmepumpenanlage 1 ist jeweils thermisch mit einer ihm zugeordneten Wärmequelle 41,...,45 gekoppelt. Beispielsweise ist die erste Wärmequelle 41 wenigstens teilweise die Abwärme eines Rauchgas, die zweite Wärmequelle 42 wenigstens teilweise die Abwärme einer Transformatorkühlung, die dritte Wärmequelle 43 wenigstens teilweise die Abwärme einer Motorkühlung und die vierte Wärmequelle 44 wenigstens teilweise die Abwärme einer Getriebekühlung. Die genannten Abwärmequellen sind typischerweise in Kraftwerken, insbesondere GuD-Kraftwerken, vorhanden.Each of the five evaporators 31 , ..., 35 of the heat pump system 1 is each thermally coupled to a heat source 41, ..., 45 associated with it. For example, the first heat source 41 is at least partially the waste heat of a flue gas, the second heat source 42 at least partially the waste heat of a transformer cooling, the third heat source 43 at least partially the waste heat of an engine cooling and the fourth heat source 44 at least partially the waste heat of a transmission cooling. The abovementioned waste heat sources are typically present in power plants, in particular combined cycle power plants.

Hierbei tritt beispielsweise die erste Wärmequelle 41 mit einer Wärmequellentemperatur (Temperatur der Wärmequelle) von 90 °C mit dem ersten Verdampfer 31 in thermischen Kontakt. Hierbei verdampft wenigstens ein Teil des Arbeitsfluids im ersten Verdampfer 31 unter einer Aufnahme von thermischer Energie aus der ersten Wärmequelle 41. Durch diese Abgabe thermischer Energie auf das Arbeitsfluid verringert sich die Temperatur der ersten Wärmequelle 41, beispielsweise auf 75 °C. Die zweite Wärmequelle 42 weist eine Wärmequellentemperatur von 80 °C auf und ist thermisch mit dem zweiten Verdampfer 32 gekoppelt. Die dritte Wärmequelle 43 weist eine Wärmequellentemperatur von 65 °C auf und ist thermisch mit dem dritten Verdampfer 33 gekoppelt. Die vierte Wärmequelle 44 weist eine Wärmequellentemperatur von 55 °C auf und ist thermisch mit dem vierten Verdampfer 34 gekoppelt. Eine weitere fünfte Wärmequelle 45 ist mit dem fünften Verdampfer 35 thermisch gekoppelt. Somit weisen die Wärmequellen 41,...,45 eine verschiedene Temperatur beziehungsweise ein verschiedenes Temperaturniveau auf.In this case, for example, the first heat source occurs 41 with a heat source temperature (heat source temperature) of 90 ° C with the first evaporator 31 in thermal contact. At least part of the working fluid evaporates in the first evaporator 31 under a recording of thermal energy from the first heat source 41 , By this release of thermal energy to the working fluid, the temperature of the first heat source decreases 41 , for example at 75 ° C. The second heat source 42 has a heat source temperature of 80 ° C and is thermal with the second evaporator 32 coupled. The third heat source 43 has a heat source temperature of 65 ° C and is thermal with the third evaporator 33 coupled. The fourth heat source 44 has a heat source temperature of 55 ° C and is thermal with the fourth evaporator 34 coupled. Another fifth heat source 45 is with the fifth evaporator 35 thermally coupled. Thus, the heat sources 41 , ..., 45 a different temperature or a different temperature level.

Die thermische Energie der Wärmequellen 41,...,45 wird durch das Arbeitsfluid theoretisch ausschließlich durch seine Verdampfung aufgenommen (latente Wärme). Bei realer Wärmepumpenanlage 1 kann eine zusätzliche leichte Temperaturerhöhung des Arbeitsfluids, beispielsweise um 5 K (Grädigkeit bei der Wärmeübertragung) erfolgen.The thermal energy of the heat sources 41 , ..., 45 is theoretically absorbed by the working fluid only by its evaporation (latent heat). In real heat pump system 1 an additional slight increase in the temperature of the working fluid, for example by 5 K (heat transfer rate) can take place.

Nach der Abkühlung der ersten Wärmequelle 41 durch den ersten Verdampfer 31 weist die erste Wärmequelle 41 eine Temperatur von 75 °C auf.After cooling the first heat source 41 through the first evaporator 31 has the first heat source 41 a temperature of 75 ° C on.

Nach der Abkühlung der zweiten Wärmequelle 42 durch den zweiten Verdampfer 32 weist die zweite Wärmequelle 42 eine Temperatur von 65 °C auf. Analog weisen die dritte, vierte und fünfte Wärmequelle 43, 44, 45 nach dem ihnen jeweils zugeordneten Verdampfern 33, 34, 35 jeweils eine verringerte Temperatur auf.After cooling the second heat source 42 through the second evaporator 32 has the second heat source 42 a temperature of 65 ° C on. Analogously, the third, fourth and fifth heat source 43 . 44 . 45 according to their respective associated evaporators 33 . 34 . 35 each at a reduced temperature.

Die Verdampfung des Arbeitsfluids und somit die Wärmeübertragung von den Wärmequellen 41,...,45 auf das Arbeitsfluid der Wärmepumpenanlage 1 erfolgt somit in wenigstens fünf Verdampfungsschritten 411,...,415, wobei der erste Verdampfungsschritt 411 im ersten Verdampfer 31 eine Verdampfungstemperatur von 70 °C, der zweite Verdampfungsschritt 412 im zweiten Verdampfer 32 eine Verdampfungstemperatur von 60 °C, der dritte Verdampfungsschritt 413 im dritten Verdampfer 33 eine Verdampfungstemperatur von 50 °C und der vierte Verdampfungsschritt 414 im vierten Verdampfer 34 eine Verdampfungstemperatur von 40 °C aufweist. Durch die mehrstufige Verdampfung auf unterschiedlichen Druck- und Temperaturniveaus wird die Leistungszahl der Wärmepumpenanlage 1, trotz der Verwendung verschieden temperierter Wärmequellen 41,...,45, gesteigert.The evaporation of the working fluid and thus the heat transfer from the heat sources 41 , ..., 45 on the working fluid of the heat pump system 1 takes place in at least five evaporation steps 411 , ..., 415, wherein the first evaporation step 411 in the first evaporator 31 an evaporation temperature of 70 ° C, the second evaporation step 412 in the second evaporator 32 an evaporation temperature of 60 ° C, the third evaporation step 413 in the third evaporator 33 an evaporation temperature of 50 ° C and the fourth evaporation step 414 in the fourth evaporator 34 has an evaporation temperature of 40 ° C. Due to the multi-stage evaporation at different pressure and temperature levels, the coefficient of performance of the heat pump system 1 , despite the use of different tempered heat sources 41 , ..., 45, increased.

Zur Entspannung beziehungsweise Expansion des Arbeitsfluids ist jeweils innerhalb eines Teilmassenstromes wenigstens eines der Expansionsventil 51,...,55 und wenigstens einer der Verdichter 21,...,25 angeordnet.For relaxation or expansion of the working fluid, at least one of the expansion valve is in each case within a partial mass flow 51 , ..., 55 and at least one of the compressors 21 , ..., 25 arranged.

Mit anderen Worten wird der Massenstrom des Arbeitsfluids nach dem Verflüssiger 4 in die fünf Teilmassenströme aufgeteilt 102, wobei ein erster Teilmassenstrom zum ersten Expansionsventil 51, ein zweiter Teilmassenstrom zum zweiten Expansionsventil 52, ein dritter Teilmassenstrom zum dritten Expansionsventil 53, ein vierter Teilmassenstrom zum vierten Expansionsventil 54 und schließlich ein fünfter Teilmassenstrom zum fünften Expansionsventil 55 geführt wird.In other words, the mass flow of the working fluid is after the condenser 4 divided into the five partial mass flows 102, wherein a first partial mass flow to the first expansion valve 51 , a second partial mass flow to the second expansion valve 52 , a third partial mass flow to the third expansion valve 53 , a fourth partial mass flow to the fourth expansion valve 54 and finally, a fifth partial mass flow to the fifth expansion valve 55 to be led.

Nach den Expansionsventilen 51,...,55 werden die Teilmassenströme jeweils zu einem der Verdampfer 31,...,35 geleitet und anschließend jeweils zu einem der fünf Verdichter 21,...,25 geführt. Nach der Verdichtung des Arbeitsfluids mittels der Verdichter 21,...,25 werden die Teilmassenströme wieder zu einem gemeinsamen Massenstrom des Arbeitsfluids zusammengeführt und zum Verflüssiger 4 geleitet, wodurch sich der gerichtete Arbeitskreislauf des Arbeitsfluids der Wärmepumpenanlage 1 schließt. Mittels des Verflüssigers 4 wird die vom Arbeitsfluid von den Wärmequellen 41,...,45 aufgenommene thermische Energie an eine mit dem Verflüssiger 4 thermisch gekoppelte Wärmesenke 14 abgegeben beziehungsweise für eine weitere Verwendung bereitgestellt. Mit anderen Worten kann die Wärmesenke 14 als Wärmeverbraucher ausgebildet sein. After the expansion valves 51 , ..., 55, the partial mass flows in each case to one of the evaporator 31 , ..., 35 and then each to one of the five compressors 21 , ..., 25 led. After the compression of the working fluid by means of the compressor 21 , ..., 25 the sub-mass flows are combined again into a common mass flow of the working fluid and the condenser 4 passed, whereby the directed working cycle of the working fluid of the heat pump system 1 closes. By means of the condenser 4 becomes that of the working fluid from the heat sources 41 , ..., 45 absorbed thermal energy to one with the condenser 4 thermally coupled heat sink 14 delivered or provided for further use. In other words, the heat sink 14 be designed as a heat consumer.

2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Wärmepumpenanlage 1 mit fünf Verdampfern 21,...,25 und einem gemeinsamen Verdichter 20. Ferner weist die Wärmepumpenanlage 1 zur Verflüssigung des Arbeitsfluids 4 und somit zur Abgabe der Wärme an eine Wärmesenke 14 einen Verflüssiger 4 auf. 2 shows a schematic diagram of a heat pump system 1 with five evaporators 21 , ..., 25 and a common compressor 20 , Furthermore, the heat pump system 1 for liquefying the working fluid 4 and thus to deliver the heat to a heat sink 14 a liquefier 4 on.

Wie bereits unter 1 beschrieben wird wenigstens ein Teil der thermische Energie der Wärmequellen 41,...,45 mittels fünf parallel geschalteten Verdampfern 31,...,35 durch die wenigstens teilweise Verdampfung des Arbeitsfluids innerhalb der fünf Verdampfer 31,...,35 auf das Arbeitsfluid übertragen. Für jede Wärmequelle 41,...,45 ist einer der Verdampfer 31,...,35 vorgesehen.As already under 1 at least a part of the thermal energy of the heat sources is described 41 , ..., 45 by means of five parallel evaporators 31 , ..., 35 by the at least partial evaporation of the working fluid within the five evaporators 31 , ..., 35 on the working fluid transfer. For every heat source 41 , ..., 45 is one of the evaporators 31 , ..., 35 provided.

Im Gegensatz zu 1 wird in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein gemeinsamer Verdichter 20 zur Verdichtung des Arbeitsfluids verwendet. Hierbei werden die von den fünf Verdampfern 31,...,35 ausgehenden Teilmassenströme des Arbeitsfluids zum gemeinsamen Verdichter 20 geleitet oder bereits vor dem gemeinsamen Verdichter 20 wieder zu einem gemeinsamen Massenstrom des Arbeitsfluids zusammengeführt, welcher zum gemeinsamen Verdichter 20 geleitet wird.In contrast to 1 will be in the in 2 illustrated embodiment, a common compressor 20 used for the compression of the working fluid. Here are the five of the evaporators 31 , ..., 35 outgoing partial mass flows of the working fluid to the common compressor 20 passed or already before the common compressor 20 again merged into a common mass flow of the working fluid, which to the common compressor 20 is directed.

Zur Vermeidung von (Druck-)Rückschlägen, aufgrund von unterschiedlichen Druckniveaus in den einzelnen Verdampfern 31,...,35, durchströmen die einzelnen Teilmassenströme jeweils ein Rückschlagventil 61,...,65. Ferner ist eine Regelung der Teilmassenströme mittels wenigstens vier Massenstromreglern 71,...,74 zweckmäßig. Hierbei gewährleisten die Massenstromregler 71,...,74, dass das Arbeitsfluid aus jedem der fünf Verdampfer 31,...,35 abgesaugt und zum gemeinsamen Verdichter 20 geleitet wird.To avoid (pressure) setbacks, due to different pressure levels in the individual evaporators 31, ..., 35, flow through the individual partial mass flows each have a check valve 61 ..., 65th Furthermore, a regulation of the partial mass flows by means of at least four mass flow controllers 71, ..., 74 expedient. The mass flow controllers guarantee this 71 , ..., 74, that the working fluid from each of the five evaporators 31 , ..., 35 sucked off and to the common compressor 20 is directed.

3 zeigt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, bei der eine Wärmepumpenanlage 1 einen gemeinsamen Verdichter 20 umfasst, welcher als Turboverdichter 20 ausgebildet ist. 3 shows a particularly preferred embodiment of the present invention, in which a heat pump system 1 a common compressor 20 includes, which as a turbocompressor 20 is trained.

Wie bereits unter 1 und/oder 2 beschrieben, erfolgt die Verdampfung des innerhalb der Wärmepumpenanlage 1 zirkulierenden Arbeitsfluids in mehreren parallelen Verdampfungsschritten 411,...,415, wobei die einzelnen Verdampfungsschritte 411,...,415 jeweils mittels eines Verdampfers 31,...,35 erfolgen. Die einzelnen Verdampfer 31,...,35 sind folglich wie bereits in 1 und/oder 2 dargestellt, bezüglich des Massenstromes des Arbeitsfluids parallel geschaltet. Zur Vermeidung von (Druck-)Rückschlägen sind wiederum innerhalb der einzelnen Teilmassenströme Rückschlagventil 61,...,65 vorgesehen. Die Entspannung oder Expansion des Arbeitsfluids erfolgt wiederum mittels einer Mehrzahl von Expansionsventilen 51,...,55. Die Aufteilung 102 des Massenstromes des Arbeitsfluids in die Teilmassenströme erfolgt wie bereits in 1 und/oder 2 dargestellt und erläutert nach dem Verflüssiger 4.As already under 1 and or 2 described, the evaporation takes place within the heat pump system 1 circulating working fluid in several parallel evaporation steps 411 , ..., 415, with the individual evaporation steps 411 , ..., 415 each by means of an evaporator 31 , ..., 35. The individual evaporators 31 , ..., 35 are therefore as already in 1 and or 2 shown connected in parallel with respect to the mass flow of the working fluid. To avoid (pressure) setbacks are in turn within the individual partial mass flows check valve 61 , ..., 65. The expansion or expansion of the working fluid is in turn carried out by means of a plurality of expansion valves 51, ..., 55. The breakdown 102 the mass flow of the working fluid in the partial mass flows takes place as already in 1 and or 2 illustrated and explained after the condenser 4 ,

Die einzelnen Teilmassenströme werden jeweils in eine Verdichterstufe 201,...,205 des mehrstufigen Turboverdichters 20 geleitet. Hierbei erfolgt die Leitung der Teilmassenströme zu den einzelnen Verdichterstufen 201,...,205 nach den Verdampfern 31,...,35 und nach den Rückschlagventilen 61,...,65. Beispielsweise wird ein vom ersten Verdampfer 31 ausgehender erster Teilmassenstrom zum ersten Rückschlagventil 61 und anschließend zur ersten Verdichterstufe 201 des Turboverdichters 20 geführt. Ein zweiter Teilmassenstrom, ausgehend vom zweiten Verdampfer 32, wird zum zweiten Rückschlagventil 62 und anschließend zur zweiten Verdichterstufe 202 des Turboverdichters 20 geleitet. Hierbei sind die einzelnen Verdichterstufen 201,...,205 des Verdichters 20 auf einer gemeinsamen Motorwelle 10 angeordnet.The individual partial mass flows are each in a compressor stage 201 , ..., 205 of the multi-stage turbocompressor 20 directed. Here, the line of the partial mass flows to the individual compressor stages 201 , ..., 205 after the evaporators 31, ..., 35 and after the check valves 61 ..., 65th For example, one from the first evaporator 31 outgoing first partial mass flow to the first check valve 61 and then to the first compressor stage 201 the turbo compressor 20 guided. A second partial mass flow, starting from the second evaporator 32 , becomes the second check valve 62 and then to the second compressor stage 202 the turbo compressor 20 directed. Here are the individual compressor stages 201, ..., 205 of the compressor 20 arranged on a common motor shaft 10.

In 4 ist ein exemplarisches Druck-Enthalpie-Diagramm einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.In 4 an exemplary pressure-enthalpy diagram of an embodiment of the method according to the invention is shown.

Hierbei zeigt die Ordinate 114 den jeweiligen vorherrschenden Druck p des Arbeitsfluids innerhalb des Arbeitskreislaufes der Wärmepumpenanlage 1 an. An der Abszisse 116 ist die zum Druck p zugehörige spezifische Enthalpie h des Arbeitsfluids angetragen.This shows the ordinate 114 the respective prevailing pressure p of the working fluid within the working cycle of the heat pump system 1 at. At the abscissa 116 the specific enthalpy h of the working fluid associated with the pressure p is plotted.

Eine Phasengrenze im Druck-Enthalpie-Diagramm ist durch eine Siedelinie 124 und eine Taulinie 126 bestimmt. Die Verdampfung des Arbeitsfluids erfolgt in der dargestellten idealisierten Weise entlang von Isothermen 112, wobei die Isothermen 112 zwischen der Siedelinie 124 und der Taulinie 126 annähernd parallel zur Abszisse 116 verlaufen. Ferner zeigt das Diagramm in 4 eine Mehrzahl von Isentropen 110.A phase boundary in the pressure-enthalpy diagram is a boiling line 124 and a dew line 126 certainly. The evaporation of the working fluid takes place in the illustrated idealized manner along isotherms 112 , where the isotherms 112 between the boiling line 124 and the dew line 126 approximately parallel to the abscissa 116 run. Further, the diagram in FIG 4 a plurality of isentropes 110 ,

Ausgehend vom Verflüssiger 4 der Wärmepumpenanlage 1 erfolgt zunächst eine isotherme Verflüssigung 230 des Arbeitsfluids unter einer Abgabe von thermischer Energie an eine Wärmesenke 14. Dadurch geht ein Zustand 2 des Arbeitsfluids in einen Zustand 3 über. Als Zustand wird ein Punkt des Arbeitsfluids im Druck-Enthalpie-Diagramm bezeichnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Verflüssigung 230 bei einer Verflüssigungstemperatur von 130 °C.Starting from the condenser 4 the heat pump system 1 First, an isothermal liquefaction takes place 230 of the working fluid under a release of thermal energy to a heat sink 14. This causes a condition 2 of the working fluid in a state 3 above. The state is a point of the working fluid in the pressure-enthalpy diagram. In the illustrated embodiment, the liquefaction takes place 230 at a liquefaction temperature of 130 ° C.

Daran anschließend erfolgt eine Verminderung 340 des Druckes (Entspannung 340), beispielsweise mittels einer Expansion oder Entspannung des Arbeitsfluids. Der Zustand 3 geht dabei in eine Mehrzahl von Zuständen 4 über. Die Expansion oder Entspannung 340 des Arbeitsfluids kann, wie bereits zu den 1 bis 3 erläutert, parallel erfolgen.This is followed by a reduction 340 of pressure (relaxation 340 ), for example by means of expansion or expansion of the working fluid. The state 3 goes into a plurality of states 4 above. The expansion or relaxation 340 of the working fluid can, as already to the 1 to 3 explained in parallel.

Die Verdampfung des Arbeitsfluids erfolgt in parallelen Verdampfungsschritten 411,...,415 mittels einer Mehrzahl von parallel verschalteten Verdampfern 31,...,35. Hierbei erfolgen die Verdampfungsschritte 411,...,415 annähernd beziehungsweise idealerweise isotherm. Die Zustände 4 des Arbeitsfluids gehen folglich über die Verdampfungen 411,...,415 in eine Mehrzahl von Zuständen 1 über. Weiterhin können mehr als die fünf dargestellten Verdampfungsschritte 411,...,415 vorgesehen sein. The evaporation of the working fluid takes place in parallel evaporation steps 411 , ..., 415 by means of a plurality of parallel connected evaporators 31 ..., 35th In this case, the evaporation steps take place 411 , ..., 415 approximately or ideally isothermal. The conditions 4 of the working fluid thus go over the evaporations 411 , ..., 415 in a plurality of states 1 above. Furthermore, more than the five illustrated evaporation steps 411 , ..., 415.

Anschließend erfolgt eine Verdichtung 120, das heißt eine Erhöhung des Druckes des Arbeitsfluids, die die Zustände 1 des Arbeitsfluids zum Zustand 2 zurückführt. Dadurch wird der gerichtete Arbeitskreislauf 100 des Arbeitsfluids geschlossen. Die Verdichtung 120 des Arbeitsfluids kann wiederum mittels paralleler Verdichter 21,...,25 oder mittels eines gemeinsamen Verdichters 20 erfolgen. Subsequently, a compression takes place 120 that is, an increase in the pressure of the working fluid affecting the conditions 1 the working fluid to the state 2 returns. This will make the directed work cycle 100 closed the working fluid. The compression 120 of the working fluid can in turn by means of parallel compressor 21 , ..., 25 or by means of a common compressor 20 respectively.

Als Arbeitsfluide der Wärmepumpenanlage können insbesondere alle nach dem Stand der Technik bekannten Arbeitsfluide verwendet werden. Weiterhin sind Arbeitsfluide, die wenigstens einen der Stoffe 1,1,1,2,2,4,5,5,5-Nonafluoro-4-(Trifluoromethyl)-3-Pentanone (Handelsname Novec™ 649), Perfluormethylbutanon, 1-Chloro-3,3,3-trifluoro-1-propene, Cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene und/oder Cyclopentan umfassen, von Vorteil. Insbesondere Arbeitsfluide, die wenigstens ein Fluorketon umfassen, sind vorteilhaft.In particular, all working fluids known from the prior art can be used as working fluids of the heat pump system. Furthermore, working fluids containing at least one of 1,1,1,2,2,4,5,5,5-nonafluoro-4- (trifluoromethyl) -3-pentanones (trade name Novec ™ 649), perfluoromethylbutanone, 1-chloro 3,3,3-trifluoro-1-propenes, cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butenes and / or cyclopentane, are advantageous. In particular, working fluids comprising at least one fluoroketone are advantageous.

Ein Vorteil der genannten Arbeitsfluide ist die technische Handhabbarkeit. Sie zeichnen sich durch eine gute Umweltverträglichkeit sowie durch ihre Sicherheitseigenschaften, wie beispielsweise keine Brennbarkeit oder ein sehr geringes Treibhauspotential aus. Allgemein sind die Stoffe Perfluormethylbutanon der Stoffgruppe der Fluorketone zuzuordnen, während Cyclopentan der Stoffgruppe der Cycloalkane zuzuordnen ist.An advantage of the said working fluids is the technical handling. They are characterized by good environmental compatibility and by their safety properties, such as no flammability or a very low global warming potential. In general, the substances perfluoromethyl butanone are assigned to the substance group of the fluoroketones, while cyclopentane is assigned to the substance group of the cycloalkanes.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren für eine Wärmepumpenanlage vorgeschlagen, bei dem durch eine Parallelschaltung von wenigstens zwei Verdampfern ein Rankine-Wärmepumpenprozess ermöglicht wird, der eine effiziente Wärmeaufnahme von einer Mehrzahl verschieden temperierter Wärmequellen mittels eines Temperaturgleits ermöglicht. Dadurch wird es möglich eine Mehrzahl von unterschiedlichen Wärmequellen, insbesondere eine Mehrzahl von unterschiedlichen Abwärmequellen, möglichst effizient zu nutzen. Die durch die Wärmepumpenanlage den Wärmequellen entzogenen thermische Energie kann wenigstens teilweise zur weiteren Verwendung durch die Wärmepumpenanlage bereitgestellt werden.According to the invention, a method for a heat pump system is proposed in which a Rankine heat pump process is made possible by a parallel connection of at least two evaporators, which enables efficient heat absorption from a plurality of different temperature controlled heat sources by means of a temperature track. This makes it possible to use a plurality of different heat sources, in particular a plurality of different waste heat sources, as efficiently as possible. The thermal energy withdrawn by the heat pump system from the heat sources may be at least partially provided for further use by the heat pump system.

Weiterhin wird eine erfindungsgemäße Wärmepumpenanlage vorgeschlagen, die die Ausführung oder Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht. Ein erfindungsgemäßes Kraftwerk umfasst eine erfindungsgemäße Wärmepumpenanlage. Mittels der Wärmepumpenanlage kann die thermische Energie einer Mehrzahl von verschiedenen Abwärmequellen des Kraftwerkes wenigstens teilweise rückgewonnen und bereitgestellt werden. Dadurch wird die Effizienz des Kraftwerkes, insbesondere eines GuD-Kraftwerkes, verbessert.Furthermore, a heat pump system according to the invention is proposed, which allows the execution or implementation of the method according to the invention. A power plant according to the invention comprises a heat pump system according to the invention. By means of the heat pump system, the thermal energy of a plurality of different waste heat sources of the power plant can be at least partially recovered and provided. As a result, the efficiency of the power plant, in particular a combined cycle power plant, improved.

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.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102014213542 A1 [0007]DE 102014213542 A1 [0007]

Claims (20)

Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanlage (1), bei dem ein Arbeitsfluid innerhalb eines gerichteten Arbeitskreislaufes (100) der Wärmepumpenanlage (1) zirkuliert, bei dem das Arbeitsfluid mittels eines Verdichters (20,...,25) verdichtet und mittels eines Verflüssiger (4) verflüssigt wird, bei dem ein Massenstrom des Arbeitsfluids vor der Zuleitung zu einem ersten und zweiten Verdampfer (31, 32) aufgeteilt (102) und dem ersten und zweiten Verdampfer (31, 32) parallel zugeführt wird und bei dem das Arbeitsfluid bei einem ersten Verdampfungsdruck (411) im ersten Verdampfer (31) und bei einem gegenüber dem ersten Verdampfungsdruck (411) verringerten zweiten Verdampfungsdruck (412) im zweiten Verdampfer (32) verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdampfer (31) thermisch mit einer ersten Wärmequelle (41) mit einer ersten Wärmequellentemperatur und der zweite Verdampfer (32) thermisch mit einer zweiten Wärmequelle (42), die eine gegenüber der ersten Wärmequellentemperatur geringere zweite Wärmequellentemperatur aufweist, gekoppelt wird.Method for operating a heat pump system (1), in which a working fluid circulates within a directed working circuit (100) of the heat pump system (1), in which the working fluid is compressed by means of a compressor (20, ..., 25) and conveyed by means of a condenser (4 ) is liquefied, wherein a mass flow of the working fluid before the supply line to a first and second evaporator (31, 32) divided (102) and the first and second evaporator (31, 32) is supplied in parallel and in which the working fluid at a first Evaporating pressure (411) in the first evaporator (31) and at a second evaporation pressure (412) reduced in relation to the first evaporation pressure (411) is evaporated in the second evaporator (32), characterized in that the first evaporator (31) thermally with a first heat source (41) having a first heat source temperature and the second evaporator (32) thermally with a second heat source (42), one opposite the first Wärmequel lentemperatur lower second heat source temperature, is coupled. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem als erste und zweite Wärmequelle (41, 42) jeweils eine verschiedene Abwärme eines Kraftwerkes, insbesondere eines Gas-und-Dampf-Kombikraftwerks, verwendet wird.Method according to Claim 1 in which a respective waste heat of a power plant, in particular a gas-and-steam combined cycle power plant, is used as first and second heat source (41, 42). Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem als erste Wärmequelle (41) eine Abwärme eines Rauchgases und als zweite Wärmequelle (42) eine Abwärme einer Transformatorkühlung verwendet wird.Method according to Claim 2 in which a waste heat of a flue gas is used as the first heat source (41) and waste heat from a transformer cooling is used as the second heat source (42). Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem für wenigstens eine der Wärmequellen (41, 42) eine Abwärme eines Rauchgases, einer Transformatorkühlung, einer Getriebekühlung, einer Motorkühlung, einer Kondensatorkühlung einer Einhausung eines Abhitzedampferzeugers, einer Gasturbinen-Schallhaube, einer Generatorkühlung und/oder einer Schmiermediumversorgung verwendet wird.Method according to Claim 2 or 3 in which at least one of the heat sources (41, 42) waste heat of a flue gas, transformer cooling, transmission cooling, engine cooling, condenser cooling a housing of a heat recovery steam generator, a gas turbine acoustic hood, a generator cooling and / or a lubricating medium supply is used. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Arbeitsfluid vor der Zuleitung zum ersten Verdampfer (31) einem ersten Expansionsventil (51) und vor der Zuleitung zum zweiten Verdampfer (32) einem zweiten Expansionsventil (52) parallel zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the working fluid is supplied in parallel to a first expansion valve (51) before being fed to the first evaporator (31) and to a second expansion valve (52) before being fed to the second evaporator (32). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Verdichtung (120) ein erster und ein zweiter Verdichter (21, 22) verwendet wird, wobei das aus dem ersten Verdampfer (31) ausgeleitete Arbeitsfluid dem ersten Verdichter (21) und das aus dem zweiten Verdampfer (32) ausgeleitete Arbeitsfluid dem zweiten Verdichter (22) zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, in which a first and a second compressor (21, 22) are used for compression (120), wherein the working fluid discharged from the first evaporator (31) is from the first compressor (21) and from the second Evaporator (32) discharged working fluid to the second compressor (22) is supplied. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem für den ersten und zweiten Verdichter (21, 22) eine gemeinsame Motorwelle (10) verwendet wird.Method according to Claim 6 in which a common motor shaft (10) is used for the first and second compressors (21, 22). Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zur Verdichtung (120) ein gemeinsamer Verdichter (20) verwendet wird, wobei das aus dem ersten und zweiten Verdampfer (31, 32) ausgeleitete Arbeitsfluid dem gemeinsamen Verdichter (20) zugeführt wird.Method according to one of Claims 1 to 5 in which a common compressor (20) is used for compression (120), wherein the working fluid discharged from the first and second evaporators (31, 32) is supplied to the common compressor (20). Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das aus dem ersten Verdampfer (31) ausgeleitete Arbeitsfluid vor der Zuleitung zum gemeinsamen Verdichter (20) zu einem ersten Rückschlagventil (61) und das aus dem zweiten Verdampfer (32) ausgeleitet Arbeitsfluid vor der Zuleitung zum gemeinsamen Verdichter (20) zu einem zweiten Rückschlagventil (62) geleitet wird.Method according to Claim 8 in which the working fluid discharged from the first evaporator (31) before the supply line to the common compressor (20) to a first check valve (61) and the second evaporator (32) discharged working fluid before the supply line to the common compressor (20) a second check valve (62) is passed. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem als gemeinsamer Verdichter (20) ein mehrstufiger Turboverdichter (20) verwendet wird, wobei das aus dem ersten Verdampfer (31) ausgeleitete Arbeitsfluid einer ersten Verdichterstufe (201) des Turboverdichters (20) und das aus dem zweiten Verdampfer (32) ausgeleitete Arbeitsfluid einer zweiten Verdichterstufe (202) des Turboverdichters (20) zugeführt wird.Method according to Claim 8 or 9 in which a multi-stage turbocompressor (20) is used as the common compressor (20), the working fluid discharged from the first evaporator (31) from a first compressor stage (201) of the turbocompressor (20) and that from the second evaporator (32) Working fluid of a second compressor stage (202) of the turbocompressor (20) is supplied. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem eine Regelung eines Teilmassenstromes (71, 72) des vom ersten und/oder zweiten Verdampfer (31, 32) ausgeleiteten Arbeitsfluids vor der Zuleitung zum gemeinsamen Verdichter (20) erfolgt.Method according to one of Claims 8 to 10 in which a regulation of a partial mass flow (71, 72) of the working fluid discharged from the first and / or second evaporator (31, 32) takes place before the supply to the common compressor (20). Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem das aus dem ersten und zweiten oder dem gemeinsamen Verdichter (21, 22, 20) ausgeleitete Arbeitsfluid zum Verflüssiger (4) geleitet wird.Method according to one of Claims 6 to 11 in which the working fluid discharged from the first and second or common compressors (21, 22, 20) is directed to the condenser (4). Wärmepumpenanlage (1), welche wenigstens einen Verdichter (20,...,25), einen Verflüssiger (4) und wenigstens einen ersten und zweiten Verdampfer (31,...,25) umfasst, wobei die Wärmepumpenanlage (1) einen gerichteten Arbeitskreislauf (100) für ein zirkulierendes Arbeitsfluid aufweist, wobei der Arbeitskreislauf (100) dazu ausgelegt ist einen Massenstrom des Arbeitsfluids vor einer Zuleitung des Arbeitsfluids zum ersten und zweiten Verdampfer (31, 32) aufzuteilen (102) und parallel dem ersten und zweiten Verdampfer (31, 32) zuzuführen, wobei der erste Verdampfer (31) einen ersten Verdampfungsdruck (411) und der zweite Verdampfer (32) einen gegenüber dem ersten Verdampfungsdruck (411) geringeren zweiten Verdampfungsdruck (412) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenanlage (1) wenigstens eine erste und zweite Wärmequelle (41, 42) umfasst, wobei die erste Wärmequelle (41) eine erste Wärmequellentemperatur und die zweite Wärmequelle (42) eine gegenüber der ersten Wärmequellentemperatur geringere zweite Wärmequellentemperatur aufweist, und die erste Wärmequelle (41) thermisch mit dem ersten Verdampfer (31) und die zweite Wärmequelle (42) thermisch mit dem zweiten Verdampfer (32) gekoppelt ist.Heat pump system (1) comprising at least one compressor (20, ..., 25), a condenser (4) and at least one first and second evaporator (31, ..., 25), wherein the heat pump system (1) a directed Working cycle (100) for a circulating working fluid, wherein the working circuit (100) is adapted to divide a mass flow of the working fluid before a supply of the working fluid to the first and second evaporators (31, 32) (102) and parallel to the first and second evaporators ( 31, 32), wherein the first evaporator (31) has a first evaporation pressure (411) and the second evaporator (32) has a lower second evaporation pressure (412) than the first evaporation pressure (411), characterized in that the heat pump system (1 ) comprises at least a first and second heat source (41, 42), wherein the first heat source (41) has a first heat source temperature and the second heat source (42) one opposite the first Heat source temperature lower second Heat source temperature, and the first heat source (41) is thermally coupled to the first evaporator (31) and the second heat source (42) thermally coupled to the second evaporator (32). Wärmepumpenanlage (1) gemäß Anspruch 13, mit einem ersten und zweiten Verdichter (21, 22), wobei der Arbeitskreislauf (100) der Wärmepumpenanlage (1) dazu ausgebildet ist das aus dem ersten Verdampfer (31) ausgeleitete Arbeitsfluid zum ersten Verdichter (21) und das aus dem zweiten Verdampfer (32) ausgeleitete Arbeitsfluid zum zweiten Verdichter (22) zu leiten.Heat pump system (1) according to Claim 13 , with a first and second compressor (21, 22), wherein the working circuit (100) of the heat pump system (1) is designed for the first evaporator (31) discharged working fluid to the first compressor (21) and from the second evaporator ( 32) discharged working fluid to the second compressor (22). Wärmepumpenanlage (1) gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Verdichter (31, 32) eine gemeinsame Motorwelle (10) aufweisen.Heat pump system (1) according to Claim 14 , characterized in that the first and second compressors (31, 32) have a common motor shaft (10). Wärmepumpenanlage (1) gemäß Anspruch 13, mit einem gemeinsamen Verdichter (20), wobei der Arbeitskreislauf (100) der Wärmepumpenanlage (1) dazu ausgebildet ist das aus dem ersten und zweiten Verdampfer (31, 32) ausgeleitete Arbeitsfluid zum gemeinsamen Verdichter (20) zu leiten.Heat pump system (1) according to Claim 13 , with a common compressor (20), wherein the working circuit (100) of the heat pump system (1) is adapted to direct the working fluid discharged from the first and second evaporators (31, 32) to the common compressor (20). Wärmepumpenanlage (1) gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Verdichter (20) als mehrstufiger Turboverdichter (20) ausgebildet ist.Heat pump system (1) according to Claim 16 , characterized in that the common compressor (20) is designed as a multi-stage turbocompressor (20). Wärmepumpenanlage (1) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, mit wenigstens einem Expansionsventil (51,...,55) und/oder wenigstens einem Massenstromregler (71,...,74).Heat pump system (1) according to one of Claims 13 to 17 , with at least one expansion valve (51, ..., 55) and / or at least one mass flow controller (71, ..., 74). Kraftwerk, insbesondere Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Wärmepumpenanlage (1) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18 umfasst.Power plant, in particular gas and steam combined cycle power plant, characterized in that this is a heat pump system (1) according to one of Claims 13 to 18 includes. Kraftwerk gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequellen als verschieden temperierte Abwärmequellen des Kraftwerkes ausgebildet sind.Power plant according to Claim 19 , characterized in that the heat sources are designed as differently tempered waste heat sources of the power plant.
DE102017202227.2A 2017-02-13 2017-02-13 Method for operating a heat pump system, heat pump system and power plant with a heat pump system Withdrawn DE102017202227A1 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017202227.2A DE102017202227A1 (en) 2017-02-13 2017-02-13 Method for operating a heat pump system, heat pump system and power plant with a heat pump system
CN201880011413.6A CN110291347A (en) 2017-02-13 2018-01-22 For running the method for heat-pump apparatus, heat-pump apparatus and with the power plant of heat-pump apparatus
KR1020197021617A KR20190105019A (en) 2017-02-13 2018-01-22 Method for driving heat pump plant, power plant with heat pump plant and heat pump plant
EP18705319.4A EP3563098A1 (en) 2017-02-13 2018-01-22 Method for operating a heat pump installation, heat pump installation and power plant having a heat pump installation
JP2019543329A JP2020507733A (en) 2017-02-13 2018-01-22 Operation method of heat pump facility, heat pump facility, power plant, and power plant having heat pump facility
PCT/EP2018/051417 WO2018145884A1 (en) 2017-02-13 2018-01-22 Method for operating a heat pump installation, heat pump installation and power plant having a heat pump installation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017202227.2A DE102017202227A1 (en) 2017-02-13 2017-02-13 Method for operating a heat pump system, heat pump system and power plant with a heat pump system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017202227A1 true DE102017202227A1 (en) 2018-08-16

Family

ID=61226531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017202227.2A Withdrawn DE102017202227A1 (en) 2017-02-13 2017-02-13 Method for operating a heat pump system, heat pump system and power plant with a heat pump system

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP3563098A1 (en)
JP (1) JP2020507733A (en)
KR (1) KR20190105019A (en)
CN (1) CN110291347A (en)
DE (1) DE102017202227A1 (en)
WO (1) WO2018145884A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110887265B (en) * 2019-11-25 2021-01-12 珠海格力电器股份有限公司 Internal circulation superposition heat pump system, control method and heat pump dryer

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2215327A (en) 1937-12-09 1940-09-17 Gen Electric Air conditioning system
CH304499A (en) 1952-04-10 1955-01-15 Melan Herbert Ing Dr Combined system for power and heat generation.
DE3313429A1 (en) 1982-04-14 1983-10-20 Hitachi, Ltd., Tokyo HEAT PUMP DEVICE
DE3216826A1 (en) 1982-05-05 1983-11-10 Günter 8802 Heilsbronn Körner Arrangement for the improved utilisation of energy
WO1993010335A1 (en) 1991-11-19 1993-05-27 Elin Energieversorgung Gesellschaft M.B.H. Combined gas-steam turbine power station
EP0825398A2 (en) 1996-08-08 1998-02-25 Thomas Sturm Method of operating a system with a heat engine
DE102007013225A1 (en) 2007-03-15 2008-09-18 Karsten Rasche Heat supply system, using at least a cogeneration power plant with a heat pump, supplies electricity customers with surplus stored or fed into a grid together with water heating
WO2011072679A1 (en) 2009-12-18 2011-06-23 Danfoss A/S A vapour compression system with split evaporator
DE102014213542A1 (en) 2014-07-11 2016-01-14 Siemens Aktiengesellschaft Method for operating a heat pump with at least two evaporators

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AUPR185700A0 (en) * 2000-12-01 2001-01-04 Turbocor Inc Variable capacity refrigerant-sourced heat pump
JP4262901B2 (en) * 2001-03-26 2009-05-13 三洋電機株式会社 Refrigeration equipment
WO2007146050A2 (en) * 2006-06-07 2007-12-21 Waters Hot, Inc. Bio-renewable thermal energy heating and cooling system and method
US7716930B2 (en) * 2007-01-29 2010-05-18 General Electric Company Integrated plant cooling system
DE202011002544U1 (en) * 2010-02-10 2011-06-01 Band, Horst Peter, 09496 Heat pump arrangement with several different heat sources and energy-efficient use of smaller energy sources
CN101839518B (en) * 2010-04-29 2014-12-03 华北电力大学 Central heating system and method for coupling circulating water heat pump of power plant with cogeneration
EP2796810A4 (en) * 2011-12-19 2016-03-16 Toyota Motor Co Ltd Cooling device
CN102878603B (en) * 2012-10-30 2014-10-15 哈尔滨工业大学 Gas-steam circulation combined double-stage coupling heat pump heat supply device
SI24856A (en) * 2014-10-03 2016-04-29 Univerza V Mariboru A method and a device for the use of low-temperature sources of cogeneration systems with high-temperature heat pump with a water/water concept
DE102015213245A1 (en) * 2015-07-15 2017-01-19 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus and method for using waste heat
SI25059A (en) * 2015-09-11 2017-03-31 Univerza V Mariboru A method and a device for utilization of low-temperature sources of gas boilers with high-temperature heat pump by water/water concept
CN205606710U (en) * 2016-05-11 2016-09-28 天津大学建筑设计研究院 Can realize waste heat recovery's of steam power plant heating system

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2215327A (en) 1937-12-09 1940-09-17 Gen Electric Air conditioning system
CH304499A (en) 1952-04-10 1955-01-15 Melan Herbert Ing Dr Combined system for power and heat generation.
DE3313429A1 (en) 1982-04-14 1983-10-20 Hitachi, Ltd., Tokyo HEAT PUMP DEVICE
DE3216826A1 (en) 1982-05-05 1983-11-10 Günter 8802 Heilsbronn Körner Arrangement for the improved utilisation of energy
WO1993010335A1 (en) 1991-11-19 1993-05-27 Elin Energieversorgung Gesellschaft M.B.H. Combined gas-steam turbine power station
EP0825398A2 (en) 1996-08-08 1998-02-25 Thomas Sturm Method of operating a system with a heat engine
DE102007013225A1 (en) 2007-03-15 2008-09-18 Karsten Rasche Heat supply system, using at least a cogeneration power plant with a heat pump, supplies electricity customers with surplus stored or fed into a grid together with water heating
WO2011072679A1 (en) 2009-12-18 2011-06-23 Danfoss A/S A vapour compression system with split evaporator
DE102014213542A1 (en) 2014-07-11 2016-01-14 Siemens Aktiengesellschaft Method for operating a heat pump with at least two evaporators

Also Published As

Publication number Publication date
CN110291347A (en) 2019-09-27
JP2020507733A (en) 2020-03-12
KR20190105019A (en) 2019-09-11
WO2018145884A1 (en) 2018-08-16
EP3563098A1 (en) 2019-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE68926220T2 (en) Process and device for generating steam power
EP3362739B1 (en) Generation of process steam by means of a high-temperature heat pump
EP2867599A2 (en) Process and apparatus for generating electric energy
CH702163A2 (en) Method for increasing the power output of a gas and steam combined cycle power plant during selected periods of operation.
DE102015109898A1 (en) Steam power plant and method for its operation
DE102014012316A1 (en) Process for cooling a hydrocarbon-rich fraction
DE102014213542A1 (en) Method for operating a heat pump with at least two evaporators
DE102010004187A1 (en) Heating pump for district heating network and for heating air for drying process, has gas coolers, where high pressure side of recuperator is switched between working material outlet of last gas cooler and inlet of expansion valve
DE102017202227A1 (en) Method for operating a heat pump system, heat pump system and power plant with a heat pump system
DE102014206474A1 (en) Plant for providing heat energy for heat consumers
DE102011012644A1 (en) Cooling system for cooling and freezing of foods in warehouses or supermarkets, has refrigerant circuit, which is provided for circulation of refrigerant, particularly carbon dioxide, in operating flow direction
DE102009016775A1 (en) Method and device for generating water vapor at a high temperature level
EP2518423A2 (en) Method for heating heat transfer media and supercritical heat pump
DE10331988A1 (en) Process for separating residual gases/working fluid in a combined cycle water-steam process comprises cooling an expanded exhaust gas from a high-pressure turbine stage
EP2989397B1 (en) Method and device for cooling an engine
DE102016114906A1 (en) Apparatus and method for storing and recovering energy
DE102012017314A1 (en) System for increasing efficiency of two-stage or multi-stage compressor assembly for compression of process gas, circulates cooling agent to absorption-type refrigeration machine and intercooler
DE102012100645B4 (en) ORC - Organic Rankine cycle
DE102013218565A1 (en) Method for carrying out a thermodynamic process
DE102012006141B4 (en) Abgaswärmenutzsystem
DE10228986A1 (en) Intercooling method and gas turbine system with intercooling
DE102014016868A1 (en) Method for operating a low-temperature power plant with an evaporator circuit process as a working cycle
DE102019001161A1 (en) Refrigerant compressor and method for operating a refrigerant compressor
WO2005090886A1 (en) Method for liquefying a hydrocarbon-rich flow
WO2013060447A1 (en) Waste heat recovery device

Legal Events

Date Code Title Description
R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee