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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR STEAM GENERATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/237279
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for steam generation, comprising a heat source (1), at least one compressor (2), a heat exchanger and an expansion unit (4), in particular an expansion valve, between which a refrigerant is subjected to a sequence of state changes in a cycle, wherein, in the heat source (1), heat is transferred to the refrigerant and the refrigerant fully evaporates, wherein the evaporated refrigerant flows from the heat source (1) into the at least one compressor (2) situated downstream of the heat source (1) and is compressed, wherein the refrigerant is conveyed from the compressor (2) into the heat exchanger, and in said heat exchanger a defined quantity of heat is released from the refrigerant to a secondary medium and in the process said refrigerant condenses, and wherein the refrigerant from the heat exchanger is expanded in the expansion unit (4), wherein, after the expansion, the refrigerant is fed to the heat source (1) again, wherein the refrigerant is R-1336mzz-Z or R-1336mzz-E or R-601 or R-600a or R-601a or R717 or R718 or R723 or R11 or R21 or R113 or R114 or R123 or R1224yd(Z) or R1233zd(E) or R1234ZE(Z) or R124 or R141b or R142b or R236ea or R236fa or R245ca or R365mfc or R40 or R406a or R514a, wherein the heat exchanger is designed as a steam generator (3), and wherein the secondary medium is water, which evaporates fully into saturated steam in the steam generator (3).

Application Number:
PCT/AT2020/060220
Publication Date:
December 03, 2020
Filing Date:
May 29, 2020
Export Citation:
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Assignee:
AIT AUSTRIAN INST TECH GMBH (AT)
International Classes:
F22B1/12
Domestic Patent References:
WO2018117399A12018-06-28
Foreign References:
US20140013786A12014-01-16
BE901144A1985-03-15
DE102011108260A12013-01-24
US20140013785A12014-01-16
Attorney, Agent or Firm:
WILDHACK & JELLINEK PATENTANWÄLTE OG (AT)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Dampferzeugung, umfassend eine Wärmequelle (1 ), zumindest einen Verdichter (2), einen Wärmetauscher und eine Entspannungseinheit (4), insbesondere ein Expansionsventil, zwischen denen ein Kältemittel in einem Kreisprozess einer Folge von Zustandsänderungen unterzogen wird,

wobei in der Wärmequelle (1 ) Wärme an das Kältemittel übertragen wird und das Kältemittel vollständig verdampft,

wobei das verdampfte Kältemittel von der Wärmequelle (1 ) in den der Wärmequelle (1 ) nachgelagerten zumindest einen Verdichter (2) strömt und verdichtet wird,

wobei das Kältemittel aus dem Verdichter (2) in den Wärmetauscher gefördert wird, in diesem eine definierte Wärmemenge von dem Kältemittel an ein sekundäres Medium abgeben wird und dabei kondensiert, und

wobei das Kältemittel aus dem Wärmetauscher in der Entspannungseinheit (4) entspannt wird, wobei das Kältemittel nach der Entspannung der Wärmequelle (1 ) wieder zugeführt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Kältemittel R-1336mzz-Z oder R-1336mzz-E oder R-601 oder R-600a oder R-601 a oder R717 oder R718 oder R723 oder R1 1 oder R21 oder R1 13 oder R1 14 oder R123 oder R1224yd(Z) oder R1233zd(E) oder R1234ZE(Z) oder R124 oder R141 b oder R142b oder R236ea oder R236fa oder R245ca oder R365mfc oder R40 oder R406a oder R514a ist,

dass der Wärmetauscher als Dampferzeuger (3) ausgebildet ist,

und dass das sekundäre Medium Wasser ist, das im Dampferzeuger (3) vollständig zu Sattdampf verdampft.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung zwischen Wärmequelle (1 ) und Verdichter (2) ein Sauggasüberhitzer (5) angeordnet ist, in dem Wärme an das Kältemittel abgegeben wird, wobei insbesondere ein Anteil der Restwärme des Kältemittels nach dem Dampferzeuger (3) in dem Sauggasüberhitzer (5) an das Kältemittel abgegeben wird.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das sekundäre Medium in zumindest einem Speisewasservorwärmer (6) vor Eintritt in den Dampferzeuger (3) vorgewärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Speisewasservorwärmer (6) zwischen Entspannungseinheit (4) und dem Dampferzeuger

(3) angeordnet ist und ein Anteil der Restwärme des Kältemittels nach dem Dampferzeuger (3) zur Erwärmung des sekundären Mediums abgeben wird,

wobei insbesondere ein Speisewasservorwärmer (6) in der Leitung des Kältemittels vor und/oder nach dem Sauggasüberhitzer (5) angeordnet ist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Dampferzeuger austretende Sattdampf in einem Überhitzer (7) überhitzt wird,

wobei der Überhitzer in dem Kreisprozess zwischen dem Verdichter (2) und dem Dampferzeuger (3) angeordnet ist und Wärme von dem aus dem Verdichter (2) austretenden Kältemittel an den Sattdampf zur Überhitzung abgegeben wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Dampferzeuger (3) austretende Sattdampf in einem weiteren Verdichter (8) nachverdichtet wird.

7. Vorrichtung zur Dampferzeugung, insbesondere nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung eine Wärmequelle (1 ), einen Verdichter (2), einen Wärmetauscher und eine Entspannungseinheit (4), insbesondere ein Expansionsventil, umfasst, zwischen denen ein Kältemittel in einem Kreisprozess einer Folge von Zustandsänderungen unterzogen werden kann,

wobei die Wärmequelle (1 ) derart ausgebildet ist, dass in der Wärmequelle (1 ) Wärme an das Kältemittel übertragen werden kann, sodass das Kältemittel vollständig verdampft, wobei die Wärmequelle (1 ) über eine Leitung mit dem Verdichter (2) derart verbunden ist, dass das verdampfte Kältemittel von der Wärmequelle (1 ) in den der Wärmequelle (1 ) nachgelagerten Verdichter (2) zur Verdichtung des Kältemittels geleitet werden kann, wobei der Verdichter (2) über Leitungen mit dem Wärmetauscher derart verbunden ist, dass das Kältemittel aus dem Verdichter (2) in den Wärmetauscher förderbar ist, wobei der Wärmetauscher derart ausgebildet ist, dass in diesem eine definierte Wärmemenge von dem Kältemittel an ein sekundäres Medium abgegeben werden kann und das Kältemittel dabei kondensiert,

wobei der Wärmetauscher über eine Leitung derart mit der Entspannungseinheit (4) zur Entspannung des Kältemittels verbunden ist, dass das Kältemittel aus dem Wärmetauscher in der Entspannungseinheit (4) förderbar und in der Entspannungseinheit

(4) entspannt werden kann, und wobei die Entspannungseinheit (4) über eine Leitung mit der Wärmequelle (1 ) derart verbunden ist sodass das Kältemittel nach der Entspannung in der Entspannungseinheit (4) der Wärmequelle (1 ) wieder zugeführt werden kann,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Kältemittel R-1336mzz-Z oder R-1336mzz-E oder R-601 oder R-600a oder R-601 a oder R717 oder R718 oder R723 oder R1 1 oder R21 oder R1 13 oder R1 14 oder R123 oder R1224yd(Z) oder R1233zd(E) oder R1234ZE(Z) oder R124 oder R141 b oder R142b oder R236ea oder R236fa oder R245ca oder R365mfc oder R40 oder R406a oder R514a ist,

dass der Wärmetauscher als Dampferzeuger (3) ausgebildet ist,

und dass das sekundäre Medium Wasser ist,

wobei der Dampferzeuger (3) derart ausgebildet ist, dass Wasser im Dampferzeuger (3) vollständig zu Sattdampf verdampft werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung zwischen Wärmequelle (1 ) und Verdichter (2) ein Sauggasüberhitzer (5) angeordnet ist, in dem Wärme an das Kältemittel abgegeben werden kann.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dampferzeuger (3) zumindest ein Speisewasservorwärmer (6) derart vorgeschalten ist, dass das sekundäre Medium in dem zumindest einem Speisewasservorwärmer (6) vor Eintritt in den Dampferzeuger (3) vorgewärmt werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein

Speisewasservorwärmer (6) zwischen Entspannungseinheit (4) und dem

Dampferzeuger (3) angeordnet ist, wobei der Speisewasservorwärmer (6) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass ein Anteil der Restwärme des Kältemittels nach dem Dampferzeuger (3) zur Erwärmung des sekundären Mediums abgegeben werden kann, wobei insbesondere ein Speisewasservorwärmer (6) in der Leitung des Kältemittels vor und/oder nach dem Sauggasüberhitzer (5) angeordnet ist.

1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Überhitzer (7) aufweist, der in der Leitung des Kältemittels zwischen dem Verdichter (2) und dem Dampferzeuger (3) angeordnet ist und wobei der Überhitzer (7) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass Wärme von dem aus dem Verdichter (2) austretenden Kältemittel an den Sattdampf zur Überhitzung abgegeben werden kann.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen weiteren Verdichter (8) aufweist, der dem Dampferzeuger (3) in der Leitung des sekundären Mediums nach geschaltet ist, wobei der weitere Verdichter (8) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass der aus dem Dampferzeuger (3) austretende Sattdampf in dem weiteren Verdichter (8) nachverdichtet werden kann.

13. Verwendung des Kältemittels R-1336mzz-Z oder R-1336mzz-E oder R-601 oder R- 600a oder R-601 a oder R717 oder R718 oder R723 oder R1 1 oder R21 oder R1 13 oder R1 14 oder R123 oder R1224yd(Z) oder R1233zd(E) oder R1234ZE(Z)oder R124 oder R141 b oder R142b oder R236ea oder R236fa oder R245ca oder R365mfc oder R40 oder R406a oder R514a in einem Kreisprozess zur Erzeugung von Wasserdampf, insbesondere nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 6 unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12.

Description:
Verfahren zur Dampferzeugung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dampferzeugung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Dampferzeugung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7 und eine Verwendung gemäß Patentanspruch 13.

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Vorrichtungen und Verfahren bekannt, mit denen Dampf erzeugt werden kann. Der erzeugte Dampf wird meist als Wärmeträgermedium zur Beheizung von Prozessen oder als Prozessgas in der Industrie verwendet. Die für die Dampferzeugung benötigte Wärmezufuhr wird meistens durch Befeuerung mit gasförmigen, flüssigen oder festen Brennstoffen oder durch die Nutzung von Abwärme oder beispielsweise durch Wärme, die in anderen Prozessen erzeugt wurde, bewirkt.

Weiters sind Kältemittelprozesse oder Wärmepumpenprozesse bekannt, in denen Wärme über ein Kältemittel an ein sekundäres Medium transportiert bzw. abgegeben wird.

Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Technologien ist, dass Kältemittel nur bei geringen Nutzungstemperaturen arbeiten und daher ein eingeschränktes Anwendungsgebiet haben. Weiters wird bei der Nutzung von Abwärme zur konventionellen Dampferzeugung lediglich Abwärme genutzt, die eine deutlich höhere Temperatur hat als der zu generierende Dampf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Dampferzeugung bereitzustellen, das effizient arbeitet und darüber hinaus einen hohen Wirkungsgrad erreicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen,

dass das Kältemittel R-1336mzz-Z oder R-1336mzz-E oder R-601 oder R-600a oder R- 601 a oder R717 oder R718 oder R723 oder R1 1 oder R21 oder R1 13 oder R1 14 oder R123 oder R1224yd(Z) oder R1233zd(E) oder R1234ZE(Z) oder R124 oder R141 b oder R142b oder R236ea oder R236fa oder R245ca oder R365mfc oder R40 oder R406a oder R514a ist,

dass der Wärmetauscher als Dampferzeuger ausgebildet ist,

und dass das sekundäre Medium Wasser ist, das im Dampferzeuger vollständig zu Sattdampf verdampft. Durch die erfindungsgemäßen Merkmale wird bewirkt, dass die durch das Kältemittel transportierte Wärme effizient an das sekundäre Medium Wasser weitergegeben werden kann und derart eine besonders effiziente Methode zur Erzeugung von Wasserdampf bereitgestellt wird. Die erfindungsgemäß verwendeten Kältemittel haben dabei thermodynamische Eigenschaften, die es ermöglichen, die zur Dampferzeugung benötigten Temperaturen von 100°C und höher zu erreichen.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche näher definiert:

Der Wirkungsgrad des Kreisprozesses und der Dampferzeugung kann erhöht werden, indem in der Leitung zwischen Wärmequelle und Verdichter ein Sauggasüberhitzer angeordnet ist, in dem Wärme an das Kältemittel abgegeben wird, wobei insbesondere ein Anteil der Restwärme des Kältemittels nach dem Dampferzeuger in dem Sauggasüberhitzer an das Kältemittel abgegeben wird.

Die in dem Dampferzeuger benötigte Wärmemenge zur Verdampfung von Wasser kann reduziert werden und die im Kältemittel enthaltene Restwärme besser genutzt werden, indem das sekundäre Medium in zumindest einem Speisewasservorwärmer vor Eintritt in den Dampferzeuger vorgewärmt wird.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Speisewasservorwärmer zwischen der Entspannungseinheit und dem Dampferzeuger angeordnet ist und ein Anteil der Restwärme des Kältemittels nach dem Dampferzeuger zur Erwärmung des sekundären Mediums abgeben wird,

wobei insbesondere ein Speisewasservorwärmer in der Leitung des Kältemittels vor und/oder nach dem Sauggasüberhitzer angeordnet ist.

Um den erzeugten Dampf weiter zu überhitzen, das Temperaturniveau beim Eintritt des Kältemittels in den Dampferzeuger zu erhöhen und damit die Verdichtung des Kältemittels ohne Tropfenbildung sicherzustellen, kann vorgesehen sein, dass der aus dem Dampferzeuger austretende Sattdampf in einem Überhitzer überhitzt wird,

wobei der Überhitzer in dem Kreisprozess zwischen dem Verdichter und dem Dampferzeuger angeordnet ist und Wärme von dem aus dem Verdichter austretenden Kältemittel an den Sattdampf zur Überhitzung abgegeben wird. Um den Druck des erzeugten Dampfes weiter zu steigern, kann vorgesehen sein, dass der aus dem Dampferzeuger austretende Sattdampf in einem weiteren Verdichter nachverdichtet wird.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung zur Dampferzeugung bereitzustellen, mit der Dampf durch eine in einem Kältemittel transportierte Wärmemenge erzeugt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 7 gelöst. Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass das Kältemittel R-1336mzz-Z oder R-1336mzz-E oder R-601 oder R-600a oder R- 601 a oder R717 oder R718 oder R723 oder R1 1 oder R21 oder R1 13 oder R1 14 oder R123 oder R1224yd(Z) oder R1233zd(E) oder R1234ZE(Z) oder R124 oder R141 b oder R142b oder R236ea oder R236fa oder R245ca oder R365mfc oder R40 oder R406a oder R514a ist,

und dass das sekundäre Medium Wasser ist,

wobei der Dampferzeuger derart ausgebildet ist, dass Wasser im Dampferzeuger vollständig zu Sattdampf verdampft werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird erreicht, dass der hohe Wirkungsgrad von Wärmepumpenprozessen mit einer Dampferzeugung kombiniert wird und derart besonders effizient Dampf erzeugt werden kann.

Um das Temperaturniveau beim Eintritt des Kältemittels in den Dampferzeuger zu erhöhen und damit die Verdichtung des Kältemittels ohne Tropfenbildung sicherzustellen, kann vorgesehen sein, dass in der Leitung zwischen Wärmequelle und Verdichter ein Sauggasüberhitzer angeordnet ist, in dem Wärme an das Kältemittel abgegeben werden kann.

Um das sekundäre Medium Wasser auf eine höhere Ausgangstemperatur zu bringen, kann vorgesehen sein, dass dem Dampferzeuger zumindest ein Speisewasservorwärmer derart vorgeschalten ist, dass das sekundäre Medium in dem zumindest einem Speisewasservorwärmer vor Eintritt in den Dampferzeuger vorgewärmt werden kann.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Speisewasservorwärmer zwischen Entspannungseinheit und dem Dampferzeuger angeordnet ist, wobei der Speisewasservorwärmer derart ausgebildet und angeordnet ist, dass ein Anteil der Restwärme des Kältemittels nach dem Dampferzeuger zur Erwärmung des sekundären Mediums abgegeben werden kann, wobei insbesondere ein Speisewasservorwärmer in der Leitung des Kältemittels vor und/oder nach dem Sauggasüberhitzer angeordnet ist.

Um den erzeugten Dampf weiter erhitzen zu können, kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen Überhitzer aufweist, der in der Leitung des Kältemittels zwischen dem Verdichter und dem Dampferzeuger angeordnet ist und wobei der Überhitzer derart angeordnet und ausgebildet ist, dass Wärme von dem aus dem Verdichter austretenden Kältemittel an den Sattdampf zur Überhitzung abgegeben werden kann.

Um den Druck des erzeugten Dampfes nach der Dampferzeugung erhöhen zu können, kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen weiteren Verdichter aufweist, der dem Dampferzeuger in der Leitung des sekundären Mediums nachgeschaltet ist, wobei der weitere Verdichter derart ausgebildet und angeordnet ist, dass der aus dem Dampferzeuger austretende Sattdampf in dem weiteren Verdichter nachverdichtet werden kann.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in der Verwendung des Kältemittels R-1336mzz-Z oder R-1336mzz-E oder R-601 oder R-600a oder R-601 a oder R717 oder R718 oder R723 oder R1 1 oder R21 oder R1 13 oder R1 14 oder R123 oder R1224yd(Z) oder R1233zd(E) oder R1234ZE(Z) oder R124 oder R141 b oder R142b oder R236ea oder R236fa oder R245ca oder R365mfc oder R40 oder R406a oder R514a zur Erzeugung von Wasserdampf.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften, aber nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben:

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kreisprozesses mit Sauggasüberhitzer,

Fig. 2 und 3 zeigen einen erfindungsgemäßen Kreisprozess mit zwei unterschiedlichen Anordnungen eines Speisewasservorwärmers,

Fig. 4 zeigt eine optionale Variante mit zwei Speisewasservorwärmern,

Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Kreisprozess zur Dampferzeugung mit einem in der Leitung des Kältemittels angeordneten Überhitzer, Fig. 6 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Kreisprozesses mit einem dem Dampferzeuger nachgelagerten Verdichter, und

Fig. 7 zeigt eine kombinierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampferzeugungsprozesses in schematischer Darstellung.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dampferzeugung in einer schematischen Darstellung durch Blockschaltbilder abgebildet. Die Vorrichtung weist eine Wärmequelle 1 , wie z.B. einen Verdampfer, auf, in der eine definierte Wärmemenge an ein in dem Kreisprozess strömendes Kältemittel abgegeben wird und dieses vollständig verdampft. Das in dem Kreisprozess strömende Kältemittel ist bei der Ausbildung der ersten Ausführungsform R-1336mzz-Z. Der Wärmequelle 1 in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeschalten ist ein Verdichter 2, in dem das Kältemittel verdichtet wird. In Strömungsrichtung des Kältemittels, in Fig. 1 durch die schwarzen Pfeile dargestellt, ist dem Verdichter 2 ein Wärmetauscher nachgeordnet. Der Wärmetauscher ist als Dampferzeuger 3 ausgebildet, in dem das Kältemittel eine definierte Wärmemenge an ein sekundäres Medium, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Wasser ist, abgibt und dabei kondensiert. In dem Dampferzeuger 3 wird dabei eine definierte Wärmemenge von dem Kältemittel auf das Wasser abgegeben, sodass das Wasser in dem Dampferzeuger 3 vollständig verdampft und als Sattdampf aus dem Dampferzeuger 3 austritt. Aus dem Dampferzeuger 3 strömt das kondensierte Kältemittel dann über eine Entspannungseinheit 4 in die Wärmequelle 1 zurück. In der Entspannungseinheit 4, bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ein Expansionsventil, wird das Kältemittel entspannt.

Weiters können optional mehrere Verdichter 2 zwischen der Wärmequelle 1 und dem Dampferzeuger 3 angeordnet sein, die beispielsweise parallel oder seriell bzw. stufenweise zueinander angeordnet den Druck oder Durchfluss des Kältemittels erhöhen.

In der optionalen Ausführungsform der Fig. 1 ist zwischen dem Verdichter 2 und der Wärmequelle 1 ein Sauggasüberhitzer 5 angeordnet. Der Sauggasüberhitzer 5 liegt dabei in der Leitung des Kältemittels zwischen Wärmequelle 1 und Verdichter 2 sowie in der Leitung des Kältemittels von dem Dampferzeuger 3 zum Expansionsventil 4. Der Sauggasüberhitzer 5 ist dabei in dem Strömungsweg des Kältemittels angeordnet, sodass ein definierter Anteil der Restwärme des Kältemittels nach dem Dampferzeuger 3 an das Kältemittel zwischen der Wärmequelle 1 und dem Verdichter 2 übertragen werden kann. Der Sauggasüberhitzer 5 ist als Wärmetauscher ausgebildet und erhöht durch die Übertragung des Anteils der Restwärme des Kältemittels an das vor dem Verdichter 2 strömende Kältemittel den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand der Ausführungsform der Fig. 1 beispielhaft beschrieben:

In der Wärmequelle 1 wird analog der Funktion eines Wärmetauschers eine definierte Wärmemenge aus einem ersten Medium an das in dem Kreisprozess fließende bzw. strömende Kältemittel abgegeben. Das Kältemittel verdampft dabei in der Wärmequelle 1 vollständig und strömt von dieser in den Sauggasüberhitzer 5 weiter. Im Sauggasüberhitzer 5 wird ein Anteil der Restwärme des Kältemittels nach dem Dampferzeuger 3 an das Kältemittel, das in Richtung des Verdichters von der Wärmequelle 1 strömt, abgegeben und derart das verdampfte Kältemittel erwärmt. Nach dem Sauggasüberhitzer 5 strömt das Kältemittel in den Verdichter 2 ein und wird dort komprimiert bzw. verdichtet. Das aus dem Verdichter 2 austretende Kältemittel strömt dann in den Dampferzeuger 3 ein, in dem das Kältemittel eine definierte Wärmemenge an das sekundäre Medium Wasser abgibt, sodass das in den Dampferzeuger 3 eintretende flüssige Wasser vollständig zu Sattdampf verdampft und das Kältemittel dabei vollständig kondensiert[HFi] Das Kältemittel wird dann aus dem Dampferzeuger 3 über Leitungen an den Sauggasüberhitzer 5 weitergeleitet, in dem ein Anteil der Restwärme des Kältemittels an das von der Wärmequelle 1 zu dem Verdichter 2 strömende Kältemittel in dem Sauggasüberhitzer 5 abgegeben wird. Von dem Sauggasüberhitzer 5 strömt das Kältemittel zum Expansionsventil bzw. der Entspannungseinheit 4 und wird in dieser entspannt bzw. der Druck des Kältemittels reduziert. Das Kältemittel tritt aus der Entspannungseinheit 4 über Leitungen dann wieder in die Wärmequelle 1 ein und wird erneut dem Kreisprozess unterzogen. Das aus dem Dampferzeuger 3 austretende zu Sattdampf verdampfte sekundäre Medium Wasser wird dann einem aus dem Stand der Technik bekannten Dampfprozess zugeführt. Derartige Dampfprozesse können Wärmeübertragungsprozesse zur Bereitstellung von Prozesswärme oder die stoffliche Nutzung des Dampfes in chemischen Reaktionen sein wie zum Beispiel zum Destillieren, Sterilisieren, Pasteurisieren, Reinigen, Erhitzen, Trocknen.

In Fig. 2 ist eine optionale verbesserte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Zwischen dem Dampferzeuger 3 und der Entspannungseinheit 4 ist in dem Strömungsweg des Kältemittels ein Speisewasservorwärmer 6 angeordnet. In dem Speisewasservorwärmer 6 strömt das sekundäre Medium Wasser ein, wird dort erwärmt und tritt aus diesem über Leitungen in den Dampferzeuger 3 ein. In dem Speisewasservorwärmer 6 wird ein Anteil der Restwärme des Kältemittels, das aus dem Dampferzeuger 3 austritt, zur Erwärmung des sekundären Mediums Wasser abgegeben.

Wie in Fig. 2 dargestellt, kann der Speisewasservorwärmer 6 bei zusätzlicher Anordnung eines Sauggasüberhitzers 5 im Strömungsweg des Kältemittels zwischen dem Dampferzeuger 3 und dem Sauggasüberhitzer 5 in den Strömungsweg des Kältemittels zwischen dem Dampferzeuger 3 und der Entspannungseinheit 4 angeordnet sein. Optional kann vorgesehen sein, dass, wie in Fig. 3 dargestellt, der Speisewasservorwärmer 6 auch zwischen dem Sauggasüberhitzer 5 und der Entspannungseinheit 4 im Strömungsweg des Kältemittels vom Dampferzeuger 3 bzw. dem Sauggasüberhitzer 5 zur Entspannungseinheit 4 angeordnet ist.

Wie in Fig. 4 dargestellt, kann bei einer bevorzugten Ausführungsform die Vorrichtung zwei Speisewasservorwärmer 6 aufweisen, die jeweils vor und nach dem Sauggasüberhitzer 5 im Strömungsweg des Kältemittels zwischen Dampferzeuger 3 und der Entspannungseinheit 4 bzw. dem Expansionsventil oder einem Kondensator angeordnet sind. Das sekundäre Medium tritt dabei in den ersten Speisewasservorwärmer 6 ein, nimmt dort einen Anteil der Restwärme des Kältemittels auf, strömt dann in den zweiten Speisewasservorwärmer 6 ein, in dem es wiederum einen Anteil der Restwärme des Kältemittels aufnimmt und strömt dann zum Dampferzeuger 3. Die Restwärme des Kältemittels nach dem Dampferzeuger 3 wird somit bei der Ausführungsform der Fig. 4 im Strömungsweg zwischen dem Dampferzeuger 3 und dem Expansionsventil bzw. der Entspannungseinheit 4 in Teilen im zweiten Speisewasservorwärmer 6 an das vorerhitzte Wasser abgegeben, strömt dann in den Sauggasüberhitzer 5 ein, in dem es einen weiteren Anteil der Restwärme an das von der Wärmequelle 1 zum Verdichter 2 strömende Kältemittel abgibt und sodann im ersten Speisewasservorwärmer 6 einen weiteren Anteil der Restwärme an das in den Speisewasservorwärmer 6 eintretende Wasser abgibt.

Wie in Fig. 5 dargestellt, kann optional vorgesehen sein, dass das aus dem Dampferzeuger 3 austretende dampfförmige Wasser nach dem Dampferzeuger 3 in einen Überhitzer 7 strömt und dort überhitzt, also auf eine höhere Temperatur gebracht wird. Der Überhitzer 7 kann dabei, wie in der Fig. 5 dargestellt, im Strömungsweg des Kältemittels zwischen dem Verdichter 2 und dem Dampferzeuger 3 angeordnet sein, sodass eine definierte Wärmemenge des Kältemittels zwischen dem Verdichter 2 und dem Dampferzeuger 3 an das im Dampferzeuger 3 vollständig zu Dampf verdampften Wasser abgegeben und dieser dann überhitzt wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 6 dargestellt ist, kann die Vorrichtung optional einen weiteren Verdichter 8 aufweisen, der im Strömungsweg des sekundären Mediums dem Dampferzeuger 3 nachgeschaltet ist. In dem Verdichter 8 wird der im Dampferzeuger 3 erzeugte Sattdampf weiter verdichtet und so auf ein höheres Druckniveau gebracht. Optional kann vorgesehen sein, dass eine Anzahl von weiteren Verdichtern 8 in der Leitung des Dampfes vorgesehen sind und den Druck des erzeugten Dampfes stufenweise erhöhen.

Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens können jeweils optional einen Sauggasüberhitzer 5, einen Speisewasservorwärmer 6, einen oder mehrere weitere Verdichter 8 und/oder einen Überhitzer 7 aufweisen und beispielsweise beliebig miteinander kombiniert werden. In Fig. 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die Fig. 7 kombiniert den erfindungsgemäßen Kreisprozess mit den Vorteilen eines Sauggasüberhitzers 5, zweier Speisewasservorwärmer 6 und eines weiteren Verdichters 8. Zwischen der Wärmequelle 1 und dem Verdichter 2 und zwischen dem Dampferzeuger 3 und der Wärmequelle 1 ist in dem Strömungsweg des Kältemittels ein Sauggasüberhitzer 5, wie zu der Fig. 1 dargestellt, angeordnet. Zwischen dem Dampferzeuger 3 und der Entspannungseinheit 4 bzw. dem Expansionsventil sind im Strömungsweg des Kältemittels zwei Speisewasservorwärmer 6 angeordnet. Die Speisewasservorwärmer 6 sind dabei jeweils einer vor und einer nach dem Sauggasüberhitzer 5 im Strömungsweg des Kältemittels zwischen Dampferzeuger 3 und Entspannungseinheit 4 angeordnet, sodass der Sauggasüberhitzer 5 zwischen dem ersten Speisewasservorwärmer 6 und dem zweiten Speisewasservorwärmer 6 angeordnet ist. Das Wasser passiert den ersten Speisewasservorwärmer 6, wird dort erwärmt, und strömt dann über den zweiten Speisewasservorwärmer 6, in dem es weiter erwärmt wird, in den Dampferzeuger 3.

Optional kann ein Anteil des sekundären Mediums, beispielsweise 50% des Wassers, im ersten Speisewasservorwärmer 6 und der zweite Anteil des Wassers im zweiten Speisewasservorwärmer 6 vorgewärmt werden und die beiden Massenströme dann vereint und dem Dampferzeuger 3 zugeführt werden. Optional kann das in den Speisewasservorwärmern 6 vorgewärmte Speisewasser auch mit einem nicht erwärmten bzw. vorgewärmten Anteil von Wasser vermengt werden und dann dem Dampferzeuger 3 zugeführt werden. Optional kann weiters in der in Fig. 7 beschriebenen Vorrichtung ein Überhitzer 7 vorgesehen sein, der zwischen dem Verdichter 2 und dem Dampferzeuger 3 im Strömungsweg des Kältemittels angeordnet ist. Der Überhitzer 7 kann beispielsweise anstelle des weiteren Verdichters 8 dem Dampferzeuger 3 in Strömungsrichtung des sekundären Mediums nachgeschaltet sein und den aus dem Dampferzeuger 3 austretenden Dampf überhitzen.

Wie in Fig. 7 dargestellt, kann das aus dem Dampferzeuger 3 austretende sekundäre Medium, das vollständig zu Dampf verdampft wurde, in einem weiteren Verdichter 8 verdichtet werden. Optional kann weiters vorgesehen sein, dass nach dem Verdichter 8 ein Überhitzer 7 angeordnet ist, der den im weiteren Verdichter 8 verdichteten Dampf überhitzt.

Optional kann weiters vorgesehen sein, dass ein Anteil des aus dem Dampferzeuger 3 austretende sekundäre Medium nicht dem Überhitzer 7 zugeführt wird, sondern nur ein Anteil des im weiteren Verdichter 8 verdichteten sekundären Mediums in den Überhitzer 7 eintritt und in diesem überhitzt wird.

Der Dampferzeuger 3 weist bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Fig. 1 bis 7 eine aus dem Stand der Technik bekannte Ausbildung auf.

Wie zu den Fig. 1 bis 7 dargestellt, ist das bei diesen Ausführungsformen strömende Kältemittel R-1336mzz-Z. Optional kann das Kältemittel jedoch auch R-1336mzz-E oder R-601 oder R-600a oder R-601 a oder R717 oder R718 oder R723 oder R1 1 oder R21 oder R1 13 oder R1 14 oder R123 oder R1224yd(Z) oder R1233zd(E) oder R1234ZE(Z) oder R124 oder R141 b oder R142b oder R236ea oder R236fa oder R245ca oder R365mfc oder R40 oder R406a oder R514a sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dampferzeuger 3 als Großwasserraum- Dampferzeuger oder als Shell-and-plate Wärmeübertrager ausgebildet.