DE102008041939A1

DE102008041939A1 - Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe oder Kältemaschine bzw. einer Kraftmaschine sowie Wärmepumpe oder Kältemaschine und Kraftmaschine

Info

Publication number: DE102008041939A1
Application number: DE102008041939A
Authority: DE
Inventors: Michael Deichsel; Klaus Ramming
Original assignee: AGO GmbH Energie und Anlagen
Current assignee: Deichsel Michael Dr De
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-03-11
Also published as: EP2321592A1; EP2321592B1; ATE539304T1; WO2010029027A1; WO2010029020A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe oder Kältmaschine (1) wird ein Kältemittel mittels eines Flüssigkeitskolbenverdichters (2) isotherm verdichtet, anschließend gekühlt, dabei eventuell kondensiert und danach expandiert. In einem nächsten Schritt wird das Kältemittel erwärmt und schließlich wieder dem Flüssigkeitskolbenverdichter (2) zugeführt. Um den Wirkungsgrad des Prozesses zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass Wärme des nach der Verdichtung gekühlten Kältmittels auf das erwärmte Kältemittel übertragen wird, bevor dieses wieder dem Flüssigkeitskolbenverdichter (2) zugeführt und somit der Kreislauf geschlossen wird. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftmaschine unter Anwendung einer isothermen Entspannung mittels eines Flüssigkeitskolbenentspanners vorgeschlagen, sowie in vorrichtungstechnischer Hinsicht eine Wärmepumpe/Kältemaschine und eine Kraftmaschine, jeweils zur Druchführung der vorgenannten Verfahren.

Description

Einleitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe oder Kältemaschine, bei dem ein Kältemittel mittels eines Flüssigkeitskolbenverdichters verdichtet, anschließend gekühlt und danach expandiert wird und in einem nächsten Schritt erwärmt und schließlich wieder dem Flüssigkeitskolbenverdichter zugeführt wird.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftmaschine und in vorrichtungstechnischer Hinsicht sowohl eine Wärmepumpe oder Kältemaschine als auch eine Kraftmaschine.
Stand der Technik
Wärmepumpen oder Kältemaschinenprozesse zählen bereits seit geraumer Zeit zum allgemein bekannten Stand der Technik. Im Gegensatz zu den weit verbreiteten mechanisch arbeitenden Kolbenverdichtern wird durch die Verwendung von Flüssigkeitskolbenverdichtern versucht, eine isotherme Verdichtung des Kältemittels in dem geschlossenen Kreisprozess zu realisieren. Durch die Verwendung eines Flüssigkeitskolbens können dem Verdichtungsraum großzügig dimensionierte und in der Gestaltung sehr freie Oberflächen zur Optimierung der Wärmeübertragung gegeben werden, da es bei der Verwendung eines Fluids als ”Kolben” kein Abdichtungsproblem gibt. Aus diesem Grunde lässt sich mit Flüssigkeitskolbenverdichtern eine nahezu isotherme Verdichtung erreichen. Ein weiterer Vorteil eines Flüssigkeitskolbenverdichters ist darin zu sehen, dass ein Phasenübergang bei der Verdichtung vom dampfförmigen zum flüssigen Zustand für derartige Vorrichtungen unproblematisch ist, da der Flüssigkeitskolben auch bei sogenannten ”Flüssigkeitsschlägen” keinen ”mechanischen” Schaden nehmen kann. Vorraussetzung für das Funktionieren eines Flüssigkeitskolbenverdichters ist jedoch die Verwendung nicht mischbarer Fluide.
Die US 2,772,543 sowie die US 1,766,998 beschreiben Kältemaschinenprozesse unter Verwendung von Flüssigkeitskolbenverdichtern und somit Verfahren der eingangs beschriebenen Art. Auch wenn mit diesen Flüssigkeitskolbenverdichtern grundsätzlich eine Annäherung an eine isotherme Verdichtung möglich wäre, fehlt es den Zylindern der vorbekannten Verdichter jedoch an einer besonderen Wärmetauschergeometrie, so dass die Verdichtung bei den bekannten Verfahren in der Praxis mehr oder weniger polytrop verlaufen dürfte.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe oder Kältemaschine so weiter zu entwickeln, dass die Effizienz des Prozesses weiter erhöht wird.
Dieselbe Aufgabe liegt der vorliegenden Erfindung auch in Bezug auf eine Kraftmaschine und in vorrichtungstechnischer Hinsicht mit Bezug auf eine Wärmepumpe und Kältemaschine bzw. Kraftmaschine zugrunde.
Lösung
Im Hinblick auf eine Wärmepumpe oder Kältemaschine wird die vorgenannten Aufgabe, ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art, dadurch gelöst, dass Wärme des nach der Verdichtung gekühlten Kältemittels auf das Kältemittel übertragen wird, bevor dieses wieder dem Flüssigkeitskolbenverdichter zugeführt und somit der Kreisprozess geschlossen wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Wärme, die nach dem Kühlen des verdichteten Kältemittels noch zur Verfügung steht, auf das nach der Entspannung wieder verdampfte Kältemittel übertragen. Durch einen derartigen Vorgang der inneren Wärmeübertragung wird ansonsten ungenutzte Energie nutzbar gemacht. Dieser Vorteil wirkt sich insbesondere bei Wärmepumpen bzw. Kältemaschinen aus, die mit CO₂ als Kältemittel betrieben werden. Die kritische Temperatur von CO₂ liegt bei 31°C. Oberhalb dieser Temperatur ist kein Phasenwechsel zur flüssigen Phase hin mehr möglich, so dass auch keine Fähigkeit des Kältemittels vorliegt, bei gleichbleibender Temperatur allein bedingt durch den Phasenwechsel Wärme abzugeben. Dies hat zur Folge, dass CO₂ auf eine sehr hohe Endtemperatur verdichtet werden muss, damit im weiteren Verlauf des Kreisprozesses die Abwärme an eine Wärmequelle mit festgelegter Temperatur abgegeben werden kann. Die abzugebende Wärme stammt in diesem Fall allein von der Abkühlung des heißen Gases und nicht von einem Phasenwechsel.
Aufgrund dieser thermodynamischen Eigenschaft des CO₂ ist die für die Verdichtung erforderliche Energie wesentlich höher als bei konventionellen, jedoch umweltschädlicheren Kältemitteln, die während des Kreisprozesses zweimal einen Phasenwechsel durchlaufen. Dieser prinzipielle Nachteil des CO₂ als Kältemittel wird durch die Erfindung nunmehr deutlich abgemindert, da durch den Vorgang des inneren Übergangs von Wärme und der isothermen Verdichtung der Prozess thermodynamisch verbessert und somit die Leistungsziffer der betreffenden Kältemaschine oder Wärmepumpe vergrößert wird.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Kältemittel abwechselnd von zwei Flüssigkeitskolbenverdichtern mit jeweils einem Arbeitsraum verdichtet wird, deren gemeinsames Arbeitsfluid alternierend von dem Arbeitsraum des einen Flüssigkeitskolbenverdichters in den Arbeitsraum des anderen Flüssigkeitskolbenverdichters hin- und hergepumpt wird. Auf diese Weise kann eine Vergleichmäßigung des Massenstroms in den übrigen Verfahrensschritten erreicht werden.
Eine weitere Steigerung der Kontinuität lässt sich dadurch erzielen, dass das Kältemittel in einem Hochdruckspeicher zwischengespeichert wird, nachdem es gekühlt wurde und weitere Wärme an das verdampfte Kältemittel übertragen hat.
Derselbe Effekt einer Vergleichmäßigung des Prozesses im Hinblick auf den Kältemittelstrom wird erzielt, wenn das Kältemittel nach der Expansion in einem Niederdruckspeicher zwischengespeichert wird, bevor es anschließend verdampft wird.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren bei Kältemitteln zur Anwendung kommt, die während des Kreisprozesses einen Phasenwechsel durchlaufen, so kann das Kältemittel bereits beim Kühlen während der Verdichtung und/oder beim darauf folgenden Übertragen von Wärme auf das verdampfte Kältemittel und/oder beim anschließenden Kühlen – jeweils eventuell teilweise – kondensieren.
Eine weitere signifikante Effizienzsteigerung lässt sich bei dem in Rede stehenden Verfahren dadurch erzielen, dass das Kältemittel nach der Kühlung und der Wärmeübertragung auf das wieder erwärmte Kältemittel unter Arbeitsleistung in einer Kraftmaschine, insbesondere einer Expansionspumpe oder einer Expansionsturbine, entspannt wird bevor es danach wieder verdampft oder erwärmt wird.
Während bei der nach dem Stand der Technik isenthalp mit Hilfe einer Drossel erfolgenden Entspannung des Kältemittels Energie verloren geht, kann mit Hilfe einer Entspannungsmaschine die vormals ungenutzte Expansionsarbeit genutzt werden. In Verbindung mit der Verdichtung des Kältemittels in einem Flüssigkeitskolbenverdichter lässt sich die von der Expansionsmaschine gewonnene Expansionsarbeit vorteilhafterweise dazu verwenden, die als Arbeitsmedium verwendete Flüssigkeit in den Flüssigkeitskolben zu pumpen. Die aufzubringende Pumparbeit bei der Kältemittelverdichtung wird hiermit reduziert und der Leistungsbedarf der Hydraulikpumpe bzw. die von dieser zu erbringende Hydraulikarbeit vermindert.
Durch entsprechende Gestaltung der Oberflächen des Flüssigkeitskolbenverdichters sowie durch entsprechende Steuerung des Verdichtungsvorgangs (Kompressionsgeschwindigkeit) sollte dem Kältemittel während des Verdichtens in dem Flüssigkeitskolbenverdichter die Wärme derart entzogen werden, dass die Verdichtung isotherm erfolgt. Dabei kann die mittels eines separaten Wärmeträgermediums von dem Kältemittel aus dem Verdichter abgeführte Wärme einer Wärmesenke, d. h. beispielsweise einem Verbraucher in Form einer Fußbodenheizung, zugeführt werden oder anderweitig als Prozesswärme mit niedrigem Temperaturniveau bereitgestellt werden, wobei das Wärmeträgermedium nach der Erwärmung im Flüssigkeitskolbenverdichter in dem Gaskühler für das Kältemittel weiter erwärmt wird.
Im Hinblick auf ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftmaschine, bei dem der Druck eines im flüssigen Zustand befindlichen Kältemittels erhöht, das Kältemittel anschließend erhitzt und in einem nächsten Schritt unter Arbeitsleistung entspannt und dabei verdampft und schließlich in einem Kondensator wieder kondensiert wird, wird die zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, dass das Kältemittel nach der Erhitzung in einem Flüssigkeitskolbenentspanner entspannt wird.
Während das Prinzip des Flüssigkeitskolbens bei Verdichtungsprozessen schon seit über acht Jahrzehnten bekannt ist, wurde dieses Prinzip bislang bei der Expansion von Wärmeträgermedien noch nicht angewendet. Es zeigt aber auch hier beachtliche Vorteile, da in Umkehrung der Verhältnisse beim Verdichtungsvorgang bei der Entspannung des Wärmeträgermediums kontinuierlich Wärme zugeführt werden sollte, um den Expansionsprozess wiederum isotherm durchführen zu können. Im Vergleich mit einem konventionellen polytropen Entspannungsprozess bedarf es somit bei der vorzugsweise isothermen Entspannung in einem Flüssigkeitskolbenentspanner der Zufuhr von Wärme, wobei hierdurch jedoch der Wirkungsgrad des Gesamtprozesses deutlich verbessert wird.
Die Erfindung weiter ausgestaltend ist vorgesehen, dass das Wärmeträgermedium in einem Flüssigkeitskolbenentspanner mit zwei Arbeitsräumen entspannt wird, deren gemeinsames Arbeitsfluid alternierend von dem einen Arbeitsraum in den anderen Arbeitsraum verdrängt wird.
Zur Vergleichmäßigung des Wärmeträgermedium-Massenstroms in Verbindung mit den zyklisch arbeitenden Flüssigkeitskolbenentspannern sollte sowohl vor als auch hinter den Flüssigkeitskolbenentspannern jeweils ein Speicher zwischengeschaltet werden. Während das Wärmeträgermedium in einem Hochdruckspeicher zwischengespeichert werden sollte, nachdem sein Druck in flüssigem Zustand erhöht worden ist, sollte das Wärmeträgermedium nach der Kondensation in einem Niederdruckspeicher zwischengespeichert werden, bevor dann der Druck in flüssigem Zustand wieder erhöht wird.
Das Prinzip der inneren Wärmeübertragung, das weiter oben für den Wärmepumpen- bzw. Kältemaschinenprozess bereits erläutert wurde, lässt sich gewinnbringend auch im Kraftmaschinenprozess einsetzen. In diesem Fall wird Wärme von dem entspannten Arbeitsmedium vor dessen Kondensation auf das zuvor in seinem Druck erhöhte Arbeitsmedium vor dessen weiterer Erhitzung übertragen. Auch hierbei handelt es sich um Wärme, die ansonsten nicht sinnvoll genutzt werden könnte. Wiederum kann eine nicht unerhebliche Effizienzsteigerung durch diese innere Wärmeübertragung erreicht werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftmaschinenprozess wird dem Arbeitsmedium während der Expansion Wärme in dem Maß zugeführt, dass die Expansion isotherm erfolgt, wobei die von einer Wärmequelle gelieferte Wärme mittels eines separaten Wärmeträgermediums dem Arbeitsmedium zugeführt wird und das Wärmeträgermedium nach der Abkühlung im Flüssig keitskolbenentspanner in dem Erhitzer für das Arbeitsmedium weiter abgekühlt und anschließend wieder der Wärmequelle zugeführt wird.
Die pro Stufe wirksame Druckdifferenz bei der Entspannung lässt sich senken und damit der Kraftmaschinenprozess erfindungsgemäß vom Wirkungsgrad her weiter optimieren, wenn das Arbeitsmedium in zwei Stufen unter Verwendung zweier in Reihe hintereinander geschalteter Flüssigkeitskolbenentspanner entspannt wird, wobei mit den Hydraulikfluids der beiden Flüssigkeitskolbenentspanner getrennte Hydraulikkreise betrieben werden, jedoch die mit dem jeweiligen Hydraulikfluid betriebenen Kraftmaschinen miteinander, beispielsweise über eine gemeinsame Welle, gekoppelt sind. Zur Vergleichmäßigung des Massenstroms sollte auch hier pro Stufe jeweils ein Flüssigkeitskolbenverdichter mit zwei Arbeitsräumen eingesetzt werden, so dass insgesamt vier Arbeitsräume alternierend Verwendung finden.
Ausgehend von einer Wärmepumpe oder Kältemaschine mit einem Flüssigkeitskolbenverdichter zur Verdichtung eines Kältemittels unter Wärmeabgabe an ein von dem Kältemittel stofflich getrenntes Wärmeträgermedium, einem Kühler zur Absenkung der Temperatur des verdichteten Kältemittels, einer Druckerniedrigungseinrichtung zur Entspannung des Kältemittels, einem Erwärmer zur Anhebung der Temperatur des entspannten Kältemittels sowie die vorgenannten Komponenten miteinander verbindenden Leitungen, so dass das Kältemittel im Kreislauf führbar ist, wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch einen Wärmeübertrager gelöst, mittels dessen Wärme von dem den Kühler verlassenden Kältemittel auf das den Erwärmer verlassenden Kältemittel übertragbar ist.
Mit Hilfe eines derartigen sogenannten ”inneren Wärmeübertragers” lasst sich die Effizienz des Kreisprozesses steigern, da ansonsten ungenutzte Energie nutzbringend verwendet wird. Dies gilt insbesondere für die Verwendung von CO₂ als Kältemittel entsprechend den bereits weiter oben geschilderten Vorteilen.
Die Erfindung weiter ausgestaltend wird vorgeschlagen, dass die Druckerniedrigungseinrichtung eine Kraftmaschine, insbesondere eine Expansionspumpe oder Expansionsturbine ist, die zwischen dem Kühler und dem Erwärmer angeordnet ist. Der aparative Aufwand ist dabei besonders niedrig, wenn als Expansionspumpe eine Freikolbenpumpe mit selbstschaltenden Ventilen verwendet wird.
Um die von der Expansionsmaschine gewonnene Leistung unmittelbar zur Durchführung des Kreisprozesses zu verwenden, kann eine Wirkverbindung, insbesondere eine mechanische Kopplung beispielsweise über eine Welle, zwischen der Kraftmaschine beim Entspannen des Kältemittels und einer Hydraulikpumpe bestehen, mit der ein Hydraulikfluid in einen Arbeitsraum des Flüssigkolbenverdichters pumpbar ist.
Wird von einer Kraftmaschine mit einer Druckerniedrigungseinrichtung für ein Arbeitsmedium, einem Kühler zur Absenkung der Temperatur des Arbeitsmediums, einer Pumpe zur Erhöhung des Drucks des Arbeitsmediums, einem Erwärmer zur Anhebung der Temperatur des Arbeitsmediums mindestens bis zur Verdampfungstemperatur und die vorgenannten Komponenten verbindenden Leitungen, so dass das Arbeitsmedium in einen Kreislauf führbar ist, ausgegangen, so wird die zugrunde liegende Aufgabe ferner auch dadurch gelöst, dass die Druckerniedrigungseinrichtung ein Flüssigkeitskolbenentspanner ist.
Auf diese Weise erfolgt eine Umsetzung des bereits weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Kraftmaschinenprozesses in einer zu dessen Durchführung geeigneten Maschine.
Wenn zusätzlich zu einer isothermen Entspannung der Wirkungsgrad der Kraftmaschine weiter gesteigert werden soll, kann ein innerer Wärmeübertrager vorgesehen werden, mittels dessen Wärme von dem die Druckerniedrigungseinrichtung verlassenden Arbeitsmedium auf das die Pumpe verlassende Arbeitsmedium übertragbar ist.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele, anhand derer der Wärmepumpenprozess bzw. Kraftmaschinenprozess gemäß der Erfindung dargestellt ist, näher erläutert.
Es zeigt:
1 einen Wärmepumpen-/Kältemaschinenprozess nach dem Stand der Technik in einem T-s-Diagramm mit dem Kältemittel R 134 a und isothermer Verdichtung mittels eines Flüssigkolbenverdichters,
2 wie 1, jedoch mit dem Kältemittel CO₂,
3 einen erfindungsgemäßen Prozess in einem T-s-Diagramm mit dem Kältemittel R 134 a mit innerem Wärmeübertrager und arbeitsleistender Expansion,
4 wie 3, jedoch mit dem Kältemittel CO₂,
5 eine schematische Anlagendarstellung einer Wärmepumpe/Kältemaschine mit innerem Wärmeübertrager und ohne Expansionspumpe,
6 wie 5, jedoch mit Expansionspumpe,
7 einen Kraftmaschinenprozess nach dem Stand der Technik in einem T-s-Diagramm,
8 einen erfindungsgemäßen Kraftmaschinenprozess in einem T-s-Diagramm mit isothermer Entspannung mittels eines Flüssigkeitskolbenentspanners und einem inneren Wärmeübertrager,
9 eine schematische Anlagendarstellung einer Kraftmaschine mit Flüssigkeitskolbenentspanner und innerem Wärmeübertrager und
10 wie 9, jedoch mit zweistufiger Entspannung in zwei in Reihe geschalteten Flüssigkeitskolbenentspannern.
Eine in dem Anlagenschaubild gemäß 5 schematisch dargestellte Wärmepumpe/Kältemaschine 1 weist in dem Kreislauf des Kältemittels (hier: CO₂) einen Flüssigkeitskolbenverdichter 2, einen Gaskühler 3/Kondensator einen inneren Wärmeübertrager 4, einen Hochdruckspeicher 5, ein elektronisches Expansionsventil 6, einen Niederdruckspeicher 7, einen Verdampfer 8 sowie Rückschlagventile 9 bis 12 auf. Folgender Prozess läuft dabei in Form eines Kreislaufs durch die vorgenannten Komponenten und die sie miteinander verbindenden Leitungen ab:
Das in dem Flüssigkeitskolbenverdichter isotherm verdichtete CO₂, wird über eine Leitung 13 dem Gaskühler 3 zugeführt, in dem es je nach Verdichtungsendtemperatur des Kältemittels zu einer Kondensation kommen kann. Aufgrund der vergleichsweise niedrigen kritischen Temperatur des CO₂ (31°C) findet jedoch typischerweise weder bei der Verdichtung noch in dem nachgeschalteten Gaskühler 3/”Kondensator” eine Kondensation statt, das heißt das Nassdampfgebiet wird in diesen Prozessschritten nicht erreicht.
Nachdem also das gekühlte CO₂ über eine Leitung 1 den inneren Wärmeübertrager 4 erreicht hat, wird dort Wärme auf das Kältemittel übertragen, nachdem es den Verdampfer 8 verlassen hat. Über eine weitere Leitung 15 gelangt das Kältemittel von dem inneren Wärmeübertrager in einen Hochdruckspeicher 5, von dem es durch eine Leitung 16 zu dem elektronischen Expansionsventil gelangt, in dem eine isenthalpe Entspannung des Kältemittels stattfindet, das während der Entspannung in das Nassdampfgebiet eintritt. Über eine Leitung 17 gelangt das entspannte Kältemittel in den Niederdruckspeicher 7, von wo aus es über eine Leitung 18 in den Verdampfer gelangt und dort unter Wärmeaufnahme verdampft. Anschließend wird das Kältemittel über ein Leitung 18 zu dem bereits zuvor erwähnten inneren Wärmeübertrager 4 geführt und dort erwärmt, bevor es über die Leitung 19 wieder zu dem Flüssigkeitskolbenverdichter 2 zurückströmt.
Der Flüssigkeitskolbenverdichter 2 besitzt zwei jeweils einen Arbeitsraum definierenden Zylinder 20, 21 die parallel zueinander geschaltet sind. Von der Leitung 19 zweigt die Zuströmleitung 22 des Zylinders 20 ab, in der das Rückschlagventil 10 angeordnet ist, das lediglich einen Zustrom in den Zylinder 20 erlaubt. Über die Leitung 23, in der sich das lediglich ein Abströmen erlaubende Rückschlagventil 9 befindet, gelangt das Kältemittel aus dem Zylinder 20 in die Leitung 13 und somit wieder in den Gaskühler 3/Kondensator.
Zylinder 21 ist über eine dem Zuströmen dienende Leitung 24 an die Leitung 19 angeschlossen und über die dem Abströmen dienende Leitung 25 an die Leitung 13. Auch hier erlauben die Rückschlagventile 11 und 12 lediglich ein Zuströmen bzw. Abströmen des Kältemittels.
An der Unterseite der Zylinder 21 und 22 sind jeweils Hydraulikleitungen 24 und 25 angeschlossen, die in jeweils einen durch das Innere der Zylinder 20, 21 gebildeten Arbeitsraum 26, 27 münden. Im Inneren der Arbeitsräume 26, 27 befindet sich unten jeweils das Hydraulikfluid, über dessen Spiegel S sich das mehr oder weniger stark komprimierte Kältemittel befindet. Das Hydraulikfluid ist so ausgewählt, dass es mit dem Kältemittel weder mischbar ist noch sich darin löst.
Die Hydraulikleitungen 24 und 25 führen zu einem Vier-Wege-Hydraulikventil 28, von dem wiederum zwei Hydraulikleitungen 29, 30 abgehen, die auf der Saug- bzw. Druckseite einer Hydraulikpumpe 31 angeschlossen sind. Je nach Schaltstellung des Vier-Wege-Hydraulikventils 28, wird nunmehr Hydraulikfluid drucklos aus einem der beiden Zylinder 20, 21 entnommen und unter Druck in den jeweils anderen der beiden Zylinder 20, 21 gepumpt, wodurch in letzterem Zylinder ein Verdichtungshub ausgeführt wird, wohingegen in dem anderen Zylinder das verdampfte und vorerwärmte Kältemittel angesaugt wird.
Beide Zylinder 20, 21 sind an Ihrer Außenseite von einem Doppelmantel 32 bis 33 umgeben und in ihrem Innern mit einem Wärmetauscherbündel 34, 35 versehen. Die Doppelmantel 32 bis 33 bzw. Wärmetauscherbündel 34, 35 sind an Abführleitungen 36, 37 sowie Zufuhrleitungen 38, 39 angeschlossen.
Das beim Verdichtungsvorgang erwärmte Wärmeträgermedium wird nach Passieren eines in der jeweiligen Schaltstellung befindlichen Drei-Wege-Ventils 39 von einer Umwälzpumpe 40 zu einem Verbraucher 41 geführt, bei dem es sich beispielsweise um eine Fußbodenheizung oder um einen Verbraucher von Prozesswärme auf niedrigem Temperaturniveau handeln kann. Vom Verbraucher gelangt das abgekühlte Wärmeträgermedium zu dem Gaskühler 3 von dem es bereits vorgewärmt wird, um anschließend wieder dem Flüssigkeitskolbenverdichter 2 zugeführt zu werden, wo es im Zuge der isothermen Verdichtung des Kältemittels wieder erwärmt wird und sich sein Kreislauf somit schließt. Das Wärmeträgermedium wird in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Drei-Wege-Ventils 39 jeweils nur durch den jenigen Zylinder 20 bzw. 21 geleitet, in dem gerade die isotherme Verdichtung des Kältemittels stattfindet.
Die alternative Ausführungsform einer Wärmepumpe/Kältemaschine 1', wie sie in 6 dargestellt ist, verfügt zusätzlich zu den Komponenten der in 5 gezeigten Wärmepum pe/Kältemaschine über eine Expansionspumpe 42, die anstelle des Expansionsventils 6 verwendet wird. Das aus dem Hochdruckspeicher 5 entnommene Kältemittel wird mithilfe der als Freikolbenpumpe ausgeführten Expansionspumpe 42 entspannt, bevor das entspannte Kältemittel wieder dem Niederdruckspeicher zugeführt wird und der Prozess über die Verdampfung, Vorerwärmung auf Kondensationstemperatur, isotherme Verdichtung und Kühlung identisch abläuft wie in 5.
Im Gegensatz zum Expansionsventil, in dem eine isenthalpe Entspannung stattfindet, wird bei der Entspannung in der Expansionspumpe Arbeit frei, die beispielsweise dadurch genutzt werden kann, dass eine Wirkverbindung zwischen der Expansionspumpe 42 und der Hydraulikpumpe 31 hergestellt wird, um deren Leistungsbedarf beim Pumpen des Hydraulikfluids zum Verdichten des Kältemittels zu reduzieren. Insgesamt kann somit mithilfe der Expansionspumpe 42 die Leistungszahl der Wärmepumpe/Kältemaschine 1' nochmals verbessert werden.
Der Effekt des inneren Wärmetauschers 4 im Kältemittelkreislauf soll anhand einer Gegenüberstellung der Kreisprozesse jeweils in einem T-s-Diagramm veranschaulicht werden. 3, die den Prozess in der Wärmepumpe/Kältemaschine 1, 1' gemäß den 5 und 6 veranschaulicht, zeigt wie das Kältemittel ausgehend von Punkt A isotherm bis zu Punkt B verdichtet wird. Dabei schneidet die idealisiert, horizontal verlaufende Linie A-B die Nassdampflinie 43, deren rechts des Maximums 44 gelegener Abschnitt als Taulinie 45 und deren links des Maximums 44 gelegener Abschnitt 46 als Siedelinie bezeichnet wird. Ab dem Schnittpunkt 47 zwischen Taulinie 45 und Linie A-B befindet sich das Kältemittel somit im Nachdampfgebiet. Ausgehend von Punkt B wird das Kältemittel in dem inneren Wärmeübertrager 4 (5 und 6) isobar entlang Siedelinie 46 abgekühlt bis Punkt C erreicht wird. Im Falle der Expansionspumpe 42 (6) wird das Kältemittel nunmehr polytrop entspannt und gelangt somit zu Punkt D mit entsprechend erniedrigter Temperatur. Ohne Expansionspumpe, das heißt was Drosselung über ein Expansionsventil (5) wird entlang der gestrichelt dargestellten Linie der Punkt D' erreicht, der sich durch eine größere Entropie – bedingt durch die isenthalpe Entspannung – auszeichnet.
Von Punkt D oder D' findet eine Verdampfung des Kältemittels (bei gleichbleibender Temperatur) statt, bis auf der Taulinie 45 der Punkt E erreicht wird. Von diesem Punkt ausgehend wird das Kältemittel im inneren Wärmetauscher 4 wiederum isobar erwärmt, um schließlich wieder den Zustandspunkt A zu erreichen, womit der Kreisprozess geschlossen ist.
Demgegenüber wird bei einem konventionellen Kältemaschinen-/Wärmepumpenprozess mit isothermer Verdichtung, jedoch ohne inneren Wärmeübertrager, das verdichtete Kältemittel, ausgehend von dem auf der Siedelinie 46 liegenden Punkt b isenthalp entspannt. Anschließend wird Punkt d auf derselben Isotherme erreicht, wie sie auch beim Verdampfen vorliegt, wenn das Medium zuvor in einem inneren Wärmeübertrager abgekühlt wurde. Darüber hinaus verläuft der Prozess ohne inneren Wärmeübertrager ausgehend von Punkt e auf der Taulinie steiler nach oben auf die ”obere Isotherme” entlang der auch bei Existenz eines inneren Wärmeübertragers bis zu Punkt b bzw. B verdichtet würde. Um die beiden Prozesse besser vergleichbar zu machen, sind auch in dem Diagramm gemäß 3 die Zustandspunkte a, b, d, e eingetragen und gestrichelt, auch die Linien b-d sowie e-a.
Während die 1 und 3 die Kreisprozesse mit R 134 A als Kältemittel zeigen, bilden die 2 und 4 eine Gegenüberstellung der Prozesse bei Verwendung von CO₂ als Kältemittel. Es wird deutlich, dass durch den inneren Wärmeübertrager 4 (5 und 6) die Entspannung von einem niedrigeren Temperaturniveau (Punkt C') aus startet, als dies in b' ohne inneren Wärmetauscher der Fall ist. Bei CO₂ als Kältemittel wird weder bei dem in 2 dargestellten Prozess gemäß dem Stand der Technik noch bei dem in (4) dargestellten erfindungsgemäßen Prozess während der isothermen Verdichtung das Nassdampfgebiet erreicht. Die Linie A'-B' sowie die Linie a'-b' befinden sich oberhalb der Nassdampflinie des CO₂. Das Nassdampfgebiet wird erst bei der Entspannung erreicht, wobei ohne Nutzung der Expansionsarbeit bei einer isenthalpen Entspannung der Punkt D'* erreicht wird, wohingegen bei Verwendung einer Expansionspumpe eine polytrope Entspannung erzielt wird, die steiler verläuft als die Linie C'-D'* und zu Punkt D' auf derselben Isothermen führt. Der besseren Vergleichbarkeit halber sind in 4 auch die Punkte a', b', d', e' aus 2 eingetragen und in 3 auch die Punkte a, b, d, e.
In 9 ist schematisch das Anlagenschaubild einer Kraftmaschine 50 dargestellt. Diese besteht in dem Kreislauf des Arbeitsmediums (Arbeitsmedium ist beispielsweise Wasser) aus den folgenden Komponenten: Eine Umwälzpumpe 51 für das flüssige Wasser fördert dieses in einen Hochdruckspeicher 52, von dem das Wasser in einem inneren Wärmeübertrager 53 vorerhitzt wird, um anschließend in einem Erhitzer 54 weiter erhitzt zu werden. Unter hohem Druck stehendes Wasser wird mithilfe eines Flüssigkeitskolbenentspanners 55 auf einen niedrigen Druck entspannt, wobei der Vorgang der Entspannung isotherm abläuft, indem dem Wasser während des Entspannungsprozesses Wärme zugeführt wird. Anschließend gelangt der entspannte, aber noch heiße Wasserdampf in den inneren Wärmeübertrager 53, um seine Wärme an das unter hohem Druck stehende Wasser abzugeben. Nach dieser Wärmeübertragung wird der Dampf in einem Kondensator 56 gekühlt und zumindest teilweise kondensiert, bevor das Wasser in einen Niederdruckspeicher 57 gelangt, von dem aus es wiederum von der Umwälzpumpe 51 angesaugt wird, wodurch sich der Kreislauf schließt.
Wie im Falle des Flüssigkeitskolbenverdichters bei der Wärmepumpe/Kältemaschine gemäß den 5 und 6 sind auch bei dem Flüssigkeitskolbenentspanner 55 die beiden Zylinder 58, 59 als Wärmetauscher ausgebildet, das heißt jeweils mit inneren Rohrbündeln 60, 61 sowie einem äußeren Doppelmantel 62, 63 versehen. Durch die hohlen Bündel 60, 61 und die Doppelmantel 63, 63 fließt während des Entspannungsvorgangs ein Wärmeträgermedium, nämlich Thermoöl in einem separaten Kreislauf. Die bei der isothermen Entspannung benötigte Wärme wird von einer Wärmequelle 60 in Form eines Brenners mit einem Kessel erzeugt und über eine Umwälzpumpe 61 dem jeweiligen Zylinder 58 bzw. 59 des Flüssigkeitskolbenentspanners 55 zugeführt. In Abhängigkeit davon, in welchem der beiden Zylinder 58, 59 gerade die Entspannung stattfindet, schaltet ein Drei-Wege-Ventil 62 den gerade benötigten Strang des Thermoölkreislaufs frei. Nach der Wärmeabgabe von dem Thermoöl an den im Inneren der Zylinder 58, 59 befindliche Wasserdampf wird das Thermoöl zu dem Erhitzer 4 geführt, wo es nochmals Wärme an das unter hohem Druck stehende Wasser abgibt, bevor es zurück zu der Wärmequelle 60 geführt wird, wodurch auch der Thermoölkreislauf geschlossen wird.
Ein dritter fluidischer Kreislauf wird gebildet von einem Hydraulikfluid, das sich jeweils im unteren Abschnitt der Zylinder 58, 59 befindet und dort einen Flüssigkeitsspiegel S bildet, der als Flüssigkeitskolben wirkt. Ausgehend von einem Zustand, in dem beispielsweise der gesamte Innenraum des Zylinders 58 mit Hydraulikfluid gefüllt ist, wird dieses nach Öffnen des Motorventils 63 durch den Eintritt des erhitzten und unter hohem Druck stehenden Wassers sukzessive nach unten verdrängt, wobei über den Thermoölkreislauf fortlaufend Wärme auf den sich bildenden Wasserdampf übertragen wird. Ein Vier-Wege-Hydraulikventil 67 ist so geschaltet, dass das Hydraulikfluid durch eine Leitung 68 über einen Wärmetauscher 69 und eine Leitung 70 zu einer Turbine 71 geführt wird, wo Hydraulikfluid unter Druckabbau Arbeit verrichtet, um unter niedrigerem Druck über die Leitung 70 wiederum den Wärmetauscher 69 sowie die Leitungen 73 und 74 in den anderen Zylinder 79 geführt zu werden, um dort ein Ausschieben des im Zyklus zuvor in diesen Zylinder 59 entspannten Wasserdampfes zu bewirken. Nach einem Umschalten des Drei-Wege-Ventils 62 sowie sämtlicher vier Motorventile 63 bis 66, sowie des Vier-Wege-Hydraulikventils 67 findet die isotherme Entspannung in dem anderen Zylinder 59 statt und das Hydraulikfluid strömt im quasi-drucklosen Zustand in den anderen Zylinder 58 zurück. Die Turbine 71 ist mit einem Generator 74 zur Erzeugung von elektrischem Strom gekoppelt. Der Wärmetauscher 69 dient dazu, die erhöhte Temperatur des Hydraulikfluids, das aus dem Zylinder kommt, in dem gerade der Wasserdampf entspannt wird, noch vor der Turbine 71 an das aus dieser zurück strömende Hydraulikfluid zu übertragen, um die Wärmeverluste in der Turbine gering zu halten und die Wärme möglichst nur von einem Zylinder in den jeweils anderen Zylinder ”hin und her zu schieben”.
Anhand der 7 und 8 sollen nachfolgend jeweils im T-s-Diagramm ein Kraftmaschinenprozess nach dem Stand der Technik mit einer Entspannung des Wasserdampfes in einer Turbine mit dem erfindungsgemäßen Kraftmaschinenprozess mit isothermer Expansion sowie zusätzlich einem inneren Wärmeübertrager verglichen werden. Bei dem in 7 gezeigten konventionellen, einstufigen Kraftwerksprozess wird das Wasser, ausgehend von dem auf der Siedelinie 75 liegenden Punkt I, zunächst entlang der Siedelinie 75 bis zu dem Punkt I' erwärmt, bei dem die Verdampfung beginnt. Bis zum Punkt I'' erfolgt die Wärmezufuhr durch den Phasenwechsel isotherm, wobei nach Verlassen des Nassdampfgebiets (Punkt I'') eine Überhitzung bis zum Punkt II stattfindet. Von dort aus wird der heiße Dampf in einer Turbine polytrop expandiert, wobei Punkt III im Nassdampfgebiet erreicht wird. Im folgenden Kondensator gibt der kondensierende Dampf bei gieichbleibender Temperatur Wärme ab, bis Punkt IV auf der Siedelinie erreicht ist. Die anschließende Druckerhöhung des wieder flüssigen Wassers hin zu Punkt I ist im Diagramm nicht sichtbar.
Dem gegenüber wird bei dem erfindungsgemäßen Kraftwerksprozess das erhitzte und unter hohem Druck stehende Wasser ausgehend von dem auf der Siedelinie 75 liegenden Punkt I isotherm entspannt, bis Punkt II erreicht wird. Von dort aus wird dem noch sehr heißen Dampf in dem inneren Wärmeübertrager 53 (9) die Wärme entzogen, bis Punkt III auf der Taulinie 76 erreicht wird. Der Wasserdampf kondensiert nunmehr im Kondensator 56 vollständig aus; das im flüssigen Zustand vorliegende Wasser wird durch Punkt IV auf der Siedelinie 75 repräsentiert. Die nunmehr erfolgende Druckerhöhung durch die Umwälzpumpe 51 ist im T-s-Diagramm praktisch nicht sichtbar, da keine merkliche Änderung der Temperatur bzw. der Entropie eintritt, weshalb die Punkte IV und V beim vorliegenden Maßstab quasi zusammenfallen.
Ausgehend von Punkt V wird das Wasser nunmehr im inneren Wärmeübertrager 53 isobar entlang der Siedelinie erwärmt, bis Punkt VI erreicht ist. Von hier aus sorgt der Erhitzer 54 für die weitere Erwärmung des Wassers, bis sich der Kreislauf in Punkt I auf der Siedelinie 75 wieder schließt. Das Integral unter der Linie II-III entspricht dem Integral unter der Linie V-VI, sofern im inneren Wärmeübertrager keine Verluste auftreten.
Schließlich soll anhand der 10 noch ein schematisches Anlagenschaubild erläutert werden, das einen Kraftmaschinenprozess mit zweistufiger Entspannung repräsentiert. Um die wirksame Druckdifferenz pro Stufe zu verringern, wird das in dem Erhitzer 54 erhitzte und unter hohem Druck stehende Wasser zunächst in einem Hochdruck-Flüssigkeitskolbenentspanner 55' (geringeres Bauvolumen) und anschließend in einem Niederdruck-Flüssigkeitskolbenentspanner 55'' (größeres Bauvolumen) entspannt. Dabei wird dem entspannten Wärmeträgermedium (Wasser) jeweils die erforderliche Wärme zugeführt, um die Expansion isotherm ablaufen zu lassen. Die Arbeitsmedien der beiden Flüssigkeitskolbenentspanner 55', 55'' befinden sich in hydraulisch getrennten Kreisläufen und versorgen über zwei Vier-Wege-Hydraulikventile zwei Turbinen 71', 71'', die über gekoppelte Wellen auf einen gemeinsamen Generator 74 wirken.

1, 1': Wärmepumpe/Kältemaschine
2: Flüssigkeitskolbenverdichter
3: Gaskühler/Kondensator
4: Innerer Wärmeübertrager
5: Hochdruckspeicher
6: Expansionsventil
7: Niederdruckspeicher
8: Verdampfer
9: Rückschlagventil
10: Rückschlagventil
11: Rückschlagventil
12: Rückschlagventil
13: Leitung
14: Leitung
15: Leitung
16: Leitung
17: Leitung
18: Leitung
19: Leitung
20: Zylinder
21: Zylinder
22: Leitung
23: Leitung
24: Hydraulikleitung
25: Hydraulikleitung
26: Arbeitsraum
27: Arbeitsraum
28: Vier-Wege-Hydraulikventil
29: Hydraulikleitung
30: Leitung
31: Hydraulikpumpe
32: Doppelmantel
33: Doppelmantel
34: Wärmetauscherbündel
35: Wärmetauscherbündel
36: Abfuhrleitung
37: Abfuhrleitung
38: Zufuhrleitung
39: Drei-Wege-Ventil
40: Umwälzpumpe
41: Verbraucher
42: Expansionspumpe
43: Nassdampflinie
44: Maximum
45: Taulinie
46: Siedelinie
47: Schnittpunkt
50, 50': Kraftmaschine
51: Umwälzpumpe
52: Hochdruckspeicher
53: Innerer Wärmeübertrager
54: Erhitzer
55, 55', 55'': Flüssigkeitskolbenentspanner
56: Kondensator
57: Niederdruckspeicher
58: Zylinder
59: Zylinder
60: Wärmequelle
61: Umwälzpumpe
62: Drei-Wege-Ventil
63: Motorventil
64: Motorventil
65: Motorventil
66: Motorventil
67, 67', 67'': Vier-Wege-Hydraulikventil
68: Leitung
69: Wärmetauscher
70: Leitung
71, 71', 71'': Turbine
72: Leitung
73: Leitung
74: Generator
75: Siedelinie
76: Taulinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2772543 [0004]
- US 1766998 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe oder Kältemaschine (1, 1') bei dem ein Kältemittel mittels eines Flüssigkeitskolbenverdichters (2) verdichtet, anschließend gekühlt und eventuell kondensiert und danach expandiert wird und in einem nächsten Schritt verdampft und schließlich wieder dem Flüssigkeitskolbenverdichter (2) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme des nach der Verdichtung vorgekühlten Kältemittels auf das verdampfte Kältemittel übertragen wird, bevor dieses wieder dem Flüssigkeitskolbenverdichter (2) zugeführt und somit der Kreisprozess geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskolbenverdichter (2) zwei voneinander getrennte Arbeitsräume aufweist und dass das Kältemittel abwechselnd in einem der beiden Arbeitsräume verdichtet wird, deren gemeinsames Hydraulikfluid alternierend von dem einen Arbeitsraum (26, 27) in den andren Arbeitsraum (26, 27) hin und her gepumpt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel in einem Hochdruckspeicher (5) zwischengespeichert wird, nachdem es gekühlt wurde und weitere Wärme an das verdampfte Kältemittel übertragen hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel nach der Expansion in einem Niederdruckspeicher (7) zwischengespeichert wird, bevor es anschließend verdampft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel beim Kühlen und/oder beim Übertragen von Wärme auf das verdampfte Kältemittel und/oder bei der Verdichtung kondensiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel nach der Kühlung und der Wärmeübertragung auf das verdampfte Kältemittel unter Arbeitsleistung in einer Kraftmaschine, insbesondere einer Expansionspumpe (42) oder einer Expansionsturbine entspannt wird, bevor es verdampft oder erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kältemittel während des Verdichtens in dem Flüssigkeitskolbenverdichter (2) Wärme derart entzogen wird, dass die Verdichtung isotherm erfolgt und dass die mittels eines separaten Wärmeträgermediums von dem Kältemittel abgeführte Wärme einer Wärmesenke zugeführt wird, wobei das Wärmeträgermedium nach der Erwärmung in dem Flüssigkeitskolbenverdichter (2) in dem Kühler (3) für das Kältemittel weiter erwärmt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Kraftmaschine (50, 50') bei dem der Druck eines im flüssigen Zustand befindlichen Arbeitsmediums erhöht, das Arbeitsmedium anschließend erhitzt wird und in einem nächsten Schritt unter Arbeitsleistung entspannt und dabei verdampft wird und anschließend in einem Kondensator (56) wieder kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium nach der Erhitzung in einem Flüssigkeitskolbenentspanner (55, 55', 55'') isotherm entspannt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskolbenentspanner (55, 55', 55'') zwei voneinander getrennte Arbeitsräume aufweist und dass das Arbeitsmedium abwechselnd in beiden Arbeitsräumen entspannt wird, deren gemeinsames Hydraulikfluid alternierend von dem einen Arbeitsraum in den anderen Arbeitsraum unter Arbeitsleistung verdrängt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium in einem Hochdruckspeicher (52) zwischengespeichert wird, nachdem sein Druck im flüssigen Zustand erhöht worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium nach oder vor der Kondensation in einem Niederdruckspeicher (57) zwischengespeichert wird, bevor sein Druck im flüssigen Zustand erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass Wärme von dem entspannten Arbeitsmedium vor dessen Kondensation auf das zuvor in seinem Druck erhöhte Wärmeträgermedium vor dessen weiterer Erhitzung übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Arbeitsmedium während der Expansion Wärme derart zugeführt wird, dass die Expansion isotherm erfolgt und dass die von einer Wärmequelle (60) gelieferte Wärme mittels eines Wärmeträgermediums dem gerade entspannten Arbeitsmedium zugeführt wird, wobei das Wärmeträgermedium nach der Abkühlung im Flüssigkeitskolbenentspanner (55) in dem Erhitzer (54) für das Arbeitsmedium weiter abgekühlt und anschließend wieder der Wärmequelle (60) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium in zwei Stufen unter Verwendung zweier in Reihe geschalteter Flüssigkeitskolbenentspanner (55, 55', 55'') entspannt wird, wobei mit den Hydraulikfluids der beiden Flüssigkeitskolbenentspanner (55, 55', 55'') getrennte Arbeitskreise betrieben werden, wobei jedoch die mit dem jeweiligen Arbeitsmedium betriebenen Kraftmaschinen miteinander gekoppelt sind.
Wärmepumpe oder Kältemaschine (1, 1') mit – einem Flüssigkeitskolbenverdichter (2) zur Verdichtung eines Kältemittels unter Wärmeabgabe an ein von dem Kältemittel stofflich getrenntes Wärmeträgermedium, – einem Kühler (3) zur Absenkung der Temperatur des verdichteten Kältemittels, – einer Druckerniedrigungseinrichtung zur Entspannung des gekühlten Kältemittels, – einem Verdampfer (8) zur Verdampfung des entspannten Kältemittels sowie – die vorgenannten Komponenten verbindenden Leitungen, so dass das Kältemittel im Kreislauf führbar ist, gekennzeichnet durch einen Wärmeübertrager, mittels dessen Wärme von dem den Kühler verlassenden Kältemittel auf das den Verdampfer verlassenden Kältemittel übertragbar ist.
Wärmepumpe oder Kältemaschine (1, 1') dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerniedrigungseinrichtung eine Kraftmaschine, insbesondere eine Expansionspumpe (43) oder eine Expansionsturbine ist, die zwischen dem Kühler (3) und dem Verdampfer (8) angeordnet ist.
Wärmepumpe oder Kältemaschine (1, 1') nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionspumpe (4) eine Freikolbenpumpe mit selbstschaltenden Ventilen ist.
Wärmepumpe oder Kältemaschine (1, 1'), gekennzeichnet durch eine Wirkverbindung, insbesondere eine mechanische Kopplung, zwischen der beim Entspannen des Kältemittels wirksamen Kraftmaschine und einer Hydraulikpumpe (31), mit der ein Hydraulikfluid in einen Arbeitsraum des Flüssigkeitskolbenverdichters (2) pumpbar ist.
Kraftmaschine (50, 50') mit – einer Druckerniedrigungseinrichtung für ein Arbeitsmedium, – einem Kondensator (56) zur Kondensation der Temperatur des entspannten Arbeitsmediums, – einer Pumpe (51) zur Erhöhung des Drucks des gekühlten Wärmeträgermediums, – einem Erhitzer (54) zur Anhebung der Temperatur des Wärmeträgermediums mindestens bis zur Verdampfungstemperatur, sowie – die vorgenannten Komponenten verbindenden Leitungen, so dass das Wärmeträgermedium im Kreislauf führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerniedrigungseinrichtung ein Flüssigkeitskolbenentspanner (55, 55', 55'') ist.
Kraftmaschine (50, 50') nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch einen Wärmeübertrager (53) mittels dessen Wärme von dem die Druckerniedrigungseinrichtung verlassenden Arbeitsmedium auf das die Pumpe (51) verlassende Wärmeträgermedium übertragbar ist.