DE3503863A1 - Anlage mit einem waerme aufnehmenden und waerme abgebenden prozessteil sowie einem eine absorbereinrichtung enthaltenden waermeversorgungsteil - Google Patents

Description

11712 Dr.v.B/Schä/2

Professor Dr. Georg Alefeld,
Josef-Raps-Strasse 3, 8000 München 40

Anlage mit einem Wärme aufnehmenden und Wärme abgebenden Prozeßteil sowie einem eine Absorbereinrichtung enthaltenden Wärmeversorgungsteil

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage mit einem Prozeßteil, der Eingangswärmeenergie in mindestens einem Eingangswärmetemperaturbereich benötigt und von dem Ausgangswärmeenergie in mindestens einem Ausgangswarmetemperaturbereich, der tiefer liegt, als der Eingangswärmetemperaturbereich, abgeführt werden muß, und mit einem Wärmeversorgungsteil, der eine Absorbereinrichtung und eine Betriebsenergieversorgung enthält.

Viele Prozesse, insbesondere Stofftrennprozesse, benötigen Eingangswärmeenergie bestimmter Temperatur(en) und geben Ausgangs- oder Abwärme niedrigerer Temperatur(en) ab. Oft, z. B. bei Destillationsprozessen, wie der Meerwasserentsalzung, ist der Abstand zwischen der Eingangs temperatur und der Abwärmetemperatur relativ klein, oft nur wenige Kelvin, und es wäre daher äußerst unwirtschaftlich, die Abwärme zu verwerfen. Ein bekanntes Verfahren zur Nutzbarmachung der Abwärme bei Destil-

lationsprozessen ist die sogenannten Brüdenkompression, d.h. der bei der Destillation entstehende Dampf wird mittels eines mechanischen Kompressors verdichtet, so daß er bei einer höheren Temperatur kondensiert und die dabei entstehende Kondensationswärme als Eingangswärme genutzt werden kann. Es sind auch Anlagen zur Brüdenkompression bekannt, die einen Wärmetransformator enthalten (DE-A-3016406). Nachteilig an der Brüdenkompression ist, daß mechanische Kompressoren hochwertige Antriebsenergie benötigen, einen hohen Wartungsaufwand erfordern und geräuschvoll arbeiten.

Aus der US-A-44 02 795 ist es bekannt, die von einer Stofftrennanlage abgegebene Abwärme oder Ausgangswärmeenergie einem Wärmetransformator zuzuführen, der die Temperatur dieser Ausgangswärmeenergie soweit erhöht, daß sie als Eingangswärmeenergie der Anlage verwendet werden kann.

Aus der US-A-43 50 571 ist es bekannt, einer Stofftrennanlage die zum Betrieb notwendige Wärmeenergie über eine Absorber-Wärmepumpe zuzuführen.

Auch die mit einem Wärmetransformator oder einer Wärmepumpe arbeitenden bekannten Einrichtungen haben gewisse Nachteile. Bei Verwendung eines Wärmetransformators muß der Anlage ein relativ großer Teil der zu ihrem Betrieb erforderlichen Betriebsenergie direkt in Form von hochwertiger primärer Betriebswärmeenergie zugeführt werden. Bei Verwendung einer Wärmepumpe ergibt sich andererseits unter sonst vergleichbaren Verhältnissen im ganzen ein schlechterer Ausnutzungsgrad der primären Betriebsenergie als bei Verwendung eines Wärmetransformators.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art anzugeben, die zu ihrem Betrieb nur relativ wenig hochwertige primäre Betriebsenergie benötigt und nur minderwertige Niedertemperatur-Abwärme abgibt, so daß der thermodynamische Wirkungsgrad entsprechend hoch ist.

Die Aufgabe wird bei einer Anlage mit einem Prozeßteil, der zum Betrieb Eingangswärmeenergie in mindestens einem Eingangswärmetemperaturbereich benötigt und von dem beim Betrieb Wärmeenergie in mindestens einem Ausgangswarmetemperaturbereich, der tiefer liegt als der Eingangswärmetemperaturbereich, „. abgeführt werden muß, und mit einem Wärmeversorgungsteil, der eine Absorbereinrichtung und eine Betriebsenergiequelle, insbesondere Betriebswärmequelle enthält, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmeversorgungsteil als Absorbereinrichtung eine Kombination eines Wärmetransformators und einer Wärmepumpe enthält, an den Prozeßteil die von diesem benötigte Eingangswärmeenergie liefert, die Ausgangswärmeenergie vom Prozeßteil aufnimmt und seinerseits zwischen die Betriebsenergiequelle und eine Wärmesenke, die Abwärme in einem Temperaturbereich, der tiefer liegt als der Ausgangswärmetemperaturbereich des Prozeßteils, vom Wärmeversorgungsteil aufnimmt, geschaltet ist.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage gemäß der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Durch die Anlage gemäß der Erfindung läßt sich eine überraschend hohe Energieeinsparung mit relativ geringem apparativen Aufwand erzielen, wie noch näher erläutert werden wird.

Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung zeichnen sich durch besonders niedrigen apparativen Aufwand aus. Andere Ausführungsformen sind hinsichtlich des thermodynamischen Wirkungsgrades optimiert. Es werden AusfUhrungsformen sowohl für einen relativ großen als auch für einen relativ kleinen Abstand der Eingangswärmetemperatur und Ausgangswärmetemperatur des Prozeßteiles beschrieben. Hinsichtlich der Freiheit bei der Konstruktion des Wärmeversorgungsteils ergeben sich besondere Vorteile dadurch, daß der Wärmeversorgungsteil nur thermisch mit dem Prozeßteil gekoppelt ist, d.h. wenn das Prozeßgut nicht als Arbeitsfluid im Wärmeversorgungsteil verwendet wird.

Auf dem Absorberprinzip arbeitende Einrichtungen ("Absorbereinrichtungen"), die einen Wärmepumpenteil in Kombination mit einem Wärmetransformatorteil enthalten, sind im Prinzip bekannt, z.B. aus EP-A-61721 und der DE-Zeitschrift Brennst.-Wärme-Kraft 33 (1981) Nr. 12, 486 - 490.

Diese Veröffentlichungen lassen jedoch nicht erkennen, daß durch die Kombination eines Wärmetransformators und einer Wärmepumpe im Wärmeversorgungsteil eines Prozesses ungewöhnlich hohe Energieeinsparungen erreicht werden können und wie dies bei vorgegebenem Prozeß mit möglichst geringem apparativen Aufwand geschehen kann. Der sich bei der vorliegenden Kombination ergebende Wärmekreislauf wird von der Wärmeenergie mehrfach durchlaufen und ist für die hohen Wirkungsgrade verantwortlich.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Nomenklatur und die Art der Darstellung entsprechen im wesentlichen denen der EP-A-61721, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

Es zeigen:

Fig. la eine schematische Darstellung der Verhältnisse bezüglich der Wärmeversorgung eines Prozesses, anhand derer das der Erfindung zugrundeliegende Problem, das Prinzip der erfindungsgemäßen Lösung dieses Problems sowie der durch die Erfindung erzielte überraschende Fortschritt erläutert werden sollen;

Fig. 1b ein Diagramm, in dem die prozentuale Energieeinsparung (Verhältnis der vom Prozeß ohne Wärmetransformator und/oder Wärmepumpe benötigten primären von außen zuzuführenden Betriebsenergie zu der bei Verwendung eines einen Wärmetransformator und/oder eine Wärmepumpe enthaltenden Wärmeversorgungsteiles benötigten Betriebsenergie) für die verschiedenen, anhand von Fig. 1a besprochenen Fälle;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 bis Fig. 8 weitere schematische Darstellungen des Wärmeversorgungsteiles von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. 9, Fig. 9a und Fig. 9b eine schematische Darstellung, eine mehr ins einzelne gehende Darstellung bzw. ein zugehöriges Dampfdruckdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Wärmeversorgungsteiles einer Anlage gemäß der Erfindung;

Fig. 10 bis Fig. 13 Schemata weiterer Wärmeversorgungsteile;

Fig. 14, Fig. 14a und Fig. 14b Darstellungen entsprechend Fig. 9, Fig.9a bzw. Fig. 9b, wobei in Fig. 14a auch der mit dem Wärmeversorgungsteil gem. Fig. 14 thermisch gekoppelte Prozeßteil, nämlich eine Wasserentsalzungs- oder Destillationseinrichtung, dargestellt ist;

Fig. 15 bis Fig 23 schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen des Wärmeversorgungsteiles einer Anlage gemäß der Erfindung;

Fig. 23a ein Dampfdruckdiagramm zu Fig. 23;

Fig. 24 bis Fig. 38 Schemata weiterer Wärmeversorgungsteile;

Fig. 39a bis Fig. 41r verschiedene Ausführungsformen von Wärmepumpenkonfigurationen, die sich mit Vorteil im Wärmeversorgungsteil von Ausführungsformen der Erfindung verwenden lassen;

Fig. 40a bis Fig. 40r verschiedene Wärmetransformatorkonfigurationen, die sich mit Vorteil im Wärmeversorgungsteil einer Anlage gemäß der Erfindung verwenden lassen;

Fig. 41 eine schematische Darstellung einer weiteren Absorbereinrichtung für den Wärmeversorgungsteil einer Anlage gemäß der Erfindung;
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Fig. 41a eine Modifikation der Fig. 41;

Fig. 41b eine etwas genauere Darstellung der Einrichtung gemäß Fig. 41a;

Fig. 41c eine Modifikation der Fig. 41b;

Fig. 41d bis 41g schematische Darstellungen, die zeigt, wie bestimmte Austauscheinheiten der Einrichtungen gemäß Fig. 41b und 41c konstruiert sein können;

Fig. 41h eine Modifikation der Fig. 41c;

Fig. 41i ein Dampfdruckdiagramm für die Einrichtungen

gemäß Fig. 41b und 41c;
10

Fig. 42 ein Schema eines weiteren Wärmeversorgungsteiles;

Fig. 43 ein Schema eines Wärmeversorgungsteiles, der eine zweistufige Wärmepumpe und einen zweistufige Wärmepumpe und einen zweistufigen Wärmetransformator mit jeweils nur einem einzigen Arbeitsfluidkreis enthält;

Fig. 43a eine genauere Darstellung der Einrichtung gemäß Fig. 43;

Fig. 43b ein Dampfdruckdiagramm zu Fig. 43a;

Fig. 43c eine andere Möglichkeit der Realisierung der Einrichtung gemäß Fig. 43;

Fig. 43d eine Modifikation eines Teiles der Einrichtung gemäß Fig. 43a;

Fig. 44 bis 62 Schemata weiterer Absorbereinrichtungen, die jeweils eine Kombination einer Wärmepumpe und eines Wärmetransformators enthalten;

Fig. 63 und Fig. 63a ein Schema einer weiteren Ausführungsform bzw. das zugehörige Dampfdruckdiagramm;

Fig. 64 bis 71 weitere schematische Darstellungen von Ausführungsformen des Warmeversorgungsteiles einer Anlage gemäß der Erfindung,

Fig. 72 bis 94 Ausführungsformen des Warmeversorgungsteiles einer Anlage gemäß der Erfindung, der zusätzlich einen Kompressor enthält;

Fig. 95 und 96 Schemata einer zweistufigen Wärmepumpe bzw. eines zweistufigen Wärmetransformators mit

besonders vorteilhaften Wärmetauscheranordnungen.

Anhand der Figuren 1a und 1b seien als erstes das der Erfindung zugrundeliegende Problem, dessen Lösung und der durch diese erzielte überraschende Vorteil erläutert.

Fig. 1a zeigt schematisch eine Anlage mit einem Prozeßteil PRT und einem zur wirtschaftlichen Wärmeversorgung des Prozeßteils dienenden Wärmeversorgungsteil WVT. Der Prozeßteil benötigt zum Betrieb Wärmeenergie Q, die zum Teil im Prozeß verbraucht, zum Teil durch unvermeidliche Verluste, z. B. infolge unvollkommener Wärmeisolation, verloren geht und zum Teil als Abwärme ("Ausgangswärme") des Prozesses, insbesondere in Form von latenter oder spezifischer Wärme im Prozeßprodukt erscheint. Für sich alleine betrachtet benötigt der Prozeßteil PRT also, wie in Fig. 1a schematisch dargestellt ist, Eingangswärme Q„ und er gibt Ausgangswärme Q_Q sowie Wärme Q„, die als Verlustwärme bezeichnet werden soll und die erwähnten

Verluste sowie die vom Prozeßgut mitgeführte und nicht als Q_n wiedergewinnbare Wärme umfaßt. Da die Ausgangswärme Q₀ im allgemeinen eine relativ hohe Temperatur hat, kann sie aus Wirtschaftlichkeitsgründen nicht einfach verworfen (z. B. an die Umgebung abgeführt) werden.

Gemäß der oben erwähnten US-A-44 02 795 kann man nun die gesamte Ausgangswärme Q_n einem Wärmetransformator WT zuführen. Die dem Wärmetransformator WT zugeführte τ
Eingangswärme ist mit Q₁ bezeichnet, sie soll gleich der ganzen verfügbaren Prozeßausgangswärme Q_n sein, da dann die gesamte Ausgangswärme des Prozesses genutzt und die maximale Wärmerückgewinnung gewährleistet ist. Der Wärmetransformator WT ist so ausgelegt, daß er einerseits T
Ausgangswärme Q₂ einer so hohen Temperatur liefert, daß sie als Prozeßeingangswärme verwendet und dementsprechend Q„ entsprechend verringert werden kann. Rechnet man einen typischen Fall mit Lithiumbromid/Wasser als Arbeitsmittelsystem des Wärmetransformators durch, wobei als Wirkungsgrad (Eingangswärme/Ausgangwärme) des Wärmetransformators der realistische Wert 0,48 angenommen werden soll, die Verluste Q„= 0 gesetzt werden sollen, so erhält man eine Energieeinsparung von 48%, wie in Fig. 1b auf der linken Ordinatenachse angegeben ist.

Verwendet man nur eine Wärmepumpe WP, wie es aus der US-A-43 50 571 bekannt ist, so kann man die ganze Eingangsenergie, die der Prozeßteil benötigt, mittels der Wärmepumpe zuführen, so daß man entsprechend weniger hochwertige Betriebsenergie braucht. Die Wärmepumpe

benötigt hochwertige Eingangsenergie Q„ , sie nimmt

P
ferner einen Teil Q₁ der Ausgangswärme Q_n des Prozesses auf und liefert dafür an den Prozeßteil PRT die gesamte Eingangswärme, die der Prozeßteil benötigt. Diese von der Wärmepumpe abgegebene und dem Prozeßteil zugeführte

Eingangswärme ist in Fig. 1a mit Q_? bezeichnet und ist mengenmäßig gleich Q. Rechnet man nun die Verhältnisse bei ausschließlicher Verwendung einer mit LiBr/HpO arbeitenden Wärmepumpe WP durch, für deren Wirkungsgrad man realistisch 1,70 annehmen kann, so ergibt sich eine Energieeinsparung von 41 %, wie in Fig. 1b auf der rechten Ordinatenachse aufgetragen ist.

Wenn man nun im Wärmeversorgungsteil WVT eine Kombination IQ eines Wärmetransformator WT mit einer Wärmepumpe WP verwendet, so ist eigentlich zu erwarten, daß sich irgendein Energieeinsparungsgrad zwischen 48% und 41% ergibt, wie in Fig. 1b durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Die Wärmepumpe und der Wärmetransformator sind bei gleichzeitiger Verwendung im Wärmeversorgungsteil WVT ja nicht unabhängig voneinander, da sie sich in die Ausgangswärme Q₀ des Prozeßteils teilen müssen. Wenn außer dem Wärmetransformator WT zusätzlich noch eine Wärmepumpe WP im Wärmeversorgungsteil WVT T vorhanden ist, muß man also die Eingangswärmeenergie Q₁

des Wärmetransformators zu Gunsten der Eingangswärmeener-

P
gie Q₁ der Wärmepumpe verringern, da voraussetzungsgemäß

τ P

V ⁺ V =%

sein muß. Man zapft also Eingangwärme vom Wärmetransformator, der einen theoretischen Energieeinsparungsgrad von 48% ermöglicht, zu Gunsten der Wärmepumpe, die einen theoretischen Energieeinsparungsgrad von nur 41% ermöglicht, ab.

Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß der Wirkungsgrad bei von 0 zunehmendem Verhältnis von Q₁ /Q ^T nicht absinkt, sondern zunächst bis zu einem Maximum von 62% ansteigt und erst dann auf den niedrigeren Wert

von 41% absinkt. Dieser überraschende Effekt, der sich in einem unten anhand der Fig. 2 erläuterten synergistischen "Verstärkungsfaktor" äußert, ist darauf zurückzuführen, daß die vom Wärmet ransformat or WT in der Temperatur hochtransformierte Wärmeenergie Q_p den Wärmekreislauf und damit auch den Wärmetransformator mehrmals durchläuft, da Wärmetransformator und Wärmepumpe zumindest über den Wärmestrom Q im Prozeßteil miteinander gekoppelt sind. Der Wärmetransformator und die Wärmepumpe können auch wärmemäßig direkt gekoppelt sein, wobei dann die Ausgangswärme des Wärmetransformators teilweise oder ganz

PT
in Form von Wärmeenergie Q der Wärmepumpe direkt zugeführt wird. Wärmeversorgungsteile, bei denen die ganze Ausgangswärme des Wärmetransformators der Wärmepum-

P T
pe zugeführt wird, also Q₁ und Q_? beide gleich null sind, sind in den Figuren 6, 7 und 8 dargestellt.

Die oben geschilderten Verhältnisse gelten auch, wenn die Verlustwärme Q„ nicht gleich null ist. Nimmt man einen Verlustanteil von 15% an, so reduziert sich die Ausgangswärme des Prozeßteiles entsprechend und damit auch der maximale Energieeinsparungsgrad, der sich mit dem Wärmetransformator erreichen läßt, er beträgt dann nur noch 41%. Bei Verwendung einer Kombination eines Wärmetransformators mit einer Wärmepumpe ergibt sich jedoch ein Maximum entsprechend einer Energieeinsparung von 56,5%. Bei einem Verlustanteil von 30% reduziert sich die mit dem Wärmetransformator allein erzielbare Einsparung der primären Betriebsenergie für den Prozeß auf 34%, trotzdem läßt sich durch die Kombination eines Wärmetransformators mit einer Wärmepumpe immer noch eine Energieeinsparung von 51% erzielen.

Ein erstes Beispiel, wie das anhand von Fig. 1a und 1b erläuterte Erfindungsprinzip realisiert werden kann, ist

in rig. 2 schematisch dargestellt. Der Wärmeversorgungsteil WVT enthält hier eine zweistufige Wärmepumpe in Kombination mit einem zweistufigen Wärmetransformator, die zusammen acht Austauscheinheiten enthalten, also nur zwei mehr als für einen zweistufigen Wärmetransformator der dargestellten Art alleine, der sechs Austauscheinheiten benötigt, oder eine Wärmepumpe der dargestellten Art alleine, die ebenfalls sechs Austauscheinheiten benötigen würde, erforderlich sind.

Der zweistufige Wärmepumpenteil WP der den Wärmeversorgungsteil WVT bildenden Absorbereinrichtung enthält sechs Austauscheinheiten A bis F, die zu einem einzigen Arbeitsmittelkreislauf zusammengeschaltet sind. Der Begriff "Austauscheinheit" ist in der obengenannten europäischen Patentanmeldung definiert, auch die Art der Darstellung in einem (In p)/(-1/T)-Diagramm, die hier durchgehend verwendet wird, ist in dieser Veröffentlichung erläutert. Wärmemengeneinheiten, die einer Austauscheinheit zugeführt werden, sind in Fig. 2 durch einen auf die betreffende Austauscheinheit zeigenden Pfeil dargestellt; Wärmeeinheiten, die einer Austauscheinheit entnommen werden, sind durch einen von der betreffenden Austauscheinheit wegweisenden Pfeil bezeich^net·

Der als Austreiber arbeitenden Austauscheinheit A des Wärmepumpenteils wird eine Einheit Wärmeenergie (im folgenden kurz "Wärme") relativ hoher Temperatur T-zugeführt. (Wenn hier und im folgenden von "Temperatur" gesprochen wird, sind im allgemeinen Temperaturbereiche gemeint). In der als Kondensator arbeitenden Austauscheinheit B wird eine Wärmeeinheit bei einer niedrigeren Temperatur T₂ frei. Die dritte Austauscheinheit C arbeitet als Verdampfer und nimmt eine Einheit Wärme auf.

In der vierten Austauscheinheit D, die als Absorber arbeitet, wird wieder eine Wärmeeinheit bei der Temperatur Ύ frei. Der Austauscheinheit E, die als zweiter Verdampfer (Desorber) arbeitet, muß wiederum eine Wärmeeinheit bei der Temperatur T₁ zugeführt werden. In der sechsten Austauscheinheit F, die als zweiter Absorber arbeitet, wird wiederum eine Wärmeeinheit bei der Temperatur T_? frei. Bei der obigen und der folgenden Beschreibung sind die in der Praxis unvermeidlichen Verluste vernachlässigt, am Prinzip ändert sich dadurch jedoch nichts.

Der Wärmepumpenteil ist mit einem zweistufigen Wärmetransformatorteil WT kombiniert, der die Austauschein-5 heiten C bis H enthält und die vier Austauscheinheiten C bis F mit dem Wärmepumpenteil gemeinsam hat. G arbeitet als Kondensator und H als Austreiber (Desorber).
Die sich durch die Kombination ergebende Absorbereinrichtung ist mit dem Prozeßteil PRT gekoppelt, der Eingangs-

wärme der Temperatur Tp benötigt und Ausgangswärme
der Temperatur T. abgibt. Der Austauscheinheit A
der Wärmepumpe WP wird eine Wärmeeinheit der Temperatur
T„ von einer äußeren Wärmeversorgung oder Betriebswärmequelle WQ zugeführt.

Die zweistufige Wärmepumpe A-F liefert drei Einheiten Wärme an den Prozeß, kann jedoch vom Prozeß nur zwei Wärmeeinheiten aufnehmen. Die dritte Einheit der vom Prozeß abgegebenen Wärme steht also zum Antrieb des Wärmetransformators zur Verfügung, der dann 1r_WT Wärmeeinheiten der Temperatur T„ an den Prozeß liefert, wobei r_WT der Wirkungsgrad des Wärmetransformators ist, der bekanntlich einen Wert kleiner als 1 hat. Man erwartet daher einen Gesamtwirkungsgrad r*

r* = Q(T₂)ZQ(T₃) = r_¥p+r_WT

wobei r_Wp der Wirkungsgrad der Wärmepumpe ist. Überraschenderweise ist der tatsächlich erzielbare Wirkungsgrad r** wesentlich größer, und zwar aus folgenden Gründen: Die vom Wärmetransformator WT bei T_? gelieferte Wärmemenge 1r„ durchläuft den Prozeß und steht dann als zusätzliche Antriebswärme des Wärmetransformators zur Verfügung. Nach erneutem Durchlaufen des Prozesses steht eine weitere zusätzliche Wärmemenge des Betrages 1 r_T7rrr_UT = r_WT zur Verfügung usw. Summiert man diese zusätzlichen Beträge

2 3 4
^rWT ^{+ r}WT ^{+ r}WT ^{+ r}WT

auf, so erhält man r„ /(1-r_w ), was um den "Verstärkungsfaktor 1/(1-r„_) größer ist als der zu erwartende Beitrag r des Wärmetransformators.

Der Gesamtwirkungsgrad r** des Wärmeversorgungsteils ist also tatsächlich

WP W¹T ^v WT^;
20

Bei Fig. 2 ist der theoretische Wirkungsgrad r_WT = 2/3, so daß der Verstärkungsfaktor für den Beitrag des Wärmetransformators gleich 3 ist. Dieses Prinzip gilt allgemein für die Kombination einer Wärmepumpe und eines Wärmetransformators, die über einen Prozeß gekoppelt sind. Der Prozeß erhält also mehr Eingangswärme und liefert daher auch mehr Ausgangswärme, so daß also theoretisch mit einer primären Wärmeeinheit der Temperatur T„ fünf Wärmeeinheiten der Temperatur T erzeugt werden können. In der Praxis sind diese idealen Verhältnisse selbstverständlich nicht zu realisieren, aber Wirkungsgrade (Verhältnis der von Prozeß benötigten Eingangwärme Q (Fig. 1a) zu der tatsächlich benötigten

Betriebswärme Q„ ) von etwa 3,8 bis 4,1 und mehr sind 5 auch in der Praxis zu erreichen.

Die letztliche Abwärme wird in der als Kondensator arbeitenden Austauscheinheit G des Wärmetransformators bei einer gewünschten niedrigen Temperatur T_n frei und wird von einer Wärmesenke WS, wie der Umgebungsluft, Kühlwasser oder dergleichen aufgenommen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Abwärme zur Vorwärmung des Prozeßgutes verwendet wird.

Überraschenderweise findet man weiterhin, daß der hohe Wirkungsgrad nicht mit entsprechend erhöhten Investitionen erkauft werden muß. Es läßt sich vielmehr sogar das Gegenteil erreichen. Nimmt man als grobes Maß für den Investitionsaufwand das Verhältnis der Größe der Wärmetauscherflächen in den Austauscheinheiten zur Anzahl der der Anlage zugeführte Eingangswärmeeinheiten und nimmt man an, daß die Größe der Wärmetauscherflächen etwa proportional der Summe der Absolutwerte der in allen Wärmetauschereinheiten des Wärmeversorgungsteils umgesetzten Wärmemengen ist, so ergibt sich für einen einstufigen Wärmetransformator das Verhältnis 4:1 =4,0, während das betreffende Verhältnis für die Anlage gemäß Fig. 2 gleich 12:5 = 2,4 beträgt, also 40% niedriger als beim einstufigen Wärmetransformator ist. Für reale Wirkungsgrade bei Verwendung des Arbeitsmittelsystems LiBr/H 0 betragen die jeweiligen Verhältnisse 4,4 bzw. 2,6. Die größere Komplexität der Konfiguration gemäß Fig. 2 wird also durch die kleineren Wärmetauscherflächen mehr als aufgewogen.

Im folgenden ist durch die senkrechten Pfeile an den Austauscheinheiten nur qualitativ (und nicht quantitativ) dargestellt, ob einer Austauscheinheit Wärme zugeführt oder entnommen wird.

Das oben erläuterte Prinzip läßt sich in der verschiedensten Weise realisieren und man kann die Temperatur T„

der primären Betriebsvärme, die Temperatur T_? der dem Prozeß zugeführten Eingangswärme, die Temperatur T der vom Prozeß abzuführenden Wärme und die Temperatur T» der letztlichen Abwärme und damit die Abstände zwischen diesen Temperaturen praktisch beliebig wählen, wie im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen gezeigt werden soll. Dabei gilt aus thermodynamisehen Gründen immer, daß der Wirkungsgrad um so höher ist, je größer die Differenz T„-T_n und je kleiner die Differenz Tp-T. ist. Die primäre Betriebsenergie läßt sich auch ganz oder teilweise in Form von mechanischer Arbeit W über mindestens einen Kompressor zuführen, wie anhand der Fig. 73 bis 96 erläutert werden wird.

In den folgenden Figuren ist jeweils nur der Wärmeversorgungsteil der Anlage dargestellt; die Quelle WQ für die primäre Betriebswärme der Temperatur T„ bzw. die mechanische Arbeit W, der Prozeßteil, dem Eingangswärme der Temperatur T₂ zugeführt wird und der Ausgangswärme der Temperatur T₁ abgibt sowie die Wärmesenke WS, die die Abwärme der Temperatur T„ aufnimmt, sind zur Vereinfachung weggelassen. Wie in der obengenannten europäischen Patentschrift erläutert ist, kreist das Arbeitsmittel bei der hier gewählten Darstellung in einer Wärmepumpe in Gegenuhrzeigerrichtung und in einem Wärmetransformator in Uhrzeigerrichtung; die Funktion der verschiedenen Teile der Absorbereinrichtungen ist in den Schemata dementsprechend durch einen gebogenen Pfeil dargestellt.

Fig. 3 zeigt eine einfache Ausführungsform eines Wärmeversorgungsteils, der einen einstufigen Wärmepumpenteil WP und einen einstufigen Wärmetransformatorteil WT mit

insgesamt sechs Austauscheinheiten A bis F enthält. Der Wärmetransformatorteil und der Wärmepumpenteil haben zwei Austauscheinheiten, die Austauscheinheiten C und D, gemeinsam. Die Austauscheinheit A, die als Austreiber arbeitet, wird mit primärer Betriebswärme der Temperatur T„ gespeist. Wärme der Temperatur T₂ für die Speisung des nicht dargestellten Prozesses wird aus den Austauscheinheiten B und D durch Wärmetauscher entnommen. Die Austauscheinheiten C und F nehmen Wärme der Temperatur T₁ vom Prozeß über Wärmetauscher auf und die letztliche Abwärme entsteht in der Austauscheinheit E bei der Temperatur T_Q.

Die in Fig. 3 dargestellte Wärmepumpen-Wärmetransformator-Kombination kann so abgewandelt werden, daß sie an den Prozeß Eingangswärme mehrerer unterschiedlicher Temperaturen zu liefern und vom Prozeß Ausgangswärme mehrerer unterschiedlicher Temperaturen aufzunehmen vermag. Dies ist beispielsweise in Fig. 4 dargestellt, die sich von Fig. 3 nur dadurch unterscheidet, daß die Austauscheinheiten A, B, C, D jeweils bei höheren Temperaturen arbeiten als bei Fig. 3, so daß die Temperaturen von B und D bzw. C und F nicht mehr zusammenfallen. Die Einrichtung gemäß Fig. 4 liefert an den nicht dargestellten Prozeß also Eingangswärme der Temperaturen Tp und Tp, und nimmt vom Prozeß Ausgangswärme der Temperaturen T₁ und T-, auf. Auch die anderen Ausführungsbeispiele, die im folgenden beschrieben werden, können in entsprechender Weise abgewandelt werden.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das ebenfalls sechs Austauscheinheiten enthält, die eine Kombination aus einer einstufigen Wärmepumpe und einem einstufigen Wärmetransformator bilden. Während die Austauscheinheiten gemäß Fig. 3 und 4 paarweise auf drei Druckniveaus verteilt sind, sind bei Fig. 5 nur zwei Druckniveaus vorgesehen, die jeweils drei Austauscheinheiten enthalten.

Die in den Figuren 6 bis 10 dargestellten Ausführungsformen des Wärmeversorgungsteiles einer Anlage gemäß der Erfindung zeichnen sich durch einen relativ großen Abstand zwischen T und T. und gleichzeitig einen relativ hohen Wirkungsgrad aus. Sie enthalten nur sechs Austauscheinheiten.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 6, 7 und 8 bilden die Austauscheinheiten einen einzigen Arbeitsfluidkreislauf. Diese Ausführungsformen entsprechen dem anhand von Fig. 1a erwähnten Fall, daß der Wärmetransformator seine ganze Ausgangswärme an die Wärmepumpe liefert, d.h. also,

T P

daß Q„ und Q₁ beide gleich null sind. Die Ausführungsformen gemäß Fig. 7 und 8 unterscheiden sich voneinander in erster Linie durch die Druckbereiche, in denen die verschiedenen Austauscheinheiten arbeiten.

Die Figuren 9 und 10 zeigen Ausführungsformen für den Wärmeversorgungsteil einer Anlage gemäß der Erfindung, die sechs Austauscheinheiten enthalten, von denen zwei im Wärmeaustausch miteinander stehen, was durch einen

welligen Pfeil angedeutet ist. Diese Austauscheinheiten, die in einem Temperaturbereich zwischen T₂ und T. arbeiten, brauchen also nicht im Wärmeaustausch mit dem zugehörigen Prozeßteil zu stehen. Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 9 und 10 lassen sich die Temperaturniveaus sehr leicht an die durch den Prozeßteil vorgegebenen Verhältnisse anpassen.

Fig. 9a zeigt, wie die in Fig. 9 schematisch dargestellte Absorbereinrichtung praktisch realisiert werden kann. Die Austauscheinheiten A bis E sind in beiden Figuren mit den gleichen Großbuchstaben bezeichnet. Es sei hier und auch bei den folgenden Ausführungsbeispielen, die genauer beschrieben werden, beispielsweise angenommen, daß die Einrichtung mit dem bewährten Arbeitsmittelsystem Lithiumbromid/Wasser arbeitet.

Der als Austreiber arbeitenden Austauscheinheit A wird primäre Betriebswärme, z.B. in Form von Frischdampf, über einen Wärmetauscher 10 zugeführt. Der Austreiber enthält eine relativ wasserreiche Lithiumbromidlösung, aus der durch die zugeführte Wärme Wasser verdampft wird, welches durch eine Arbeitsmittelgasleitung 12 zum Kondensator B strömt, von dem aus das kondensierte Arbeitsfluid (Wasser) durch eine Leitung 14, zu der als Verdampfer arbeitenden Austauscheinheit E gelangt, welche einen Wärmeaustauscher 16 zur Zuführung der Prozeß-Ausgangswärme enthält. Das verdampfte Wasser wird im Absorber F absorbiert, von dem aus die Absorptionswärme über einen Wärmetauscher 18 dem Prozeß als Eingangswärme zugeführt wird. Der Absorber F ist über eine Lösungsleitung 20, welche eine Pumpe 22 sowie einen Wärmetauscher 24 enhält und verhältnismäßig wasserreiche Lithiumbromidlösung führt, mit dem Austreiber A verbunden. Der Austreiber A ist über eine Leitung 26, die verhältnismäßig wasserarme

Lithiumbromidleitung führt, eine Drossel 27 enthält und durch den Wärmetauscher 24 geht, mit einem im Absorber F angeordneten Sprühkopf verbunden. Vom Absorber F wird die verhältnismäßig wasserreiche Lithiumbromidlösung über eine Leitung 28, die durch einen Wärmetauscher 30 geht und eine Drossel 31 enthält, in die als Verdampfer arbeitende Austauscheinheit C geleitet, in der der Kondensator B angeordnet ist, so daß zwischen den Austauscheinheiten B und C ein Wärmetausch stattfindet. Das in C verdampfte Wasser wird im Kondensator D kondensiert und die dort bei niedriger Temperatur anfallende Abwärme wird durch einen Wärmetauscher 32 und, z. B. einen Kühlturm (nicht dargestellt) abgeführt.

Die Drosseln 15, 27 und 31 können auch durch die Leitung selbst gebildet werden. Dies gilt auch für die anderen Ausführungsbeispiele.

Das kondensierte Wasser wird von D durch eine Leitung 34, die eine Pumpe 36 enthält, einem im Verdampfer E angeordneten Sprühkopf 40 zugeführt. Die Austauscheinheit E kann eine Rezirkulationsvorrichtung mit einer Pumpe 38 enthalten, um das in ihr enthaltene Wasser über den Sprühkopf 40 umzuwälzen. Die relativ wasserarme Lösung aus dem Verdampfer C wird über eine Leitung 42, die eine Pumpe 44 enthält, in den Absorber F zurückgeführt.

Die Absorbereinrichtung gemäß Fig. 9a enthält also zwei Absorptionsmittel- oder Lösungskreisläufe mit den Leitungen 20 und 26 bzw. 28 und 42. Hierdurch kann erreicht werden, daß der Temperaturunterschied zwischen der in die Austauscheinheit E eingespeisten Prozeßausgangswärme (Temperatur ca. 75°C) und der von der Austauscheinheit F dem Prozeß zugeführten Prozeßeingangswärme (Temperatur ca. 125 - 135⁰C) besonders groß wird. Man braucht in

diesem Falle dann jedoch zwei Lösungspumpen, nämlich die Pumpen 22 und 44. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Leitung 42 nicht in die Austauscheinheit F, sondern über den Wärmetauscher 24 in die Austauscheinheit A zu führen. Die Lösungspumpe 22 kann dann entfallen.

Die Temperatur- und Druckverhältnisse bei Verwendung von zwei Lösungspumpen sind in dem Diagramm der Fig. 9b mit dicken Strichen dargestellt. Bei Verwendung von nur einer Lösungspumpe würde diese im Dampfdruckdiagramm an der gestrichelt gezeichneten, mit 44a bezeichneten Stelle arbeiten und die Dampfdruckkurve der Lösung in der Leitung 28 würde an der gestrichelten Stelle 28a in Fig. 9b liegen. Die einer H_?0-Konzentration von 0,36 entsprechendeDampfdrucklinie bei der die Pumpe 44 arbeitet, würde entfallen, der Absorber F würde also im niedrigeren Temperaturbereich von ca. 116 - 125⁰C arbeiten.

Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform des Wärmeversorgungsteiles, die einen zweistufigen Wärmepumpenteil WP und einen einstufigen Wärmetransformatorteil WT enthält.

Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform des Wärmeversorgungsteiles, die einen einstufigen Wärmepumpenteil WP und einen zweistufigen Wärmetransformatorteil WT enthält.

Die Figuren 13 bis 18 zeigen Ausführungsformen des Wärmeversorgungsteiles einer Anlage, bei denen der Unterschied zwischen T_? und T₁ relativ klein, der Wirkungsgrad dafür aber sehr hoch ist. Die Ausführungsform gemäß Fig. 13 weist die Stufenfolge (immer ausgehend von der Stufe, der die primäre Betriebsenergie zugeführt wird) Wärmepumpe (WP) - Wärmepumpe (WP) - Wärmetransformator (WT) auf. Die Wärme wird bei relativ nahe an T_Q liegenden Temperaturen T₂ bzw. T₁ an den Prozeßteil

^ abgegeben bzw. von diesem aufgenommen. Der Unterschied zwischen T„ und T„ ist dementsprechend groß. In der .mit den höchsten Drücken und Temperaturen arbeitenden Wärmepumpenstufe sind zwei Austauscheinheiten wärmemäßig gekoppelt.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 15 hat die gleiche Stufenfolge WP-WP-WT wie die Ausführungsform gemäß Fig. 13. Während die Austauscheinheiten der beiden Wärmepumpenstufen bei Fig. 13 in drei verschiedenen Druckniveaus arbeiten, arbeiten die Austauscheinheiten der Wärmepumpenstufen bei Fig. 15 in nur zwei Druckbereichen.

Die Figuren 14 und 16 zeigen Ausführungsformen des c- Wärmeversorgungsteiles einer Anlage gemäß der Erfindung mit der Stufenfolge WP-WT-WT. Hier liegen die Temperaturen Tp und T.. nahe bei der Temperatur T„ der primären Betriebswärme, die der Anlage zugeführt wird. Bei diesen Ausführungsformen sind zwei Austauscheinheiten der bei den niedrigeren Temperaturen arbeitenden Wärmetransformatorstufe wärmemäßig gekoppelt.

In Fig. 14a ist eine Anlage vereinfacht dargestellt, die einen Wärmeversorgungsteil des in Fig. 14 dargestellten

pe- Typs enthält und für die Destillation von Wasser, also beispielsweise die Meerwasserentsalzung ausgelegt ist. Die Austauscheinheiten haben die Form von Türmen, in denen die Fluide im wesentlichen in senkrechter Richtung strömen und die Flüssigkeit als dünner Film an den Oberflächen der Wärmetauscherelemente herabfließt. Die in den verschiedenen Austauscheinheiten enthaltenen Wärmetauscherelemente können Rohrbündel enthalten, die unten unter Bezugnahme auf Fig. 41h erläutert werden wird. Fig. 14a ist der Einfachheit halber jeweils nur ein Rohr der

oc- jeweiligen Wärmetauscherrohrbündel dargestellt. Anstelle

von Rohrbündeln können selbstverständlich auch andere Wärmetauscherelemente verwendet werden.

Der als Austreiber arbeitenden Austauscheinheit A wird primäre Betriebswärme, z. B. in Form von Heißdampf, über ein Wärmetauscherelement 100 zugeführt. In den Austreiber A wird ferner über eine Leitung 102, die in einer Sprühkopfanordnung 104 mündet, relativ wasserreiche Lithiumbromidlösung zugeführt, die dann längs des Wärme-

TO tauscherelements 100 nach unten fließt, wobei Wasser verdampft und sich unten im Austreiber verhältnismäßig wasserarme Lithiumbromidlösung ansammelt. Der im Austreiber A erzeugte Wasserdampf strömt durch eine Prallblechanordnung 106 in die als Kondensator arbeitende Austauscheinheit B, wo der Wasserdampf an einem Wärmetauscherelement 108 kondensiert und an dieses Kondensationswärme abgibt. Das sich im Kondensator B ansammelnde Wasser strömt durch eine Leitung 110, die eine Drossel 112 enthält, in die Austauscheinheit D, die als Verdampfer arbeitet. Der Verdampfer D ist vorzugsweise, wie bekannt, mit einer Umwälzeinrichtung 114 versehen, die eine Pumpe und einen Sprühkopf enthält. Im Verdampfer D ist ein Wärmetauscherelement 116 angeordnet, welches die für die Verdampfung erforderliche Wärme liefert. Der im Verdampfer D erzeugte Wasserdampf strömt in die als Absorber arbeitende Austauscheinheit C, wo er von relativ wasserarmer Lithiumbromidlösung absorbiert wird und die Absorptionswärme an ein Wärmetauscherelement 118 abgibt. Die wasserarme Lithiumbromidlösung wird im Absorber C einerseits vom Austreiber A über eine Leitung 120, die eine Pumpe 122 enthält und durch einen Wärmetauscher 1 24 führt, zugeführt und andererseits von der als zweiter Austreiber arbeitenden Austauscheinheit E über eine Leitung 126, die eine Pumpe 128 enthält und durch einen Wärmetauscher 130 geht. Die im Absorber C entstehende

wasserreiche Lithiumbromidlösung wird einerseits über die Leitung 102, die eine Pumpe 132 enthält und durch den Wärmetauscher 124 geht, in den Austreiber A eingespeist und andererseits über eine Leitung 134, die eine Pumpe 136 enthält, durch den Wärmetauscher 130 geht und sich in die zwei Leitungen 134a und 142 verzweigt, in den zweiten Austreiber E bzw. in den Desorber G eingespeist. Der im zweiten Austreiber E erzeugte Wasserdampf wird der als zweiter Kondensator arbeitenden Austauscheinheit F zugeführt, wo er an einem Wärmetauscherelement 137 kondensiert, welches auf seiner Innenseite die als Desorber arbeitende Austauscheinheit G bildet. Im Desorber G wird die ihm vom Absorber C über die Leitung 142 zugeführte Lithiumbromidlösung durch Verdampfen von Wasser weiter konzentriert. Die Leitung 142 enthält ein Regelventil 144, führt durch einen Wärmetauscher 146 und mündet im Desorber G über eine Vorrichtung 148, welche eine Verteilung der zugeführten Lösung in dünner gleichmäßiger Schicht über die Oberfläche des den Desorber G bildenden Wärmetauscherelements bewirkt.

Die in G erzeugte wasserarme Lösung wird über eine Leitung 150, die durch den Wärmetauscher 146 geht, dem Sumpf des zweiten Austreibers E zugeführt und von dort durch die Pumpe 128 nach C gefördert. Der Wasserdampf wird in der Austauscheinheit H des Wärmetransformatorteiles kondensiert. Die in H bei der relativ niedrigen Temperatur T₀ entstehende Kondensationswärme ist Abwärme und wird über ein Wärmetauscherelement 152 abgeführt, das zum Beispiel mit einem Kühlturm (nicht dargestellt) oder dergleichen verbunden sein kann oder zum Aufwärmen des zu entsalzenden Wassers dienen kann.

Das in H kondensierte Wasser wird über eine Leitung 154, 5 die eine Pumpe 156 enthält, in den Verdampfer D eingespeist.

Der im folgenden beschriebene, zur Wasserentsalzung dienende Prozeßteil ist apparativ in den oben beschriebenen Warmeversorgungsteil integriert, ohne daß jedoch eine Fluidverbindung zwischen dem Warmeversorgungsteil und dem Prozeßteil besteht.

Das zu verarbeitende, in üblicher Weise aufbereitete (insbesondere entkalkte) Salzwasser wird über eine Eingangsleitung 157 und Vorrichtung, entsprechend der Vorrichtung 148, in das sich im Kondensator B befindende Wärmetauscherelement 108 eingeleitet und dort durch die in der Austauschereinheit B entstehende Kondensationswärme behitzt, wobei Wasserdampf und konzentriertere Sole entsteht. Der Wasserdampf ist das erwünschte Verfahrensprodukt und wird aus dem oberen Teil eines Sammelbehälters 160 durch eine Dampfleitung 162 entnommen. Die konzentriertere Sole wird über eine Leitung 164, die eine Pumpe 166 enthält, in das Wärmetauscherelement 118 eingespeist, das sich im Absorber C befindet und durch die Absorptionswärme erhitzt wird. Es entsteht wieder Wasserdampf, der aus einem Sammelgefäß 166 der Dampfleitung 162 zugeführt wird, während die weiter konzentrierte Sole über eine Leitung 168, die eine Pumpe 170 enthält, abgeführt oder gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung doch mindestens einem weiteren Destillationsprozeß unterworfen wird, wie weiter unten noch erläutert werden soll.

Der Wasserdampf in der Leitung 162 hat die Temperatur T_?

abzüglich des Temperaturabfalles an den Wärmetauschern 108 bzw. 118 und sein Wärmeinhalt wird zur Deckung des Wärmebedarfs des Verdampfers D sowie des zweiten Austreibers E verwendet. Man kann hierzu die Leitung 162 mit Eingangsleitungen 172 und 174 des im Verdampfer D angeordneten Wärmetauscherelements 116 bzw. einem im

zweiten Austreiber E angeordneten Wärmetauscherelement 176 verbinden, wo der Wasserdampf zu flüssigem, reinem Wasser kondensiert, das über eine Wasser-Sammelleitung 178 der vorgesehenen Verwendung zugeführt wird.

Wenn der an einer Leitung herrschende Druckunterschied zur Förderung der betreffenden Flüssigkeit ausreicht, kann die betreffende Pumpe (z.B. Pumpe 122, 136, 144, 166, 170) durch ein Regelorgan ersetzt werden.

Wie aus Fig. 14b ersichtlich ist, entsteht bei typischen Betriebsbedingungen der Wasserdampf in B und C bei einer Temperatur von etwa 120⁰C, während die Austauscheinheiten D und E Eingangswärme einer Temperatur T₁ von nur 100⁰C benötigen. Ein gewisser Temperaturunterschied von beispielsweise 5 bis 7°C zwischen der Eingangswärme der Austauscheinheiten D und E und der Wärme, bei der der Wasserdampf erzeugt wird, ist zweckmäßig, da die Wärmetauscherflächen und damit die Anlage umso kleiner gehalten werden kann, je größer diese Temperaturdifferenz ist. Es bleiben jedoch dann immer noch 13 bis 15°C Temperaturdifferenz übrig, welche man vorteilhafterweise dadurch ausnutzt, daß man die Dampfleitung 162 nicht direkt mit den Eingangsleitungen 172 und 174 verbindet, sondern einen oder mehrere Destillationstürme 180 üblicher Art dazwischenschaltet, welche nach dem sogenannten Multi-Stage-Verfahren arbeiten können und zum Betrieb eine Temperaturdifferenz von etwa 3 bis 6°C benötigen. Die Sole wird dann also über die Leitung 168 in die Destillationsturmanordnung eingespeist, die in Fig. 14a nur schematisch dargestellt ist. Die Destillationsturmanordnung ist außerdem über ein Dreiwegeventil 182 und ein Absperrventil 184 in Reihe zwischen die Dampfleitung 162 und die Eingangsleitungen 172, 174 geschaltet. Die in der Destillationsturmanordnung letztlich entstehende Sole

-I wird über eine Leitung 186 abgeführt, das entstehende reine Wasser wird in die Wassersammelleitung 1 78 eingespeist. Da der nutzbare Temperaturbereich über 10O⁰C liegt, können die zusätzlichen Destillationstürme im

c- Bereich des Atmosphärendrucks arbeiten.

Mit der beschriebenen Anlage läßt sich ohne Destillationsturmanordnung 180 ein Wirkungsgrad von etwa 3,4, bezogen auf die dem Austreiber A zugeführte Primärwärme

., Q der Temperatur T_ erreichen. Bei zusätzlicher Verwendung eines Destillationsturms 180 verdoppelt sich dieser Wirkungsgrad, bei Verwendung von zwei Destillationstürmen verdreifacht sich dieser Wirkungsgrad usw. Der Wirkungsgrad der Anlage, bezogen auf den Primärenergiebedarf, ist c auch schon ohne Destillationstürme 180 vergleichbar mit dem der besten bekannten Anlagen, die mit Brüdenkompression arbeiten.

Der Wärmeumsatz ist in den Austauscheinheiten D und C dreimal so groß wie in den Austauscheinheiten A, B, C und F, was durch entsprechend breitere Darstellung der betreffenden Einheiten angedeutet ist. In der Praxis kann man eine Pumpe in einer Wasser- oder Lösungsleitung durch ein einfaches Regelventil ersetzen, wenn der Druckunter-₂c schied an der betreffenden Leitung ausreicht, um den nötigen Flüssigkeitsdurchsatz zu gewährleisten. Man kann außerdem die Anzahl der Lösungspumpen auf Kosten des Wirkungsgrades bzw. die Temperaturdifferenz T_p - T₁ verringern, wie anhand von Fig. 9a erläutert worden ist.

Fig. 14b ist beispielsweise ein Fig. 9b entsprechendes Dampfdruck-Diagramm für den Wärmeversorgungsteil der Anlage gemäß Fig. 14a. Das Arbeitsmittelsystem ist, wie erwähnt, LiBr/HpO.

Ί Die Figuren 17 und 18 zeigen zwei Ausführungsformen mit den Stufenfolgen WP-WP-WT bzw. WP-WT-WT, bei denen die Austauscheinheiten in nur zwei verschiedenen Druckniveaus arbeiten. Bei Fig. 17 liegt, ähnlich wie bei den Figuren 13 und 15, der relativ schmale Temperaturbereich T₂-T. nahe bei T₀, bei Fig. 18 liegt dieser Temperaturbereich ähnlich wie bei den Figuren 14a und 16 nahe bei T„. Diese Anlagen eignen sich für das Arbeitsmittelsystem NH„/HpO.

-J₀ Die Figuren 19 bis 21 zeigen vierstufige Wärmeversorgungsteile für eine Anlage gemäß der Erfindung. Bei Fig. 19 und 20 ist die Stufenfolge jeweils WP-WP-WT-WT. Das Temperaturintervall ^To~^Ti liegt etwa in der Mitte zwischen T„ und T~. In der temperaturmäßig obersten Stufe

^ xz und der temperaturmäßig untersten Stufe stehen jeweils zwei Austauscheinheiten in innerem Wärmetausch miteinander. Fig. 21 enthält der zweistufige Wärmetransformatorteil WT nur einen einzigen Arbeitsfluidkreis. Das Temperaturintervall T_?-T. liegt hier nahe bei T_n, so daß diese Anlagen für die Trennung von temperaturempfindlichen Stoffen besonders geeignet ist.

Die Fig. 22 und 23 zeigen vierstufige Absorbereinrichtungen mit jeweils zehn Austauscheinheiten, die paarweise in fünf verschiedenen Druckbereichen arbeiten. Bei Fig.

22 ist die Stufenfolge WP-WP-WP-WT, bei Fig. 23 WP-WT-WT-WT. Fig. 23 ist ähnlich wie Fig. 14 und unterscheidet sich von dieser im wesentlichen nur durch zwei weitere Austauscheinheiten I und K, die mit den Austauscheinheiten G und H einen Wärmetransformatorkreis bilden, bei dem H und I im Wärmetausch miteinander stehen. Das Dampfdruckdiagramm für die Absorbereinrichtung gemäß Fig. 23 ist in Fig. 23a dargestellt. Der Einrichtung gemäß Fig.

23 wird an der als Austreiber arbeitenden Austauscheinheit A eine Einheit Betriebswärme zugeführt. Die Aus-

tauscheinheit B liefert eine Einheit und die Austauscheinheit C vier Einheiten Wärme der Temperatur T_? an den nicht dargestellten Prozeß. Die Austauscheinheit D nimmt vier Einheiten Prozeßausgangswärme und die Austauscheinheit E eine Einheit Prozeßausgangswärme der Temperatur T. vom Prozeß auf und die Austauscheinheit K gibt eine Einheit Abwärme an die Umgebung ab. Im Vergleich zu Fig. 14 ist die Temperaturdifferenz Tp-T₁ etwas geringer, nämlich 20⁰C anstatt etwa 25°C, dafür ist der Wirkungsgrad höher, nämlich etwa 4 bis 4,2. Die Einrichtung gemäß Fig. 23 läßt sich ähnlich betreiben wie die gemäß Fig. 14a.

Die Figuren 24 und 25 zeigen vierstufige Absorbereinrichtungen mit nur vier Druckniveaus. Die Stufenfolgen sind WP-WP-WP-WT bzw. WP-WT-WT-WT. Im ersteren Falle liegt das Temperaturintervall Ί~-Ί bei niedrigen Temperaturen, also in der Nähe von T_n, während im Falle der Fig. 25 dieses Temperaturintervall hoch, also in der Nähe von T„ liegt.

In den Figuren 26 bis 29 sind Absorbereinrichtungen dargestellt, die sich durch einen besonders großen Abstand zwischen Ύ und T₁ auszeichnen. Bei allen diesen Einrichtungen stehen zwei Austauscheinheiten im Wärmetausch miteinander. Dieser Wärmetausch kann vollständig sein, er braucht es jedoch nicht, man kann also bei Fig. 26 und 27 bei einer zwischen T_ und T₁ liegenden Temperatur T Wärme zu- oder abführen je nachdem, wie der Wärmetausch ausgelegt ist.

Die Absorbereinrichtungen gemäß Fig. 26 und 27 enthalten eine Wärmepumpen-Wärmetransformator-Kombination mit einem einzigen Arbeitsfluidkreislauf gemäß Fig. 6. Bei Fig. 26 ist dieser Kombination ein einfacher Wärmepumpenkreis

vorgeschaltet, der zwei Austauscheinheiten mit der Kombination gemeinsam hat. Bei Fig. 27 ist der Kombination ein einfacher Wärmetransformatorkreis nachgeschaltet, der die Austauscheinheiten E und F mit der Kombination gemeinsam hat. Ein Dampfdruckdiagramm für die Absorbereinrichtung gemäß Fig. 27 ist in Fig. 27a dargestellt. Der Abstand T₃-T₁ beträgt hier 113-50=63°C, so daß sich diese Anlage z.B.. zur Trocknung von Papier oder Braunkohle, die in Kraftwerken verheizt wird, gut 0 eignet.

Die Absorbereinrichtungen gemäß Fig. 28 und 29 unterscheiden sich von denen gemäß Fig. 26 bzw. Fig. 27 durch eine zusätzliche Austauscheinheit X bzw. Y. Der Arbeitsfluiddurchsatz kann nun in allen drei Stufen weitgehend frei gewählt werden und man kann dann noch in einem zusätzlichen Temperaturbereich T .. bzw. T „ Wärme entnehmen oder zuführen. Auch die Konfigurationen gem. Fig. 6, 7 und 8 können durch eine solche zusätzliche Austauscheinheit X oder Y modifiziert werden.

Fig. 30 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Absorbereinrichtung, die bei einem zwischen T und T. liegenden Temperaturbereich T Wärme vom Prozeß aufneh-5 men oder an ihn abgeben kann. Fig. 31 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Absorbereinrichtung, die in einem zwischen T_? und T₁ liegenden Temperaturbereich T
Wärme an den Prozeß abgeben oder von ihm aufnehmen kann. Auch hier ist der durch einen welligen Pfeil dargestellte Wärmetausch nicht vollständig, d.h. daß bei Fig. 30 die die Wärme abgebende Austauscheinheit nicht die ganze Wärme liefern muß, die die Wärme aufnehmende Austauscheinheit benötigt. Für die Absorbereinrichtungen gemäß Fig. 32 bis 35 gilt entsprechendes, auch hier steht bei

unvollständigem Wärmetausch ein zusätzlicher Temperaturbereich T für die Aufnahme von Wärme vom Prozeß oder die Abgabe von Wärme an den Prozeß zur Verfügung.

Die Figuren 36 bis 38 zeigen weitere Ausführungsbeispiele mit unterschiedlichen Lagen der verschiedenen Temperaturbereiche. Die Anlage gem. Fig. 38 kann dadurch abgewandelt werden, daß, bei vollständigem Wärmeaustausch zwischen E und D, die Verbindungen zwischen D und F sowie zwischen C und E weggelassen werden.

Fig. 39a - 39r zeigt eine Reihe von Wärmepumpenkonfigurationen mit zunehmend größerem Wirkungsgrad, die mit Vorteil in einer Anlage gemäß der Erfindung verwendet werden können. Von den Konfigurationen gemäß Fig. 39 hat die gemäß Fig. 39a den niedrigsten Wirkungsgrad und die gemäß Fig. 39p und 39q haben den höchsten Wirkungsgrad. Mit zunehmendem Wirkungsgrad steigt jedoch die Anzahl der Austauscheinheiten und damit der apparative Aufwand. Es gibt jedoch viele Anwendungen, bei denen der eine dieser beiden Faktoren maßgeblich ist und es ist ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß für jeden speziellen Fall eine optimale Konfiguration zur Verfügung steht.

Die Figuren 40a bis 4Or zeigen Wärmetransformatorkonfigurationen mit zunehmend größerem Wirkungsgrad. Durch Kombination eines Wärmetransformatorteiles gemäß Fig. 40 und eines Wärmepumpenteiles gemäß Fig. 39 lassen sich vorteilhafte Anlagen gemäß der Erfindung realisieren. Man kann dabei entweder eine der Wärmepumpenkonfigurationen als Ausgangspunkt wählen und diese durch einen Wärmetransformatorteil ergänzen, oder man geht von einer vorteilhaften Wärmetransformatorkonfiguration aus und kombiniert diese mit einer geeigneten Wärmepumpenkonfiguration .

Die Figuren 41 bis 45 zeigen, wie die Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 39b mit einem Wärmetransformatorteil kombiniert werden kann. Die Konfiguration gemäß Fig. 39b ist dabei durch dickere Striche hervorgehoben. Es gilt ganz allgemein, daß sich besondere Vorteile ergeben, wenn die kombinierten Wärmetransformator- und Wärmepumpenkonfigurationen möglichst viel Austauscheinheiten gemeinsam haben. Beispielsweise benötigt eine Fig. 68 entsprechende Kombination der Konfigurationen gem. Fig. 39q und Fig. 4Oq nur eine einzige Austauscheinheit mehr als eine dieser Konfigurationen allein.

Bei Fig. 41 ist die Wärmepumpe gemäß Fig. 39 mit dem einfachsten Wärmetransformator gem. Fig. 40a kombiniert, der vier Austauscheinheiten enthält, von denen er drei mit der Wärmepumpe teilt. Fig. 42 zeigt eine Kombination der Wärmepumpe gemäß Fig. 39b mit dem Wärmetransformator gemäß Fig. 40c. Fig. 43 zeigt eine erste Kombination der Wärmepumpe gemäß Fig. 39b mit dem Wärmetransformator gemäß Fig. 40b. Fig. 44 ist eine Kombination von Fig. 39b mit Fig. 4Od und Fig. 45 ist eine zweite mögliche Kombination von Fig. 39b mit Fig. 40b.

Anhand der Fig. 41a bis 41 i soll nun erläutert werden, wie die Absorbereinrichtungen gem. Fig. 41 und 42 praktisch realisiert werden können. In Fig. 41a ist das Schema der Fig. 41 nochmals dargestellt, wobei die Austauscheinheiten mit A bis K bezeichnet sind. Fig. 41b zeigt vereinfacht, wie die Einrichtung mit den Austauscheinheiten A bis K realisiert werden kann, wenn die Anlage in einem Raum begrenzter Höhe untergebracht werden soll: Die Austauscheinheiten sind dann nicht turmartig ausgebildet, wie bei Fig. 9a, sondern haben im wesentlichen horizontal verlaufende, langgestreckte Gehäuse, wie sie in Fig. 41b beispielsweise im Schnitt dargestellt sind.

Die als Austreiber arbeitende Austauscheinheit A enthält ein Wärmetauscherelement 200 zum Zuführen der primären Betriebswärme der Temperatur T„. Der entstehende Wasserdampf wird im Kondensator B kondensiert, das entstehende Wasser strömt über eine Leitung 202, die eine Drossel 204 enthält, in den Verdampfer C, dem Wärme der Temperatur T
über ein Wärmetauscherelement 206 zugeführt wird. Das verdampfte Wasser wird im Absorber D absorbiert. Die im Absorber D entstehende wasserreiche Lösung strömt über eine Leitung 208, die durch einen Wärmetauscher 210 führt und eine Drossel 212 enthält, in den zweiten Austreiber E, dem Wärme der Temperatur T₁ vom Prozeß über ein Wärmetauscherelement 214 zugeführt wird. Der ausgetriebene Dampf wird zum Teil im zweiten Absorber F absorbiert und zum Teil im zweiten Kondensator K kondensiert, der ein Wärmetauscherelement 216 enthält, über das die entstehende Kondensationswärme der Temperatur T_n (Abwärme) abgeführt wird. Die im Absorber F entstehende wasserreiche Lösung wird über eine Leitung 218, die eine Pumpe 220 enthält und durch einen Wärmetauscher 222 führt in den ersten Austreiber A eingeleitet. Vom Austreiber A wird relativ wasserarme Lösung über eine Leitung 224, die durch den Wärmetauscher 222 geht und eine Drossel 226 enthält, über einen Sprühkopf in den Absorber F eingeleitet. Aus dem zweiten Austreiber E wird relativ wasserarme Lösung über eine Leitung 228, die eine Pumpe 230 enthält und durch den Wärmetauscher 210 führt, in den Absorber D eingeführt. Aus dem zweiten Kondensator K wird das kondensierte Wasser über eine Leitung 232, die eine Pumpe 234 enthält, in den Verdampfer 206 eingeleitet, der mit einer Rezirkulationseinrichtung 236 versehen ist. Wird die Anlage ähnlich wie die gemäß Fig. 14a zur Wasserentsalzung verwendet, so wird das aufbereitete Rohwasser über eine Leitung 238 einem im Kondensator B angeordneten

Wärmetauscherelement 240 zugeführt, wo durch die Kondensationswärme Wasserdampf erzeugt wird. Der Wasserdampf wird in einem Gefäß 242 von der Sole abgetrennt und einer Dampf Sammelleitung 244 zugeführt. Die Sole wird aus dem Gefäß 242 durch ein im Absorber D angeordnetes Wärmetauscherelement 246 geleitet, wo wieder Dampf entsteht, der in einem zweiten Gefäß 248 von der restlichen Sole abgetrennt und der DampfSammelleitung 244 zugeführt wird. Die Sole aus dem Gefäß 248 wird einem Wärmetauscherelement 250 zugeführt, das sich im zweiten Absorber F befindet. Der entstehende Dampf wird in einem Gefäß 252 von der Sole abgetrennt und der Dampf Sammelleitung 244 zugeführt. Die Sole wird dem Gefäß 252 über eine Leitung 2 54 entnommen. Die Leitungen 244 und 254 entsprechen den Leitungen 162 bzw. 168 in Fig. 14a und können, wie diese zu einem oder mehreren, in Fig. 41b nicht dargestellten Destillationstürmen führen, von denen dann Dampf entsprechend niedrigerer Kondensationstemperatur in die Wärmetauscherelemente 206 und 214 eingeleitet wird.

Durch zwei weitere Austauscheinheiten G, H kann man aus der Absorbereinrichtung gemäß Fig. 41 die gemäß Fig. 42 machen, wie in Fig. 41a gestrichelt dargestellt ist. Eine Möglichkeit der Realisierung dieser zusätzlichen Austauscheinheiten in Fig. 41c dargestellt. Ein Teil der wasserreichen Lösung aus D wird über eine Leitung 256, die ein Ventil 258 enthält und durch einen Wärmetauscher 260 führt, durch ein im Kondensator K angeordnetes Wärmetauscherelement 216 der als Desorber arbeitenden Austauscheinheit G zugeführt. Der Dampf, der durch die über das Wärmetauscherelement 216 zugeführte Kondensationswärme erzeugt wird, wird in der als Kondensator arbeitenden Austauscheinheit H kondensiert, die Kondensationswärme der Temperatur T_ wird einem Kühlturm oder dergleichen zugeführt. Das kondensierte Wasser wird aus H

über eine Pumpe 266 in den Verdampfer C eingespeist. Die relativ wasserarme Lösung aus dem Desorber G wird über eine Leitung 268, die eine Pumpe 270 enthält und durch den Wärmetauscher 260 führt, der Ansaugseite der Pumpe 230 zugeführt. Der in Fig. 41c nicht dargestellte, restliche Teil der Anlage kann so aufgebaut sein, wie es anhand von Fig. 41b beschrieben wurde.

Bei Fig. 41c wird eine Dreifach-Austauscheinheit E-F-K benötigt, diese kann so ausgebildet sein, wie es in Fig. 41 d genauer dargestellt ist. Die Wärmetauscherelemente 214, 250 und 216 können, wie dargestellt, aus Rohrschlangen oder Rohrbündeln bestehen.

Wenn die Grundfläche der Anlage beschränkt ist und statt Austauscheinheiten mit horizontal langgestreckten Gehäusen Austauscheinheiten in Form von Türmen verwendet werden sollen, kann man eine Konfiguration verwenden, wie sie in Fig. 41 e im Vertikalschnitt und in Fig. 41 f im Querschnitt dargestellt ist. In Fig. 41e sind die Wärmetauscherelemente 214, 250 und 216 jeweils nur durch ein einzelnes Rohr versinnbildlicht, in der Praxis kann es sich um Rohrbündel handeln, wie es in Fig. 41 f im Schnitt dargestellt ist. Die Rohrbündel können auch in verschiedenen Sektoren des rohrförmigen Gehäuses angeordnet sein, wie Fig. 41g zeigt.

Fig. 41h zeigt einen der Fig. 41c entsprechenden Anlagenteil, bei dem nur Zweifach-Austauscheinheiten benötigt werden und die Pumpe 230 entfällt. Hier ist der von Dampf aus E gespeiste Kondensator K als Wärmetauscherelement in der Austauscheinheit G untergebracht, die sich im gleichen Gehäuse wie die Austauscheinheit H befindet. Das kondensierte Wasser aus K wird über ein Ausgleichsgefäß 272 und eine Pumpe 274 in den Verdampfer C geleitet. Die Austauscheinheiten E und F teilen sich

ein zweites Gehäuse. Die wasserarme Lösung aus E wird über eine Leitung 276, die durch einen Wärmetauscher 278 führt und eine Drossel enthält, in den Desorber G eingespeist. Die relativ wasserarme Lösung aus dem Desorber G wird über die Leitung 228, die die Pumpe 270 enthält und durch den Wärmetauscher 278 führt, in den Absorber D eingeleitet. Die übrigen Anlagenteile sind so ausgebildet, wie es anhand von Fig. 41b erläutert wurde.

Fig. 41 i zeigt mit ausgezogenen Linien das Dampfdruckdigramm für die Absorbereinrichtung gemäß Fig. 41b und mit gestrichelten Linien die ergänzte Einheit gemäß Fig. 41c. Man sieht, daß durch die zusätzlichen Austauscheinheiten G und H die Abwärmetemperatur von etwas über 45°C bei der Einrichtung gemäß Fig. 41b auf etwas über 20⁰C bei der Einrichtung gemäß Fig. 41c herabgesetzt wird, was mit einer entsprechenden Verbesserung des Wirkungsgrades verbunden ist.

In Fig. 43a ist eine Anlage genauer dargestellt, die eine Wärmeversorgungseinheit gemäß Fig. 43 enthält und beispielsweise zur Wasserentsalzung verwendet werden kann. Der als Austreiber arbeitenden Austauscheinheit A wird Betriebswärme der Temperatur T_, z.B. in Form von Heißdampf, über ein Wärmetauscherelement 300 zugeführt. In den Austreiber A wird ferner relativ wasserreiche Lithiumbromidlösung über eine Leitung 302 eingespeist. Der entstehende Dampf kondensiert in einem im Kondensator B angeordneten Wärmetauscherelement 304, dem über eine Leitung 306 aufbereitetes Rohwasser zugeführt wird. Der im Wärmetauscherelement 304 entstehende Dampf wird in einem Gefäß 308 von der Sole abgetrennt und einer DampfSammelleitung 310 zugeführt. Das im Kondensator B

kondensierte Wasser wird über eine Leitung 312, die eine Drossel 314 enthält, in die als Verdampfer arbeitende Austauscheinheit C geleitet, die mit einer Wasserumwälzeinrichtung 316 versehen ist. Die Verdampfungswärme wird durch ein Wärmetauscherelement 318 zugeführt, welches in C angeordnet und durch Kondensation von Dampf geheizt wird, der ihm von der Leitung 310 entweder direkt oder wie bei Fig. 14a über einen oder mehrere Destillationstürme 320 und eine Leitung 324 zugeführt wird.

Die Sole aus dem Gefäß 308 wird über eine Leitung 324, die eine Pumpe 326 enthält, in ein Wärmetauscherelement 328 geleitet, das in der als Absorber arbeiten den Austauscheinheit D angerodnet und durch die Absorptionswärme geheizt wird, welche bei der Absorption des Wasserdampfes durch die relativ wasserarme Lösung erzeugt wird, die in den Absorber D über eine Leitung 330 von der als Austreiber arbeitenden Austauscheinheit E zugeführt wird. Die Leitung 330 enthält eine Pumpe 332 und führt durch einen Wärmetauscher 334. Die relativ wasserreiche Lösung wird aus dem Absorber D über eine Leitung 336, die eine Pumpe 338 enthält und durch den Wärmetauscher 334 führt, in den Austreiber E eingeleitet. Der im Wärmetauscherelement 328 entstehende Dampf wird in einem Trenngefäß 340 abgetrennt und der DampfSammelleitung 310 zugeführt. Die verbleibende Sole wird aus dem Trenngefäß 340 über eine Leitung 342, die eine Pumpe 344 enthält, in ein Wärmetauscherelement 346 eingeleitet, das in der als Absorber arbeitenden Austauscheinheit F angeordnet und durch die Kondensationswärme des im zweiten Austreiber E erzeugten Wasserdampfes geheizt wird. Der entstehende Dampf wird in einem Trenngefäß 348 abgetrennt und der Sammelleitung 310 zugeführt. Die Sole wird über eine Leitung 350, die eine Pumpe 352 enthält, in den Destillationsturm 320 eingeleitet, dem weitere Destilla-

. tionstürme in Reihe geschaltet sein können, um die Differenz zwischen der Temperatur des Dampfes in der Leitung 310 und der Temperatur, die im Wärmetauscherelement 318 und den anderen, mit Dampf beheizten Wärmetaujscherelementen 352 sowie 354 benötigt wird, auszunutzen. Aus dem Absorber F wird die relativ wasserreiche Lösung über eine Leitung 356, die eine Pumpe 358 enthält und durch einen Wärmetauscher 360 führt, in die als Desorber arbeitende Austauscheinheit G eingeleitet, der durch das mit der Dampfleitung 324 verbundene Wärmetauscherelement 54 geheizt wird. Der entstehende Dampf kondensiert im Kondensator H, der ein Wärmetauscherelement 366 enthält, durch das die Abwärme der Temperatur T_Q abgeführt wird. Das kondensierte Wasser wird aus H über eine Leitung 368,

_1C. die eine Pumpe 370 enthält, in den Verdampfer C geleitet. Die Lösung aus dem Desorber G wird über die Leitung 302, welche eine Pumpe 372 enthält und durch den Wärmetauscher 360 sowie einen weiteren Wärmetauscher 374 geht, in den Austreiber A zurückgeführt. Die relativ wasserarme Lösung

2Q aus dem Austreiber A wird über eine Leitung 376, die eine Pumpe 37 8 enthält und durch den Wärmetauscher 374 geht, in den Absorber F eingeleitet. Die in 366 entstehende Abwärme kann zum Vorwärmen des über die Leitung 306 zugeführten Rohwassers verwendet werden.

Fig. 43c zeigt, wie die Absorbereinrichtung mit den Austauscheinheiten A bis H unter Verwendung von horizontal verlaufenden Austauscheinheiten-Anordnungen realisiert werden kann. Entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 43a bezeichnet. Zusätzlich sind zwei Leitungen 307 und 309 dargestellt, die jeweils ein Regelventil enthalten und zum Lösungsausgleich zwischen den beiden Lösungskreisläufen dienen.

ο,- Fig. 43d zeigt eine Abwandlung eines Teiles der Einrichtung gemäß Fig. 43a. Diese Modifikation läßt sich auch

bei Fig. 43c sinngemäß durchführen. Während bei Fig. 43a die ganze Lösung aus F nach G geleitet wird, wird bei Fig. 43d ein Teil der Lösung über eine Leitung 380, die eine Pumpe 382 enthält und durch den Wärmetauscher 374 führt, in die Austauscheinheit A geleitet. Aus der Austauscheinheit G wird die Lösung über eine Leitung 384, die eine Pumpe 385 enthält und durch den Wärmetauscher 360 führt, in die Austauscheinheit F eingeleitet. Von der Leitung 380 wird zwischen der Pumpe 382 und dem Wärmetauscher 374 ein anderer Teil der Lösung über ein Ventil 359 abgezweigt und durch den Wärmetauscher 360 in den Austreiber G eingespeist. Im übrigen entspricht die Anordnung der gemäß Fig. 43a. Der Vorteil dieser Modifikation ist, daß T„ - T₁ bei vorgegebenen T_Q und T„ größer ist als bei Fig. 43a.

Das Dampfdruckdiagramm der die Austauscheinheiten A bis H enthaltenden Absorbereinrichtung gemäß Fig. 43a in der gem. Fig. 43d modifizierten Form, deren Wirkungsgrad etwa 4,1 beträgt, ist in Fig. 43b dargestellt.

Die Figuren 46 bis 48 zeigen Kombinationen, welche einen durch dickere Striche hervorgehobenen Wärmetransformatorteil gemäß Fig. 40b enthalten, der mit einem Wärmepumpenteil gemäß Fig. 39a bzw. Fig. 35c bzw. Fig. 39d kombiniert ist.

Die Figuren 49 bis 51 zeigen Kombinationen der Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 39g mit einer Wärmetransformatorkonfiguration gemäß Fig. 40a bzw. Fig. 40b bzw. Fig. 40g.

Die Figuren 52 bis 54 zeigen Kombinationen der Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 39n mit einer Wärmetransformatorkonfiguration gemäß Fig. 40a bzw. Fig. 40b bzw. Fig. 4On.

Die Figuren 55 bis 57 zeigen Kombinationen der Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 39m mit einer Wärmetransformatorkonfiguration gemäß Fig. 40a bzw. Fig. 40b bzw. Fig. 4On.

Die Figuren 58 und 59 zeigen, wie die Wärmetransformatorkonfiguration gemäß Fig. 4On mit einer Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 39b kombiniert werden kann. Die Wärmetransformatorkonfiguration könnte auch analog zu Fig. 48 durch eine einzige weitere Austauscheinheit mit einer Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 39a kombiniert werden.

Die Figuren 60 und 61 zeigen, wie eine Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 39e mit einer Wärmetransformatorkonfiguration gemäß Fig. 40a bzw. Fig. 40b kombiniert werden. Fig. 62 ist eine Kombination der Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 39e mit der Wärmetransformatorkonfiguration gemäß Fig. 40g.
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Die Figuren 63 und 64 zeigen Kombinationen der Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 39i mit der Wärmetransformatorkonfiguration gemäß Fig. 40a bzw. 40b. Das Dampfdruckdiagramm für eine Absorbereinrichtung gemäß Fig. 63, die für ein schonendes Konzentrieren von temperaturempfindlichen Stoffen, wie z.B. von Milch ausgelegt ist und einen Wirkungsgrad von etwa 4,2 hat, ist in Fig. 63a dargestellt.

Die Figuren 65 und 66 zeigen die Kombination einer Wärmetransformatorkonfiguration gemäß Fig. 4Oi mit einer Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 39a bzw. Fig. 39b.

Die Figuren 67 und 68 zeigen die Kombination einer 5 Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 39h mit einer Wärmetransformatorkonfiguration gemäß Fig. 40b bzw. 40h.

Die Fig. 69 und 70 zeigt die Kombination einer Wärmetransformatorkonfiguration gemäß Fig. 40h mit einer Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 39b bzw. 39h. Fig. 73 zeigt die Kombination einer Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 39h mit einer Wärmetransformatorkonfiguration gemäß Fig. 40a. Die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 67 bis 70 zeigen besonders deutlich die hohen apparativen Einsparungen, die durch die beschriebenen Kombinationen erzielt werden können. Die Konfiguration gemäß Fig. 39h ist funktionsmäßig eine dreistufige Wärmepumpe. Durch nur eine einzige zusätzliche Austauscheinheit, die bei T_Q arbeitet, erhält man eine Kombination aus einer funktionell dreistufigen Wärmepumpe mit einem funktionell zweistufigen Wärmetransformator. Bei Fig. 68 erhält man durch zwei zusätzliche Austauscheinheiten eine Kombination aus einer funktionell dreistufigen Wärmepumpe mit einem funktionell dreistufigen Wärmetransformator. Entsprechendes gilt für die Fig. 69 bzw. 70.

Der Wärmepumpenteil der Wärmepumpen-Wärmetransformatorkombination einer Anlage gemäß der Erfindung läßt sich auch noch durch eine Kompressor-Wärmepumpenstufe ersetzen oder erweitern, wie in den Figuren 72 bis 94 dargestellt ist.

Die Figuren 72 und 73 entsprechen den Figuren 5 bzw. 3 mit der Ausnahme, daß die Absorber-Wärmepumpenstufe WP der Einrichtungen gemäß Fig. 3 und 5 jeweils durch eine Kompressor-Wärmepumpenstufe ersetzt ist.

Die Einrichtung gemäß Fig. 74 entspricht in etwa der der Fig. 15; die Einrichtung gemäß Fig. 75 entspricht der der Fig. 13; die Einrichtung gemäß Fig. 76 entspricht der der Fig. 16; die Einrichtung gemäß Fig. 77 entspricht der der Fig. 14; die Einrichtung gemäß Fig. 78 entspricht der der

Fig. 24; die Einrichtung gemäß Fig. 79 entspricht der der Fig. 22; die Einrichtung gemäß Fig. 80 entspricht der der Fig. 20; die Einrichtung gemäß Fig. 81 entspricht der der Fig. 19; die Einrichtung gemäß Fig. 82 enthält die Konfiguration gemäß Fig. 6 und einem zusätzlichen Kompressor K der zwischen die Austauscheinheiten des höchsten und des zweithöchsten Druckbereiches geschaltet ist. Fig. 83 enthält ebenfalls die Konfiguration gemäß Fig. 6 und zusätzlich einen Kompressor Wärmepumpenkreis ^mit einem Kompressor K dessen Ansaugseite mit den im höchsten Druckbereich der Konfiguration gemäß Fig. 6 arbeitenden Austauscheinheiten verbunden ist und dessen Auslaß an eine als Kondensator arbeitende zusätzliche Austauscheinheit angeschlossen ist, die im Wärmetausch mit der im höchsten Druckbereich und höheren Temperaturbereichen der Konfiguration gemäß Fig. 6 arbeitenden Austauscheinheit steht und über eine flüssiges Wasser führendes Wasser führende Leitung, die einen Drossel enthält, mit der Austauscheinheit der Konfiguration gemäß Fig. 6 verbunden ist, welche im niedrigeren Temperaturbereich des höchsten Druckbereiches dieser Konfiguration arbeitet.

Fig. 84 enthält wieder die Konfiguration gemäß Fig. 6; der Kompressor K ist hier jedoch zwischen die im mittleren und oberen Druckbereich arbeitenden Austauscheinheiten der Konfiguration gemäß Fig. 6 geschaltet und in dem der Fig. 6 entsprechenden Teil der Einrichtung gemäß Fig. 84 ist ein innerer Wärmetausch zwischen der im oberen Temperaturbereich des mittleren Druckbereiches und der im unteren Temperaturbereich des oberen Druckbereiches arbeitenden Austauscheinheit vorgesehen.

Die Einrichtung gemäß Fig. 85 entspricht der gemäß Fig. 26. Die Einrichtung gemäß Fig. 86 ist analog zu der gemäß

Fig. 7;

Die Einrichtung gemäß Fig. 87 ähnelt der gemäß Fig. 86 mit der Ausnahme, daß eine zusätzliche Austauscheinheit X vorgesehen ist, so daß der Arbeitsmitteldurchsatz im Wärmepumpenkreis WP und im Wärmetransformatorkreis WT unabhängig eingestellt werden können, so daß man bei einer zwischen T„ und T liegenden Temperatur T Wärme aus der Austauscheinheit X entnehmen oder Wärme in die Austauscheinheit X einspeisen kann.

Die Einrichtung gemäß Fig. 88 ist analog zu Fig. 6. Die Einrichtung gemäß Fig. 89 enthält analog zu Fig. 87 eine zusätzliche Austauscheinheit X, so daß auch hier wieder ein mittlerer Temperaturbereich T zum Entnehmen oder Zuführen von Wärme zur Verfügung steht.

Die Einrichtung gemäß Fig. 90 entspricht der gemäß Fig. 9.
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Die Einrichtung gemäß Fig. 91 entspricht der gemäß Fig. 53.

Die Einrichtung gemäß Fig. 92 ist eine Kombination der Einrichtung gemäß Fig. 2 mit einer zusätzlichen Kompressor-Wärmepumpenstufe, die einen zwischen die Austauscheinheiten C und A geschalteten Kompressor enthält.

Fig. 93 entspricht Fig. 92 nur ist hier der Kompressor zwischen die Austauscheinheiten E und D geschaltet.

Fig. 94 entspricht Fig. 92, nur ist hier der Kompressor zwischen die Austauscheinheiten F und A geschaltet.

Die Fig. 95 zeigt etwas genauer eine zweistufige Wärmepumpenkonfiguration des in Fig. 39c dargestellten Typs mit einer zusätzlichen, besonders vorteilhaften Wärmeaustauscheranordnung. Die Wärmepumpenkonfiguration gemäß Fig. 95 enthält eine erste, in einem relativ hohen Druckbereich arbeitende Stufe mit den Austauscheinheiten A, B, E, F und eine in einem relativ niedrigen Bereich arbeitende Stufe mit den Austauscheinheiten C, D, E, F. Die Austauscheinheiten B und E sind durch eine flüssiges Arbeitsmittel, wie Wasser, führende Leitung 900, die eine Drossel 902 enthält, verbunden. Die Austauscheinheiten A und C sowie C und F sind durch übliche Absorptionsmitteloder Lösungskreisläufe 904 bzw. 906, die jeweils einen Wärmetauscher 908 bzw. 910 enthalten, verbunden. Ferner sind Leitungen für dampfförmiges Arbeitsfluid zwischen den Austauscheinheiten A und B, zwischen C und D sowie E und F vorgesehen (im Prinzip könnte die Leitung 900 auch von B nach D führen).

Die Anordnung der Austauscheinheiten und der Leitungen entspricht der Darstellung in einem Dampfdruckdiagramm ähnlich beispielsweise wie in Fig. 14b. B und C können im Wärmetausch miteinander stehen, dies ist jedoch nicht notwendig. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung 912 zum Wärmetausch zwischen dem flüssigen Arbeitsmittel in der Leitung 900 des mit höheren Drücken arbeitenden Arbeitsfluidkreises und einem Teilstrom des arbeitsfluidreichen Absorptionsmittels (Lösung) in einer Leitung 914 des bei niedrigeren Drücken arbeitenden Arbeitsfluidkreises bzw, Absorptionsmittelkreislaufes vorgesehen. Hierzu ist die von F nach C führende Leitung 914, die eine Pumpe 916 enthält und, wie

gesagt, arbeitsfluidreiches Absorptionsmittel, also z.B. wasserreiche Lithiumbromidlösung führt, mit einer Abzweigleitung 918 versehen, welche ein Regelventil 920 enthält, durch den Wärmetauscher 912 führt und den durch den Wärmetauscher 910 führenden Teil der Leitung 914 überbrückt. Die Leitung 914 führt bei der dargestellten Konfiguration an der Austauscheinheit C vorbei durch den Wärmetauscher 908 direkt zur Austauscheinheit (Austreiber) A. auch hier könnte die Leitung 914 durch die Austauscheinheit C dienen, dann wäre jedoch zwischen C und A eine weitere Pumpe erforderlich.

Fig. 96 zeigt eine ganz analoge Modifikation eines zweistufigen Wärmetransformators des in Fig. 40c dargestellten Typs. Auch hier findet ein Wärmetausch zwischen flüssigem Arbeitsfluid, das in einer Leitung 930 eines bei relativ hohen Drücken arbeitenden Arbeitsfluidkreislaufes strömt, im Wärmetausch mit einem Teilstrom des arbeitsfluidreichen Absorptionsmittels, welches im Absorptionsmittelkreislaufs des bei relativ niedrigen Drücken arbeitenden Arbeitsfluidkreislaufes strömt. Da die Konfigurationen gemäß Fig. 95 und 96 hinsichtlich des Wärmetauschers 912 ganz entsprechend arbeiten, dürfte sich eine weitere Erläuterung erübrigen.

Die Wärmetauscheranordnungen gemäß Fig. 95 und 96 können ganz generell bei allen Absorbereinrichtungen verwendet werden, die zwei Wärmepumpen- bzw. Wärmetransformator-Stufen des oben erläuterten Typs enthalten. Der durch einen welligen Teil dargestellte innere Wärmetausch ist für die Funktion des beschriebenen speziellen Wärmetauschers 912 nicht wesentlich.

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Abschließend sei noch erwähnt, daß bei Destillations- und Entsalzungsanlagen, die Destillationstürme enthalten, wie es beispielsweise in Fig. 14a und Fig. 43a dargestellt ist, die Sole auch zuerst durch die Destillationstürme und dann durch die mit einer Wärmeversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstete Anlage geleitet werden kann. Es ist weiterhin möglich, die Reihenfolge der Einheiten der Anlage, die von der Sole nacheinander durchflossen werden, zu ändern.

Claims (8)

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Patentansprüche

\λ) Anlage mit einem Prozeßteil, der Eingangswärmeenergie in mindestens einem Eingangswärmetemperaturbereich (T₂) benötigt und von dem Wärmeenergie in mindestens einem Ausgangswärmetemperaturbereich (T.), der tiefer liegt als der Eingangswärmetemperaturbereich (T_?) abgeführt werden muß, und mit einem Wärmeversorgungsteil, der eine Absorbereinrichtung und eine Betriebsenergiequelle (WQ) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeversorgungsteil (WVT) eine Kombination eines Wärmetransformators (WT) und einer Wärmepumpe (WP) enthält, die vom Prozeßteil benötigte Eingangswärmeenergie an den Prozeßteil liefert, die Ausgangswärmeenergie vom Prozeßteil aufnimmt und seinerseits zwischen die Betriebsenergie-

quelle (WQ) und eine Wärmesenke, die Abwärme in einem Temperaturbereich (T_Q), der tiefer liegt als der Ausgangswärmetemperaturbereich (T₁) des Prozeßteils, vom Wärmeversorgungsteil aufnimmt, geschaltet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß

die Kombination einen Wärmetransformatorteil und einen Wärmepumpenteil enthält, die zusammen nur einen einzigen Arbeitsfluidkreislauf enthalten {Fig. 6, 7, 26, 27).

3. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß

die Wärmepumpe und der Wärmetransformator mindestens eine Austauscheinheit gemeinsam haben.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe einen funktionell mehrstufigen Wärmepumpenteil mit nur einem einzigen Arbeitsfluidkreislauf enthält (Fig. 39 o, Fig. 39 q).

5· Anlage nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetransformator einen funktionell mehrstufigen Wärmetransformatorteil mit nur einem einzigen Arbeitsfluidkreislauf enthält (Fig. 40o, Fig. 4Oq).

6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Vorwärmen
des Prozeßgutes durch die Abwärme des Wärmetransformatorteils.

7- Anlage, insbesondere nach Anspruch 1 mit einem zweistufigen Wärmepumpenteil, der einen in einem vorgegebenen, relativ hohen Druckbereich arbeitenden Arbeitsfluidkreislauf und einen in einem bezüglich des vorgegebenen Druckbereiches relativ niedrigen Druckbereich arbeitenden Arbeitsfluidkreislauf enthält, gekennzeichnet

durch eine Vorrichtung zum Wärmetausch zwischen dem flüssigen Arbeitsfluid in dem im relativ hohen Druckbereich arbeitenden Arbeitsfluidkreislauf und einem Teilstrom des arbeitsfluidreichen Absorptionsmittels in dem im relativ niedrigen Druckbereich arbeitenden Arbeitsfluidkreislauf (Fig. 95).

8. Anlage, insbesondere nach Anspruch 1 oder 7 mit einem Wärmetransformatorteil, der einen in einem vorgegebenen, relativ hohen Druckbereich arbeitenden Arbeitsfluidkreislauf und einen in einem bezüglich des vorgegebenen Druckbereichs relativ niedrigen Druckbereich arbeitenden Arbeitsfluidkreislauf enthält, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Wärmetausch zwischen dem flüssigen Arbeitsmittel in dem im relativ hohen Druckbereich arbeitenden Arbeitsfluidkreislauf und einem Teilstrom des arbeitsfluidreichen Absorptionsmittels in dem im relativ niedrigen Druckbereich arbeitenden Arbeitsfluidkreislauf (Fig. 96).