Die Erfindung betrifft eine mit wenigstens einer Kompressions- und einer Expansionsmaschine kombinierte Rsorptions-Wärmewandleranlage, wie Wärmepumpe, Kälteanlage oder Wärmetransformator, welche mit einem Zweistoff- ^' Arbeitsmittel, vorzugsweise einem Ammoniak-Wasser-Gemisch betrieben wird, um von wenigstens einer äußeren Wärmequelle zugeführten Wärmeeenergie in Wärmeenergie mit einem abwei¬ chenden Temperaturniveau umzuwandeln, und die zwei miteinander gekoppelte Lösungskreisläufe aufweist, in denen jeweils auf unterschiedlichen Druck- und Temperaturniveaus Wärmeenergie zur Entgasung des Arbeitsmittels zu- bzw. zur Re- oder Absorption abgeführt wird, wobei die bei der Ent¬ gasung aus der auf niedrigem Druckniveau befindlichen reichen Lösung des einen Lδsungskreislaufs ausgetriebene gasförmige Arbeitsmittelkomponente durch die Kompressions¬ maschine auf das höhere Druckniveau dieses Lösungskreis¬ laufs und die auf dem höheren Druckniveau des anderen Lösungskreislaufs aus der reichen Lösung ausgetriebene gas¬ förmige Arbeitsmittelkomponente des anderen Lδsungskreis- laufs durch eine Expansionsmaschine auf das niedrigere Druckniveau dieses anderen Lδsungskreislaufs entspannt wird.

Derartige, mit wenigstens einer Kompressions- und einer Expansionsmaschine arbeitende bekannte Wärmewandleranlagen (DE-PS 35 36 953) mit zwei Lδsungskreisläufen stellen im Wirkungsgrad verbesserte Weiterentwicklungen älterer bekannter Resorptions-Wärmewandleranlagen mit zwei Lösungs¬ kreisläufen (DE-PS 33 44 599, DE-PS 34 24 950) dar. Bei den bekannten Wärmewandleranlagen werden die beiden Lδsungs- kreisläufe unabhängig voneinander als jeweils geschlossene Lδsungskreisläufe betrieben, wobei ihr kontinuierlicher Betrieb allerdings voraussetzt, daß die Mengen- und Konzen¬ trationsbilanz zwischen den beiden Kreisläufen ausgeglichen wird, um Konzentrationsunterschiede in den Kreisläufen infolge unterschiedlicher Mengen von zwischen den Kreis¬ läufen ausgetauschter gasförmiger Arbeitsmittelkomponente

zu vermeiden. Während dies ursprünglich dadurch gewährlei¬ stet wurde, daß die gasförmige Arbeitsmittelkomponente sowohl hoch- wie niederdruckseitig in gleicher Menge ^" mit gleicher Konzentration ausschließlich in Dampfform ausge- tauscht wurde, wobei die Anpassung der Konzentration den

Einsatz einer ektifizierungskolonne in dem Strδmungszweig erforderte, in welchem ohne eine solche Rektifizierung eine gasförmige Arbeitsmittelkomponente mit zu hoher Konzentra¬ tion ausgetauscht würde, wurde der gerätetechnische Aufwand für die Rektifizierungskolonne bei den oben erwähnten bekannten Wärmewandleranlagen bereits dadurch vermindert, daß - anstelle der Rektifizierungskolonne - eine zusätz¬ liche Ausgleichsverbindung zwischen den beiden Losungs¬ kreislaufen vorgesehen wurde, über welche flüssige Arbeits- mittelkomponente mengensteuerbar von einer zum anderen

Lösungskreislauf gerade in solcher Menge gefördert wurde, daß Konzentrationsunterschiede in beiden Losungskreislaufen infolge unterschiedlicher Mengen (und Konzentrationen) der - hoch- und niederdruckseitig ausgetauschten gasförmigen Arbeitsmittelkomponenten ausgeglichen wurden. Dies erfor¬ dert dann allerdings immer noch die kontinuierliche Messung der Mengen und Konzentrationen der gasförmig ausgetauschten Arbeitsmittelkomponenten und eine entsprechende Steuerung der Menge der über die Ausgleichsverbindung strömenden flüssigen Arbeitsmittelkomponente. D.h. auch in diesen

Fällen ist eine regelungstechnisch aufwendige Prozeßsteue- rung erforderlich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte, mit wenigstens einer Kompressions- und einer

Expansionsmaschine arbeitende Wärmewandleranlage so weiter¬ zubilden, daß der gerätetechnische und regelungstechriische ^* Aufwand und somit die Investitionskosten verringert werden*, wobei die Anlage - auch bei sich ändernden Arbeitsbedingun- gen in den beiden Lösungskreisläufen - zumindest keine Wirkungsgradverschlechterungen erf hrt.

Ausgehend von einer Wärmewandleranlage der eingangs erwähn¬ ten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Lδsungskreisläufe dadurch gekoppelt sind, daß der Vorlauf des einen Lösungskreislaufs mit dem Rück- lauf des jeweils anderen Lδsungskreislaufs ohne Zwischen¬ schaltung von Steuer- oder Regelorganen auf einem gemein¬ samen mittleren Druckniveau verbunden sind, welches das hohe Druckniveau des einen und das niedrige Druckniveau des anderen Lösungskreislaufs darstellt. Bei dieser Schaltung, bei der sich die beiden Lδsungskreisläufe also auf unter¬ schiedlichen Druckniveaus befinden, wobei der hohe Druck des einen Kreislaufs gleich dem niedrigen Druck des zweiten Kreislaufs ist, ist es möglich, eine früher in den beiden Kreisläufen jeweils gesondert vorzusehende Funktionseinheit zu einer gemeinsamen Einheit zu vereinigen, wobei die Steuerung von Konzentrationsunterschieden in den Losungskreislaufen entfällt, nachdem diese direkt gekoppelt sind, d.h. das Arbeitsmittel in beiden Kreisläufen gleiche Konzentration hat, so daß ein gesteuerter Austausch von Arbeitsmittel zwischen den Kreisläufen zum Zweck des Konzentrationsausgleichs entfällt.

Wenn die Wärmewandleranlage als Wärmepumpe bzw. Kälteanlage geschaltet ist, ist die Ausgestaltung zweckmäßig so getroffen, daß der Resorber des auf niedrigem Druckniveau befindlichen ersten Lδsungskreislaufs und der Absorber des auf höherem Druckniveau befindlichen zweiten Lösungskreis- laufs zu einer gemeinsamen Sorptionseinheit zusammengefaßt sind, in welcher einerseits die im Entgaser des ersten Lδsungskreislaufs bei niedrigem Druck und niedriger Tempe¬ ratur ausgetriebene gasförmige Arbeitsmittelkomponente nach Druck- und Temperaturanhebung mittels der Kompressions¬ maschine und andererseits die im Entgaser des zweiten Lösungskreislaufs bei hohem Druck und hoher Temperatur aus- getriebene gasförmige Arbeitsmittelkomponente unter Druck- und Temperaturabsenkung in der Expansionsmaschine auf dem gemeinsamen mittleren Druckniveau bei einer Zwischente pe-

ratur in der armen Lösung re- bzw. absorbiert werden. Ein wesentlicher Vorteil dieser Wärmepumpen-Schaltung mit direkt gekoppelten Losungskreislaufen liegt darin, daß das Verhältnis der Mengen der bei der niedrigen Temperatur und niedrigem Druck im Entgaser des ersten Lδsungskreislaufs und bei hoher Temperatur und hohem Druck im Entgaser des zweiten Lδsungskreislaufs ausgetriebenen gasförmigen Druck¬ mittelkomponente vollständig beliebig sein kann, so daμ also auch eine Wärmequelle niedriger und hoher Temperatur mit extrem unterschiedlichen oder auch sich ändernden anfallenden Wärmemengen zusammenschaltbar sind.

Beim Einsatz als Wärmetransformator ist die Ausgestaltung andererseits so getroffen, daß der Entgaser des auf hohem Druckniveau befindlichen ersten Lösungskreislaufs und der Entgaser des auf niedrigem Druck befindlichen zweiten Lδsungskreislaufs zu einem gemeinsamen Entgaser zusammen¬ gefaßt sind, in welchem auf dem mittleren Druckniveau und bei einer Zwischentemperatur gasförmige Arbeitsmittelkompo- nente aus der reichen Lösung ausgetrieben und dann teil¬ weise unter Druck- und Temperaturerhöhung mittels der Kompressionsmaschine zum Resorber des ersten Lδsungskr.eis- laufs und teilweise unter Druck- und Temperaturabsenkung in der .Expansionsmaschine zum Absorber des zweiten Lösungs- kreislaufs geführt und dort jeweils in der armen Lösung resorbiert bzw. absorbiert wird. Die so aufgebaute Wärme¬ transformator-Schaltung hat den wesentlichen Vorteil, daß die im Entgaser ausgetriebene gasförmige Arbeitsmittel¬ komponente in beliebigen Mengenverhältnissen auf die Lδsungskreisläufe verteilt werden kann. D.h. es kann ent¬ weder ein größerer Teil der gasförmigen Arbeitsmittelkompo¬ nente unter Druckerhöhung und durch anschließende Resorp¬ tion zur Erzeugung von Nutzwärme hoher Temperatur und ein entsprechend geringerer Teil unter Druckabsenkung in einer Expansionsmaschine zur Erzeugung mechanischer Energie oder auch umgekehrt verwendet werden, je nachdem, ob im spezielle Anwendungsfall eher Wärmeenergie oder mecnaπische Energie Deπötiαt wird.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung zweier Aus- führungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Schaltplan eines als

Wärmepumpe arbeitenden Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmewandleranlage;

Fig. 2 die in der Wärmepumpe gemäß Figur 1 ablaufenden Zustandsänderungen des Arbeitsmittels schematisch in einem p,ξ-Diagramm;

Fig. 3 einen schematischen Schaltplan eines als

Wärmetransformator arbeitenden Ausführungs¬ beispiels der erfindungsgemäßen Wärmewand¬ leranlage; und

Fig. 4 die im Wärmetransformator gemäß Figur 3 ablaufenden Zustandsänderungen des Arbeits¬ mittels schematisch in einem p, € -Diagramm.

Figur 1 zeigt schematisch den schaltungsmäßigen Aufbau eines in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneten, als Wärme¬ pumpe ausgebildeten Ausführungsbeispiels, während in Figur 2 die Darstellung so getroffen ist, daß die horizontale Lage der dargestellten Funktionsbauteile bzw. Leitungen schematisch die Konzentration und ihre senkrechte Lage schematisch den Druck im Zweistoff-Arbeitsmittel prinzi¬ piell veranschaulicht.

Die Anlage 10 weist zwei Lδsungskreisläue I und II für das vorzugsweise aus einem Ammoniak-Wasser-Gemisch bestehende Arbeitsmittel auf, wobei die Lösungskreisläufe allerdings - wie im folgenden noch näher erläutert wird - direkt gekop¬ pelt sind.

Der in Figur 1 unten dargestellte Lδsungskreislauf I weist einen Entgaser 12 und eine, den Resorber dieses Lδsungs¬ kreislaufs darstellende Sorptionseinheit 14 auf, die durch Leitungen 16 und 18 mit eingeschalteter Lδsungspumpe 20 bzw. Drosselorgan 22 verbunden sind. In dem auf niedrigem Druck pi befindlichen Entgaser 12 wird aus der über die Leitung 18 zuströmenden reichen Lösung des Arbeitsmittels durch Zufuhr von Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau ti gasförmige Arbeitsmittelkomponente in eine Verbindungs- leitung 24 mit eingeschaltetem Kompresor 26 ausgetrieben, in welchem die gasförmige Arbeitsmittelkomponente auf einen Zwischendruck p∑ verdichtet wird. Die über die Leitung 16 aus dem Entgaser 12 austretende arme Lösung strömt dann von der Lδsungspumpe 20 gefördert und im Druck ebenfalls auf pz angehoben zur Sorptionseinheit 14, welche über eine

Zweigleitung 28 an der Verbindungsleitung 24 angeschlossen ist, so daß in ihr über die Zweigleitung 28 zurückgeführte gasförmige Arbeitsmittelkomponente wieder in der armen Lösung resorbiert werden kann, wobei Resorptionswärme bei einer gegenüber ti erhöhten Zwischentemperatur t ^* > anfällt, die als Nutzwärme abgeführt werden kann. Aus der Sorptions¬ einheit 14 strömt dann wieder reiche Lösung über die Lei¬ tung 18 zurück zum Entgaser 12, wobei das Drosselorgan 22 den Druck wieder auf pi absenkt. Durch einen im Bereich des Zwischendrucks p2 zwischen die Leitungen 16 und 18 geschal¬ teten Wärmewechsler 30 wird in der reichen Lösung enthal¬ tene Wärmeenergie auf die arme Lösung übertragen. Im bisher beschriebenen Umfang stellt die Anlage also praktisch eine Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe dar, in welcher grund- sätzlich weitere Maßnahmen zur Verbesserung ihrer

Leistungsziffer, z.B. die in der - nicht vorverδffentlich¬ ten - Patentanmeldung P 37 16 642.5 offenbarten Maßnahmen zur zusätzlichen Entgasung der armen Lösung auf einem zwischen pi und ∑ liegenden Druck mittels Wärmeübertragung aus der reichen Lösung und Verdichtung der hierbei ausge¬ triebenen gasförmigen Arbeitsmittelkomponente auf den Druck P2 und Förderung der zusätzlich anfallenden Menge der gas-

förmigen Arbeitsmittelkomponente in die Sorptionseinheit, verwirklicht werden können. Da diese Maßnahmen aber nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind, werden sie im Rahmen der vorliegenden Anmeldung nicht im einzelnen beschrieben und - der Übersichtlichkeit halber - in der Zeichnungsfigur auch nicht dargestellt.

Die Anlage 10 weist außerdem den in den Zeichnungsfiguren oben dargestellten zweiten Lösungskreislauf II auf, in welchem die den Absorber dieses zweiten Lδsungskreislaufs darstellende Sorptionseinheit 14 mit einem Desorber 32 über Leitungen 34 und 36 mit eingeschalteter Lδsungspumpe 38 bzw. Drosselorgan 40 sowie einem weiteren Wärmewechsler 42 verbunden ist. In dem gegenüber der Sorptionseinheit 14 auf höherem Druck p3 befindlichen Desorber 32 wird bei einer

Temperatur t3 > t∑ Wärmeenergie zugeführt und somit aus der über die Leitung 34 zuströmenden reichen Lösung gasförmige Arbeitsmittelkomponente in eine Verbindungsleitung 44 aus¬ getrieben, in welcher eine Expansionsmaschine 46 - bei- spielsweise einer Ammoniak-Turbine - angeordnet ist, in welcher der Druck in der gasförmigen Arbeitsmittelkompo¬ nente auf p∑ abgesenkt wird, wobei die Expansionsmaschine Arbeit leistet, die in einem Generator 48 in elektrische Energie umgewandelt und/oder auch zum direkten Antrieb weiterer Maschinen, z.B. des Kompressors 26 verwendet werden kann. Der hinter der Expansionsmaschine 46 verlaufende Zweig der Verbindungsleitung 44 ist ebenfalls an die Zweigleitung 28 angeschlossen, d.h. auch die im Desorber 32 ausgetriebene gasförmige Arbeitsmittel- komponente wird in die Sorptionseinheit 40 zurückgeführt. Da andererseits auch die Leitungen 34 und 36 des Lösungs¬ kreislaufs II an die Sorptionseinheit 14 angeschlossen sind, - was die Figur 1 durch Verbindung der Leitung 36 mit der Leitung 16 unmittelbar vor deren Eintritt in die und die Verbindung der Leitung 34 mit der Leitung 18 unmittel¬ bar nach deren Austritt aus der Sorptionseinheit 14 veran¬ schaulicht ist - sind die Lösungskreisläufe I und II alsc

nicht voneinander getrennt, sondern direkt miteinander ver¬ bunden. Die Sorptionseinheit 14 muß also auf den Durchsatz der vom Entgaser 12 und vom Desorber 32 zuströmenden Menge von armer Lösung sowie der Re- bzw. Absorption der im Ent- gaser 12 und im Desorber 32 ausgetriebenen gasförmigen

Arbeitsmittelkomponente ausgelegt sein. Den kontinuierli¬ chen Betrieb der Anlage 10 beeinträchtigende Konzentra¬ tionsunterschiede in den Losungskreislaufen I und II können demnach nicht auftreten, da die Lδsungskreisläufe ja gekoppelt sind.

Die in dem von der Expansionsmaschine 46 angetriebenen elektrischen Generator 48 erzeugte elektrische Energie fällt als zusätzliche Nutzenergie an, von der allerdings die zum Antrieb des Kompressors 26 erforderliche Antriebs¬ energie bei der Berechnung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage abzuziehen ist.

Die in den Figuren 3 und 4 gezeigte, in ihrer Gesamtheit mit 50 bezeichnete, als Wärmetransformator arbeitende

Wärmewandleranlage weist einen der Wärmewandleranlage 10 entsprechenden grundsätzlichen Aufbau mit zwei auf unter¬ schiedlichen Druckniveaus betriebenen, bei einem Zwischen¬ druck P2 direkt zusammengeschalteten Lösungskreisläufen I und II auf, wobei aber die funktionellen Unterschiede eines Wärmetransformators gegenüber einer Wärmepumpe zu beachten sind. Der in den Zeichnungsfiguren oben dargestellte Lδsungskreislauf I wird von einem - gleichzeitig Teil des Lδsungskreislaufs II bildenden - Entgaser 52 gebildet, welcher mit einem Resorber 54 über Leitungen 56, 58 mit eingeschalteter Lösungspumpe 60 bzw. Drosselorgan 62 ver¬ bunden ist. In dem auf dem Zwischendruck befindlichen ^' Ent- gaser 52 wird aus der über die Leitung 58 zugeführten reichen Lösung des Arbeitsmittels durch Zufuhr von Wärme auf dem Temperaturniveau t2 gasförmige Arbeitsmittelkompo¬ nente in einen an eine Verbindungsleitung 64 mit einge¬ schaltetem Kompressor 66 angeschlossenen Verbindungslei-

tungszweig 68 ausgetrieben. Der Kompressor 66 fördert die ihm vom Entgaser 52 zuströmende gasförmige Arbeitsmittel¬ komponente unter Druckerhδhung auf den Druck p3 zum Resor- ber 52, wo sie unter Abfuhr der dabei bei der Temperatur t3 anfallenden Resorptionswärme in der dort nach Druckerhδhung durch die Lδsungspumpe 60 über die Leitung 56 zuströmenden armen Lösung resorbiert wird. Die reiche Lösung strömt dann über die Leitung 58 und nach Druckabsenkung im Drosselorgan 62 zum Entgaser 52 zurück. Ein Wärmewechsler 70 überträgt auch hier wiederum von der in der Leitung 58 strömenden reichen Lösung Wärmeenergie auf die in der Leitung 56 strömende arme Lösung. Der Lδsungskreislauf I kann also auch hier wiederum als Zweistoff-Kompressions-Wärmepumpe aufgefaßt werden, wobei das im Zusammenhang mit der Anlage 10 für den Lδsungskreislauf I bezüglich der Verbesserung der Leistungsziffer einer solchen Kompressions-Wärmepumpe durch weitere Maßnahmen Ausgeführte auch bezüglich des Lösungskreislaufs I der Wärmewandleranlage 50 gilt. Die im Resorber 52 mit der Temperatur t3 > z anfallende Wär e- energie stellt in diesem Falle also Nutzenergie dar.

Der Lδsungskreislauf II wird neben dem - wie erwähnt auch Teil des Lδsungskreislaufs I bildenden - Entgaser 52 von einem Absorber 72 gebildet, der mit dem Entgaser 52 über Leitungen 74, 76 mit eingeschalteter Lösungspumpe 78 bzw.

Drosselorgan 80 verbunden ist, wobei auch hier wieder durch einen Wärmewechsler 82 Wärme von der in der Leitung 74 strömenden reichen Lösung auf die in der Leitung 76 strömende arme Lösung übertragen wird. An dem aus dem Entgaser 52 angeschlossenen und die ausgetriebene gasförmige Arbeitsmittelkomponente abfördernden Verbindungszweig 68 ist - neben der Verbindungsleitung 64 - eine weitere Verbindungsleitung 84 angeschlossen, in welche eine einen Generator 88 antreibende Expansionsmaschine 86 eingeschaltet ist. Ober die Verbindungsleitung 48 wird ein Teil der im Entgaser 52 ausgetriebenen gasförmigen Arbeitsmittelkomponente nach Druckerniedrigung in der

Expansionsmaschine 86 auf pi in den Absorber 72 zurückgeführt und dort unter Abfuhr von Absorptionswärme bei einem Temperaturniveau ti in der über die Leitung 76 zugeführten und im Drosselorgan 80 ebenfalls auf den Druck pi abgesenkten armen Lösung absorbiert. Die dadurch wieder reichere Lösung strömt dann über die Leitung 74 unter Druckerhδhung durch die Lδsungspumpe 78 auf den Druck p∑ wieder zum Entgaser 52 zurück. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die direkte Koppelung der beiden Lösungskreisläufe I und II wiederum dadurch veranschau¬ licht, daß die Leitungen 58 und 74 bzw. 56 und 76 als unmittelbar vor dem Eintritt in bzw. unmittelbar nach dem Austritt aus dem Entgaser 52 direkt miteinander verbunden dargestellt sind. Konzentrationsunterschiede zwischen den Losungskreislaufen I und II, welche durch gesonderte Ma߬ nahmen ausgeglichen werden müßten, können also auch beim Betrieb der Wärmewandleranläge 50 als Wärmetransformator nicht auftreten.