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DE102014206474A1 - Plant for providing heat energy for heat consumers - Google Patents

Plant for providing heat energy for heat consumers Download PDF

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DE102014206474A1
DE102014206474A1 DE102014206474.0A DE102014206474A DE102014206474A1 DE 102014206474 A1 DE102014206474 A1 DE 102014206474A1 DE 102014206474 A DE102014206474 A DE 102014206474A DE 102014206474 A1 DE102014206474 A1 DE 102014206474A1
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DE
Germany
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heat
heat pump
pump unit
energy
air
Prior art date
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Withdrawn
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DE102014206474.0A
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Inventor
Axel Widenhorn
Steffen Oberländer
Thilo Kissel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
THERMEA ENERGIESYSTEME GmbH
Duerr Systems AG
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Publication date
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Abstract

Eine Anlage (10) zum Bereitstellen von Wärmeenergie für Wärmeverbraucher enthält eine Verbrennungskraftmaschine (12), die in einem im Wesentlichen geschlossenen Gehäuse (34) angeordnet ist, das eine Einlassöffnung (36) für das Eintreten von zu einem Teil als Prozessluft und zu einem anderen Teil als Spülluft wirkender Ansaugluft und eine Auslassöffnung (38) für das Austreten des als Spülluft wirkenden Teils der Ansaugluft aufweisenden Gehäuse (34) angeordneten Verbrennungskraftmaschine hat. Die Verbrennungskraftmaschine (12) weist eine Abtriebseinheit, insbesondere eine Abtriebswelle (20) für das Bereitstellen von mechanischer Energie auf und hat eine Abgaseinheit (50) für das Bereitstellen von Wärmeenergie mit einem Rauchgasstrom auf einem ersten Temperaturniveau T1. Erfindungsgemäß ist die Wärmepumpeneinheit (56) für das Bereitstellen von Wärmeenergie auf einem von dem ersten Temperaturniveau T1 vorzugsweise verschiedenen weiteren Temperaturniveau T2 mit der Verbrennungskraftmaschine (12) wirkungsgekoppelt.A system (10) for providing thermal energy for heat consumers contains an internal combustion engine (12) which is arranged in a substantially closed housing (34) which has an inlet opening (36) for the entry of one part as process air and another Part of the intake air acting as scavenging air and an outlet opening (38) for the exit of the part of the housing (34) having the intake air that acts as scavenging air. The internal combustion engine (12) has an output unit, in particular an output shaft (20) for providing mechanical energy and has an exhaust gas unit (50) for providing thermal energy with a flue gas flow at a first temperature level T1. According to the invention, the heat pump unit (56) is functionally coupled to the internal combustion engine (12) for providing thermal energy at a further temperature level T2, which is preferably different from the first temperature level T1.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Bereitstellen von Wärmeenergie für Wärmeverbraucher, mit einer Verbrennungskraftmaschine, die eine Abtriebseinheit, insbesondere eine Abtriebswelle für das Bereitstellen von mechanischer Energie hat und die eine Abgaseinheit für das Bereitstellen von Wärmeenergie auf einem ersten Temperaturniveau mit einem Abgasstrom aufweist.The invention relates to a system for providing heat energy for heat consumer, with an internal combustion engine having an output unit, in particular an output shaft for providing mechanical energy and having an exhaust unit for providing heat energy at a first temperature level with an exhaust stream.

Derartige Anlagen sind als sogenannte Kraft-Wärme-Kopplungseinheiten bekannt. Für die elektrische Stromerzeugung enthalten diese Anlagen einen elektrischen Generator, der mit der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Diese Anlagen können z. B. dazu eingesetzt werden, dezentral Mehrfamilienhäuser, Industrieanlagen und öffentliche Gebäude mit elektrischem Strom zu versorgen. Mit der bei der Stromerzeugung anfallenden Abwärme aus dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine werden dann dort z. B. Warmwasseraufbereitungssysteme und/oder Heizungseinrichtungen betrieben. Im Weiteren wird Abgas einer Gasturbine insbesondere im Zusammenhang mit einer Verbrennung fossiler bzw. organischer Energieträger zur Wärmeerzeugung auch als „Rauchgas“ bezeichnet, ohne damit eine spezifische Festlegung hinsichtlich der Qualität oder Zusammensetzung des Abgases vornehmen zu wollen. Such systems are known as so-called combined heat and power units. For electric power generation, these systems include an electric generator driven by the internal combustion engine. These systems can z. This can be used, for example, to provide decentralized multi-family houses, industrial plants and public buildings with electricity. With the waste heat generated during power generation from the exhaust gas of the internal combustion engine then z. B. hot water treatment systems and / or heating devices operated. In addition, exhaust gas of a gas turbine, in particular in connection with combustion of fossil or organic energy carriers for heat generation, is also referred to as "flue gas", without wishing to make a specific determination with regard to the quality or composition of the exhaust gas.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zum Umwandeln von Energie für die Kraft-Wärme-Kopplung zu schaffen, mit der durch Verbrennen von einem Brennstoff elektrische Energie und Nutzwärme dezentral mit einem maximierten Brennstoffnutzungsgrad bereitgestellt werden kann. Eine bevorzugte Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zum Umwandeln von Energie für die Kraft-Wärme-Kopplung zu schaffen, welche Nutzwärme in mindestens zwei Nutzwärmeströmen unterschiedlicher Temperaturniveaus bereitstellen kann.The object of the invention is to provide a plant for converting energy for combined heat and power, with which by burning a fuel electrical energy and useful heat can be provided decentralized with a maximized fuel efficiency. A preferred object of the invention is to provide a plant for converting energy for combined heat and power, which can provide useful heat in at least two Nutzwärmeströmen different temperature levels.

Unter dem Brennstoffnutzungsgrad einer Anlage wird dabei vorliegend das Verhältnis von der mit der Anlage für eine Nutzung bereitstellbaren elektrischen Energie und Wärmeenergie zu der dafür eingesetzten Brennstoffenergie verstanden.In the present case, the fuel efficiency of a plant is understood to be the ratio of the electrical energy and thermal energy which can be supplied by the plant for use to the fuel energy used for this purpose.

Diese Aufgabe wird durch eine Anlage der eingangs genannten Art gelöst, die eine Wärmepumpeneinheit für das Bereitstellen von Wärmeenergie auf einem von dem ersten Temperaturniveau vorzugsweise verschiedenen zweiten, weiteren Temperaturniveau enthält, die mit der Verbrennungskraftmaschine wirkungsgekoppelt ist.This object is achieved by a plant of the type mentioned, which contains a heat pump unit for the provision of heat energy at a preferably different from the first temperature level second, further temperature level, which is coupled with the internal combustion engine effect.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass der Brennstoffnutzungsgrad einer Anlage zum Bereitstellen von Wärme für Wärmeverbraucher erhöht werden kann, indem mit der mechanischen Energie, die mit der Verbrennungskraftmaschine erzeugt wird, eine oder mehrere Wärmepumpen betrieben werden, um die bei dem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine entstehende Abwärme für Wärmeverbraucher nutzbar zu machen, und zwar vorzugsweise auf mehreren unterschiedlichen Temperaturniveaus. Durch die bevorzugte Bereitstellung von Wärmeenergie auf mindestens zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus kann die erfindungsgemäße Anlage besonders gut zur gleichzeitigen, hinsichtlich des Brennstoffnutzugsgrads optimierten Versorgung von mindestens zwei Verbraucheranlagen aus den Bereichen der Kältemaschinen, Warmwasseraufbereitungssysteme, Dampferzeugersysteme und/oder Heizungssysteme verwendet werden. The invention is based on the idea that the fuel efficiency of a plant for providing heat for heat consumers can be increased by using the mechanical energy generated by the internal combustion engine, one or more heat pumps are operated to those resulting from the operation of the internal combustion engine To make waste heat usable for heat consumers, preferably at several different temperature levels. Due to the preferred provision of heat energy at at least two different temperature levels, the plant according to the invention can be used particularly well for simultaneously optimizing the fuel efficiency of at least two consumer installations from the fields of refrigerators, hot water treatment systems, steam generator systems and / or heating systems.

Unter einer Verbrennungskraftmaschine wird dabei vorliegend eine Wärmekraftmaschine verstanden, die durch Verbrennung von Treibstoff mechanische Arbeit verrichtet. Dabei wird chemische Energie aus einem Kraftstoff-Luft-Gemisch über die Temperatur des Arbeitsgases in Druck bzw. Kraft und Ausdehnung, d. h. in mechanische Energie umgewandelt.In the present case, an internal combustion engine is understood as meaning a heat engine which performs mechanical work by combustion of fuel. In this case, chemical energy from a fuel-air mixture via the temperature of the working gas in pressure or force and expansion, d. H. converted into mechanical energy.

Die Verbrennungskraftmaschine kann erfindungsgemäß z. B. als ein Dieselmotor, Ottomotor, Wankelmotor, Stirlingmotor oder auch als ein Turbinensystem ausgebildet sein.The internal combustion engine can according to the invention z. B. be designed as a diesel engine, gasoline engine, Wankel engine, Stirling engine or as a turbine system.

Unter einem Treibstoff wird dabei insbesondere ein Stoff oder ein Stoffgemisch verstanden, welcher/-s unter Zufuhr eines Oxidationsmittels, insbesondere Luft, zumindest nach einer anfänglichen Initialzündung einer exothermen Oxidationsreaktion mit dem Oxidationsmittel unterliegt, wobei ein wärmeenergieführender Abgas- bzw. Rauchgasstrom entsteht. Unter einer anfänglichen Initialzündung wird dabei insbesondere eine kurzzeitige Zufuhr von Energie, insbesondere Wärmeenergie verstanden, welche zur Überwindung einer für die Oxidationsreaktion notwendigen, für ein Gemisch aus dem Treibstoff und dem Oxidationsmittel typischen Zündtemperatur erforderlich ist.In this context, a fuel is understood in particular to mean a substance or a substance mixture which, under the supply of an oxidizing agent, in particular air, undergoes an exothermic oxidation reaction with the oxidizing agent, at least after an initial initiation, producing a waste gas or flue gas stream carrying heat energy. Under an initial initial ignition is understood in particular a short-term supply of energy, in particular heat energy, which is necessary to overcome a necessary for the oxidation reaction, typical for a mixture of the fuel and the oxidizing agent ignition temperature.

Unter einem Wärmeverbraucher wird dabei insbesondere eine Vorrichtung, eine Anlage oder ein System zur Ausführung eines Nutzprozesses verstanden, wobei zur Ausführung des Nutzprozesses Wärmeenergie bzw. Prozesswärme notwendig ist. Derartige Nutzprozesse können beispielsweise Trocknungsprozesse, chemische, insbesondere endotherme chemische Prozesse, Verdampfungsprozesse und/oder Schmelzprozesse sein.In this case, a heat consumer is understood in particular to mean a device, a system or a system for carrying out a utilization process, wherein for carrying out the utilization process Heat energy or process heat is necessary. Such useful processes can be, for example, drying processes, chemical, in particular endothermic, chemical processes, evaporation processes and / or melting processes.

Die Erfindung nutzt aus, dass der Abgasstrom erhebliche Mengen an Wärmeenergie, auch als Abwärme bezeichnet, enthält, die in Anlagen für die Kraft-Wärme-Kopplung als Prozesswärmequelle genutzt werden kann. Die Erfindung nutzt optional auch aus, dass ein Teil einer von der Verbrennungskraftmaschine oder einem Ventilator angesaugter und unverbrannt durch die Verbrennungskraftmaschine hindurchgeförderter Luft und / oder die Verbrennungskraftmaschine kühlender Luft (sogenannte „Spülluft“) Abwärme enthalten kann, die ebenfalls weiterverwertet werden kann.The invention makes use of the fact that the exhaust gas stream contains considerable amounts of heat energy, also referred to as waste heat, which can be used in plants for combined heat and power as a process heat source. Optionally, the invention also makes use of the fact that a part of air sucked in by the internal combustion engine and unburned by the internal combustion engine and / or the internal combustion engine cooling air (so-called "scavenging air") may contain waste heat, which may also be reused.

Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, dass die Wärmepumpeneinheit wenigstens eine Wärmepumpe mit einem elektrischen Antrieb aufweist und die Verbrennungskraftmaschine für das Wirkungskoppeln von Verbrennungskraftmaschine und Wärmepumpeneinheit einen Generator für das Bereitstellen von elektrischer Energie antreibt, die zumindest teilweise, vorzugsweise nahezu vollständig dem elektrischen Antrieb der Wärmepumpe zugeleitet wird. Durch die bevorzugte Versorgung des elektrischen Antriebs der Wärmepumpe über den mit der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Generator ergibt sich die Möglichkeit, Generator und elektrischen Antrieb ideal aufeinander abzustimmen, insbesondere den Generator und den elektrischen Antrieb so auszulegen, dass das System bzw. die Anlage über einen Bereich von Betriebszuständen hinweg einen gegenüber dem Stand der Technik erhöhten Wirkungsgrad aufweist.According to the invention it is therefore proposed that the heat pump unit has at least one heat pump with an electric drive and the internal combustion engine for the interaction of internal combustion engine and heat pump unit drives a generator for providing electrical energy, which is at least partially, preferably almost completely fed to the electric drive of the heat pump , Due to the preferred supply of the electric drive of the heat pump on the generator driven by the internal combustion engine, there is the possibility of ideal match generator and electric drive, in particular the generator and the electric drive designed so that the system or the system over a range of Operating states across an increased compared to the prior art efficiency.

Eine Idee der Erfindung ist es insbesondere, dass die Verbrennungskraftmaschine in einem im Wesentlichen geschlossenen Gehäuse angeordnet sein kann, welches bevorzugt eine Einlassöffnung für das Eintreten von zu einem Teil als Prozessluft und zu einem anderen Teil als Spülluft wirkender Ansaugluft und eine Auslassöffnung für das Austreten des als Spülluft wirkenden Teils der Ansaugluft aufweist. Dabei ist die Wärme der aus dem Gehäuse austretenden Spülluft für das Wirkungskoppeln von Verbrennungskraftmaschine und Wärmepumpeneinheit zumindest teilweise der Wärmepumpeneinheit an einem Wärme-Eingang zuführbar. Dabei kann es zusätzlich von Vorteil sein, wenn die Wärmepumpeneinheit den aus dem Gehäuse austretenden Luftstrom auf eine unterhalb eines Taupunktes liegende Temperatur abkühlt.An idea of the invention is, in particular, that the internal combustion engine can be arranged in a substantially closed housing, which preferably has an inlet opening for the entry of some of the process air and to another part as purge air intake air and an outlet opening for the exit of the Having as a scavenging air acting part of the intake air. In this case, the heat of the purging air emerging from the housing for the effect coupling of internal combustion engine and heat pump unit can be at least partially fed to the heat pump unit at a heat input. It may additionally be advantageous if the heat pump unit cools the exiting the housing air flow to a temperature below a dew point.

Unter einem Taupunkt eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Gases oder Gasgemisches, wird dabei vorliegend eine Grenztemperatur verstanden, bei deren Unterschreitung zumindest ein Gasanteil oder eine Gas-Sorte, insbesondere in dem gasförmigen Fluid aufgenommener Dampf, z. B. Wasserdampf zu einer Flüssigkeit, d. h. einem Kondensat kondensiert. Dadurch kann dem Fluid zusätzlich latente Wärmeenergie entzogen und über die Wärmepumpeneinheit zur Nutzung bereitgestellt bzw. übertragen werden.In this case, a dew point of a gaseous fluid, in particular of a gas or gas mixture, is understood as meaning a limit temperature, below which at least one gas fraction or gas species, in particular steam taken up in the gaseous fluid, eg. As water vapor to a liquid, d. H. condensed condensate. As a result, additional latent heat energy can be withdrawn from the fluid and provided or transmitted for use via the heat pump unit.

Insbesondere ist es von Vorteil, in diesem Fall eine Einrichtung für das Abscheiden und/oder Sammeln von Kondensat aus dem Fluid, insbesondere der Spülluft vorzusehen. In particular, it is advantageous in this case to provide a device for separating and / or collecting condensate from the fluid, in particular the purging air.

Um die Wärme in dem Rauchgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine zu nutzen, kann eine erfindungsgemäße Anlage einen Vorlaufkanal für das Führen des Rauchgasstroms der Verbrennungskraftmaschine zu einem Wärmeverbraucher enthalten, um auf diesen Wärme aus dem Rauchgasstrom zu übertragen, und einen Rücklaufkanal zu einem mit einem Wärme-Eingang der Wärmepumpeneinheit thermisch gekoppelten Wärmetauscher. Dabei kann es auch hier von Vorteil sein, wenn die Wärmepumpeneinheit den dem Wärmetauscher zuführbaren Rauchgasstrom auf eine unterhalb eines Taupunkts im Sinne der vorhergehenden Beschreibung liegende Temperatur abkühlt, wodurch sich große Wärmeübertragungsraten von dem Rauchgasstrom zu der Wärmepumpeneinheit erzielen lassen. Für das kontrollierte Abführen von Kondensat kann auch hier eine Einrichtung für das Abscheiden und/oder Sammeln von Kondensat aus dem Rauchgasstrom von Vorteil sein, um der Anlage Feuchtigkeit zu entziehen, die z. B. durch den bei dem Verbrennen von kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen entstehenden Wasserdampf verursacht wird.In order to use the heat in the flue gas stream of an internal combustion engine, a system according to the invention may include a flow channel for guiding the flue gas stream of the internal combustion engine to a heat consumer to transfer heat from the flue gas stream, and a return duct to a with a heat input of the Heat pump unit thermally coupled heat exchanger. It may also be advantageous here if the heat pump unit cools the flue gas stream which can be fed to the heat exchanger to a temperature below a dew point in the sense of the preceding description, as a result of which large heat transfer rates can be achieved from the flue gas stream to the heat pump unit. For the controlled removal of condensate, a device for the separation and / or collection of condensate from the flue gas stream can also be advantageous here to extract moisture from the system, the z. B. is caused by the resulting in the combustion of hydrocarbon fuels water vapor.

Die Verbrennungskraftmaschine kann einen Verdichter für das Verdichten von zumindest einem als Prozessluft wirkenden Teil der über die Einlassöffnung hindurchtretenden Ansaugluft zu einer Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine in einem Brennerluftstrom als Oxidationsmittel zuführbarer verdichteter Prozessluft aufweisen.The internal combustion engine can have a compressor for compressing at least one part of the intake air which passes through the inlet opening as a process air to a combustion chamber of the internal combustion engine in a burner air stream as an oxidized compressed process air.

Um die Leistung der Verbrennungskraftmaschine in der Anlage zu steigern, wenn diese bei hohen Umgebungstemperaturen, z. B. in den Tropen eingesetzt wird, kann es günstig sein, wenn die Wärme der dem Verdichter zuführbaren Prozessluft für das Wirkungskoppeln von Verbrennungskraftmaschine und Wärmepumpeneinheit zumindest teilweise vor dem Eintreten in den Verdichter der Wärmepumpeneinheit an einem Wärme-Eingang zuführbar ist.In order to increase the performance of the internal combustion engine in the system, if this at high ambient temperatures, eg. B. is used in the tropics, it may be beneficial if the heat of the compressor feedable process air for the effect coupling of internal combustion engine and Heat pump unit can be supplied at least partially before entering the compressor of the heat pump unit to a heat input.

Ergänzend kann die Wärme der Prozessluft hier auf eine unterhalb eines Taupunkts im Sinne der vorhergehenden Beschreibung liegende Temperatur abgekühlt werden, wodurch es möglich wird, der Prozessluft, die dem Verdichter zugeführt wird, mit einer hohen Wärmeübertragungsrate Wärme zu entziehen. Für das kontrollierte Abscheiden und/oder Sammeln von Kondensat aus der mit der Wärmepumpeneinheit abgekühlten Prozessluft kann hierbei ebenfalls eine Einrichtung für das Abscheiden und/oder Sammeln von Kondensat von Vorteil sein.In addition, the heat of the process air can here be cooled to a temperature below a dew point in the sense of the preceding description, whereby it is possible to extract heat from the process air, which is supplied to the compressor, with a high heat transfer rate. For the controlled separation and / or collection of condensate from the process air cooled by the heat pump unit, a device for separating and / or collecting condensate can likewise be advantageous here.

Nach der Erfindung wird auch vorgeschlagen, dass ein Brennerluftstrom der Verbrennungskraftmaschine für das Wirkungskoppeln von Verbrennungskraftmaschine und Wärmepumpeneinheit zumindest teilweise über einen Kanal für verdichtete Prozessluft der Wärmepumpeneinheit als Wärmequelle zuführbar ist. Auch hier lassen sich zusätzlich mit einer Wärmepumpeneinheit, die den Brennerluftstrom auf eine unterhalb eines Taupunkts im Sinne der vorhergehenden Beschreibung liegende Temperatur abkühlt, große Wärmeübertragungsraten erzielen. Für das kontrollierte Sammeln bzw. Abscheiden von Kondensat kann auch hier eine Einrichtung für das Abscheiden und/oder Sammeln von Kondensat aus dem Brennerluftstrom vorteilhaft sein.According to the invention it is also proposed that a burner air flow of the internal combustion engine for the effect coupling of internal combustion engine and heat pump unit is at least partially supplied via a channel for compressed process air of the heat pump unit as a heat source. Here, too, can be achieved with a heat pump unit, which cools the burner air flow to a temperature below a dew point in the sense of the previous description, large heat transfer rates. For the controlled collection or separation of condensate, a device for separating and / or collecting condensate from the burner air flow can also be advantageous here.

Die Anlage kann auch in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wenigstens einen Wärmespeicher für das Zwischenspeichern von Wärme aus dem Abgasstrom und/oder wenigstens einen Wärmespeicher für das Zwischenspeichern von Wärme aus dem durch die Eintrittsöffnung in das Gehäuse eingetreten Ansaugluft und/oder wenigstens einen Wärmespeicher für das Zwischenspeichern der von der Wärmepumpeneinheit bereitgestellten Wärmeenergie aufweisen. Dieser Wärmespeicher kann z. B. als ein Warmwasserspeicher oder Heißwasserspeicher oder Dampfspeicher oder Phasenwechselspeicher oder Latentwärmespeicher ausgebildet sein.The system can also in an advantageous development of the invention, at least one heat storage for the buffering of heat from the exhaust stream and / or at least one heat storage for the buffering of heat from the inlet through the inlet opening into the housing intake air and / or at least one heat storage for the Caching the heat energy provided by the heat pump unit. This heat storage can, for. B. be designed as a hot water tank or hot water tank or steam storage or phase change memory or latent heat storage.

Eine Idee der Erfindung besteht auch darin, in einer Anlage zum Umwandeln von Energie für die Kraft-Wärme-Kopplung optional zusätzlich auch eine Wirkungskopplung der Wärmepumpeneinheit mit einem Kälteverbraucher vorzusehen. Darüber hinaus kann eine erfindungsgemäße Anlage auch wenigstens einen Kältespeicher für das Zwischenspeichern von mit der Wärmepumpeneinheit bereitgestellter Kälte enthalten. Als Kälte wird dabei ein Reservoir mit einem Medium verstanden, das bei Norm- bzw. Umgebungstemperatur oder darunter liegenden Temperaturen ein nennenswertes Aufnahmevermögen für Wärmeenergie aufweist. Ein derartiger Kältespeicher kann z. B. als Kaltwasserspeicher oder als Eisspeicher oder als Phasenwechselspeicher ausgebildet sein.An idea of the invention is also to provide in a system for converting energy for combined heat and power optionally additionally also a coupling effect of the heat pump unit with a cold consumer. In addition, a system according to the invention may also contain at least one cold storage for temporarily storing refrigeration provided with the heat pump unit. Cold is understood to mean a reservoir with a medium which has a considerable absorption capacity for thermal energy at standard or ambient temperature or lower temperatures. Such a cold storage can, for. B. be designed as a cold water storage or ice storage or as a phase change memory.

Von Vorteil ist es, wenn die Verbrennungskraftmaschine als ein Gasturbinensystem, insbesondere als ein Mikrogasturbinensystem ausgebildet ist. Ein bevorzugtes Gasturbinensystem umfasst dabei zumindest einen Brenner, vorzugsweise einen steuer- oder regelbaren Mehrstufenbrenner, insbesondere mit einer Pilotstufe und mindestens einer steuer- oder regelbaren Hauptstufe, eine über einen Abgasstrom des Brenners antreibbare Turbine und einen über die Turbine antreibbaren Verdichter. Weiters ist vorzugsweise ein Generator zur Bereitstellung elektrischer Energie vorgesehen, welcher ebenfalls durch die Turbine angetrieben werden kann. Optional kann das Gasturbinensystem weiters einen als Rekuperator wirkenden Wärmetauscher aufweisen, durch welchen ein Teil der Wärmeenergie des Abgasstroms auf einen dem Brenner zugeführten Oxidationsmittelstrom, insbesondere Brennerluftstrom übertragen werden kann.It is advantageous if the internal combustion engine is designed as a gas turbine system, in particular as a micro gas turbine system. In this case, a preferred gas turbine system comprises at least one burner, preferably a controllable or controllable multi-stage burner, in particular with a pilot stage and at least one controllable or controllable main stage, a turbine drivable via an exhaust gas flow of the burner and a compressor drivable via the turbine. Furthermore, a generator for providing electrical energy is preferably provided, which can also be driven by the turbine. Optionally, the gas turbine system further comprise a heat exchanger acting as a recuperator, through which part of the heat energy of the exhaust gas stream can be transmitted to an oxidant stream, in particular burner air stream, supplied to the burner.

Eine Idee der Erfindung ist es auch, dass die Wärmepumpeneinheit einen mit einer Wärmeübertragungseinrichtung thermisch gekoppelten Wärme-Anschluss für das Bereitstellen von Wärmeenergie auf dem zweiten Temperaturniveau T2 hat, die für das Bereitstellen von Wärmeenergie auf einem gegenüber dem zweiten Temperaturniveau T2 höheren weiteren Temperaturniveau T3 an einem weiteren Wärme-Anschluss mit einer mit Wärme aus dem Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine beaufschlagbaren Wärmeübertragungseinrichtung thermisch gekoppelt ist.An idea of the invention is also that the heat pump unit has a thermally coupled with a heat transfer device heat connection for providing heat energy at the second temperature level T 2 , which is for providing heat energy at a higher temperature compared to the second temperature level T 2 T 3 is thermally coupled to a further heat connection with a heat from the exhaust gas stream of the internal combustion engine acted upon heat transfer device.

Mit dieser Maßnahme ist es möglich, Wärmeenergie auf einem Temperaturniveau bereitzustellen, das höher ist als das Temperaturniveau an dem Wärme-Anschluss der Wärmepumpeneinheit.With this measure, it is possible to provide heat energy at a temperature level higher than the temperature level at the heat connection of the heat pump unit.

Die Erfindung erstreckt sich darüber hinaus auch auf ein Verfahren zum Umwandeln von in einem Brennstoff enthaltener chemischer Energie in Wärmeenergie, bei dem einem ersten Wärmeverbraucher die Wärmeenergie auf einem ersten Temperaturniveau zugeführt wird und bei dem ein von dem ersten Wärmeverbraucher verschiedener zweiter Wärmeverbraucher die Wärmeenergie auf einem von dem ersten Temperaturniveau vorzugsweise verschiedenen weiteren Temperaturniveau erhält.The invention also extends to a method for converting chemical energy contained in a fuel into heat energy, wherein the heat energy is supplied to a first heat consumer at a first temperature level and wherein a second heat consumer different from the first heat consumer, the heat energy on a preferably obtains different further temperature level from the first temperature level.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In the following the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments schematically illustrated in the drawing.

Es zeigen:Show it:

1 eine erste Anlage zum Bereitstellen von Wärmeenergie mit einem Wärmeverbraucher; 1 a first plant for providing heat energy with a heat consumer;

2 eine zweite Anlage zum Bereitstellen von Wärmeenergie für Wärmeverbraucher; 2 a second plant for providing heat energy for heat consumers;

3 eine dritte Anlage zum Bereitstellen von Wärmeenergie für Wärmeverbraucher; 3 a third plant for providing heat energy for heat consumers;

4 eine vierte Anlage zum Bereitstellen von Wärmeenergie mit einem Wärmeverbraucher und von Kälteenergie mit einem Kälteverbraucher; 4 a fourth system for providing heat energy with a heat consumer and cold energy with a cold consumer;

5 und 6 weitere Anlagen zum Bereitstellen von Wärmeenergie mit einem Wärmeverbraucher; und 5 and 6 other systems for providing heat energy with a heat consumer; and

7a bis 7c Bilanzschemata der Nettoenergieströme bevorzugter Anwendungen gemäß Tab. 1 erfindungsgemäßer Anlagen. 7a to 7c Balancing schemes of the net energy flows of preferred applications according to Tab. 1 inventive plants.

Die in der 1 gezeigte Anlage 10 ist für die Kraft-Wärme-Kopplung ausgelegt. Sie dient zum Umwandeln der in einem Brennstoff, insbesondere einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff gespeicherten chemischen Energie in elektrische Energie und in Wärme, die unterschiedlichen Wärmeverbrauchern zugeführt werden kann.The in the 1 shown attachment 10 is designed for combined heat and power. It is used to convert the stored in a fuel, in particular a liquid or gaseous fuel chemical energy into electrical energy and heat that can be supplied to different heat consumers.

Die Anlage 10 enthält eine als Mikrogasturbinensystem 12 ausgebildete Verbrennungskraftmaschine. Das Mikrogasturbinensystem 12 hat eine schnelllaufende Gasturbine 14, die mittels einer Welle 16 mit einem Verdichter 18 drehgekoppelt ist. Über eine als Abtriebseinheit wirkende Abtriebswelle 20 ist an das Mikrogasturbinensystem 12 ein elektrischer Generator 22 angeschlossen, der für das Bereitstellen einer elektrischen Leistung Pel von z. B. Pel ≈ 50, 100, 200 oder 400 kW ausgelegt ist. In dem Mikrogasturbinensystem 12 gibt es eine Brennerkammer 24 für das exotherme Oxidieren von (insbesondere mittels eines Kompressors 26 komprimiertem gasförmigem) Brennstoff mit einem Oxidationsmittel, insbesondere verdichteter Sauerstoffhaltigem Gasgemisch, vorzugsweise Luft, das von dem Verdichter 18 durch einen Ansaugluftkanal 28 mit einem Rekuperator 30 der Brennerkammer 24 zugeführt wird. In der Brennerkammer 24 wird damit Abgas in Form eines Heißgasstroms erzeugt. Der in der Brennerkammer 24 erzeugte Heißgasstrom wird dann der Gasturbine 14 zugeführt. Dort wird der Heißgasstrom entspannt. Dabei wird dem Heißgasstrom Energie entzogen und in Form von kinetischer Energie an einen angeschlossenen Verbraucher übertragen. Nach Durchströmen der Gasturbine 14 wird das zunächst als Heißgasstrom vorliegende Abgas in Form von Rauchgas mit reduziertem Druck an eine Abgaseinheit 50 geleitet. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel wird der Brennerkammer neben dem Oxidationsmittel ein flüssiger Brennstoff zur Realisierung der exothermen Oxidation zugeführt. The attachment 10 contains one as micro gas turbine system 12 trained internal combustion engine. The micro gas turbine system 12 has a high-speed gas turbine 14 that by means of a wave 16 with a compressor 18 is rotationally coupled. Via an output shaft acting as output unit 20 is due to the micro gas turbine system 12 an electric generator 22 connected for providing an electric power P el of z. B. P el ≈ 50, 100, 200 or 400 kW is designed. In the micro gas turbine system 12 there is a burner chamber 24 for the exothermic oxidation of (in particular by means of a compressor 26 compressed gaseous) fuel with an oxidizing agent, in particular compressed oxygen-containing gas mixture, preferably air, from the compressor 18 through an intake air duct 28 with a recuperator 30 the burner chamber 24 is supplied. In the burner chamber 24 This exhaust gas is generated in the form of a hot gas stream. The one in the burner chamber 24 generated hot gas stream is then the gas turbine 14 fed. There, the hot gas stream is released. In this case, the hot gas stream energy is withdrawn and transmitted in the form of kinetic energy to a connected consumer. After flowing through the gas turbine 14 is the first present as a hot gas flow exhaust gas in the form of flue gas with reduced pressure to an exhaust unit 50 directed. In a modified embodiment, a liquid fuel for realizing the exothermic oxidation is supplied to the burner chamber in addition to the oxidizing agent.

Die Gasturbine 14 arbeitet bevorzugt mit Brennkammerdrücken pB in einem Bereich 2bar ≤ pB ≤ 6bar, vorzugsweise zwischen 3bar ≤ pB ≤ 5bar, besonders bevorzugt von ca. 4bar und Temperaturen T an einem Ausgang der Brennerkammer 24, die in einem Bereich zwischen 700°C und 1400°C, insbesondere 800°C und 1200°C, vorzugsweise zwischen 850°C und 1100°C, besonders bevorzugt zwischen 900°C und 1000°C liegen und idealerweise etwa T ≈ 950°C am betragen. Die Drehzahl der Gasturbine 14 beträgt dabei etwa 40.000 U/min bis 100.000 U/min, insbesondere 65.000 U/min bis 80.000 U/min, besonders bevorzugt von ungefähr 70.000 U/min. In dem elektrischen Generator 22 wird die kinetische Energie der schnelllaufenden Gasturbine 14 in elektrische Energie umgesetzt. Der Generator 22 wird dabei vorzugsweise aktiv gekühlt. In der Anlage 10 gibt es hierfür eine Kühleinrichtung 32 mit einem Wasser- und Ölkreislauf, der durch den Generator 22 geführt ist.The gas turbine 14 preferably operates with combustion chamber pressures p B in a range 2bar ≤ p B ≤ 6bar, preferably between 3bar ≤ p B ≤ 5bar, more preferably of about 4bar and temperatures T at an output of the burner chamber 24 , which are in a range between 700 ° C and 1400 ° C, in particular 800 ° C and 1200 ° C, preferably between 850 ° C and 1100 ° C, more preferably between 900 ° C and 1000 ° C and ideally about T ≈ 950 ° C on the amount. The speed of the gas turbine 14 is about 40,000 rpm to 100,000 rpm, in particular 65,000 rpm to 80,000 rpm, more preferably of about 70,000 rpm. In the electric generator 22 becomes the kinetic energy of the high-speed gas turbine 14 converted into electrical energy. The generator 22 is preferably actively cooled. In the plant 10 is there a cooling device for this purpose? 32 with a water and oil cycle passing through the generator 22 is guided.

Das Mikrogasturbinensystem 12 ist bevorzugt in einem (zumindest weitgehend) geschlossenen Gehäuse 34 angeordnet, welches wenigstens eine Einlassöffnung 36 und wenigstens eine Auslassöffnung 38 aufweist. Die Anlage 10 weist ein vorzugsweise als Saugzuggebläse gestaltetes Gebläse 40 auf, das dazu dient, Umgebungsluft durch die Einlassöffnung 36 anzusaugen, die in der Richtung des Pfeils 42 zu einem Teil dem Verdichter 18 als Ansaugluft zugeführt wird. Zu einem anderen Teil strömt die angesaugte Umgebungsluft in Form von so genannter Spülluft in der Richtung des Pfeils 44 zunächst in die Kühleinrichtung 32 und über ein Eintrittsplenum 46 durch das Gehäuse 34. Nachfolgend strömt die Spülluft in ein Austrittsplenum 48 und von dort zu der Auslassöffnung 38, um dabei von den in dem Gehäuse 34 angeordneten Baugruppen Abwärme abzuführen. In modifizierten Ausführungsbeispielen sind selbstverständlich auch mehrere Einlass- und/oder mehrere Auslassöffnungen ggf. mit unterschiedlicher Dimensionierung und/oder Positionierung vorsehbar.The micro gas turbine system 12 is preferably in a (at least largely) closed housing 34 arranged, which at least one inlet opening 36 and at least one outlet opening 38 having. The attachment 10 has a preferably designed as Saugzuggebläse blower 40 which serves ambient air through the inlet opening 36 suck in the direction of the arrow 42 to a part of the compressor 18 is supplied as intake air. To another part of the sucked ambient air flows in the form of so-called purge air in the direction of the arrow 44 first in the cooling device 32 and about an entry plenum 46 through the housing 34 , Subsequently, the purging air flows into a discharge plenum 48 and from there to the outlet opening 38 in order to keep from being in the case 34 arranged assemblies waste heat dissipate. In modified embodiments, of course, a plurality of inlet and / or a plurality of outlet openings are optionally providable with different dimensions and / or positioning.

Das Mikrogasturbinensystem 12 enthält eine Abgaseinheit 50, die in einen Abgaskanal in Form eines so genannten Rauchgaskanals 52 mündet, der einen Vorlaufkanal-Abschnitt hat, an dem ein Wärmeverbraucher 54 angeschlossen ist, um die Wärme aus dem Rauchgasstrom mit dem Rauchgas der Gasturbine 14 bei einem Rauchgas-Temperaturniveau T1 dem Wärmeverbraucher 54 zuzuführen. Je nach Betriebsart der Gasturbine 14, dem in der Brennkammer 24 verbrannten Brennstoff und den dort eingestellten Verbrennungsbedingungen kann das Rauchgas-Temperaturniveau dabei in einem Bereich 200°C ≤ T1 ≤ 650°C liegen.The micro gas turbine system 12 contains an exhaust unit 50 entering an exhaust duct in the form of a so-called flue gas duct 52 opens, which has a flow channel section to which a heat consumer 54 is connected to the heat from the flue gas stream with the flue gas of the gas turbine 14 at a flue gas temperature level T 1 the heat consumer 54 supply. Depending on the operating mode of the gas turbine 14 in the combustion chamber 24 burned fuel and the combustion conditions set there, the flue gas temperature level can be in a range 200 ° C ≤ T 1 ≤ 650 ° C.

Der Wärmeverbraucher 54 kann z. B. als ein Ofen ausgebildet sein, z. B. als ein Großbackofen in einer Bäckerei oder als ein Trocknersystem, z. B. als ein Trocknersystem mit einem Trocknertunnel für Kraftfahrzeugkarossen in einer Lackieranlage.The heat consumer 54 can z. B. be formed as a furnace, for. B. as a large oven in a bakery or as a dryer system, for. B. as a dryer system with a dryer tunnel for motor vehicle bodies in a paint shop.

In der Anlage 10 gibt es eine Wärmepumpeneinheit 56 mit einer Wärmepumpe 58. Die Wärmepumpeneinheit 56 dient zum Bereitstellen von Wärmeenergie an einem Wärme-Anschluss 82 bei einem Temperaturniveau T2 mit ~80°C ≤ T2 ≤ ~160°C für einen oder mehrere weitere Wärmeverbraucher (nicht dargestellt), die z. B. als Heizungsanlage oder als Einrichtung für das Aufbereiten von Warm-, Heißwasser und/oder Dampf ausgebildet sein können.In the plant 10 is there a heat pump unit 56 with a heat pump 58 , The heat pump unit 56 serves to provide heat energy at a heat connection 82 at a temperature level T 2 with ~ 80 ° C ≤ T 2 ≤ ~ 160 ° C for one or more other heat consumers (not shown), the z. B. as a heating system or as a device for the treatment of hot, hot water and / or steam can be formed.

Die Wärmepumpe 58 weist einen Wärme-Eingang 62 auf. Sie enthält einen Kreislauf, in dem ein Arbeitsmedium geführt ist. Die Wärmepumpe hat einen elektrischen Antrieb 64 für das Antreiben einer Fördereinrichtung, die das Arbeitsmedium durch den Kreislauf bewegt, um dabei Wärme, die dem Wärme-Eingang 62 auf einem Temperaturniveau T3 < T2 zugeführt wird, zu dem Wärme-Ausgang 60 zu pumpen.The heat pump 58 has a heat input 62 on. It contains a circuit in which a working medium is guided. The heat pump has an electric drive 64 for driving a conveyor, which moves the working fluid through the circuit to thereby heat the heat input 62 is supplied at a temperature level T 3 <T 2 , to the heat output 60 to pump.

Die Wärmepumpeneinheit 56 in der Anlage 10 ist mit dem Mikrogasturbinensystem 12 wirkungsgekoppelt. Der elektrische Antrieb 64 der Wärmepumpe 58 wird hierzu mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Generator 22 angetrieben. In einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung sind dabei der elektrische Generator 22 und elektrische Antrieb 64 so ausgebildet, insbesondere aufeinander abgestimmt, dass ein elektromechanischer Wirkungsgrad des Gesamtsystems optimiert wird, insbesondere über einen Drehzahlbereich von 10%, insbesondere 15%, bevorzugt 20% um den Auslegungspunkt des Generators 22 hinweg weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, bevorzugt weniger als 2,5% vom Optimum abweicht.The heat pump unit 56 in the plant 10 is with the micro gas turbine system 12 effectively coupled. The electric drive 64 the heat pump 58 This is done with electrical energy from the electric generator 22 driven. In a particularly preferred embodiment of the invention are the electric generator 22 and electric drive 64 designed, in particular coordinated with each other, that an electromechanical efficiency of the overall system is optimized, in particular over a speed range of 10%, in particular 15%, preferably 20% to the design point of the generator 22 less than 10%, in particular less than 5%, preferably less than 2.5%, deviates from the optimum.

Der Wärme-Eingang 62 der Wärmepumpe 58 erhält Restwärme aus dem aufgrund von thermischem Kontakt mit dem Wärmeverbraucher 54 auf die Temperatur T1` abgekühlten Rauchgasstrom in dem Rauchgaskanal 52 durch einen Rücklaufkanal-Abschnitt 66, der an einen mit einem mit dem Wärme-Eingang 62 der Wärmepumpe 58 thermisch gekoppelten Wärmetauscher 68 geführt ist.The heat input 62 the heat pump 58 receives residual heat from the due to thermal contact with the heat consumer 54 to the temperature T 1 `cooled flue gas stream in the flue gas duct 52 through a return passage section 66 , one with one with the heat input 62 the heat pump 58 thermally coupled heat exchanger 68 is guided.

Bevorzugt ermöglicht die Wärmepumpe 58 dabei, den in dem Rücklaufkanal-Abschnitt 66 strömenden Rauchgasstrom auf eine unterhalb zumindest eines Taupunkts eines Teilgases des Rauchgasstroms liegende Temperatur abzukühlen. Für das Abscheiden und Sammeln von dabei gebildetem Kondensat aus dem Rauchgasstrom ist dem Wärmetauscher 68 insbesondere eine Einrichtung 70 für das Abscheiden und Sammeln von Kondensat zugeordnet.Preferably, the heat pump allows 58 doing, in the return passage section 66 flowing flue gas stream to cool to below at least one dew point of a partial gas of the flue gas stream temperature. For the separation and collection of condensate formed thereby from the flue gas stream is the heat exchanger 68 in particular a device 70 assigned for the separation and collection of condensate.

Der Wärme-Eingang 62 der Wärmepumpe 58 erhält alternativ oder ergänzend Wärme aus der durch die Auslassöffnung 38 strömenden Luft, die durch einen Spülluftkanal 72 mit einem mit dem Wärme-Eingang 62 thermisch gekoppelten Wärmetauscher 74 geführt ist. Mit der Wärmepumpe 58 kann die durch den Spülluftkanal 72 strömende Luft bevorzugt auf eine Temperatur unterhalb eines Taupunkts eines Teilgases der im Spülluftkanal 72 strömenden Luft abgekühlt werden. Dieses Teilgas wird dabei zumindest teilweise in ein Kondensat überführt. Für das Abscheiden und Sammeln von Kondensat aus dem Rauchgasstrom ist dem Wärmetauscher 74 eine Einrichtung 76 für das Abscheiden und Sammeln von Kondensat zugeordnet.The heat input 62 the heat pump 58 alternatively or additionally receives heat from the through the outlet opening 38 flowing air passing through a purge air duct 72 with one with the heat input 62 thermally coupled heat exchanger 74 is guided. With the heat pump 58 can the through the scavenging air duct 72 flowing air preferably at a temperature below a dew point of a partial gas in the scavenge air duct 72 be cooled flowing air. This partial gas is thereby at least partially converted into a condensate. For the separation and collection of condensate from the flue gas stream is the heat exchanger 74 An institution 76 assigned for the separation and collection of condensate.

Für das Zwischenspeichern von dem Rauchgasstrom entzogener Restwärme ist in der Anlage 10 in der Anlage 10 optional, d. h. nicht zwingend, ein mit dem Wärme-Eingang 62 der Wärmepumpe 58 thermisch gekoppelter Wärmespeicher 78 vorgesehen. Um die mit der Wärmepumpe 58 an dem Wärme-Ausgang 60 bereitgestellte Wärme zu puffern, kann insbesondere auch dort ein Wärmespeicher 80 vorgesehen sein.For the caching of the flue gas stream withdrawn residual heat is in the system 10 in the plant 10 optional, ie not mandatory, one with the heat input 62 the heat pump 58 thermally coupled heat storage 78 intended. To those with the heat pump 58 at the heat output 60 To buffer provided heat, in particular, there is a heat storage 80 be provided.

Mit der Wärmepumpeneinheit 56 kann in der Anlage 10 Wärme auf dem Temperaturniveau T2 an dem Wärme-Ausgang 82 bereitgestellt werden.With the heat pump unit 56 can in the plant 10 Heat at the temperature level T 2 at the heat output 82 to be provided.

Die in der 2 gezeigte Anlage 110 für die Kraft-Wärme-Kopplung hat ein Mikrogasturbinensystem 112 mit einem Kanal für verdichtete Prozessluft 128, in dem ein Wärmetauscher 131 angeordnet ist, mittels dessen der in dem Verdichter 118 verdichteten Prozessluft Wärme entzogen werden kann. Soweit die Baugruppen in der Anlage 110 mit den Baugruppen der Anlage 10 aus der 1 identisch oder zumindest funktional identisch sind, haben diese in der 2 mit in Bezug auf die 1 um die Zahl 100 erhöhte Zahlen als Bezugszeichen. The in the 2 shown attachment 110 for the cogeneration has a micro gas turbine system 112 with a channel for compressed process air 128 in which a heat exchanger 131 is arranged, by means of which in the compressor 118 compressed process air heat can be withdrawn. As far as the modules in the system 110 with the modules of the plant 10 from the 1 are identical or at least functionally identical, these have in the 2 with respect to the 1 around the number 100 increased numbers as reference numerals.

In der Anlage 110 gibt es eine Wärmepumpeneinheit 156 mit zwei Wärmepumpen 158, 159. Die Wärmepumpeneinheit 158 dient zum Bereitstellen von Wärmeenergie an Wärme-Anschlüssen 182, 183 bei einem Temperaturniveau T2, T4 mit ~80°C ≤ T2,4 ≤ ~160°C für einen oder mehrere weitere Wärmeverbraucher (nicht dargestellt), die z. B. als Heizungsanlage oder als Anlage für das Aufbereiten von Warm-, Heißwasser und/oder Dampf ausgebildet sein können.In the plant 110 is there a heat pump unit 156 with two heat pumps 158 . 159 , The heat pump unit 158 serves to provide heat energy to heat connections 182 . 183 at a temperature level T 2 , T 4 with ~ 80 ° C ≤ T 2.4 ≤ ~ 160 ° C for one or more other heat consumers (not shown), the z. B. may be formed as a heating system or as a plant for the treatment of hot, hot water and / or steam.

Die Wärmepumpen 158, 159 weisen jeweils einen Wärme-Eingang 162, 163 auf. Sie enthalten jeweils einen Kreislauf, in dem ein Arbeitsmedium geführt ist. Die Wärmepumpen 158, 159 haben einen elektrischen Antrieb 164 für das Antreiben einer Fördereinrichtung, die das Arbeitsmedium durch den Kreislauf bewegt, um dabei Wärme aus dem Temperaturbereich T1, T2 von den Wärme-Eingängen 162, 163 zu Wärme-Ausgängen 160, 161 zu pumpen. Der elektrische Antrieb 164 wird vorzugsweise vom Generator 122 des Mikrogasturbinensystems 112 gespeist.The heat pumps 158 . 159 each have a heat input 162 . 163 on. They each contain a circuit in which a working medium is performed. The heat pumps 158 . 159 have an electric drive 164 for driving a conveyor which moves the working fluid through the circuit to thereby heat from the temperature range T 1 , T 2 of the heat inputs 162 . 163 to heat outputs 160 . 161 to pump. The electric drive 164 is preferably from the generator 122 of the micro gas turbine system 112 fed.

Die der verdichteten Prozessluft in dem Mikrogasturbinensystem 112 mit dem Wärmetauscher 131 entzogene Wärme wird über ein in einem Kreislauf geführtes Wärmeträgerfluid durch einen Wärmetauscher 175 auf den Wärme-Eingang 163 der Wärmepumpe 148 übertragen. The compressed process air in the micro gas turbine system 112 with the heat exchanger 131 extracted heat is passed through a circulating heat transfer fluid through a heat exchanger 175 on the heat input 163 the heat pump 148 transfer.

Die Wärmepumpe 159 ist so ausgelegt, dass die mit dem Verdichter 118 des Mikrogasturbinensystems 112 verdichtete Ansaugluft abkühlt, insbesondere auf eine Temperatur unterhalb eines Taupunkts zumindest eines Teilgases abgekühlt werden kann. Vorzugsweise ist für das Abscheiden und Sammeln von Kondensat aus der Prozessluft dem Wärmetauscher 131 eine Einrichtung 133 für das Abscheiden und Sammeln von Kondensat zugeordnet.The heat pump 159 is designed so that the with the compressor 118 of the micro gas turbine system 112 compressed intake air cools, in particular to a temperature below a dew point of at least one partial gas can be cooled. Preferably, for the separation and collection of condensate from the process air to the heat exchanger 131 An institution 133 assigned for the separation and collection of condensate.

Für das Zwischenspeichern von der verdichteten Prozessluft aus dem Ansaugkanal der Mikrogasturbine entzogener Restwärme gibt es in der Anlage 110 einen mit dem Wärme-Eingang 163 der Wärmepumpe 159 thermisch gekoppelten Wärmespeicher 179. Um die mit der Wärmepumpe 159 an dem Wärme-Ausgang 161 bereitgestellte Wärme zu puffern, hat die Anlage 110 dort einen Wärmespeicher 181.For the intermediate storage of the compressed process air from the intake duct of the micro gas turbine extracted residual heat is available in the system 110 one with the heat input 163 the heat pump 159 thermally coupled heat storage 179 , To those with the heat pump 159 at the heat output 161 To buffer provided heat has the facility 110 there a heat storage 181 ,

Mit der Wärmepumpeneinheit 156 kann in der Anlage 110 Wärme auf den Temperaturniveaus T2, T4 > T1', T3 an Wärme-Anschlüssen 182, 183 bereitgestellt werden.With the heat pump unit 156 can in the plant 110 Heat at the temperature levels T 2 , T 4 > T 1 ', T 3 at heat connections 182 . 183 to be provided.

Zu bemerken ist, dass für eine modifizierte Ausführungsform der in der 2 gezeigten Anlage 110 in das Mikrogasturbinensystem 112 zusätzlich zu dem Wärmetauscher 131 auch ein Rekuperator integriert sein kann, dessen Wärmeleistung auf das für den Wärmeverbraucher 154 erforderliche Temperaturniveau für das Zuführen von Wärme abgestimmt ist. It should be noted that for a modified embodiment of the in the 2 shown attachment 110 into the micro gas turbine system 112 in addition to the heat exchanger 131 Also, a recuperator can be integrated, its heat output to that for the heat consumer 154 required temperature level for supplying heat is tuned.

Die in der 3 gezeigte Anlage 210 ist zum Umwandeln von Energie für die Kraft-Wärme-Kopplung bei hohen Außentemperaturen ausgelegt und damit insbesondere für den Einsatz in tropischen Regionen geeignet. Soweit die in der 3 gezeigten Baugruppen der Anlage 210 mit den Baugruppen der Anlage 10 aus der 1 identisch oder zumindest funktionsgleich sind, haben diese in der 3 mit in Bezug auf die 1 um die Zahl 200 erhöhte Zahlen als Bezugszeichen. The in the 3 shown attachment 210 is designed to convert energy for combined heat and power at high outside temperatures, making it particularly suitable for use in tropical regions. As far as in the 3 shown assemblies of the system 210 with the modules of the plant 10 from the 1 are identical or at least functionally identical, have these in the 3 with respect to the 1 around the number 200 increased numbers as reference numerals.

Die in der 3 gezeigte Anlage 210 für die Kraft-Wärme-Kopplung enthält Wärmetauscher 219 um die dem Verdichter 218 in dem Mikrogasturbinensystem 212 durch die Einlassöffnung 236 in dem Gehäuse 234 zugeführte Luft zu kühlen. Mit dieser Maßnahme kann der Brennstoffnutzungsgrad der Anlage 210 erhöht werden, wenn diese bei hohen Außentemperaturen, etwa in den Tropen betrieben wird. Der Verdichter 218 muss dann nämlich nicht mit höherer Leistung betrieben werden, um der Brennerkammer 224 verdichtete Ansaugluft mit dem gleichen Massenstrom wie bei niedrigen Außentemperaturen oder auch Ansaugtemperaturen zuzuführen.The in the 3 shown attachment 210 for combined heat and power contains heat exchanger 219 around the compressor 218 in the micro gas turbine system 212 through the inlet opening 236 in the case 234 to cool the supplied air. With this measure, the fuel efficiency of the system 210 be increased when it is operated at high outdoor temperatures, such as in the tropics. The compressor 218 it does not have to be operated at a higher power level than the burner chamber 224 To supply compressed intake air with the same mass flow as at low outdoor temperatures or intake temperatures.

Die Anlage 210 enthält eine Wärmepumpeneinheit 256 mit zwei Wärmepumpen 258, 259. Die Wärmepumpeneinheit 256 dient dem Bereitstellen von Wärmeenergie an Wärme-Anschlüssen 282, 283 bei einem Temperaturniveau T2, T4 mit ~80°C ≤ T2,4 ≤ ~160°C für einen oder mehrere weitere Wärmeverbraucher (nicht dargestellt). Ein solcher Wärmeverbraucher kann z. B. als eine Einrichtung für das Aufbereiten von Warm-, Heißwasser und/oder Dampf ausgebildet sein.The attachment 210 contains a heat pump unit 256 with two heat pumps 258 . 259 , The heat pump unit 256 serves to provide heat energy to heat connections 282 . 283 at a temperature level T 2 , T 4 with ~ 80 ° C ≤ T 2.4 ≤ ~ 160 ° C for one or more other heat consumers (not shown). Such a heat consumer can, for. B. be designed as a device for the treatment of hot, hot water and / or steam.

Die Wärmepumpen 258, 259 weisen jeweils einen Wärme-Eingang 262, 263 auf. Sie enthalten jeweils einen Kreislauf, in dem ein Arbeitsmedium geführt ist. Die Wärmepumpen 258, 259 haben einen elektrischen Antrieb 264 für das Antreiben einer Fördereinrichtung, die das Arbeitsmedium durch den Kreislauf bewegt, um dabei Wärme von den Wärme-Eingängen 262, 263 zu Wärme-Ausgängen 260, 261 zu pumpen. Der elektrische Antrieb 264 wird vorzugsweise vom Generator 222 des Mikrogasturbinensystems 212 gespeist.The heat pumps 258 . 259 each have a heat input 262 . 263 on. They each contain a circuit in which a working medium is performed. The heat pumps 258 . 259 have an electric drive 264 for driving a conveyor that moves the working fluid through the circuit to thereby heat from the heat inputs 262 . 263 to heat outputs 260 . 261 to pump. The electric drive 264 is preferably from the generator 222 of the micro gas turbine system 212 fed.

In der Anlage 210 wird die Wärme, die mittels des Wärmetauschers 219 der durch die Einlassöffnung 236 in der Richtung der Pfeile 242 strömenden Luft entzogen wird, über ein in einem Kreislauf geführtes Wärmeträgerfluid durch einen Wärmetauscher 275 bei einer Temperatur T3 < T5 auf den Wärme-Eingang 263 der Wärmepumpe 248 zu übertragen. In the plant 210 is the heat generated by the heat exchanger 219 through the inlet opening 236 in the direction of the arrows 242 flowing air is withdrawn, via a guided in a circulation heat transfer fluid through a heat exchanger 275 at a temperature T 3 <T 5 on the heat input 263 the heat pump 248 transferred to.

Die Wärmepumpe 259 kann bevorzugt so ausgelegt sein, dass dabei die durch den Wärmetauscher 219 strömende Luft auf eine Temperatur von z. B. T5 ≈ 5°C unterhalb des Taupunkts abgekühlt werden kann. Für das Abscheiden und Sammeln von Kondensat ist vorzugsweise deshalb dem Wärmetauscher 219 eine Einrichtung 233 für das Abscheiden und Sammeln von Kondensat zugeordnet.The heat pump 259 may preferably be designed so that in this case by the heat exchanger 219 flowing air to a temperature of z. B. T 5 ≈ 5 ° C below the dew point can be cooled. For the separation and collection of condensate is therefore preferably the heat exchanger 219 An institution 233 assigned for the separation and collection of condensate.

Für das Zwischenspeichern von der durch den Wärmetauscher 219 strömenden Luft gibt es in der Anlage 210 optional, also nicht zwingend, einen mit dem Wärme-Eingang 263 der Wärmepumpe 259 thermisch gekoppelten Wärmespeicher 279. Um die mit der Wärmepumpe 259 an dem Wärme-Ausgang 261 bereitgestellte Wärme zu puffern, hat die Anlage 210 dort einen Wärmespeicher 281.For caching from the through the heat exchanger 219 flowing air is available in the system 210 optional, not mandatory, one with the heat input 263 the heat pump 259 thermally coupled heat storage 279 , To those with the heat pump 259 at the heat output 261 To buffer provided heat has the facility 210 there a heat storage 281 ,

Mit der Wärmepumpeneinheit 256 kann in der Anlage 210 Wärme auf den Temperaturniveaus T2, T4 > T3 an Wärme-Anschlüssen 282, 283 bereitgestellt werden.With the heat pump unit 256 can in the plant 210 Heat at the temperature levels T 2 , T 4 > T 3 at heat connections 282 . 283 to be provided.

Die Anlage 310 zum Umwandeln von Energie für die Kraft-Wärme-Kopplung in der 4 enthält einen Kälte-Anschluss 385 für einen Kälteverbraucher. Soweit die in der 4 gezeigten Baugruppen der Anlage 310 mit den Baugruppen der Anlage 210 aus der 3 identisch sind, haben diese in der 4 mit in Bezug auf die 3 um die Zahl 100 erhöhte Zahlen als Bezugszeichen. The attachment 310 for converting energy for combined heat and power in the 4 contains a cold connection 385 for a cold consumer. As far as in the 4 shown assemblies of the system 310 with the modules of the plant 210 from the 3 are identical, these have in the 4 with respect to the 3 around the number 100 increased numbers as reference numerals.

Die Anlage 310 enthält eine Wärmepumpeneinheit 356 mit drei Wärmepumpen 358, 359 und 365. Die Wärmepumpeneinheit 365 dient für das Bereitstellen von Wärmeenergie an Wärme-Anschlüssen 382, 383, 384 bei einem Temperaturniveau T2, T4, T7 mit ~80°C ≤ T2,4,7 ≤ ~160°C für mehrere Wärmeverbraucher (nicht gezeigt) und einen Kälte-Anschluss 385 für eine Kühlreinrichtung (nicht gezeigt). Über den Kälte-Anschluss 385 kann der Kühleinrichtung auf einem Temperaturniveau von z. B.: T6 ≈ –10°C Wärme entzogen werden.The attachment 310 contains a heat pump unit 356 with three heat pumps 358 . 359 and 365 , The heat pump unit 365 is used to provide heat energy to heat connections 382 . 383 . 384 at a temperature level T 2 , T 4 , T 7 with ~ 80 ° C ≤ T 2.4,7 ≤ ~ 160 ° C for several heat consumers (not shown) and a cold connection 385 for a cooling device (not shown). About the cold connection 385 can the cooling device at a temperature level of z. B .: T 6 ≈ -10 ° C heat to be extracted.

Die Wärmepumpen 358, 359, 365 weisen jeweils einen Wärme-Eingang 362, 363, 367 auf. Sie enthalten jeweils einen Kreislauf, in dem ein Arbeitsmedium geführt ist. Die Wärmepumpen 358, 359, 365 haben einen elektrischen Antrieb 364 für das Antreiben einer Fördereinrichtung, die das Arbeitsmedium durch den Kreislauf bewegt, um dabei Wärme von den Wärme-Eingängen 362, 363, 367 zu Wärme-Ausgängen 360, 361, 369 zu pumpen. Der elektrische Antrieb 364 wird vorzugsweise vom Generator 322 des Mikrogasturbinensystems 312 gespeist.The heat pumps 358 . 359 . 365 each have a heat input 362 . 363 . 367 on. They each contain a circuit in which a working medium is performed. The heat pumps 358 . 359 . 365 have an electric drive 364 for driving a conveyor that moves the working fluid through the circuit to thereby heat from the heat inputs 362 . 363 . 367 to heat outputs 360 . 361 . 369 to pump. The electric drive 364 is preferably from the generator 322 of the micro gas turbine system 312 fed.

Für das Zwischenspeichern von der von der Wärmepumpe 365 der Kühleinrichtung entzogenen Wärme hat die Anlage 310 dort einen Wärmespeicher 387. Für das Puffern von Kälte befindet sich zwischen dem Kälte-Anschluss 385 und der Wärmepumpe 365 und ein Kältespeicher 389.For caching from that of the heat pump 365 The heat extracted from the cooling device has the system 310 there a heat storage 387 , For buffering cold is located between the cold connection 385 and the heat pump 365 and a cold storage 389 ,

Die in der 5 gezeigte Anlage 410 für das Bereitstellen von Wärmeenergie enthält einen als Wärmtauscher 454 ausgebildeten mit Wärme aus dem Rauchgasstrom der Verbrennungskraftmaschine 412 beaufschlagbaren Wärmeverbraucher und hat eine Wärmepumpeneinheit 456, die einen mit dem Wärmetauscher 454 thermisch gekoppelten Wärme-Anschluss 482 hat. Soweit die Baugruppen in der Anlage 410 mit den Baugruppen der Anlage 10 aus der 1 identisch sind, haben diese in der 5 mit in Bezug auf die 1 um die Zahl 400 erhöhte Zahlen als Bezugszeichen. Mit der Anlage 410 ist es damit möglich, an einem gegenüber dem zweiten Temperaturniveau T2 höheren Temperaturniveau T3 an einem Wärmeanschluss 484 Wärmeenergie für einen Wärmeverbraucher (nicht gezeigt) bereitzustellen.The in the 5 shown attachment 410 for providing heat energy contains as a heat exchanger 454 trained with heat from the flue gas stream of the internal combustion engine 412 can be acted upon heat consumer and has a heat pump unit 456 , one with the heat exchanger 454 thermally coupled heat connection 482 Has. As far as the modules in the system 410 with the modules of the plant 10 from the 1 are identical, have these in the 5 with respect to the 1 around the number 400 increased numbers as reference numerals. With the plant 410 It is thus possible, at a relation to the second temperature level T 2 higher temperature level T 3 at a heat connection 484 Provide heat energy for a heat consumer (not shown).

Die in der 6 gezeigte Anlage 510 für das Bereitstellen von Wärmeenergie enthält eine als Mischer ausgebildete Wärmeübertragungseinrichtung 586, in der ein in einem Rauchgaskanal 552 strömender Rauchgasstrom aus der Verbrennungskraftmaschine 512 mit Luft vermischt werden kann, die durch einen mit dem Wärme-Anschluss 582 der Wärmepumpeneinheit 556 thermisch gekoppelten Wärmetauscher 586 geführt ist. Soweit die Baugruppen in der Anlage 510 mit den Baugruppen der Anlage 10 aus der 1 identisch sind, haben diese in der 6 mit in Bezug auf die 1 um die Zahl 400 erhöhte Zahlen als Bezugszeichen. Auch mit der Anlage 510 ist es damit möglich, an einem gegenüber dem zweiten Temperaturniveau T2 höheren Temperaturniveau T3 an einem Wärme-Anschluss 584 Wärmeenergie für einen Wärmeverbraucher (nicht gezeigt) bereitzustellen.The in the 6 shown attachment 510 for providing heat energy contains a designed as a mixer heat transfer device 586 in which one in a flue 552 flowing Flue gas flow from the internal combustion engine 512 can be mixed with air, which by a with the heat connection 582 the heat pump unit 556 thermally coupled heat exchanger 586 is guided. As far as the modules in the system 510 with the modules of the plant 10 from the 1 are identical, have these in the 6 with respect to the 1 around the number 400 increased numbers as reference numerals. Also with the plant 510 It is thus possible, at a relation to the second temperature level T 2 higher temperature level T 3 at a heat connection 584 Provide heat energy for a heat consumer (not shown).

Die Wärmepumpen in den Wärmepumpeneinheiten der vorstehend beschriebenen Anlagen weisen bevorzugt einen Arbeitsmittelkreislauf mit dem Arbeitsmittel CO2 oder NH3 auf, das in einem thermodynamischen Kreisprozess entspannt und verdichtet wird. Entsprechend dem gewählten Temperaturniveau an dem Wärme-Eingang und dem Wärme-Ausgang werden die Wärmepumpen mit einem subkritischen, einem transkritischen oder, wie z. B. in der EP 2 518 423 A2 beschrieben, einem überkritischen Kreisprozess betrieben.The heat pumps in the heat pump units of the plants described above preferably have a working medium circuit with the working fluid CO 2 or NH 3 , which is expanded and compressed in a thermodynamic cycle. According to the selected temperature level at the heat input and the heat output, the heat pumps with a subcritical, a transcritical or, such. B. in the EP 2 518 423 A2 described, operated a supercritical cycle.

Unter einem subkritischen Kreisprozess wird dabei insbesondere ein Kreisprozess verstanden, bei dessen Durchführung oder Ablauf das Arbeitsmedium oder Arbeitsfluid hinsichtlich seiner thermodynamischen Eigenschaften, insbesondere seines thermodynamischen Zustandes in keinem Arbeits- oder Betriebspunkt bzw. während keiner Phase des Kreisprozesses bzw. in keinem Teil einer den Kreisprozess durchführenden Anlage oder Vorrichtung einen für das Arbeitsmedium oder Arbeitsfluid charakteristischen kritischen Punkt oder eine entsprechende kritische Grenzlinie in einem Phasendiagramm des Arbeitsmediums oder des Arbeitsfluids erreicht, insbesondere übersteigt.In this context, a subcritical cycle process is understood in particular to be a cyclic process in which the working medium or working fluid is not thermally or thermodynamically stable at any operating or operating point or during any phase of the cycle or in any part of the cycle performing plant or device reaches a characteristic of the working fluid or working fluid critical point or a corresponding critical boundary line in a phase diagram of the working fluid or the working fluid, in particular exceeds.

Unter einem transkritischen Kreisprozess wird dabei insbesondere ein Kreisprozess verstanden, bei dessen Durchführung oder Ablauf das Arbeitsmedium oder Arbeitsfluid hinsichtlich seiner thermodynamischen Eigenschaften, insbesondere seines thermodynamischen Zustandes an mindestens einem Arbeits- oder Betriebspunkt bzw. während mindestens einer Phase des Kreisprozesses bzw. in mindestens einem Teil einer den Kreisprozess durchführenden Anlage oder Vorrichtung den für das Arbeitsmedium oder Arbeitsfluid charakteristischen kritischen Punkt oder die entsprechende kritische Grenzlinie in einem Phasendiagramm des Arbeitsmediums oder des Arbeitsfluids wechselweise entweder übersteigt oder unterschreitet. War das Arbeitsmedium oder das Arbeitsfluid in einer ersten Phase des Kreisprozesses hinsichtlich seines thermodynamischen Zustandes unterkritisch, d.h. insbesondere seine Zustandsgrößen waren im Phasendiagramm unterhalb des kritischen Punktes bzw. der kritischen Grenzlinie, so überschreitet einer der Zustandsgrößen in einer nachfolgenden Phase den kritischen Punkt bzw. die kritische Grenzlinie, so dass das Arbeitsmedium bzw. das Arbeitsfluid in dieser Phase sich in einem überkritischen Zustand befindet. Das Arbeitsmedium bzw. das Arbeitsfluid erfahren dabei einen Phasenwechsel, dessen Ablauf einen zusätzlichen Energiebedarf darstellt. Ist der Phasenwechsel im Wesentlichen reversibel realisierbar, kann dieser zusätzliche Energiebedarf als Energiepuffer im Kreisprozess genutzt werden. Dazu wird in einer anschließenden Phase des Kreisprozesses das Arbeitsmedium bzw. das Arbeitsfluid hinsichtlich seiner Zustandsgrößen wieder unter den kritischen Punkt bzw. die kritische Grenzlinie entspannt, abgekühlt und/oder überführt, so dass in dem dann im umgekehrter Richtung ablaufenden Phasenwechsel der zusätzliche Energie im Wesentlichen wieder freigesetzt wird.In this context, a transcritical cycle process is understood to mean in particular a cyclic process in which the working medium or working fluid is subjected to its thermodynamic properties, in particular its thermodynamic state at at least one operating or operating point or during at least one phase of the cycle or in at least one part a plant or apparatus performing the cycle alternately either exceeds or falls below the critical point characteristic of the working fluid or working fluid or the corresponding critical boundary line in a phase diagram of the working fluid or working fluid. In a first phase of the cycle, the working fluid or working fluid was subcritical of its thermodynamic state, i. In particular, its state variables were in the phase diagram below the critical point or the critical boundary line, so one of the state variables in a subsequent phase exceeds the critical point or the critical boundary line, so that the working medium or the working fluid in this phase in a supercritical state located. The working medium or the working fluid experience a phase change, the process represents an additional energy requirement. If the phase change can be realized essentially reversibly, this additional energy requirement can be used as an energy buffer in the cyclic process. For this purpose, in a subsequent phase of the cyclic process, the working medium or the working fluid is again relaxed, cooled and / or transferred in terms of its state variables below the critical point or the critical boundary line, so that in the then running in the reverse direction phase change of the additional energy substantially is released again.

Unter einem überkritischen oder hyperkritischen Kreisprozess wird demgegenüber insbesondere ein Kreisprozess verstanden, bei dessen Durchführung oder Ablauf sich das Arbeitsmedium oder Arbeitsfluid hinsichtlich seiner thermodynamischen Eigenschaften, insbesondere seines thermodynamischen Zustandes in keinem Arbeits- oder Betriebspunkt bzw. während nahezu jeder, vorzugsweise jeder Phase des Kreisprozesses bzw. in nahezu jedem Teil einer den Kreisprozess durchführenden Anlage oder Vorrichtung über dem für das Arbeitsmedium oder Arbeitsfluid charakteristischen kritischen Punkt oder der entsprechende kritische Grenzlinie in Phasendiagramm befindet.By contrast, a supercritical or hypercritical cycle process is understood in particular to mean a cyclic process in the course of which the working medium or working fluid does not undergo any thermodynamic properties, in particular its thermodynamic state, at any operating or operating point, or during virtually any, preferably every phase of the cycle in almost any part of a system or apparatus performing the cycle above the critical point characteristic of the working fluid or working fluid or the corresponding critical boundary line in phase diagram.

Weitere Abwandlungen und Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen Anlage können sich unter anderem durch Kombination verschiedener Merkmale der im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele ergeben. So ergeben sich beispielsweise vorteilhafte, erfindungsgemäße Anlagen 10 durch eine veränderte Anzahl von Wärmepumpen 58, 158, 159, 258, 259, 358, 359, 365, 458, 558 im System, der Kombination von Wärmepumpen mit Niedertemperatur- und solche mit Hochtemperatur Wärmequellen auf der Eingangsseite und/oder durch Parallel- oder Serienschaltung des Wärmestromes aus der Mikrogasturbinenanlage mit einem gepumpten Wärmestrom mindestens einer Wärmepumpe der Anlage 10. Auch das Vorsehen eines oder mehrere Wärme- und/oder Kältespeicher als Zwischenspeicher in den wärmeführenden Strömen, wie sie exemplarisch in den Beispielen der 1, 2, 3, 5 oder 6 gezeigt sind, kann zu vorteilhaften Weiterbildungen eines erfindungsgemäßen Anlage führen. Über derartige Wärme- und/oder Kältespeicher lassen sich unter anderem vorteilhaft Fluktuationen der Wärmeströme ausgleichen, abdämpfen oder kompensieren.Further modifications and developments of a system according to the invention can result inter alia by combining various features of the embodiments described above. This results, for example, in advantageous systems according to the invention 10 through a changed number of heat pumps 58 . 158 . 159 . 258 . 259 . 358 . 359 . 365 . 458 . 558 in the system, the combination of heat pumps with low-temperature and those with high-temperature heat sources on the input side and / or by parallel or series connection of the heat flow from the micro gas turbine with a pumped heat flow at least one heat pump of the system 10 , Also, the provision of one or more heat and / or cold storage as a buffer in the heat-carrying streams, as exemplified in the examples of 1 . 2 . 3 . 5 or 6 are shown, can lead to advantageous developments of a system according to the invention. By means of such heat and / or cold storage, inter alia, it is advantageously possible to compensate, attenuate or compensate for fluctuations in the heat flows.

In den folgenden 7a bis 7c sind schematisch die Nettoenergiebilanzen oder Nettoenergieströme einiger ausgewählter Anwendungsbeispiele gemäß Tabelle 1 einer erfindungsgemäßen Anlage 10 als besonders bevorzugte Ausführungen einer der im Vorhergehenden beschriebenen Erfindungsvarianten gezeigt. In the following 7a to 7c schematically represent the net energy balances or net energy flows of some selected application examples according to Table 1 of a plant according to the invention 10 shown as particularly preferred embodiments of one of the variants of the invention described above.

7a zeigt die Nettoenergiebilanz für eine Warmwasserbereitung mit mindestens einem, vorzugsweise zwei Verbrauchern mit einer großen Temperaturspreizung von 90°C/20°C zwischen Vor- und Rücklauf gemäß dem Beispiel 1.1 der Tabelle 1 als erste Verwendung einer erfindungsgemäßen Anlage 10 nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Die Wärmekraftmaschine 12 setzt dabei die im Brennstoffstrom 900 gespeicherte chemische Energie durch eine exotherme Oxidation mit dem Oxidationsmittelstrom 902 mit einem Wirkungsgrad von η ≈ 0,35 in elektrische Energie um, welche über den elektrischen Strom 904 dem elektrischen Antrieb der Wärmepumpeneinheit 56 zugeführt wird. 7a shows the net energy balance for a hot water with at least one, preferably two consumers with a large temperature spread of 90 ° C / 20 ° C between flow and return according to Example 1.1 of Table 1 as the first use of a system according to the invention 10 according to one of the preceding embodiments. The heat engine 12 sets it in the fuel stream 900 stored chemical energy through an exothermic oxidation with the oxidant stream 902 with an efficiency of η ≈ 0.35 in electrical energy, which is about the electric current 904 the electric drive of the heat pump unit 56 is supplied.

Unter dem Wirkungsgrad η einer Wärmekraftmaschine wird dabei vorliegend das Verhältnis der mit der Wärmekraftmaschine erzeugten bzw. bereitgestellten elektrischen Energie zu der dafür eingesetzten chemischen Energie des Brennstoffs verstanden. In the present case, the ratio η of a heat engine of a heat engine is understood to mean the ratio of the electrical energy generated or provided by the heat engine to the chemical energy of the fuel used for this purpose.

Die bei der Stromerzeugung gleichzeitig freiwerdende, im Abgasstrom mitgeführte thermische Energie kann dabei als erster Nutzwärmestrom 906 mit einer Vorlauftemperatur T1vor einem nicht dargestellten ersten Verbraucher zugeführt werden. Der Verbraucher kühlt dabei den Nutzwärmestrom 906 auf die Rücklauftemperatur T1rück ab, mit welchem ein erster Nutzwärmekreislauf in der Anlage geschlossen werden kann. Eine Abwärme z. B. aus der Spülluft der Wärmekraftmaschine 12, einem wärmeführenden Frischluftstrom 902/903 der Wärmekraftmaschine 12, aus dem Rücklauf des Nutzwärmestroms 906 und/oder einer anderen Wärmequelle wird mit einer Quelltemperatur TQzu der Wärmepumpeneinheit 56 auf der Quellseite zugeführt. Eine günstige Quelltemperatur liegt dabei bei ca. 35°. In dieser bevorzugten Ausführung wird die Wärmepumpeneinheit 56 dabei transkritisch betrieben, so dass über die hohe Temperaturdifferenz von mindestens 50K im Wärmepumpen-Nutzkreis 908 – bevorzugt wird auch hier eine Temperaturspreizung im zweiten, von der Wärmepumpeneinheit 56 gespeisten Nutzwärmekreis 908 von T2vor ~ 90°C im Vorlauf und T2rück ~ 20° im Rücklauf eingestellt – eine hohe Leistungszahl von β ≈ 4 der Wärmepumpeneinheit 56 erreicht wird. Unter einer transkritischen Betriebsweise einer Wärmepumpeneinheit 56 wird dabei eine Betriebsart bzw. Betriebsverfahren der Wärmepumpeneinheit 56 verstanden, bei welcher das Arbeitsmedium bzw. das Arbeitsfluid einen transkritischen Kreisprozess durchläuft. In diesem Zusammenhang werden Wärmepumpeneinheiten 56 bzw. Wärmepumpen, die einen transkritische Betriebsweise aufweisen bzw. dieser unterzogen werden bzw. ausführen, als transkritische Wärmepumpen bezeichnet. The simultaneously released during power generation, entrained in the exhaust stream thermal energy can be used as the first useful heat flow 906 be supplied with a flow temperature T1 in front of a first consumer, not shown. The consumer cools the useful heat flow 906 to the reflux temperature T1 back from, with which a first Nutzwärmekreislauf in the system can be closed. A waste heat z. B. from the scavenging air of the heat engine 12 , a warming fresh air stream 902 / 903 the heat engine 12 , from the return of the useful heat flow 906 and / or another heat source having a source temperature TQ to the heat pump unit 56 supplied on the source side. A favorable source temperature is about 35 °. In this preferred embodiment, the heat pump unit 56 operated transcritical, so that the high temperature difference of at least 50K in the heat pump cycle 908 - Preference is also here a temperature spread in the second, from the heat pump unit 56 fed Nutzwärmekreis 908 set from T2 before ~ 90 ° C in the flow and T2 back ~ 20 ° in the return - a high coefficient of performance of β ≈ 4 of the heat pump unit 56 is reached. Under a transcritical operation of a heat pump unit 56 is an operating mode or operating method of the heat pump unit 56 understood, in which the working fluid or the working fluid undergoes a trans-critical cycle. In this context, heat pump units 56 or heat pumps, which have a transcritical mode of operation or are subjected to this or run, referred to as trans-critical heat pumps.

Wärmepumpeneinheiten für die Durchführung eines transkritischen Kreisprozesses zeichnen sich dabei insbesondere durch einen Turboverdichter/Turbokompressor, einen Verdampfer und einen Gaskühler aus. Der Turboverdichter/Turbokompressor gehört zu den thermischen Turboarbeitsmaschinen. Er arbeitet in der Umkehrung des Prinzips der Turbine, ähnelt in Bauteilen und Aufbau auch der Kreiselpumpe und fördert das jeweilige Medium ebenfalls durch Übertragung kinetischer Energie in Form eines Drallimpulses. Im Unterschied zur Pumpe wird das Gas im Verdichter komprimiert, das heißt bei gleichem Massenstrom ist der Volumenstrom am Austritt geringer. Die aufzuwendende Volumenänderungsarbeit muss von einer Pumpe nicht aufgebracht werden, weshalb bei gleichem Druckaufbau die Pumparbeit wesentlich geringer ist als die Verdichter- bzw. Kompressorarbeit. Aus diesem Grund arbeiten Dampfkraftwerke effizienter als vergleichbare Kraftwerke, die mit Luft/Gas betrieben werden. Vorzugsweise arbeiten die in einer transkritischen Wärmepumpe eingesetzten Turboverdichter ölfrei, d.h. die beweglichen Teile, wie das Verdichterrad, sind ölfrei im Verdichtergehäuse gelagert. Die Kombination als Verdampfer und Gaskühler ersetzen bei transkritischen Wärmepumpen die bei herkömmlichen, unterkritischen Wärmepumpen üblichen Kondensatoren oder Kondensatoreinheiten zur Rekondensation und Einleitung einer Rezirkulation des Arbeitsmediums bzw. Arbeitsfluids.Heat pump units for carrying out a transcritical cycle process are characterized in particular by a turbocompressor / turbocompressor, an evaporator and a gas cooler. The turbocompressor / turbocompressor belongs to the thermal turbomachinery. He works in the reversal of the principle of the turbine, similar in components and structure of the centrifugal pump and also promotes the respective medium by transmitting kinetic energy in the form of a swirl pulse. In contrast to the pump, the gas is compressed in the compressor, that is, at the same mass flow, the flow rate at the outlet is lower. The required volume change work does not have to be applied by a pump, which is why, with the same pressure build-up, the pumping work is considerably lower than the compressor or compressor work. For this reason, steam power plants operate more efficiently than comparable power plants operated with air / gas. Preferably, the turbocompressors used in a transcritical heat pump operate oil-free, i. The moving parts, such as the compressor wheel, are stored in the compressor housing without oil. In the case of transcritical heat pumps, the combination as evaporator and gas cooler replace the condensers or condenser units customary in conventional, subcritical heat pumps for the recondensation and initiation of a recirculation of the working medium or working fluid.

Erfindungsgemäß bevorzugte transkritische Wärmepumpeneinheiten 56 umfassen als Arbeitsmedium CO2, welches im Turboverdichter auf Prozessdrücke von mindestens 100bar und bis zu 120bar, bevorzugt bis zu in etwa 130bar vorgespannt wird.Transcritical heat pump units preferred according to the invention 56 comprise as working medium CO 2 , which is biased in the turbocompressor to process pressures of at least 100 bar and up to 120 bar, preferably up to about 130 bar.

Wird das Druckniveau im Turboverdichter noch weiter angeboben, beispielsweise auf bis zu 150bar, insbesondere bis zu 160bar, und der Gaskühler im Kreislauf durch einen Gaserhitzer ergänzt, kann die eben beschriebene CO2-basierte Wärmepumpeneinheit 56 auch rein überkritisch bzw. hyperkritisch betrieben werden. Bei einer überkritischen Wärmepumpeneinheit 56 wird der Turboverdichter vorzugsweise zusätzlich durch eine Einrichtung zur arbeitsleistenden Entspannung des Arbeitsmediums ergänzt.If the pressure level in the turbocompressor is further increased, for example up to 150 bar, in particular up to 160 bar, and the gas cooler is supplemented by a gas heater in the circuit, the CO 2 -based heat pump unit just described 56 also be operated purely supercritical or hypercritical. For a supercritical heat pump unit 56 The turbocompressor is preferably additionally supplemented by a device for work-performing expansion of the working medium.

Unter der Leistungszahl β einer Wärmepumpeneinheit wird dabei vorliegend das Verhältnis der Wärme- und/oder Kälteleistung der Wärmepumpeneinheit zu der elektrischen oder mechanischen Leistung verstanden, die der Wärmepumpeneinheit für das Betreiben hierfür zugeführt werden muss. In this case, the coefficient of performance β of a heat pump unit is understood as meaning the ratio of the heat and / or cooling capacity of the heat pump unit to the electrical or mechanical power which must be supplied to the heat pump unit for operation therefor.

Wird in der Wärmepumpeneinheit 56 insbesondere ein CO2-Turboverdichter eingesetzt, kann die die Vorlauftemperatur T2vor sogar auf über 100°C gesteigert werden. Für eine weitere Steigerung des Brennstoffnutzungsgrades kann optional eine Brennwertnutzung in der Wärmekraftmaschine 12 zum Einsatz kommen. Auf diese Weise kann insgesamt ein Brennstoffnutzungsgrad bis zu 205% erreicht werden. Grundsätzlich ist es in diesem Anwendungsbeispiel denkbar, dass die Wärmeströme 906 und 908 parallel zwei verschiedenen Verbrauchern oder aber über eine Zusammenführung oder einem Mischer einem einzigen Verbraucher zugeführt werden.Is in the heat pump unit 56 In particular, a CO 2 turbo compressor used, the flow temperature T2 can be increased before even over 100 ° C. For a further increase in the fuel efficiency can optionally be a calorific value in the heat engine 12 be used. In this way, a total fuel efficiency of up to 205% can be achieved. In principle, it is conceivable in this application example that the heat flows 906 and 908 be supplied in parallel to two different consumers or via a merge or a mixer to a single consumer.

Alternative Anwendungen mit einem Energiebilanzschema nach 7a sind als Beispiele 1.2 bis 1.4 in der Tabelle 1 zusammengefasst. Abweichend von dem vorhergehend beschriebenen Beispiel wird hierbei die Niedertemperaturseite der Wärmepumpeneinheit 56 zur Bereitstellung von Prozesskälte, z. B. durch Absenkung einer Fluidtemperatur von TQzu ~ –4°C auf TQrück ~ –10°C (beispielsweise Bereitstellung von Kaltsole) genutzt. Die Anwendungen 1.2 bis 1.4 unterscheiden sich dabei in der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf der Nutzwärmeströme 906 und 908. Es wird an dieser Stelle auf die Details in Tabelle 1 verwiesen. Wird in der Wärmepumpeneinheit 56 insbesondere ein CO2-Turboverdichter eingesetzt, kann die die Vorlauftemperatur T2vor sogar auf über 100°C gesteigert werden. Für eine weitere Steigerung des Brennstoffnutzungsgrades kann optional eine Brennwertnutzung in der Wärmekraftmaschine 12 zum Einsatz kommen. Auf diese Weise kann insgesamt ein Brennstoffnutzungsgrad zwischen 160% und über 200%, bevorzugt bis zu 205% erreicht werden.Alternative applications with an energy balance scheme 7a are summarized as Examples 1.2 to 1.4 in Table 1. Notwithstanding the example described above, in this case, the low-temperature side of the heat pump unit 56 for providing process refrigeration, e.g. B. by lowering a fluid temperature of TQ to ~ -4 ° C to TQ back ~ -10 ° C (for example, providing cold brine) used. The applications 1.2 to 1.4 differ in the temperature difference between flow and return of useful heat flows 906 and 908 , Reference is here made to the details in Table 1. Is in the heat pump unit 56 In particular, a CO 2 turbo compressor used, the flow temperature T2 can be increased before even over 100 ° C. For a further increase in the fuel efficiency can optionally be a calorific value in the heat engine 12 be used. In this way, a total fuel efficiency between 160% and over 200%, preferably up to 205% can be achieved.

Eine andere bevorzugte Anwendung gemäß 1.5 der Tabelle 1 ergibt sich für eine Warmwasserbereitung ähnlich der im Vorhergehenden beschriebenen Anwendung 1.1 allerdings für Wärmeverbraucher mit einer geringen Temperaturspreizung mit einer Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf von maximal 50K und ohne Nutzung des Brennwerteffektes. Die geringere Temperaturspreizung führt dabei zu einer signifikant geringeren Leistungszahl der Wärmepumpeneinheit 56 von β ≈ 3, so dass bei identischem Quellstrom vergleichsweise mehr elektrische Energie aus der Wärmekraftmaschine 12 zum Betrieb der Wärmepumpeneinheit erforderlich ist. Dies führt in der Konsequenz zu einem insgesamt reduzierten Brennstoffnutzungsgrad der erfindungsgemäßen Anlage 10, wobei der Brennstoffnutzungsgrad hier allerdings immer noch bis zu 160% betragen kann.Another preferred application according to 1.5 of Table 1 results for a hot water preparation similar to the application described above 1.1, however, for heat consumers with a low temperature spread with a temperature difference between supply and return of a maximum of 50K and without the use of the condensing effect. The lower temperature spread leads to a significantly lower coefficient of performance of the heat pump unit 56 of β ≈ 3, so that at identical source current comparatively more electrical energy from the heat engine 12 to operate the heat pump unit is required. As a consequence, this leads to an overall reduced fuel efficiency of the system according to the invention 10 However, the fuel efficiency here can still be up to 160%.

Eine weitere bevorzugte Anwendung gemäß 1.6 der Tabelle 1 ergibt sich für zwei unterschiedliche Wärmeverbraucher, wobei der erste Wärmeverbraucher über den Nutzwärmestrom 906 nach 7a mit Wärmeenergie versorgt wird und dabei eine sehr geringer Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf von ca. 20K aufweist. Der zweite Wärmeverbraucher wiederum weist eine große Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf von min. 50K, vorzugsweise min 70K auf und kann daher über die transkritisch betriebene Wärmepumpeneinheit 56 mit hoher Leistungszahl von β ≈ 4 über den Nutzwärmestrom 908 versorgt werden. Besonders bevorzugte Vor- bzw. Rücklauftemperaturen sind dabei in Zeile 1.6 der Tabelle 1 zusammengestellt. Wird in der Wärmepumpeneinheit 56 insbesondere ein CO2-Turboverdichter eingesetzt, kann die die Vorlauftemperatur T2vor sogar auf über 100°C gesteigert werden. Für eine weitere Steigerung des Brennstoffnutzungsgrades oder falls die Kapazität der Abwärmequellen nicht ausreicht, kann optional eine Brennwertnutzung in der Wärmekraftmaschine 12 zum Einsatz kommen. Auf diese Weise kann insgesamt ein Brennstoffnutzungsgrad einer Anlage von bis zu 205% erreicht werden.A further preferred application according to 1.6 of Table 1 results for two different heat consumers, wherein the first heat consumer on the Nutzwärmestrom 906 to 7a is supplied with heat energy and thereby has a very low temperature difference between flow and return of about 20K. The second heat consumer in turn has a large temperature difference between supply and return of min. 50K, preferably at least 70K and can therefore via the transcritical heat pump unit 56 with high coefficient of performance of β ≈ 4 over the useful heat flow 908 be supplied. Particularly preferred flow and return temperatures are summarized in line 1.6 of Table 1. Is in the heat pump unit 56 In particular, a CO 2 turbo compressor used, the flow temperature T2 can be increased before even over 100 ° C. For a further increase in the fuel efficiency or if the capacity of the waste heat sources is not sufficient, optionally a calorific value utilization in the heat engine 12 be used. In this way, a total fuel efficiency of a plant of up to 205% can be achieved.

Eine andere Anwendung mit einer Energiebilanz gemäß 7a ist in 1.7 der Tabelle 1 zusammengefasst. Hierbei wird einem oder zwei Verbrauchern Warmwasser mit einer geringen Temperaturspreizung von ca. 20K zwischen Vor- und Rücklauf, beispielsweise 60°C -> 40°C zur Verfügung gestellt, wobei die Wärmequelle der Wärmepumpe eine erhöhte Temperatur TQzu von min 40°C aufweist. Die hierbei hyperkritisch betriebene Wärmepumpeneinheit 56 muss dabei einen CO2-Turboverdichter mit einer Mindestleistung von 500kW thermisch aufweisen, erreicht so aber eine hohe Leistungszahl von β ≈ 4. Für eine weitere Steigerung des Brennstoffnutzungsgrades oder falls die Kapazität der Abwärmequellen nicht ausreicht, kann optional eine Brennwertnutzung in der Wärmekraftmaschine 12 zum Einsatz kommen. Auf diese Weise kann insgesamt ein Brennstoffnutzungsgrad einer Anlage von bis zu 205% erreicht werden.Another application with an energy balance according to 7a is summarized in 1.7 of Table 1. Here, one or two consumers hot water with a low temperature spread of about 20K between supply and return, for example, 60 ° C -> 40 ° C provided, the heat source of the heat pump has an elevated temperature TQ to min of 40 ° C. , The hypercritical heat pump unit 56 must have a CO 2 turbo compressor with a minimum power of 500kW thermally, but so achieves a high coefficient of performance of β ≈ 4. For a further increase in the fuel efficiency or if the capacity of the waste heat sources is not sufficient, optionally a calorific value in the heat engine 12 be used. In this way, a total fuel efficiency of a plant of up to 205% can be achieved.

Mit einer hyperkritisch betriebenen Hochtemperatur-Wärmepumpeneinheit 56 mit einem CO2-Turboverdichter mit einer thermischen Leistung von min. 500kW lassen sich auch Wärmequellen mit min. 60°C noch erschließen und erfindungsgemäße Anlagen 10 für eine Verwendung zur Heißwasserund/oder Dampfversorgung eines Verbrauchers nutzbar machen, wie dies in den Beispielen 1.8 und 1.9 der Tabelle 1 im Zusammenhang mit dem Energiebilanzschema nach 7a zusammengefasst ist. Das Beispiel 1.8 versorgt dabei sowohl über den Nutzwärmestrom 906 als auch über den Nutzwärmestrom 908 einen oder mehrere Wärmeverbraucher mit Heißwasser oder Dampf einer Temperaturspreizung von in etwa 40K zwischen Vor- und Rücklauf. Die Variante 1.9 versorgt über den Nutzwärmestrom 906 mit einer Temperaturspreizung von min. 40K, z. B. 130°C -> 90°C, einen ersten Verbraucher mit Heißwasser und/oder Dampf, während die Wärmepumpeneinheit 56 einen zweiten Verbraucher mit dem Nutzwärmestrom 906 auf einem geringeren Temperaturniveau, z. B. 120°C -> 80°C versorgt. Auf Grund der hohen Quelltemperatur TQzu von min. 60°C erreicht die Wärmepumpeneinheit dabei eine Leistungszahl von β ≈ 3. Ein Brennstoffnutzungsgrad einer Anlage kann dabei dennoch bis zu 160% betragen.With a hypercritical high-temperature heat pump unit 56 with a CO 2 turbo compressor with a thermal capacity of min. 500kW can also heat sources with min. 60 ° C still open up and inventive plants 10 for use with hot water and / or Utilize steam supply of a consumer, as in Examples 1.8 and 1.9 of Table 1 in connection with the energy balance scheme after 7a is summarized. Example 1.8 supplies both the useful heat flow 906 as well as the useful heat flow 908 one or more heat consumers with hot water or steam at a temperature spread of about 40K between supply and return. Variant 1.9 supplies the useful heat flow 906 with a temperature spread of min. 40K, z. B. 130 ° C -> 90 ° C, a first consumer with hot water and / or steam, while the heat pump unit 56 a second consumer with the useful heat flow 906 at a lower temperature level, e.g. B. 120 ° C -> 80 ° C supplied. Due to the high temperature source TQ min. 60 ° C, the heat pump unit achieves a coefficient of performance of β ≈ 3. However, a fuel efficiency of a system can be up to 160%.

Eine alternative Anwendung nach 1.10 der Tabelle 1 beruht auf einer Nettoenergiebilanz nach 7b oder 7c. Bei dieser Anwendung wird einem ersten Verbraucher Heißwasser und/oder Dampf mit einer Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf von min. 40K, z. B. 130°C -> 90^C über die Wärmekraftmaschine 12 im Nutzwärmestrom 906 zur Verfügung gestellt. Während entweder einem zweiten Verbraucher Warmwasser mit einer großen Temperaturdifferenz von min. 50K, vorzugsweise 70K zwischen Vor- und Rücklauf, z. B. 90°C -> 20°C zur Verfügung gestellt wird und/oder zumindest ein Teil des Wärmestroms 908 über eine Reihenschaltung der Wärmekraftmaschine zur Vorheizung des Wärmestroms 906 zugeführt wird. Auch hier wird über die hohe Temperaturdifferenz an der HT-Seite der transkritisch betriebenen Wärmepumpeneinheit 56 eine große Leistungszahl von β ≈ 4 erzielt. Wird in der Wärmepumpeneinheit 56 insbesondere ein CO2-Turboverdichter eingesetzt, kann die die Vorlauftemperatur T2vor sogar auf über 100°C gesteigert werden. Für eine weitere Steigerung des Brennstoffnutzungsgrades oder falls die Kapazität der Abwärmequellen nicht ausreicht, kann optional eine Brennwertnutzung in der Wärmekraftmaschine 12 zum Einsatz kommen. Auf diese Weise kann insgesamt ein Brennstoffnutzungsgrad einer Anlage bis zu 205% erreicht werden.An alternative application according to 1.10 of Table 1 is based on a net energy balance 7b or 7c , In this application, a first consumer hot water and / or steam with a temperature difference between flow and return of min. 40K, z. B. 130 ° C -> 90 ^ C on the heat engine 12 in the useful heat flow 906 made available. While either a second consumer hot water with a large temperature difference of min. 50K, preferably 70K between supply and return, z. B. 90 ° C -> 20 ° C is provided and / or at least a portion of the heat flow 908 via a series connection of the heat engine for preheating the heat flow 906 is supplied. Again, the high temperature difference on the HT side of the transcritical heat pump unit 56 achieved a high coefficient of performance of β ≈ 4. Is in the heat pump unit 56 In particular, a CO 2 turbo compressor used, the flow temperature T2 can be increased before even over 100 ° C. For a further increase in the fuel efficiency or if the capacity of the waste heat sources is not sufficient, optionally a calorific value utilization in the heat engine 12 be used. In this way, a total fuel efficiency of a plant up to 205% can be achieved.

Bei Wärmequellen von mindestens 50°C kann mit einer hyperkritisch betriebenen, einen CO2-Turboverdichter mit einer Mindestleistung von 500kW thermisch aufweisenden Wärmepumpeneinheit eine Anwendung nach 1.11 der Tabelle 1 realisiert werden. Hierbei wird einem ersten Verbraucher Dampf und/oder Heißwasser mit einer Temperaturdifferenz von min. 40K zwischen Vor- und Rücklauf, z. B. 130°C -> 90°C über den Nutzwärmestrom 906 der Wärmekraftmaschine 12 zur Verfügung gestellt. Der Nutzwärmestrom 908 kann in einer Parallelschaltung wiederum zur Bereitstellung von Warmwasser mit einer Temperaturdifferenz von ca. 30K zwischen Vor- und Rücklauf, z. B. 90°C -> 60°C verwendet werden. In einer Serienschaltung nach 7b oder 7c ist auch eine Vorwärmung des Wärmestroms 906 denkbar. Mit solchen Systemen lässt sich ein Brennstoffnutzungsgrad von bis 195% erreichen.For heat sources of at least 50 ° C can be realized with a hypercritical operated, a CO 2 turbo compressor with a minimum power of 500 kW thermal heat pump unit application according to 1.11 of Table 1. Here, a first consumer steam and / or hot water with a temperature difference of min. 40K between supply and return, z. B. 130 ° C -> 90 ° C above the useful heat flow 906 the heat engine 12 made available. The useful heat flow 908 can in turn in parallel to provide hot water with a temperature difference of about 30K between flow and return, z. B. 90 ° C -> 60 ° C. In a series connection after 7b or 7c is also a preheating of the heat flow 906 conceivable. With such systems, a fuel efficiency of up to 195% can be achieved.

Zwei weitere Anwendungsbeispiele 1.12 und 1.13 sind in der Tabelle 1 zusammengefasst, auf deren Zusammenfassung an dieser Stelle verwiesen wird.Two further application examples 1.12 and 1.13 are summarized in Table 1, the summary of which is referenced at this point.

Eine besonders bevorzugte Anwendung ist nicht in Tabelle 1 dargestellt beruht aber auf einem Energiebilanzschema nach 7a, wobei dabei eine Vorkühlung des Oxidationsmittelstroms 902/ 903 vorgesehen ist. Gleichzeitig dient die Niedertemperaturseite der Wärmepumpeneinheit 56 einer Abkühlung eines Klimakältestroms von z. B. TQzu ~ 12°C auf TQrück ~ 6°C. Die Nutzwärmeströme 906 und 908 werden dabei weiters zur Bereitstellung von Warmwasser mit einer Temperaturdifferenz von min. 50K, vorzugsweise min. 70K zwischen Vor- und Rücklauf, z. B. 90°C -> 20°C. In dieser Anwendung erreicht die Wärmepumpeneinheit 56 eine besonders Leistungszahl von β ≈ 5,9, wobei die Gesamtanlage dabei einen Brennstoffnutzungsgrad von bis zu 270% erzielt. Eine derartige Applikation eignet sich insbesondere für die gleichzeitige Versorgung von Hotelanlagen, öffentlichen Gebäude oder anderen großen Gebäudekomplexen mit klimatisierte Raumluft und Warmwasser. Wird in der Wärmepumpeneinheit 56 insbesondere ein CO2-Turboverdichter eingesetzt, kann die die Vorlauftemperatur T2vor sogar auf über 100°C gesteigert werden. Für eine weitere Steigerung des Brennstoffnutzungsgrades kann optional eine Brennwertnutzung in der Wärmekraftmaschine 12 zum Einsatz kommen. Wird zusätzlich die Ansaugluft der Wärmekraftmaschine 12 über die Wärmepumpeneinheit 56 gekühlt, kann die Leistung der Anlage 10 nochmals gesteigert werden.A particularly preferred application is not shown in Table 1 but is based on an energy balance scheme 7a , while doing a pre-cooling of the oxidant stream 902 / 903 is provided. At the same time, the low-temperature side of the heat pump unit is used 56 a cooling of a cooling air flow of z. B. TQ to ~ 12 ° C on back TQ ~ 6 ° C. The useful heat flows 906 and 908 be further provided for the provision of hot water with a temperature difference of min. 50K, preferably min. 70K between flow and return, z. 90 ° C -> 20 ° C. In this application, the heat pump unit reaches 56 a particularly coefficient of performance of β ≈ 5.9, the overall system thereby achieving a fuel efficiency of up to 270%. Such an application is particularly suitable for the simultaneous supply of hotel complexes, public buildings or other large building complexes with air conditioned indoor air and hot water. Is in the heat pump unit 56 In particular, a CO 2 turbo compressor used, the flow temperature T2 can be increased before even over 100 ° C. For a further increase in the fuel efficiency can optionally be a calorific value in the heat engine 12 be used. In addition, the intake air of the heat engine 12 via the heat pump unit 56 Chilled, the performance of the plant can 10 be increased again.

In einer Kälteanwendung bzw. Kühlanwendung kann auch eine subkritisch betriebene CO2-Wärmepumpe einer Wärmepumpeneinheit 56 vorgesehen sein, welche bei Überschreiten einer maximalen, insbesondere maximal zulässigen, vorzugsweise einstellbaren Grenze einer Rückkühltemperatur der Betriebsmodus der CO2-Wärmepumpe vom subkritischen auf einen transkritischen Betrieb umgeschaltet werden kann oder wird. Eine derartige bimodale Betriebsweise bzw, bimodale Wärmepumpe kann insbesondere für einen Sommerbetrieb, insbesondere bei Anwendungen in klimatisch anspruchvollen, hinsichtlich einer Umgebungstemperatur stark variablen oder variierenden, Umgebungen vorgesehen sein. Unter einer stark variablen oder variierenden Umgebungstemperatur wird dabei insbesondere ein Umgebungstemperatur mit einer Peak-Peak-Differenz zwischen Maximum und Minimum von mindestens 30K, insbesondere mindestens 40K, vorzugsweise von mindestens 50K verstanden.In a refrigeration application or cooling application, a subcritically operated CO2 heat pump of a heat pump unit can 56 be provided, which can be switched from subcritical to a transcritical operation when a maximum, in particular maximum permissible, preferably adjustable limit of a recooling temperature of the operating mode of the CO2 heat pump is exceeded or is exceeded. Such a bimodal mode of operation or bimodal heat pump can be provided in particular for summer operation, in particular in applications in climatically demanding environments which are highly variable or varying with respect to an ambient temperature. Under a strongly variable or In this context, varying ambient temperature is understood in particular to be an ambient temperature with a peak-to-peak difference between maximum and minimum of at least 30K, in particular at least 40K, preferably at least 50K.

Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugte Merkmale der Erfindung festzuhalten: Eine Anlage 10 zum Umwandeln von Energie für die Kraft-Wärme-Kopplung enthält eine Verbrennungskraftmaschine 12, die eine Abtriebseinheit, insbesondere eine Abtriebswelle 20 für das Bereitstellen von mechanischer Energie aufweist. Daneben hat die Anlage 10 eine Abgaseinheit 50 für das Bereitstellen von Wärmeenergie über einen Abgasstrom auf einem ersten Temperaturniveau T1. Die Wärmepumpeneinheit 56 ist für das Bereitstellen von Wärmeenergie auf einem von dem ersten Temperaturniveau T1 vorzugsweise verschiedenen weiteren Temperaturniveau T2 mit der Verbrennungskraftmaschine 12 wirkungsgekoppelt. Weiterhin gilt vorzugsweise, dass das weitere Temperaturniveau T2 niedriger gewählt ist als das erste Temperaturniveau T1. In summary, the following preferred features of the invention are to be noted in particular: A plant 10 for converting energy for cogeneration includes an internal combustion engine 12 , which is an output unit, in particular an output shaft 20 for providing mechanical energy. In addition, the plant has 10 an exhaust unit 50 for providing heat energy via an exhaust stream at a first temperature level T 1 . The heat pump unit 56 is for the provision of heat energy at one of the first temperature level T 1 preferably different further temperature level T 2 with the internal combustion engine 12 effectively coupled. Furthermore, it is preferable that the further temperature level T 2 is selected to be lower than the first temperature level T 1 .

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Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Anlage investment
1212
Mikrogasturbinensystem (Verbrennungskraftmaschine) Micro gas turbine system (internal combustion engine)
1414
Gasturbine gas turbine
1616
Welle wave
1818
Verdichter compressor
2020
Abtriebswelle output shaft
2222
Generator generator
2424
Brennerkammer burner chamber
2626
Kompressor compressor
2828
Kanal (Ansaugluftkanal) Channel (intake air duct)
3030
Rekuperator recuperator
3232
Kühleinrichtung cooling device
3434
Gehäuse casing
3636
Einlassöffnung (Eintrittsöffnung) Inlet opening (inlet opening)
3838
Auslassöffnung outlet
4040
Saugzuggebläse induced draft fan
4242
Pfeil arrow
4444
Pfeil arrow
4646
Eintrittsplenum admission plenary
4848
Austrittsplenum distribution plenum
5050
Abgaseinheit gas unit
5252
Abgaskanal in Form eines Rauchgaskanals Exhaust duct in the form of a flue gas duct
5454
Wärmeverbraucher heat consumer
5656
Wärmepumpeneinheit heat pump unit
5858
Wärmepumpe heat pump
6060
Wärme-Ausgang Heat output
6262
Wärme-Eingang Heat input
6464
Antrieb drive
6666
Rücklaufkanal-Abschnitt (Rücklaufkanal) Return channel section (return channel)
6868
Wärmetauscher heat exchangers
7070
Einrichtung Facility
7171
Einrichtung Facility
7272
Spülluftkanal scavenging air
7474
Wärmetauscher heat exchangers
7676
Einrichtung Facility
7878
Wärmespeicher heat storage
8080
Wärmespeicher heat storage
8282
Wärme-Anschluss (Wärme-Ausgang) Heat connection (heat output)
110110
Anlage investment
112112
Mikrogasturbinensystem (Verbrennungskraftmaschine) Micro gas turbine system (internal combustion engine)
118118
Verteiler distributor
121121
Verbrennungsmaschine combustion engine
122122
Generator generator
124124
Brennkammer combustion chamber
128128
Kanal channel
131131
Wärmetauscher heat exchangers
133133
Einrichtung Facility
134134
Gehäuse casing
136136
Einlassöffnung (Eintrittsöffnung) Inlet opening (inlet opening)
148148
Wärmpumpe heat pump
156156
Wärmepumpeneinheit heat pump unit
158158
Wärmepumpe heat pump
159159
Wärmepumpe heat pump
160160
Wärme-Ausgang Heat output
161161
Wärme-Ausgang Heat output
162162
Wärme-Eingang Heat input
163163
Wärme-Eingang Heat input
164164
Antrieb drive
175 175
Wärmetauscher heat exchangers
178178
Wärmespeicher heat storage
179179
Wärmespeicher heat storage
180180
Wärmespeicher heat storage
181181
Wärmespeicher heat storage
182182
Wärme-Anschluss Heat connection
183183
Wärme-Anschluss Heat connection
210210
Anlage investment
212212
Mikrogasturbinensystem (Verbrennungskraftmaschine) Micro gas turbine system (internal combustion engine)
218218
Verdichter compressor
219219
Wärmetauscher heat exchangers
222222
Generator generator
224224
Brennerkammer burner chamber
228228
Kanal channel
233233
Einrichtung Facility
234234
Gehäuse casing
236236
Einlassöffnung (Eintrittsöffnung) Inlet opening (inlet opening)
242242
Pfeil arrow
256256
Wärmepumpeneinheit heat pump unit
258258
Wärmepumpe heat pump
259259
Wärmepumpe heat pump
260260
Wärme-Ausgang Heat output
261261
Wärme-Ausgang Heat output
262262
Wärme-Eingang Heat input
263263
Wärme-Eingang Heat input
264264
Antrieb drive
275275
Wärmetauscher heat exchangers
278278
Wärmespeicher heat storage
279279
Wärmespeicher heat storage
280280
Wärmespeicher heat storage
281281
Wärmespeicher heat storage
282282
Wärme-Anschluss Heat connection
283283
Wärme-Anschluss Heat connection
310310
Anlage investment
312312
Mikrogasturbinensystem Microturbine system
322322
Generator generator
356356
Wärmepumpeneinheit heat pump unit
358358
Wärmepumpe heat pump
359359
Wärmepumpe heat pump
360360
Wärme-Ausgang Heat output
361361
Wärme-Ausgang Heat output
362362
Wärme-Eingang Heat input
363363
Wärme-Eingang Heat input
364364
elektrischer Antrieb electric drive
365365
Wärmepumpe heat pump
367367
Wärme-Eingang Heat input
369369
Wärme-Ausgang Heat output
382382
Wärme-Anschluss Heat connection
383383
Wärme-Anschluss Heat connection
385385
Kälte-Anschluss Cold connection
387387
Wärmespeicher heat storage
389389
Kältespeicher cold storage
410410
Anlage investment
412412
Verbrennungskraftmaschine Internal combustion engine
454454
Wärmetauscher (Wärmeübertragungseinheit) Heat exchanger (heat transfer unit)
456456
Wärmepumpeneinheit heat pump unit
482482
Wärme-Anschluss Heat connection
484484
Wärme-Anschluss Heat connection
510510
Anlage investment
512512
Verbrennungskraftmaschine Internal combustion engine
552 552
Rauchgaskanal Flue
554554
Wärmetauscher heat exchangers
556556
Wärmepumpeneinheit heat pump unit
582582
Wärme-Anschluss Heat connection
584584
Wärme-Anschluss Heat connection
586586
Wärmetauscher (Wärmeübertragungseinrichtung) Heat exchanger (heat transfer device)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2518423 A2 [0071] EP 2518423 A2 [0071]

Claims (24)

Anlage (10) zum Bereitstellen von Wärmeenergie für Wärmeverbraucher mit einer Verbrennungskraftmaschine (12), die eine Abtriebseinheit, insbesondere eine (20) Abtriebswelle für das Bereitstellen von mechanischer Energie hat und die eine Abgaseinheit (50) für das Bereitstellen von Wärmeenergie auf einem ersten Temperaturniveau (T1) mit einem Abgasstrom aufweist, gekennzeichnet durch eine Wärmepumpeneinheit (56) für das Bereitstellen von Wärmeenergie auf einem von dem ersten Temperaturniveau (T1) vorzugsweise verschiedenen zweiten Temperaturniveau (T2), die mit der Verbrennungskraftmaschine (12) wirkungsgekoppelt ist.Investment ( 10 ) for providing heat energy for heat consumers with an internal combustion engine ( 12 ), which is an output unit, in particular a ( 20 ) Has output shaft for the provision of mechanical energy and the one exhaust unit ( 50 ) for the provision of heat energy at a first temperature level (T 1 ) with an exhaust gas stream, characterized by a heat pump unit ( 56 ) for the provision of heat energy at a second temperature level (T 2 ) which is preferably different from the first temperature level (T 1 ) and which is connected to the internal combustion engine ( 12 ) is effect coupled. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpeneinheit (56) wenigstens eine transkritische Wärmepumpe umfasst.Installation according to claim 1, characterized in that the heat pump unit ( 56 ) comprises at least one transcritical heat pump. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arbeitsmedium der transkritische Wärmepumpe CO2 enthält, insbesondere im Wesentlichen daraus besteht, und einen Turboverdichter zur Einstellung oder Anhebung eines Prozessdrucks des Arbeitsmediums umfasst.Plant according to claim 2, characterized in that a working medium of the transcritical heat pump contains CO2, in particular essentially consists thereof, and comprises a turbo-compressor for setting or increasing a process pressure of the working medium. Anlage nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpeneinheit (56) wenigstens eine Wärmepumpe (58) mit einem elektrischen Antrieb (64) aufweist und die Verbrennungskraftmaschine (12) für das Wirkungskoppeln von Verbrennungskraftmaschine (12) und Wärmepumpeneinheit (56) einen Generator (22) zum Bereitstellen von elektrischer Energie antreibt, die zumindest teilweise, vorzugsweise nahezu vollständig dem elektrischen Antrieb (64) der Wärmepumpe (58) zugeleitet wird.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pump unit ( 56 ) at least one heat pump ( 58 ) with an electric drive ( 64 ) and the internal combustion engine ( 12 ) for the effect coupling of internal combustion engine ( 12 ) and heat pump unit ( 56 ) a generator ( 22 ) for providing electrical energy which at least partially, preferably almost completely, drives the electric drive ( 64 ) of the heat pump ( 58 ). Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (12) in einem im Wesentlichen geschlossenen Gehäuse (34) angeordnet ist, welches mit einer Einlassöffnung (36) für das Eintreten von zu einem Teil als Prozessluft und zu einem anderen Teil als Spülluft wirkender Ansaugluft und einer Auslassöffnung (38) für das Austreten des als Spülluft wirkenden Teils der Ansaugluft versehen ist, wobei die Wärme des aus dem Gehäuse (34) austretenden als Spülluft wirkenden Teils der Ansaugluft für das Wirkungskoppeln von Verbrennungskraftmaschine (12) und Wärmepumpeneinheit (56) zumindest teilweise der Wärmepumpeneinheit (56) an einem Wärme-Eingang (62) zuführbar ist.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine ( 12 ) in a substantially closed housing ( 34 ) arranged with an inlet opening ( 36 ) for the entry of intake air acting as part of a process air and to another part as purge air and an outlet opening ( 38 ) is provided for the escape of the purging air acting as part of the intake air, wherein the heat of the out of the housing ( 34 ) emerging as purge air portion of the intake air for the effect coupling of internal combustion engine ( 12 ) and heat pump unit ( 56 ) at least partially the heat pump unit ( 56 ) at a heat input ( 62 ) can be fed. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpeneinheit (56) den aus dem Gehäuse (34) austretenden als Spülluft wirkenden Teil der Ansaugluft auf eine unterhalb eines Taupunkts liegende Temperatur abkühlt.Installation according to claim 5, characterized in that the heat pump unit ( 56 ) from the housing ( 34 ) emerging as purge air portion of the intake air cools to a temperature below a dew point. Anlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (70) für das Abscheiden und/oder Sammeln von Kondensat aus der aus dem Gehäuse ausgetretenen Spülluft.Plant according to claim 6, characterized by a device ( 70 ) for the separation and / or collection of condensate from the purging air leaked from the housing. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Vorlaufkanal für das Führen des Abgasstroms der Verbrennungskraftmaschine (12) – insbesondere in Form eines Rauchgasstroms – zu einem Wärmeverbraucher (54), um auf diesen Wärme aus dem Abgasstrom zu übertragen, und einen Rücklaufkanal (66) für das Führen des mit Restwärme beaufschlagten Abgasstroms zu einem mit einem Wärme-Eingang (62) der Wärmepumpeneinheit (56) thermisch gekoppelten Wärmetauscher (68).Installation according to one of claims 1 to 7, characterized by a flow channel for guiding the exhaust gas flow of the internal combustion engine ( 12 ) - in particular in the form of a flue gas stream - to a heat consumer ( 54 ) to transfer heat therefrom from the exhaust gas stream, and a return channel ( 66 ) for guiding the exhaust gas flow subjected to residual heat to one with a heat input ( 62 ) of the heat pump unit ( 56 ) thermally coupled heat exchanger ( 68 ). Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpeneinheit (56) den dem Wärmetauscher (68) zuführbaren Abgasstrom auf eine unterhalb dem Taupunkt liegende Temperatur abkühlt.Plant according to claim 8, characterized in that the heat pump unit ( 56 ) the heat exchanger ( 68 ) cools the supplyable exhaust gas stream to a temperature below the dew point. Anlage nach Anspruch 9 gekennzeichnet durch eine Einrichtung (76) für das Abscheiden und/oder Sammeln von Kondensat aus dem Abgasstrom.Plant according to claim 9, characterized by a device ( 76 ) for separating and / or collecting condensate from the exhaust stream. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (112, 212) einen Verdichter (118, 218) für das Verdichten von dem als Prozessluft wirkenden Teil der über die Einlassöffnung (136, 236) hindurchtretenden Ansaugluft zu einer Brennkammer (124, 224) der Verbrennungskraftmaschine (121, 212) als ein Oxidationsmittel in einem Brennerluftstrom durch einen Kanal für verdichtete Prozessluft (128, 228) zuführbarer verdichteter Prozessluft aufweist.Installation according to one of claims 1 to 10, characterized in that the internal combustion engine ( 112 . 212 ) a compressor ( 118 . 218 ) for the compression of the process air acting as part of the inlet opening ( 136 . 236 ) passing through intake air to a combustion chamber ( 124 . 224 ) of the internal combustion engine ( 121 . 212 ) as an oxidant in a burner air stream through a compressed process air channel ( 128 . 228 ) has deliverable compressed process air. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme des dem Verdichter (218) zuführbaren als Prozessluft wirkenden Teils der Ansaugluft für das Wirkungskoppeln von Verbrennungskraftmaschine (212) und Wärmepumpeneinheit (256) zumindest teilweise vor dem Eintreten in den Verdichter (218) der Wärmepumpeneinheit (212) an einem Wärme-Eingang (263) zuführbar ist.Plant according to claim 11, characterized in that the heat of the compressor ( 218 ) feedable as process air portion of the intake air for the effect coupling of Internal combustion engine ( 212 ) and heat pump unit ( 256 ) at least partially before entering the compressor ( 218 ) of the heat pump unit ( 212 ) at a heat input ( 263 ) can be fed. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpeneinheit (256) den dem Verdichter (218) zuführbaren als Prozessluft wirkenden Teil der Ansaugluft auf eine unterhalb eines Taupunkts liegende Temperatur abkühlt.Plant according to claim 12, characterized in that the heat pump unit ( 256 ) the compressor ( 218 ) can be supplied to a part of the intake air acting as process air to a temperature below a dew point. Anlage nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (233) für das Abscheiden und/oder Sammeln von Kondensat aus dem mit der Wärmepumpeneinheit (256) abgekühlten als Prozessluft wirkenden Teil der Ansaugluft.Plant according to claim 13, characterized by a device ( 233 ) for separating and / or collecting condensate from the heat pump unit ( 256 ) cooled as process air acting part of the intake air. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpeneinheit (156) den Brennerluftstrom auf eine unterhalb dem Taupunkt liegende Temperatur abkühlt.Plant according to claim 14, characterized in that the heat pump unit ( 156 ) cools the burner air flow to a temperature below the dew point. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch wenigstens einen Wärmespeicher (78, 178, 179, 278, 279) für das Zwischenspeichern von Wärme aus dem Rauchgasstrom und/oder wenigstens einen Wärmespeicher (78, 178, 278) für das Zwischenspeichern von Wärme aus dem als Spülluft wirkenden Teil der durch die Eintrittsöffnung (36, 136, 236) in das Gehäuse (34, 134, 234) eingetreten Ansaugluft und/oder wenigstens einen Wärmespeicher (80, 180, 181, 280, 281) für das Zwischenspeichern der von der Wärmepumpeneinheit (56, 156, 256) bereitgestellten Wärmeenergie.Installation according to one of claims 1 to 15, characterized by at least one heat storage ( 78 . 178 . 179 . 278 . 279 ) for the temporary storage of heat from the flue gas stream and / or at least one heat store ( 78 . 178 . 278 ) for the temporary storage of heat from the part acting as purging air through the inlet opening ( 36 . 136 . 236 ) in the housing ( 34 . 134 . 234 ) inlet air and / or at least one heat storage ( 80 . 180 . 181 . 280 . 281 ) for the temporary storage of the heat pump unit ( 56 . 156 . 256 ) provided heat energy. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Wärmespeicher (78, 178, 179, 278, 279) als ein Warmwasserspeicher oder als ein Heißwasserspeicher oder als ein Dampfspeicher oder als ein Phasenwechselspeicher ausgebildet ist.Plant according to claim 16, characterized in that the at least one heat storage ( 78 . 178 . 179 . 278 . 279 ) is designed as a hot water tank or as a hot water tank or as a steam storage or as a phase change memory. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpeneinheit (356) mit einem Kälteverbraucher wirkungsgekoppelt ist. Installation according to one of claims 1 to 17, characterized in that the heat pump unit ( 356 ) is effectively coupled with a refrigeration appliance. Anlage nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch wenigstens einen Kältespeicher (389) für das Zwischenspeichern von mit der Wärmepumpeneinheit bereitgestellter Kälte.Plant according to claim 18, characterized by at least one cold storage ( 389 ) for caching cold provided with the heat pump unit. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältespeicher (389) als ein Kaltwasserspeicher oder als ein Eisspeicher oder als ein Phasenwechselspeicher ausgebildet ist.Plant according to claim 19, characterized in that the cold storage ( 389 ) is designed as a cold water storage or as an ice storage or as a phase change memory. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine als ein Gasturbinensystem, insbesondere als ein Mikrogasturbinensystem (12) ausgebildet ist.Installation according to one of claims 1 to 20, characterized in that the internal combustion engine as a gas turbine system, in particular as a micro gas turbine system ( 12 ) is trained. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpeneinheit (56) einen mit einer Wärmeübertragungseinrichtung thermisch gekoppelten Wärme-Anschluss (482, 582) für das Bereitstellen von Wärmeenergie auf dem zweiten Temperaturniveau (T2) hat, die für das Bereitstellen von Wärmeenergie auf einem gegenüber dem zweiten Temperaturniveau (T2) höheren weiteren Temperaturniveau (T3) an einem weiteren Wärmeanschluss (484, 584) mit einer mit Wärme aus dem Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine (412) beaufschlagbaren Wärmeübertragungseinrichtung (454, 586) thermisch gekoppelt ist.Installation according to one of claims 1 to 21, characterized in that the heat pump unit ( 56 ) a thermally coupled to a heat transfer device heat connection ( 482 . 582 ) for the provision of heat energy at the second temperature level (T 2 ), which for the provision of heat energy at a higher temperature level (T 3 ) than the second temperature level (T 2 ) at a further heat connection ( 484 . 584 ) with a heat from the exhaust stream of the internal combustion engine ( 412 ) acted upon heat transfer device ( 454 . 586 ) is thermally coupled. Verfahren zum Umwandeln von in einem Brennstoff enthaltener chemischer Energie mit einer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22 ausgebildeten Anlage (10) in Wärmeenergie, bei dem einem ersten Wärmeverbraucher (54) Wärmeenergie auf einem ersten Temperaturniveau (T1) zugeführt wird und bei dem ein von dem ersten Wärmeverbraucher verschiedener zweiter Wärmeverbraucher Wärmeenergie oder mit Kälteenergie auf einem von dem ersten Temperaturniveau (T1) verschiedenen weiteren Temperaturniveau (T2) erhält. A method of converting chemical energy contained in a fuel with a system as claimed in any one of claims 1 to 22 ( 10 ) in heat energy, in which a first heat consumer ( 54 ) Heat energy at a first temperature level (T 1 ) is supplied and in which one of the first heat consumer different second heat consumer thermal energy or with cold energy at a different temperature from the first temperature level (T 1 ) further temperature level (T 2 ) receives. Verwendung einer Anlage (10) umfassend mindestens eine mit einer über eine exotherme Oxidation eines Brennstoffs angetriebenen Wärmekraftmaschine (12) wirkungsgekoppelten Wärmepumpeneinheit (56) zur Bereitstellung von Prozesskälte, Prozesswärme, Dampf, Warm- und/oder Heißwasser, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch einen Brennstoffnutzungsgrad von mindestens 150%, insbesondere mindestens 160%, bevorzugt min. 190%.Use of a system ( 10 ) comprising at least one heat engine driven by an exothermic oxidation of a fuel ( 12 ) heat pump unit ( 56 ) for providing process refrigeration, process heat, steam, hot and / or hot water, in particular according to one of claims 1 to 22, characterized by a fuel efficiency of at least 150%, in particular at least 160%, preferably min. 190%.
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