DE102013210177A1

DE102013210177A1 - Cooling system and cooling process for use in high-temperature environments

Info

Publication number: DE102013210177A1
Application number: DE201310210177
Authority: DE
Inventors: Paul Girbig; Bernd Gromoll; Florian Reißner; Jochen Schäfer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-12-04
Also published as: WO2014191230A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Kühlsystem umfasst eine Kälteanlage, gekoppelt mit einer Hochtemperaturwärmepumpe. Dies ermöglicht die Kälteanlage bei herkömmlichen Temperaturen bezüglich Verdampfungs- und Kondensationstemperatur zu betreiben, da die Hochtemperaturwärmepumpe den Temperaturhub gegenüber der Umgebungstemperatur übernimmt. Ein derartiges Kühlsystem oder ein Kühlprozess, der dieses nutzt, kann vorteilhafterweise für die Vorkühlung von Turbineneingangsluft in Hochtemperaturumgebungen genutzt werden. Vorzugsweise werden dabei Hochtemperaturkältemittel eingesetzt.The cooling system according to the invention comprises a cooling system coupled with a high-temperature heat pump. This enables the refrigeration system to be operated at conventional temperatures with regard to evaporation and condensation temperatures, since the high-temperature heat pump takes over the temperature lift compared to the ambient temperature. Such a cooling system or a cooling process that uses it can advantageously be used for the pre-cooling of turbine inlet air in high temperature environments. High-temperature refrigerants are preferably used.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kühlsysteme, die Verwendung neuer Kältemittel darin sowie Kühlprozesse. The present invention relates to refrigeration systems, the use of new refrigerants therein and cooling processes.

Bei Kühlprozessen wie etwa der Absorptionskühlung oder der Kompressionskühlung wird die Wärme von der Wärmequelle an eine Wärmesenke abgeführt. Soll die Wärme der Wärmequelle an die Umgebung, das heißt die Umgebungsluft abgeführt werden, gibt es Temperaturobergrenzen für die Umgebungsluft, bei deren Überschreitung herkömmliche Kälteprozesse nicht mehr funktionieren. Die Kondensation in einem Kälteprozess etwa muss mit einem gewissen Abstand vom kritischen Punkt des jeweilig verwendeten Arbeitsmittels ablaufen. Ein bekanntes und bisher häufig eingesetztes Arbeitsmittel ist beispielsweise R134A (1,1,1,2-Tetrafluroethan). Dessen kritischer Punkt liegt bei 101°C. Um eine annehmbare Kühlleistung zu erreichen, sollte die Kondensationstemperatur einen Abstand von der kritischen Temperatur von 30 Kelvin nicht unterschreiten. Zur Vermeidung höherer Betriebsdrücke durch hohe Temperaturen des Arbeitsmittels werden Kondensationstemperaturen üblicherweise kleiner 50°C gewählt, welche bei Umgebungstemperaturen bereits über 40°C unter Berücksichtigung der erforderlichen Temperaturdifferenz in den Wärmetauschern problematisch und aufwendig sind. Sind wegen Wassermangel statt Nasskühltürme Luftwärmetauscher vorzusehen, ist die treibende Temperaturdifferenz im Luftwärmetauscher schnell zu gering, sind sehr große Wärmetauscherflächen oder zusätzlich sehr starke Lüfter zur Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten notwendig und damit sind hohe Investitions- und Betriebskosten verbunden. In cooling processes such as absorption cooling or compression cooling, the heat is removed from the heat source to a heat sink. If the heat of the heat source to the environment, that is, the ambient air to be dissipated, there are upper temperature limits for the ambient air, beyond which conventional cooling processes no longer work. The condensation in a cooling process, for example, must take place at a certain distance from the critical point of the respective working medium used. A well-known and hitherto frequently used work equipment is, for example, R134A (1,1,1,2-tetrafluoroethane). Its critical point is 101 ° C. In order to achieve acceptable cooling performance, the condensation temperature should not be less than the critical temperature of 30 Kelvin. To avoid higher operating pressures due to high temperatures of the working fluid condensation temperatures are usually chosen smaller than 50 ° C, which are problematic and expensive at ambient temperatures already above 40 ° C, taking into account the required temperature difference in the heat exchangers. Are due to lack of water instead of wet cooling towers to provide air heat exchanger, the driving temperature difference in the air heat exchanger is quickly too low, very large heat exchanger surfaces or in addition very strong fans to increase the heat transfer coefficient necessary and thus high investment and operating costs are connected.

Bei Absorptionskälteanlagen im Besonderen bedeuten hohe Umgebungstemperaturen, etwa zwischen 40°C und 60°C, dass sich ebenfalls die Temperatur für die Wärmeabfuhr vom Absorber und Kondensator erhöht auf über 60°C. Dadurch stiege der Druck in einer Absorptionskälteanlage, welche bedingt durch den gleichzeitigen Wärme- und Stoffaustausch aus großvolumigen Behältern besteht und daher kostenbedingt nicht für hohe Drücke ausgelegt ist. Bei einem Kältemittel-Absorber-Paar wie beispielsweise NH₃-H₂O würde der Druck bei 65°C auf 30 bar ansteigen. Zusätzlich ergeben sich durch die hohen Rückkühltemperaturen bei Absorptionskälteanlagen deutlich schlechtere Wärmeverhältnisse. In the case of absorption refrigeration systems in particular, high ambient temperatures, for example between 40 ° C. and 60 ° C., mean that the temperature for the heat removal from the absorber and condenser likewise rises to above 60 ° C. As a result, the pressure in an absorption refrigeration system, which is due to the simultaneous heat and mass transfer consists of large-volume containers and therefore cost is not designed for high pressures. For a refrigerant-absorber pair such as NH ₃ -H ₂ O, the pressure would rise to 30 bar at 65 ° C. In addition, due to the high recooling temperatures in absorption refrigeration systems significantly worse heat conditions.

Bisher werden für den Betrieb herkömmlicher Kälteanlagen in dem beschriebenen Temperaturgrenzbereich Rückkühlungen eingesetzt wie beispielsweise Nasskühltürme. Diese ermöglichen durch die Verdunstungskühlung die Kondensationstemperatur der Kälteanlage herabzusetzen, trotz der hohen Umgebungstemperatur. Der Einsatz von Nasskühltürmen ist aber mit hohem Wasserverbrauch und dementsprechenden Kosten verbunden. Gerade in Gegenden hoher Umgebungstemperaturen, wie etwa in Wüstengegenden, ist eine derartige Rückkühllösung weder ökonomisch noch ökologisch. So far, for the operation of conventional refrigeration systems in the described temperature limit range recooling used as for example wet cooling towers. These allow the evaporative cooling to reduce the condensation temperature of the refrigeration system, despite the high ambient temperature. However, the use of wet cooling towers is associated with high water consumption and corresponding costs. Especially in areas of high ambient temperatures, such as in desert areas, such a recooling solution is neither economical nor ecological.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlsystem und einen Kühlprozess für Hochtemperaturumgebungen anzugeben. It is therefore an object of the present invention to provide a cooling system and a cooling process for high temperature environments.

Das erfindungsgemäße Kühlsystem weist eine Kälteanlage und eine Hochtemperaturwärmepumpe auf, wobei die Kälteanlage und die Hochtemperaturwärmepumpe so miteinander gekoppelt sind, dass die Wärmeabgabe der Kälteanlage an den Verdampfer der Hochtemperaturwärmepumpe erfolgt. Insbesondere sind die Kälteanlage und die Hochtemperaturwärmepumpe kaskadenförmig zusammengeschaltet. Dies hat den Vorteil, dass die Kälteanlage bei normalen Betriebsbedingungen hinsichtlich Verdampfungs- und Kondensationstemperatur betrieben werden kann. The cooling system according to the invention has a refrigeration system and a high-temperature heat pump, wherein the refrigeration system and the high-temperature heat pump are coupled to one another such that the heat is released from the refrigeration system to the evaporator of the high-temperature heat pump. In particular, the refrigeration system and the high-temperature heat pump are connected together in a cascade. This has the advantage that the refrigeration system can be operated under normal operating conditions in terms of evaporation and condensation temperature.

Durch die Verbindung des Verdampfers der Hochtemperaturwärmepumpe mit dem Kondensator der Kälteanlage ist gewährleistet, dass die Hochtemperaturwärmepumpe den Temperaturhub über die Umgebungstemperatur vornimmt. Bei einer Umgebungstemperatur von etwa 60°C kann die Hochtemperaturwärmepumpe die Kondensationstemperatur auf etwa 80°C bis 120°C anheben. Dadurch wird eine hohe Temperaturdifferenz vom Kondensator der Hochtemperaturwärmepumpe gegenüber der Umgebungstemperatur erreicht. Dies wiederum ermöglicht die Wärmeabfuhr von der Hochtemperaturwärmepumpe durch eine relativ kleine Kühlfläche, zum Beispiel über einen kleinen Luftkühler. By connecting the evaporator of the high-temperature heat pump with the condenser of the refrigeration system ensures that the high-temperature heat pump makes the temperature increase over the ambient temperature. At an ambient temperature of about 60 ° C, the high temperature heat pump can raise the condensation temperature to about 80 ° C to 120 ° C. As a result, a high temperature difference is achieved by the condenser of the high-temperature heat pump compared to the ambient temperature. This in turn allows the heat removal from the high temperature heat pump through a relatively small cooling surface, for example via a small air cooler.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Kälteanlage des Kühlsystems eine Kompressionskälteanlage. In diesem Fall wird der Verdampfer der Hochtemperaturwärmepumpe mit dem Kondensator dieser Kompressionskälteanlage so thermisch verbunden, dass Wärme vom Kondensator zum Verdampfer übertragen wird, um die Hochtemperaturwärmepumpe dem Temperaturhub gegenüber der Umgebungstemperatur vornehmen zu lassen. In an advantageous embodiment of the invention, the refrigeration system of the cooling system is a compression refrigeration system. In this case, the evaporator of the high temperature heat pump is thermally connected to the condenser of this compression refrigeration system so that heat is transferred from the condenser to the evaporator to make the high temperature heat pump to the temperature deviation from the ambient temperature.

Alternativ dazu kann das Kühlsystem auch eine Kälteanlage umfassen, die eine Absorptionskälteanlage ist. In diesem Fall ist der Verdampfer der Hochtemperaturwärmepumpe mit dem Absorber und dem Kondensator der Absorptionskälteanlage thermisch verbunden, dass Wärme von Absorber und Kondensator zum Verdampfer übertragen wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlsystems mit Absorptionskälteanlage ist der Austreiber der Absorptionskälteanlage so ausgestaltet, Abwärme aufzunehmen und zur Desorption zu verwenden. Das Kühlsystem ist z.B. mit einer Turbine angeordnet und nutzt an dieser Stelle zumindest einen Teil deren Abwärme. Dies hat den Vorteil, dass die Abwärmetemperatur der Turbine zum Beispiel von ca. 90°C auf bis zu 80°C gesenkt werden kann. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Kühlsystem mit der Absorptionskälteanlage mit einem inneren Wärmetauscher ausgestattet, welcher den Austreiber der Absorptionskälteanlage so in einen Rückkühlkreislauf des Kondensators der Hochtemperaturwärmepumpe integriert, dass zumindest ein Teil der im Kondensator anfallenden Abwärme der Hochtemperaturwärmepumpe zur Desorption im Austreiber zurückgeführt werden kann. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet bei Kondensationstemperaturen der Hochtemperaturwärmepumpe von über 90°C. Der Rückkühlkreislauf mit dem inneren Wärmetauscher hat den Vorteil, den Wirkungsgrad des Kühlsystems erheblich zu erhöhen. Beispielsweise können neben ein- auch zweistufige Absorptionskältemaschinen genutzt werden. Als Kältemittel-Absorber-Paare in den Absorptionskältemaschinen kommen beispielsweise NH₃-H₂O, H₂O-LiBr oder auch Systeme auf Basis ionischer Flüssigkeiten in Frage. Alternatively, the cooling system may also include a refrigeration system that is an absorption refrigeration system. In this case, the evaporator of the high-temperature heat pump is thermally connected to the absorber and the condenser of the absorption refrigeration system, that heat is transferred from absorber and condenser to the evaporator. In an advantageous embodiment of the cooling system with absorption refrigeration system of the expeller of the absorption refrigeration system is designed to absorb waste heat and to use for desorption. The Cooling system is arranged for example with a turbine and uses at this point at least a portion of their waste heat. This has the advantage that the waste heat temperature of the turbine, for example, from about 90 ° C can be reduced to up to 80 ° C. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the cooling system is equipped with the absorption refrigeration system with an internal heat exchanger, which integrates the expeller of the absorption refrigeration system in a recirculating circuit of the condenser of the high temperature heat pump, that at least a portion of the waste heat arising in the condenser of the high temperature heat pump for desorption in the expeller can be. This embodiment is particularly suitable for condensation temperatures of the high-temperature heat pump of over 90 ° C. The recooling circuit with the inner heat exchanger has the advantage of significantly increasing the efficiency of the cooling system. For example, in addition to one or two-stage absorption chillers can be used. Suitable refrigerant-absorber pairs in the absorption refrigerating machines are, for example, NH ₃ -H ₂ O, H ₂ O-LiBr or also systems based on ionic liquids.

Vorteilhafterweise wird das Kühlsystem für die Vorkühlung von Turbineneingangsluft herangezogen. Dazu ist das Kühlsystem in einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Turbine angeordnet. Dies kann beispielsweise eine Gasturbine eines Verbrennungskraftwerks sein. Insbesondere umfasst das Kühlsystem zur Vorkühlung von Turbineneingangsluft eine Kühleinrichtung, welche einen Verdampfer aufweist, der als Verdampfer für die Kälteanlage agiert oder der über einen Wärmetauscher mit dem Verdampfer der Kälteanlage gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Kühleinrichtung auch eine Kühlwendel umfassen, welche die Wärme dann an den Verdampfer der Kälteanlage abführt. Insbesondere weist die Kühleinrichtung zur Vorkühlung der Turbineneingangsluft einen Lufteinlass und einen Luftauslass auf. Die Umgebungsluft kann dabei beispielsweise von 40°C bis 60°C auf ein deutlich niedrigeres Temperaturniveau, z.B. auf die ISO-Turbineneintrittstemperatur für Gasturbinen von 15°C abgekühlt werden, bevor sie in die Turbine strömt. Das erfindungsgemäße Kühlsystem zur Vorkühlung der Turbineneingangsluft hat damit den Vorteil bei hohen Umgebungstemperaturen und ohne Wasserverlust in Nasskühltürmen aus der Kombination einer Kälteanlage mit der Wärmeabführung durch eine Hochtemperaturwärmepumpe sehr effizient Kälteleistung in die Turbinenansaugluft einzubringen. Die bei hohen Umgebungstemperaturen deutlich reduzierte Leistung von Gasturbinen kann durch diese kombinierte Vorkühlung der Turbinenansaugluft vermieden werden. Eine Leistungssteigerung der Gasturbinen bis über die Nennleistung hinaus ist damit trotz hoher Umgebungstemperaturen und ohne Wasserverluste machbar. Advantageously, the cooling system is used for the pre-cooling of turbine inlet air. For this purpose, the cooling system is arranged in an embodiment of the invention with a turbine. This can be, for example, a gas turbine of a combustion power plant. In particular, the cooling system for precooling of turbine inlet air comprises a cooling device which has an evaporator which acts as an evaporator for the refrigeration system or which is coupled via a heat exchanger to the evaporator of the refrigeration system. For example, the cooling device may also include a cooling coil, which then dissipates the heat to the evaporator of the refrigeration system. In particular, the cooling device has an air inlet and an air outlet for precooling the turbine inlet air. The ambient air can, for example, from 40 ° C to 60 ° C to a much lower temperature level, e.g. cooled to the ISO turbine inlet temperature for gas turbines of 15 ° C, before flowing into the turbine. The cooling system according to the invention for pre-cooling the turbine inlet air thus has the advantage at high ambient temperatures and without loss of water in wet cooling towers from the combination of a refrigeration system with the heat dissipation by a high-temperature heat pump very efficiently introduce cooling capacity in the turbine intake air. The significantly reduced performance of gas turbines at high ambient temperatures can be avoided by this combined pre-cooling of the turbine intake air. An increase in performance of the gas turbines to above the rated output is thus feasible despite high ambient temperatures and without water losses.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kühleinrichtung zur Vorkühlung der Turbineneingangsluft einen Behälter auf, der so mit der Kühleinrichtung angeordnet ist, dass bei der Luftvorkühlung kondensierendes Wasser aus der angesaugten Luft in diesem Behälter aufgefangen werden kann. In a further advantageous embodiment of the invention, the cooling device for pre-cooling the turbine inlet air to a container which is arranged with the cooling device, that in the air pre-cooling condensing water can be collected from the intake air in this container.

Dies hat den Vorteil, dass gleichzeitig mit der Luftvorkühlung sauberes Wasser gewonnen werden kann. Dieses kann insbesondere für verschiedene alternative Rückkühlprozesse eingesetzt werden. This has the advantage that clean water can be obtained simultaneously with the air pre-cooling. This can be used in particular for various alternative recooling processes.

Erfindungsgemäß werden in dem beschriebenen Kühlsystem Hochtemperaturkältemittel eingesetzt, welche kritische Punkte über 120°C, insbesondere über 140°C aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass mit sehr viel höheren Kondensationstemperaturen von etwa 90 bis zu 120°C gearbeitet werden kann, welche eine ausreichende Temperaturdifferenz zur Umgebung darstellen. Mit Hilfe des Einsatzes der Hochtemperaturkältemittel und dem erfindungsgemäßen Kühlsystem können Kosteneinsparungen beim Kondensator der Hochtemperaturwärmepumpe erreicht werden, darüber hinaus ist ein geringerer Platzbedarf für den Kondensator der Hochtemperaturwärmepumpe notwendig und auf Rückkühlsysteme wie z.B. Nasskühltürme kann vollständig verzichtet werden. According to the invention, high-temperature refrigerants are used in the described cooling system, which have critical points above 120 ° C., in particular above 140 ° C. This has the advantage that you can work with much higher condensation temperatures of about 90 to 120 ° C, which represent a sufficient temperature difference to the environment. With the help of the use of the high-temperature refrigerants and the cooling system according to the invention cost savings can be achieved in the condenser of the high-temperature heat pump, moreover, a smaller space requirement for the condenser of the high-temperature heat pump is necessary and on Rückkühlsysteme such. Wet cooling towers can be completely dispensed with.

Ein Beispiel für ein geeignetes Hochtemperaturkältemittel ist beispielsweise R245fa (1,1,1,3,3-Pentafluoropropan), welches einen kritischen Punkt bei 154°C aufweist. Weitere sehr vorteilhafte Hochtemperaturkältemittel für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Kühlsystem sind Fluorketone. Diese weisen noch zusätzliche Vorteile hinsichtlich ihrer guten Umweltverträglichkeit auf und haben den Vorteil weder brennbar noch toxisch zu sein. Bevorzugte Beispiele aus der Familie der Fluorketone sind Novec649 (Dodecafluoro-2-Methylpentan-3-one), welches einen kritischen Punkt bei 169°C hat und Novec524 (Decafluoro-3-Methylbutan-2-one mit einem kritischen Punkt bei 148°C. An example of a suitable high temperature refrigerant is, for example, R245fa (1,1,1,3,3-pentafluoropropane), which has a critical point at 154 ° C. Further very advantageous high-temperature refrigerants for use in the cooling system according to the invention are fluoroketones. These have additional advantages in terms of their good environmental performance and have the advantage of being neither flammable nor toxic. Preferred examples from the family of fluoroketones are Novec649 (dodecafluoro-2-methylpentan-3-one), which has a critical point at 169 ° C, and Novec524 (decafluoro-3-methylbutan-2-one with a critical point at 148 ° C ,

Bei dem erfindungsgemäßen Kühlprozess zur Vorkühlung von Turbineneingangsluft bei hohen Umgebungstemperaturen über 30°C, insbesondere über 38°C, typischerweise zwischen 40°C und 60°C, wird die Umgebungsluft so durch eine Kälteanlage oder durch eine externe Kühleinrichtung, die mit dieser Kälteanlage gekoppelt ist geleitet, dass der Umgebungsluft Wärme entzogen wird, bevor diese Luft als Turbineneingangsluft in die Turbine geleitet wird. Dabei erfolgt die Wärmeabgabe der Kälteanlage an den Verdampfer einer Hochtemperaturwärmepumpe. Der Vorteil des Einsatzes einer Absorptionskälteanlage in dem Kühlsystem besteht darin, dass die verfügbare Restwärme der Turbine, z.B. vom Abgas der Turbine oder von der flexiblen Restenergie der Elektrizität für den Antrieb, weiter genutzt werden kann. In the cooling process according to the invention for precooling of turbine inlet air at high ambient temperatures above 30 ° C, in particular above 38 ° C, typically between 40 ° C and 60 ° C, the ambient air is so by a refrigeration system or by an external cooling device coupled to this refrigeration system is directed to extracting heat from the ambient air before passing this air into the turbine as turbine input air. The heat transfer of the refrigeration system to the evaporator of a high temperature heat pump. The advantage of using a Absorption refrigeration system in the cooling system is that the available residual heat of the turbine, for example, from the exhaust gas of the turbine or from the flexible residual energy of the electricity for the drive, can continue to be used.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in exemplarischer Weise mit Bezug auf die 1 bis 4 der angehängten Zeichnungen beschrieben: Embodiments of the present invention will be described by way of example with reference to FIGS 1 to 4 of the attached drawings:

1 zeigt ein Fließbild für ein Kühlsystem mit Absorptionskälteanlage und Hochtemperaturwärmepumpe, 1 shows a flow diagram for a cooling system with absorption refrigeration system and high-temperature heat pump,

2 zeigt ein Fließbild für ein Kühlsystem mit Kompressionskälteanlage und Hochtemperaturwärmepumpe, 2 shows a flow diagram for a cooling system with compression refrigeration system and high-temperature heat pump,

3 zeigt ein Fließbild für ein Kühlsystem mit Absorptionskälteanlage und Hochtemperaturwärmepumpe mit internem Wärmetauscher im Rückkühlkreislauf des Kondensators der Hochtemperaturwärmepumpe und 3 shows a flow diagram for a cooling system with absorption refrigeration system and high temperature heat pump with internal heat exchanger in the recooling circuit of the condenser of the high temperature heat pump and

4 zeigt ein Fließbild für eine Turbineneingangsluftvorkühlung. 4 shows a flow chart for a turbine inlet air pre-cooling.

In der 1 ist auf der linken Seite zunächst die Vorkühlung 30 für die Turbineneingangsluft 32 gezeigt. Die Umgebungsluft 31 strömt mit einer Temperatur von beispielsweise 40°C in die Kühleinrichtung 33 und verlässt diese 32 mit einer Temperatur von beispielsweise 15°C mit der sie dann in die Turbine 60 weitergeleitet wird. Die Wärmeaufnahme Q_U1 aus der Umgebungsluft 31 ist mit einem Pfeil gekennzeichnet. Die Vorkühlung 30 ist beispielsweise ein Verdampfer 33 oder eine Kühleinrichtung 33, die mit dem Verdampfer 23 der Kälteanlage 20 thermisch gekoppelt ist. An die Vorkühlung 30 schließt sich die Kälteanlage 20 an, die in diesem Fall eine Absorptionskälteanlage ist. Diese weist einen Verdampfer 23, einen Austreiber 25 und einen Absorber 21 auf. Der Verdampfer 23 ist thermisch mit der Vorkühlung 30 verbunden. Der Absorber 21 oder auch der Kondensator 21 gibt seine Wärme Q_A an die rechts gezeigte Hochtemperaturwärmepumpe 10 ab. Der Austreiber 25 bezieht die notwendige Wärme Q_W für die Desorption beispielsweise aus dem Abgas der Turbine 60 oder sonstiger anfallender Abwärme der Turbine 60. Die Ankopplung der Hochtemperaturwärmepumpe 10 an die Absorptionskälteanlage 20 erfolgt über einen Wärmetauscher vom Absorber 21 zum Verdampfer 13 der Hochtemperaturwärmepumpe 10. Die Hochtemperaturwärmepumpe 10 weist weiterhin ein Expansionsventil 12, einen Kompressor 14, der über einen Motor 15 angetrieben wird, und einen Kondensator 11 auf. Dieser gibt seine Wärme Q_U2 beispielsweise über einen Kühlrippenkühlkörper 110 und darauf aufgesetzt einen Lüfter 111 an die Umgebung ab. Bei einer Umgebungstemperatur beispielsweise zwischen 40°C und 60°C beträgt die Kondensationstemperatur im Verflüssiger 11 der Hochtemperaturwärmepumpe 10 beispielsweise zwischen 70 °C und 100 °C, insbesondere zwischen 90°C und 120°C. Als Kältemittel-Absorber-Paar in der Absorptionskälteanlage 20 kommen beispielsweise NH₃-H₂O oder H₂O-Lithiumbromidlösung infrage, wobei ersteres Paar die tieferen Temperaturen erreicht. In der Hochtemperaturwärmepumpe 10 werden bevorzugt Arbeitsmittel wie Novec649 oder Novec524 eingesetzt. In the 1 is on the left side first the pre-cooling 30 for the turbine inlet air 32 shown. The ambient air 31 flows at a temperature of for example 40 ° C in the cooling device 33 and leave this 32 with a temperature of for example 15 ° C with which they then into the turbine 60 is forwarded. The heat absorption Q _U1 from the ambient air 31 is marked with an arrow. The pre-cooling 30 is for example an evaporator 33 or a cooling device 33 that with the evaporator 23 the refrigeration system 20 thermally coupled. To the pre-cooling 30 closes the refrigeration system 20 which in this case is an absorption refrigeration system. This has an evaporator 23 , an exporter 25 and an absorber 21 on. The evaporator 23 is thermal with precooling 30 connected. The absorber 21 or the capacitor 21 gives its heat Q _A to the high-temperature heat pump shown on the right 10 from. The expeller 25 draws the necessary heat Q _W for the desorption, for example, from the exhaust gas of the turbine 60 or other accumulating waste heat of the turbine 60 , The coupling of the high-temperature heat pump 10 to the absorption refrigeration system 20 takes place via a heat exchanger from the absorber 21 to the evaporator 13 the high temperature heat pump 10 , The high temperature heat pump 10 also has an expansion valve 12 , a compressor 14 that has an engine 15 is driven, and a capacitor 11 on. This gives its heat Q _U2, for example via a cooling fin heat sink 110 and put on a fan 111 to the environment. At an ambient temperature, for example between 40 ° C and 60 ° C, the condensation temperature in the condenser 11 the high temperature heat pump 10 for example between 70 ° C and 100 ° C, in particular between 90 ° C and 120 ° C. As a refrigerant-absorber pair in the absorption refrigeration system 20 For example, NH ₃ -H ₂ O or H ₂ O-lithium bromide solution are suitable, with the first pair reaching the lower temperatures. In the high temperature heat pump 10 For example, work equipment such as Novec649 or Novec524 is preferred.

Die 2 zeigt analog zur 1 den Aufbau des Kühlsystems, jedoch mit einer Kompressionskälteanlage 50 statt der Absorptionskälteanlage 20. Diese unterscheidet sich in ihren Bauteilen durch das Expansionsventil 22 und den Kompressor 54, der durch den Motor 55 angetrieben wird. Auch in diesem Fall wird die Wärme Q_A des Kondensators 51 der Kompressionskälteanlage 50 an den Verdampfer 13 der Hochtemperaturwärmepumpe 10 abgegeben. Die Kompressionskälteanlage 50 kann beispielsweise mit einem herkömmlichen Kältemittel R134A betrieben werden. The 2 shows analogous to 1 the structure of the cooling system, but with a compression refrigeration system 50 instead of the absorption refrigeration system 20 , This differs in its components through the expansion valve 22 and the compressor 54 by the engine 55 is driven. Also in this case, the heat Q _{A of} the capacitor 51 the compression refrigeration system 50 to the evaporator 13 the high temperature heat pump 10 issued. The compression refrigeration system 50 For example, it can be operated with a conventional refrigerant R134A.

In der 3 ist wieder ein Kühlsystem mit Absorptionskälteanlage 20 gezeigt mit dem grundsätzlichen Aufbau wie in 1. Dieses jedoch weist einen Rückkühlkreislauf 40 für den Kondensator 11 der Hochtemperaturwärmepumpe 10 auf. Dieser Rückkühlkreislauf 40 führt Wärme Q_W an den Austreiber 25 der Absorptionskälteanlage 20 über einen internen Wärmetauscher 254 ab. Somit gelingt es, zumindest einen Teil der am Kondensator 11 der Hochtemperaturwärmepumpe 10 anfallenden Abwärme Q_R an den Absorptionskühlprozess zurückzuführen. In the 3 is again a cooling system with absorption refrigeration system 20 shown with the basic construction as in 1 , However, this has a recirculating cooling circuit 40 for the capacitor 11 the high temperature heat pump 10 on. This recooling circuit 40 leads heat Q _W to the expeller 25 the absorption refrigeration system 20 via an internal heat exchanger 254 from. Thus, it is possible, at least part of the capacitor 11 the high temperature heat pump 10 attributable waste heat Q _R attributable to the absorption cooling process.

Beispielsweise vermindert der interne Wärmetauscher 254 die eingehende Temperatur um etwa 2°C bis zu 10°C, beispielsweise um 5°C, bevor der Rückkühlkreislauf 40 seine Wärme Q_U2 über einen Kühlkörper 41 mit Kühlrippen 410 und einen Lüfter 411 an die Umgebung abgibt. Die Eingangstemperatur T_in am internen Wärmetauscher 254 kann beispielsweise um die 90°C und die Ausgangstemperatur T_out um die 80°C liegen, bei einer Kondensationstemperatur der Hochtemperaturwärmepumpe 10 von etwa 90°C. Durch die vorherige Abkühlung durch den internen Wärmetauscher 254 kann das Kühl- und Abluftsystem 41 noch kleiner und günstiger ausfallen. For example, the internal heat exchanger reduces 254 the incoming temperature by about 2 ° C up to 10 ° C, for example by 5 ° C, before the recooling circuit 40 its heat Q _U2 via a heat sink 41 with cooling fins 410 and a fan 411 to the environment. The inlet temperature T _in on the internal heat exchanger 254 may be, for example, around 90 ° C and the outlet temperature T _out around 80 ° C, at a condensation temperature of the high temperature heat pump 10 from about 90 ° C. By the previous cooling through the internal heat exchanger 254 can the cooling and exhaust air system 41 even smaller and cheaper.

Die 4 schließlich zeigt die Anordnung des Kühlsystems mit Kompressionskälteanlage 50 wie schon in 2 gezeigt mit einer Turbine 60. Die Turbine 60 ist beispielsweise Teil eines Verbrennungskraftwerks mit Verbrennungskammer 65. Die Abluft 66 der Turbine 60 wird beispielsweise an einen Dampfgenerator zur Wärmerückgewinnung (Heat Recovery Steam Generator) weitergeleitet. Bevor die Umgebungsluft 31 in die Turbine 60 einströmt, wird sie in der Vorkühlung 30 um mehrere Grad Celsius abgekühlt. In der 4 ist dazu eine Vorkühleinrichtung 30 mit einer Kühlwendel 35 gezeigt. Der Kühlkreislauf der Kühlwendel 35 umfasst eine Kühlmittelpumpe 34, die das Kühlmittel an den Verdampfer 53 der Kälteanlage 50 führt. Zusätzlich ist eine Auffangvorrichtung 36 gezeigt, mittels der Kondenswasser aus der Umgebungsluft 31, das beim Abkühlen der Luft auskondensiert, aufgefangen wird. Die einströmende Umgebungsluft 31 hat neben einer höheren Temperatur auch einen höheren Wassergehalt φ als die in die Turbine 60 einströmende Luft 32. The 4 Finally, shows the arrangement of the cooling system with compression refrigeration system 50 like in 2 shown with a turbine 60 , The turbine 60 is for example part of a combustion plant with combustion chamber 65 , The exhaust air 66 the turbine 60 is forwarded, for example, to a steam generator for heat recovery (Heat Recovery Steam Generator). Before the ambient air 31 in the turbine 60 enters, it is in the pre-cooling 30 cooled by several degrees Celsius. In the 4 is a precooling device 30 with a cooling coil 35 shown. The cooling circuit of the cooling coil 35 includes a coolant pump 34 Apply the coolant to the evaporator 53 the refrigeration system 50 leads. In addition, a catcher 36 shown, by means of condensation from the ambient air 31 , which condenses out on cooling the air, is collected. The incoming ambient air 31 In addition to a higher temperature, it also has a higher water content φ than that in the turbine 60 incoming air 32 ,

Die Hochtemperaturwärmepumpe 10 weist wiederum einen Verflüssiger 11 auf, dessen Wärme zunächst an einen Rückkühlkreislauf 40 geführt wird, bevor die Abwärme Q_U2 über ein kleines Kühlkörper- und Lüftersystem 41 an die Umgebung abgegeben wird. The high temperature heat pump 10 again has a condenser 11 on, the heat first to a recirculating cooling circuit 40 is conducted before the waste heat Q _U2 via a small heat sink and fan system 41 is delivered to the environment.

Claims

Kühlsystem aufweisend eine Kälteanlage (20, 50) und eine Hochtemperaturwärmepumpe (10), wobei Kälteanlage (20, 50) und Hochtemperaturwärmepumpe (10) so miteinander gekoppelt sind, dass die Wärmeabgabe (Q_A) der Kälteanlage (20, 50) an den Verdampfer (13) der Hochtemperaturwärmepumpe (10) erfolgt. Cooling system comprising a refrigeration system ( 20 . 50 ) and a high-temperature heat pump ( 10 ), whereby refrigeration system ( 20 . 50 ) and high-temperature heat pump ( 10 ) are coupled together so that the heat output (Q _A ) of the refrigeration system ( 20 . 50 ) to the evaporator ( 13 ) of the high-temperature heat pump ( 10 ) he follows.

Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei die Kälteanlage eine Kompressionskälteanlage (50) ist. The cooling system of claim 1, wherein the refrigeration system is a compression refrigeration system ( 50 ).

Kühlsystem nach Anspruch 1 wobei die Kälteanlage eine Absorptionskälteanlage (20) ist. Cooling system according to claim 1, wherein the refrigeration system is an absorption refrigeration system ( 20 ).

Kühlsystem nach Anspruch 3 mit einem inneren Wärmetauscher (254), welcher einen Austreiber (25) der Absorptionskälteanlage (20) so in einen Rückkühlkreislauf eines Kondensators (11) der Hochtemperaturwärmepumpe (10) integriert, dass zumindest ein Teil deren Abwärme (Q_R) zur Desorption im Austreiber (25) zurückführbar ist. Cooling system according to claim 3 with an internal heat exchanger ( 254 ), which is an exporter ( 25 ) of the absorption refrigeration system ( 20 ) so in a recooling circuit of a capacitor ( 11 ) of the high-temperature heat pump ( 10 ) that at least some of their waste heat (Q _R ) for desorption in the expeller ( 25 ) is traceable.

Anordnung einer Turbine (60) mit einem Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kühlsystem eine Kühleinrichtung (30) zur Vorkühlung von Turbineneingangsluft umfasst, wobei diese Kühleinrichtung (30) einen Verdampfer aufweist, der als Verdampfer (23, 53) für die Kälteanlage (20, 50) agiert oder der über einen Wärmetauscher mit einem Verdampfer (23, 53) der Kälteanlage gekoppelt ist. Arrangement of a turbine ( 60 ) with a cooling system according to one of claims 1 to 4, wherein the cooling system comprises a cooling device ( 30 ) for pre-cooling turbine inlet air, said cooling device ( 30 ) has an evaporator, as evaporator ( 23 . 53 ) for the refrigeration system ( 20 . 50 ) or via a heat exchanger with an evaporator ( 23 . 53 ) of the refrigeration system is coupled.

Anordnung nach Anspruch 5 wobei die Kühleinrichtung (30) zur Vorkühlung von Turbineneingangsluft einen Luftein- (31) und -auslass (32) aufweist. Arrangement according to claim 5, wherein the cooling device ( 30 ) for pre-cooling turbine inlet air an air inlet ( 31 ) and outlet ( 32 ) having.

Anordnung nach Anspruch 5 oder 6 wobei mit der Kühleinrichtung (30) zur Vorkühlung von Turbineneingangsluft ein Behälter (36) angeordnet ist, der so mit der Kühleinrichtung (30) verbunden ist, dass bei der Luftvorkühlung auskondensierendes Wasser darin auffangbar ist. Arrangement according to claim 5 or 6, wherein with the cooling device ( 30 ) for pre-cooling turbine inlet air a container ( 36 ) is arranged, which with the cooling device ( 30 ) is connected, that in the Luftvorkühlung auskondensierendes water is trappable therein.

Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 7, wobei die Kälteanlage eine Absorptionskälteanlage (20) ist und einen Austreiber (25) aufweist, welcher ausgestaltet ist Abwärme der Turbine (60) aufzunehmen und zur Desorption zu verwenden. Arrangement according to one of the preceding claims 5 to 7, wherein the refrigeration system, an absorption refrigeration system ( 20 ) and an exporter ( 25 ), which is designed waste heat of the turbine ( 60 ) and to be used for desorption.

Verwendung von Hochtemperaturkältemitteln mit kritischen Punkten über 120°C, insbesondere über 140°C in einem Kühlsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4 oder in einer Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 8. Use of high-temperature refrigerants with critical points above 120 ° C, in particular above 140 ° C in a cooling system according to one of the preceding claims 1 to 4 or in an arrangement according to one of the preceding claims 5 to 8.

Verwendung nach Anspruch 9 wobei das Hochtemperaturkältemittel ein Fluorketon ist. Use according to claim 9 wherein the high temperature refrigerant is a fluoroketone.

Kühlprozess zur Vorkühlung von Turbineneingangsluft bei hohen Umgebungstemperaturen über 30°C, insbesondere über 38°C, bei dem die Umgebungsluft (31) so durch eine Kälteanlage (20, 50) oder eine externe Kühleinrichtung (30), die mit dieser Kälteanlage (20, 50) gekoppelt ist, geleitet wird, so dass der Umgebungsluft Wärme (Q_U1) entzogen wird bevor diese Luft als Turbineneingangsluft (32) in die Turbine (60) geleitet wird, wobei die Wärmeabgabe (Q_A) der Kälteanlage (20, 50) an den Verdampfer (13) einer Hochtemperaturwärmepumpe (10) erfolgt. Cooling process for precooling of turbine inlet air at high ambient temperatures above 30 ° C, in particular above 38 ° C, at which the ambient air ( 31 ) so by a refrigeration system ( 20 . 50 ) or an external cooling device ( 30 ), with this refrigeration system ( 20 . 50 ), so that the ambient air heat (Q _U1 ) is withdrawn before this air as turbine inlet air ( 32 ) into the turbine ( 60 ), wherein the heat output (Q _A ) of the refrigeration system ( 20 . 50 ) to the evaporator ( 13 ) a high-temperature heat pump ( 10 ) he follows.