BE1023753B1

BE1023753B1 - Orc om afvalwarmte van een warmtebron om te vormen in mechanische energie en koelsysteem dat van een dergelijke orc gebruikmaakt

Info

Publication number: BE1023753B1
Application number: BE2016/5642A
Authority: BE
Inventors: Henrik Öhman
Original assignee: Atlas Copco Airpower Naamloze Vennootschap
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2016-08-17
Publication date: 2017-07-11
Also published as: BE1023753A1; RU2701973C1

Abstract

ORC om warmte om te vormen in mechanische energie, omvattende een gesloten circuit (14) met een tweefasig werkfluïdum en een fluïdumpomp (15) voor de circulatie van het werkfluïdum in het circuit (14) achtereenvolgens door een verdampingstoestel (10); een expansie-inrichting (12) om de thermische energie van het werkfluïdum om te vormen in mechanische energie; en een condensor (16), waarbij de expansie-inrichting (12) zich boven het verdampingstoestel (10) bevindt en de fluïdumuitlaat (22) van het verdampingstoestel (10) is aangesloten op de fluïduminlaat (23) van de expansie-inrichting (12) door een zogenoemde stijgleiding (24) die gevuld is met een mengsel van vloeibaar werkfluïdum en gasvormige bellen van het werkfluïdum, waarbij dit mengsel naar de expansie-inrichting(12) wordt gevoerd, en waarbij de stijgleiding (24) zich met minstens een deel uitstrekt boven het niveau van de inlaat (23) van de expansie-inrichting (12) dusdanig dat een gravitatiestroom mogelijk is die door de stijgleiding (24) naar de expansie-inrichting (12) wordt gevoerd.

Description

ORC om afvalwarmte van een warmtebron om te vormen in mechanische energie en koelsysteem dat van een dergelijke ORC gebruikmaakt.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een ORC voor het omvormen van afvalwarmte van een warmtebron in mechanische energie en op een koelsysteem dat gebruik maakt van een dergelijke ORC voor het koelen van een bron van afvalwarmte.

Energiecycli voor WTP (afvalwarmte naar energie) zijn goed beschreven, zoals ORC, Kalina, Trilatéral Flash enz.

Dergelijke energiecycli zijn ontworpen om afvalwarmte van de warmtebron te recupereren en die energie om te vormen in nuttige mechanische energie die kan worden gebruikt bijvoorbeeld om een generator aan te drijven voor het genereren van elektrische energie.

Het gebruik van een ORC (Organische Rankinecyclus) is meer bepaald bekend om afvalenergie te recupereren van warmtebronnen met een relatief lage temperatuur zoals de warmte van gecomprimeerd gas geproduceerd door een compressorinstallatie, of vervat in uitlaatgassen, rookgassen, stoom, warm water of dergelijke.

Dergelijke bekende ORC's omvatten een gesloten circuit dat een tweefasig werkfluïdum bevat, waarbij het circuit verder een fluïdumpomp omvat om het fluïdum te laten circuleren in het circuit achtereenvolgens door een verdampingstoestel dat in thermisch contact staat met de warmtebron om het werkfluïdum te verdampen; door een expansie-inrichting zoals een turbine om de thermische energie die gestuurd wordt naar het gasvormige werkfluïdum dat in het verdampingstoestel ontstaat, om te vormen in nuttige mechanische energie; en tot slot door een condensor die in thermisch contact staat met een koelmiddel zoals water of omgevingslucht om het gasvormige werkfluïdum om te vormen in een vloeistof die kan worden teruggestuurd naar het verdampingstoestel voor de volgende werkcyclus van het werkfluïdum.

In installaties die warme gassen produceren, wordt de ORC gebruikt om de warme gassen te koelen door die warme gassen in contact te brengen met het verdampingstoestel van de ORC en tegelijkertijd de ORC te gebruiken om de warmte die in het verdampingstoestel wordt gerecupereerd om te vormen in nuttige energie in de expansie-inrichting.

Een nadeel van de bestaande ORC's is dat de omvang van het verdampingstoestel relatief groot moet zijn om voldoende contact te hebben tussen het werkfluïdum in het verdampingstoestel en de warmtebron voor warmteoverdracht, met name bij een warmtebron met een lage temperatuur van bijvoorbeeld 90°C of zelfs 60°C, waarbij het contactoppervlak tussen de vloeibare fractie van het werkfluïdum dat moet worden verdampt in het verdampingstoestel slechts een kleine fractie is van het totale contactoppervlak van het verdampingstoestel daar het verdampingstoestel alleen vloeistof bevat onderaan en dampen van het werkfluïdum bovenaan.

Een ander nadeel is dat in het geval van een storing in de fluidumpomp of de expansie-inrichting, de circulatie van het werkfluïdum in de ORC automatisch stopt, daar het verdampingstoestel zich boven de expansie-inrichting moet bevinden om een gravitatiestroom te voorzien van de vloeibare fractie van het fluïdum van het verdampingstoestel naar de expansie-inrichting, met name wanneer een tweefasig fluïdum naar de inlaat van de expansie-inrichting voorkeurdragend is.

Wanneer het werkfluïdum in de ORC stopt met circuleren, gaat de koelfunctie van de ORC om de warme gassen te koelen verloren, wat tot potentieel gevaarlijke situaties leidt waarbij de installaties erachter of de gebruikers erachter die gebruik maken van de ongekoelde warme gassen beschadigd zouden kunnen raken door oververhitting.

De niet-gepubliceerde Belgische octrooiaanvrage 2014/0654 van dezelfde aanvrager voorziet een oplossing in het geval van een storing in de fluidumpomp van de ORC door hulpkoelers in te voeren die geen deel uitmaken van het ORC-systeem en die bijgevolg de koeling van de gecomprimeerde gassen kunnen verzekeren in het geval van een storing in het ORC-systeem.

Een nadeel is dat er hulpkoelers moeten worden voorzien.

Het is een doel van de huidige uitvinding om een oplossing te bieden voor één of meer van de voornoemde en andere nadelen.

Daarom heeft de uitvinding tot doel een ORC te voorzien om warmte van een warmtebron om te vormen in mechanische energie, waarbij de ORC een gesloten circuit omvat dat een tweefasig werkfluïdum bevat, waarbij het circuit een fluïdumpomp omvat voor de circulatie van het werkfluïdum in het circuit achtereenvolgens door een verdampingstoestel dat dusdanig is ingesteld dat het in thermisch contact staat met de warmtebron; door een expansie-inrichting om de thermische energie van het werkfluïdum om te vormen in werk; en door een condensor die in thermisch contact staat met een koelelement, waarbij de expansie-inrichting zich boven het verdampingstoestel· bevindt en de fluïdumuitlaat van het verdampingstoestel is verbonden met de fluïduminlaat van de expansie-inrichting door middel van een zogenoemde stijgleiding die gevuld is met een mengsel van vloeibaar werkfluïdum en gasvormige bellen van het werkfluïdum, waarbij dit mengsel naar de expansie-inrichting wordt gevoerd, en waarbij de stijgleiding zich met minstens een deel uitstrekt op hetzelfde niveau of boven het niveau van de inlaat van de expansie-inrichting dusdanig dat een gravitatiestroom mogelijk is van het vloeibare werkfluïdum dat door de stijgleiding naar de expansie-inrichting wordt gevoerd.

Door ervoor te zorgen dat de stijgleiding gevuld is met een mengsel van vloeibaar en gasvormig werkfluïdum ontstaat een soort pompeffect waardoor het tweefasige werkfluïdum door de werking van de zwaartekracht naar de inlaat van de expansie-inrichting en verder downstream naar de inlaat van de condensor wordt gestuurd, waarbij de condensor zich bij voorkeur voornamelijk op hetzelfde niveau of op een lager niveau dan de expansie-inrichting bevindt en het verdampingstoestel zich bij voorkeur voornamelijk op hetzelfde niveau of op een lager niveau dan de condensor bevindt zodanig dat een gravitatiestroom mogelijk is van het vloeibare werkfluïdum dat door de expansie-inrichting naar de condensor wordt gestuurd en verder omlaag van de condensor naar het verdampingstoestel. Een voordeel van het pompeffect van de stijgleiding is dat in het geval dat de fluidumpomp of expansie-inrichting geblokkeerd is, het werkfluïdum autonoom blijft circuleren in het ORC-circuit en de ORC begint te werken als een soort van warmteleiding of thermosifon.

Een voordeel gerelateerd aan dit zelfcirculerend effect is dat, zelfs in de ongelukkige situatie dat de fluïdumpomp of expansie-inrichting geblokkeerd is wanneer de ORC wordt gebruikt om de warmtebron te koelen, de ORC zijn koelfunctie behoudt, waardoor het niet meer nodig is om aparte koeltoestellen naast de ORC te voorzien wanneer koeling kritiek is.

Volgens een voorkeurdragende uitvoeringsvorm ligt het onderste deel van de fluïduminlaat van de condensor lager dan het onderste gedeelte van de roterende, actieve onderdelen van de expansie-inrichting.

Doorheen deze tekst verwijst de uitdrukking "roterende, actieve onderdelen van de expansie-inrichting" naar die roterende onderdelen van de expansie-inrichting die, in werking, direct betrokken zijn bij het fluïdumexpansieproces, zoals de schroefvormige rotors in het geval van een schroefexpansie-inrichting, de rotor in het geval van een turbine, de scroll in het geval van een scrollexpansie-inrichting, de zuiger in geval van een zuigerexpansie-inrichting, of dergelijke. De uitdrukking "roterende, actieve onderdelen van de expansie-inrichting", sluit echter niet-actieve onderdelen uit die niet betrokken zijn bij het expansieproces, zoals lagers, een generator of dergelij ke.

Zo is het ook voorkeurdragend dat het onderste deel van de fluiduminlaat van het verdampingstoestel lager ligt dan het onderste deel van de fluidumuitlaat van de condensor.

De ORC is bij voorkeur voorzien van een bypass die de inlaat en de uitlaat van de fluïdumpomp overbrugt en een klep omvat met een regeling om de klep gesloten te houden tijdens de normale werking van de ORC en de klep te openen in het geval dat de fluidumpomp niet zou werken wegens storing of om andere redenen.

Een voordeel is dat de bypass de stroomweerstand van een defecte fluidumpomp kan opheffen die de gravitatiestroom van het werkfluidum en bijgevolg ook het koelingseffeet van de ORC zou kunnen hinderen.

Zo is de ORC bij voorkeur ook voorzien van een bypass die de inlaat en de uitlaat van de fluïdumpomp overbrugt en een klep omvat met een regeling om de klep gesloten te houden tijdens de normale werking van de ORC en de klep te openen in het geval dat de expansie-inrichting niet zou werken wegens storing of om andere redenen.

Een ander aspect van de uitvinding is dat de ORC dusdanig is ontworpen dat in minstens bepaalde bedrijfsomstandigheden het verdampingstoestel volledig gevuld is met kokend werkfluïdum en dat de stijgleiding gevuld is met een mengsel van vloeibaar werkfluïdum en gasvormige bellen van het werkfluïdum, waarbij dit mengsel naar de expansie-inrichting wordt gevoerd.

Een voordeel van een ORC volgens de uitvinding is dat het verdampingstoestel gevuld is met kokend, vloeibaar werkfluïdum, waardoor het contactoppervlak tussen het vloeibare werkfluïdum en de warmtebron gemaximaliseerd wordt en waardoor de warmteoverdracht met de warmtebron wordt gemaximaliseerd en waardoor de hoeveelheid warmte die wordt gerecupereerd van de warmtebron die moet worden omgevormd in mechanische energie door de expansie-inrichting, wordt gemaximaliseerd.

In het geval dat een ORC wordt gebruikt om de gecomprimeerde gassen van een compressorinstallatie te koelen, betekent dit ook een maximalisering van de koelfunctie van de ORC.

Een voordeel met betrekking tot de efficiënte koeling van de gecomprimeerde gassen in contact met het verdampingstoestel is dat er geen bijkomende koeling nodig is en dat er in het ontwerp een kleiner verdampingstoestel kan worden gekozen.

De stijgleiding biedt een garantie dat de binnenoppervlakken van het verdampingstoestel altijd bedekt zijn met vloeistof, waarbij die vloeistof in de stijgleiding geneigd is om terug te stromen in het verdampingstoestel om de gasbellen te vervangen die geproduceerd worden in het verdampingstoestel door het koken van het werkfluldum.

De huidige uitvinding heeft ook betrekking op een koelsysteem voor de koeling van een bron van afvalwarmte, waarbij het koelsysteem een ORC volgens de uitvinding omvat als enig middel om de warmtebron te koelen zonder dat er enige bijkomende externe koeling nodig is, ook in omstandigheden waarin de expansie-inrichting en/of de fluïdumpomp niet werkt.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, worden hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen van een OCR volgens de huidige uitvinding beschreven voor het omvormen van afvalwarmte van een warmtebron in mechanische energie en van een compressorinstallatie die een dergelijke OCR gebruikt, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin :

Figuur 1 schematisch een eentrapscompressorinstallatie weergeeft die gebruik maakt van een ORC-systeem volgens de uitvinding;

Figuur 2 de ORC van Figuur 1 op een realistischere manier weergeeft; en

Figuur 3 een alternatieve uitvoeringsvorm van de compressorinstallatie van Figuur 1 weergeeft.

Het in Figuur 1 weergegeven koelsysteem 1 is een koelsysteem voor het koelen van bijvoorbeeld het gecomprimeerde gas dat wordt geproduceerd door een compressorinstallatie die een compressorelement 2 met een inlaat 3 en een uitlaat 4 omvat, waarbij het compressorelement 2 aangesloten is op een motor 5 om het compressorelement 2 aan te drijven voor het comprimeren van een gasstroom Q. Verder omvat het koelsysteem 1 een koeler 6, die voorzien is achter het compressorelement 2, voor het koelen van het gecomprimeerde gas vóór het aan een net 7 van verbruikers van gecomprimeerd gas wordt geleverd.

De koelinstallatie 1 omvat een ORC 8 volgens de uitvinding waarin de koeler 6 is geïntegreerd in een warmtewisselaar 9 die op zijn beurt een verdampingstoestel 10 van de ORC 8 integreert voor de recuperatie van de afvalwarmte van het gecomprimeerde gas gebruikt als een warmtebron 11, dusdanig geconfigureerd om de voornoemde warmte om te vormen in nuttige mechanische energie door middel van een expansie-inrichting 12 van de ORC 8, bijvoorbeeld een turbine die een elektrische generator 13 aandrijft zoals geïllustreerd in het voorbeeld van Figuur 1.

De ORC omvat een gesloten circuit 14 dat een tweefasig organisch werkfluïdum bevat met een kooktemperatuur die lager is dan de temperatuur van de warmtebron 11, waarbij het werkfluïdum continu wordt rondgepompt in het circuit 14 door middel van een fluïdumpomp 15 in de richting die is weergegeven door de pijlen F.

Het werkfluïdum is dusdanig dat het achtereenvolgens door het verdampingstoestel 10 stroomt dat in thermisch contact staat met de warmtebron 11; vervolgens door de expansie-inrichting 12 en tot slot door een condensor 16 vóór het opnieuw door de fluïdumpomp 15 wordt gelanceerd voor een volgende cyclus in het circuit 14.

De condensor 16 maakt deel uit van een warmtewisselaar 9' waarin de condensor 16 in thermisch contact staat met een koelelement 17 van een koelcircuit 18 dat, in het voorbeeld van Figuur 1, is weergegeven als een toevoer van koud water W uit een tank 19 dat door de condensor 16 circuleert door middel van een pomp 20.

Volgens de uitvinding ligt de condensor 16 fysiek lager dan de expansie-inrichting 12, terwijl het verdampingstoestel 10 fysiek lager ligt dan de condensor 16 dusdanig dat een gravitatiestroom mogelijk is van het vloeibare werkfluïdum dat door de stijgleiding 24 naar de expansie-inrichting 12 en verder omlaag van de expansie-inrichting 12 naar de condensor 16 en van de condensor 16 naar het verdampingstoestel 10, wordt gevoerd.

De term "lager dan" vereist niet dat alle delen van de condensor/verdampingstoestel lager liggen. Het betekent dat de hoofddelen van de condensor/verdampingstoestel op een lager niveau liggen. De term dient te worden verstaan in het kader van een vereiste voor het creëren van een gravitatiestroom van het vloeibare gedeelte van het werkfluïdum.

Bij voorkeur ligt minstens het onderste deel van de fluxduminlaat van de condensor 16 fysiek lager dan het onderste deel 12' van de roterende, actieve onderdelen 12" van de expansie-inrichting 12, zoals schematisch weergegeven in Figuur 2, terwijl het onderste deel van de fluïduminlaat van het verdampingstoestel 10 fysiek lager ligt dan het onderste deel van de f luïdumuitlaat van de condensor 16, waarbij de fluidumuitlaat 22 van het verdampingstoestel 10 verbonden is met de fluïduminlaat 23 van de expansie-inrichting 12 door middel van een zogenoemde stijgleiding 24.

De ORC 8 volgens de uitvinding is dusdanig ontworpen dat bij een normale werking het verdampingstoestel 10 volledig gevuld is met kokend werkfluïdum en dat de stijgleiding gevuld is over zijn volledige hoogte met een mengsel van werkfluïdum in vloeibare toestand en gasvormige bellen van het werkfluïdum, waarbij het mengsel naar de fluïduminlaat 23 van de expansie-inrichting 12 wordt gevoerd via een gebogen deel 24' van de stijgleiding 24, waarbij het gebogen deel 24' zich met minstens een deel uitstrekt boven het onderste deel van de fluïduminlaat 23 van de expansie-inrichting 12.

De uitdrukking "gevuld met kokend vloeibaar werkfluïdum" betekent dat de gasvormige bellen die door het koken ontstaan, niet accumuleren bovenaan in het verdampingstoestel 10, dusdanig dat het werkfluïdum in het verdampingstoestel 10 niet is gescheiden in een vloeibaar deel en een gasvormig deel geaccumuleerd in een ruimte boven op het vloeibare deel zoals in bekende ORC's.

Normale werking van de ORC 8 volgens de uitvinding is dat het werkfluïdura dusdanig is dat het kookt in het verdampingstoestel 10 door de warmte van de gecomprimeerde gassen die tegelijkertijd worden gekoeld.

De fluïdumpomp 15 is dusdanig ontworpen dat verzekerd is dat ze meer werkfluïdum naar het verdampingstoestel 10 pompt dan kan worden verdampt door de warmte van het gecomprimeerde gas om zeker te zijn dat het verdampingstoestel volledig gevuld is met kokende vloeistof voor een maximale recuperatie van de warmte van het gecomprimeerde gas.

In de stijgleiding 24 bevindt zich een mengsel van gasbellen van het werkfluïdum en werkfluïdum in vloeibare toestand die, zoals schematisch weergegeven in Figuur 2, getransporteerd en gestuurd wordt naar de inlaat 23 van de expansie-inrichting 12 die daarom moet worden gekozen uit types expansie-inrichtingen die met een dergelijk tweefasig mengsel kunnen werken.

Het gebogen deel 24' moet zich op hetzelfde niveau als of op een hoger niveau dan de fluïduminlaat 23 van de expansie-inrichting bevinden zodat de vloeistof die met de gasbellen door de stijgleiding 24 komt, over het gebogen deel 24' stroomt en door de zwaartekracht naar beneden valt door de expansie-inri cht ing 12 en naar de condensor 16, vanwaar ze opnieuw naar het verdampingstoestel 10 wordt gestuurd via de leiding 25 van het circuit 14 die de condensor 16 verbindt met het verdampingstoestel 10.

De gasbellen die geproduceerd worden in het verdampingstoestel 10 zullen geneigd zijn om omhoog te gaan in de stijgleiding 24 en in de leiding 25 maar zullen het pad van de minste weerstand kiezen via de stijgleiding 24.

Zo wordt een soort zelfcirculerend effect gecreëerd door de stijgleiding 24 dat helpt om het werkfluïdum rond te pompen in het circuit 14.

Zelfs wanneer de fluïdumpomp 15 of de expansie-inrichting 12 geblokkeerd raakt, blijft de ORC het werkfluïdum rondpompen in het circuit 14 geholpen door de zwaartekracht, waardoor voldoende koeling van het gecomprimeerde gas in het verdampingstoestel 10 wordt voorzien om te vermijden dat gevaarlijke situaties ontstaan tot de fluïdumpomp 15 of de expansie-inrichting 12 kan worden hersteld.

Het is duidelijk dat een ORC 8 volgens de uitvinding ook kan worden gebruikt in andere toepassingen dan voor het koelen van gecomprimeerd gas, zoals het koelen van rookgassen, stoom, enz.

Koeling van de condensor 16 kan worden gerealiseerd op andere manieren dan in het voorbeeld van Figuur 1, bijvoorbeeld door omgevingslucht over de condensor 16 te blazen door middel van een ventilator of dergelijke.

De expansie-inrichting 12 kan om het even welk type expansie-inrichting zijn die in staat is mechanische energie te genereren door een tweefasige fluïdumtoevoer te expanderen, bij voorkeur een volumetrische expansie-inrichting zoals een schroefexpansie-inrichting of een mechanische cilinder of dergelijke die een mengsel van vloeibaar en gasvormig werkfluïdum kan aannemen.

Bij voorkeur wordt een werkfluïdum gebruikt waarvan de kooktemperatuur lager is dan 90°C of zelfs lager dan 60°C, afhankelijk van de temperatuur van de beschikbare warmtebron 11.

Een voorbeeld van een geschikt organisch werkfluïdum is 1,1,1,3,3-pentafluorpropaan. Het organische fluïdum zou kunnen worden gemengd met een geschikt smeermiddel voor de smering van minstens een deel van de bewegende onderdelen van de ORC.

Samenvattend moet de stijgleiding 24 ontworpen worden met passende afmetingen om de volgende effecten te kunnen opvangen : ervoor zorgen dat oppervlakken van het verdampingstoestel altijd in contact staan met vloeistof; een wenselijk drukverschil creëren tussen het verdampingstoestel en de inlaat van de expansie-inrichting; een geschikt hoogteverschil creëren tussen de expansie-inrichting en de condensor; - een geschikt hoogteverschil toelaten tussen de condensor en de fluïdumpomp; - ervoor zorgen dat het WTP-systeem werkt als een warmteleiding / thermosifon wanneer de expansie-inrichting en / of de fluïdumpomp niet werkt.

Er dient van te worden uitgegaan dat, wanneer documenten inzake de stand van de techniek op het vlak van ORC ' s worden geëvalueerd, de locaties van de samenstellende componenten ten opzichte van elkaar in de schematische voorstelling van de ORC's niet noodzakelijkerwijs overeenstemmen met de fysieke locaties van voornoemde componenten ten opzichte van elkaar.

Figuur 3 toont een alternatieve uitvoeringsvorm van een koelinstallatie volgens de uitvinding die verschilt van de uitvoeringsvorm van Figuur 1 in de zin dat het ORC~circuit voorzien is van een bypass 26 die de inlaat 27 en de uitlaat 28 van de fluïdumpomp 15 overbrugt.

Waarbij de bypass 26 een klep 29 omvat die is aangesloten op een regeling 30 om de klep 29 gesloten te houden tijdens de normale werking van de ORC 8 en de klep 29 te openen in het geval dat de fluidumpomp 15 niet zou werken wegens een storing of om andere redenen. De regeling 30 is daarom gekoppeld aan een sensor 31 door middel van een elektrische kabelboom 32 om te detecteren wanneer de fluidumpomp 15 niet werkt.

Zo is de ORC van Figuur 3 ook voorzien van een bypass 33 die de inlaat 23 en de uitlaat 21 van de expansie-inrichting 12 overbrugt en een klep 34 omvat die via de kabelboom 32 is aangesloten op de regeling 30 om de klep 34 gesloten te houden tijdens de normale werking van de ORC 8 en de klep 34 te openen in het geval dat het ingangssignaal dat van een sensor 35 op de expansie-inrichting 12 komt zou aangeven dat de expansie-inrichting 12 niet werkt.

De regeling 30 kan ofwel slechts één van de drukvereffeningskleppen 29 of 34 openen afhankelijk van welke van beide, de fluldumpomp 15 of expansie-inrichting 12, niet zou werken of kan beide kleppen 29 en 34 tegelijkertijd openen.

Het punt 36 waar de bypass 34 vertakt naar het ORC-circuit 14 aan de inlaatzijde van de expansie-inrichting 12 zou zich bij voorkeur op een hoger niveau dan de condensor 16 moeten bevinden.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een dergelijke ORC volgens de uitvinding voor het omvormen van afvalwarmte van een warmtebron in mechanische energie en een compressorinstallatie die gebruik maakt van een dergelijke ORC kunnen worden verwezenlijkt in allerlei varianten zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims

Conclusies .

1.- ORC (Organische Rankinecyclus) om warmte van een warmtebron (11) om te vormen in mechanische energie, waarbij de ORC (8) een gesloten circuit omvat (14) dat een tweefasig werkfluidum bevat, waarbij het circuit (14) een fluïdumpomp (15) omvat voor de circulatie van het werkfluïdum in het circuit (14) achtereenvolgens door een verdampingstoestel (10) dat dusdanig is ingesteld dat het in thermisch contact staat met de warmtebron (11); door een expansie-inrichting (12) om de thermische energie van het werkfluïdum om te vormen in mechanische energie; en door een condensor (16) die in thermisch contact staat met een koelelement (17), daardoor gekenmerkt dat de expansie-inrichting (12) zich boven het verdampingstoestel (10) bevindt en dat de fluidumuitlaat (22) van het verdampingstoestel (10) is aangesloten op de fluiduminlaat (23) van de expansie-inrichting (12) door middel van een zogenoemde stijgleiding (24) die gevuld is met een mengsel van vloeibaar werkfluïdum en gasvormige bellen van het werkfluïdum, waarbij dit mengsel naar de expansie-inrichting ( 12 ) wordt gevoerd, en dat de stijgleiding (24) zich met minstens een deel uitstrekt op hetzelfde niveau of boven het niveau van de inlaat (23) van de expansie-inrichting (12) dusdanig dat een gravitatiestroom mogelijk is van het vloeibare werkfluïdum dat door de stijgleiding (24) naar de expansie-inrichting (12) wordt gevoerd.

2.- ORC volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de condensor (16) zich voornamelijk op hetzelfde niveau als of op een lager niveau dan de expansie-inrichting (12) bevindt dusdanig dat een gravitatiestroom mogelijk is van het vloeibare werkfluïdum dat door de expansie-inrichting (12) naar de condensor (16) wordt gevoerd.

3. - ORC volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat het onderste deel van de fluïduminlaat van de condensor (16) lager ligt dan het onderste gedeelte van de roterende, actieve onderdelen van de expansie-inrichting (12).

4. - ORC volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het verdampingstoestel (10) zich voornamelijk op hetzelfde niveau als of op een lager niveau dan de condensor (16) bevindt dusdanig dat een gravitatiestroom mogelijk is van het vloeibare werkfluïdum dat door de condensor (16) naar het verdampingstoestel wordt gevoerd.

5. ” ORC volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat het onderste deel van de fluïduminlaat van de verdampingstoestel (10) lager ligt dan het onderste gedeelte van de fluïdumuitlaat van de condensor (16) .

6. - ORC volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de ORC (8) zo is ontworpen dat in minstens bepaalde bedrijfsomstandigheden het verdampingstoestel (10) volledig gevuld is met kokend werkfluïdum en dat de stijgleiding (24) gevuld is met een mengsel van vloeibaar werkfluïdum en gasvormige bellen van het werkfluïdum, waarbij dit mengsel naar de expansie-inrichting (12) wordt gevoerd.

7. - ORC volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de capaciteit van de fluïdumpomp (15) dusdanig is gekozen dat de fluïdumpomp (15) meer fluïdum pompt dan in het verdampingstoestel (10) zou kunnen worden verdampt.

8. - ORC volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de ORC (8) zo is ontworpen dat, in het geval dat de expansie-inrichting (12) en/of de fluïdumpomp (15) niet operationeel zouden zijn wegens storing of om andere redenen, de ORC (8) werkt als een zelfcirculerend circuit, aangedreven door de thermische gravitatie-effecten op het fluïdum.

9. - ORC volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het ORC-circuit (14) voorzien is van een bypass (26) die de inlaat (27) en de uitlaat (28) van de fluïdumpomp (15) overbrugt en een klep (29) omvat met een regeling om de klep (29) gesloten te houden tijdens de normale bedrijfsomstandigheden van de ORC (8) en de klep (29) ie openen in het geval dat de fluïdumpomp (15) niet operationeel zou zijn wegens storing of om andere redenen.

10. - ORC volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het ORC-circuit (14) voorzien is van een bypass (33) die de inlaat (23) en de uitlaat (21) van de expansie-inrichting (12) overbrugt en een klep (34) omvat met een regeling (30) om de klep (34) gesloten te houden tijdens de normale bedrijfsomstandigheden van de ORC (8) en de klep (34) te openen in het geval dat de expansie-inrichting (12) niet operationeel zou zijn wegens storing of om andere redenen.

11. - ORC volgens conclusies 6 en 7, daardoor gekenmerkt dat de regeling van de kleppen (29,34) dusdanig is dat in het geval dat de expansie-inrichting (12) en/of de fluïdumpomp (15) defect zijn, beide kleppen (29,34) open gaan.

12. - ORC volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de expansie-inrichting (12) van om het even welk type is dat geschikt is om een mengsel van vloeibaar en gasvormig werkfluïdum aan te nemen.

13. - ORC volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de expansie-inrichting (12) een volumetrische expansie-inrichting (12) is.

14. - ORC volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de expansie-inrichting (12) een schroefexpansie-inrichting (12) is.

15. - ORC volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat een werkfluïdum wordt gebruikt dat een smeermiddel omvat of dat fungeert als een smeermiddel.

16. ” ORC volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat een werkfluïdum wordt gebruikt waarvan de kooktemperatuur lager is dan 90°C, bij voorkeur lager dan 60 0 C.

17. - ORC volgens een van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de plaats waar de bypass (33) vertakt (36) naar het ORC-c.ircuit (14) aan de inlaat zijde van de expansie-inrichting (12) op een hoger niveau ligt dan de condensor (16).

18.- Koelsysteem om een bron van afvalwarmte te koelen, daardoor gekenmerkt dat het koelsysteem een ORC omvat volgens een van de voorgaande conclusies als enige middel om de warmtebron (11) te koelen zonder dat enige bijkomende externe koeling nodig is, ook in omstandigheden waarin de expansie-inrichting (12) en/of de fluïdumpomp (15) niet werken.