DE102007041944B3

DE102007041944B3 - Apparatus for energy conversion, combined heat and power plant with such an apparatus and method for operating an ORC plant

Info

Publication number: DE102007041944B3
Application number: DE200710041944
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Kremp; Aldo Piacentini-Timm; René NIESNER; Ulli Dr. Drescher; Thomas Vossberg
Original assignee: Gesellschaft fur Motoren und Kraftanlagen Mbh; MOTOREN und KRAFTANLAGEN MBH G
Current assignee: Gesellschaft fur Motoren und Kraftanlagen Mbh; MOTOREN und KRAFTANLAGEN MBH G
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: WO2009030471A2; WO2009030471A3; EP2201222A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieumwandlung durch einen ORC-Prozess, die einen Arbeitsmittelkreislauf (11) mit einem organischen Arbeitsmittel umfasst, der eine Kraftmaschine (12), insbesondere einen Schraubenmotor, aufweist. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die Kraftmaschine (12) mit einem Schmiermittelkreislauf (13) gekoppelt ist, der ein Schmiermittel aufweist, derart, dass das Schmiermittel zusammen mit dem Arbeitsmittel in einen Arbeitsraum der Kraftmaschine (12) geleitet wird, wobei der Schmiermittelkreislauf (13) eine Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie (14) aufweist, die der Kraftmaschine (12) vorgeordneterwärmbar und der Kraftmaschine (12) zuführbar ist.The invention relates to a device for energy conversion by an ORC process, which comprises a working medium circuit (11) with an organic working medium, which has an engine (12), in particular a screw motor. It is characterized in that the engine (12) with a lubricant circuit (13) is coupled, which has a lubricant, such that the lubricant is conducted together with the working fluid in a working space of the engine (12), wherein the lubricant circuit ( 13) has a device for the transmission of heat energy (14) which can be supplied upstream of the engine (12) and can be fed to the engine (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieumwandlung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage mit einer derartigen Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer ORC-Anlage. Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2005 048 795 B3 bekannt.The invention relates to a device for energy conversion according to the preamble of patent claim 1, a combined heat and power plant with such a device and a method for operating an ORC system. A device of the type mentioned is from the DE 10 2005 048 795 B3 known.

DE 10 2005 048 795 B3 offenbart eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage, die ein Blockheizkraftwerk mit einer Verbrennungsmaschine umfasst, der ein organischer Kreisprozess nach Rankine (Organic Rankine Cycle, ORC) nachgeordnet ist. Zur Steigerung des Wirkungsgrades wird bei bekannten Vorrichtungen die Abwärme im Abgas und im Kühlwasser des Verbrennungsmotors zur Erwärmung des organischen Arbeitsmittels des ORC-Prozesses genutzt. Dies ist insbesondere deshalb möglich, da Anlagen, die gemäß dem Prinzip des ORC gebaut sind, bei geringeren Prozesstemperaturen betrieben werden können als Anlagen, die mit Wasserdampf betrieben werden. Beim ORC-Prozess werden ein organisches Fluid oder Fluidgemisch wie beispielsweise Silikonöle, teil- oder vollfluorierte Wasserstoffe, Alkane, Alkylbenzole oder andere organische Substanzen im flüssigen Zustand mit einer Pumpe auf einen oberen Prozessdruck gebracht. Nach der Vorwärmung und der Verdampfung wird das Fluid in einer Kraftmaschine entspannt, wobei Arbeit verrichtet wird. Das Fluid wird anschließend kondensiert und wieder der Pumpe zugeführt. DE 10 2005 048 795 B3 discloses a combined heat and power plant comprising a combined heat and power plant with an internal combustion engine, downstream of which is a Rankine Organic Rankine Cycle (ORC). To increase the efficiency, the waste heat in the exhaust gas and in the cooling water of the internal combustion engine is used to heat the organic working fluid of the ORC process in known devices. This is particularly possible because plants built according to the principle of ORC can be operated at lower process temperatures than plants that are operated with water vapor. In the ORC process, an organic fluid or fluid mixture such as silicone oils, partially or fully fluorinated hydrogens, alkanes, alkylbenzenes or other organics in the liquid state are pumped to an upper process pressure. After preheating and evaporation, the fluid in an engine is decompressed while doing work. The fluid is then condensed and returned to the pump.

Im Allgemeinen umfasst ein ORC-Prozess einer Arbeitsmittelkreislauf mit einem Vorwärmer, einem Dampferzeuger, einer Kraftmaschine sowie einem Kondensator. Bei den bekannten Systemen wird die Abwärme des Verbrennungsmotors aus dem Blockheizkraftwerk dazu genutzt, durch den Vorwärmer sowie den Dampferzeuger das Arbeitsmittel zu erwärmen. Des Weiteren ist in der DE 10 2005 048 795 B3 in Turbolader vorgesehen, der durch den Abgasstrom des Verbrennungsmotors betrieben wird. Der Turbolader dient dazu, das zum Verbrennungsmotor geleitete Gas-/Luftgemisch zu komprimieren, um dadurch die Effizienz des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Bei dieser Turboaufladung erwärmt sich das Gas-/Luftgemisch. Diese Wärme wird über einen Heizkreislauf ebenfalls an den ORC-Prozess übertragen, um das Arbeitsmittel des ORC-Prozesses vorzuwärmen. In einer Kraftmaschine wird die im Arbeitsmittel gespeicherte Energie in mechanische Energie umgesetzt.In general, an ORC process includes a working fluid circuit having a preheater, a steam generator, an engine, and a condenser. In the known systems, the waste heat of the internal combustion engine from the combined heat and power plant is used to heat the working fluid through the preheater and the steam generator. Furthermore, in the DE 10 2005 048 795 B3 provided in turbocharger, which is operated by the exhaust gas stream of the internal combustion engine. The turbocharger serves to compress the gas / air mixture conducted to the internal combustion engine, thereby increasing the efficiency of the internal combustion engine. During this turbocharging, the gas / air mixture heats up. This heat is also transferred via a heating circuit to the ORC process to preheat the working fluid of the ORC process. In an engine, the energy stored in the working fluid is converted into mechanical energy.

Bei großen Anlagen kann als Kraftmaschine eine Turbine eingesetzt werden. DE 10 2005 048 795 offenbart eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage für einen kleinen Leistungsbereich, wobei als Kraftmaschine ein Schraubenmotor verwendet wird. Das erwärmte und verdampfte Arbeitsmittel wird in den Dampfschraubenmotor geleitet, wo es expandiert und somit Rotationsenergie freisetzt. Die Rotationsenergie wird in einem Generator in elektrischen Strom umgewandelt.For large systems, a turbine can be used as the engine. DE 10 2005 048 795 discloses a cogeneration plant for a small power range using a helical motor as the prime mover. The heated and vaporized working fluid is directed into the steam screw motor, where it expands to release rotational energy. The rotational energy is converted into electricity in a generator.

Bekannte Dampfschraubenmotoren werden entweder als so genannte Trockenläufer oder durch Zugabe eines Schmieröls in den Arbeitsraum betrieben. Trockenläufer haben den Nachteil, dass sie einen geringeren Wirkungsgrad aufweisen, da die beiden gegenläufig drehenden Schrauben nicht gegeneinander abgedichtet werden. Um den Wirkungsgrad zu steigern, werden daher Dampfschraubenmotoren verwendet, die eine Ölschmierung aufweisen. Dabei wird das Schmieröl in den Arbeitsraum eingebracht und dient zwischen den Schrauben nicht nur als Schmiermittel, sondern auch als Sperrmittel. Durch den Kontakt mit dem heißen Arbeitsmittel im Arbeitsraum wird das Schmieröl erwärmt, wobei Wärmeenergie aufgenommen wird. Die durch das Öl aufgenommene Energie steht nicht für die Umsetzung in der Kraftmaschine zur Verfügung.Known Steam screw motors are either called dry runners or by adding a lubricating oil operated in the workroom. Dry runners have the disadvantage that they have a lower efficiency, since the two counter-rotating Screws are not sealed against each other. To the efficiency too Therefore, steam screw motors are used which provide oil lubrication exhibit. The lubricating oil is introduced into the working space and serves not only as a lubricant between the screws, but also as a blocking agent. By contact with the hot working medium in the working space is the lubricating oil heated being heat energy is recorded. The oil absorbed energy does not stand for the implementation in the engine to disposal.

WO 2005/001248 A1 offenbart einen Dampfprozess, bei dem dem Arbeitsmedium Wasser heterozyklische Verbindungen zugesetzt werden. Dadurch ist es möglich, das Arbeitsmedium zusätzlich als Schmiermittel für die beweglichen Teile des Motors zu verwenden. Da das Arbeitsmedium überwiegend aus Wasser besteht, sind hohe Temperaturen notwendig, um den Kreisprozess zu betreiben. WO 2005/001248 A1 discloses a steam process in which water heterocyclic compounds are added to the working fluid. This makes it possible to additionally use the working fluid as a lubricant for the moving parts of the engine. Since the working medium consists mainly of water, high temperatures are necessary to operate the cycle.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Energieumwandlung durch einen ORC-Prozess anzugeben, bei der der Wirkungsgrad verbessert wird. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage mit einer derartigen Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer ORC-Anlage anzugeben.Of the The invention is therefore based on the object, a device for Energy conversion by an ORC process indicate, in which the efficiency is improved. Furthermore, the invention is based on the object a combined heat and power plant with such a device and a method for operating an ORC attachment.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Vorrichtung durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1, im Hinblick auf die Kraft-Wärme-Kopplungsanlage durch den Gegenstand des Patentanspruchs 19 und im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Patentanspruchs 20 gelöst.According to the invention this Problem with regard to the device by the subject of Patent claim 1, in view of the cogeneration plant by the The subject matter of claim 19 and with regard to the method solved by the subject-matter of claim 20.

Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, eine Vorrichtung zur Energieumwandlung durch einen ORC-Prozess anzugeben, die einen Arbeitsmittelkreislauf mit einem organischen Arbeitsmittel umfasst, der eine Kraftmaschine, insbesondere einen Schraubenmotor, aufweist, wobei die Kraftmaschine mit einem Schmiermittelkreislauf gekoppelt ist, der ein Schmiermittel aufweist, derart, dass das Schmiermittel zusammen mit dem Arbeitsmittel in einem Arbeitsraum der Kraftmaschine geleitet wird, wobei der Schmiermittelkreislauf eine Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie aufweist, die der Kraftmaschine vorgeordnet und angepasst ist derart, dass erwärmtes Schmiermittel der Kraftmaschine zuführbar ist.The invention is based on the idea to provide an apparatus for energy conversion by an ORC process, which comprises a working medium circuit with an organic working medium having an engine, in particular a screw motor, wherein the engine is coupled to a lubricant circuit, which is a lubricant in such a way that the lubricant is conducted together with the working fluid in a working space of the engine, wherein the Lubricant circuit having means for transmitting heat energy, which is upstream of the engine and adapted such that heated lubricant to the engine can be fed.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die Erwärmung des Schmiermittels die Temperaturdifferenz zwischen dem Schmiermittel und dem Arbeitsmittel im Arbeitsraum verringert wird, so dass die für die Energieumwandlung in der Kraftmaschine zur Verfügung stehende Energie erhöht wird. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad der Kraftmaschine gesteigert.The Invention has the advantage that the heating of the lubricant Temperature difference between the lubricant and the working fluid is reduced in the working space, so that the energy conversion in the engine available increased standing energy becomes. In this way, the efficiency of the engine is increased.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur Energieumwandlung eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Schmiermitteltemperatur auf, die angepasst ist, das Schmiermittel auf eine Temperatur zu erwärmen, die der Eingangstemperatur des Arbeitsmittels an der Kraftmaschine entspricht. Auf diese Weise wird verhindert, dass Wärmeenergie vom Arbeitsmittel auf das Schmiermittel übergeht, so dass die zur Erzeugung der mechanischen Arbeit notwendige Wärmeenergie erhalten bleibt.Preferably the apparatus for energy conversion has a control device for controlling the lubricant temperature which is adapted to heat the lubricant to a temperature that is the inlet temperature corresponds to the working fluid on the engine. This way will prevents heat energy from the working fluid to the lubricant passes, so that the production the thermal energy required for mechanical work is maintained.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie mit einem Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors gekoppelt derart, dass die Abwärme des Verbrennungsmotors durch ein Kühlmittel an das Schmiermittel übertragbar ist, wobei der Verbrennungsmotor der Vorrichtung zur Energieumwandlung vorgeordnet ist. Auf diese Weise wird die Abwärme des Verbrennungsmotors besonders vorteilhaft und wirtschaftlich genutzt. Außerdem wird durch die Wärmeübertragung aus dem Kühlmittelkreislauf in den Schmiermittelkreislauf das Kühlmittel abgekühlt, so dass eine effiziente Kühlung des Verbrennungsmotors gewährleistet ist.at a preferred embodiment the device according to the invention is the device for transmission of heat energy with a coolant circuit an internal combustion engine coupled such that the waste heat of the Internal combustion engine by a coolant transferable to the lubricant is, wherein the internal combustion engine of the device for energy conversion is upstream. In this way, the waste heat of the engine used particularly advantageous and economical. In addition, will through the heat transfer the coolant circuit cooled in the lubricant circuit, the coolant, so that efficient cooling ensures the internal combustion engine is.

Vorzugsweise weist der Kühlmittelkreislauf einen Motorkühlungskreislauf auf, der in den Verbrennungsmotor integriert ist. Ferner kann der Kühlmittelkreislauf einen Zwischenkreislauf aufweisen, der mit einem in den Verbrennungsmotor integrierten Motorkühlungskreislauf gekoppelt ist.Preferably the coolant circuit has a Engine cooling circuit on, which is integrated into the internal combustion engine. Furthermore, the Coolant circuit have an intermediate circuit, with a in the internal combustion engine integrated engine cooling circuit is coupled.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Motorkühlungskreislauf direkt mit der Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie des Schmiermittelkreislaufs gekoppelt. Dadurch wird die Abwärme des Verbrennungsmotors direkt an den Schmiermittelkreislauf übertragen.at a preferred embodiment the device according to the invention is the engine cooling circuit directly with the device for transmission of heat energy coupled the lubricant circuit. This will reduce the waste heat of the Internal combustion engine transferred directly to the lubricant circuit.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Zwischenkreislauf mit der Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie des Schmiermittelkreislaufs gekoppelt. Auf diese Weise kann die Abwärme des Verbrennungsmotors auf besonders einfache Weise zum Schmiermittelkreislauf geleitet werden, da der bei handelsüblichen Verbrennungsmotoren, insbesondere Blockheizkraftwerken, vorhandene Motorkühlungskreislauf nur geringfügig modifiziert wird, indem dieser mit dem Zwischenkreislauf gekoppelt ist. Die Einkopplung der Wärme in den Schmiermittelkreislauf erfolgt dabei durch den Zwischenkreislauf, der mit dem Motorkühlungskreislauf vorzugsweise durch einen internen Wärmetauscher gekoppelt ist. Dadurch wird eine indirekte Übertragung der Abwärme des Verbrennungsmotors auf den Schmiermittelkreislauf mittels des Zwischenkreislaufs erreicht.at a further preferred embodiment is the intermediate circuit with the device for transmission of heat energy coupled the lubricant circuit. In this way, the waste heat of the internal combustion engine passed in a particularly simple manner to the lubricant circuit be, as in the case of commercial Internal combustion engines, in particular combined heat and power plants, existing Engine cooling circuit only slightly modified is, by this is coupled to the intermediate circuit. The Coupling of heat in the lubricant circuit takes place through the intermediate circuit, the one with the engine cooling circuit is preferably coupled by an internal heat exchanger. This will be an indirect transfer the waste heat of the internal combustion engine to the lubricant circuit by means of Zwischenkreislaufs achieved.

Ferner kann der Kühlmittelkreislauf mit dem Arbeitsmittelkreislauf gekoppelt sein derart, dass die Wärmeenergie des Kühlmittels zumindest teilweise an den Arbeitsmittelkreislauf übertragbar ist. Dadurch wird die an den Kühlmittelkreislauf abgegebene Abwärme des Verbrennungsmotors besonders effektiv genutzt und das Arbeitsmittel erwärmt.Further can the coolant circuit be coupled to the working fluid circuit such that the heat energy of the coolant at least partially transferable to the working medium cycle is. This will be the to the coolant circuit discharged waste heat the internal combustion engine used particularly effectively and the work equipment heated.

Des Weiteren kann der Arbeitsmittelkreislauf mindestens einen Wärmetauscher, insbesondere Kühlmittelwärmetauscher aufweisen, der mit dem Kühlmittelkreislauf gekoppelt ist derart, dass die Abwärme des Verbrennungsmotors zumindest teilweise an den Arbeitsmittelkreislauf übertragbar ist. Der Wärmetauscher des Arbeitsmittelkreislaufs kann dabei sowohl direkt durch den Motorkühlungskreislauf als auch indirekt durch den Zwischenkreislauf mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt sein.Of Furthermore, the working medium circuit can comprise at least one heat exchanger, in particular coolant heat exchanger that with the coolant circuit is coupled such that the waste heat of the engine at least partially transferable to the working medium cycle is. The heat exchanger the working fluid circuit can both directly through the engine cooling circuit as also indirectly through the intermediate circuit with the internal combustion engine be coupled.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Verbrennungsmotor eine Abgasleitung auf, die einen Abgaswärmetauscher umfasst, der mit dem Schmiermittelkreislauf gekoppelt ist derart, dass die Abgaswärme zumindest teilweise an den Schmiermittelkreislauf übertragbar ist. Die Abgastemperatur ist im Wesentlichen höher als die Temperatur des Kühlmittels, so dass das Schmiermittel werter erwärmt wird. Dabei kann die sonst ungenutzte Abgaswärme das Schmiermittel so wert erwärmen, dass eine Schmiermitteltemperatur erreicht wird, die etwa der Eingangstemperatur des Arbeitsmittels an der Kraftmaschine entspricht.at a preferred embodiment the internal combustion engine on an exhaust pipe, which is an exhaust gas heat exchanger includes, which is coupled to the lubricant circuit such that the exhaust heat at least partially transferable to the lubricant circuit is. The exhaust gas temperature is substantially higher than the temperature of the coolant, so that the lubricant is heated werter. It can otherwise unused exhaust heat so heat the lubricant, that a lubricant temperature is reached, which is about the input temperature corresponds to the working fluid on the engine.

Des Weiteren kann der Abgaswärmetauscher durch einen Übertragungskreislauf, insbesondere einem Thermoölkreislauf, der ein Übertragungsmittel zur Übertragung von Wärmeenergie umfasst, mit dem Schmiermittelkreislauf gekoppelt sein. Die Einbindung eines Übertragungskreislaufes zwischen dem Abgaswärmetauscher und dem Schmiermittelkreislauf hat den Vorteil, dass die Regelbarkeit des Wärmeübergangs vom Abgas zum Schmiermittel verbessert wird. Auf diese Weise kann die Temperatur des Schmiermittels auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.Furthermore, the exhaust gas heat exchanger may be coupled to the lubricant circuit by a transmission circuit, in particular a thermal oil circuit comprising a transmission means for transmitting heat energy. The integration of a transmission circuit between the exhaust gas heat exchanger and the lubricant circuit has the advantage that the controllability of the heat transfer from the exhaust gas to the lubricant is improved. In this way, the temperature of the lubricant can be adjusted to a desired value be set.

Vorzugsweise umfasst der Arbeitsmittelkreislauf mindestens einen Vorwärmer und/oder einen Dampferzeuger, der mit dem Übertragungskreislauf gekoppelt ist derart, dass Abgaswärmeenergie durch das Übertragungsmittel an den Arbeitsmittelkreislauf übertragbar ist. Die Nutzung der Abgaswärmeenergie zur Erwärmung des Arbeitsmittels ist besonders effizient, da auf diese Weise die Abgaswärme im Arbeitsmittelkreislauf zur Erzeugung der mechanischen Energie in der Kraftmaschine genutzt wird. Aus dem im Verbrennungsmotor verbrannten Kraftstoff kann dadurch insgesamt mehr mechanische Energie gewonnen werden.Preferably the working fluid circuit comprises at least one preheater and / or a steam generator, which is coupled to the transmission circuit is such that the exhaust heat energy through the transmission medium transferable to the working fluid circuit is. The use of exhaust heat energy for warming of the work equipment is particularly efficient, since in this way the exhaust heat in the working medium circuit for generating the mechanical energy used in the engine. From the in the internal combustion engine Burned fuel can thus generate more mechanical energy be won.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der Schmiermittelkreislauf eine Trenneinrichtung zur Trennung des Schmiermittels vom Arbeitsmittel, die der Kraftmaschine nachgeordnet ist. Dadurch kann das Schmiermittel, das im Arbeitsraum der Kraftmaschine mit dem Arbeitsmittel vermischt wird, wieder vom Arbeitsmittel getrennt werden.at a preferred embodiment the device according to the invention For example, the lubricant circuit includes a separator for separation the lubricant from the working fluid downstream of the engine is. This allows the lubricant that is in the working space of the engine is mixed with the working fluid, again separated from the working fluid become.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Schmiermittelkreislauf eine Abzweigung auf, die der Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie vorgeordnet und mit einer Zufuhrleitung gekoppelt ist derart, dass ein Teil des Schmiermittels der Welle der Kraftmaschine als Kühlmittel zuführbar ist. Bei rotierenden Wellen, die mit einem Fluid gekühlt werden, wird ein Teil des Kühlmittels an der Welle entlang transportiert. Dabei kann Kühlmittel in die Kraftmaschine eindringen. Da dasselbe Schmiermittel zur Schmierung der Kraftmaschine und zur Kühlung der Welle verwendet wird, ist eine weitere Trennung des eindringenden Kühlmittels vom Schmiermittel nicht notwendig, so dass auf eine kosten- und energieintensive Trenneinrichtung verzichtet werden kann. Außerdem kann auf eine zusätzliche Wellenkühlung verzichtet werden.at a further preferred embodiment the device according to the invention the lubricant circuit has a branch which is the device for transmission preceded by heat energy and coupled to a supply line is such that a part the lubricant of the shaft of the engine as a coolant supplied is. For rotating shafts, which are cooled with a fluid is a part of the coolant transported along the shaft. This can be coolant in the engine penetration. Because the same lubricant for lubrication of the engine and for cooling The wave used is a further separation of the penetrating refrigerant from the lubricant not necessary, so on a cost and energy-intensive separator can be dispensed with. In addition, can on an additional Wave cooling is omitted become.

Vorzugsweise umfasst die Zufuhrleitung mindestens einen Schmiermittelwärmetauscher, der mit dem Arbeitsmittelkreislauf gekoppelt ist derart, dass die Wärmeenergie des Schmiermittels an das Arbeitsmittel übertragbar ist. Dadurch wird das als Kühlmittel eingesetzte Schmiermittel gekühlt, wodurch eine besonders effiziente Wellenkühlung möglich ist. Außerdem wird diese Wärmeenergie zur Vorwärmung des Arbeitsmittels verwendet. Die Restwärme des Schmiermittels wird so zur Erzeugung von mechanischer Energie in der Kraftmaschine genutzt.Preferably the supply line comprises at least one lubricant heat exchanger, which is coupled to the working fluid circuit such that the Thermal energy of the lubricant to the working fluid is transferable. This will as a coolant used lubricants cooled, whereby a particularly efficient shaft cooling is possible. In addition, will this heat energy for preheating of the working fluid used. The residual heat of the lubricant is thus used for generating mechanical energy in the engine.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Generator vorgesehen, um die mechanische Energie der Kraftmaschine zur Erzeugung von elektrischem Strom zu nutzen.at a preferred embodiment the device according to the invention A generator is provided to the mechanical energy of the engine to use for generating electricity.

Ferner kann der Generator mit der Welle der Kraftmaschine durch eine Magnetkupplung verbunden sein. Die Magnetkupplung ermöglicht die Kraftübertragung von der Kraftmaschine auf die Welle des Generators, wobei die Magnetkupplung den Vorteil hat, dass die Kopplung fluiddicht erfolgt. Ferner ist die Magnetkupplung reibungsarm, wodurch die Kraftübertragung von der Kraftmaschine zum Generator effizient genutzt wird.Further The generator can be connected to the shaft of the engine through a magnetic coupling be connected. The magnetic coupling allows power transmission from the engine to the shaft of the generator, the magnetic coupling has the advantage that the coupling is fluid-tight. Furthermore, the Magnetic coupling low friction, reducing the power transmission from the engine used efficiently to the generator.

Des Weiteren kann die Kraftmaschine eine elektrische und/oder mechanische Starteinrichtung wie z. B. eine pneumatische oder hydraulische Starteinrichtung aufweisen.Of Furthermore, the engine may be an electrical and / or mechanical Starting device such. B. a pneumatic or hydraulic starting device exhibit.

Der Erfindung liegt ferner der Gedanke zu Grunde, eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage mit einer Vorrichtung zur Energieumwandlung durch einen ORC-Prozess anzugeben, wobei die Vorrichtung einen Arbeitsmittelkreislauf mit einem organischen Arbeitsmittel umfasst, der eine Kraftmaschine, insbesondere einen Schraubenmotor, aufweist, wobei die Kraftmaschine mit einem Schmiermittelkreislauf gekoppelt ist, der ein Schmiermittel aufweist, derart, dass das Schmiermittel zusammen mit dem Arbeitsmittel in den Arbeitsraum der Kraftmaschine geleitet wird, wobei der Schmiermittelkreislauf eine Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie aufweist, die der Kraftmaschine vorgeordnet und angepasst ist derart, dass erwärmtes Schmiermittel der Kraftmaschine zuführbar ist.Of the The invention is also based on the idea of a combined heat and power plant with a device for energy conversion by an ORC process with the device having a working medium circuit an organic work equipment containing an engine, in particular a screw motor, wherein the engine coupled with a lubricant circuit that is a lubricant such that the lubricant together with the working fluid is directed into the working space of the engine, wherein the lubricant circuit a device for transmission of heat energy which is upstream of and adapted to the engine, that heated Lubricant of the engine is fed.

Der Erfindung liegt ferner der Gedanke zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben einer ORC-Anlage anzugeben, die eine Kraftmaschine, insbesondere einen Schraubenmotor, einen Arbeitsmittelkreislauf mit einem organischen Arbeitsmittel und einem Schmiermittelkreislauf mit einem Schmiermittel umfasst, wobei das Schmiermittel erwärmt und in einem Arbeitsraum der Kraftmaschine mit dem Arbeitsmittel zusammengeführt wird.Of the The invention is further based on the idea of a method for Operating an ORC system indicating an engine, in particular a screw motor, a working fluid circuit with an organic working fluid and a lubricant circuit comprising a lubricant, wherein the lubricant is heated and in a working space of the engine with the work equipment together becomes.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass dem Arbeitsmittel durch das erwärmte Schmiermittel weniger Energie entzogen wird, so dass die Wärmeenergie des Arbeitsmittels effizient zum Betreiben der Kraftmaschine genutzt wird.The inventive method has the advantage that the working fluid by the heated lubricant less energy is withdrawn, so the heat energy of the working fluid is used efficiently to operate the engine.

Vorzugsweise wird das Schmiermittel durch die Abwärme eines Verbrennungsmotors, der der ORC-Anlage vorgeordnet ist, erwärmt. Die Abwärme des Verbrennungsmotors kann auch durch ein Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs an das Schmiermittel übertragen werden. Dies kann sowohl direkt als auch indirekt durch einen Zwischenkreislauf erfolgen. Des Weiteren ist es möglich, dass das Schmiermittel durch den Abgas-Wärmestrom des Verbrennungsmotors erwärmt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmeenergie des Abgaswärmestroms zumindest teilweise durch ein Übertragungsmittel eines Übertragungskreislaufs, insbesondere eines Thermoolkreislaufs, an das Schmiermittel und/oder Arbeitsmittel übertragen. Vorzugsweise wird ein Teil des Schmiermittels vor der Erwärmung abgezweigt und als Kühlmittel einer Welle der Kraftmaschine zugeführt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erwärmt der abgezweigte Teil des Schmiermittels vor der Zufuhr zur Welle das Arbeitsmittel. Die bereits im Hinblick auf die Vorrichtung zur Energieumwandlung genannten Vorteile gelten ebenfalls als Vorteile für das Verfahren zum Betreiben einer ORC-Anlage.Preferably, the lubricant is heated by the waste heat of an internal combustion engine, which is upstream of the ORC system. The waste heat of the internal combustion engine can also be transmitted to the lubricant by a coolant of a coolant circuit. This can be done both directly and indirectly by an intermediate circuit. Furthermore, it is possible that the lubricant is heated by the exhaust heat flow of the internal combustion engine. In a preferred embodiment tion form of the inventive method, the heat energy of the exhaust gas heat flow is at least partially transmitted by a transmission means of a transmission circuit, in particular a Thermoolkreislaufs, to the lubricant and / or working fluid. Preferably, a part of the lubricant is branched off prior to heating and supplied as a coolant of a shaft of the engine. In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the branched off part of the lubricant heats the working fluid before it is fed to the shaft. The advantages already mentioned with regard to the device for energy conversion are also regarded as advantages for the method for operating an ORC system.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigtThe Invention will be described below with reference to embodiments with reference on the attached schematic drawings closer explained. It shows

1 ein Prozessschaltbild einer Vorrichtung zur Energieumwandlung gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; 1 a process diagram of a device for energy conversion according to an embodiment of the invention;

2 ein Prozessschaltbild einer Vorrichtung zur Energieumwandlung gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. 2 a process diagram of a device for energy conversion according to another embodiment of the invention.

1 zeigt ein Prozessschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Arbeitsmittelkreislauf 11, einem Schmiermittelkreislauf 13, einem Kühlmittelkreislauf 15 sowie einem Übertragungskreislauf 20. Der ORC-Prozess umfasst eine Arbeitsmittelpumpe 31a, der ein Vorwärmer 21 und ein Dampferzeuger 22 nachgeordnet sind. Dem Dampferzeuger 22 sind im weiteren Verlauf eine Kraftmaschine 12 sowie ein Kondensator 30 nachgeordnet. Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel unterscheidet sich der Arbeitsmittelkreislauf 11 von herkömmlichen ORC-Prozessen dadurch, dass zwischen der Arbeitsmittelpumpe 31a und dem Vorwärmer 21 ein Wärmetauscher 17 angeordnet ist. Dem Wärmetauscher 17 ist ein Schmiermittelwärmetauscher 26 vorgeordnet, wobei der Schmiermittelwärmetauscher 26 zum Arbeitsmittelkreislauf 11 parallel gekoppelt ist. 1 shows a process diagram of a device according to the invention with a working fluid circuit 11 , a lubricant circuit 13 , a coolant circuit 15 as well as a transmission cycle 20 , The ORC process includes a working fluid pump 31a who is a preheater 21 and a steam generator 22 are subordinate. The steam generator 22 are in the further course an engine 12 as well as a capacitor 30 downstream. In the embodiment according to the invention, the working medium circuit differs 11 from conventional ORC processes in that between the working fluid pump 31a and the preheater 21 a heat exchanger 17 is arranged. The heat exchanger 17 is a lubricant heat exchanger 26 upstream, wherein the lubricant heat exchanger 26 to the working medium cycle 11 is coupled in parallel.

Des Weiteren ist bei einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Schmiermittelkreislauf 13 vorgesehen, der eine Schmiermittelpumpe 31b aufweist und mit der Kraftmaschine 12 gekoppelt ist. Der Schmiermittelpumpe 31b ist in Strömungsrichtung eine Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie 14 nachgeordnet. Der Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie 14 ist ferner ein Übertragungsmittelwärmetauscher 29 und im weiteren Verlauf die Kraftmaschine 12 nachgeordnet. Zwischen der Kraftmaschine 12 und der Schmiermittelpumpe 31b ist der Schmiermittelpumpe 31b eine Trenneinrichtung 23 vorgeordnet, die das Schmiermittel-/Arbeitsmittelgemisch trennt, so dass das Schmiermittel dem Schmiermittelkreislauf 13 und das Arbeitsmittel dem Arbeitsmittelkreislauf 11 zugeführt wird. Des Weiteren ist zwischen der Schmiermittelpumpe 31b und der Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie 14 eine Abzweigung, die der Schmiermittelpumpe 31b nachgeordnet ist, vorgesehen, die mit einer Zufuhrleitung 24 gekoppelt ist. Die Zufuhrleitung 24 ist mit dem Schmiermittelwärmetauscher 26 gekoppelt und führt zur Welle 25 der Kraftmaschine 12. Die Welle 25 verbindet die Kraftmaschine 12 mit dem Generator 27, wobei zwischen der Welle 25 und dem Generator 27 eine Magnetkupplung 28 vorgesehen ist.Furthermore, in one embodiment of a device according to the invention is a lubricant circuit 13 provided, which is a lubricant pump 31b and with the engine 12 is coupled. The lubricant pump 31b is a device for the transmission of heat energy in the flow direction 14 downstream. The device for the transmission of heat energy 14 is also a transfer medium heat exchanger 29 and later in the engine 12 downstream. Between the engine 12 and the lubricant pump 31b is the lubricant pump 31b a separator 23 upstream, which separates the lubricant / working fluid mixture, so that the lubricant to the lubricant circuit 13 and the working fluid the working fluid circuit 11 is supplied. Furthermore, between the lubricant pump 31b and the device for transmitting heat energy 14 a branch, that of the lubricant pump 31b is arranged downstream, provided with a supply line 24 is coupled. The supply line 24 is with the lubricant heat exchanger 26 coupled and leads to the wave 25 the engine 12 , The wave 25 connects the engine 12 with the generator 27 , being between the shaft 25 and the generator 27 a magnetic coupling 28 is provided.

Ferner umfasst das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Verbrennungsmotor 16 mit einem Kühlmittelkreislauf 15. Der Kühlmittelkreislauf 15 umfasst einen Motorkühlungskreislauf 15a, insbesondere einen Kühlwasserkreislauf, der in den Verbrennungsmotor 16 integriert ist, sowie einen Zwischenkreislauf 15b, der den Motorkühlungskreislauf 15a mit dem Schmiermittelkreislauf 13 durch eine Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie 14 und dem Arbeitsmittelkreislauf 11 durch einen Wärmetauscher 17 verbindet (2). Der Motorkühlungskreislauf 15a weist eine Motorkühlungspumpe 31e sowie einen internen Wärmetauscher 33 auf, der dem Kühlmedium Wärmeenergie entzieht und dem Zwischenkreislauf 15b zuführt. Eine derartige Anordnung ist in der Praxis bevorzugt, da so die Wärme hydraulisch entkoppelt übertragen wird und die Kühlung des Verbrennungsmotors 16 unabhängig von der Wärmenutzung gewährleistet werden kann.Furthermore, the embodiment of the device according to the invention comprises an internal combustion engine 16 with a coolant circuit 15 , The coolant circuit 15 includes an engine cooling circuit 15a , in particular a cooling water circuit, in the internal combustion engine 16 integrated, as well as an intermediate circuit 15b who has the engine cooling circuit 15a with the lubricant circuit 13 by a device for the transmission of heat energy 14 and the working fluid circuit 11 through a heat exchanger 17 connects ( 2 ). The engine cooling circuit 15a has an engine cooling pump 31e and an internal heat exchanger 33 on, which extracts heat energy from the cooling medium and the intermediate circuit 15b supplies. Such an arrangement is preferred in practice, since so the heat is transmitted hydraulically decoupled and the cooling of the engine 16 regardless of the heat use can be guaranteed.

Es ist auch denkbar, dass der Kühlmittelkreislauf 15 die Abwärme des Verbrennungsmotors 16 direkt aufnimmt, so dass nur ein Kreislauf zur Kühlung des Verbrennungsmotors 16 vorgesehen ist (1).It is also conceivable that the coolant circuit 15 the waste heat of the internal combustion engine 16 directly absorbs, leaving only a circuit for cooling the internal combustion engine 16 is provided ( 1 ).

Der Einfachheit halber wird nachfolgend allgemein auf den Kühlmittelkreislauf 15 Bezug genommen, wobei sowohl die direkte Kopplung des Verbrennungsmotors 16 mit dem Wärmetauscher 17, insbesondere Kühlmittelwärmetauscher (1), bzw. der Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie 14 durch den Motorkühlungskreislauf 15a als auch die indirekte Kopplung des Verbrennungsmotors mit dem Wärmetauscher 17 bzw. der Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie 14 durch den Zwischenkreislauf 15b umfasst sind. Ferner können die in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele untereinander kombiniert werden, so dass alle daraus resultierenden Kombinationsmöglichkeiten der Kopplung des Verbrennungsmotors 16 mit dem Arbeitsmittelkreislauf 11 und dem Schmiermittelkreislauf 13 offenbart werden.For the sake of simplicity, the following generally applies to the coolant circuit 15 With reference to both the direct coupling of the internal combustion engine 16 with the heat exchanger 17 , in particular coolant heat exchangers ( 1 ), or the device for the transmission of heat energy 14 through the engine cooling circuit 15a as well as the indirect coupling of the internal combustion engine with the heat exchanger 17 or the device for the transmission of heat energy 14 through the intermediate circuit 15b are included. Furthermore, in the 1 and 2 shown embodiments are combined with each other, so that all resulting combinations of the coupling of the engine 16 with the working fluid circuit 11 and the lubricant circuit 13 be revealed.

Der Kühlmittelkreislauf 15 weist eine Kühlmittelpumpe 31c auf, der der Kühlmittelwärmetauscher bzw. allgemein der Wärmetauscher 17 nachgeordnet ist. Der Wärmetauscher 17 koppelt den Kühlmittelkreislauf 15 mit dem Arbeitsmittelkreislauf 11. Zwischen der Kühlmittelpumpe 31c und den Wärmetauscher 17 ist eine Abzweigung vorgesehen, so dass das Kühlmittel zur Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie 14 geleitet wird. Von der Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie 14 führt eine weitere Leitung zur Verbrennungsmaschine 16 zurück, wobei dem Verbrennungsmotor 16 eine Verbindungsstelle vorgeordnet ist, an welcher der Teil des Kühlmittels, der den Wärmetauscher 17 durchströmt (1) bzw. der Teil des im Zwischenkreislauf (15b) enthaltenen Fluids, sowie der Teil des Kühlmittels, der die Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie 14 durchströmt, zusammengeführt wird.The coolant circuit 15 has a coolant pump 31c on, the coolant heat exchanger or generally the heat exchanger 17 is subordinate. The heat exchanger 17 couples the coolant circuit 15 with the working fluid circuit 11 , Between the coolant pump 31c and the heat exchanger 17 a branch is provided so that the coolant to the heat energy transfer device 14 is directed. From the device for the transmission of heat energy 14 leads another line to the combustion engine 16 back, taking the internal combustion engine 16 a connection point upstream of which the part of the coolant, the heat exchanger 17 flows through ( 1 ) or the part of the intermediate circuit ( 15b ), as well as the part of the coolant, the means for the transfer of heat energy 14 flows through, is merged.

Der Verbrennungsmotor 16 ist außerdem mit einer Abgasleitung 18 gekoppelt, die einen Abgaswärmetauscher 19 aufweist. Der Abgaswärmetauscher 19 verbindet die Abgasleitung 18 mit einem Übertragungskreislauf 20. Dabei ist dem Abgaswärmetauscher 19 eine Übertragungsmittelpumpe 31d vorgeordnet. Dem Abgaswärmetauscher 19 ist eine Abzweigung nachgeordnet, so dass ein Teil des Übertragungsmittels zum Übertragungsmittelwärmetauscher 29 geleitet wird, der den Übertragungsmittelkreislauf 20 mit dem Schmiermittelkreislauf 13 koppelt. Ein weiterer Teil des Übertragungsmittels wird in Strömungsrichtung nach der Abzweigung einem Dampferzeuger 22 zugeführt. Dem Dampferzeuger 22 ist ein Vor wärmer 21 nachgeordnet, wobei ein Teil des Übertragungsmittels durch einen Bypass 32 am Vorwärmer vorbei geleitet wird. Der Dampferzeuger 22 sowie der Vorwärmer 21 koppeln den Übertragungsmittelkreislauf 20 mit dem Arbeitsmittelkreislauf 11. Zwischen dem Vorwärmer 21 und der Übertragungsmittelpumpe 31d ist dem Vorwärmer 21 eine Verbindungsstelle nachgeordnet, an der das Übertragungsmittel vom Übertragungsmittelwärmetauscher 29 und das Übertragungsmittel vom Vorwärmer 21 zusammengeführt wird.The internal combustion engine 16 is also with an exhaust pipe 18 coupled, which is an exhaust gas heat exchanger 19 having. The exhaust gas heat exchanger 19 connects the exhaust pipe 18 with a transmission cycle 20 , In this case, the exhaust gas heat exchanger 19 a transmission medium pump 31d upstream. The exhaust gas heat exchanger 19 a branch is arranged downstream, so that a part of the transmission means to the transmission medium heat exchanger 29 is passed, the transmission medium circuit 20 with the lubricant circuit 13 coupled. Another part of the transmission medium is in the flow direction after the diversion of a steam generator 22 fed. The steam generator 22 is a preheater 21 downstream, wherein a part of the transmission means by a bypass 32 passed the preheater over. The steam generator 22 as well as the preheater 21 couple the transmission medium circuit 20 with the working fluid circuit 11 , Between the preheater 21 and the transfer pump 31d is the preheater 21 downstream of a connection point at which the transmission means from the transmission medium heat exchanger 29 and the transfer means from the preheater 21 is merged.

Moderne stationär als Blockheizkraftwerke eingesetzte Verbrennungsmotoren 16 erzielen Wirkungsgrade von 35% bis 50%. Ein großer Teil der Energie, die nicht zur Stromerzeugung zur Verfügung steht, wird als Abwärme im Abgas auf hohem Temperaturniveau (ca. 400°C) und im Kühlwasser bei einer niedrigeren Temperatur (ca. 90°C) an die Umgebung abgegeben. Um diese Wärmeenergie zur Stromerzeugung nutzen zu können, können in besonders vorteilhafter Weise Anlagen nach dem Prinzip des Organic Rankine Cycle genutzt werden. Der Vorteil liegt dabei in der Verwendung von organischen Arbeitsmitteln, die im Gegensatz zu Wasser einen niedrigeren Siedepunkt besitzen. Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird das organische Arbeitsmittel in vier Stufen erwärmt, bis es in gasförmiger Form als Dampf vorliegt. Dazu wird das Arbeitsmittel durch die Arbeitsmittelpumpe 31a durch den Arbeitsmittelkreislauf 11 gepumpt. Ein Teil des Arbeitsmittels wird nach der Arbeitsmittelpumpe 31a einem Schmiermittelwärmetauscher 26 zugeführt, der dem Schmiermittel Wärmeenergie entzieht und dem Arbeitsmittel zuführt. Die weitere Funktion des Schmiermittelwärmetauschers 26 wird im Zusammenhang mit dem Schmiermittelkreislauf 13 näher erläutert. Nach dem Schmiermittelwärmetauscher 26 wird der erwärmte Teil des Arbeitsmittels mit dem Teil des Arbeitsmittels, der am Schmiermittelwärmetauscher 26 vorbei geführt wird, zusammengeführt und dem Wärmetauscher 17 zugeleitet. Der Wärmetauscher 17 hat die Aufgabe, die Wärmeenergie, die dem Verbrennungsmotor 16 durch das Kühlmittel entzogen wird, an das Arbeitsmittel zu übertragen, wodurch die Arbeitsmitteltemperatur weiter erhöht wird. In einem Vorwärmer 21, der durch den Übertragungsmittelkreislauf 20 Wärmeenergie aus dem Abgas des Verbrennungsmotors 16 an das Arbeitsmittel überträgt, wird das Arbeitsmittel weiter erwärmt. Durch den Dampferzeuger 22, der dem Vorwärmer 21 nachgeordnet ist, wird Abgaswärmeenergie an das Arbeitsmittel übertragen, so dass der Siedepunkt des Arbeitsmittels überschritten wird und das Arbeitsmittel in den dampfförmigen Zustand übergeht. Der Arbeitsmitteldampf betreibt eine Kraftmaschine 12. Vorzugsweise ist die Kraftmaschine 12 als Dampfschraubenmotor ausgeführt. Im Arbeitsraum der Kraftmaschine 12 wird das Arbeitsmittel mit dem Schmiermittel vermischt. Das Arbeitsmittel-/Schmiermittelgemisch wird einer Trenneinrichtung 23 zugeführt, wo die beiden Komponen ten voneinander getrennt werden. Im Arbeitsmittelkreislauf 11 wird das Arbeitsmittel zu einem Kondensator 30 geleitet, der dem Arbeitsmittel Wärmeenergie entzieht, so dass das Arbeitsmittel wieder in den flüssigen Zustand übergeht.Modern internal combustion engines used as combined heat and power plants 16 achieve efficiencies of 35% to 50%. A large part of the energy that is not available for power generation is given off as waste heat in the exhaust gas at a high temperature level (about 400 ° C) and in the cooling water at a lower temperature (about 90 ° C) to the environment. In order to use this heat energy for power generation, plants can be used in a particularly advantageous manner according to the principle of the Organic Rankine cycle. The advantage lies in the use of organic work equipment, which in contrast to water have a lower boiling point. In the embodiment of the invention, the organic working fluid is heated in four stages until it is in gaseous form as vapor. For this purpose, the working fluid through the working fluid pump 31a through the working fluid circuit 11 pumped. Part of the working fluid is after the working fluid pump 31a a lubricant heat exchanger 26 fed, which extracts heat energy from the lubricant and supplies the working fluid. The further function of the lubricant heat exchanger 26 is related to the lubricant circuit 13 explained in more detail. After the lubricant heat exchanger 26 is the heated part of the working fluid with the part of the working fluid, the lubricant on the heat exchanger 26 passed, merged and the heat exchanger 17 fed. The heat exchanger 17 has the task of heat energy to the internal combustion engine 16 is withdrawn by the coolant to transfer to the working fluid, whereby the working fluid temperature is further increased. In a preheater 21 passing through the transmission medium circuit 20 Heat energy from the exhaust gas of the internal combustion engine 16 transfers to the working fluid, the working fluid is further heated. Through the steam generator 22 , the preheater 21 is downstream, exhaust heat energy is transferred to the working fluid, so that the boiling point of the working fluid is exceeded and the working fluid passes into the vapor state. The working medium steam operates an engine 12 , Preferably, the engine is 12 designed as a steam screw motor. In the workspace of the engine 12 the working fluid is mixed with the lubricant. The working fluid / lubricant mixture becomes a separator 23 fed, where the two compo th are separated from each other. In the working fluid circuit 11 the working fluid becomes a condenser 30 passed, which extracts heat energy from the working fluid, so that the working fluid passes back into the liquid state.

Das Schmiermittel wird durch eine Schmiermittelpumpe 31b durch den Schmiermittelkreislauf 13 gefördert. Dabei erfüllt das Schmiermittel zwei Funktionen. Zum einen wird das Schmiermittel der Kraftmaschine 12 als Schmier- und Sperrmittel zugeleitet, zum anderen wird ein Teil des Schmiermittels über eine Zufuhrleitung 24 der Welle 25 der Kraftmaschine 12 als Kühlmittel zugeleitet.The lubricant is passed through a lubricant pump 31b through the lubricant circuit 13 promoted. The lubricant fulfills two functions. First, the lubricant of the engine 12 as a lubricant and blocking agent fed, on the other hand, a part of the lubricant via a supply line 24 the wave 25 the engine 12 supplied as a coolant.

Der Teil des Schmiermittels, der der Kraftmaschine 12 zugeführt wird, wird bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel durch eine Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie 14 erwärmt, wobei die Wärmeenergie, die an das Schmiermittel übertragen wird, dem Kühlmittelkreislauf 15 des Verbrennungsmotors 16 entzogen wird. Durch den Übertragungsmittelwärmetauscher 29 wird Wärmeenergie aus dem Abgas des Verbrennungsmotors 16, die dem Abgas durch den Abgaswärmetauscher 19 entzogen und über den Übertragungsmittelkreislauf 20 zum Übertragungsmittelwärmetauscher 29 geleitet wird, an das Schmiermittel abgegeben, so dass das Schmiermittel auf eine Temperatur erwärmt wird, die der Temperatur des Arbeitsmittels entspricht. Das Schmiermittel wird zusammen mit dem Arbeitsmittel in den Arbeitsraum der Kraftmaschine 12 geleitet. Da das Arbeitsmittel und das Schmiermittel dieselbe Temperatur aufweisen, wird dem Arbeitsmittel durch das Schmiermittel keine Wärmeenergie entzogen. Auf diese Weise wird der Anteil der zum Betreiben der Kraftmaschine 12 verfügbaren Energie erhöht und der Wirkungsgrad der Kraftmaschine 12 gesteigert. Nach der Trennung des Schmiermittels vom Arbeitsmittel in der Trenneinrichtung 23 wird das Schmiermittel wieder der Schmiermittelpumpe 31b zugeführt.The part of the lubricant, that of the engine 12 is supplied in an embodiment according to the invention by a device for the transmission of heat energy 14 heated, wherein the heat energy that is transmitted to the lubricant, the coolant circuit 15 of the internal combustion engine 16 is withdrawn. Through the transfer medium heat exchanger 29 Heat energy from the exhaust gas of the engine 16 passing the exhaust through the exhaust heat exchangers 19 withdrawn and via the transmission medium circuit 20 to the transfer medium heat exchanger 29 is discharged to the lubricant, so that the lubricant is heated to a temperature corresponding to the temperature of the working fluid. The lubricant is mixed with the working fluid in the working space of the engine 12 directed. Since the working fluid and the lubricant have the same temperature, no heat energy is removed from the working fluid by the lubricant. In this way, the proportion of operating the engine 12 available energy increases and the efficiency of the engine 12 increased. After separation of the lubricant from the working fluid in the separator 23 the lubricant is again the lubricant pump 31b fed.

Der andere Teil des Schmiermittels, der der Welle 25 als Kühlmittel zugeführt wird, wird durch die Zufuhrleitung 24 zunächst zu einem Schmiermittelwärmetauscher 26 geleitet. Der Schmiermittelwärmetauscher 26 entzieht dem Schmiermittel Wärmeenergie, so dass die Temperatur des Schmiermittels gesenkt wird, wodurch das Schmiermittel effizient zur Kühlung der Lager und der Welle 25 genutzt werden kann. Die dem Schmiermittel entzogene Wärmeenergie wird vorzugsweise zur Erwärmung des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf 11 genutzt. Eine Vorwärmung des Arbeitsmittels durch einen Schmiermittelwärmetauscher 26 ist nicht zwingend erforderlich. Weiterhin ist es denkbar, dass das Schmiermittel nicht zur Kühlung der Welle 25 eingesetzt wird. Vielmehr kann die Kühlung der Welle 25 auch durch einen separaten Kühlkreislauf erfolgen.The other part of the lubricant, that of the shaft 25 is supplied as a coolant is through the supply line 24 first to a lubricant heat exchanger 26 directed. The lubricant heat exchanger 26 extracts heat energy from the lubricant so that the temperature of the lubricant is lowered, whereby the lubricant is efficient for cooling the bearings and the shaft 25 can be used. The extracted from the lubricant heat energy is preferably used to heat the working fluid in the working fluid circuit 11 used. A preheating of the working fluid through a lubricant heat exchanger 26 is not mandatory. Furthermore, it is conceivable that the lubricant is not used to cool the shaft 25 is used. Rather, the cooling of the shaft 25 also done by a separate cooling circuit.

Die Kopplung der Kraftmaschine 12 mit dem Generator 27 erfolgt vorzugsweise durch eine Magnetkupplung 28. Denkbar sind auch andere Kopplungsarten. Vorzugsweise wird die Kraftmaschine 12 mittels einer pneumatischen Starteinrichtung in Betrieb gesetzt. Denkbar ist auch, die Kraftmaschine 12 durch eine elektrische Starteinrichtung oder andere Starteinrichtungen in Betrieb zu nehmen.The coupling of the engine 12 with the generator 27 is preferably done by a magnetic coupling 28 , Also conceivable are other types of coupling. Preferably, the engine is 12 put into operation by means of a pneumatic starting device. It is also conceivable, the engine 12 by an electric starting device or other starting devices in operation.

Des Weiteren ist es möglich, dass die Erwärmung des Schmiermittels im Schmiermittelkreislauf 13 nur durch die Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie 14 erfolgt. Eine weitere Erwärmung des Schmiermittels durch einen Übertragungsmittelwärmetauscher 29 ist nicht zwingend erforderlich. Des Weiteren ist es denkbar, dass im Arbeitsmittelkreislauf 11 zwischen der Trenneinrichtung 22 und dem Kondensator 30 ein Rekuperator angeordnet ist, der die Restwärme des Arbeitsmittels vor dem Kondensator 30 entnimmt und dem Arbeitsmittel nach dem Kondensator 30 überträgt. Die Kraftmaschine 12 ist vorzugsweise als Schraubenmotor ausgeführt. Denkbar ist auch, dass die Kraftmaschine 12 eine Turbine, einen Dampfkolbenmotor oder andere Einrichtungen zur Umwandlung von Dampfenergie in mechanische Energie umfasst.Furthermore, it is possible that the heating of the lubricant in the lubricant circuit 13 only through the device for the transmission of heat energy 14 he follows. Further heating of the lubricant by a transfer medium heat exchanger 29 is not mandatory. Furthermore, it is conceivable that in the working fluid circuit 11 between the separator 22 and the capacitor 30 a recuperator is arranged, the residual heat of the working fluid in front of the condenser 30 removes and the working fluid after the capacitor 30 transfers. The engine 12 is preferably designed as a screw motor. It is also conceivable that the engine 12 a turbine, a steam piston engine or other means for converting steam energy into mechanical energy.

1111: ArbeitsmittelkreislaufWorking agent circuit
1212: Kraftmaschinecombustion engine
1313: SchmiermittelkreislaufLubricant circuit
1414: Einrichtung zur Übertragung von WärmeenergieFacility for transmission of heat energy
1515: KühlmittelkreislaufCoolant circuit
15a15a: MotorkühlungskreislaufEngine cooling circuit
15b15b: ZwischenkreislaufIntermediate circuit
1616: Verbrennungsmotorinternal combustion engine
1717: Wärmetauscherheat exchangers
1818: Abgasleitungexhaust pipe
1919: AbgaswärmetauscherExhaust gas heat exchanger
2020: ÜbertragungskreislaufTransfer circuit
2121: Vorwärmerpreheater
2222: Dampferzeugersteam generator
2323: Trenneinrichtungseparator
2424: Zufuhrleitungsupply line
2525: Wellewave
2626: SchmiermittelwärmetauscherLubricants Heat exchanger
2727: Generatorgenerator
2828: Magnetkupplungmagnetic coupling
2929: ÜbertragungsmittelwärmetauscherTransfer heat exchangers
3030: Kondensatorcapacitor
3131: ArbeitsmittelpumpeWorking medium pump
31b31b: Schmiermittelpumpelubricant pump
31c31c: KühlmittelpumpeCoolant pump
31d31d: ÜbertragungsmittelpumpeTransfer pump
31e31e: MotorkühlungspumpeEngine cooling pump
3232: Bypassbypass
3333: interner Wärmetauscherinternal heat exchangers

Claims

Apparatus for energy conversion by an ORC process, which comprises a working medium circuit ( 11 ) comprising an organic working fluid containing an engine ( 12 ), in particular a screw motor, characterized in that the engine ( 12 ) with a lubricant circuit ( 13 ), which comprises a lubricant, such that the lubricant together with the working fluid in a working space of the engine ( 12 ), wherein the lubricant circuit ( 13 ) a device for the transmission of heat energy ( 14 ), which the engine ( 12 ) is arranged and adapted such that heated lubricant of the engine ( 12 ) can be fed.

Apparatus according to claim 1, characterized in that a control means for controlling the lubricant temperature is adapted to heat the lubricant to a temperature corresponding to the input temperature of the working fluid to the engine ( 12 ) corresponds.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the means for transmitting heat energy ( 14 ) with a coolant circuit ( 15 ) of an internal combustion engine ( 16 ) is coupled such that the waste heat of the internal combustion engine ( 16 ) is transferable by a coolant to the lubricant.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the coolant circuit ( 15 ) into the combustion engine ( 16 ) integrated engine cooling circuit ( 15a ) having.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the coolant circuit ( 15 ) an intermediate circuit ( 15b ), which is connected to a combustion engine ( 16 ) integrated engine cooling circuit ( 15a ) is coupled.

Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the engine cooling circuit ( 15a ) directly to the heat energy transfer device ( 14 ) of the lubricant circuit ( 13 ) is coupled.

Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the intermediate circuit ( 15b ) with the device for the transmission of heat energy ( 14 ) of the lubricant circuit ( 13 ) is coupled.

Device according to at least one of claims 3 to 7, characterized in that the coolant circuit ( 15 ) with the working medium circuit ( 11 ) is coupled such that the heat energy of the coolant to the working medium circuit ( 11 ) is transferable.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the working medium circuit ( 11 ) at least one heat exchanger ( 17 ), in particular coolant heat exchanger, which is connected to the coolant circuit ( 15 ) is coupled such that the waste heat of the internal combustion engine ( 16 ) to the working medium circuit ( 11 ) is transferable.

Device according to at least one of claims 3 to 9, characterized in that the internal combustion engine ( 16 ) an exhaust pipe ( 18 ) having an exhaust gas heat exchanger ( 19 ) associated with the lubricant circuit ( 13 ) is coupled such that the exhaust heat to the lubricant circuit ( 13 ) is transferable.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the exhaust gas heat exchanger ( 19 ) through a transmission cycle ( 20 ), in particular a thermal oil circuit, which comprises a transmission means for the transmission of heat energy, with the lubricant circuit ( 13 ) is coupled.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the working medium circuit ( 11 ) at least one preheater ( 21 ) and / or steam generators ( 22 ) associated with the transmission cycle ( 20 ) is coupled such that exhaust heat energy by the transfer means to the working medium circuit ( 11 ) is transferable.

Device according to at least one of claims 1 to 12, characterized in that the lubricant circuit ( 13 ) a separating device ( 23 ) for separating the lubricant from the working fluid, the engine ( 12 ) is subordinate.

Device according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that the lubricant circuit ( 13 ) has a branch, which is the means for transmitting heat energy ( 14 ) and with a supply line ( 24 ) is coupled such that a part of the lubricant of the shaft ( 25 ) of the engine ( 12 ) can be supplied as a coolant.

Apparatus according to claim 14, characterized in that the supply line ( 24 ) at least one lubricant heat exchanger ( 26 ) associated with the working medium circuit ( 11 ) is coupled such that the heat energy of the lubricant is transferable to the working fluid.

Device according to at least one of claims 1 to 15, characterized in that a generator ( 27 ) provided with the engine ( 12 ) is coupled.

Device according to claim 16, characterized in that the generator ( 27 ) with the wave ( 25 ) of the engine ( 12 ) by a magnetic coupling ( 28 ) connected is.

Device according to at least one of claims 1 to 17, characterized in that the engine ( 12 ) has an electrical and / or mechanical starting device.

Combined heat and power plant with a device for energy conversion by an ORC process, wherein the device has a working medium circuit ( 11 ) comprising an organic working fluid containing an engine ( 12 ), in particular a screw motor, wherein the engine ( 12 ) with a lubricant circuit ( 13 ), which comprises a lubricant, such that the lubricant together with the working fluid in a working space of the engine ( 12 ), wherein the lubricant circuit ( 13 ) a device for the transmission of heat energy ( 14 ), which the engine ( 12 ) upstream and adapted such that heated Lubricant of the engine ( 12 ) can be fed.

Method for operating an ORC plant, which is an engine ( 12 ), in particular a screw motor, a working medium circuit ( 11 ) with an organic working fluid and a lubricant circuit ( 13 ) with a lubricant, wherein the lubricant is heated and in a working space of the engine ( 12 ) is merged with the work equipment.

A method according to claim 20, characterized in that the lubricant by the waste heat of an internal combustion engine ( 16 ) upstream of the ORC plant is heated.

A method according to claim 20 or 21, characterized in that the waste heat of the internal combustion engine ( 16 ) by a coolant of a coolant circuit ( 15 ) is transferred to the lubricant.

Method according to at least one of claims 20 to 22, characterized in that the lubricant by the exhaust gas heat flow of the internal combustion engine ( 16 ) is heated.

A method according to claim 23, characterized in that the heat energy of the exhaust gas heat flow by a transmission means of a transmission circuit ( 20 ), in particular a thermal oil circuit, is transmitted to the lubricant and / or working fluid.

Method according to at least one of claims 20 to 24, characterized in that a part of the lubricant is branched off prior to heating and used as coolant of a shaft ( 25 ) of the engine ( 12 ) is supplied.

A method according to claim 25, characterized in that the diverted part of the lubricant before the supply to the shaft ( 25 ) heats the working fluid.