DE102010010614A1

DE102010010614A1 - Method for energy generation in organic rankine cycle-system with working medium circuit, involves conveying total mass flow of organic rankine cycle-fluid by pump, where pump is disposed upstream to preheater

Info

Publication number: DE102010010614A1
Application number: DE201010010614
Authority: DE
Inventors: Aldo Piacentini-Timm; René Niesner; Dr. Drescher Ulli
Original assignee: GMK Gesellschaft fuer Motoren und Kraftanlagen mbH
Current assignee: GMK Gesellschaft fuer Motoren und Kraftanlagen mbH
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2011-09-08
Anticipated expiration: 2030-03-09
Also published as: DE102010010614B4

Abstract

The method involves conveying a total mass flow of an organic rankine cycle-fluid by a pump (11), where the pump is disposed upstream to a preheater (10). Another pump (21) is disposed upstream to another preheater (20). A vaporizer (30) is disposed downstream to the latter preheater. A fluid pressure of the organic ranking cycle-fluid is set in the former pump such that a boiling temperature of the organic rankine cycle is greater than a pre-heating temperature in the former preheater and is smaller than another pre-heating temperature in the latter preheater. An independent claim is also included for a device for energy generation in an organic rankine cycle-system with a working medium circuit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energieerzeugung in einer ORC-Anlage.The invention relates to a method and a device for generating energy in an ORC system.

Energieerzeugungsanlagen, die nach dem Prinzip des Organic Rankine Cycle arbeiten, sind aus der Praxis bekannt. Beispielhaft wird hierzu auf die Druckschrift DE 10 2007 041 944 B3 verwiesen, die auf die Anmelderin zurückgeht. Darin ist eine ORC-Anlage beschrieben, die einen Arbeitsmittelkreislauf umfasst, wobei im Arbeitsmittelkreislauf ein organisches Arbeitsmittel zirkuliert. Die in der Praxis verwendeten Arbeitsmittel umfassen ein organisches Fluid oder Fluidgemisch, wie beispielsweise Silikonöle, teil- oder vollfluorierte Wasserstoffe, Alkane, Alkylbenzole oder andere organisches Substanzen. Das Arbeitsmittels wird in mehreren Stufen erwärmt und anschließend verdampft, wobei das Fluid in einer nachgeordneten Kraftmaschine, insbesondere einer Turbine, entspannt wird. Dabei wird Arbeit verrichtet. Nach dem Kondensieren des Arbeitsmittels wird dieses wieder einer Pumpe zugeführt, die den Kreisprozess betreibt.Power generation plants that operate on the principle of the Organic Rankine Cycle, are known in practice. By way of example, this is to the document DE 10 2007 041 944 B3 referred to the applicant. It describes an ORC system which comprises a working medium circuit, wherein an organic working medium circulates in the working medium circuit. The working fluids used in practice include an organic fluid or fluid mixture, such as silicone oils, partially or fully fluorinated hydrogens, alkanes, alkylbenzenes or other organic substances. The working fluid is heated in several stages and then evaporated, the fluid in a downstream engine, in particular a turbine, is relaxed. This work is done. After condensing the working fluid this is again fed to a pump that operates the cycle.

Der Pumpe im Arbeitsmittelkreislauf sind üblicherweise wenigstens zwei Vorwärmer nachgeordnet, die das Arbeitsmittel bis kurz vor die Verdampfungstemperatur erhitzen. Um zu verhindern, dass das Arbeitsmittel, das in den Vorwärmern erhitzt wird, die Siedetemperatur in den Vorwärmern überschreitet und somit verdampft, wird der Druck des Arbeitsmittels in der Praxis oberhalb des Siededrucks des Arbeitsmittels eingestellt. Konkret ist die Pumpe im Arbeitsmittelkreislauf in der Praxis derart ausgelegt, dass ein Arbeitsmitteldruck einstellbar ist, der verhindert, dass das Arbeitsmittel vor dem Verdampfer verdampft, also in den gasförmigen Zustand übergeht.The pump in the working fluid circuit are usually followed by at least two preheaters, which heat the working fluid to just before the evaporation temperature. In order to prevent the working fluid heated in the preheaters from exceeding the boiling temperature in the preheaters and thus evaporating, the pressure of the working fluid is in practice set above the boiling pressure of the working fluid. Specifically, the pump is designed in the working fluid circuit in practice such that a working fluid pressure is adjustable, which prevents the working fluid from evaporating in front of the evaporator, that goes into the gaseous state.

Um die Betriebssicherheit der ORC-Anlage zu gewährleisten, ist es erforderlich, die einzelnen Komponenten des Arbeitsmittelkreislaufes, insbesondere die Vorwärmer, derart zu dimensionieren, dass sie dem hohen Prozessdruck Stand halten. Beispielsweise werden in einzelnen Komponenten des Arbeitsmittelkreislaufes höhere Wandstärken eingesetzt. Der Einsatz von Standardbauteilen ist begrenzt, da diese aufgrund des relativ hohen Prozessdrucks die Betriebssicherheit nicht ausreichend gewährleisten können.In order to ensure the operational safety of the ORC system, it is necessary to dimension the individual components of the working medium circuit, in particular the preheater, so that they withstand the high process pressure. For example, higher wall thicknesses are used in individual components of the working fluid circuit. The use of standard components is limited because they can not sufficiently guarantee the operational safety due to the relatively high process pressure.

Bekannte ORC-Anlagen, wie beispielsweise in der eingangs genannten DE 10 2007 041 944 B3 beschrieben, weisen zwei hintereinander geschaltete Vorwärmer auf. Die Konfiguration mit zwei jeweils nachgeordneten Vorwärmern ist besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit der Verwendung von unterschiedlichen Wärmequellen für die Erwärmung des ORC-Fluids. Der in Strömungsrichtung des ORC-Fluids erste Vorwärmer ist bei den bekannten ORC-Anlagen auf denselben Prozessdruck auszulegen wie der der zweite, also dem ersten Vorwärmer nachgeordnete, Vorwärmer. Die Aufwendungen für beide Vorwärmer sind dabei relativ hoch. Insbesondere weisen Vorwärmer bzw. allgemein Wärmetauscher, die auf einen höheren Prozessdruck ausgelegt sind, relativ hohe Anschaffungskosten auf.Known ORC systems, such as in the aforementioned DE 10 2007 041 944 B3 described, have two series connected preheater. The configuration with two respective downstream preheaters is particularly advantageous in connection with the use of different heat sources for the heating of the ORC fluid. The first preheater in the direction of flow of the ORC fluid is to be interpreted in the known ORC systems at the same process pressure as that of the second, ie the first preheater downstream, preheater. The expenses for both preheaters are relatively high. In particular, preheaters or generally heat exchangers, which are designed for a higher process pressure, have relatively high initial costs.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Energieerzeugung in einer ORC-Anlage anzugeben, durch das der Aufbau der ORC-Anlage vereinfacht und die Kosten für die ORC-Anlage reduzierbar sind, insbesondere ohne die Betriebssicherheit der Anlage zu gefährden. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Energieerzeugung in einer ORC-Anlage anzugeben Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 und im Hinblick auf die Vorrichtung durch den Gegenstand des Patentanspruchs 7 gelöst.The object of the invention is to specify a method for generating energy in an ORC system, by means of which the construction of the ORC system is simplified and the costs for the ORC system can be reduced, in particular without jeopardizing the operational safety of the system. Furthermore, the invention has for its object to provide a device for generating energy in an ORC system. According to the invention, this object is achieved with regard to the method by the subject-matter of patent claim 1 and with regard to the device by the subject-matter of claim 7.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein Verfahren zur Energieerzeugung in einer ORC-Anlage mit einem Arbeitsmittelkreislauf, in dem ein ORC-Fluid zirkuliert, anzugeben. Der Arbeitsmittelkreislauf umfasst folgende Komponenten:

– Eine erste Pumpe, die einem ersten Vorwärmer vorgeordnet ist;
– eine zweite Pumpe, die einem zweiten Vorwärmer vorgeordnet ist;
– einen Verdampfer, der dem zweiten Vorwärmer nachgeordnet ist; und
– eine Turbine, die dem Verdampfer nachgeordnet und der ersten Pumpe vor geordnet ist.

The invention is based on the idea of specifying a method for generating energy in an ORC system with a working medium circuit in which an ORC fluid circulates. The working medium cycle comprises the following components:

- A first pump, which is upstream of a first preheater;
A second pump upstream of a second preheater;
- An evaporator, which is arranged downstream of the second preheater; and
- A turbine downstream of the evaporator and the first pump is arranged before.

Gemäß einem nebengeordneten Aspekt beruht die Erfindung auf dem Gedanken, eine Vorrichtung zur Energieerzeugung in einer ORC-Anlage. mit einer Steuereinrichtung anzugeben, die wenigstens ein Mittel zum Steuern und/oder Regeln der ORC-Anlage umfasst. Das Mittel zum Steuern und/oder Regeln der ORC-Anlage ist mit einer ersten Pumpe und wenigstens einer zweiten Pumpe signalverbunden. Die Steuereinrichtung weist ferner wenigstens ein Messmittel auf. Das Messmittel ist mit wenigstens einem ersten Vorwärmer, der zwischen der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe angeordnet ist, und einem zweiten Vorwärmer, der der zweiten Pumpe nachgeordnet ist, signalverbunden, um in der ersten Pumpe einen ersten Fluiddruck p₁ des ORC-Fluids einzustellen derart, dass eine erste Siedetemperatur T_S1 des ORC-Fluids größer als eine erste Vorwärmtemperatur T₁ im ersten Vorwärmer und kleiner als eine zweite Vorwärmtemperatur T₂ im zweiten Vorwärmer ist. In der zweiten Pumpe wird ein zweiter Fluiddruck p₂ eingestellt, der größer als der erste Fluiddruck p₁ ist derart, dass eine zweite Siedetemperatur T_S2 des ORC-Fluids größer als die zweite Vorwärmtemperatur T₂ und kleiner als eine Verdampfungstemperatur T_V in einem Verdampfer ist, der dem zweiten Vorwärmer nachgeordnet ist.According to a secondary aspect, the invention is based on the idea of a device for generating energy in an ORC system. specify with a control device comprising at least one means for controlling and / or regulating the ORC system. The means for controlling and / or regulating the ORC system is signal-connected to a first pump and at least one second pump. The control device also has at least one measuring device. The measuring means is signal coupled to at least a first preheater located between the first pump and the second pump and a second preheater downstream of the second pump for adjusting a first fluid pressure p _{1 of} the ORC fluid in the first pump such that a first boiling temperature T _{S1 of} the ORC fluid is greater than a first preheating temperature T ₁ in the first preheater and less than a second preheating temperature T ₂ in the second preheater. In the second pump, a second fluid pressure p _{2 is} set which is greater than the first fluid pressure p ₁ such that a second boiling temperature T _{S2 of} the ORC fluid is greater than the second preheating temperature T ₂ and less than one Evaporation temperature T _{V is} in an evaporator, which is arranged downstream of the second preheater.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders zur Durchführung des eingangs genannten Verfahrens. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die sowohl für das Verfahren als auch die Vorrichtung offenbart und beansprucht werden.The device according to the invention is particularly suitable for carrying out the method mentioned above. Hereinafter, preferred embodiments will be described which are disclosed and claimed for both the method and apparatus.

In der ersten Pumpe wird ein erster Fluiddruck p₁ des ORC-Fluids derart eingestellt, dass eine erste Siedetemperatur T_S1 des ORC-Fluids größer als eine erste Vorwärmtemperatur T₁ im ersten Vorwärmer und kleiner als eine zweite Vorwärmtemperatur T₂ im zweiten Vorwärmer ist. In der zweiten Pumpe wird ein zweiter Fluiddruck p₂ eingestellt, der größer als der erste Fluiddruck p₁ ist, so dass eine zweite Siedetemperatur T_S2 des ORC-Fluids größer als die zweite Vorwärmtemperatur T₂ und kleiner als eine Verdampfungstemperatur T_V im Verdampfer ist.In the first pump, a first fluid pressure p _{1 of} the ORC fluid is adjusted such that a first boiling temperature T _{S1 of} the ORC fluid is greater than a first preheating temperature T ₁ in the first preheater and less than a second preheating temperature T ₂ in the second preheater. In the second pump, a second fluid pressure p _{2 is} set which is greater than the first fluid pressure p ₁ , so that a second boiling temperature T _{S2 of} the ORC fluid is greater than the second preheating temperature T ₂ and less than an evaporation temperature T _V in the evaporator ,

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Wärmezufuhr in das ORC-Fluid in zwei oder mehreren Schritten durchzuführen, wobei zwischen den Wärmezufuhrschritten jeweils eine Druckerhöhung erfolgt. Die Druckerhöhung ist wenigstens so groß, dass ein Verdampfen des ORC-Fluids in der nachfolgenden Wärmezufuhr, insbesondere im nachfolgenden Vorwärmer, vermieden wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Vorwärmer bzw. allgemein Wärmeübertrager für die jeweilige Stufe der Wärmezufuhr mit relativ kostengünstigen Komponenten herstellbar ist. Insbesondere kann der erste Vorwärmer für einen relativ niedrigeren Prozessdruck, der durch die erste Pumpe erzeugt wird, ausgelegt sein. Der erste Vorwärmer ist somit durch vergleichsweise einfache Komponenten herstellbar, wodurch sich die Gesamtkosten, insbesondere die Anschaffungskosten, der ORC-Anlage reduzieren. Konkret können die Bauteile bzw. Komponenten zumindest des ersten Vorwärmers gegenüber den Komponenten der aus dem Stand der Technik bekannten Vorwärmer, die für einen relativ hohen Prozessdruck ausgelegt sind, materialsparend konstruiert sein. Eine Beeinträchtigung der Betriebssicherheit wird vermieden, da die Dimensionierung des ersten Vorwärmers für den niedrigeren Prozessdruck im ersten Vorwärmer angepasst ist. Im zweiten Vorwärmer wird durch die vorgeschaltete Pumpe ein höherer Prozessdruck angelegt, der wirksam die Verdampfung des ORC-Fluids im zweiten Vorwärmer verhindert. Insgesamt werden also im ersten und zweiten Vorwärmer jeweils unterschiedliche Drücke erzeugt. Die Dimensionierung der Vorwärmer richtet sich nach den jeweiligen zu erwartenden Drücken in den Vorwärmern, wobei bei relativ niedrigeren Drücken einfach konstruierte Bauteile, insbesondere Standardbauteile, eingesetzt werden können, ohne die Betriebssicherheit zu gefährden.The invention is based on the idea to carry out the supply of heat in the ORC fluid in two or more steps, wherein in each case an increase in pressure takes place between the heat supply steps. The pressure increase is at least so great that evaporation of the ORC fluid in the subsequent heat supply, in particular in the subsequent preheater, is avoided. In this way it is achieved that the preheater or generally heat exchanger for the respective stage of heat supply can be produced with relatively inexpensive components. In particular, the first preheater may be configured for a relatively lower process pressure generated by the first pump. The first preheater can thus be produced by comparatively simple components, which reduces the overall costs, in particular the acquisition costs, of the ORC system. Specifically, the components or components of at least the first preheater with respect to the components of the known from the prior art preheater, which are designed for a relatively high process pressure, be designed to save material. An impairment of operational safety is avoided because the dimensioning of the first preheater is adapted for the lower process pressure in the first preheater. In the second preheater, a higher process pressure is applied by the upstream pump, which effectively prevents the evaporation of the ORC fluid in the second preheater. Overall, in each case different pressures are generated in the first and second preheater. The dimensioning of the preheater depends on the respective expected pressures in the preheaters, wherein at relatively lower pressures simply constructed components, in particular standard components, can be used without jeopardizing the reliability.

An sich bekannte Vorwärmer können beispielsweise eine Spiegelplatte aufweisen, in der die Rohre des Arbeitsmittelkreislaufes eingeschweißt sind und die einen wesentlichen Beitrag zur Wärmeübertragung leistet. Insbesondere im ersten Vorwärmer kann aufgrund des relativ niedrigeren Prozessdrucks an dieser Stelle eine Spiegelplatte mit vergleichsweise reduzierter Wandstärke eingesetzt werden. Das führt zu einer Materialeinsparung und einer Kosteneinsparung für die Konstruktion des ersten Vorwärmers. Ebenso kann das Gehäuse, insbesondere die Haube, des ersten Vorwärmers kleiner und somit kostengünstiger aufgebaut sein. Überdies ergeben sich weitere konstruktionsbedingte Vereinfachungen durch die einfachere Abdichtung der Flansche zwischen Haube und Mantel des Wärmeträgergehäuses des ersten Vorwärmers.Known preheater can, for example, have a mirror plate in which the tubes of the working fluid circuit are welded and which makes a significant contribution to heat transfer. In particular, in the first preheater can be used with a comparatively reduced wall thickness due to the relatively lower process pressure at this point a mirror plate. This leads to a saving of material and a cost saving for the construction of the first preheater. Likewise, the housing, in particular the hood, of the first preheater can be made smaller and thus less expensive. Moreover, further design-related simplifications result from the easier sealing of the flanges between the hood and the jacket of the heat carrier housing of the first preheater.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform fördert die erste Pumpe einen Gesamtmassenstrom des ORC-Fluids, der der zweiten Pumpe vollständig zugeführt wird. Es ist zwar nicht ausgeschlossen, dass der Massenstrom des ORC-Fluids zwischen den Vorwärmern, insbesondere zwischen dem ersten Vorwärmer und der zweiten Pumpe, aufgeteilt wird. Der Arbeitsmittelkreislauf kann eine Verzweigung bzw. Ableitung aufweisen. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Gesamtmassenstrom des ORC-Fluids durch beide Vorwärmer geleitet wird. Die Energieeffizienz der Energieerzeugung wird damit erhöht.In a preferred embodiment, the first pump delivers a total mass flow of the ORC fluid that is completely supplied to the second pump. Although it is not excluded that the mass flow of the ORC fluid between the preheaters, in particular between the first preheater and the second pump, is divided. The working medium circuit may have a branch or derivation. It has been found to be particularly advantageous when the total mass flow of the ORC fluid is passed through both preheaters. The energy efficiency of energy production is thereby increased.

Die erste Pumpe und die zweite Pumpe können jeweils durch wenigstens einen Frequenzumformer gesteuert oder geregelt werden. Durch den Frequenzumformer ist eine besonders einfache und schnelle Steuerung bzw. Regelung der Pumpen möglich, so dass der jeweilige Prozessdruck im ersten und zweiten Vorwärmer einfach und effizient an die entsprechende Temperaturerhöhung im ersten oder zweiten Vorwärmer angepasst werden kann. Somit kann der Prozessdruck im ersten oder zweiten Vorwärmer derart eingestellt werden, dass das ORC-Fluid in den Vorwärmern gerade nicht verdampft.The first pump and the second pump may each be controlled or regulated by at least one frequency converter. By the frequency converter a particularly simple and fast control or regulation of the pump is possible, so that the respective process pressure in the first and second preheater can be easily and efficiently adapted to the corresponding increase in temperature in the first or second preheater. Thus, the process pressure in the first or second preheater can be adjusted such that the ORC fluid in the preheaters just does not evaporate.

Die zweite Pumpe kann dem ersten Vorwärmer direkt nachgeordnet und/oder dem zweiten Vorwärmer direkt vorgeordnet sein. Vorzugsweise ist der ersten Pumpe ein interner Rekuperator nachgeordnet, der parallel zum ersten Vorwärmer angeordnet ist. Der interne Rekuperator ermöglicht eine Effizienzsteigerung bei der Energieerzeugung in der ORC-Anlage, da durch den internen Rekuperator Restwärme des entspannten ORC-Fluids zur Vorwärmung des ORC-Fluids nutzbar ist. Dabei kann der interne Rekuperator durch relativ kostengünstige Bauteile realisiert werden, da die erste Pumpe das ORC-Fluid auf einen relativ niedrigeren Prozessdruck, nämlich den ersten Fluiddruck p₁, einstellt. Erst nach dem ersten Vorwärmer bzw. internen Rekuperator wird durch die zweite Pumpe der zweite Fluiddruck p₂ eingestellt, der höher ist als der erste Fluiddruck p₁. Konkret kann der Rekuperator kleiner dimensioniert werden.The second pump may be directly downstream of the first preheater and / or directly upstream of the second preheater. Preferably, the first pump is followed by an internal recuperator, which is arranged parallel to the first preheater. The internal recuperator increases the efficiency of energy generation in the ORC system, since residual heat from the expanded ORC fluid can be used by the internal recuperator to preheat the ORC fluid. In this case, the internal recuperator can be realized by relatively inexpensive components, since the first pump, the ORC fluid to a relatively lower process pressure, namely the first fluid pressure p ₁ , sets. Only after the first preheater or internal recuperator by the second pump set the second fluid pressure p ₂ , which is higher than the first fluid pressure p. ₁ Specifically, the recuperator can be made smaller.

Alternativ oder zusätzlich kann der erste Vorwärmer einen inneren Vorwärmer, insbesondere einen Rekuperator, aufweisen. Insgesamt können zwei oder mehrere Vorwärmer vorgesehen sein, wobei der erste Vorwärmer ein interner Rekuperator ist. Das schließt nicht aus, dass mehrere interne Rekuperatoren vorgesehen sind.Alternatively or additionally, the first preheater may have an internal preheater, in particular a recuperator. In total, two or more preheaters may be provided, wherein the first preheater is an internal recuperator. This does not exclude that several internal recuperators are provided.

In einer ORC-Anlage bildet der Rekuperator üblicherweise die konstruktiv größte Komponente. Der Rekuperator wird nach dem Stand der Technik auf den im Arbeitsmittelkreislauf zu erwartenden, größten Druck ausgelegt. Der größte Druck, der im Arbeitsmittelkreislauf zu erwarten ist, orientiert sich am Verdampfungsdruck. Um Material und Kosten des Rekuperators zu sparen, ist es zweckmäßig, den Rekuperator mit einem niedrigeren Druck zu beaufschlagen, der ausreicht, um eine Verdampfung im Rekuperator zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Druckerhöhung und Temperaturerhöhung bei der ORC-Anlage mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens stufenweise erfolgt. Dadurch kann der Rekuperator für einen geringeren Druck ausgelegt werden, wodurch Material- und Kosteneinsparungen bewirkt werden.In an ORC plant, the recuperator usually forms the largest component in terms of design. The recuperator is designed according to the prior art to the expected in the working fluid circuit, the largest pressure. The greatest pressure to be expected in the working fluid circuit is based on the evaporation pressure. In order to save material and costs of the recuperator, it is expedient to apply a lower pressure to the recuperator, which is sufficient to prevent evaporation in the recuperator. This is achieved in that the pressure increase and temperature increase in the ORC system by means of the method according to the invention is carried out in stages. This allows the recuperator to be designed for lower pressure, thereby resulting in material and cost savings.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying schematic drawings. Show:

1: eine Vorwärmer-Pumpen-Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; 1 a preheater-pump arrangement for carrying out the method according to the invention according to a preferred embodiment;

2–5: jeweils ein Prozessschaubild einer ORC-Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem weiteren Ausführungsbeispiel; und 2 - 5 in each case a process diagram of an ORC system for carrying out the method according to the invention according to a further exemplary embodiment; and

6: ein Temperatur-Druck-Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. 6 a temperature-pressure diagram of the method according to the invention according to a further embodiment.

In 1 ist eine vorteilhafte Anordnung der ersten und zweiten Pumpe 11, 21 und des ersten und zweiten Vorwärmers 10, 20 in einem Abschnitt eines Arbeitsmittelkreislaufs 100 zur Durchführung des Verfahrens zur Energieerzeugung dargestellt. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels verläuft in der Zeichnungsebene von links nach rechts, so dass das Arbeitsmittel von der ersten Pumpe 11 zum ersten Vorwärmer 10, weiter zur zweiten Pumpe 21 und anschließend durch den zweiten Vorwärmer 20 strömt. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der zweiten Pumpe 21 zwischen dem ersten Vorwärmer 10 und dem zweiten Vorwärmer 20. Dem zweiten Vorwärmer 20 können ein oder mehrere weitere Vorwärmer 10, 20 nachgeordnet sein. Zwischen den Vorwärmern 10, 20 können zumindest teilweise weitere Pumpen 11, 21 vorgesehen sein. Es ist auch möglich, dass zwischen den Vorwärmern 10, 20 bzw. zwischen einer Pumpe 11, 21 und einem Vorwärmer 10, 20 ein oder mehrere Abzweigungen angeordnet sind. Der Fluidmassenstrom des Arbeitsmittels bzw. des ORC-Fluids kann also stellenweise aufgeteilt werden. Der Fluidmassenstrom des ORC-Fluids kann auch vor einer Pumpe 11, 21 oder einem Vorwärmer 10, 20 aus zwei oder mehreren Teilströmen zusammengeführt werden.In 1 is an advantageous arrangement of the first and second pump 11 . 21 and the first and second preheaters 10 . 20 in a section of a working fluid circuit 100 to carry out the method of energy production. The flow direction of the working fluid extends in the plane of the drawing from left to right, so that the working fluid from the first pump 11 to the first preheater 10 , continue to the second pump 21 and then through the second preheater 20 flows. Particularly advantageous is the arrangement of the second pump 21 between the first preheater 10 and the second preheater 20 , The second preheater 20 can have one or more additional preheaters 10 . 20 be subordinate. Between the preheaters 10 . 20 can at least partially further pumps 11 . 21 be provided. It is also possible that between the preheaters 10 . 20 or between a pump 11 . 21 and a preheater 10 . 20 one or more branches are arranged. The fluid mass flow of the working fluid or of the ORC fluid can thus be distributed in places. The fluid mass flow of the ORC fluid may also be upstream of a pump 11 . 21 or a preheater 10 . 20 be merged from two or more part streams.

Die Funktionsweise der Vorwärmer-Pumpen-Anordnung gemäß 1 ist in 6 als Diagramm dargestellt. Darin zeigen die verbundenen Pfeile den Temperatur-Druck-Verlauf des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf 100. Die durchgezogene Linie zeigt den Verlauf des Siedepunkts anhand der Druck- bzw. Temperaturänderung. Das Diagramm ist in einen ersten Bereich B1, einen zweiten Bereich B2, einen dritten Bereich B3, einen vierten Bereich B4 und einen fünften Bereich B5 unterteilt. Der erste und dritte Bereich B1, B3 zeigen jeweils den Verlauf des Arbeitsmittelzustands und des Siedepunkts in der ersten und zweiten Pumpe 11, 21. Im zweiten und vierten Bereich B2, B4 ist der Zustand des Arbeitsmittels und der Siedepunktverlauf im ersten und zweiten Vorwärmer 10, 20 dargestellt. Der fünfte Bereich B5 zeigt den Verlauf des Arbeitsmittelzustandes und des Siedepunktes im Verdampfer 30.The operation of the preheater-pump assembly according to 1 is in 6 shown as a diagram. Therein, the connected arrows show the temperature-pressure curve of the working fluid in the working fluid circuit 100 , The solid line shows the curve of the boiling point on the basis of the pressure or temperature change. The diagram is divided into a first area B1, a second area B2, a third area B3, a fourth area B4, and a fifth area B5. The first and third regions B1, B3 respectively show the progress of the working fluid state and the boiling point in the first and second pumps 11 . 21 , In the second and fourth areas B2, B4, the state of the working fluid and the boiling point course in the first and second preheater 10 . 20 shown. The fifth area B5 shows the course of the working fluid condition and the boiling point in the evaporator 30 ,

In der ersten Pumpe 11 erfolgt zunächst eine Druckerhöhung, wobei in der schematischen Darstellung gemäß 6 eine mögliche Temperaturerhöhung des ORC-Fluids, beispielsweise durch Leistungsverluste der ersten Pumpe 11, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Eine Temperaturerhöhung durch die Druckerhöhung in den Pumpen 11, 21 ist in der Praxis vernachlässigbar klein. Durch die Druckerhöhung verschiebt sich der Siedepunkt. Insbesondere erhöht sich die Siedetemperaturauf eine erste Siedetemperatur T_S1, die größer ist als die im ersten Vorwärmer 10 erzeugte erste Vorwärmtemperatur T₁ des ORC-Fluids. Die Temperaturerhöhung bzw. die Erzeugung der ersten Vorwärmtemperatur T₁ erfolgt im ersten Vorwärmer 10 direkt im Anschluss an die Druckerhöhung durch die erste Pumpe 11. Die erste Pumpe 11 erzeugt dazu einen ersten Fluiddruck p₁, der derart angepasst bzw. eingestellt wird, dass die erste Siedetemperatur T_S1 größer als die erste Vorwärmtemperatur T₁ ist. Der erste Fluiddruck p₁ ist also derart gewählt, dass der Siedepunkt des ORC-Fluids derart angepasst wird, dass das ORC-Fluid bei der Erwärmung im ersten Vorwärmer 10 auf die erste Vorwärmtemperatur T₁ seine Flüssigphase beibehält, also nicht verdampft.In the first pump 11 Initially, an increase in pressure, wherein in the schematic representation according to 6 a possible temperature increase of the ORC fluid, for example by power losses of the first pump 11 , for clarity is not shown. A temperature increase due to the pressure increase in the pumps 11 . 21 is negligibly small in practice. By increasing the pressure, the boiling point shifts. In particular, the boiling temperature increases to a first boiling temperature T _S1 greater than that in the first preheater 10 produced first preheating temperature T _{1 of} the ORC fluid. The temperature increase or the generation of the first preheating temperature T ₁ takes place in the first preheater 10 directly after the pressure increase by the first pump 11 , The first pump 11 generates for this purpose a first fluid pressure p ₁ , which is adjusted or adjusted such that the first boiling temperature T _{S1 is} greater than the first preheating temperature T ₁ . The first fluid pressure p ₁ is thus selected such that the boiling point of the ORC fluid is adjusted such that the ORC fluid when heated in the first preheater 10 to the first preheating temperature T ₁ maintains its liquid phase, so not evaporated.

In der zweiten Pumpe 21 erfolgt eine weitere Druckerhöhung. Konkret wird in der zweiten Pumpe 21, wie im Bereich B3 des Diagramms gemäß 6 dargestellt, ein zweiter Fluiddruck p₂ eingestellt, der derart gewählt ist, dass sich der Siedepunkt des ORC-Fluids weiter verändert. Insbesondere wird die Siedetemperatur des ORC-Fluids erhöht, so dass sich eine zweite Siedetemperatur T_S2 einstellt. Der zweite Fluiddruck T₂ wird konkret derart eingestellt, dass die zweite Siedetemperatur T_S2 eine zweite Vorwärmtemperatur T₂, die in nachgeordneten zweiten Vorwärmer 20 erzeugt wird, übersteigt. Der zweite Vorwärmer 20 ist der zweiten Pumpe 21 direkt nachgeordnet. Die im Bereich B4 des Diagramms gemäß 6 gezeigte Temperaturerhöhung im zweiten Vorwärmer 20 schließt sich direkt an die Druckerhöhung durch die zweite Pumpe 21 im Bereich B3 des Diagramms an. Dem zweiten Vorwärmer 20 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 der Verdampfer 30 direkt nachgeordnet. Im Verdampfer 30 erfolgt eine Temperatur- und Druckerhöhung des ORC-Fluids. Wie in 6 gezeigt, schneidet die Temperatur-Druck-Kennlinie des ORC-Arbeitsmittelkreislaufs 100 die Siedepunktkennlinie bzw. Siedelinie im Bereich B5. Das bedeutet, dass im Bereich B5, also im Verdampfer 30, das ORC-Fluid vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht. Das ORC-Fluid wird im Verdampfer 30 verdampft. In the second pump 21 there is a further pressure increase. Specifically, in the second pump 21 as in section B3 of the diagram according to FIG 6 illustrated, a second fluid pressure p _{2 is} set, which is selected such that the boiling point of the ORC fluid is further changed. In particular, the boiling temperature of the ORC fluid is increased, so that sets a second boiling temperature T _S2 . The second fluid pressure T ₂ is concretely set in such a way that the second boiling temperature T _{S2 has} a second preheating temperature T ₂ , which is in the downstream second preheater 20 is generated exceeds. The second preheater 20 is the second pump 21 directly downstream. Those in area B4 of the diagram according to 6 shown temperature increase in the second preheater 20 closes directly to the pressure increase by the second pump 21 in area B3 of the diagram. The second preheater 20 is in the embodiment according to 6 the evaporator 30 directly downstream. In the evaporator 30 there is a temperature and pressure increase of the ORC fluid. As in 6 shown cuts the temperature-pressure characteristic of the ORC-working fluid circuit 100 the boiling point characteristic or boiling line in the area B5. This means that in the area B5, ie in the evaporator 30 , the ORC fluid from liquid to gaseous state passes. The ORC fluid is in the evaporator 30 evaporated.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Änderung des Siedepunkts, insbesondere die Einstellung der ersten Siedetemperatur T_S1 und der zweiten Siedetemperatur T_S2, von der Wahl bzw. Einstellung des ersten und zweiten Fluiddrucks p₁, p₂ abhängt. Gleichzeitig bewirkt zwar auch die Temperaturerhöhung im ersten und zweiten Vorwärmer 10, 20 eine Verschiebung des Siedepunkts, da der Arbeitsmittelkreislauf 100 im Wesentlichen ein geschlossenes System bildet. Der verfahrenstechnisch effizientere Steuerparameter zur Anpassung des Siedepunktes besteht allerdings in der Einstellung des ersten und zweiten Fluiddruckes p₁, p₂. Um zu erreichen, dass zumindest der erste Vorwärmer vergleichsweise einfach und kostengünstig, insbesondere durch Verwendung von Standardbauteilen, herstellbar ist, ist es zweckmäßig, die Differenz zwischen der erste Siedetemperatur T_S1 und der ersten Vorwärmtemperatur T₁ bzw. der zweiten Siedetemperatur T_S2 und der zweiten Vorwärmtemperatur T₂ möglichst klein zu wählen bzw. einzustellen. Auf diese Weise wird vermieden, dass das ORC-Fluid bei der Erwärmung im ersten oder zweiten Vorwärmer 10, 20 verdampft bzw. allgemein in den gasförmigen Zustand übergeht. Zumindest der erste Vorwärmer 10 kann auf diese Weise eine vereinfachte Konstruktion aufweisen, ohne die Betriebssicherheit der ORC-Anlage zu gefährden.In this context, it is pointed out that the change in the boiling point, in particular the setting of the first boiling temperature T _S1 and the second boiling temperature T _S2 , depends on the selection or setting of the first and second fluid pressure p ₁ , p ₂ . At the same time, however, also causes the temperature increase in the first and second preheater 10 . 20 a shift in the boiling point, since the working fluid circuit 100 essentially forms a closed system. However, the procedurally more efficient control parameter for adjusting the boiling point is the setting of the first and second fluid pressure p ₁ , p ₂ . In order to achieve that at least the first preheater comparatively simple and inexpensive, in particular by using standard components, can be produced, it is expedient, the difference between the first boiling temperature T _S1 and the first preheating temperature T ₁ and the second boiling temperature T _S2 and second preheat temperature T ₂ as small as possible to choose or set. In this way, it prevents the ORC fluid from heating up in the first or second preheater 10 . 20 vaporized or generally passes into the gaseous state. At least the first preheater 10 can thus have a simplified design without jeopardizing the operational safety of the ORC system.

ORC-Anlagen, die für Durchführung des Verfahrens geeignet sind, sind in den 2-5 dargestellt. Dabei weisen die ORC-Anlagen gemäß 2-5 im Allgemeinen einen Arbeitsmittelkreislauf 100 auf, der einen ersten Vorwärmer 10, einen zweiten Vorwärmer 20, einen Verdampfer 30, eine Turbine 40 und einen Kondensator 50 umfasst. Ferner ist jeweils eine erste Pumpe 11 und eine zweite Pumpe 21 vorgesehen. Im Allgemeinen ist der erste Vorwärmer 10 der ersten Pumpe 11 nachgeordnet, insbesondere unmittelbar nachgeordnet. Der erste Vorwärmer 10 ist ferner mit einer zweiten Pumpe 21 verbunden, die dem ersten Vorwärmer 10 nachgeordnet ist. Der zweiten Pumpe 21 ist der zweite Vorwärmer 20 nachgeordnet. In Strömungsrichtung des ORC-Fluids folgt auf den zweiten Vorwärmer 20 der Verdampfer 30. Der Verdampfer 30 ist ferner der Turbine 40 vorgeordnet. Die Turbine 40 kann, wie in den 2–5 dargestellt, mit einem Generator 60 gekoppelt sein.ORC plants that are suitable for carrying out the method are in the 2 - 5 shown. In this case, the ORC systems according to 2 - 5 generally a working fluid circuit 100 on, the first preheater 10 , a second preheater 20 , an evaporator 30 , a turbine 40 and a capacitor 50 includes. Furthermore, in each case a first pump 11 and a second pump 21 intended. In general, the first preheater 10 the first pump 11 downstream, in particular immediately downstream. The first preheater 10 is also with a second pump 21 connected to the first preheater 10 is subordinate. The second pump 21 is the second preheater 20 downstream. In the flow direction of the ORC fluid follows the second preheater 20 the evaporator 30 , The evaporator 30 is also the turbine 40 upstream. The turbine 40 can, as in the 2 - 5 shown with a generator 60 be coupled.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 2, 4 und 5 ist die Turbine 40 mit dem ersten Vorwärmer 10 verbunden, wobei der erste Vorwärmer 10 als interner Rekuperator 22 ausgebildet ist. Der interne Rekuperator 22 ist in Strömungsrichtung des ORC-Fluids der Turbine 40 nachgeordnet. Auf den internen Rekuperator 22 folgt in Strömungsrichtung des ORC-Fluids der Kondensator 50. Im Allgemeinen ist der Kondensator 50 der ersten Pumpe 11 vorgeordnet, insbesondere direkt vorgeordnet.In the embodiments according to 2 . 4 and 5 is the turbine 40 with the first preheater 10 connected, the first preheater 10 as an internal recuperator 22 is trained. The internal recuperator 22 is in the flow direction of the ORC fluid of the turbine 40 downstream. On the internal recuperator 22 follows in the flow direction of the ORC fluid, the capacitor 50 , In general, the capacitor 50 the first pump 11 upstream, in particular directly upstream.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist ferner ein Heizkreislauf 110 vorgesehen, der den zweiten Vorwärmer 20 und den Verdampfer 30 umfasst. Konkret ist der Heizkreislauf 110 mit dem Arbeitsmittelkreislauf 100 durch den zweiten Vorwärmer 20 und den Verdampfer 30 thermisch gekoppelt. Der zweite Vorwärmer 20 und der Verdampfer 30 übertragen Wärmeenergie vom Heizkreislauf 110 in den Arbeitsmittelkreislauf 100. Die Strömungsrichtung im Heizkreislauf 110 ist vorzugsweise gegenüber der Strömungsrichtung im Arbeitsmittelkreislauf 100 entgegengesetzt. Das bedeutet, dass das Heizmittel zunächst den Verdampfer 30 und anschließend den zweiten Vorwärmer 20 durchströmt.In the embodiment according to 2 is also a heating circuit 110 provided the second preheater 20 and the evaporator 30 includes. Specifically, the heating circuit 110 with the working fluid circuit 100 through the second preheater 20 and the evaporator 30 thermally coupled. The second preheater 20 and the evaporator 30 transfer heat energy from the heating circuit 110 in the working fluid circuit 100 , The flow direction in the heating circuit 110 is preferably opposite the flow direction in the working fluid circuit 100 opposed. This means that the heating means first the evaporator 30 and then the second preheater 20 flows through.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 dadurch, dass der erste Vorwärmer 10 bei der ORC-Anlage gemäß 3 mit einer externen Wärmequelle verbunden ist. Es ist generell möglich, dass der Arbeitsmittelkreislauf 100 mit wenigstens zwei externen Wärmequellen gekoppelt ist. Der Arbeitsmittelkreislauf 100 kann aber auch mit einer einzigen gemeinsamen Wärmequelle verbunden sein. Beispielsweise kann der erste Vorwärmer 10 mit dem Heizkreislauf 110 bzw. einen Teil des Heizkreislaufes 110 verbunden sein.The embodiment according to 3 differs from the embodiment according to 2 in that the first preheater 10 at the ORC plant according to 3 connected to an external heat source. It is generally possible that the working fluid circuit 100 is coupled with at least two external heat sources. The working fluid circuit 100 but can also be connected to a single common heat source. For example, the first preheater 10 with the heating circuit 110 or part of the heating circuit 110 be connected.

Wie in 4 dargestellt, kann zwischen dem ersten Vorwärmer 10 und dem zweiten Vorwärmer 20 eine dritter Vorwärmer 15 angeordnet sein. Der dritte Vorwärmer 15 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 als interner Rekuperator 22 ausgebildet. Ferner ist dem dritten Vorwärmer 15 bzw. dem internen Rekuperator 22 eine dritte Pumpe 16 vorgeordnet. Konkret umfasst der Arbeitsmittelkreislauf 100 gemäß 4 eine erste Pumpe 11, die dem ersten Vorwärmer 10 vorgeordnet ist, wobei der erste Vorwärmer 10 mit einer externen Wärmequelle gekoppelt ist. Dem ersten Vorwärmer 10 ist die dritte Pumpe 16 unmittelbar nachgeordnet. Insbesondere ist die dritte Pumpe 16 zwischen dem ersten Vorwärmer 10 und dem dritten Vorwärmer 15 angeordnet. Der dritte Vorwärmer 15 bzw. interne Rekuperator 22 ist der dritten Pumpe 16 also unmittelbar nachgeordnet. In Strömungsrichtung des ORC-Fluids folgt auf den dritten Vorwärmer 15 die zweite Pumpe 21, die dem zweiten Vorwärmer 20 direkt vorgeordnet ist. Die zweite Pumpe 21 ist zwischen dem internen Rekuperator 22 bzw. dem dritten Vorwärmer 15 und dem zweiten Vorwärmer 20 angeordnet. Auf den zweiten Vorwärmer 20 folgt der Verdampfer 30, der mit der Turbine 40 verbunden ist. Das in der Turbine 40 entspannte ORC-Fluid wird anschließend durch den dritten Vorwärmer 15 bzw. internen Rekuperator 22 geleitet, so dass die Restwärme des entspannten ORC-Fluids zur weiteren Vorwärmung des ORC-Fluids im Vorlauf des Verdampfers 30 genutzt wird. Das ORC-Fluid wird nach dem Durchgang durch den Rekuperator 22 im Kondensator 50 abgekühlt und durch die erste Pumpe 11 auf den ersten Fluiddruck p₁ gebracht. Der erste Fluiddruck p₁ ist derart eingestellt, dass die erste Siedetemperatur T_S1 des ORC-Fluids größer als die erste Vorwärmtemperatur T₁ im ersten Vorwärmer 10 ist. Die erste Siedetemperatur T_S1 ist kleiner als eine dritte Vorwärmtemperatur T₃ im dritten Vorwärmer 15 bzw. internen Rekuperator 22. In der dritten Pumpe 16 wird ein dritter Fluiddruck p₃ eingestellt, der derart angepasst ist, dass die dritte Siedetemperatur T_S3 größer als die dritte Vorwärmtemperatur T₃ im internen Rekuperator 22 und kleiner als die zweite Vorwärmtemperatur T₂ im zweiten Vorwärmer 20 ist. Durch die zweite Pumpe 21 wird ein zweiter Fluiddruck p₂ eingestellt, so dass eine zweite Siedetemperatur T_S2 des ORC-Fluids erreicht wird, die größer als die dritte Vorwärmtemperatur T₃ und kleiner als die Verdampfungstemperatur T_V im Verdampfer 30 ist. Im Allgemeinen erfolgt also eine stufenweise Druckerhöhung des ORC-Fluids. Die stufenweise Druckerhöhung des ORC-Fluids ist derart gesteuert oder geregelt, dass die Siedetemperatur T_S im jeweiligen Vorwärmer 10, 15, 20 jeweils knapp oberhalb der Vorwärmtemperatur T₁, T₃, T₂ des jeweiligen Vorwärmers 10, 15, 20 eingestellt ist.As in 4 shown, can be between the first preheater 10 and the second preheater 20 a third preheater 15 be arranged. The third preheater 15 is in the embodiment according to 4 as an internal recuperator 22 educated. Further, the third preheater 15 or the internal recuperator 22 a third pump 16 upstream. Specifically, the working fluid circuit comprises 100 according to 4 a first pump 11 that the first preheater 10 is upstream, with the first preheater 10 is coupled with an external heat source. The first preheater 10 is the third pump 16 immediately downstream. In particular, the third pump 16 between the first preheater 10 and the third preheater 15 arranged. The third preheater 15 or internal recuperator 22 is the third pump 16 thus immediately downstream. In the flow direction of the ORC fluid follows the third preheater 15 the second pump 21 that the second preheater 20 is directly upstream. The second pump 21 is between the internal recuperator 22 or the third preheater 15 and the second preheater 20 arranged. On the second preheater 20 follows the evaporator 30 that with the turbine 40 connected is. That in the turbine 40 Relaxed ORC fluid is then passed through the third preheater 15 or internal recuperator 22 passed, so that the residual heat of the expanded ORC fluid to further preheat the ORC fluid in the flow of the evaporator 30 is being used. The ORC fluid is after passing through the recuperator 22 in the condenser 50 cooled and through the first pump 11 brought to the first fluid pressure p ₁ . The first fluid pressure p ₁ is set such that the first boiling temperature T _{S1 of} the ORC fluid is greater than the first preheating temperature T ₁ in the first preheater 10 is. The first boiling temperature T _S1 is less than a third preheating temperature T ₃ in the third preheater 15 or internal recuperator 22 , In the third pump 16 a third fluid pressure p _{3 is} adjusted, which is adapted such that the third boiling temperature T _{S3 is} greater than the third preheating temperature T ₃ in the internal recuperator 22 and smaller than the second preheating temperature T ₂ in the second preheater 20 is. Through the second pump 21 a second fluid pressure p _{2 is} set, so that a second boiling temperature T _{S2 of} the ORC fluid is reached which is greater than the third preheating temperature T ₃ and less than the evaporation temperature T _V in the evaporator 30 is. In general, therefore, there is a stepwise increase in pressure of the ORC fluid. The stepwise pressure increase of the ORC fluid is controlled or regulated such that the boiling temperature T _S in the respective preheater 10 . 15 . 20 each just above the preheating temperature T ₁ , T ₃ , T _{2 of} the respective preheater 10 . 15 . 20 is set.

Im Allgemeinen wird der Fluiddruck p₁, p₂ der durch die erste und zweite Pumpe 11, 21 aufgebracht wird, geeignet variiert, um einen Siedepunkt des ORC-Fluids einzustellen, der ein Verdampfen des ORC-Fluids in den Vorwärmern 10, 20 verhindert. Durch die geeignete Wahl des Fluiddrucks p₁, p₂ wird in den Vorwärmern jeweils die Flüssigphase des ORC-Fluids beibehalten. Dies gilt analog für weitere Pumpen bzw. Vorwärmer, insbesondere die dritte Pumpe 16 und den dritten Vorwärmer 15, im Arbeitsmittelkreislauf 100, die dem Verdampfer 30 vorgeordnet sind.In general, the fluid pressure p ₁ , p ₂ of the first and second pump 11 . 21 is suitably varied to adjust a boiling point of the ORC fluid, which is an evaporation of the ORC fluid in the preheaters 10 . 20 prevented. By the appropriate choice of the fluid pressure p ₁ , p ₂ , the liquid phase of the ORC fluid is maintained in the preheaters. This applies analogously to other pumps or preheaters, in particular the third pump 16 and the third preheater 15 , in the working fluid circuit 100 that the evaporator 30 are upstream.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 unterscheidet sich von der ORC-Anlage gemäß 2 dadurch, dass zum ersten Vorwärmer 10, der als Rekuperator 22 ausgebildet ist, ein dritter Vorwärmer 15 parallel geschaltet ist. Konkret weist der Arbeitsmittelkreislauf 100 gemäß 5 eine Verzweigung 13 auf, die der ersten Pumpe 11 unmittelbar nachgeordnet ist. An der Verzweigung 13 wird der Arbeitsmittelstrom aufgeteilt, wobei ein erster Teilstrom dem internen Rekuperator 22 bzw. ersten Vorwärmer 10 zugeführt wird. Ein zweiter Arbeitsmittelteilstrom wird dem dritten Vorwärmer 15 zugeführt, wobei der dritte Vorwärmer 15 mit einer externen Wärmequelle gekoppelt ist. Der erste und zweite Arbeitsmittelteilstrom werden nach der Vorwärmung im ersten und dritten Vorwärmer 10, 15 zusammengeführt, so dass der Gesamtmassenstrom des ORC-Fluids der zweiten Pumpe 21 zugeführt wird.The embodiment according to 5 differs from the ORC system according to 2 in that for the first preheater 10 that as a recuperator 22 is formed, a third preheater 15 is connected in parallel. Specifically, the working medium cycle 100 according to 5 a branch 13 on, that of the first pump 11 is immediately downstream. At the junction 13 the working fluid flow is divided, wherein a first partial flow to the internal recuperator 22 or first preheater 10 is supplied. A second working medium partial flow becomes the third preheater 15 fed, the third preheater 15 is coupled with an external heat source. The first and second working medium partial flow are after the preheating in the first and third preheater 10 . 15 merged so that the total mass flow of the ORC fluid of the second pump 21 is supplied.

Insgesamt wird mit dem Verfahren zur Energieerzeugung eine gestufte Druck- und Wärmezufuhr an das ORC-Fluid gebildet. Die Wärmezufuhr kann nach der ersten Druckerhöhung in der ersten Pumpe 11 aufgeteilt werden. Zwischen jeweils zwei Temperaturerhöhungen, also zwischen dem ersten und zweiten Vorwärmer 10, 20 erfolgt eine Druckerhöhung, insbesondere durch die zweite Pumpe 21. Die Wärmezufuhr kann im Allgemeinen aus unterschiedlichen Wärmequellen erfolgen. Insbesondere kann die Wärmezufuhr in wenigstens einem Vorwärmer 10, 15, 20 bzw. Wärmeübertrager durch eine interne Wärmerückgewinnung, beispielsweise einen internen Rekuperator 22, aus dem ORC-Kreisprozess erfolgen. Die für die Druckerhöhung verwendeten Pumpen 11, 16, 21 können vorteilhafterweise durch einen Frequenzumformer gesteuert bzw. geregelt werden. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn wenigstens eine der Pumpen 11, 16, 21 durch wenigstens einen Stellwertgeber gesteuert bzw. geregelt wird. Der Stellwertgeber kann verfahrenstechnische Größen, beispielsweise Druck oder Volumenstrom erfassen. Wenigstens eine der Pumpen 11, 16, 21 kann elektromotorisch oder mechanisch oder hydromechanisch angetrieben werden. Verfahrenstechnisch erfolgt vorteilhaft nach einer Druckerhöhung durch eine der Pumpen 11, 16, 21 eine Wärmezufuhr in einem der Vorwärmer 10, 15, 20, wobei darauf eine nochmalige Druckerhöhung gefolgt von einer Wärmezufuhr, durchgeführt wird.Overall, a stepped pressure and heat supply to the ORC fluid is formed with the method for generating energy. The heat supply can after the first pressure increase in the first pump 11 be split. Between every two temperature increases, ie between the first and second preheater 10 . 20 there is an increase in pressure, in particular by the second pump 21 , The heat supply can generally be made from different heat sources. In particular, the heat supply in at least one preheater 10 . 15 . 20 or heat exchanger by an internal heat recovery, for example, an internal recuperator 22 , made from the ORC cycle. The pumps used to increase the pressure 11 . 16 . 21 can be advantageously controlled or regulated by a frequency converter. In particular, it is expedient if at least one of the pumps 11 . 16 . 21 is controlled or regulated by at least one position encoder. The manipulator can detect process parameters, for example pressure or volume flow. At least one of the pumps 11 . 16 . 21 can be driven by an electric motor or mechanically or hydromechanically. Process technology advantageously takes place after an increase in pressure by one of the pumps 11 . 16 . 21 a heat input in one of the preheaters 10 . 15 . 20 , whereupon a renewed pressure increase followed by a heat supply, carried out.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: erster Vorwärmenfirst preheating
1111: erste Pumpefirst pump
1313: Verzweigungbranch
1515: dritter Vorwärmenthird preheating
1616: dritte Pumpethird pump
2020: zweiter Vorwärmensecond preheating
2121: zweite Pumpesecond pump
2222: interner Rekuperatorinternal recuperator
3030: VerdampferEvaporator
4040: Turbineturbine
5050: Kondensatorcapacitor
6060: Generatorgenerator
100100: ArbeitsmittelkreislaufWorking agent circuit
110110: Heizkreislaufheating circuit
B1B1: erster Bereichfirst area
B2B2: zweiter Bereichsecond area
B3B3: dritter Bereichthird area
B4B4: vierter Bereichfourth area
B5B5: fünfter Bereichfifth range
p₁ p ₁: erster Fluiddruckfirst fluid pressure
p₂ p ₂: zweiter Fluiddrucksecond fluid pressure
p₃ p ₃: dritter Fluiddruckthird fluid pressure
T₁ T ₁: erste Vorwärmtemperaturfirst preheating temperature
T₂ T ₂: zweite Vorwärmtemperatursecond preheating temperature
T₃ T ₃: dritte Vorwärmtemperaturthird preheating temperature
T_V T _V: VerdampfungstemperaturEvaporation temperature
T_S1 T _S1: erste Siedetemperaturfirst boiling point
T_S2 T _S2: zweite Siedetemperatursecond boiling point
T_S3 T _S3: dritte Siedetemperaturthird boiling point

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007041944 B3 [0002, 0005]

Claims

Method for generating energy in an ORC system with a working medium circuit ( 100 ) in which an ORC fluid circulates, comprising - a first pump ( 11 ), a first preheater ( 10 ) is upstream; A second pump ( 21 ), a second preheater ( 20 ) is upstream; - an evaporator ( 30 ), the second preheater ( 20 ) is subordinate; and - a turbine ( 40 ), the evaporator ( 30 ) and the first pump ( 11 ), wherein in the first pump ( 11 ) a first fluid pressure p _{1 of} the ORC fluid is set such that a first boiling temperature T _{S1 of} the ORC fluid greater than a first preheating temperature T ₁ in the first preheater ( 10 ) and smaller than a second preheating temperature T ₂ in the second preheater ( 20 ), wherein in the second pump ( 21 ) is set a second fluid pressure p ₂ , which is greater than the first fluid pressure p ₁ , such that a second boiling temperature T _{S2 of} the ORC fluid greater than the second preheating temperature T ₂ and less than an evaporation temperature T _V in the evaporator ( 30 ).

Method according to claim 1, characterized in that the first pump ( 11 ) promotes a total mass flow of the ORC fluid of the second pump ( 21 ) is completely supplied.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the first pump ( 11 ) and the second pump ( 21 ) are each controlled or regulated by at least one frequency converter.

Method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the second pump ( 21 ) the first preheater ( 10 ) directly downstream and / or the second preheater ( 20 ) is directly upstream.

Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the first pump ( 11 ) an internal recuperator ( 22 ), which is parallel to the first preheater ( 20 ) is arranged.

Method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the first preheater ( 20 ) an internal recuperator ( 22 ).

Device for generating energy in an ORC system with a control device, which comprises at least one means for controlling and / or regulating the ORC system, which is connected to a first pump ( 11 ), and at least one second pump ( 21 ), wherein the control device has at least one measuring means which is connected to at least one first preheater ( 10 ) between the first pump ( 11 ) and the second pump ( 21 ), and a second preheater ( 20 ), the second pump ( 21 ) is signal-connected to in the first pump ( 11 ) to set a first fluid pressure p _{1 of} the ORC fluid such that a first boiling temperature T _{S1 of} the ORC fluid is greater than a first preheating temperature T ₁ in the first preheater (FIG. 10 ) and smaller than a second preheating temperature T ₂ in the second preheater ( 20 ), wherein in the second pump ( 21 ) is a second fluid pressure p ₂ is greater than the first fluid pressure p ₁ is such that a second boiling temperature T _{S2 of} the ORC fluid greater than the second preheating temperature T ₂ and less than an evaporation temperature T _V in an evaporator ( 30 ), the second preheater ( 20 ) is subordinate.