DE102012024016A1 - Method for controlling thermodynamic cyclic process, involves coupling drying process with thermodynamic cyclic process such that withdrawn thermal energy from thermodynamic cyclic process is exploited for drying substance - Google Patents

Method for controlling thermodynamic cyclic process, involves coupling drying process with thermodynamic cyclic process such that withdrawn thermal energy from thermodynamic cyclic process is exploited for drying substance Download PDF

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Abstract

The method involves performing a drying process for drying substance (108) e.g. hogged wood and timber pellet. The drying process is matched with a thermodynamic cyclic process such that withdrawn thermal energy from the thermodynamic cyclic process is exploited for drying the substance during the drying process. Waste heat from engines in the thermodynamic cyclic process is exploited while transferring thermal energy for vaporizing the working medium. Fuel fermentation gas is burned in combustion process. An independent claim is also included for a device for controlling a thermodynamic cyclic process.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines thermodynamischen Kreisprozesses, bei dem ein Arbeitsmedium zumindest einen Schritt des Entzugs von thermischer Energie aus dem Arbeitsmedium umfasst. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ausführen eines derartigen Verfahrens.The invention relates to a method for operating a thermodynamic cycle, in which a working medium comprises at least one step of removing thermal energy from the working medium. Furthermore, the invention relates to an apparatus for carrying out such a method.

Ein thermodynamischer Kreisprozess ist allgemein ein Prozess, in dem ein Arbeitsmedium periodische Änderungen in dessen thermodynamischen Zustandsgrößen wie Druck und Temperatur durchläuft und dabei immer wieder seinen Ausgangszustand erreicht. Je nach Änderung dieser Zustandsgrößen wird vom Arbeitsmedium Energie aufgenommen oder Energie abgegeben.A thermodynamic cycle is generally a process in which a working medium undergoes periodic changes in its thermodynamic state variables such as pressure and temperature, repeatedly reaching its initial state. Depending on the change of these state variables, the working medium absorbs energy or releases energy.

Ein solcher thermodynamischer Kreisprozess umfasst im Wesentlichen vier Schritte. Im ersten Schritt wird der Druck des Arbeitsmediums erhöht. Das unter den erhöhten Druck gesetzte Arbeitsmedium wird im zweiten Schritt isobar verdampft. Zum Verdampfen wird thermische Energie aus einer Wärmequelle auf das Arbeitsmedium übertragen. Der derart erzeugte komprimierte Arbeitsmedium-Dampf wird nachfolgend im dritten Schritt expandiert. Beim Expandieren nehmen der Druck und die Temperatur des Arbeitsmedium-Dampfes wieder ab, sodass die übertragene thermische Energie zum Teil freigesetzt und in mechanische Energie umgewandelt wird. Zum Teil verbleibt die übertragene thermische Energie im expandierten Arbeitsmedium und wird im vierten Schritt dem Arbeitsmedium entzogen. Mit dem Entzug der thermischen Energie wird das Arbeitsmedium weiter abgekühlt und kondensiert.Such a thermodynamic cycle essentially comprises four steps. In the first step, the pressure of the working medium is increased. The working medium set under the increased pressure is isobarically evaporated in the second step. For evaporation, thermal energy is transferred from a heat source to the working medium. The compressed working medium vapor thus produced is subsequently expanded in the third step. As it expands, the pressure and temperature of the working medium vapor decreases, releasing some of the transmitted thermal energy and converting it to mechanical energy. In part, the transferred thermal energy remains in the expanded working medium and is removed from the working medium in the fourth step. With the removal of the thermal energy, the working medium is further cooled and condensed.

In herkömmlichen thermodynamischen Kreisprozessen wird die im vierten Schritt entzogene thermische Energie oftmals nicht verwertet und geht als Abwärme ungenutzt verloren. Herkömmliche Anlagen, beispielsweise Kraft-Wärme-Kopplungs-(KWK)-Anlagen, in denen ein solcher thermodynamischer Kreisprozess durchgeführt wird, arbeiten oftmals mit einer ungenügenden Energieausbeute.In conventional thermodynamic cycle processes, the thermal energy extracted in the fourth step is often not utilized and is lost as waste heat unused. Conventional plants, such as combined heat and power (CHP) plants, in which such a thermodynamic cycle is performed, often operate with insufficient energy yield.

Zugrundeliegende AufgabeUnderlying task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Energieeffizienz einer Anlage mit einem thermodynamischen Kreisprozess zu erhöhen.The invention has for its object to increase the energy efficiency of a system with a thermodynamic cycle.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben eines thermodynamischen Kreisprozesses, bei dem ein Arbeitsmedium zumindest einen Schritt des Entzugs von thermischer Energie aus dem Arbeitsmedium durchläuft, gelöst. Dabei ist ferner ein Trocknungsprozess zum Trocknen eines Stoffes vorgesehen, wobei der Trocknungsprozess mit dem thermodynamischen Kreisprozess derart gekoppelt ist, dass die entzogene thermische Energie aus dem thermodynamischen Kreisprozess zum Trocknen des Stoffes im Trocknungsprozess genutzt wird.This object is achieved according to the invention by a method for operating a thermodynamic cycle in which a working medium passes through at least one step of removing thermal energy from the working medium. In this case, a drying process is further provided for drying a substance, wherein the drying process is coupled to the thermodynamic cycle such that the extracted thermal energy from the thermodynamic cycle is used to dry the substance in the drying process.

Erfindungsgemäß umfasst der thermodynamische Kreisprozess insbesondere die Schritte: Erhöhen des Druckes des Arbeitsmediums auf einen erhöhten Druck, Übertragen von thermischer Energie aus einer Wärmequelle auf das unter dem erhöhten Druck stehende Arbeitsmedium unter Verdampfen und bevorzugt Überhitzen des Arbeitsmediums, Expandieren des verdampften und unter dem erhöhten Druck stehenden bzw. komprimierten Arbeitsmediums und Entzug von thermischer Energie aus dem expandierten Arbeitsmedium unter Abkühlen und Kondensieren des Arbeitsmediums.According to the invention, the thermodynamic cycle comprises in particular the steps of increasing the pressure of the working medium to an elevated pressure, transferring thermal energy from a heat source to the working medium under increased pressure with evaporation and preferably overheating the working medium, expanding the vaporized and under the elevated pressure standing or compressed working medium and withdrawal of thermal energy from the expanded working medium with cooling and condensation of the working medium.

Die thermische Energie bzw. Wärmeenergie ist die Energie, die in der ungeordneten Bewegung von Molekülen des Arbeitsmediums relativ zueinander gespeichert ist. Beim Entzug von thermischer Energie verlangsamt sich die Bewegung der Arbeitsmedium-Moleküle relativ zueinander, sodass das Arbeitsmedium abgekühlt wird. Ferner kondensiert das Arbeitsmedium. Während des Kondensierens wird Kondensationsenthalpie frei, die als Abwärme bevorzugt zusätzlich während des Schrittes des Entzugs von thermischer Energie entzogen wird.The thermal energy is the energy stored in the disordered movement of molecules of the working medium relative to each other. With the removal of thermal energy, the movement of the working medium molecules slows relative to each other, so that the working medium is cooled. Furthermore, the working medium condenses. During the condensation, enthalpy of condensation is released, which is preferably removed as waste heat during the step of removing thermal energy.

Besonders bevorzugt wird dem Arbeitsmedium die thermische Energie dadurch entzogen, dass das Arbeitsmedium durch einen Luftkühler als Energieentzugseinrichtung geleitet wird. Beim Durchleiten überträgt das Arbeitsmedium thermische Energie auf die Luft im Kühler, die dabei erwärmt wird. Die derart erwärmte Luft wird erfindungsgemäß in den Trocknungsprozess geführt.Particularly preferably, the thermal energy is removed from the working medium by passing the working medium through an air cooler as an energy extraction device. When passing through the working medium transfers thermal energy to the air in the radiator, which is heated. The thus heated air is guided according to the invention in the drying process.

In einer alternativen bevorzugten erfindungsgemäßen Variante wird das Arbeitsmedium durch einen Flüssigkeitskühler als Energieentzugseinrichtung geleitet und thermische Energie des Arbeitsmediums auf die Flüssigkeit übertragen. Die Flüssigkeit wird dabei bevorzugt erwärmt. Mit der erwärmten Flüssigkeit wird Wärme bevorzugt mittels eines Wärmeübertragers gemäß der Erfindung in den Trocknungsprozess geführt. In an alternative preferred variant of the invention, the working medium is passed through a liquid cooler as an energy extraction device and transferred thermal energy of the working medium to the liquid. The liquid is preferably heated. With the heated liquid, heat is preferably conducted into the drying process by means of a heat exchanger according to the invention.

Erfindungsgemäß wird die entzogene thermische Energie dazu genutzt, den Stoff im Trocknungsprozess zu trocknen. Trocknen bedeutet, dass unerwünschte Flüssigkeit aus einem Stoff mittels Verdampfen entzogen wird. Einem vorliegenden Stoff, der unerwünschte Flüssigkeit enthält, wird dazu die entzogene thermische Energie bzw. Wärme zugeführt. Beim Zuführen von Wärme wird die Flüssigkeit aus dem Stoff sozusagen ausgedampft. Es verbleibt der getrocknete Stoff, der einen geringeren Feuchtegehalt als zu Beginn des Trocknungsprozesses aufweist.According to the invention, the extracted thermal energy is used to dry the fabric in the drying process. Drying means that unwanted liquid is removed from a fabric by evaporation. A given substance, which contains unwanted liquid, is supplied to the extracted thermal energy or heat. When heat is applied, the liquid from the substance is evaporated as it were. There remains the dried substance, which has a lower moisture content than at the beginning of the drying process.

Bevorzugt ist der zu trocknende Stoff aus einem Feststoff gebildet, wobei der Feststoff besonders bevorzugt mit relativ kleinen einzelnen Feststoffteilchen gestaltet ist. Derart gestaltet weist der zu trocknende Feststoff eine besonders große Oberfläche auf, an der die entzogene thermische Energie trocknend wirkt. Ein derartiger Feststoff ist insbesondere einer der folgenden Stoffe: Hackschnitzel, Holzpellets, Mais, Getreide, Gärreste aus einer Biogasanlage und dergleichen.Preferably, the substance to be dried is formed from a solid, wherein the solid is particularly preferably designed with relatively small individual solid particles. Designed in such a way, the solid to be dried on a particularly large surface on which the extracted thermal energy has a drying effect. Such a solid is in particular one of the following substances: wood chips, wood pellets, corn, cereals, fermentation residues from a biogas plant and the like.

In einer alternativen bevorzugten Variante ist der zu trocknende Stoff ein Fluid. Ein Fluid ist ein gasförmiger Stoff, wie Luft, beispielsweise Umgebungsluft, der Flüssigkeit, insbesondere Wasser entzogen werden soll. Ferner ist ein Fluid eine Flüssigkeit, aus der eine andere, unerwünschte Flüssigkeit mit einem niedrigeren Siedepunkt ausgedampft werden soll.In an alternative preferred variant, the substance to be dried is a fluid. A fluid is a gaseous substance, such as air, for example, ambient air, the liquid, in particular water to be withdrawn. Further, a fluid is a liquid from which another unwanted liquid with a lower boiling point is to be evaporated.

Mit dem Trocknen wird die entzogene thermische Energie verwertet und nicht, wie in den meisten herkömmlichen Verfahren, ungenutzt als Abwärme in die Umgebung abgegeben. Der Stoff wird vorteilhaft besonders energiesparend getrocknet, da Abwärme genutzt wird.With the drying, the extracted thermal energy is utilized and not, as in most conventional processes, discharged unused as waste heat into the environment. The substance is advantageously dried particularly energy-efficient, since waste heat is used.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zusätzlich zur entzogenen thermischen Energie des Kreisprozesses eine thermische Energie einer weiteren Wärmequelle zum Trocknen des Stoffes im Trocknungsprozess genutzt. Mit der weiteren Wärmequelle wird ein zusätzlicher Energielieferant zur Verfügung gestellt. Die Energie, die zum Trocknen des Stoffes benötigt wird, wird dem Stoff damit immer besonders zuverlässig zugeführt. Dies ist insbesondere für den Fall besonders vorteilhaft, wenn die dem Arbeitsmedium entzogene thermische Energie nicht ausreicht, um den Stoff trocknen zu können.In an advantageous development of the invention, in addition to the extracted thermal energy of the cyclic process, a thermal energy of a further heat source is used for drying the substance in the drying process. With the additional heat source an additional energy supplier is provided. The energy required to dry the fabric is thus always supplied to the fabric in a particularly reliable manner. This is especially advantageous in the case when the thermal energy withdrawn from the working medium is insufficient to allow the substance to dry.

Darüberhinaus wird die weitere Wärmequelle vorzugsweise mit Abwärme aus einem Verbrennungsprozess von Brennstoff gebildet. Dadurch, dass die weitere Wärmequelle ebenfalls mit Abwärme gebildet wird, wird ansonsten oft ungenutzte Abwärme insgesamt besonders gut verwertet. Beim erfindungsgemäßen Nutzen der Abwärme des Verbrennungsprozesses, wird der Verbrennungsprozess energetisch besser verwertet, verglichen mit Prozessen in herkömmlichen Verbrennungsanlagen.Moreover, the further heat source is preferably formed with waste heat from a combustion process of fuel. The fact that the further heat source is also formed with waste heat, otherwise often unused waste heat is used particularly well overall. In the inventive use of the waste heat of the combustion process, the combustion process is energetically better utilized, compared with processes in conventional incinerators.

Des Weiteren umfasst die Abwärme aus dem Verbrennungsprozess von Brennstoff vorteilhaft Motorabwärme und Abgasabwärme eines Verbrennungsmotors. Beim Verbrennen von Brennstoff wird die im Brennstoff in Form von chemischer Bindungsenergie gebundene Energie freigesetzt und im Verbrennungsmotor in mechanische Energie bzw. Arbeit umgewandelt. Neben der mechanischen Energie wird thermische Energie frei, die den Motor und die im Verbrennungsprozess entstehenden Abgase erwärmt. Sowohl die derart gebildete Motorabwärme als auch die derart gebildete Abgasabwärme werden erfindungsgemäß genutzt, was eine besonders hohe energetische Ausbeute des Verbrennungsprozesses schafft.Furthermore, the waste heat from the combustion process of fuel advantageously comprises engine waste heat and exhaust heat of an internal combustion engine. When burning fuel, the energy bound in the fuel in the form of chemical binding energy is released and converted into mechanical energy or work in the internal combustion engine. In addition to the mechanical energy, thermal energy is released, which heats the engine and the exhaust gases generated in the combustion process. Both the engine waste heat formed in this way and the exhaust heat produced in this way are utilized according to the invention, which creates a particularly high energy yield of the combustion process.

Vorteilhaft wird die Motorabwärme ferner im thermodynamischen Kreisprozess für den bereits genannten Schritt des Übertragens von thermischer Energie auf unter erhöhtem Druck stehendes Arbeitsmedium genutzt. Die Motorabwärme ist die Wärmequelle, deren thermische Energie größtenteils auf das unter dem erhöhten Druck stehende Arbeitsmedium übertragen und dort sozusagen als thermische Energie gespeichert wird. Die gespeicherte thermische Energie wird im weiteren Verlauf des thermodynamischen Kreisprozesses beim Expandieren des Arbeitsmediums teilweise in mechanische Energie gewandelt. Teilweise verbleibt die Energie im expandierten Arbeitsmedium und wird beim Entzug von thermischer Energie erfindungsgemäß zum Trocknen des Stoffes verwendet. Derart verwendet wird die Motorabwärme sowohl direkt im thermodynamischen Kreisprozess als auch indirekt im Trocknungsprozess genutzt und vorteilhaft nahezu vollständig verwertet.Advantageously, the engine waste heat is also used in the thermodynamic cycle for the already mentioned step of transmitting thermal energy to working medium under elevated pressure. The engine waste heat is the heat source whose thermal energy is largely transferred to the working medium under the increased pressure and stored there as it were as thermal energy. The stored thermal energy is partly converted into mechanical energy during the course of the thermodynamic cycle during expansion of the working medium. Some of the energy remains in the expanded working medium and is used in the withdrawal of thermal energy according to the invention for drying the substance. Used in this way, the engine waste heat is used directly in the thermodynamic cycle as well as indirectly in the drying process and advantageously almost completely recycled.

Ferner wird die Motorabwärme vorzugsweise im thermodynamischen Kreisprozess beim Übertragen von thermischer Energie zum Verdampfen des Arbeitsmediums genutzt. Das unter erhöhtem Druck gesetzte Arbeitsmedium wird von einem flüssigen in einen gasförmigen Aggregatzustand überführt, wofür Energie aufgewendet werden muss. Ein Maß für die aufzuwendende Energie ist die Verdampfungsenthalpie des hier verwendeten Arbeitsmediums, die mit der übertragenen thermischen Energie aus der verwendeten Motorabwärme besonders vorteilhaft erreicht wird.Furthermore, the engine waste heat is preferably used in the thermodynamic cycle during the transfer of thermal energy for evaporation of the working medium. That under increased pressure set working fluid is transferred from a liquid to a gaseous state of matter, which requires energy to be expended. A measure of the energy to be expended is the enthalpy of vaporization of the working medium used here, which is achieved particularly advantageously with the transmitted thermal energy from the engine waste heat used.

Gemäß der Erfindung wird weiterhin in vorteilhafter Weise ein erster Teil der Abgasabwärme im thermodynamischen Kreisprozess für den Schritt des Übertragens von thermischer Energie auf unter erhöhtem Druck stehendes Arbeitsmedium genutzt und ein zweiter Teil der Abgasabwärme im Trocknungsprozess zum Trocknen des Stoffes genutzt. Die Abgasabwärme ist sowohl eine Wärmequelle zum Übertragen von thermischer Energie auf das Arbeitsmedium im thermodynamischen Kreisprozess, als auch die erfindungsgemäße weitere Wärmequelle im Trocknungsprozess. Die Abgasabwärme wird damit direkt sowohl im thermodynamischen Kreisprozess als auch im Trocknungsprozess verwertet. Im Vergleich zu Verfahren, in denen die Abgasabwärme nur die Wärmequelle für einen thermodynamischen Kreisprozess ist, wird die Abgasabwärme erfindungsgemäß besonders gut ausgeschöpft.According to the invention, advantageously, a first part of the exhaust gas waste heat in the thermodynamic cycle is used for the step of transfer of thermal energy to working medium under elevated pressure, and a second part of the waste gas waste heat is used in the drying process for drying the substance. The exhaust gas waste heat is both a heat source for transmitting thermal energy to the working medium in the thermodynamic cycle, as well as the inventive further heat source in the drying process. The exhaust heat is thus utilized directly both in the thermodynamic cycle and in the drying process. Compared to processes in which the exhaust heat is only the heat source for a thermodynamic cycle, the waste heat is inventively exhausted particularly well.

Ferner wird die Abgasabwärme im thermodynamischen Kreisprozess vorteilhaft beim Übertragen von thermischer Energie zum Überhitzen des Arbeitsmediums genutzt. Die Abgasabwärme hat eine höhere Temperatur als die Motorabwärme. Damit ist die Abgasabwärme besonders gut geeignet, dem Arbeitsmedium, bevorzugt nach dem Zuführen von thermischer Energie aus der Motorabwärme, weitere thermische Energie zuzuführen. Das mit der Motorabwärme verdampfte Arbeitsmedium, also ein erzeugter Arbeitsmedium-Dampf, wird mit der Abgasabwärme weiter erhitzt, wodurch die Temperatur des Arbeitsmedium-Dampfes erhöht wird. Es entsteht ein überhitzter Arbeitsmedium-Dampf.Furthermore, the exhaust heat in the thermodynamic cycle is advantageously used when transferring thermal energy to overheat the working medium. The exhaust heat has a higher temperature than the engine waste heat. Thus, the exhaust heat is particularly well suited to the working medium, preferably after the supply of thermal energy from the engine waste heat to supply more thermal energy. The vaporized with the engine waste heat working fluid, ie a generated working medium vapor is heated further with the exhaust heat, whereby the temperature of the working medium vapor is increased. The result is an overheated working medium vapor.

Dieser überhitzte Arbeitsmedium-Dampf hat zwei entscheidende Vorteile für den weiteren thermodynamischen Kreisprozess. Erstens wird mit der erhöhten Temperatur ein erhöhtes oberes Temperaturniveau geschaffen, was die Temperaturdifferenz zwischen dem oberen und einem unteren Temperaturniveau im thermodynamischen Kreisprozess erhöht. Damit wird der Wirkungsgrad erhöht, denn der Wirkungsgrad steigt mit zunehmender Temperaturdifferenz zwischen dem oberen und dem unteren Temperaturniveau. Zweitens ist der überhitzte und unter erhöhtem Druck stehende Arbeitsmedium-Dampf bevorzugt derart überhitzt, dass der Arbeitsmedium-Dampf nach dem Expandieren in einer Expansionseinrichtung zumindest weitgehend immer noch als Dampf vorliegt. Andernfalls befindet sich nach dem Expandieren im Dampf des Arbeitsmediums auch flüssiges Arbeitsmedium, das sich beim Expandieren mit vorhandenem Öl in der Expansionseinrichtung vermischt. Derart vermischt, sinkt die Viskosität des Öls erheblich, wodurch sich die Schmiereigenschaft des Öls beträchtlich verschlechtert. Dies führt zu einem größeren Verschleiß an mechanisch beanspruchten, bewegten Teilen und zu einer verringerten Standzeit der Expansionseinrichtung. Zudem nimmt eine ebenfalls gewünschte abdichtende Eigenschaft des Öls ab. Folglich muss das flüssige Arbeitsmedium mit einem relativ hohen energetischen Aufwand wieder aus dem Öl abgetrennt werden. Ein erfindungsgemäß möglichst geringer Flüssigkeitsanteil im überhitzten Arbeitsmedium-Dampf erhöht somit vorteilhaft die Energieausbeute des Verfahrens und damit einer zugehörigen Anlage insgesamt.This superheated working medium vapor has two decisive advantages for the further thermodynamic cycle. First, with the elevated temperature, an elevated upper temperature level is created, which increases the temperature difference between the upper and lower temperature levels in the thermodynamic cycle. Thus, the efficiency is increased because the efficiency increases with increasing temperature difference between the upper and the lower temperature level. Second, the superheated and pressurized working medium vapor is preferably overheated such that the working medium vapor after expansion in an expansion device is still at least substantially still in the form of vapor. Otherwise, after expansion in the vapor of the working medium, there is also liquid working medium which mixes with existing oil in the expansion device during expansion. Mixed in such a way, the viscosity of the oil decreases considerably, whereby the lubricating property of the oil deteriorates considerably. This leads to greater wear on mechanically stressed, moving parts and to a reduced service life of the expansion device. In addition, a likewise desired sealing property of the oil decreases. Consequently, the liquid working medium has to be separated from the oil with a relatively high expenditure of energy. An inventively the lowest possible liquid content in the superheated working medium vapor thus advantageously increases the energy yield of the process and thus an associated system altogether.

Vorzugsweise wird im Verbrennungsprozess als Brennstoff Biogas verbrannt. Beim Verbrennen von Biogas wird die Abwärme des Verbrennungsprozesses in einer Biogasanlage mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besser genutzt, verglichen mit einer Restwärmenutzung in herkömmlichen Biogasanlagen. Die Motorabwärme und/oder die Abgasabwärme werden im thermodynamischen Kreisprozess zum Umwandeln von deren thermischer Energie in mechanische Energie genutzt, aus der bevorzugt elektrische Energie erzeugt wird. Vorteilhaft wird damit die gesamte Ausbeute an elektrischer Energie der Biogasanlage mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhöht.Preferably, biogas is burned as a fuel in the combustion process. When burning biogas, the waste heat of the combustion process in a biogas plant is better utilized with the method according to the invention, compared with residual heat utilization in conventional biogas plants. The engine waste heat and / or the exhaust gas waste heat are used in the thermodynamic cycle for converting their thermal energy into mechanical energy, from which preferably electrical energy is generated. Advantageously, thus the total yield of electrical energy of the biogas plant is increased by the method according to the invention.

Zusätzlich wird, wie beschrieben, die Motorabwärme indirekt und bevorzugt die Abgasabwärme direkt im Trocknungsprozess zum Trocknen eines Stoffes genutzt. Der Stoff ist besonders bevorzugt ein Gärrest der Biogasanlage, sodass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die gesamte Energieausbeute der Biogasanlage im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen erheblich erhöht wird.In addition, as described, the engine waste heat is used indirectly and preferably the waste gas waste heat is used directly in the drying process for drying a substance. The substance is particularly preferably a digestate of the biogas plant, so that the total energy yield of the biogas plant is considerably increased compared to conventional plants with the inventive method.

Vorzugsweise wird im thermodynamischen Kreisprozess des erfindungsgemäßen Verfahrens Ammoniak (NH3) als Arbeitsmedium bereitgestellt. Ammoniak ist hier, wie sich gezeigt hat, aufgrund seiner physikalischen, chemischen und thermodynamischen Eigenschaften besonders gut als Arbeitsmedium geeignet, insbesondere zum Speichern von übertragener thermischer Energie. Flüssiges Ammoniak verfügt aufgrund seiner zwischenmolekular wirkenden, relativ stabilen Wasserstoffbrückenbindungen über eine hohe Verdampfungsenthalpie. Dies bedeutet, dass vergleichsweise viel thermische Energie aufgewendet werden muss, um eine bestimmte Menge an Ammoniak von seinem flüssigen in seinen gasförmigen Aggregatzustand zu überführen. Diese Energie ist sozusagen im gebildeten, unter erhöhten Druck stehenden Ammoniak-Dampf gespeichert, bis der Dampf expandiert wird. Aufgrund des vergleichsweise hohen Betrags an gespeicherter Energie wird beim Expandieren besonders viel Energie frei, mit der ein entsprechend hoher Anteil als mechanische Energie genutzt werden kann. Zugleich verbleibt aufgrund des relativ hohen gespeicherten Energiebetrags auch relativ viel thermische Energie im expandierten Ammoniak, die erfindungsgemäß mittels Entzugs von thermischer Energie im Trocknungsprozess genutzt wird. Insbesondere wird beim Kondensieren ein relativ hoher Betrag an Kondensationsenthalpie frei, die bevorzugt als Wärme im Trocknungsprozess verwertet wird.Preferably, ammonia (NH 3 ) is provided as the working medium in the thermodynamic cycle of the process according to the invention. As has been shown, ammonia is particularly well suited as a working medium due to its physical, chemical and thermodynamic properties, in particular for storing transferred thermal energy. Due to its relatively stable, relatively stable hydrogen bonds, liquid ammonia has a high enthalpy of vaporization. This means that comparatively much thermal energy has to be expended in order to convert a certain amount of ammonia from its liquid to its gaseous state of matter. This energy is stored, so to speak, in the formed, pressurized ammonia vapor until the steam is expanded. Due to the comparatively high amount of stored energy, a lot of energy is released when expanding, with which a correspondingly high proportion can be used as mechanical energy. At the same time, due to the relatively high amount of stored energy, relatively much thermal energy also remains in the expanded ammonia, which according to the invention is used by means of removal of thermal energy in the drying process. In particular, during condensation, a relatively high amount of condensation enthalpy is released, which is preferably utilized as heat in the drying process.

Wegen der hohen Verdampfungsenthalpie von Ammoniak ist ferner die Druckdifferenz zwischen Verdampfung und Verflüssigung besonders groß. Mit der großen Druckdifferenz wird beim Expandieren mittels einer Expansionseinrichtung vorteilhaft eine besonders hohe Expansionsarbeit verrichtet. Dies leistet einen maßgeblichen Beitrag zu einer besonders hohen Ausbeute an mechanischer Energie im thermodynamischen Kreisprozess. Wird aus der mechanischen Energie bevorzugt elektrische Energie gewonnen und als Wärmequelle bevorzugt die Abwärme des Verbrennungsmotors einer Biogasanlage genutzt, so wird eine besonders hohe Ausbeute an elektrischer Energie erreicht.Because of the high evaporation enthalpy of ammonia, the pressure difference between evaporation and liquefaction is also particularly large. With the large pressure difference, a particularly high expansion work is advantageously carried out during expansion by means of an expansion device. This makes a significant contribution to a particularly high yield of mechanical energy in the thermodynamic cycle. If electrical energy is preferably obtained from the mechanical energy and the waste heat of the internal combustion engine of a biogas plant is preferably used as the heat source, a particularly high yield of electrical energy is achieved.

Ferner hat Ammoniak keine zerstörenden Auswirkungen auf die Ozonschicht der Erde und leistet keinen Beitrag zum sogenannten Treibhauseffekt. Darüber hinaus kommt Ammoniak in der Natur vor, ist biologisch abbaubar und nimmt am natürlichen Stickstoffkreislauf der Biosphäre teil. Damit ist Ammoniak ein natürliches Arbeitsmedium. Zudem wirkt Ammoniak nicht kanzerogen.Furthermore, ammonia has no destructive effects on the earth's ozone layer and does not contribute to the so-called greenhouse effect. In addition, ammonia occurs in nature, is biodegradable and participates in the natural nitrogen cycle of the biosphere. This ammonia is a natural working medium. In addition, ammonia does not have a carcinogenic effect.

Besonders vorteilhaft ist das Arbeitsmedium in einer Konzentration von 99% bis 100% Ammoniak gestaltet. Das Ammoniak weist im Arbeitsmedium bevorzugt eine Konzentration von 99,60% bis 99,95% und besonders bevorzugt von 99,80% bis 99,90% auf. Die genannte Prozentangabe der Konzentration beschreibt Massenprozent. Die Konzentration ist zugleich ein Maß für die Reinheit des Ammoniaks, sodass das Ammoniak in der erfindungsgemäßen Konzentration als reines Ammoniak, beziehungsweise Reinammoniak bezeichnet werden kann. Reines Ammoniak ist kostengünstig verfügbar, da es weltweit industriell in großem Maßstab und technisch ausgereift hergestellt wird. Mit dem hohen Reinheitsgrad des Ammoniaks werden die günstigen Eigenschaften des Ammoniaks im Kreisprozess besonders effizient ausgenutzt, da keine störenden Einflüsse von ansonsten zusätzlich vorhandenen Stoffen auftreten.Particularly advantageously, the working medium is designed in a concentration of 99% to 100% ammonia. The ammonia preferably has a concentration of from 99.60% to 99.95% and more preferably from 99.80% to 99.90% in the working medium. The stated percentage of the concentration describes mass percent. The concentration is also a measure of the purity of the ammonia, so that the ammonia can be referred to in the concentration of the invention as pure ammonia, or pure ammonia. Pure ammonia is available at low cost because it is produced industrially on a large scale and technically mature worldwide. With the high degree of purity of the ammonia, the favorable properties of the ammonia in the cyclic process are utilized particularly efficiently, since no interfering influences of otherwise additionally present substances occur.

Als Wärmequellen für den thermodynamischen Kreisprozess sind bevorzugt Niedertemperatur-Wärmequellen mit Temperaturen von 60°C bis 200°C, bevorzugt von 70°C bis 170°C und besonders bevorzugt von 85°C bis 140°C vorgesehen. Mit diesen Niedertemperatur-Wärmequellen werden besonders vorteilhaft Wärmquellen genutzt, die mit herkömmlichen Verfahren noch in ungenügender Größenordnung verwertet werden können.As heat sources for the thermodynamic cycle preferably low-temperature heat sources are provided with temperatures of 60 ° C to 200 ° C, preferably from 70 ° C to 170 ° C and more preferably from 85 ° C to 140 ° C. With these low-temperature heat sources heat sources are used particularly advantageous, which can be utilized with conventional methods still insufficient.

Eine derartige Wärmequelle ist bevorzugt mit einer Restwärmequelle gestaltet. Als Restwärme wird erfindungsgemäß bevorzugt bei Biogasanlagen die Motorabwärme von Gasmotoren und/oder Blockheizkraftwerken sowie zusätzlich Abgasabwärme genutzt. Ferner wird als Restwärme Abwärme in dem genannten Temperaturbereich aus Industrieprozessen bevorzugt verwertet. Darüber hinaus wird erfindungsgemäß Abwärme aus solarthermischen Anlagen genutzt, womit die gesamte Energieausbeute solcher Solaranlagen gesteigert wird. Alternativ wird als Niedertemperatur-Wärmequelle eine geothermische Quelle verwendet, womit die dortige Erdwärme energetisch gewandelt und verwertet wird.Such a heat source is preferably designed with a residual heat source. As residual heat, the engine waste heat from gas engines and / or combined heat and power plants and also waste gas waste heat is used according to the invention preferably in biogas plants. Furthermore, waste heat in the mentioned temperature range from industrial processes is preferably utilized as residual heat. In addition, according to the invention, waste heat from solar thermal systems is used, whereby the total energy yield of such solar systems is increased. Alternatively, a geothermal source is used as a low-temperature heat source, so that the local geothermal energy is transformed and recovered energetically.

Ferner ist eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens beansprucht, mit der die genannten Vorteile erzielt sind.Furthermore, an apparatus for carrying out the method according to the invention is claimed, with which the stated advantages are achieved.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the solution according to the invention will be explained in more detail below with reference to the attached schematic drawings. Show it:

1 ein vereinfachtes Prozessschema eines thermodynamischen Kreisprozesses eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens nebst zugehöriger Vorrichtung, 1 a simplified process diagram of a thermodynamic cycle of a first embodiment of a method according to the invention together with the associated device,

2 ein schematisches Druck(log)-Enthalpie-Diagramm des thermodynamischen Kreisprozesses des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 1, 2 a schematic pressure (log) -Enthalpie diagram of the thermodynamic cycle of the inventive method according to 1 .

3 ein vereinfachtes Prozessschema eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens nebst zugehöriger Vorrichtung und 3 a simplified process diagram of a second embodiment of a method according to the invention together with associated apparatus and

4 ein Energienutzungsschema zu den erfindungsgemäßen Verfahren gemäß 1 und 3. 4 an energy utilization scheme for the inventive method according to 1 and 3 ,

Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the embodiments

In den Fig. sind ein Verfahren 10 und eine Vorrichtung 12 zum Durchführen des Verfahrens 10 dargestellt. Aus einer Wärmequelle 14 wird in einem thermodynamischen Kreisprozess 16 zunächst thermische Energie in mechanische Energie gewandelt. Der thermodynamische Kreisprozess 16 wird in einem geschlossenen System einer Prozessanlage durchgeführt.In the figures are a method 10 and a device 12 for carrying out the method 10 shown. From a heat source 14 becomes in a thermodynamic cycle 16 first thermal energy converted into mechanical energy. The thermodynamic cycle 16 is performed in a closed system of a process plant.

Dieser thermodynamische Kreisprozess 16 ist ein modifizierter Organic-Rankine-Cycle Process (ORC Prozess). Dabei dient wasserfreies Ammoniak (NH3, R 717) in einer Konzentration von über 99,8% (Massenprozent) als Arbeitsmedium. Den fehlenden Anteil im Arbeitsmedium von bis zu 0,2% bildet vor allem Öl. Das wasserfreie Ammoniak wird in Form eines druckverflüssigten Gases bei einer Temperatur von 25°C unter einem niedrigeren Druck 18 als unteres Druckniveau in Höhe von 10 bar in einem Sammelbehälter 20 bereitgestellt.This thermodynamic cycle 16 is a modified Organic Rankine-Cycle Process (ORC process). Anhydrous ammonia (NH 3 , R 717) in a concentration of more than 99.8% (mass percent) serves as the working medium. The missing part in the working fluid of up to 0.2% is mainly oil. The anhydrous ammonia is in the form of a pressure-liquefied gas at a temperature of 25 ° C under a lower pressure 18 as a lower pressure level of 10 bar in a collecting container 20 provided.

Dieses flüssige Ammoniak wird von dem Sammelbehälter 20 durch eine Leitung 22 zu einer Druckerhöhungseinrichtung 24 zum Erhöhen des Druckes geführt. Mit der Druckerhöhungseinrichtung 24 wird der Druck des Ammoniaks in einem Schritt 26 des Erhöhens des Druckes im thermodynamischen Kreisprozess 16 von dem niedrigeren Druck 18 auf einen erhöhten Druck 28 als oberes Druckniveau von etwa 37 bar erhöht.This liquid ammonia is taken from the sump 20 through a pipe 22 to a pressure increasing device 24 led to increase the pressure. With the pressure booster 24 becomes the pressure of ammonia in one step 26 of increasing the pressure in the thermodynamic cycle 16 from the lower pressure 18 to an increased pressure 28 increased as the upper pressure level of about 37 bar.

Von der Druckerhöhungseinrichtung 24 wird das flüssige Ammoniak durch eine Leitung 30 zu einer Wärmeübertragungseinrichtung 32 zum Übertragen von thermischer Energie gepumpt.From the pressure booster 24 the liquid ammonia is passed through a pipe 30 to a heat transfer device 32 pumped to transfer thermal energy.

Die Wärmeübertragungseinrichtung 32 umfasst im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 einen ersten Wärmeübertrager 34, einen in Reihe geschalteten zweiten Wärmeübertrager 36 und einen dazwischen geschalteten Abscheider 38 mit einem oberen Raumbereich 40 und einen unteren Raumbereich 42. Die Leitung 30 führt in den oberen Raumbereich 40. Zusätzlich führt von dem ersten Wärmeübertrager 34 eine Leitung 44 in den oberen Raumbereich 40 des Abscheiders 38. Aus dem Abscheider 38 führt eine Leitung 45 aus dem unteren Raumbereich 42 in den ersten Wärmeübertrager 34. Aus dem oberen Raumbereich 40 führt eine Leitung 46 in den zweiten Wärmeübertrager 36.The heat transfer device 32 comprises in the first embodiment according to 1 a first heat exchanger 34 , a series-connected second heat exchanger 36 and an intervening separator 38 with an upper room area 40 and a lower room area 42 , The administration 30 leads into the upper room area 40 , In addition leads from the first heat exchanger 34 a line 44 in the upper room area 40 of the separator 38 , From the separator 38 leads a line 45 from the lower room area 42 in the first heat exchanger 34 , From the upper room area 40 leads a line 46 in the second heat exchanger 36 ,

Derart gestaltet wird das flüssige Ammoniak zunächst über die Leitung 30 in den oberen Raumbereich 40 des Abscheiders 38 gepumpt. Das flüssige Ammoniak trennt sich von gegebenenfalls vorhandenem gasförmigem Ammoniak ab und sinkt in den unteren Raumbereich 42. Von dort gelangt das flüssige Ammoniak über die Leitung 45 aus dem Abscheider 38 in den ersten Wärmeübertrager 34, der als Verdampfer dient. Dort wird das flüssige Ammoniak in einem Schritt 48 des Vorwärmens im thermodynamischen Kreisprozess 16 isobar erwärmt und in einem Schritt 50 des Verdampfens größtenteils verdampft. Im Schritt 50 wird der Hauptanteil der thermischen Energie beziehungsweise Wärmeenergie zugeführt. Dazu wird die Temperatur des Ammoniaks mittels eines ersten Übertragens von thermischer Energie auf etwa 75°C erhöht. Diese Temperatur von 75°C entspricht bei dem bestehenden erhöhten Druck 28 in Höhe von 37 bar der Verdampfungstemperatur von Ammoniak, sodass Ammoniak verdampft. Der dabei gebildete Ammoniakdampf ist ein Nassdampf. Dies bedeutet, dass noch kleine Tropfen und fein verteiltes flüssiges Ammoniak als Kondensatanteil im gasförmigen Ammoniak vorhanden sind. Der gebildete Nassdampf gelangt über die Leitung 44 in den oberen Raumbereich 40 des Abscheiders 38. Dabei sinken die Tropfen und das fein verteilte flüssige Ammoniak in den unteren Raumbereich 42 und sammeln sich dort als Flüssigkeit, während im oberen Raumbereich 40 nur gasförmiges Ammoniak verbleibt. Das flüssige Ammoniak gelangt über die Leitung 45 wieder zurück in den ersten Wärmeübertrager 34 zum erneuten Erwärmen.Thus, the liquid ammonia is first designed via the line 30 in the upper room area 40 of the separator 38 pumped. The liquid ammonia separates from any existing gaseous ammonia and sinks into the lower space 42 , From there, the liquid ammonia passes over the line 45 from the separator 38 in the first heat exchanger 34 which serves as an evaporator. There, the liquid ammonia is in one step 48 preheating in the thermodynamic cycle 16 isobar warmed up and in one step 50 evaporation largely evaporated. In step 50 the majority of the thermal energy or heat energy is supplied. For this purpose, the temperature of the ammonia is increased by means of a first transfer of thermal energy to about 75 ° C. This temperature of 75 ° C corresponds to the existing elevated pressure 28 at 37 bar, the evaporation temperature of ammonia, causing ammonia to evaporate. The ammonia vapor formed is a wet steam. This means that even small drops and finely divided liquid ammonia are present as condensate in the gaseous ammonia. The formed wet steam passes over the pipe 44 in the upper room area 40 of the separator 38 , The drops and the finely divided liquid ammonia sink into the lower room area 42 and accumulate there as liquid, while in the upper room area 40 only gaseous ammonia remains. The liquid ammonia passes over the line 45 back to the first heat exchanger 34 for reheating.

Mit dem Abscheider 38, den Leitungen 30 und 44 sowie der Leitung 45 sind Voraussetzungen für ein Thermo-Siphon-Prinzip geschaffen. Dieses Prinzip beruht darauf, dass sich beim Verdampfen im ersten Wärmeübertrager 34 die Dichte des dort befindlichen Ammoniaks aufgrund des gebildeten Nassdampfs verringert. Wegen der verringerten Dichte drängt der Nassdampf durch die Leitung 44 in den Abscheider 38. Ferner fließt immer genau so viel flüssiges Ammoniak aus dem unteren Raumbereich 42 des Abscheiders 38 durch die Leitung 45 in den Wärmeübertrager 34 nach, das gerade zum Verdampfen benötigt wird. Im Abscheider 38 ist ein nicht weiter dargestellter Niveauregler vorgesehen. Mit dem Niveauregler wird das Pumpen der Druckerhöhungseinrichtung 24 derart geregelt, dass nur so viel Ammoniak in Richtung Wärmeübertragungseinrichtung 32 gepumpt wird, das auch verdampft werden kann.With the separator 38 , the wires 30 and 44 as well as the line 45 are prerequisites for a thermo siphon principle created. This principle is based on the fact that during evaporation in the first heat exchanger 34 reduces the density of the ammonia located there due to the wet steam formed. Due to the reduced density, the wet steam is forced through the pipe 44 in the separator 38 , Furthermore, always just as much liquid ammonia flows out of the lower room area 42 of the separator 38 through the pipe 45 in the heat exchanger 34 which is just needed for evaporation. In the separator 38 is a non-illustrated level controller provided. With the level controller, the pumps of the Pressure increasing means 24 so regulated that only so much ammonia towards heat transfer device 32 pumped, which can also be evaporated.

Aus dem Abscheider 38 gelangt das gasförmige Ammoniak aus dem oberen Raumbereich 40 über die Leitung 46 in den zweiten Wärmeübertrager 36. Dieser zweite Wärmeübertrager 36 dient als Überhitzer. Dort wird das gasförmige Ammoniak in einem Schritt 52 des Überhitzens im thermodynamischen Kreisprozess 16 isobar mittels eines zweiten Übertragens von thermischer Energie überhitzt. Dabei wird die Temperatur des Ammoniakdampfes isobar auf etwa 125°C erhöht und überhitztes Ammoniakgas erzeugt.From the separator 38 The gaseous ammonia comes from the upper space area 40 over the line 46 in the second heat exchanger 36 , This second heat exchanger 36 serves as a superheater. There, the gaseous ammonia is in one step 52 overheating in the thermodynamic cycle 16 Isobar is overheated by a second transfer of thermal energy. The temperature of the ammonia vapor is increased isobarically to about 125 ° C and generated superheated ammonia gas.

Das überhitzte Ammoniakgas wird über eine Leitung 54 in eine Expansionseinrichtung 56, vorliegend in eine Expansionsmaschine bzw. in einen Expander geführt. Dort wird das überhitzte Ammoniakgas in einem Schritt 58 des Expandierens im thermodynamischen Kreisprozess 16 zumindest weitgehend kondensatfrei von dem erhöhten Druck 28 auf den niedrigeren Druck 18 expandiert, wodurch gleichzeitig die Temperatur des Ammoniaks sinkt. Dabei weist das in die Expansionseinrichtung 56 eintretende Ammoniak einen Druck von etwa 37 bar und eine Temperatur von etwa 125°C und das aus dem Mittel 56 austretende Ammoniak einen Druck von etwa 10 bar und eine Temperatur von etwa 30°C auf. Dies bedeutet, dass ein Teil der thermischen Energie des Ammoniaks während des Schrittes 58 frei wird. Diese frei werdende thermische Energie wird mit Hilfe der Expansionseinrichtung, die gleichzeitig als Antriebsaggregat für einen daran gekoppelten Generator 60 dient, in mechanische Arbeit zum Erzeugen von elektrischer Energie 61 genutzt. Der Generator 60 ist vorliegend ein Asynchrongenerator. Alternativ wird ein Synchrongenerator verwendet.The superheated ammonia gas is via a line 54 in an expansion device 56 , in this case guided in an expansion machine or in an expander. There, the superheated ammonia gas in one step 58 Expanding in the thermodynamic cycle 16 at least largely free of condensate from the increased pressure 28 to the lower pressure 18 expanded, which simultaneously reduces the temperature of the ammonia. This points in the expansion device 56 entering ammonia a pressure of about 37 bar and a temperature of about 125 ° C and that from the agent 56 exiting ammonia to a pressure of about 10 bar and a temperature of about 30 ° C. This means that part of the thermal energy of the ammonia during the step 58 becomes free. This released thermal energy is using the expansion device, at the same time as a drive unit for a coupled generator 60 serves in mechanical work for generating electrical energy 61 used. The generator 60 is present an asynchronous generator. Alternatively, a synchronous generator is used.

In den Ausführungsbeispielen ist eine zweite Expansionseinrichtung 62, gekoppelt mit einem zweiten Generator 64, vorgesehen. Diese zweite Expansionseinrichtung 62 ist mit einem entsprechenden Leitungssystem 66 parallel zur ersten Expansionseinrichtung 56 geschaltet. Derart geschaltet, erfolgt der Schritt 58 des Expandierens besonders vorteilhaft in zwei parallel ablaufenden Expansionsschritten. In einer weiteren, nicht dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind mindestens zwei Expansionseinrichtungen 56 vorgesehen. Damit ist die Leistung vorteilhaft erhöht und es kann besonders viel komprimierter Ammoniakdampf expandiert werden.In the embodiments, a second expansion device 62 coupled with a second generator 64 , intended. This second expansion device 62 is with a corresponding pipe system 66 parallel to the first expansion device 56 connected. Switched this way, the step takes place 58 Expanding particularly advantageous in two parallel expansion steps. In a further, not shown embodiment of the invention, at least two expansion devices 56 intended. Thus, the performance is advantageously increased and it can be expanded particularly much compressed ammonia vapor.

In Strömungsrichtung nach der Expansionseinrichtung 56 führt eine Leitung 68 als Dampfaustritts- oder Abdampfleitung aus der Expansionseinrichtung 56 heraus und in eine Energieentzugseinrichtung 70. Damit wird das aus der Expansionseinrichtung 56 austretende gasförmige Ammoniak in die Energieentzugseinrichtung 70 geleitet. Mittels der Energieentzugseinrichtung 70 wird dem expandierten Ammoniak in einem Schritt 72 des thermodynamischen Kreisprozesses 16 thermische Energie entzogen. Mit dem Entzug von thermischer Energie wird das Ammoniak isobar weiter abgekühlt und isobar kondensiert.In the flow direction after the expansion device 56 leads a line 68 as a steam outlet or exhaust steam line from the expansion device 56 out and into an energy extraction facility 70 , This will be the expansion device 56 exiting gaseous ammonia in the energy extraction device 70 directed. By means of the energy extraction device 70 is the expanded ammonia in one step 72 of the thermodynamic cycle 16 withdrawn thermal energy. With the removal of thermal energy, the ammonia isobar cooled further and isobaric condensed.

Die Energieentzugseinrichtung 70 ist vorliegend mit einem Luftkühler 73, insbesondere einem Evaporativkühlturm gestaltet. Durch den Luftkühler 73 wird das expandierte Ammoniak geführt, sodass sich die Luft im Kühler 73 erwärmt und das Ammoniak abkühlt. Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird mit dem Luftkühler 73 das Ammoniak zugleich kondensiert. Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 3 umfasst die Energieentzugseinrichtung 70 zusätzlich zum Luftkühler 73 einen Flüssigkeitskühler 74 zum weiteren Kondensieren des mit dem Luftkühler 73 abgekühlten und/oder teilweise kondensierten Ammoniaks.The energy extraction device 70 is present with an air cooler 73 , in particular a Evaporativkühlturm designed. Through the air cooler 73 The expanded ammonia is passed, so that the air in the cooler 73 heated and the ammonia cools. In the first embodiment according to 1 is with the air cooler 73 the ammonia condenses at the same time. In the second embodiment according to 3 includes the energy extraction device 70 in addition to the air cooler 73 a liquid cooler 74 for further condensing with the air cooler 73 cooled and / or partially condensed ammonia.

In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform sind mindestens zwei Energieentzugseinrichtungen 70 in paralleler Schaltanordnung vorgesehen.In an alternative, not shown embodiment are at least two energy extraction devices 70 provided in parallel switching arrangement.

Mit dem Schritt 72 des Entzugs von thermischer Energie, der mit dem Kondensieren des Arbeitsmediums endet, ist der thermodynamische Kreisprozess 16 geschlossen, sodass wieder mit dem Schritt 26 des Druckerhöhens von Ammoniak begonnen werden kann. Dazu wird das kondensierte Ammoniak über eine aus der Energieentzugseinrichtung 70 herausführende Leitung 75 in den Sammelbehälter 20 geleitet. Daraus wird das Ammoniak erneut, insbesondere kontinuierlich in sich wiederholenden Schritten 26, 48, 50, 52, 58, und 72 durch den thermodynamischen Kreisprozess 16 gepumpt.With the step 72 The removal of thermal energy, which ends with the condensation of the working medium, is the thermodynamic cycle 16 closed, so again with the step 26 of increasing the pressure of ammonia can be started. For this purpose, the condensed ammonia via a from the energy extraction device 70 leading out lead 75 in the collection container 20 directed. From this, the ammonia again, in particular continuously in repetitive steps 26 . 48 . 50 . 52 . 58 , and 72 through the thermodynamic cycle 16 pumped.

Für eine Schmierölaufbereitung an der Expansionsmaschine 56 und 62 ist ein separater Ölabscheidekreislauf 76 vorgesehen. Dieser Ölabscheidekreislauf 76 umfasst einen Ölabscheider 78, der in der Leitung 68 nach der Expansionseinrichtung 56 und 62 angebracht ist. Der Ölabscheider 78 dient zum physikalischen Abscheiden des Ammoniaks von einem vorhandenen Öl, insbesondere Schmieröl, das zusammen mit dem Ammoniak aus der Expansionseinrichtung 56 und 62 austritt. Für ein gegebenenfalls nötiges thermisches Trennen von Ammoniak und Öl ist zusätzlich ein beheizter Behälter 80 vorgesehen, der über einen Heizkreislauf 81 beheizt und in dem das Ammoniak aus dem Öl ausgedampft wird. Über eine aus dem Behälter 80 in die Leitung 68 führende Dampfleitung 82 wird der dabei gebildete Ammoniakdampf wieder in den thermodynamischen Kreisprozess 16 geführt. Demgegenüber wird das abgeschiedene Öl über eine Ölleitung 84 mittels einer Ölpumpe 86 zum Schmieren zurück in die Expansionseinrichtung 56 und 62 gepumpt.For a lubrication oil treatment on the expansion machine 56 and 62 is a separate oil separation circuit 76 intended. This oil separation circuit 76 includes an oil separator 78 who is in the lead 68 after the expansion device 56 and 62 is appropriate. The oil separator 78 is used for physically separating the ammonia from an existing oil, in particular lubricating oil, which together with the ammonia from the expansion device 56 and 62 exit. For a possibly necessary thermal separation of ammonia and oil is also a heated container 80 provided, via a heating circuit 81 heated and in which the ammonia is evaporated from the oil. About one from the container 80 in the management 68 leading steam line 82 The ammonia vapor formed is returned to the thermodynamic cycle 16 guided. In contrast, the separated oil via an oil line 84 by means of an oil pump 86 for lubrication back into the expansion device 56 and 62 pumped.

Die Expansionseinrichtung 56 und 62 ist vorliegend mit einem Flügelzellenexpander gebildet. Der Flügelzellenexpander ist eine Drehschiebermaschine, die Öl zum Schmieren und Abdichten von weiter nicht dargestellten technischen Bauteilen, wie beispielsweise Schieber, benötigt. Beim Expandieren gelangt dabei das Öl in das Ammoniak und wird vorteilhaft mittels des beschriebenen Ölabscheidekreislaufs 76 aus dem Ammoniak wieder entfernt.The expansion device 56 and 62 is in the present case formed with a vane cell expander. The vane cell expander is a rotary vane machine that requires oil for lubricating and sealing technical components, not shown, such as slides. During expansion, the oil passes into the ammonia and is advantageously by means of the described Ölabscheidekreislaufs 76 removed from the ammonia again.

In dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst die Druckerhöhungseinrichtung 24 eine Dampfpumpe 88, eine Dampfleitung 89, eine Leitung 90, einen Speicherbehälter 92, eine Leitung 94 und eine Speisepumpe 96. Dabei wird die Dampfpumpe 88, insbesondere unter Ausnutzen von Wärme aus der Prozessanlage des thermodynamischen Kreisprozesses 16, als Thermopumpe thermisch angetrieben, während die Speisepumpe 96 elektrisch angetrieben wird. Zum Erhöhen des Ammoniakdrucks im Schritt 26 wird zunächst über die Leitung 22 flüssiges Ammoniak, das unter dem niedrigeren Druck 18 steht und eine Temperatur von etwa 25°C aufweist, in die Dampfpumpe 88 geführt. Dort wird der Druck des Ammoniaks mittels Ammoniakdampf aus der Dampfleitung 89 thermisch auf ein Druckniveau von etwa 32,5 bar unter gleichzeitigem Temperaturanstieg auf 30°C erhöht. Anschließend wird das Ammoniak über die Leitung 90 in den Speicherbehälter 92 ausgestoßen. Aus dem Speicherbehälter 92 wird das Ammoniak über die Leitung 94 mittels der dort angebrachten Speisepumpe 96 unter weiterer Druckerhöhung auf den erhöhten Druck 28 fein dosiert in den thermodynamischen Kreisprozess 16 eingespeist. Es wird mittels eines nicht weiter dargestellten Regelsystems, insbesondere mittels des genannten Niveaureglers des Abscheiders 38, von der Speisepumpe 96 immer genau die notwendige Menge an flüssigem Ammoniak eingespeist. Die notwendige Menge ist die Menge an flüssigem Ammoniak, die im Schritt 50 von der Wärmeübertragungseinrichtung 32 auch verdampft werden kann. Das Verdampfen ist abhängig von der Menge der umzuwandelnden thermischen Energie aus der Wärmequelle 14.In the first embodiment according to 1 includes the pressure booster 24 a steam pump 88 , a steam pipe 89 , a lead 90 , a storage tank 92 , a lead 94 and a feed pump 96 , At the same time the steam pump becomes 88 , in particular taking advantage of heat from the process plant of the thermodynamic cycle 16 , thermally driven as a thermal pump, while the feed pump 96 is electrically driven. To increase the ammonia pressure in the step 26 is first over the line 22 liquid ammonia, which is under the lower pressure 18 is and has a temperature of about 25 ° C, in the vapor pump 88 guided. There, the pressure of the ammonia by means of ammonia vapor from the steam line 89 thermally increased to a pressure level of about 32.5 bar with simultaneous increase in temperature to 30 ° C. Subsequently, the ammonia is transferred via the line 90 in the storage tank 92 pushed out. From the storage tank 92 is the ammonia over the line 94 by means of the feed pump attached there 96 with further pressure increase to the increased pressure 28 finely dosed into the thermodynamic cycle 16 fed. It is by means of a control system, not shown, in particular by means of said level controller of the separator 38 , from the feed pump 96 always fed exactly the necessary amount of liquid ammonia. The necessary amount is the amount of liquid ammonia in the step 50 from the heat transfer device 32 can also be evaporated. The evaporation depends on the amount of thermal energy to be converted from the heat source 14 ,

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 zum Nutzen der Restwärme einer nicht im Detail dargestellten Biogasanlage 98. Die hier dargestellte Vorrichtung 12 umfasst außer einer Vorrichtung 100 zum Durchführen des bereits detailliert beschriebenen thermodynamischen Kreisprozesses 16 eine Trocknungsvorrichtung 102 und eine Verbrennungsvorrichtung 104. 3 shows an embodiment of a device according to the invention 12 to the benefit of the residual heat of a biogas plant not shown in detail 98 , The device shown here 12 includes except one device 100 to carry out the already described in detail thermodynamic cycle 16 a drying device 102 and a combustion device 104 ,

Die Trocknungsvorrichtung 102 dient zum Durchführen eines Trocknungsprozesses 106 zum Trocknen eines Stoffes 108. Als Stoff 108 sind vorliegend eingedickte Gärreste aus einem Biogasprozess der Biogasanlage 98 mit etwa 20% Trokkensubstanz und 80% Wasser vorgesehen. Die Gärreste liegen auf einem luftdurchlässigen Gitter 110 bzw. Rost in der Trocknungsvorrichtung 102. In die Trocknungsvorrichtung 102 wird durch eine Leitung 112 erwärmte Luft von unten durch das Gitter 110 und damit durch die darauf liegenden Gärreste geführt. Die Gärreste werden dabei getrocknet, wodurch der Anteil an Trockensubstanz auf etwa 85% gesteigert wird.The drying device 102 serves to carry out a drying process 106 to dry a fabric 108 , As a substance 108 are presently thickened fermentation residues from a biogas process of the biogas plant 98 provided with about 20% dry matter and 80% water. The fermentation residues lie on an air-permeable grid 110 or rust in the drying device 102 , In the drying device 102 is through a line 112 heated air from below through the grid 110 and thus passed through the fermentation residues lying on it. The fermentation residues are dried, whereby the proportion of dry matter is increased to about 85%.

Außer diesem beschriebenen Rosttrocknungsverfahren werden in weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens Bandtrocknungsverfahren und/oder Trommeltrocknungsverfahren durchgeführt.In addition to this described rust-drying method, belt-drying methods and / or drum-drying methods are carried out in further, not-shown embodiments of the method according to the invention.

Die in der Leitung 112 geführte erwärmte Luft ist durch den Luftkühler 73 geleitete Luft, auf die mittels der Energieentzugseinrichtung 70 die thermische Energie des expandierten Ammoniaks zumindest weitgehend übertragen wurde. Die dem Ammoniak damit entzogene thermische Energie 113 ist die Abwärme des thermodynamischen Kreisprozesses 16, die vorteilhaft zum Erwärmen der Gärreste genutzt wird.The in the line 112 guided heated air is through the air cooler 73 directed air to which by means of the energy extraction device 70 the thermal energy of the expanded ammonia was at least largely transferred. The ammonia thus extracted thermal energy 113 is the waste heat of the thermodynamic cycle 16 , which is used advantageously for heating the digestate.

Mit der Verbrennungsvorrichtung 104 wird ein Verbrennungsprozess 114 zum Gewinnen von elektrischer Energie 115 durchgeführt. Die Verbrennungsvorrichtung 104 ist dazu vorliegend mit zwei baugleichen Blockheizkraftwerken 116 mit je einem Verbrennungsmotor 118 und einem daran gekoppelten Generator 119 gebildet. Im Verbrennungsprozess 114 wird Biogas als Brennstoff verbrannt. Im Biogas, insbesondere im Methangas, ist Energie in Form von chemischer Energie 120 gespeichert, die beim Verbrennen frei gesetzt wird. Das Biogas wird dazu aus der Biogasanlage 98 über die Biogasleitung 121 zum Verbrennungsmotor 118 geführt. Beim Verbrennen entsteht Verbrennungsabwärme, die die beim Verbrennen gebildeten Abgase und den Verbrennungsmotor 118 erwärmt, sodass eine Motorabwärme 122 und eine Abgasabwärme 124 frei werden.With the combustion device 104 becomes a combustion process 114 for obtaining electrical energy 115 carried out. The combustion device 104 is to present with two identical cogeneration units 116 each with a combustion engine 118 and a generator coupled thereto 119 educated. In the combustion process 114 Biogas is burnt as fuel. In biogas, especially in methane gas, energy is in the form of chemical energy 120 stored, which is set free when burning. The biogas will be from the biogas plant 98 via the biogas pipeline 121 to the internal combustion engine 118 guided. Combustion produces waste heat, which are the gases produced during combustion and the internal combustion engine 118 heated, so that a motor heat 122 and an exhaust heat 124 get free.

Die frei werdende Motorabwärme 122 wird mit einem Motorkühler 126 sowie mit einem Ölkühler 128 vom Verbrennungsmotor 118 abgeführt. Sowohl der Motorkühler 126 als auch der Ölkühler 128 sind als Wärmeübertrager gestaltet, in denen die Motorabwärme 122 zumindest teilweise auf ein Fluid in einem Motorkühlkreislauf 130 übertragen wird. Über das Fluid des Motorkühlkreislaufs 130 wird die aus der Motorabwärme 122 übertragene thermische Energie mittels der Wärmeübertragungseinrichtung 32 zumindest teilweise auf das Ammoniak im thermodynamischen Kreisprozess 16 in der Vorrichtung 100 überführt. The released engine waste heat 122 comes with a radiator 126 as well as with an oil cooler 128 from the combustion engine 118 dissipated. Both the engine cooler 126 as well as the oil cooler 128 are designed as heat exchangers in which the engine waste heat 122 at least partially to a fluid in an engine cooling circuit 130 is transmitted. About the fluid of the engine cooling circuit 130 gets out of the engine waste heat 122 transmitted thermal energy by means of the heat transfer device 32 at least partially to the ammonia in the thermodynamic cycle 16 in the device 100 transferred.

Die frei werdende Abgasabwärme 124 wird mit den Abgasen durch eine Abgasleitung 131 geführt, in der ein Abgaswärmeübertrager 134 vorgesehen ist. Mittels des Abgaswärmeübertragers 134 wird in einem Prozess 135 zum Übertragen von Abgaswärme ein erster Teil 132 der Abgasabwärme auf ein Fluid in einem Abgaswärmeübertragerkreislauf 136 überführt. Der Kreislauf 136 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 3 mit dem Kreislauf 130 über ein gemeinsames Leitungssystem und ein gemeinsames Fluid gekoppelt. Derart gekoppelt wird der erste Teil 132 der Abgasabwärme zusammen mit der Motorabwärme 122 mittels der Wärmeübertragungseinrichtung 32 auf das Ammoniak im thermodynamischen Kreisprozess 16 übertragen.The released exhaust heat 124 is with the exhaust gases through an exhaust pipe 131 led, in which an exhaust gas heat exchanger 134 is provided. By means of the exhaust gas heat exchanger 134 is in a process 135 for transmitting exhaust heat, a first part 132 the waste heat to a fluid in a Abgaswärmeübertragerkreislauf 136 transferred. The circulation 136 is in the embodiment according to 3 with the circulation 130 coupled via a common conduit system and a common fluid. The first part is coupled in this way 132 the waste heat with the engine waste heat 122 by means of the heat transfer device 32 on the ammonia in the thermodynamic cycle 16 transfer.

Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die beiden Kreisläufe 130 und 136 zwei getrennte Kreisläufe. Der Motorkühlkreislauf 130 überträgt dabei die thermische Energie der Motorabwärme 122 als Wärmequelle 14 im ersten Wärmeübertrager 34 zumindest teilweise auf das Ammoniak. Das Ammoniak wird dabei verdampft. Der Abgaswärmeübertragerkreislauf 136 überträgt die thermische Energie des ersten Teils 132 der Abgaswärme im zweiten Wärmeübertrager 36 zumindest teilweise auf den Ammoniakdampf, der dadurch überhitzt wird. Der erste Teil 132 der Abgaswärme bildet also eine zweite Wärmequelle 138 für den thermodynamischen Kreisprozess 16.In the first embodiment according to 1 are the two circuits 130 and 136 two separate circuits. The engine cooling circuit 130 transfers the thermal energy of the engine waste heat 122 as a heat source 14 in the first heat exchanger 34 at least partially on the ammonia. The ammonia is evaporated. The exhaust gas heat exchanger circuit 136 transfers the thermal energy of the first part 132 the exhaust heat in the second heat exchanger 36 at least partially to the ammonia vapor which is thereby overheated. The first part 132 the exhaust heat thus forms a second heat source 138 for the thermodynamic cycle 16 ,

Die Temperatur des Fluides des Motorkühlkreislaufs 130 beträgt vorliegend etwa 85°C bis 95°C als Vorlauf beim Hineinströmen in den ersten Wärmeübertrager 34 als Verdampfer. Ferner liegt die Temperatur des Fluides des Abgaswärmeübertragerkreislaufs 136 bei etwa 140°C bis 150°C als Vorlauf beim Hineinströmen in den zweiten Wärmeübertrager 36, dem sogenannten Überhitzer.The temperature of the fluid of the engine cooling circuit 130 in the present case is about 85 ° C to 95 ° C as a forward flow when flowing into the first heat exchanger 34 as an evaporator. Further, the temperature of the fluid of the Abgaswärmeübertragerkreislaufs 136 at about 140 ° C to 150 ° C as a flow in the inflow into the second heat exchanger 36 , the so-called superheater.

Der Abgaswärmeübertragerkreislauf 136 ist ferner mit dem Heizkreislauf 81 wärmeübertragend gekoppelt, sodass die thermische Energie der Abgaswärme zusätzlich zum Ausdampfen von Ammoniak aus einem Ammoniak-Öl-Gemisch im Ölabscheidekreislauf 76 genutzt wird. Zudem ist der Heizkreislauf 81 in einer weiteren, nicht dargestellten Variante in Strömungsrichtung nach dem beheizten Behälter 80 mit dem ersten Wärmeübertrager 34 bzw. Verdampfer wärmeübertragend gekoppelt. Derart gekoppelt wird die nach dem Heizen verbleibende thermische Energie im Heizkreislauf 81 zumindest teilweise zusätzlich zum Verdampfen des Ammoniaks genutzt und besonders gut verwertet.The exhaust gas heat exchanger circuit 136 is also with the heating circuit 81 coupled heat-transmitting, so that the thermal energy of the exhaust heat in addition to the evaporation of ammonia from an ammonia-oil mixture in the oil separation 76 is being used. In addition, the heating circuit 81 in a further, not shown variant in the flow direction after the heated container 80 with the first heat exchanger 34 or evaporator heat-transmitting coupled. In this way, the thermal energy remaining in the heating circuit after heating is coupled 81 used at least partially in addition to the evaporation of ammonia and recycled particularly well.

Beim Durchleiten durch den Abgaswärmeübertrager 134 werden die Abgase auf eine Temperatur oberhalb des Taupunktes der Abgase abgekühlt, sodass im Abgaswärmeübertrager 134 kein Abgaskondensat anfällt. Zudem besitzen die Abgase immer noch eine relativ hohe thermische Energie, die die Kondensationsenergie bzw. latente Wärme der Abgase und des Wassers in den Abgasen umfasst. Deswegen werden die Abgase durch die Abgasleitung 131 in die Trocknungsvorrichtung 102 geführt. Dort wird die relativ hohe thermische Energie als ein zweiter Teil 140 der Abgasabwärme zum Trocknen des Stoffes 108 verwendet. Die Abgase werden weit unter deren Taupunkt abgekühlt, sodass die latente Wärme im Abgas als zweiter Teil 140 genutzt wird. Der zweite Teil 140 der Abgasabwärme dient im Trocknungsprozess 106 als weitere Wärmequelle, zusätzlich zur entzogenen thermischen Energie 113 bzw. Abwärme des thermodynamischen Kreisprozesses 16.When passing through the exhaust gas heat exchanger 134 the exhaust gases are cooled to a temperature above the dew point of the exhaust gases, so that in the exhaust gas heat exchanger 134 no exhaust gas condensate is produced. In addition, the exhaust gases still have a relatively high thermal energy, which includes the condensation energy or latent heat of the exhaust gases and the water in the exhaust gases. Therefore, the exhaust gases through the exhaust pipe 131 in the drying device 102 guided. There is the relatively high thermal energy as a second part 140 the waste heat to dry the fabric 108 used. The exhaust gases are cooled far below their dew point, so that the latent heat in the exhaust gas as the second part 140 is being used. The second part 140 the exhaust heat is used in the drying process 106 as a further source of heat, in addition to the extracted thermal energy 113 or waste heat of the thermodynamic cycle 16 ,

Vorliegend wird die Abwärme 113 als erwärmte Luft aus dem Luftkühler 73 durch die Leitung 112 in Richtung Trocknungsvorrichtung 102 geleitet. Mittels eines Mischers 142, der in der Leitung 112 angeordnet ist, werden die Abgase aus der Abgasleitung 131 in die Leitung 112 geführt und dort mit der erwärmten Luft vermischt.In the present case, the waste heat 113 as heated air from the air cooler 73 through the pipe 112 in the direction of the drying device 102 directed. By means of a mixer 142 who is in the lead 112 is arranged, the exhaust gases from the exhaust pipe 131 into the pipe 112 guided and mixed there with the heated air.

In einer bevorzugten, nicht dargestellten Variante werden die Abgase nicht direkt durch den Stoff 108 geführt, sondern die thermische Energie der Abgase wird mittels eines Abgas-Luft-Wärmetauschers auf Luft übertragen. Besonders vorteilhaft wird dabei Luft ohne gegebenenfalls unerwünschte Abgasverunreinigungen durch den Stoff 108 geleitet.In a preferred variant, not shown, the exhaust gases are not directly through the substance 108 guided, but the thermal energy of the exhaust gases is transmitted by means of an exhaust gas-air heat exchanger to air. In this case, air without any undesired exhaust gas impurities by the substance is particularly advantageous 108 directed.

In einer nicht dargestellten, weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird als Brennstoff Diesel und/oder Benzin verwendet.In a further embodiment of the invention, not shown, is used as fuel diesel and / or gasoline.

4 zeigt ein zusammenfassendes Energienutzungsschema der erfindungsgemäßen Verfahren 10. Dabei wird die im Brennstoff gespeicherte chemische Energie 120 im Verbrennungsprozess 114 teilweise in elektrische Energie 115 gewandelt. Dabei werden Motorabwärme 122 und Abgasabwärme 124 frei. Die thermische Energie der Motorabwärme 122 wird größtenteils auf das Arbeitsmedium im thermodynamischen Kreisprozess 16 übertragen. Aus der thermischen Energie der Abgasabwärme 124 wird mittels des Prozesses 135 zum Übertragen von Abgaswärme der erste Teil 132 der Abgaswärme ebenfalls größtenteils auf das Arbeitsmedium im Kreisprozess 16 übertragen. Mit dem Kreisprozess 16 wird die derart übertragene thermische Energie teilweise in elektrische Energie 61 umgewandelt, sodass aus der Motorabwärme 122 und dem ersten Teil der Abgasabwärme 124 zusätzliche elektrische Energie 61 gewonnen wird. Ferner wird die Abwärme des Kreisprozesses 16 mit der erfindungsgemäß entzogenen thermischen Energie 113 im Trocknungsprozess 106 genutzt. Als weitere Wärmequelle für den Trocknungsprozess 106 dient die thermische Energie des zweiten Teils 140 der Abgasabwärme, die nach dem Prozess 135 in den Abgasen erhalten bleibt. 4 shows a summary energy usage scheme of the inventive methods 10 , This is the stored chemical energy in the fuel 120 in the combustion process 114 partly in electrical energy 115 changed. This will cause engine waste heat 122 and waste heat 124 free. The thermal energy of the engine waste heat 122 is mostly on the working medium in the thermodynamic cycle 16 transfer. From the thermal energy of the waste heat 124 becomes by means of the process 135 for transferring exhaust heat, the first part 132 the exhaust heat also mostly on the working fluid in the cycle 16 transfer. With the cycle process 16 the thermal energy thus transferred is partly converted into electrical energy 61 transformed, so out of the engine waste heat 122 and the first part of the waste heat 124 additional electrical energy 61 is won. Furthermore, the waste heat of the cycle process 16 with the inventively extracted thermal energy 113 in the drying process 106 used. As a further source of heat for the drying process 106 serves the thermal energy of the second part 140 the waste heat after the process 135 retained in the exhaust gases.

Insgesamt ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 10 und der dazugehörigen Vorrichtung 12 eine Anlage geschaffen, in der nahezu alle Arten von in relevanter Höhe auftretender Abwärme besonders energieeffizient genutzt werden.Overall, with the inventive method 10 and the associated device 12 created a facility in which almost all types of waste heat at relevant levels are used in a particularly energy-efficient manner.

Folgende Tabelle fasst Kenndaten des thermodynamischen Kreisprozesses 16 zusammen, der in 2 graphisch dargestellt ist: Position Temperatur T [°C] Druck p [bar] Dichte δ [kg/m3] Enthalpie h [kJ/kgK] Entropie s [kJ/kg] Massenanteil Gas x [kg/kg] 1 25 10.0 602.8 616 2.41 0.0 2 25 37.1 602.8 616 2.41 0.0 3 75 37.1 516.2 863 3.15 0.0 4 75 37.1 29.4 1786 5.80 1.0 5 125 37.1 22.1 1970 6.30 1.0 6 25 10.0 7.8 1778 6.30 1.0 The following table summarizes characteristics of the thermodynamic cycle 16 together, in 2 is shown graphically: position Temperature T [° C] Pressure p [bar] Density δ [kg / m 3 ] Enthalpy h [kJ / kgK] Entropy s [kJ / kg] Mass fraction of gas x [kg / kg] 1 25 10.0 602.8 616 2:41 0.0 2 25 37.1 602.8 616 2:41 0.0 3 75 37.1 516.2 863 3.15 0.0 4 75 37.1 29.4 1786 5.80 1.0 5 125 37.1 22.1 1970 30.6 1.0 6 25 10.0 7.8 1778 30.6 1.0

In 2 ist an der Ordinatenachse der Logarithmus des Druckes p und an der Abszissenachse die Enthalpie h angetragen.In 2 on the ordinate axis the logarithm of the pressure p and on the abscissa axis the enthalpy h is plotted.

Abschließend sei angemerkt, dass sämtlichen Merkmalen, die in den Anmeldungsunterlagen und insbesondere in den abhängigen Ansprüchen genannt sind, trotz dem vorgenommenen formalen Rückbezug auf einen oder mehrere bestimmte Ansprüche, auch einzeln oder in beliebiger Kombination eigenständiger Schutz zukommen soll.Finally, it should be noted that all the features that are mentioned in the application documents and in particular in the dependent claims, in spite of the formal reference back to one or more specific claims, even individually or in any combination should receive independent protection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Verfahrenmethod
1212
Vorrichtungcontraption
1414
Wärmequelleheat source
1616
thermodynamischer Kreisprozessthermodynamic cycle
1818
niedrigerer Drucklower pressure
2020
SammelbehälterClippings
2222
Leitungmanagement
2424
DruckerhöhungseinrichtungPressure increasing means
2626
Schritt des DruckerhöhensStep of pressurizing
2828
erhöhter Druckincreased pressure
3030
Leitungmanagement
3232
WärmeübertragungseinrichtungHeat transfer device
3434
erster Wärmeübertragerfirst heat exchanger
3636
zweiter Wärmeübertragersecond heat exchanger
3838
Abscheiderseparators
4040
oberer RaumbereichUpper room area
4242
unterer Raumbereichlower room area
44 44
Leitungmanagement
4545
Leitungmanagement
4646
Leitungmanagement
4848
Schritt des VorwärmensStep of preheating
5050
Schritt des VerdampfensStep of evaporation
5252
Schritt des ÜberhitzensOverheating step
5454
Leitungmanagement
5656
Expansionseinrichtungexpander
5858
Schritt des ExpandierensStep of expanding
6060
Generatorgenerator
6161
elektrische Energieelectrical power
6262
Expansionseinrichtungexpander
6464
Generatorgenerator
6666
Leitungssystemline system
6868
Leitungmanagement
7070
EnergieentzugseinrichtungEnergy extraction facility
7272
Schritt des Entzugs von thermischer EnergieStep of withdrawal of thermal energy
7373
Luftkühlerair cooler
7474
FlüssigkeitskühlerChillers
7575
Leitungmanagement
7676
ÖlabscheidekreislaufÖlabscheidekreislauf
7878
Ölabscheideroil separator
8080
beheizter Behälterheated container
8181
Heizkreislaufheating circuit
8282
Dampfleitungsteam line
8484
Ölleitungoil line
8686
Ölpumpeoil pump
8888
Dampfpumpesteam pump
8989
Dampfleitungsteam line
9090
Leitungmanagement
9292
Speicherbehälterstorage container
9494
Leitungmanagement
9696
Speisepumpefeed pump
9898
Biogasanlagebiogas plant
100100
Vorrichtung zum Durchführen des thermodynamischen KreisprozessesDevice for carrying out the thermodynamic cycle
102102
Trocknungsvorrichtungdrying device
104104
Verbrennungsvorrichtungincinerator
106106
Trocknungsprozessdrying process
108108
Stoffmaterial
110110
Gittergrid
112112
Leitungmanagement
113113
entzogene thermische Energieextracted thermal energy
114114
Verbrennungsprozesscombustion process
115115
elektrische Energieelectrical power
116116
BlockheizkraftwerkCHP
118118
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
119119
Generatorgenerator
120120
chemische Energie des Brennstoffschemical energy of the fuel
121121
Biogasleitungbiogas line
122122
Motorabwärmeengine heat
124124
Abgasabwärmeexhaust heat
126126
Motorkühlerradiator
128128
Ölkühleroil cooler
130130
MotorkühlkreislaufEngine cooling circuit
131131
Abgasleitungexhaust pipe
132132
erster Teil der Abgasabwärmefirst part of the waste heat
134134
AbgaswärmeübertragerExhaust gas heat exchanger
135135
Prozess zum Übertragen von AbgaswärmeProcess for transferring exhaust heat
136136
AbgaswärmeübertragerkreislaufAbgaswärmeübertragerkreislauf
138138
zweite Wärmequellesecond heat source
140140
zweiter Teil der Abgasabwärmesecond part of the waste heat
142142
Mischermixer

Claims (10)

Verfahren (10) zum Betreiben eines thermodynamischen Kreisprozesses (16), bei dem ein Arbeitsmedium zumindest einen Schritt (72) des Entzugs von thermischer Energie aus dem Arbeitsmedium durchläuft, und bei dem ferner ein Trocknungsprozess (106) zum Trocknen eines Stoffes (108) vorgesehen ist, wobei der Trocknungsprozess (106) mit dem thermodynamischen Kreisprozess (16) derart gekoppelt ist, dass die entzogene thermische Energie (113) aus dem thermodynamischen Kreisprozess (16) zum Trocknen des Stoffes (108) im Trocknungsprozess (106) genutzt wird.Procedure ( 10 ) for operating a thermodynamic cycle ( 16 ), in which a working medium at least one step ( 72 ) of the withdrawal of thermal energy from the working medium, and in which a further drying process ( 106 ) for drying a substance ( 108 ), whereby the drying process ( 106 ) with the thermodynamic cycle ( 16 ) is coupled in such a way that the extracted thermal energy ( 113 ) from the thermodynamic cycle ( 16 ) for drying the substance ( 108 ) in the drying process ( 106 ) is being used. Verfahren (10) nach Anspruch 1, bei dem zusätzlich zur entzogenen thermischen Energie (113) des thermodynamischen Kreisprozesses (16) eine thermische Energie einer weiteren Wärmequelle zum Trocknen des Stoffes (108) im Trocknungsprozess (106) genutzt wird.Procedure ( 10 ) according to claim 1, wherein in addition to the extracted thermal energy ( 113 ) of the thermodynamic cycle ( 16 ) a thermal energy of another heat source for drying the substance ( 108 ) in the drying process ( 106 ) is being used. Verfahren (10) nach Anspruch 2, bei dem die weitere Wärmequelle mit Abwärme aus einem Verbrennungsprozess (114) von Brennstoff (120) gebildet wird.Procedure ( 10 ) according to claim 2, wherein the further heat source is waste heat from a combustion process ( 114 ) of fuel ( 120 ) is formed. Verfahren (10) nach Anspruch 3, bei dem die Abwärme aus dem Verbrennungsprozess (114) von Brennstoff Motorabwärme (122) und Abgasabwärme (124) eines Verbrennungsmotors (118) umfasst.Procedure ( 10 ) according to claim 3, wherein the waste heat from the combustion process ( 114 ) of fuel engine waste heat ( 122 ) and waste heat ( 124 ) of an internal combustion engine ( 118 ). Verfahren (10) nach Anspruch 4, bei dem die Motorabwärme (122) im thermodynamischen Kreisprozess (16) für einen Schritt (48, 50, 52) des Übertragens von thermischer Energie auf unter erhöhtem Druck stehendes Arbeitsmedium genutzt wird.Procedure ( 10 ) according to claim 4, wherein the engine waste heat ( 122 ) in the thermodynamic cycle ( 16 ) for one step ( 48 . 50 . 52 ) of transferring thermal energy to working medium under increased pressure. Verfahren (10) nach Anspruch 5, bei dem die Motorabwärme (122) im thermodynamischen Kreisprozess (16) beim Übertragen von thermischer Energie zum Verdampfen (50) des Arbeitsmediums genutzt wird.Procedure ( 10 ) according to claim 5, wherein the engine waste heat ( 122 ) in the thermodynamic cycle ( 16 ) when transferring thermal energy to vaporize ( 50 ) of the working medium is used. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem ein erster Teil (132) der Abgasabwärme im thermodynamischen Kreisprozess (16) für einen Schritt (48, 50, 52) des Übertragens von thermischer Energie auf unter erhöhtem Druck stehendes Arbeitsmedium genutzt wird und ein zweiter Teil (140) der Abgasabwärme im Trocknungsprozess (106) zum Trocknen des Stoffes (108) genutzt wird.Procedure ( 10 ) according to one of claims 4 to 6, in which a first part ( 132 ) of the waste heat in the thermodynamic cycle ( 16 ) for one step ( 48 . 50 . 52 ) of transferring thermal energy to working medium under increased pressure and a second part ( 140 ) of the waste heat in the drying process ( 106 ) for drying the substance ( 108 ) is being used. Verfahren (10) nach Anspruch 7, bei dem die Abgasabwärme (124) im thermodynamischen Kreisprozess (16) beim Übertragen von thermischer Energie zum Überhitzen (52) des Arbeitsmediums genutzt wird.Procedure ( 10 ) according to claim 7, in which the exhaust gas waste heat ( 124 ) in the thermodynamic cycle ( 16 ) when transferring thermal energy for overheating ( 52 ) of the working medium is used. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem im Verbrennungsprozess als Brennstoff Biogas verbrannt wird.Procedure ( 10 ) according to one of claims 3 to 8, wherein in the combustion process as fuel biogas is burned. Vorrichtung (12) zum Ausführen eines Verfahrens (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Contraption ( 12 ) for carrying out a method ( 10 ) according to one of claims 1 to 9.
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