DE102013114265A1

DE102013114265A1 - ORC system with recirculation circuit and method for operating such an ORC system

Info

Publication number: DE102013114265A1
Application number: DE102013114265.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Voßberg; Ulli Drescher
Original assignee: GMK Gesellschaft fuer Motoren und Kraftanlagen mbH
Current assignee: GMK Gesellschaft fuer Motoren und Kraftanlagen mbH
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: DE102013114265B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine ORC-Anlage mit einem Arbeitsmittelkreislauf (10), in dem ein ORC-Fluid zirkuliert, wobei der Arbeitsmittelkreislauf (10) einen Vorwärmer (11), einen Verdampfer (12) und einen Kondensator (15) aufweist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die ORC-Anlage einen Rezirkulationskreislauf (20), der eine Teilstromabzweigung (21) und einen Hauptstromzulauf (22) umfasst, wobei die Teilstromabzweigung (21) im Vorwärmer (11) angeordnet oder in Strömungsrichtung des ORC-Fluids die Teilstromabzweigung (21) dem Vorwärmer (11) nachgeordnet ist und wobei der Hauptstromzulauf (22) in Strömungsrichtung des ORC-Fluids dem Vorwärmer (11) vorgeordnet oder direkt in einem fluidseitigen Eintrittsabschnitt des Vorwärmers angeordnet ist derart, dass dem Vorwärmer (11) vorgewärmtes ORC-Fluid zuführbar ist.The invention relates to an ORC system with a working medium circuit (10) in which an ORC fluid circulates, wherein the working medium circuit (10) has a preheater (11), an evaporator (12) and a condenser (15). The invention is characterized in that the ORC system comprises a recirculation circuit (20) which comprises a partial flow branch (21) and a main flow inlet (22), wherein the partial flow branch (21) is arranged in the preheater (11) or in the direction of flow of the ORC. Fluid the Teilstromabzweigung (21) downstream of the preheater (11) and wherein the main flow inlet (22) in the flow direction of the ORC fluid upstream of the preheater (11) or is arranged directly in a fluid-side inlet section of the preheater such that the preheater (11) preheated ORC fluid can be supplied.

Description

Die Erfindung betrifft eine Organic-Rankine-Cycle-Anlage (ORC-Anlage) nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer ORC-Anlage. Eine ORC-Anlage der eingangs genannten Art ist aus der Praxis bekannt. The invention relates to an organic Rankine cycle plant (ORC plant) according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating an ORC plant. An ORC system of the type mentioned is known from practice.

Eine aus der Praxis bekannte ORC-Anlage ist schematisch in 1 dargestellt. Die ORC-Anlage umfasst einen Arbeitsmittelkreislauf 10‘, in dem ein ORC-Fluid zirkuliert. Der Arbeitsmittelkreislauf 10‘ weist einen Vorwärmer 11‘ und einen Verdampfer 12‘ auf. Dem Verdampfer 12‘ ist eine Turbine 13 nachgeordnet. Der Arbeitsmittelkreislauf 10‘ umfasst außerdem einen Kondensator 15‘ sowie eine Hauptstrompumpe 16‘. Die Hauptstrompumpe 16‘ baut den notwendigen Druck auf, um das ORC-Fluid im Arbeitsmittelkreislauf 10‘ zu zirkulieren. An ORC system known from practice is shown schematically in FIG 1 shown. The ORC system includes a working fluid circuit 10 ' , in which an ORC fluid circulates. The working fluid circuit 10 ' has a preheater 11 ' and an evaporator 12 ' on. The evaporator 12 ' is a turbine 13 downstream. The working fluid circuit 10 ' also includes a capacitor 15 ' and a mainstream pump 16 ' , The main flow pump 16 ' builds up the necessary pressure to the ORC fluid in the working fluid circuit 10 ' to circulate.

Ferner umfassen aus der Praxis bekannte ORC-Anlagen einen Thermalwasserkreislauf 19‘, der ebenfalls den Vorwärmer 11‘ und der Verdampfer 12‘ umfasst. Dabei wird im Thermalwasserkreislauf 19‘ Thermalwasser zirkuliert, das in Gegenströmungsrichtung zum ORC-Fluid den Verdampfer 12‘ und den Vorwärmer 11‘ durchströmt. Wärmeenergie des Thermalwassers wird über den Verdampfer 12‘ und den Vorwärmer 11‘ an das ORC-Fluid übertragen. Auf diese Weise wird das ORC-Fluid erwärmt und verdampft, so es zum Betrieb der Turbine 13‘ genutzt werden kann. Further, ORC plants known in the art include a thermal water cycle 19 ' who also used the preheater 11 ' and the evaporator 12 ' includes. It is in the thermal water cycle 19 ' Thermal water circulates in the counterflow direction to the ORC fluid the evaporator 12 ' and the preheater 11 ' flows through. Thermal energy of the thermal water is transferred via the evaporator 12 ' and the preheater 11 ' transferred to the ORC fluid. In this way, the ORC fluid is heated and vaporized, so it is used to operate the turbine 13 ' can be used.

ORC-Anlagen nutzen üblicherweise ein organisches Arbeitsmittel, das als ORC-Fluid bezeichnet wird. In der Praxis werden als ORC-Fluide beispielsweise Silikonöle, teil- oder vollfluorierte Wasserstoffe, Alkane, Alkylbenzole oder Mischungen davon verwendet. Vorteilhafterweise ist der Siedepunkt von ORC-Fluiden deutlich niedriger als der Siedepunkt von Wasser, so dass die Verdampfung des ORC-Fluids bei relativ niedrigen Temperaturen erfolgt. Somit eignen sich ORC-Anlagen besonders für die Energieerzeugung aus Thermalquellen als primäre Energiequelle. Das Thermalwasser wird über den Verdampfer 12‘ geleitet, wobei dem Thermalwasser Wärmeenergie entzogen wird, die zum Verdampfen des ORC-Fluids führt. Aus dem Verdampfer tritt folglich abgekühltes Thermalwasser aus, das in den Vorwärmer 11‘ geleitet wird. Die restliche Wärmeenergie des Thermalwassers wird genutzt, um das ORC-Fluid vorzuwärmen. ORC plants typically use an organic working fluid called ORC fluid. In practice, for example, silicone oils, partially fluorinated or fully fluorinated hydrogens, alkanes, alkylbenzenes or mixtures thereof are used as ORC fluids. Advantageously, the boiling point of ORC fluids is significantly lower than the boiling point of water so that the evaporation of the ORC fluid occurs at relatively low temperatures. Thus, ORC plants are particularly suitable for generating energy from thermal sources as a primary source of energy. The thermal water gets over the evaporator 12 ' conducted, wherein the thermal water heat energy is removed, which leads to the evaporation of the ORC fluid. From the evaporator, therefore, cooled thermal water escapes into the preheater 11 ' is directed. The remaining thermal energy of the thermal water is used to preheat the ORC fluid.

Das verdampfte ORC-Fluid wird in der Turbine 13‘ entspannt und schließlich durch den Kondensator 15‘ abgekühlt und verflüssigt. Unter Umständen kann das Abkühlen im Kondensator 15‘ dazu führen, dass das kondensierte ORC-Fluid eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts einnimmt. Dies kann insbesondere bei tiefen Außentemperaturen oder Teillastbetrieb auftreten, wenn in der ORC-Anlage große Luftkondensatoren eingesetzt werden. Das unter den Gefrierpunkt abgekühlte ORC-Fluid im Vorwärmer 11‘ kann ein Gefrieren des einströmenden Thermalwassers bewirken, das im Verdampfer 12‘ bereits abgekühlt wurde. Insbesondere in einem fluidseitigen Eintrittsabschnitt bzw. einem thermalwasserseitigen Austrittsabschnitt des Vorwärmers 11‘ besteht die Gefahr des Einfrierens. Ein Gefrieren des Thermalwassers kann die Zerstörung des Vorwärmers 11‘ zur Folge haben. Andere Primärenergieträger, beispielsweise Thermoöle, neigen zumindest zum Stocken und können so ein Anfahren bzw. Betreiben der Anlage verhindern. The vaporized ORC fluid is in the turbine 13 ' relaxed and finally through the capacitor 15 ' cooled and liquefied. Under certain circumstances, the cooling in the condenser 15 ' cause the condensed ORC fluid to reach a temperature below freezing. This can occur in particular at low outside temperatures or partial load operation if large air condensers are used in the ORC system. The below-freezing cooled ORC fluid in the preheater 11 ' can cause a freezing of the incoming thermal water in the evaporator 12 ' already cooled. In particular in a fluid-side inlet section or a thermal water-side outlet section of the preheater 11 ' there is a risk of freezing. A freezing of the thermal water can destroy the preheater 11 ' have as a consequence. Other primary energy sources, such as thermal oils, at least tend to stagnate and can thus prevent start-up or operation of the system.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ORC-Anlage anzugeben, die ausfallsicher ist und insbesondere ein Gefrieren oder Stocken des Primärenergieträgers in einem Wärmeübertrager, insbesondere dem Vorwärmer, verhindert. Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Betreiben einer ORC-Anlage anzugeben. It is therefore an object of the present invention to provide an ORC system which is fail-safe and in particular prevents freezing or stagnation of the primary energy carrier in a heat exchanger, in particular the preheater. Furthermore, the object of the invention is to specify a method for operating an ORC system.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die ORC-Anlage durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Patentanspruchs 9 gelöst. According to the invention, this object is achieved with regard to the ORC system by the subject-matter of patent claim 1 and with regard to the method by the subject-matter of patent claim 9.

So beruht die Erfindung auf dem Gedanken, eine ORC-Anlage mit einem Arbeitsmittelkreislauf anzugeben, in dem ein ORC-Fluid zirkuliert. Der Arbeitsmittelkreislauf weist einen Vorwärmer, einen Verdampfer und einen Kondensator auf. Erfindungsgemäß ist ferner ein Rezirkulationskreislauf vorgesehen, der eine Teilstromabzweigung und einen Hauptstromzulauf umfasst. Die Teilstromabzweigung ist in dem Vorwärmer angeordnet oder dem Vorwärmer in Strömungsrichtung des ORC-Fluids nachgeordnet. Der Hauptstromzulauf ist dem Vorwärmer in Strömungsrichtung des ORC-Fluids vorgeordnet oder direkt in einem fluidseitigen Eintrittsabschnitt des Vorwärmers angeordnet, so dass dem Vorwärmer vorgewärmtes ORC-Fluid zuführbar ist. Thus, the invention is based on the idea of specifying an ORC system with a working medium circuit in which an ORC fluid circulates. The working medium circuit has a preheater, an evaporator and a condenser. According to the invention, a recirculation circuit is also provided which comprises a partial flow branch and a main flow inlet. The Teilstromabzweigung is arranged in the preheater or downstream of the preheater in the flow direction of the ORC fluid. The main flow inlet is upstream of the preheater in the flow direction of the ORC fluid or arranged directly in a fluid-side inlet section of the preheater, so that preheated ORC fluid can be fed to the preheater.

Durch den Rezirkulationskreislauf wird dem Vorwärmer vorgewärmtes ORC-Fluid zugeführt, so dass eine ausreichend hohe Vorlauftemperatur des Vorwärmers gewährleistet ist, die ein Gefrieren oder Stocken des Primärenergieträgers im Vorwärmer vermeidet. Als Primärenergieträger kann beispielsweise Wasser, insbesondere Thermalwasser, oder ein Thermoöl eingesetzt werden. Konkret wird einem Hauptstrom des ORC-Fluids, das im Arbeitsmittelkreislauf zirkuliert, ein erwärmter Teilstrom abgezweigt und dem kondensierten Hauptstrom zugeführt, so dass eine Mischungstemperatur oberhalb des Gefrierpunkts oder der Stocktemperatur des Primärenergieträgers sicher eingehalten wird. Bei der Verwendung von Thermalwasser als Primärenergieträger kann auf diese Weise erreicht werden, dass das ORC-Fluid mit einer Temperatur von mehr als 0° C in den Vorwärmer gelangt. Ein Einfrieren des Thermalwassers im Vorwärmer wird dadurch vermieden. Dies erhöht die Ausfallsicherheit der ORC-Anlage und schont den Vorwärmer. Im Wesentlichen bietet der Rezirkulationskreislauf eine Frostschutzfunktion für den Vorwärmer. Through the recirculation circuit preheated ORC fluid is supplied to the preheater, so that a sufficiently high flow temperature of the preheater is ensured, which avoids a freezing or stagnation of the primary energy source in the preheater. As a primary energy carrier, for example, water, in particular thermal water, or a thermal oil can be used. Specifically, a main stream of the ORC fluid circulating in the working fluid circuit is branched off to a heated partial flow and supplied to the condensed main flow, so that a mixture temperature above the freezing point or the floor temperature of the primary energy carrier is securely maintained. In the Use of thermal water as a primary energy source can be achieved in this way that the ORC fluid with a temperature of more than 0 ° C enters the preheater. Freezing of the thermal water in the preheater is thereby avoided. This increases the reliability of the ORC system and protects the preheater. Essentially, the recirculation circuit provides a frost protection function for the preheater.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung mehrere Vorwärmer vorgesehen sein können, die gemeinsam eine Vorwärmeinheit bilden. Die Teilstromabzweigung kann in oder nach dem ersten Vorwärmer oder zwischen zwei Vorwärmern der Vorwärmeinheit angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass die Teilstromabzweigung in oder nach dem letzten Vorwärmer der Vorwärmeinheit abzweigt. In this context, it should be noted that for the purposes of the present invention, a plurality of preheaters may be provided, which together form a preheating unit. The partial flow branch can be arranged in or after the first preheater or between two preheaters of the preheating unit. It is also possible that the partial flow branch branches off in or after the last preheater of the preheating unit.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen ORC-Anlage ist die Teilstromabzweigung in Strömungsrichtung des ORC-Fluids zwischen dem Vorwärmer und dem Kondensator angeordnet. Somit ist gewährleistet, dass dem Rezirkulationskreislauf vorgewärmtes ORC-Fluid zugeführt wird. In a preferred embodiment of the ORC system according to the invention, the partial flow branch is arranged in the flow direction of the ORC fluid between the preheater and the condenser. This ensures that preheated ORC fluid is supplied to the recirculation circuit.

Die Teilstromabzweigung kann dem Verdampfer in Strömungsrichtung des ORC-Fluids vorgeordnet oder direkt am Verdampfer angeordnet sein. Vorzugsweise wird der Teilstrom des ORC-Fluids unmittelbar im oder nach dem Vorwärmer aus dem Hauptstrom des Arbeitsmittelkreislaufs entnommen. Im Wesentlichen wird das ORC-Fluid an einer Stelle des Arbeitsmittelkreislaufs in den Rezirkulationskreislauf abgezweigt, an welcher das ORC-Fluid eine höhere Temperatur als im kondensierten Zustand nach dem Kondensator aufweist. Dabei kann die Teilstromabzweigung zwischen dem Vorwärmer und dem Verdampfer angeordnet sein. Dies führt zu einer konstruktiven Vereinfachung, da an dieser Stelle eine Abzweigung durch ein entsprechendes Anschlussstück ermöglicht ist. The Teilstromabzweigung may upstream of the evaporator in the flow direction of the ORC fluid or be arranged directly on the evaporator. Preferably, the partial flow of the ORC fluid is removed directly in or after the preheater from the main stream of the working medium circuit. Essentially, the ORC fluid is branched at a location of the working fluid circuit into the recirculation circuit, at which the ORC fluid has a higher temperature than in the condensed state after the condenser. In this case, the partial flow branch can be arranged between the preheater and the evaporator. This leads to a structural simplification, since at this point a branch is made possible by a corresponding connector.

Der Teilstrom kann auch direkt dem Verdampfer entnommen werden. Die Teilstromabzweigung kann insbesondere in einem unteren Bereich des Verdampfers angeordnet sein. Im Allgemeinen kann aus dem Verdampfer flüssiges ORC-Fluid abgezweigt werden. Mit anderen Worten ist die Teilstromabzweigung vorzugsweise derart im Verdampfer angeordnet, dass der abgezweigte Teilstrom ORC-Fluid im flüssigen Aggregatszustand aufweist. Der Teilstrom des ORC-Fluids wird in dieser Variante mit einer erhöhten Temperatur aus dem Hauptstrom des ORC-Fluids entnommen, so dass eine erhöhte Sicherheit geschaffen ist, eine Mischungstemperatur im Vorlauf des Vorwärmers einzustellen, die oberhalb des Gefrierpunkts von Wasser liegt. The partial flow can also be taken directly from the evaporator. The partial flow branch can be arranged in particular in a lower region of the evaporator. In general, liquid ORC fluid can be diverted from the evaporator. In other words, the partial flow branch is preferably arranged in the evaporator such that the branched partial flow has ORC fluid in the liquid state of aggregation. The partial flow of the ORC fluid is removed in this variant at an elevated temperature from the main stream of the ORC fluid, so that increased security is created to set a mixing temperature in the flow of the preheater, which is above the freezing point of water.

Vorzugsweise umfasst der Arbeitsmittelkreislauf eine Hauptstrompumpe, die zwischen dem Kondensator und dem Vorwärmer angeordnet ist. Der Hauptstromzulauf des Rezirkulationskreislaufs kann zwischen dem Kondensator und der Hauptstrompumpe angeordnet sein. Insbesondere kann der Hauptstromzulauf derart zwischen dem Kondensator und der Hauptstrompumpe angeordnet sein, dass der Hauptstromzulauf mit einer Saugseite der Hauptstrompumpe fluidverbunden ist. Durch eine solche Konstruktion kann der Rezirkulationskreislauf besonders einfach und kostengünstig realisiert werden, da für die Zirkulation des Teilstroms des ORC-Fluids im Rezirkulationskreislauf die Hauptstrompumpe des Arbeitsmittelkreislaufs genutzt werden kann. Dies ermöglicht auch eine einfache Nachrüstung einer bestehenden ORC-Anlage mit einem Rezirkulationskreislauf. Preferably, the working medium circuit comprises a main flow pump, which is arranged between the condenser and the preheater. The main flow inlet of the recirculation loop can be arranged between the condenser and the main flow pump. In particular, the main flow inlet may be disposed between the condenser and the main flow pump such that the main flow inlet is fluidly connected to a suction side of the main flow pump. By such a construction, the recirculation circuit can be realized in a particularly simple and cost-effective manner since the main flow pump of the working medium circuit can be used for the circulation of the partial flow of the ORC fluid in the recirculation circuit. This also allows easy retrofitting of an existing ORC system with a recirculation circuit.

Alternativ kann der Hauptstromzulauf zwischen der Hauptstrompumpe und dem Vorwärmer in den Arbeitsmittelkreislauf münden. Alternatively, the main flow inlet between the main flow pump and the preheater can open into the working medium circuit.

In bevorzugten Ausführungsformen kann der Rezirkulationskreislauf eine Hilfspumpe aufweisen, deren Saugseite mit der Teilstromabzweigung fluidverbunden ist. Die Hilfspumpe ermöglicht eine vom Hauptstrom des Arbeitsmittelkreislaufs unabhängige Förderung des Teilstroms des ORC-Fluids im Rezirkulationskreislauf. Wenn der Hauptstromzulauf zwischen der Hauptstrompumpe und dem Vorwärmer in den Arbeitsmittelkreislauf mündet, muss die Hilfspumpe nur die Druckdifferenz über den Vorwärmer erzeugen. Die Hilfspumpe kann so energieeffizient betrieben werden. Außerdem ermöglicht es die Hilfspumpe, die Volumenströme im Arbeitsmittelkreislauf und dem Rezirkulationskreislauf getrennt voneinander zu steuern und einzustellen, so dass sich eine gute Mischungstemperatur im Vorlauf des Vorwärmers einstellt. Die Hilfspumpe kann beispielsweise mit einer Steuerung verbunden sein, die den Volumenstrom des ORC-Fluids im Rezirkulationskreislauf derart einstellt, dass in den Vorwärmer des Arbeitsmittelkreislaufs generell ORC-Fluid mit einer Mindesttemperatur oberhalb des Gefrier- oder Stockpunkts des Primärenergieträgers, insbesondere von mehr als 0° C, eintritt. In preferred embodiments, the recirculation circuit may comprise an auxiliary pump whose suction side is fluidly connected to the Teilstromabzweigung. The auxiliary pump allows independent of the main flow of the working fluid circuit promotion of the partial flow of the ORC fluid in the recirculation circuit. When the main flow inlet between the main flow pump and the preheater flows into the working fluid circuit, the auxiliary pump only needs to generate the pressure difference across the preheater. The auxiliary pump can be operated so energy efficient. In addition, the auxiliary pump makes it possible to control and adjust the volume flows in the working medium circuit and the recirculation circuit separately, so that a good mixing temperature is established in the flow of the preheater. For example, the auxiliary pump may be connected to a controller which adjusts the volume flow of the ORC fluid in the recirculation circuit such that ORC fluid having a minimum temperature above the freezing or pour point of the primary energy carrier, in particular more than 0 °, is generally introduced into the preheater of the working medium circuit C, enters.

Ferner kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass im Arbeitsmittelkreislauf in Strömungsrichtung des ORC-Fluids vor dem Hauptstromzulauf und nach dem Verdampfer jeweils eine Armatur angeordnet ist. Die Armatur weist insbesondere eine Absperrfunktion auf, so dass der Anlagenteil, der mit dem Primärenergieträger, beispielsweise einem Thermalwasser, durchströmt wird, von der restlichen Anlage trennbar ist. Das hat den Vorteil, dass der Vorwärmer und der Verdampfer weiterhin mit ORC-Fluid durchströmbar sind, während in anderen Bereichen des Arbeitsmittelkreislaufs Wartungsarbeiten durchgeführt werden können. Das zirkulierende und im Vorwärmer temperierte ORC-Fluid hält somit eine Grundtemperatur im Vorwärmer und Verdampfer aufrecht, so dass ein Gefrieren oder Stocken des Primärenergieträgers vermieden wird. Furthermore, it can be provided within the scope of the invention that in each case a valve is arranged in the working fluid circuit in the flow direction of the ORC fluid before the main flow inlet and after the evaporator. The fitting has, in particular, a shut-off function, so that the part of the plant through which the primary energy source, for example a thermal water, flows, can be separated from the rest of the installation. This has the advantage that the preheater and the evaporator can still be flowed through with ORC fluid, while in other areas of the working fluid circuit maintenance can be performed. The circulating and tempered in the preheater ORC fluid thus maintains a basic temperature in the preheater and evaporator, so that a freezing or stagnation of the primary energy source is avoided.

Gemäß einem nebengeordneten Aspekt beruht die Erfindung auf dem Gedanken, ein Verfahren zum Betreiben einer ORC-Anlage, insbesondere einer zuvor beschriebenen ORC-Anlage, anzugeben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zirkuliert in einem Arbeitsmittelkreislauf ein Hauptstrom eines ORC-Fluids, das in einem Vorwärmer des Arbeitsmittelkreislaufs vorgewärmt wird. Dabei wird ein Teilstrom des vorgewärmten ORC-Fluids in oder nach dem Vorwärmer abgezweigt und dem Hauptstrom in oder vor dem Vorwärmer zugeführt, so dass die Vorlauftemperatur des Vorwärmers erhöht wird. According to a sidelined aspect, the invention is based on the idea of specifying a method for operating an ORC system, in particular a previously described ORC system. In the method according to the invention, a main flow of an ORC fluid, which is preheated in a preheater of the working fluid circuit, circulates in a working fluid circuit. In this case, a partial flow of the preheated ORC fluid is branched off in or after the preheater and fed to the main flow in or in front of the preheater, so that the flow temperature of the preheater is increased.

Mit anderen Worten wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Teil des im Vorwärmer vorgewärmten ORC-Fluids zurückgeführt und einem Vorlauf des Vorwärmers zugeleitet. Das vorgewärmte ORC-Fluid vermischt sich mit dem Hauptstrom des ORC-Fluids, so dass eine Mischungstemperatur eingestellt wird, die oberhalb der Kondensattemperatur des Hauptstroms des ORC-Fluids liegt. So wird einem Einfrieren von Thermalwasser oder zumindest einem Stocken eines Primärenergieträgers im Vorwärmer vorgebeugt. Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt also einen Frostschutz für den Vorwärmer. In other words, in the method according to the invention, part of the preheater preheated ORC fluid is returned and fed to a flow of the preheater. The preheated ORC fluid mixes with the main stream of ORC fluid to set a blend temperature that is above the condensate temperature of the main stream of ORC fluid. Thus, a freezing of thermal water or at least a stagnation of a primary energy carrier in the preheater is prevented. The inventive method thus causes frost protection for the preheater.

Vorzugsweise wird der Volumenstrom des abgezweigten Teilstroms derart eingestellt, dass die Vorlauftemperatur des Vorwärmers höher als die Temperatur am Gefrierpunkt von Wasser, insbesondere höher als 0° C, vorzugsweise höher als 4° C, ist. Mit anderen Worten wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Mischungsverhältnis von Teilstrom und Hauptstrom eingestellt, so dass eine ausreichend hohe Vorlauftemperatur sichergestellt ist, die ein oder Stocken des Primärenergieträgers im Vorwärmer verhindert. Preferably, the volume flow of the diverted partial flow is adjusted such that the flow temperature of the preheater is higher than the temperature at the freezing point of water, in particular higher than 0 ° C, preferably higher than 4 ° C. In other words, in the method according to the invention, a mixing ratio of partial flow and main flow is set, so that a sufficiently high flow temperature is ensured, which prevents the primary energy carrier from freezing or stagnating in the preheater.

Der Teilstrom kann direkt von einem Verdampfer abgezweigt werden, der dem Vorwärmer im Arbeitsmittelkreislauf nachgeordnet ist. Damit wird das ORC-Fluid mit einer ausreichend hohen Temperatur vom Hauptstrom abgezweigt, so dass ein vergleichsweise geringe Menge rezirkuliert werden muss, um die Vorlauftemperatur oberhalb des Gefrierpunkts von Wasser zu halten. Dies erhöht insgesamt die Energieeffizienz. The partial flow can be diverted directly from an evaporator, which is arranged downstream of the preheater in the working fluid circuit. Thus, the ORC fluid is diverted from the main stream at a sufficiently high temperature so that a comparatively small amount must be recirculated to maintain the flow temperature above the freezing point of water. This increases the overall energy efficiency.

Ferner kann der vorgewärmte Teilstrom vor einer Hauptstrompumpe des Arbeitsmittelkreislaufs dem Hauptstrom zugeführt werden. Die Hauptstrompumpe ist dem Vorwärmer vorzugsweise vorgeordnet und übernimmt in dieser Ausführungsform eine Doppelfunktion. Einerseits dient die Hauptstrompumpe dazu, das ORC-Fluid im Hauptstrom des Arbeitsmittelkreislaufs zu zirkulieren. Andererseits ist die Hauptstrompumpe auch im Rezirkulationskreislauf wirksam. Die Hauptstrompumpe bewirkt somit auch eine Pumpfunktion für den Teilstrom des ORC-Fluids, der vom Hauptstrom abgezweigt und dem Hauptstrom an vorgeordneter Stelle wieder zugeführt wird. Furthermore, the preheated partial flow can be supplied to the main flow upstream of a main flow pump of the working medium circuit. The main flow pump is preferably upstream of the preheater and assumes a dual function in this embodiment. On the one hand, the main flow pump serves to circulate the ORC fluid in the main flow of the working fluid circuit. On the other hand, the mainstream pump is also effective in the recirculation cycle. The main flow pump thus also causes a pumping function for the partial flow of the ORC fluid, which is branched off from the main flow and fed back to the main flow upstream.

Alternativ kann der vorgewärmte Teilstrom zwischen der Hauptstrompumpe und dem Vorwärmer dem Hauptstrom zugeführt werden. Dabei kann der Teilstrom über eine Hilfspumpe gefördert werden. Die Hilfspumpe kann derart angesteuert werden, dass der Volumenstrom des Teilstroms des ORC-Fluids individuell einstellbar ist. Insbesondere kann die Hilfspumpe derart gesteuert werden, dass der Volumenstrom des Teilstroms unabhängig vom Volumenstrom des Hauptstroms eingestellt wird. Beispielsweise kann die Pumpleistung der Hilfspumpe an unterschiedliche äußere Umweltbedingungen angepasst werden. Insbesondere ist es möglich, die Hilfspumpe in Abhängigkeit der Außentemperatur zu regeln, so dass eine im Wesentlichen konstante Vorlauftemperatur für den Vorwärmer eingehalten wird. Im Allgemeinen kann die Steuerung auch auf ein Druckregulier- oder Stellventil wirken, das anstelle oder zusätzlich zur Hilfspumpe im Rezirkulationskreislauf angeordnet ist. Durch die Regulierung der Ventilstellung kann der Volumenstrom des ORC-Fluids im Rezirkulationskreislauf eingestellt werden. Insbesondere kann auf diese Weise die Mischungstemperatur im Arbeitsmittelkreislauf vor dem Eintritt des ORC-Fluids in den Vorwärmer geregelt werden. Die bevorzugte Regelgröße ist folglich die Eintritts- bzw. Vorlauftemperatur, die durch Zumischung des rezirkulierenden ORC-Fluids eingestellt werden kann. Alternatively, the preheated partial flow between the main flow pump and the preheater can be supplied to the main flow. In this case, the partial flow can be promoted via an auxiliary pump. The auxiliary pump can be controlled such that the volume flow of the partial flow of the ORC fluid is individually adjustable. In particular, the auxiliary pump can be controlled such that the volume flow of the partial flow is adjusted independently of the volume flow of the main flow. For example, the pump power of the auxiliary pump can be adapted to different external environmental conditions. In particular, it is possible to regulate the auxiliary pump as a function of the outside temperature, so that a substantially constant flow temperature for the preheater is maintained. In general, the controller can also act on a pressure regulating or control valve, which is arranged instead of or in addition to the auxiliary pump in the recirculation circuit. By regulating the valve position, the volume flow of the ORC fluid in the recirculation circuit can be adjusted. In particular, in this way the mixing temperature in the working medium circuit can be regulated before the ORC fluid enters the preheater. The preferred controlled variable is thus the inlet or flow temperature, which can be adjusted by admixing the recirculating ORC fluid.

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: ein Blockschaltbild einer ORC-Anlage nach dem Stand der Technik; 1 : A block diagram of an ORC system according to the prior art;

2: ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen ORC-Anlage nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei der Hauptstromzulauf einer Hauptstrompumpe des Arbeitsmittelkreislaufs vorgeordnet ist; 2 a block diagram of an ORC plant according to the invention according to a preferred embodiment, wherein the main flow inlet upstream of a main flow pump of the working medium circuit;

3: ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen ORC-Anlage nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels, wobei ein Rezirkulationskreislauf mit einer Hilfspumpe vorgesehen und die Teilstromabzweigung zwischen dem Vorwärmer und dem Verdampfer angeordnet ist; 3 a block diagram of an ORC plant according to the invention according to a further preferred embodiment, wherein a recirculation circuit provided with an auxiliary pump and the Teilstromabzweigung between the preheater and the evaporator is arranged;

4: ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen ORC-Anlage nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei der Rezirkulationskreislauf eine Hilfspumpe aufweist und die Teilstromabzweigung direkt am Verdampfer angeordnet ist; und 4 a block diagram of an ORC plant according to the invention according to a further preferred embodiment, wherein the recirculation circuit comprises an auxiliary pump and the Teilstromabzweigung is located directly on the evaporator; and

5: ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen ORC-Anlage nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei Ventile zum Absperren von Anlagenteilen vorgesehen sind. 5 a block diagram of an ORC system according to the invention according to a further preferred embodiment, wherein valves are provided for shutting off system parts.

Die nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsbeispiele gemäß den 2 bis 4 zeigen jeweils eine ORC-Anlage mit einem Arbeitsmittelkreislauf 10, in dem ein ORC-Fluid zirkuliert. Das ORC-Fluid kann ein organisches Arbeitsmittel bilden. Insbesondere umfasst das ORC-Fluid ein organisches Fluid oder Fluidgemisch, wie beispielsweise Silikonöl, teil- oder vollfluorierte Wasserstoffe, Alkane, Alkylbenzole oder andere organische Substanzen. The embodiments described in more detail below according to the 2 to 4 each show an ORC system with a working fluid circuit 10 , in which an ORC fluid circulates. The ORC fluid can form an organic working fluid. In particular, the ORC fluid comprises an organic fluid or fluid mixture, such as silicone oil, partially or fully fluorinated hydrogens, alkanes, alkylbenzenes or other organic substances.

Der Arbeitsmittelkreislauf 10 weist einen Vorwärmer 11 und einen Verdampfer 12 auf. Der Vorwärmer 11 und der Verdampfer 12 sind in Strömungsrichtung des ORC-Fluids unmittelbar einander nachgeordnet. Insbesondere ist der Verdampfer 12 dem Vorwärmer 11 nachgeschaltet. The working fluid circuit 10 has a preheater 11 and an evaporator 12 on. The preheater 11 and the evaporator 12 are directly downstream of each other in the flow direction of the ORC fluid. In particular, the evaporator 12 the preheater 11 downstream.

Ferner umfasst der Arbeitsmittelkreislauf 10 eine Kraftmaschine, vorzugsweise eine Turbine 13, die dem Verdampfer 12 unmittelbar in Strömungsrichtung des ORC-Fluids nachgeordnet ist. Die Kraftmaschine bzw. Turbine 13 ist mechanisch mit einem Generator 14 gekoppelt. Der Generator 14 kann zur Stromerzeugung dienen, wobei die mechanische Energie der Kraftmaschine bzw. Turbine 13 in elektrische Energie umgewandelt wird. Furthermore, the working medium circuit comprises 10 an engine, preferably a turbine 13 that the evaporator 12 is arranged downstream in the flow direction of the ORC fluid. The engine or turbine 13 is mechanical with a generator 14 coupled. The generator 14 can be used to generate electricity, with the mechanical energy of the engine or turbine 13 is converted into electrical energy.

Im Arbeitsmittelkreislauf 10 folgt in Strömungsrichtung des ORC-Fluids auf die Turbine 13 ein Kondensator 15. Der Kondensator 15 kann beispielsweise als Luftkondensator ausgebildet sein. Andere Arten von Kondensatoren sind ebenfalls möglich. In the working fluid circuit 10 follows in the flow direction of the ORC fluid to the turbine 13 a capacitor 15 , The capacitor 15 may be formed for example as an air capacitor. Other types of capacitors are also possible.

Vorzugsweise ist zwischen dem Kondensator 15 und dem Vorwärmer 11 eine Hauptstrompumpe 16 angeordnet. Die Hauptstrompumpe 16 umfasst eine Saugseite 16a und eine Druckseite 16b. Die Saugseite 16a ist mit dem Kondensator 15 fluidverbunden. Die Druckseite 16b ist hingegen mit dem Vorwärmer 11 fluidverbunden. Insgesamt bildet der Arbeitsmittelkreislauf 10 einen geschlossenen Fluidkreislauf. Preferably, between the capacitor 15 and the preheater 11 a mainstream pump 16 arranged. The main flow pump 16 includes a suction side 16a and a print page 16b , The suction side 16a is with the capacitor 15 fluidly connected. The print side 16b is on the other hand with the preheater 11 fluidly connected. Overall, the working fluid circuit forms 10 a closed fluid circuit.

Der Vorwärmer 11 und der Verdampfer 12 bilden jeweils Wärmeübertrager, die Wärme von einem Primärenergieträger auf das ORC-Fluid übertragen. Als Primärenergieträger kann beispielsweise Thermalwasser genutzt werden, das in Geothermieanlagen gewonnen wird. Alternativ können andere Primärenergieträger einsetzt werden, beispielsweise ein Thermoöl. The preheater 11 and the evaporator 12 each form heat exchangers that transfer heat from a primary energy source to the ORC fluid. As a primary energy source, for example, thermal water can be used, which is obtained in geothermal plants. Alternatively, other primary energy sources may be used, for example a thermal oil.

Der Primärenergieträger bzw. das Thermalwasser strömt durch einen Primärkreislauf bzw. Thermalwasserkreislauf 19. Der Thermalwasserkreislauf 19 umfasst den Vorwärmer 11 und den Verdampfer 12 des Arbeitsmittelkreislaufs 10. Dabei weist der Thermalwasserkreislauf 19 eine Strömungsrichtung auf, die der Strömungsrichtung des ORC-Fluids entgegengesetzt ist. Mit anderen Worten strömt das Thermalwasser im Thermalwasserkreislauf 19 zunächst zum Verdampfer 12 und wird anschließend an den Vorwärmer 11 geleitet. Im Verdampfer 12 wird dem Thermalwasser Wärmeenergie entzogen, die gleichzeitig dem ORC-Fluid im Verdampfer 12 zugeführt wird. Das damit abgekühlte Thermalwasser wird dem Vorwärmer 11 zugeführt, wobei die Restwärme des Thermalwassers zumindest teilweise an das ORC-Fluid im Vorwärmer 11 übertragen wird. Auf diese Weise kann die Restwärmeenergie des Thermalwassers genutzt werden, um das ORC-Fluid im Arbeitsmittelkreislauf 10 vorzuwärmen. The primary energy source or the thermal water flows through a primary circuit or thermal water cycle 19 , The thermal water cycle 19 includes the preheater 11 and the evaporator 12 of the working medium cycle 10 , This shows the thermal water cycle 19 a flow direction opposite to the flow direction of the ORC fluid. In other words, the thermal water flows in the thermal water cycle 19 first to the evaporator 12 and then to the preheater 11 directed. In the evaporator 12 Thermal energy is extracted from the thermal water, which at the same time the ORC fluid in the evaporator 12 is supplied. The thus cooled thermal water becomes the preheater 11 supplied, wherein the residual heat of the thermal water at least partially to the ORC fluid in the preheater 11 is transmitted. In this way, the residual heat energy of the thermal water can be used to the ORC fluid in the working fluid circuit 10 preheat.

Um den Vorwärmer 11 vor Frost zu schützen, ist ein Rezirkulationskreislauf 20 vorgesehen. Der Rezirkulationskreislauf 20 führt einen Teil des im Vorwärmer 11 vorgewärmten ORC-Fluids an den Vorwärmer 11 zurück, so dass in einem Vorlauf 17 des Vorwärmers 11 eine Vorlauftemperatur sichergestellt ist, die oberhalb des Gefrierpunkts von Wasser liegt. To the preheater 11 Protecting against frost is a recirculation cycle 20 intended. The recirculation circuit 20 leads a part of the preheater 11 preheated ORC fluids to the preheater 11 back, leaving in a forerun 17 of the preheater 11 a flow temperature is ensured, which is above the freezing point of water.

Im Allgemeinen weist der Rezirkulationskreislauf 20 eine Teilstromabzweigung 21 auf, die dem Vorwärmer 11 in Strömungsrichtung des ORC-Fluids nachgeordnet ist. Insbesondere ist die Teilstromabzweigung 21 in Strömungsrichtung des ORC-Fluids zwischen dem Vorwärmer 11 und dem Kondensator 15 im Arbeitsmittelkreislauf 10 angeordnet. Bevorzugt ist es, die Teilstromabzweigung 21 zwischen dem Vorwärmer 11 und der Turbine 13 anzuordnen. Insbesondere kann die Teilstromabzweigung 21 zwischen dem Vorwärmer 11 und dem Verdampfer 12 oder unmittelbar am bzw. im Verdampfer 12 angeordnet sein. Ferner umfasst der Rezirkulationskreislauf 20 einen Hauptstromzulauf 22, der vor dem Vorwärmer 11 in den Arbeitsmittelkreislauf 10 mündet. Mit anderen Worten wird dem Hauptstrom des ORC-Fluids im Arbeitsmittelkreislauf 10 ein Teilstrom des vorgewärmten ORC-Fluids nach dem Vorwärmer 11 entnommen und dem Hauptstrom des kondensierten ORC-Fluids vor dem Vorwärmer 11 wieder zugeführt. Das vorgewärmte ORC-Fluid vermischt sich so mit dem kondensierten ORC-Fluid, wobei eine Mischungstemperatur eingestellt wird, die oberhalb des Gefrierpunkts von Wasser liegt. Die Einstellung der Mischungstemperatur bzw. Vorlauftemperatur kann beispielsweise über eine Steuerung des Volumenstroms im Rezirkulationskreislauf 20 erfolgen. In general, the recirculation cycle 20 a partial flow branch 21 on top of the preheater 11 downstream in the flow direction of the ORC fluid. In particular, the Teilstromabzweigung 21 in the flow direction of the ORC fluid between the preheater 11 and the capacitor 15 in the working medium circuit 10 arranged. It is preferred that Teilstromabzweigung 21 between the preheater 11 and the turbine 13 to arrange. In particular, the Teilstromabzweigung 21 between the preheater 11 and the evaporator 12 or directly on or in the evaporator 12 be arranged. Furthermore, the recirculation circuit comprises 20 a main flow inlet 22 , in front of the preheater 11 in the working fluid circuit 10 empties. In other words, the main flow of the ORC fluid in the working fluid circuit 10 a partial flow of the preheated ORC fluid after the preheater 11 and the main stream of condensed ORC fluid before the preheater 11 fed again. The preheated ORC fluid thus mixes with the condensed ORC fluid, setting a mixture temperature that is above the freezing point of water. The adjustment of the mixture temperature or Flow temperature can for example via a control of the flow in the recirculation 20 respectively.

In 2 ist eine konkrete Ausführung der Erfindung gezeigt, wobei der Rezirkulationskreislauf 20 eine Teilstromabzweigung 21 umfasst, die in Strömungsrichtung des ORC-Fluids zwischen dem Vorwärmer 11 und dem Verdampfer 12 angeordnet ist. Der Hauptstromzulauf 22 des Rezirkulationskreislaufs 20 mündet in den Arbeitsmittelkreislauf 10 zwischen dem Kondensator 15 und der Hauptstrompumpe 16. Konkret ist der Hauptstromzulauf 22 mit einer Saugseite 16a der Hauptstrompumpe 16 fluidverbunden. Im Rezirkulationskreislauf 20 ist ferner eine Armatur 24 angeordnet. Mit Hilfe der Armatur 24 kann der Volumenstrom im Rezirkulationskreislauf 20 eingestellt werden. Dazu kann die Armatur 24 beispielsweise mit einer Steuerung oder Regelung verbunden sein. In 2 a concrete embodiment of the invention is shown, wherein the recirculation circuit 20 a partial flow branch 21 comprising, in the flow direction of the ORC fluid between the preheater 11 and the evaporator 12 is arranged. The main current feed 22 the recirculation circuit 20 flows into the working medium cycle 10 between the capacitor 15 and the mainstream pump 16 , Specifically, the main current feed 22 with a suction side 16a the mainstream pump 16 fluidly connected. In the recirculation circuit 20 is also a fitting 24 arranged. With the help of the fitting 24 can the volume flow in the recirculation circuit 20 be set. The fitting can do this 24 For example, be connected to a controller or controller.

Die Armatur kann als Klappe, Kugelhahn, Schieber, oder dergleichen ausgebildet sein. Insbesondere kann die Armatur ein Druckregulierventil aufweisen oder bilden, das eine Absperrfunktion aufweist. The valve can be designed as a flap, ball valve, slide, or the like. In particular, the fitting may include or form a pressure regulating valve having a shut-off function.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 strömt das ORC-Fluid in einem Hauptstrom im Arbeitsmittelkreislauf 10. Konkret wird das ORC-Fluid von der Hauptstrompumpe 16 in den Vorwärmer 11 gefördert, wobei das ORC-Fluid Wärmeenergie aus dem Thermalwasser des Thermalwasserkreislaufs 19 aufnimmt. Das so erwärmte ORC-Fluid strömt weiter in Richtung des Verdampfers 12, wobei von dem Hauptstrom des ORC-Fluids an der Teilstromabzweigung 21 ein Teilstrom abgezweigt wird. Der Hauptstrom verläuft über den Verdampfer 12 und wird dort durch Aufnahme von Wärmeenergie aus dem Thermalwasser des Thermalwasserkreislaufs 19 weiter erhitzt. Die Erhitzung erfolgt vorzugsweise bis zum Phasenübergang, so dass das ORC-Fluid den Verdampfer 12 im gasförmigen Zustand verlässt. Der unter Druck stehende ORC-Fluid-Dampf wird der Turbine 13 zugeleitet, die unter Entspannung des ORC-Fluids angetrieben wird. Auf diese Weise wird die im ORC-Fluid enthaltene Wärmeenergie in mechanische Energie an der Turbine 13 umgewandelt. Aus mechanischer Energie der Turbine 13 wird anschließend im Generator 14 elektrische Energie erzeugt. In the embodiment according to 2 the ORC fluid flows in a main stream in the working fluid circuit 10 , Specifically, the ORC fluid from the mainstream pump 16 in the preheater 11 promoted, with the ORC fluid heat energy from the thermal water of the thermal water cycle 19 receives. The thus heated ORC fluid continues to flow in the direction of the evaporator 12 wherein, of the main flow of the ORC fluid at the Teilstromabzweigung 21 a partial flow is diverted. The main stream passes over the evaporator 12 and is there by absorbing heat energy from the thermal water of the thermal water cycle 19 further heated. The heating preferably takes place until the phase transition, so that the ORC fluid is the evaporator 12 leaves in the gaseous state. The pressurized ORC fluid vapor becomes the turbine 13 which is driven by relaxation of the ORC fluid. In this way, the thermal energy contained in the ORC fluid becomes mechanical energy at the turbine 13 transformed. From mechanical energy of the turbine 13 is then in the generator 14 generates electrical energy.

Das entspannte ORC-Fluid wird anschließend an den Kondensator 15 geleitet und darin abgekühlt. Das dadurch erzeugte Kondensat des ORC-Fluids wird weiter in Richtung der Saugseite 16a der Hauptstrompumpe 16 geleitet. Dabei strömt der zuvor abgezweigte Teilstrom des erwärmten ORC-Fluids vor der Hauptstrompumpe 16 dem Hauptstrom zu. Das kondensierte ORC-Fluid wird also mit dem vorgewärmten ORC-Fluid vermischt, so dass sich eine Mischungstemperatur einstellt, die höher als die Kondensattemperatur des ORC-Fluids ist. Insbesondere ist die Mischungstemperatur im Wesentlichen höher als der Gefrierpunkt von Wasser. Dem Vorwärmer 11 bzw. dessen Vorlauf 17 wird somit generell vorgewärmtes ORC-Fluid zugeführt, wodurch ein Frostschutz für den Vorwärmer 11 realisiert ist. The relaxed ORC fluid is then connected to the condenser 15 passed and cooled in it. The condensate of the ORC fluid produced thereby becomes further toward the suction side 16a the mainstream pump 16 directed. In this case, the previously branched partial flow of the heated ORC fluid flows in front of the mainstream pump 16 to the main stream too. The condensed ORC fluid is thus mixed with the preheated ORC fluid, so that sets a mixing temperature that is higher than the condensate temperature of the ORC fluid. In particular, the mixing temperature is substantially higher than the freezing point of water. The preheater 11 or its flow 17 thus generally preheated ORC fluid is supplied, whereby a frost protection for the preheater 11 is realized.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 3 dargestellt. Dabei weist die ORC-Anlage ebenfalls einen Arbeitsmittelkreislauf 10 und einen Thermalwasserkreislauf 19 auf, wobei Arbeitsmittelkreislauf 10 und Thermalwasserkreislauf 19 analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ausgebildet sind. Die ORC-Anlage umfasst ferner einen Rezirkulationskreislauf 20, der sich jedoch von dem Rezirkulationskreislauf 20 gemäß 2 unterscheidet. Konkret ist bei dem Rezirkulationskreislauf 20 gemäß 3 zusätzlich eine Hilfspumpe 23 vorgesehen, deren Saugseite 23a mit der Teilstromabzweigung 21 fluidverbunden ist. Eine Druckseite 23b der Hilfspumpe 23 ist mit dem Hauptstromzulauf 22 fluidverbunden. Allgemein ist also im Rezirkulationskreislauf 20 eine Hilfspumpe 23 angeordnet. Another embodiment of the invention is in 3 shown. The ORC system also has a working fluid circuit 10 and a thermal water cycle 19 on, being working medium circuit 10 and thermal water cycle 19 analogous to the embodiment according to FIG 2 are formed. The ORC system further includes a recirculation circuit 20 However, it depends on the recirculation cycle 20 according to 2 different. Specifically, in the recirculation cycle 20 according to 3 additionally an auxiliary pump 23 provided, the suction side 23a with the partial flow branch 21 fluidly connected. A printed page 23b the auxiliary pump 23 is with the main power supply 22 fluidly connected. Generally, therefore, is in the recirculation circuit 20 an auxiliary pump 23 arranged.

Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist bei der ORC-Anlage gemäß 3 der Hauptstromzulauf 22 zwischen der Hauptstrompumpe 16 und dem Vorwärmer 11 angeordnet. In contrast to the embodiment according to 2 is in accordance with the ORC system 3 the main current feed 22 between the main flow pump 16 and the preheater 11 arranged.

Die Teilstromabzweigung 21 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 zwischen dem Vorwärmer 11 und dem Verdampfer 12 angeordnet. Das über den Nachlauf 16 den Vorwärmer verlassende vorgewärmte ORC-Fluid wird also an der Teilstromabzweigung 21 in einen Hauptstrom und einen Teilstrom aufgeteilt, wobei der Teilstrom mittels der Hilfspumpe 23 über den Rezirkulationskreislauf 20 dem Hauptstrom des ORC-Fluids vor dem Vorwärmer 11 wieder zugeführt wird. The partial flow branch 21 is in the embodiment according to 3 between the preheater 11 and the evaporator 12 arranged. The over the caster 16 The preheater leaving preheated ORC fluid is thus at the Teilstromabzweigung 21 divided into a main flow and a partial flow, wherein the partial flow by means of the auxiliary pump 23 via the recirculation circuit 20 the main stream of ORC fluid before the preheater 11 is fed again.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen ORC-Anlage. Im Wesentlichen entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 4 dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, mit dem Unterschied, dass die Teilstromabzweigung 21 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 am Verdampfer 12 angeordnet ist. Konkret wird der Teilstrom des ORC-Fluids, der über den Rezirkulationskreislauf 20 an den Vorlauf 17 des Vorwärmers 11 zurückgeführt wird, direkt am Verdampfer 12 dem Arbeitsmittelkreislauf 10 entnommen. Damit ist sichergestellt, dass eine ausreichend hohe Temperatur des ORC-Fluids im Teilstrom bzw. im Rezirkulationskreislauf 20 vorhanden ist, um einen sicheren Frostschutz für den Vorwärmer 11 zu gewährleisten. 4 shows a further embodiment of an ORC system according to the invention. In essence, the embodiment corresponds to 4 the embodiment according to 3 , with the difference that the partial flow branch 21 in the embodiment according to 4 on the evaporator 12 is arranged. Specifically, the partial flow of ORC fluid passing through the recirculation circuit 20 to the lead 17 of the preheater 11 is returned, directly to the evaporator 12 the working medium circuit 10 taken. This ensures that a sufficiently high temperature of the ORC fluid in the partial flow or in the recirculation 20 is present to provide a safe frost protection for the preheater 11 to ensure.

Im Allgemeinen kann der Arbeitsmittelkreislauf 10 Absperrventile 25 aufweisen, die ein Trennen des Rezirkulationskreislaufs 20 vom Arbeitsmittelkreislauf 10 ermöglichen. Insbesondere kann in Strömungsrichtung des ORC-Fluids vor dem Hauptstromzulauf 22 ein Absperrventil 25 im Arbeitsmittelkreislauf 10 angeordnet sein. Ein weiteres Absperrventil 25 kann in Strömungsrichtung des ORC-Fluids nach der Teilstromabzweigung 21, insbesondere nach dem Verdampfer 12, im Arbeitsmittelkreislauf 10 angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Rezirkulationskreislauf 20, der den Vorwärmer 11, ggf. einen Teil des Verdampfers 12, und die Hilfspumpe 23 umfasst, als eigenständiger Kreislauf vom Arbeitsmittelkreislauf 10 getrennt werden. Die Absperrventile 25 können durch Armaturen gebildet sein, die eine Absperrfunktion aufweisen. In general, the working fluid circuit 10 Shut-off valves 25 having a separation of the recirculation circuit 20 from the working medium circuit 10 enable. In particular, in the flow direction of the ORC fluid before the main flow inlet 22 a shut-off valve 25 in the working medium circuit 10 be arranged. Another shut-off valve 25 may be in the flow direction of the ORC fluid after the Teilstromabzweigung 21 , especially after the evaporator 12 , in the working fluid circuit 10 be arranged. In this way, the recirculation circuit 20 who is the preheater 11 , if necessary, a part of the evaporator 12 , and the auxiliary pump 23 includes, as an independent circuit of the working fluid circuit 10 be separated. The shut-off valves 25 can be formed by fittings that have a shut-off function.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen ORC-Anlage mit einem vom Arbeitsmittelkreislauf 10 trennbaren Rezirkulationskreislauf 20. Der Arbeitsmittelkreislauf 10 umfasst dazu zwei Absperrventile 25, die vor dem Hauptstromzulauf 22 und nach dem Verdampfer 12 angeordnet sind. Wenn die Absperrventile 25 geschlossen sind, können an den restlichen Abschnitten des Arbeitsmittelkreislaufs 10 Wartungsarbeiten vorgenommen werden. Gleichzeitig wird eine Zirkulationsströmung des ORC-Fluids innerhalb des Rezirkulationskreislaufs 20 aufrechterhalten. Das zirkulierende ORC-Fluid wird weiterhin im Vorwärmer 11, ggf. auch in einem Abschnitt des Verdampfers 12, erwärmt und dem Vorwärmer 11 wieder zugeführt. Somit wird eine Grundtemperatur im Vorwärmer 11 gehalten, so dass frostbedingte Schäden am Vorwärmer 11 vermieden werden. 5 shows an embodiment of an ORC system according to the invention with one of the working fluid circuit 10 separable recirculation circuit 20 , The working fluid circuit 10 includes two shut-off valves 25 that before the main electricity supply 22 and after the evaporator 12 are arranged. When the shut-off valves 25 can be closed to the remaining sections of the working fluid circuit 10 Maintenance work to be made. At the same time, a circulation flow of the ORC fluid within the recirculation circuit becomes 20 maintained. The circulating ORC fluid continues to be in the preheater 11 , possibly also in a section of the evaporator 12 , heated and the preheater 11 fed again. Thus, a basic temperature in the preheater 11 kept so that frost-related damage to the preheater 11 be avoided.

Die erfindungsgemäße ORC-Anlage ist für unterschiedliche Primärenergieträger nutzbar. Insbesondere eignet sich die ORC-Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Thermalwasser oder Druckwasser. Das Thermalwasser kann beispielweise geothermisch gefördert werden. Ferner ist die ORC-Anlage auch für die Erzeugung elektrischer Energie aus Thermoöl nutzbar. Allerdings verhindert die erfindungsgemäße ORC-Anlage auch ein Stocken des Thermoöls, indem eine entsprechend hohe Mindesttemperatur im Vorwärmer eingestellt wird. The ORC plant according to the invention can be used for different primary energy sources. In particular, the ORC system is suitable for generating electrical energy from thermal water or pressurized water. The thermal water can be promoted geothermally, for example. Furthermore, the ORC system can also be used for generating electrical energy from thermal oil. However, the ORC system according to the invention also prevents the thermal oil from stagnating by setting a correspondingly high minimum temperature in the preheater.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10, 10‘ 10, 10 ': Arbeitsmittelkreislauf Working agent circuit
11, 11‘ 11, 11 ': Vorwärmer preheater
12, 12‘ 12, 12 ': Verdampfer Evaporator
13, 13‘ 13, 13 ': Turbine turbine
14, 14‘ 14, 14 ': Generator generator
15, 15‘ 15, 15 ': Kondensator capacitor
16, 16‘ 16, 16 ': Hauptstrompumpe Main power pump
16a 16a: Saugseite der Hauptstrompumpe 16 Suction side of the main flow pump 16
16b 16b: Druckseite der Hauptstrompumpe 16 Pressure side of the main flow pump 16
17 17: Vorlauf leader
18 18: Nachlauf trailing
19, 19‘ 19, 19 ': Thermalwasserkreislauf Thermal water cycle
20 20: Rezirkulationskreislauf recirculation
21 21: Teilstromabzweigung Teilstromabzweigung
22 22: Hauptstromzulauf Main power supply
23 23: Hilfspumpe auxiliary pump
23a 23a: Saugseite der Hilfspumpe 23 Suction side of the auxiliary pump 23
23b 23b: Druckseite der Hilfspumpe 23 Pressure side of the auxiliary pump 23
24 24: Armatur fitting
25 25: Absperrventil shut-off valve

Claims

ORC system with a working fluid circuit ( 10 ), in which an ORC fluid circulates, wherein the working medium circuit ( 10 ) a preheater ( 11 ), an evaporator ( 12 ) and a capacitor ( 15 ), characterized by a recirculation circuit ( 20 ), which is a partial flow branch ( 21 ) and a main current feed ( 22 ), wherein the partial flow branch ( 21 ) in the prewar ( 11 ) or in the flow direction of the ORC fluid to the preheater ( 11 ), and wherein the main current feed ( 22 ) in the flow direction of the ORC fluid to the preheater ( 11 ) is arranged upstream or directly in a fluid-side inlet section of the preheater such that the preheater ( 11 ) preheated ORC fluid can be supplied.

ORC system according to claim 1, characterized in that the partial flow branch ( 21 ) in the flow direction of the ORC fluid between the preheater ( 11 ) and the capacitor ( 15 ) is arranged.

ORC system according to claim 1 or 2, characterized in that the partial flow branch ( 21 ) in the flow direction of the ORC fluid to the evaporator ( 12 ) upstream or directly at the evaporator ( 12 ) is arranged.

ORC system according to one of the preceding claims, characterized in that the working medium circuit ( 10 ) a main flow pump ( 16 ), which between the capacitor ( 15 ) and the preheater ( 11 ) is arranged.

ORC system according to claim 4, characterized in that the main current feed ( 22 ) between the capacitor ( 15 ) and the main flow pump ( 16 ) is arranged such that the main current feed ( 22 ) with a suction side ( 16a ) of the main flow pump ( 16 ) is fluidly connected.

ORC system according to claim 4, characterized in that the main current feed ( 22 ) between the main flow pump ( 16 ) and the preheater ( 11 ) in the working fluid circuit ( 10 ) opens.

ORC system according to one of the preceding claims, characterized in that the recirculation circuit ( 20 ) an auxiliary pump ( 23 ) whose suction side ( 23a ) with the partial flow branch ( 21 ) is fluidly connected.

ORC system according to one of the preceding claims, characterized in that in the working medium circuit ( 10 ) in the flow direction of the ORC fluid before the main flow inlet ( 22 ) and after the evaporator ( 12 ) one fitting each ( 24 ), the fitting ( 24 ) has a shut-off function.

Method for operating an ORC system, in particular an ORC system according to one of the preceding claims, in which in a working medium circuit ( 10 ) a main stream of an ORC fluid circulating in a preheater ( 11 ) of the working medium circuit ( 10 ) is preheated, wherein a partial flow of the preheated ORC fluid in or after the preheater ( 11 ) and the main stream in front of the preheater ( 11 ) is supplied such that the flow temperature of the preheater ( 11 ) is increased.

A method according to claim 9, characterized in that a volume flow of the branched partial flow is adjusted such that the flow temperature of the preheater ( 11 ) higher than the temperature at the freezing point of water, in particular higher than 0 ° C, preferably higher than 4 ° C, is.

A method according to claim 9 or 10, characterized in that the partial flow directly from an evaporator ( 12 ) is diverted to the preheater ( 11 ) in the working medium circuit ( 10 ) is subordinate.

Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the preheated partial flow upstream of a main flow pump ( 16 ) of the working medium circuit ( 10 ) is supplied to the main stream which the preheater ( 11 ) is arranged upstream.

Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the preheated partial flow between the main flow pump ( 16 ) and the preheater ( 11 ) is supplied to the main flow, wherein the partial flow via an auxiliary pump ( 23 ).