DE102013219366A1 - A method of separating foreign matter from a mixture containing a fluid working medium and corresponding foreign substances - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Abtrennen von Fremdstoffen aus einem Gemisch, insbesondere Gasgemisch, enthaltend ein fluides Arbeitsmedium und entsprechende Fremdstoffe, wobei das fluide Arbeitsmedium in einem thermodynamischen Kreislaufprozess verwendet wird, umfassend die Schritte: – Zuführen der Fremdstoffe zu dem fluiden Arbeitsmedium an wenigstens einer Stelle des Kreislaufprozesses unter Ausbildung eines die Fremdstoffe und das Arbeitsmedium enthaltenden Gemisches, – Durchführen wenigstens einer Maßnahme zum Abtrennen der Fremdstoffe aus dem Gemisch mittels wenigstens einer Abtrenneinrichtung (8).Method for separating foreign substances from a mixture, in particular a gas mixture, containing a fluid working medium and corresponding foreign substances, wherein the fluid working medium is used in a thermodynamic cycle process, comprising the steps: - supplying the foreign matter to the fluid working medium at at least one point of the cycle process Forming a mixture containing the foreign substances and the working medium, - Performing at least one measure for separating the foreign substances from the mixture by means of at least one separating device (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Fremdstoffen aus einem Gemisch, insbesondere einem Gasgemisch, enthaltend ein fluides Arbeitsmedium und entsprechende Fremdstoffe, wobei das fluide Arbeitsmedium in einem thermodynamischen Kreislaufprozess verwendet wird. The invention relates to a method for separating foreign substances from a mixture, in particular a gas mixture containing a fluid working medium and corresponding foreign substances, wherein the fluid working medium is used in a thermodynamic cycle process.

Die Abtrennung von unerwünschten Fremdstoffen aus einem entsprechende Fremdstoffe enthaltenden Stoffgemisch stellt in vielen Bereichen der Technik eine Herausforderung dar. Insbesondere bei thermodynamischen Kreislaufprozessen, welche z. B. der Gewinnung elektrischer Energie in Kraftwerken, insbesondere Dampfkraftwerken, dienen, ist eine Abtrennung von unerwünschten Fremdstoffen aus einem Gemisch, insbesondere einem Gasgemisch, welches neben den abzutrennenden Fremdstoffen auch ein Arbeitsmedium enthält, regelmäßig erforderlich, da diese die Effizienz bzw. den Wirkungsgrad des thermodynamischen Kreislaufprozesses, z. B. durch Veränderung der Stoffwerte, negativ beeinflussen. The separation of undesirable foreign substances from a corresponding mixture of substances containing foreign substances presents a challenge in many fields of technology. In particular in the case of thermodynamic circulatory processes, which are described, for example, in US Pat. As the extraction of electrical energy in power plants, in particular steam power plants serve, is a separation of undesirable foreign substances from a mixture, in particular a gas mixture, which also contains a working medium in addition to the separated foreign substances, regularly required, since these the efficiency and efficiency of the thermodynamic cycle process, eg. B. by changing the physical properties, adversely affect.

Bei den Fremdstoffen handelt es sich hier typischerweise um gasförmige Dichtungsmedien, welche zur Abdichtung des Kreislaufprozesses, z. B. im Bereich einer Turbine, insbesondere einer Turbinenwelle, verwendet werden, um einen Austritt bzw. Verlust des Arbeitsmediums zu verhindern. Die Dichtungsmedien sind originär in Dichtungseinrichtungen, wie z. B. Labyrinthdichtungen, vorgesehen, aus welchen sie jedoch austreten und sich mit dem Arbeitsmedium unter Ausbildung eines Gemisches vermischen können. The foreign substances are typically gaseous sealing media which are used to seal the circulation process, eg. B. in the region of a turbine, in particular a turbine shaft, used to prevent leakage or loss of the working medium. The sealing media are original in sealing devices, such. As labyrinth seals, provided, from which, however, they emerge and can mix with the working fluid to form a mixture.

Entsprechende in das Arbeitsmedium gelangte Fremdstoffe müssen daher entfernt werden, da diese, wie erwähnt, insbesondere im Hinblick auf die Effizienz bzw. den Wirkungsgrad des thermodynamischen Kreislaufprozesses, nachteilig sind. Corresponding contaminants that have entered the working medium must therefore be removed, since these, as mentioned, are disadvantageous, in particular with regard to the efficiency or the efficiency of the thermodynamic circulation process.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Abtrennen von Fremdstoffen aus einem Gemisch, insbesondere einem Gasgemisch, enthaltend ein fluides Arbeitsmedium und entsprechende Fremdstoffe, wobei das fluide Arbeitsmedium in einem thermodynamischen Kreislaufprozess verwendet wird, anzugeben. The invention is therefore based on the object, an improved method for separating foreign substances from a mixture, in particular a gas mixture containing a fluid working medium and corresponding foreign substances, wherein the fluid working medium is used in a thermodynamic cycle process to specify.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches sich durch die Verfahrensschritte Zuführen der Fremdstoffe zu dem fluiden Arbeitsmedium an wenigstens einer Stelle des Kreislaufprozesses unter Ausbildung eines die Fremdstoffe und das Arbeitsmedium enthaltenden Gemisches und Durchführen wenigstens einer Maßnahme zum Abtrennen der Fremdstoffe aus dem Gemisch mittels wenigstens einer Abtrenneinrichtung, auszeichnet. The object is achieved by a method of the type mentioned, which is characterized by the method steps feeding the foreign matter to the fluid working fluid at least one point of the circulation process to form a mixture containing the foreign substances and the working medium and performing at least one measure for separating the foreign matter the mixture by means of at least one separating device, characterized.

Bei dem erfindungsgemäßen, insbesondere kontinuierlich durchführbaren bzw. durchgeführten, Verfahren erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt ein Zuführen der Fremdstoffe zu dem fluiden Arbeitsmedium an wenigstens einer Stelle des Kreislaufprozesses unter Ausbildung eines die Fremdstoffe und das Arbeitsmedium enthaltenden Gemisches. Die Zuführung der bzw. zumindest eines Teils der Fremdstoffe zu dem Arbeitsmedium wird sonach im Rahmen des ersten Verfahrensschritts gezielt vorgesehen bzw. zugelassen. Durch die Zuführung der Fremdstoffe zu dem Arbeitsmedium bildet sich ein Gemisch, welches insbesondere die Fremdstoffe und das Arbeitsmedium enthält. Der Anteil, insbesondere Volumenanteil, der Fremdstoffe in dem Gemisch hängt davon ab, wie viele Fremdstoffe durch die Zuführung in das bzw. zu dem Arbeitsmedium gelangt sind. In dem Gemisch können neben den Fremdstoffen und dem Arbeitsmedium grundsätzlich auch andere Stoffe enthalten sein. In the method according to the invention, in particular continuously carried out or carried out, in a first method step, supplying the foreign matter to the fluid working medium at least one point of the cycle process to form a mixture containing the foreign substances and the working medium. The supply of the or at least a part of the foreign substances to the working medium is thus specifically provided or permitted within the scope of the first method step. By supplying the foreign substances to the working medium, a mixture is formed, which contains in particular the foreign substances and the working medium. The proportion, in particular volume fraction, of the foreign substances in the mixture depends on how many foreign substances have passed through the feed into or to the working medium. In principle, other substances may also be present in the mixture in addition to the foreign substances and the working medium.

Da sowohl die Fremdstoffe als auch das Arbeitsmedium typischerweise gasförmig sind, ist auch das Gemisch typischerweise gasförmig, es handelt sich dabei sonach typischerweise um ein Gasgemisch. Dies betrifft insbesondere den nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritt, in dem die Fremdstoffe aus dem Gemisch abgetrennt werden. Das Gemisch kann an bestimmten Stellen des thermodynamischen Kreislaufprozesses jedoch auch in flüssiger Phase bzw. einer Mischung aus gasförmiger und flüssiger Phase vorliegen. Since both the foreign substances and the working medium are typically gaseous, the mixture is also typically gaseous, so it is typically a gas mixture. This relates in particular to the method step described below, in which the foreign substances are separated from the mixture. However, at certain points in the thermodynamic circulation process, the mixture may also be in the liquid phase or in a mixture of gaseous and liquid phases.

In einem auf den ersten Verfahrensschritt folgenden zweiten Verfahrensschritt erfolgt ein Durchführen wenigstens einer Maßnahme zum Abtrennen der Fremdstoffe aus dem Gemisch mittels wenigstens einer Abtrenneinrichtung. Im Rahmen des zweiten Verfahrensschritts erfolgt sonach eine Abtrennung der zuvor gezielt zugeführten Fremdstoffe aus dem Gemisch. Hierfür wird wenigstens eine Abtrenneinrichtung verwendet. Selbstverständlich können mehrere, gegebenenfalls unterschiedlich arbeitende, Abtrenneinrichtungen verwendet werden, welche an einer oder mehreren Stellen des thermodynamischen Kreislaufprozesses vorgesehen sind. Durch die Verwendung mehrerer Abtrenneinrichtungen, d. h. mehrerer Abtrennstufen, kann gegebenenfalls die Effizienz der Abtrennung erhöht werden. Die Anzahl und Art der Abtrenneinrichtungen ist insbesondere danach zu richten, welche chemisch/physikalischen Eigenschaften die Fremdstoffe, insbesondere im Vergleich zu dem Arbeitsmedium, aufweisen und an welcher Stelle des thermodynamischen Kreislaufprozesses eine Abtrennung der Fremdstoffe aus dem Gemisch erfolgen soll bzw. bezüglich der thermo-physikalischen Eigenschaften sinnvoll erscheint. In a second method step following the first method step, at least one measure for separating the foreign substances from the mixture is carried out by means of at least one separating device. In the context of the second process step, a separation of the previously deliberately supplied foreign substances from the mixture takes place. For this purpose, at least one separating device is used. Of course, several, optionally different working, separation devices may be used, which are provided at one or more points of the thermodynamic cycle process. By using multiple separation devices, i. H. several separation stages, if necessary, the efficiency of the separation can be increased. The number and type of separating devices must be determined in particular according to which chemical / physical properties the foreign substances have, in particular in comparison to the working medium, and at which point of the thermodynamic cycle process a separation of the foreign substances from the mixture is to take place or with respect to the thermo-thermal cycle. physical properties makes sense.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es sonach möglich, entsprechende Fremdstoffe, insbesondere kontinuierlich, aus einem thermodynamischen Kreislaufprozess zu entfernen. Der eigentliche thermodynamische Kreislaufprozess wird durch die erfindungsgemäße Abtrennung von Fremdstoffen weder gestört noch beeinträchtigt. Die, insbesondere durch entsprechende mit diesem vermischte Fremdstoffe bestimmte, Güte bzw. Reinheit des Arbeitsmediums kann sonach hoch gehalten werden, was sich positiv auf die Effizienz des thermodynamischen Kreislaufprozesses auswirkt. With the method according to the invention it is thus possible to remove corresponding foreign substances, in particular continuously, from a thermodynamic cycle process. The actual thermodynamic cycle process is neither disturbed nor impaired by the removal of foreign substances according to the invention. The quality or purity of the working medium, determined in particular by appropriate foreign substances mixed therewith, can thus be kept high, which has a positive effect on the efficiency of the thermodynamic circulation process.

Das im Rahmen des zweiten Verfahrensschritts erfolgende Durchführen wenigstens einer Maßnahme zum Abtrennen der Fremdstoffe aus dem Gemisch mittels wenigstens einer Abtrenneinrichtung kann unter Ausnutzung bzw. dem Einsatz unterschiedlicher chemischer und/oder physikalischer Abtrennprinzipien erfolgen. Die Abtrennprinzipien sind durch unterschiedlich ausgebildete und arbeitende Abtrenneinrichtungen realisiert. The carrying out of at least one measure for separating the foreign substances from the mixture by means of at least one separating device in the course of the second method step can take place by utilizing or using different chemical and / or physical separation principles. The Abtrennprinzipien are realized by differently trained and working separation devices.

Beispielsweise kann die wenigstens eine Maßnahme zum Abtrennen der Fremdstoffe aus dem Gemisch unter Ausnutzung der unterschiedlichen adsorptiven Eigenschaften gegenüber einem bestimmten Adsorptionssubstrat und/oder der unterschiedlichen Dichte und/oder des unterschiedlichen Molekulargewichts und/oder der unterschiedlichen Siedepunkte zwischen den abzutrennenden Fremdstoffen und dem Arbeitsmedium erfolgen. Die vorstehende Aufzählung ist exemplarisch und nicht abschließend. For example, the at least one measure for separating the foreign substances from the mixture can take place by utilizing the different adsorptive properties with respect to a particular adsorption substrate and / or the different density and / or different molecular weight and / or different boiling points between the foreign substances to be separated and the working medium. The above list is exemplary and not exhaustive.

Zum Abtrennen der Fremdstoffe unter Ausnutzung der unterschiedlichen adsorptiven Eigenschaften gegenüber einem bestimmten Adsorptionssubstrat kann wenigstens eine wenigstens ein Adsorptionssubstrat umfassende Abtrenneinrichtung verwendet werden. Die Abtrennung der Fremdstoffe erfolgt hier insbesondere durch ein adsorptives Anbinden der Fremdstoffe an ein entsprechendes Adsorptionssubstrat, welches in seinen chemischen bzw. physikalischen Eigenschaften sonach derart ausgelegt ist, dass ein adsorptives Anbinden der Fremdstoffe, d. h. die Ausbildung adsorptiver Wechselwirkungen, zwischen den Fremdstoffen und dem Adsorptionssubstrat möglich ist. Selbstverständlich kann eine Abtrenneinrichtung mit mehreren, gegebenenfalls unterschiedlichen, Adsorptionssubstraten verwendet werden. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn es sich bei den abzutrennenden Fremdstoffen um ein Gemisch aus wenigstens zwei unterschiedlichen Fremdstofffraktionen handelt, so dass für die Abtrennung verschiedener Fremdstofffraktionen verschiedene Adsorptionssubstrate vorgesehen werden. For separating the foreign substances by utilizing the different adsorptive properties with respect to a particular adsorption substrate, at least one separating device comprising at least one adsorption substrate can be used. The separation of the foreign substances is carried out here in particular by an adsorptive binding of the foreign substances to a corresponding adsorption substrate, which is designed in its chemical or physical properties so that an adsorptive binding of the foreign substances, d. H. the formation of adsorptive interactions, between the foreign substances and the adsorption substrate is possible. Of course, a separation device with several, possibly different, adsorption substrates can be used. This is particularly expedient if the foreign substances to be separated off are a mixture of at least two different foreign substance fractions, so that different adsorption substrates are provided for the separation of different foreign substance fractions.

Zum Abtrennen der Fremdstoffe unter Ausnutzung der unterschiedlichen Dichte kann wenigstens eine wenigstens eine Zentrifuge, insbesondere eine Gaszentrifuge, umfassende Abtrenneinrichtung verwendet werden. Die Abtrennung mittels Zentrifugen macht sich die unterschiedliche Massenträgheit der in dem Gemisch enthaltenen Stoffe, d. h. insbesondere der abzutrennenden Fremdstoffe und des Arbeitsmediums, zunutze. Typischerweise werden in einer Zentrifuge Stoffe mit höherer Dichte aufgrund der höheren Massenträgheit nach außen befördert, wobei diese Stoffe Stoffe mit niedrigerer Dichte verdrängen, wodurch eine Auftrennung des Stoffgemisches möglich ist. Die abzutrennenden Fremdstoffe können sich von dem Arbeitsmedium sonach in ihrer Dichte bzw. Massenträgheit unterscheiden und sonach mittels einer Zentrifuge, insbesondere einer Gaszentrifuge, abgetrennt werden. Selbstverständlich kann auch hier eine Abtrenneinrichtung mit mehreren, gegebenenfalls unterschiedlichen, Zentrifugen, insbesondere Gaszentrifugen, verwendet werden. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn es sich bei den abzutrennenden Fremdstoffen um ein Gemisch aus wenigstens zwei Fremdstofffraktionen unterschiedlicher Dichte handelt, so dass für die Abtrennung verschiedener Fremdstofffraktion verschiedene Zentrifugen vorgesehen werden. For separating the foreign substances by utilizing the different density, at least one separating device comprising at least one centrifuge, in particular a gas centrifuge, can be used. The separation by centrifuges makes the different inertia of the substances contained in the mixture, d. H. in particular the foreign matter to be separated and the working medium, advantage. Typically, in a centrifuge, higher density fabrics will be delivered to the outside because of the higher inertia, which will displace lower density fabrics, thereby permitting separation of the composition. The foreign substances to be separated off may differ from the working medium in terms of their density or mass inertia and accordingly be separated by means of a centrifuge, in particular a gas centrifuge. Of course, a separating device with several, possibly different, centrifuges, in particular gas centrifuges, can also be used here. This is particularly expedient if the foreign substances to be separated off are a mixture of at least two foreign substance fractions of different density, so that different centrifuges are provided for the separation of different foreign substance fractions.

Zum Abtrennen der Fremdstoffe unter Ausnutzung des unterschiedlichen Molekulargewichts und sonach der unterschiedlichen Molekülgröße kann wenigstens eine wenigstens ein Molekularsieb umfassende Abtrenneinrichtung verwendet werden. Die Abtrennung mittels eines Molekularsiebs macht sich das unterschiedliche Molekulargewicht (Molmasse) respektive die unterschiedliche Molekülgröße der in dem Gemisch enthaltenen Stoffe, d. h. insbesondere der abzutrennenden Fremdstoffe und des Arbeitsmediums, zunutze. Das Molekularsieb, welches insbesondere als eine semipermeable Membran ausgebildet sein kann oder eine solche umfassen kann, ist sonach nur durchlässig für Stoffe mit einer bestimmten Molekularmasse bzw. Molekülgröße, für Stoffe mit einer im Vergleich größeren Molekularmasse bzw. Molekülgröße ist es undurchlässig. Selbstverständlich kann auch hier eine Abtrenneinrichtung mit mehreren, gegebenenfalls unterschiedlichen, Molekularsieben verwendet werden. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn es sich bei den abzutrennenden Fremdstoffen um ein Gemisch aus wenigstens zwei Fremdstofffraktionen unterschiedlichen Molekulargewichts bzw. unterschiedlicher Molekülgröße handelt, so dass für die Abtrennung verschiedener Fremdstofffraktion verschiedene Molekularsiebe mit unterschiedlichen Porengrößen vorgesehen werden. Die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad der Abtrennung mittels Molekularsieben kann dadurch gesteigert werden, dass ein Unterdruck, z. B. ein Vakuum, angelegt wird. To separate the foreign substances by utilizing the different molecular weight and thus the different molecular size, at least one separating device comprising at least one molecular sieve can be used. The separation by means of a molecular sieve makes the different molecular weight (molecular weight) or the different molecular size of the substances contained in the mixture, d. H. in particular the foreign matter to be separated and the working medium, advantage. The molecular sieve, which may be in particular as a semipermeable membrane or may comprise such, is therefore only permeable to substances having a certain molecular mass or molecular size, for substances with a comparatively larger molecular mass or molecular size, it is impermeable. Of course, a separating device with several, possibly different, molecular sieves can also be used here. This is particularly expedient if the foreign substances to be separated off are a mixture of at least two foreign substance fractions of different molecular weight or different molecular size, so that different molecular sieves with different pore sizes are provided for the separation of different foreign substance fractions. The efficiency or the efficiency of the separation by means of molecular sieves can be increased by a vacuum, z. As a vacuum is applied.

Zum Abtrennen der Fremdstoffe unter Ausnutzung der unterschiedlichen Siedepunkte kann wenigstens eine wenigstens eine Kondensationseinrichtung umfassende Abtrenneinrichtung verwendet werden. Die Abtrennung mittels einer Kondensationseinrichtung macht sich die unterschiedlichen Siedepunkte bzw. Kondensationstemperaturen der in dem Gemisch enthaltenen Stoffe, d. h. insbesondere der abzutrennenden Fremdstoffe und des Arbeitsmediums, zunutze. Dabei ist es möglich, dass in der oder einer Kondensationseinrichtung entweder die Fremdstoffe kondensiert und als Kondensat von dem Arbeitsmedium abgetrennt werden oder das Arbeitsmedium kondensiert und die Fremdstoffe von dem als Kondensat vorliegenden Arbeitsmedium abgetrennt werden. Selbstverständlich kann auch hier eine Abtrenneinrichtung mit mehreren, gegebenenfalls unterschiedlichen Kondensationseinrichtungen, verwendet werden. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn es sich bei den abzutrennenden Fremdstoffen um ein Gemisch aus wenigstens zwei Fremdstofffraktionen mit unterschiedlichen Siedepunkten bzw. Kondensationstemperaturen handelt, so dass für die Abtrennung verschiedener Fremdstofffraktionen verschiedene Kondensationseinrichtungen vorgesehen werden. To separate the foreign substances taking advantage of the different boiling points can at least one separating device comprising at least one condensation device can be used. The separation by means of a condensation device makes use of the different boiling points or condensation temperatures of the substances contained in the mixture, ie in particular the foreign matter to be separated and the working medium, advantage. It is possible that in the or a condensation device, either the foreign substances are condensed and separated as condensate from the working medium or the working medium is condensed and the foreign substances are separated from the working medium present as condensate. Of course, a separating device with a plurality of optionally different condensation devices can also be used here. This is particularly expedient if the foreign substances to be separated off are a mixture of at least two foreign substance fractions with different boiling points or condensation temperatures, so that different condensation devices are provided for the separation of different foreign substance fractions.

In dem Fall, in dem das Arbeitsmedium aus mehreren Bestandteilen unterschiedlicher Siedepunkte besteht und der Siedepunkt der Fremdstoffe zwischen den jeweiligen Siedepunkten der Bestandteile des Arbeitsmediums liegt, kann in einer durch eine erste Kondensationseinrichtung realisierten ersten Abtrennstufe, wenigstens ein erster Bestandteil des Arbeitsmediums mit einem niedrigeren Siedepunkt als die Fremdstoffe und als die weiteren Bestandteile des Arbeitsmediums abgetrennt werden. In wenigstens einer durch wenigstens eine weitere Kondensationseinrichtung realisierten folgenden weiteren Abtrennstufe kann ein Abtrennen der Fremdstoffe von dem wenigstens einen verbliebenen Bestandteil des Arbeitsmediums erfolgen. Der Siedepunkt der abzutrennenden Fremdstoffe liegt sonach zweckmäßig oberhalb des Siedepunkts der in der ersten Abtrennstufe abzutrennenden oder abgetrennten Bestandteile des Arbeitsmediums und unterhalb der in der zweiten Abtrennstufe abzutrennenden oder abgetrennten Bestandteile des Arbeitsmediums. In the case where the working medium consists of several constituents of different boiling points and the boiling point of the foreign substances between the respective boiling points of the components of the working medium, in a realized by a first condensing device first separation stage, at least a first component of the working medium having a lower boiling point as the foreign substances and as the other components of the working medium are separated. In at least one further separation stage realized by at least one further condensation device, the foreign substances can be separated from the at least one remaining component of the working medium. The boiling point of the foreign substances to be separated is therefore expediently above the boiling point of the components of the working medium to be separated or separated in the first separation stage and below the components of the working medium to be separated or separated in the second separation stage.

Die die jeweiligen Abtrennstufen realisierenden Kondensationseinrichtungen sind hierbei zweckmäßig in Reihe geschaltet. Die oder eine weitere Kondensationseinrichtung kann an der Gasphase oder an der kondensierten Flüssigphase der dieser vorgeschalteten Kondensationseinrichtung angeschlossen sein, so dass in diese entweder ein gasförmiges oder ein flüssiges Gemisch zugeführt wird. In der letzen Abtrennstufe bzw. Kondensationseinrichtung vorhandenes Arbeitsmedium kann wieder in den thermodynamischen Kreislaufprozess zurückgeführt werden. The condensation devices realizing the respective separation stages are expediently connected in series. The or a further condensation device may be connected to the gas phase or to the condensed liquid phase of the condensation device arranged upstream of this, so that either a gaseous or a liquid mixture is supplied into this. In the last separation stage or condensation device existing working fluid can be recycled back into the thermodynamic cycle process.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine zentrale in den Kreislaufprozess integrierte und/oder diesem zugeordnete Abtrenneinrichtung verwendet werden. Alternativ können mehrere in den Kreislaufprozess integrierte und/oder diesem zugeordnete Abtrenneinrichtungen verwendet werden. Die erstgenannte Alternative sieht eine zentrale Abtrenneinrichtung vor, über welche eine zentrale Abtrennung der Fremdstoffe aus dem Gemisch erfolgt. Die zentrale Abtrenneinrichtung kann je nach Ausbildung bzw. Arbeitsweise an einer bestimmten Stelle des thermodynamischen Kreislaufprozesses eingesetzt werden. Die zentrale Abtrenneinrichtung kann beispielsweise zwischen einer Verdampfungseinrichtung und einer Turbine des thermodynamischen Kreislaufprozesses eingesetzt werden. Die dort üblicherweise herrschenden hohen Temperaturen und Drücke können für die Effizienz der Abtrennung der Fremdstoffe vorteilhaft sein. Denkbar ist es auch, die Abtrenneinrichtung unmittelbar im Bereich einer Dichtungseinrichtung, wie z. B. einer Labyrinthdichtung, einzusetzen, aus welcher, wie eingangs beschrieben, entsprechende Fremdstoffe entweichen und in das Arbeitsmedium gelangen können. In the context of the method according to the invention, a central separation device integrated into the circulation process and / or assigned to it can be used. Alternatively, a plurality of separation devices integrated into the circulation process and / or assigned to it can be used. The former alternative provides a central separation device via which a central separation of the foreign substances from the mixture takes place. Depending on the training or mode of operation, the central separation device can be used at a specific point in the thermodynamic circulation process. The central separation device can be used, for example, between an evaporation device and a turbine of the thermodynamic circulation process. The high temperatures and pressures usually prevailing there can be advantageous for the efficiency of the separation of the foreign substances. It is also conceivable, the separating device directly in the region of a sealing device, such. As a labyrinth seal to use, from which, as described above, corresponding foreign substances escape and can get into the working medium.

Die zweite Alternative sieht mehrere, gegebenenfalls unterschiedliche, Abtrenneinrichtungen vor, über welche insgesamt eine Abtrennung der Fremdstoffe aus dem Gemisch erfolgt. Die Abtrenneinrichtungen können je nach Ausbildung bzw. Arbeitsweise an unterschiedlichen Stellen des thermodynamischen Kreislaufprozesses eingesetzt werden und gegebenenfalls unterschiedliche Fremdstoffe aus dem Gemisch abtrennen. Wenigstens eine oder ein Teil der Abtrenneinrichtungen kann auch hier beispielsweise zwischen einer Verdampfungseinrichtung und einer Turbine des thermodynamischen Kreislaufprozesses eingesetzt werden, da die dort üblicherweise herrschenden hohen Temperaturen und Drücke für die Effizienz der Abtrennung der Fremdstoffe vorteilhaft sein können. Denkbar ist es auch hier, eine oder mehrere Abtrenneinrichtungen unmittelbar im Bereich einer Dichtungseinrichtung, wie z. B. einer Labyrinthdichtung, einzusetzen, aus welcher, wie eingangs beschrieben, entsprechende Fremdstoffe entweichen und in das Arbeitsmedium gelangen können. The second alternative provides several, optionally different, separation devices, via which a total of a separation of the foreign substances from the mixture takes place. Depending on the training or mode of operation, the separation devices can be used at different points in the thermodynamic circulation process and optionally separate different foreign substances from the mixture. At least one or a part of the separation devices can also be used here, for example, between an evaporation device and a turbine of the thermodynamic circulation process, since the high temperatures and pressures usually prevailing there can be advantageous for the efficiency of the separation of the foreign substances. It is also conceivable here, one or more separation devices directly in the area of a sealing device, such. As a labyrinth seal to use, from which, as described above, corresponding foreign substances escape and can get into the working medium.

Die Art und Auswahl der Anordnung entsprechender Abtrenneinrichtungen, d. h., ob die bzw. diese unmittelbar in den thermodynamischen Kreislaufprozess integriert oder diesem im Sinne einer externen Anordnung zugeordnet ist bzw. sind, kann insbesondere in Abhängigkeit des Druckes, mit welchem die Fremdstoffe dem Arbeitsmedium zugeführt werden, erfolgen. The nature and selection of the arrangement of corresponding separation devices, d. h., Whether the or this is directly integrated into the thermodynamic cycle process or this is assigned in the sense of an external arrangement or can, in particular depending on the pressure at which the foreign substances are supplied to the working medium, take place.

Insbesondere in dem Fall, in welchem der Druck der zugeführten Fremdstoffe erheblich größer als der Druck des Arbeitsmediums ist, ist es zweckmäßig, eine zentrale Abtrenneinrichtung vorzusehen. In particular, in the case where the pressure of the supplied foreign matter is considerably greater As the pressure of the working medium, it is expedient to provide a central separating device.

Bei dem im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Arbeitsmedium kann es sich z. B. um einen Fluorkohlenwasserstoff, insbesondere ein Fluorketon, handeln. Diese Substanzen werden üblicherweise in thermodynamischen Kreislaufprozessen, insbesondere so genannten Organic-Rankine-Cycles, kurz ORC, zum Betrieb einer Dampfturbine verwendet. In the working medium used in the process according to the invention, it may be, for. B. to a fluorohydrocarbon, in particular a fluoroketone, act. These substances are usually used in thermodynamic cycle processes, in particular so-called Organic Rankine Cycles, ORC short, for operating a steam turbine.

Als aus dem Gemisch abzutrennender Fremdstoff kommt insbesondere ein Dichtungsmedium zum Abdichten offener oder potentieller Leckagestellen innerhalb des Kreislaufprozesses in Betracht. Das Dichtungsmedium kann (originär) in einer Dichtungseinrichtung, wie einer Labyrinthdichtung oder dergleichen, verwendet werden. Eine entsprechende Leckagestelle kann z. B. im Bereich einer Turbine oder Turbinenwelle gegeben sein. As a foreign matter to be separated from the mixture, in particular, a sealing medium is suitable for sealing open or potential leakage points within the cycle process. The sealing medium may be used (original) in a sealing device such as a labyrinth seal or the like. A corresponding leakage point can z. B. be given in the range of a turbine or turbine shaft.

Konkret kann es sich bei dem oder den Fremdstoffen um, insbesondere gasförmigen, Stickstoff handeln. Stickstoff wird in entsprechenden Dichtungseinrichtungen, wie z. B. Labyrinthdichtungen, regelmäßig als Dichtungsmedium verwendet. In concrete terms, the foreign substance (s) may be, in particular, gaseous, nitrogen. Nitrogen is in corresponding sealing devices, such as. As labyrinth seals, used regularly as a sealing medium.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen eines thermodynamischen Kreislaufprozesses, in welchem ein fluides Arbeitsmedium verwendet wird. Die Vorrichtung umfasst wenigstens eine Abtrenneinrichtung zum Durchführen wenigstens einer Maßnahme zum Abtrennen von Fremdstoffen aus einem Fremdstoffe und das Arbeitsmedium enthaltenden Gemisch. Die Vorrichtung ist sonach zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet bzw. eingerichtet. Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelten deshalb sämtliche Ausführungen hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens analog. The invention further relates to an apparatus for performing a thermodynamic cycle process in which a fluid working medium is used. The device comprises at least one separating device for carrying out at least one measure for separating foreign substances from a foreign substance and the mixture containing the working medium. The device is thus designed or set up for carrying out the method described above. With regard to the device according to the invention, therefore, all statements with regard to the method according to the invention apply analogously.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiment described below and with reference to the drawings. Showing:

1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und 1 a schematic representation of an apparatus for performing a method according to an embodiment of the invention; and

2–7 je eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Abtrenneinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 - 7 each one used in the context of the inventive method separation device according to an embodiment of the invention.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren betrifft das Abtrennen von Fremdstoffen aus einem Gasgemisch, enthaltend ein fluides, insbesondere gasförmiges, Arbeitsmedium und von diesen abzutrennende gasförmige Fremdstoffe, wobei das fluide Arbeitsmedium in einem thermodynamischen Kreislaufprozess zirkuliert und sonach verwendet wird. 1 shows a schematic diagram of a device 1 for performing a method according to an embodiment of the invention. The method relates to the separation of foreign substances from a gas mixture containing a fluid, in particular gaseous, working medium and to be separated from these gaseous foreign substances, wherein the fluid working medium is circulated in a thermodynamic cycle process and used accordingly.

Bei dem fluiden, insbesondere gasförmigen, Arbeitsmedium handelt es sich z. B. um einen Fluorkohlenwasserstoff, insbesondere ein Fluorketon. The fluid, in particular gaseous, working medium is, for. B. to a fluorohydrocarbon, in particular a fluoroketone.

Der thermodynamische Kreislaufprozess kann z. B. ein so genannter Organic Rankine Cycle, kurz ORC, zum Betrieb einer Dampfturbine sein. Ein konkretes Einsatzgebiet kann die Gewinnung von elektrischer Energie aus Abfallstoffen sein. The thermodynamic cycle process can, for. B. a so-called Organic Rankine Cycle, ORC for short, to operate a steam turbine. A concrete field of application may be the recovery of electrical energy from waste materials.

Die Vorrichtung 1 weist als wesentliche Funktionseinheiten einen Kondensator 2 zum Kondensieren des Arbeitsmediums, eine Turbine 3, einen mit der Turbine 3 gekoppelten elektrischen Generator 4 und einen der Turbine 3 nachgeschalteten Regenerator 5 zur Regenerierung des aus der Turbine 3 kommenden Arbeitsmediums auf. Die genannten Funktionseinheiten sind durch entsprechende, von dem Arbeitsmedium durchströmte Rohrleitungen 6 miteinander verbunden. The device 1 has as essential functional units a capacitor 2 for condensing the working medium, a turbine 3 one with the turbine 3 coupled electric generator 4 and one of the turbine 3 downstream regenerator 5 for the regeneration of the turbine 3 coming working medium. The functional units mentioned are through corresponding, through-flow of the working fluid piping 6 connected with each other.

Bei der vorstehenden Aufzählung sind, wie erwähnt, nur die wesentlichen Funktionseinheiten der Vorrichtung 1 genannt, d. h. dieser sind üblicherweise weitere Funktionseinheiten, wie z. B. Pumpeneinrichtungen, Verdampfereinrichtungen etc., zugehörig, welche in der Prinzipdarstellung gemäß 1 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind. In the above list, as mentioned, only the essential functional units of the device 1 called, ie these are usually other functional units, such. B. pump devices, evaporator devices, etc., belonging, which in the schematic diagram according to 1 for the sake of clarity are not shown.

Die Betriebsweise bzw. das Funktionsprinzip derartiger Vorrichtungen 1 sowie der diesen zugehörigen Funktionseinheiten ist dem einschlägigen Fachmann bekannt, so dass es hierzu keiner weiteren Erläuterungen bedarf. The mode of operation or the functional principle of such devices 1 as well as the associated functional units is known to the person skilled in the art, so that this requires no further explanation.

Wie erwähnt, dient ein Fluorkohlenwasserstoff, insbesondere ein Fluorketon, als fluides Arbeitsmedium in dem in der Vorrichtung 1 realisierbaren bzw. realisierten thermodynamischen Kreislaufprozess. Unter einem Arbeitsmedium ist grundsätzlich ein Stoff zu verstehen, welcher den thermodynamischen Kreislaufprozess nicht verlassen darf bzw. soll. Um eine hohe Effizienz des thermodynamischen Kreislaufprozesses sicherzustellen, ist ein hoher Reinheitsgrad des fluiden Arbeitsmediums sicherzustellen, d. h. das fluide Arbeitsmedium ist möglichst frei von Fremdstoffen zu halten. As mentioned, a fluorohydrocarbon, in particular a fluoroketone, serves as a fluid working medium in the device 1 feasible or realized thermodynamic cycle process. Under a working medium is basically a substance to understand, which must not leave the thermodynamic cycle process or should. In order to ensure a high efficiency of the thermodynamic circulation process, a high degree of purity of the fluid working medium is to be ensured, ie the fluid working medium is to be kept as free of foreign substances as possible.

Der Bereich der Turbine 3 respektive der Bereich der dieser zugehörigen Turbinenwelle (nicht gezeigt) stellt eine potentielle Leckagestelle innerhalb des Kreislaufprozesses dar, über welche es zu einem unerwünschten Austritt des Arbeitsmediums aus dem Kreislaufprozess kommen kann. The area of the turbine 3 respectively the area of this associated turbine shaft (not shown) represents a potential leakage point within the cycle process, over which it becomes a unwanted escape of the working medium can come from the circulation process.

Entsprechend ist die Turbine 3 respektive die Turbinenwelle über Dichtungseinrichtungen 7, wie z. B. Labyrinthdichtungen oder dergleichen, abgedichtet. Diese Dichtungseinrichtungen 7 sind mit einem Dichtungsmedium befüllt bzw. umfassen ein solches, welches Dichtungsmedium einen unerwünschten Austritt des Arbeitsmediums aus dem Kreislaufprozess verhindert. Bei dem Dichtungsmedium handelt es sich typischerweise um einen fluiden, insbesondere gasförmigen, Stoff, wie z. B. Stickstoff. The turbine is corresponding 3 respectively the turbine shaft via sealing devices 7 , such as B. labyrinth seals or the like, sealed. These sealing devices 7 are filled with a sealing medium or include such, which sealing medium prevents unwanted leakage of the working fluid from the circulation process. The sealing medium is typically a fluid, in particular gaseous, substance, such as. Nitrogen.

Das Dichtungsmedium kann aus der Dichtungseinrichtung 7 austreten und sich mit dem Arbeitsmedium unter Ausbildung eines Gemisches vermischen. Da es sich bei dem Dichtungsmedium im Verhältnis zu dem Arbeitsmedium um einen Fremdstoff handelt, ist ein Austritt des Dichtungsmediums aus einer Dichtungseinrichtung 7 grundsätzlich unerwünscht, da die Vermischung des Arbeitsmediums mit Fremdstoffen, wie erwähnt, grundsätzlich die Effizienz des thermodynamischen Kreislaufprozesses negativ beeinflussen kann. The sealing medium may be from the sealing device 7 emerge and mix with the working medium to form a mixture. Since the sealing medium is an impurity in relation to the working medium, an exit of the sealing medium is from a sealing device 7 basically undesirable, since the mixing of the working medium with foreign substances, as mentioned, in principle, can adversely affect the efficiency of the thermodynamic cycle process.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Austritt des Dichtungsmediums aus den Dichtungseinrichtungen 7 und somit eine Zuführung der Fremdstoffe sowie eine Ausbildung eines entsprechenden gasförmigen Gemisches, bestehend aus dem Arbeitsmedium und dem oder den Fremdstoffen, jedoch bewusst zugelassen. In the context of the method according to the invention, an outlet of the sealing medium from the sealing means 7 and thus a supply of foreign substances and a formation of a corresponding gaseous mixture consisting of the working medium and the one or more foreign substances, but deliberately approved.

Dies ist deshalb möglich, da im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens über entsprechende Abtrenneinrichtungen 8 kontinuierlich Maßnahmen zum Abtrennen der Fremdstoffe aus dem Gemisch durchgeführt werden. Eine entsprechende Abtrenneinrichtung 8 ist in 1 zwischen dem Kondensator 2 und der Turbine 3 unmittelbar in den thermodynamischen Kreislaufprozess geschaltet. Diese Anordnung einer Abtrenneinrichtung 8 ist lediglich beispielhaft. This is possible because in the context of the method according to the invention via corresponding separation devices 8th measures are continuously taken to separate the foreign substances from the mixture. A corresponding separation device 8th is in 1 between the capacitor 2 and the turbine 3 switched directly into the thermodynamic cycle process. This arrangement of a separating device 8th is just an example.

Das Durchführen wenigstens einer Maßnahme zum Abtrennen der Fremdstoffe aus dem Gemisch kann mittels einer Abtrenneinrichtung 8 unter Ausnutzung bzw. dem Einsatz unterschiedlicher chemischer und/oder physikalischer Abtrennprinzipien erfolgen. Wie sich im Weiteren ergibt, kann die wenigstens eine Maßnahme zum Abtrennen der Fremdstoffe aus dem Gemisch unter Ausnutzung der unterschiedlichen adsorptiven Eigenschaften gegenüber einem bestimmten Adsorptionssubstrat und/oder der unterschiedlichen Dichte und/oder des unterschiedlichen Molekulargewichts bzw. der unterschiedlichen Molekülgröße und/oder der unterschiedlichen Siedepunkte zwischen den Fremdstoffen und dem Arbeitsmedium erfolgen. The carrying out of at least one measure for separating the foreign substances from the mixture can be effected by means of a separating device 8th take advantage of or use of different chemical and / or physical separation principles. As will be seen below, the at least one measure for separating the foreign substances from the mixture by utilizing the different adsorptive properties with respect to a particular adsorption substrate and / or the different density and / or the different molecular weight or the different molecular size and / or the different Boiling points between the foreign substances and the working medium take place.

Wie die Abtrennung der Fremdstoffe aus dem Gemisch mittels einer Abtrenneinrichtung 8 tatsächlich erfolgt, ergibt sich aus der konkreten strukturellen Ausbildung und dem konkreten Funktionsprinzip der Abtrenneinrichtung 8. As the separation of the foreign substances from the mixture by means of a separation device 8th actually takes place, results from the concrete structural training and the concrete operating principle of the separation device 8th ,

In den 2 bis 7 ist je eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Abtrenneinrichtung 8 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. In the 2 to 7 is ever a separation device used in the context of the method according to the invention 8th shown according to an embodiment of the invention.

In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine eine Kondensationseinrichtung umfassende Abtrenneinrichtung 8 gezeigt. Die Abtrenneinrichtung 8 bzw. die Kondensationseinrichtung weist eine Abtrennkammer 9 auf, welche über ein Ventil 10 mit einem Abschnitt der Rohrleitung 6, in dem das Gemisch, enthaltend die abzutrennenden Fremdstoffe und das Arbeitsmedium, zirkuliert, verbunden ist. Das Gemisch wird aus der Rohrleitung 6 über das Ventil 10 in die Abtrennkammer 9 geleitet. Die in dem Gemisch enthaltenen Fremdstoffe werden unter Ausnutzung der unterschiedlichen Siedepunkte des Arbeitsmediums und der Fremdstoffe aus dem Gemisch bzw. von dem Arbeitsmedium abgetrennt. Dies erfolgt dadurch, dass das in die Abtrennkammer 9 eingetretene Gemisch mittels einer Kühleinrichtung 12 gekühlt wird, wobei eine Komponente des Gemisches, hier das Arbeitsmedium, kondensiert und sonach verflüssigt wird. Die weiterhin gasförmigen Fremdstoffe können mittels einer Absaugvorrichtung 11, welcher wiederum ein Ventil 10 vorgeschaltet ist, aus der Abtrennkammer 9 abgesaugt werden. Das in der Abtrennkammer 9 enthaltene, von Fremdstoffen befreite Arbeitsmedium kann zurück in die Rohrleitung 6 geleitet werden. Bei 13 ist eine der Abtrennkammer 9 zugehörige Druckmessvorrichtung zur Messung des in der Abtrennkammer 9 herrschenden Druckes angedeutet. In the in 2 The embodiment shown is a separating device comprising a condensation device 8th shown. The separating device 8th or the condensation device has a separation chamber 9 on which via a valve 10 with a section of the pipeline 6 in which the mixture containing the foreign matter to be separated and the working medium circulates is connected. The mixture is removed from the pipeline 6 over the valve 10 into the separation chamber 9 directed. The foreign substances contained in the mixture are separated by utilizing the different boiling points of the working medium and the foreign substances from the mixture or from the working medium. This is done by placing it in the separation chamber 9 occurred mixture by means of a cooling device 12 is cooled, wherein a component of the mixture, here the working medium, is condensed and liquefied. The gaseous foreign substances can continue by means of a suction device 11 which in turn is a valve 10 upstream, from the separation chamber 9 be sucked off. That in the separation chamber 9 contained, freed of foreign matter working fluid can back into the pipeline 6 be directed. at 13 is one of the separation chamber 9 associated pressure measuring device for measuring the in the separation chamber 9 indicated by prevailing pressure.

Das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel allein darin, dass hier nicht das in dem Gemisch enthaltene Arbeitsmedium, sondern die in dem Gemisch enthaltenen Fremdstoffe kondensieren und sonach verflüssigt werden. Die kondensierten Fremdstoffe werden mittels einer Pumpenvorrichtung 14 aus der Abtrennkammer 9 abgesaugt. This in 3 embodiment shown differs from that in 2 embodiment shown alone in that here not the working medium contained in the mixture, but the foreign substances contained in the mixture condense and be liquefied accordingly. The condensed foreign matter is removed by means of a pumping device 14 from the separation chamber 9 aspirated.

Anhand der in den 2, 3 gezeigten Ausführungsbeispiele ist ersichtlich, dass in einer derartigen Kondensationseinrichtung entweder die Fremdstoffe kondensieren und als Kondensat von dem Arbeitsmedium abgetrennt werden können oder das Arbeitsmedium kondensiert und die Fremdstoffe von dem als Kondensat vorliegenden Arbeitsmedium abgetrennt werden können. On the basis of in the 2 . 3 In embodiments shown, it can be seen that in such a condensation device, either the foreign substances can condense and be separated from the working medium as condensate, or the working medium can be condensed and the foreign substances can be separated from the working medium present as condensate.

Wenngleich nur für das nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiel gemäß 4 explizit gezeigt, gilt grundsätzlich auch für die in den 2, 3 sowie 5–7 gezeigten Ausführungsbeispiele, dass eine Rückführung des Arbeitsmediums in den thermodynamischen Kreislaufprozess nach dem Abtrennen der Fremdstoffe möglich ist. Das Arbeitsmedium wird dabei zweckmäßig einem Verdichter zugeführt, bevor es in den thermodynamischen Kreislaufprozess rückgeführt wird. Although only for the embodiment described below 4 shown explicitly applies in principle to those in the 2 . 3 such as 5 - 7 shown embodiments that a return of the working medium in the thermodynamic cycle process after the separation of foreign substances is possible. The working medium is expediently fed to a compressor before it is returned to the thermodynamic cycle process.

Die dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel entnehmbare Abtrenneinrichtung 8 macht sich für die Abtrennung der Fremdstoffe aus dem Gemisch ebenso unterschiedliche Siedepunkte zwischen den Fremdstoffen und dem Arbeitsmedium zunutze. Die in 4 gezeigte Abtrenneinrichtung 8 wird eingesetzt, wenn das Arbeitsmedium aus mehreren Bestandteilen unterschiedlicher Siedepunkte besteht und der Siedepunkt der Fremdstoffe zwischen den jeweiligen Siedepunkten der Bestandteile des Arbeitsmediums liegt. The in the 4 shown embodiment removable separating device 8th For the separation of foreign substances from the mixture, equally different boiling points between the foreign substances and the working medium are utilized. In the 4 shown separating device 8th is used when the working medium consists of several constituents of different boiling points and the boiling point of the foreign substances between the respective boiling points of the constituents of the working medium.

Ersichtlich umfasst die Abtrenneinrichtung 8 hier zwei in Reihe geschaltete Abtrennkammern 9, welche jeweils eine Abtrennstufe bilden. In der durch die linke Abtrennkammer 9 realisierten ersten Abtrennstufe wird ein erster Bestandteil des Arbeitsmediums mit einem niedrigeren Siedepunkt als die Fremdstoffe und einem niedrigeren Siedepunkt als die weiteren Bestandteile des Arbeitsmediums verflüssigt und sonach abgetrennt. Es verbleibt ein gasförmiges Gemisch aus weiteren Bestandteilen des Arbeitsmediums und den Fremdstoffen. Dieses Gemisch wird über das zwischen die Abtrennkammern 9 geschaltete Ventil 10 in die eine zweite Abtrennstufe bildende rechte Abtrennkammer 9 geleitet und dort entsprechend aufgetrennt. As can be seen, the separating device comprises 8th here two series separation chambers 9 , which each form a separation stage. In through the left separation chamber 9 Realized first separation stage, a first component of the working fluid is liquefied with a lower boiling point than the foreign substances and a lower boiling point than the other components of the working medium and thus separated. There remains a gaseous mixture of other constituents of the working medium and the foreign substances. This mixture is via the between the separation chambers 9 switched valve 10 in the second separation stage forming right separation chamber 9 passed and separated there accordingly.

Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel werden in der durch die rechte Abtrennkammer 9 realisierten zweiten Abtrennstufe (analog dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel) insbesondere die Fremdstoffe kondensiert bzw. verflüssigt und mittels der Pumpeneinrichtung 14 abgesaugt. Das Arbeitsmedium kann über einen Verdichter 15 wieder zurück in den thermodynamischen Kreislaufprozess geführt werden. At the in 4 embodiment shown are in the right through the separation chamber 9 realized second separation stage (analogous to in 3 In particular, the foreign substances are condensed or liquefied and by means of the pump device 14 aspirated. The working medium can be via a compressor 15 be led back into the thermodynamic cycle process.

Grundsätzlich kann bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel in der durch die rechte Abtrennkammer 9 realisierten zweiten Abtrennstufe jedoch auch das Arbeitsmedium (analog dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel) kondensiert bzw. verflüssigt werden. Basically, in the in 4 shown embodiment in the right through the separation chamber 9 However, the second separation stage also realized the working medium (analogous to that in US Pat 2 shown embodiment) condensed or liquefied.

In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine ein Molekularsieb 16 umfassende Abtrenneinrichtung 8 gezeigt. Die Abtrenneinrichtung 8 macht sich hier die unterschiedlichen Molekularmassen bzw. Molmassen der Fremdstoffe und des Arbeitsmediums zunutze. Die Molekularmasse und somit die Molekülgröße der Fremdstoffe ist hier deutlich kleiner als diejenige des Arbeitsmediums. Das Molekularsieb 16, bei welchem es sich z. B. um eine semipermeable Membran mit einer entsprechenden für die Fremdstoffe durchlässigen Porengröße handelt, ist allein für die Fremdstoffe durchlässig, so dass die Fremdstoffe derart aus dem Gemisch abgetrennt werden können. Die Triebkraft für die Abtrennung, d. h. für die Bewegung der Fremdstoffe durch das Molekularsieb 16, ist durch eine der Abtrennkammer 9 nachgeschaltete Pumpeneinrichtung 14, insbesondere in Form einer Vakuumpumpe, realisiert. Die Triebkraft kann alternativ oder ergänzend auch durch die Druckverhältnisse in dem thermodynamischen Kreislaufprozess, d. h. insbesondere einem dort herrschenden Überdruck, realisiert sein. In the in 5 one embodiment shown is a molecular sieve 16 comprehensive separation device 8th shown. The separating device 8th makes use here of the different molecular masses or molecular weights of the foreign substances and the working medium advantage. The molecular mass and thus the molecular size of the foreign substances is here significantly smaller than that of the working medium. The molecular sieve 16 in which it is z. B. is a semipermeable membrane with a corresponding permeable to the impurities pore size, is permeable only to the foreign substances, so that the foreign substances can be separated from the mixture in such a way. The driving force for the separation, ie for the movement of the foreign matter through the molecular sieve 16 , is through one of the separation chamber 9 downstream pump device 14 , in particular in the form of a vacuum pump realized. The driving force can alternatively or additionally be realized by the pressure conditions in the thermodynamic cycle process, ie in particular a prevailing overpressure there.

In diesem Zusammenhang ist die Funktion der Druckmessvorrichtung 13 zu erläutern, über welche ein geeignetes Druckniveau innerhalb der Abtrennkammer 9 überwacht und somit der Betrieb der Pumpenvorrichtung 14 geregelt werden kann. Insbesondere kann über die mittels der Druckmessvorrichtung 13 ermittelten Druckverhältnisse innerhalb der Abtrennkammer 9 auch auf die abgetrennte Menge an Fremdstoffen rückgeschlossen werden. In this context, the function of the pressure measuring device 13 to explain about which a suitable pressure level within the separation chamber 9 monitors and thus the operation of the pump device 14 can be regulated. In particular, via the means of the pressure measuring device 13 determined pressure conditions within the separation chamber 9 also be deduced on the separated amount of foreign substances.

In dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine ein Adsorptionssubstrat 17 umfassende Abtrenneinrichtung 8 gezeigt. Ähnlich dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Gemisch mittels einer Pumpeneinrichtung 14 aus der Rohrleitung 6 in Richtung der Abtrennkammer 9 gesaugt. Die Fremdstoffe werden dabei aufgrund adsorptiver Wechselwirkungen mit dem Adsorptionssubstrat 17 adsorptiv an dieses angebunden und sonach aus dem Gemisch abgetrennt. In the in 6 an embodiment shown is an adsorption substrate 17 comprehensive separation device 8th shown. Similar to the one in 5 the embodiment shown, the mixture by means of a pump device 14 from the pipeline 6 in the direction of the separation chamber 9 sucked. The foreign substances are thereby due to adsorptive interactions with the adsorption substrate 17 adsorptively attached to this and thus separated from the mixture.

In dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Zentrifuge 18, insbesondere eine Gaszentrifuge, umfassende Abtrenneinrichtung 8 gezeigt. Wiederum wird das Gemisch aus der Rohrleitung 6 in eine einer Abtrenneinrichtung 8 zugehörige Abtrennkammer 9 geleitet. In der Abtrennkammer 9 ist eine Zentrifuge 18 angeordnet, über welche eine unter Ausnutzung der unterschiedlichen Dichte bzw. Massenträgheit zwischen den Fremdstoffen und dem Arbeitsmedium erfolgende Abtrennung der Fremdstoffe aus dem Gemisch realisiert wird. In the in 7 shown embodiment is a centrifuge 18 , in particular a gas centrifuge, comprehensive separation device 8th shown. Again, the mixture is from the pipeline 6 in one of a separation device 8th associated separation chamber 9 directed. In the separation chamber 9 is a centrifuge 18 arranged over which a taking advantage of the different density or inertia between the foreign substances and the working medium taking place separation of foreign substances from the mixture is realized.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (14)

Verfahren zum Abtrennen von Fremdstoffen aus einem Gemisch, insbesondere Gasgemisch, enthaltend ein fluides Arbeitsmedium und entsprechende Fremdstoffe, wobei das fluide Arbeitsmedium in einem thermodynamischen Kreislaufprozess verwendet wird, gekennzeichnet durch die Schritte: – Zuführen der Fremdstoffe zu dem fluiden Arbeitsmedium an wenigstens einer Stelle des Kreislaufprozesses unter Ausbildung eines die Fremdstoffe und das Arbeitsmedium enthaltenden Gemisches, – Durchführen wenigstens einer Maßnahme zum Abtrennen der Fremdstoffe aus dem Gemisch mittels wenigstens einer Abtrenneinrichtung (8). A method for separating foreign matter from a mixture, in particular a gas mixture, containing a fluid working medium and corresponding foreign substances, wherein the fluid working medium is used in a thermodynamic cycle process, characterized by the steps of: - supplying the foreign matter to the fluid working medium at least one point of the cycle process forming a mixture containing the foreign substances and the working medium, - performing at least one measure for separating the foreign substances from the mixture by means of at least one separating device ( 8th ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Maßnahme zum Abtrennen der Fremdstoffe aus dem Gemisch unter Ausnutzung der unterschiedlichen adsorptiven Eigenschaften gegenüber einem bestimmten Adsorptionssubstrat und/oder der unterschiedlichen Dichte und/oder des unterschiedlichen Molekulargewichts und/oder der unterschiedlichen Siedepunkte zwischen den Fremdstoffen und dem Arbeitsmedium erfolgt. A method according to claim 1, characterized in that the at least one measure for separating the foreign substances from the mixture by utilizing the different adsorptive properties against a particular adsorption substrate and / or the different density and / or the different molecular weight and / or the different boiling points between the Foreign substances and the working medium takes place. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtrennen der Fremdstoffe unter Ausnutzung der unterschiedlichen adsorptiven Eigenschaften gegenüber einem Adsorptionssubstrat (17) wenigstens eine wenigstens ein Adsorptionssubstrat (17) umfassende Abtrenneinrichtung (8) verwendet wird. A method according to claim 2, characterized in that for separating the foreign substances by utilizing the different adsorptive properties with respect to an adsorption substrate ( 17 ) at least one at least one adsorption substrate ( 17 ) comprehensive separation device ( 8th ) is used. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtrennen der Fremdstoffe unter Ausnutzung der unterschiedlichen Dichte wenigstens eine wenigstens eine Zentrifuge (18), insbesondere eine Gaszentrifuge, umfassende Abtrenneinrichtung (8) verwendet wird. A method according to claim 2 or 3, characterized in that for separating the foreign substances by utilizing the different density at least one at least one centrifuge ( 18 ), in particular a gas centrifuge, comprehensive separation device ( 8th ) is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtrennen der Fremdstoffe unter Ausnutzung des unterschiedlichen Molekulargewichts wenigstens eine wenigstens ein Molekularsieb (16) umfassende Abtrenneinrichtung (8) verwendet wird. Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that for separating the foreign substances by utilizing the different molecular weight at least one at least one molecular sieve ( 16 ) comprehensive separation device ( 8th ) is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtrennen der Fremdstoffe unter Ausnutzung der unterschiedlichen Siedepunkte wenigstens eine wenigstens eine Kondensationseinrichtung umfassende Abtrenneinrichtung (8) verwendet wird. Method according to one of claims 2 to 5, characterized in that for separating the foreign substances by utilizing the different boiling points at least one at least one condensation device comprehensive separation device (( 8th ) is used. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kondensationseinrichtung entweder die Fremdstoffe kondensiert und als Kondensat von dem Arbeitsmedium abgetrennt werden oder das Arbeitsmedium kondensiert und die Fremdstoffe von dem als Kondensat vorliegenden Arbeitsmedium abgetrennt werden. A method according to claim 6, characterized in that condensed in the condensation device, either the foreign substances and separated as condensate from the working medium or the working medium is condensed and the foreign substances are separated from the working medium present as a condensate. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fall, in dem das Arbeitsmedium aus mehreren Bestandteilen unterschiedlicher Siedepunkte besteht und der Siedepunkt der abzutrennenden Fremdstoffe zwischen den jeweiligen Siedepunkten der Bestandteile des Arbeitsmediums liegt, in einer durch eine erste Kondensationseinrichtung realisierten ersten Abtrennstufe wenigstens ein erster Bestandteil des Arbeitsmediums mit einem niedrigeren Siedepunkt als die Fremdstoffe und als die weiteren Bestandteile des Arbeitsmediums abgetrennt wird und in wenigstens einer durch wenigstens eine weitere Kondensationseinrichtung realisierten folgenden weiteren Abtrennstufe ein Abtrennen der Fremdstoffe von dem wenigstens einen verbliebenen Bestandteil des Arbeitsmediums erfolgt. A method according to claim 6 or 7, characterized in that in a case in which the working medium consists of several constituents of different boiling points and the boiling point of the foreign substances to be separated between the respective boiling points of the components of the working medium, in a realized by a first condensation means first separation stage at least a first constituent of the working medium having a lower boiling point than the foreign substances and is separated as the other components of the working medium and in at least one further separation step realized by at least one further condensation device, a separation of the foreign substances from the at least one remaining component of the working medium. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen kontinuierlich erfolgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the separation takes place continuously. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale in den Kreislaufprozess integrierte und/oder diesem zugeordnete Abtrenneinrichtung (8) verwendet wird oder mehrere in den Kreislaufprozess integrierte und/oder diesem zugeordnete Abtrenneinrichtungen (8) verwendet werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a central separating device integrated into the circulatory process and / or associated therewith ( 8th ) or a plurality of separation devices integrated into the circulation process and / or assigned thereto ( 8th ) be used. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmedium ein Fluorkohlenwasserstoff, insbesondere ein Fluorketon, verwendet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a fluorohydrocarbon, in particular a fluoroketone, is used as the working medium. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere gasförmiges, Dichtungsmedium zum Abdichten offener Leckagestellen innerhalb des Kreislaufprozesses als Fremdstoff verwendet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a, in particular gaseous, sealing medium is used for sealing open leakage points within the circulation process as foreign matter. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fremdstoff, insbesondere gasförmiger, Stickstoff verwendet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that nitrogen is used as foreign substance, in particular gaseous. Vorrichtung (1) zum Durchführen eines thermodynamischen Kreislaufprozesses, in welchem ein fluides Arbeitsmedium verwendet wird, umfassend wenigstens eine Abtrenneinrichtung (8) zum Durchführen wenigstens einer Maßnahme zum Abtrennen von Fremdstoffen aus einem Fremdstoffe und das Arbeitsmedium enthaltenden Gemisch, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist. Contraption ( 1 ) for carrying out a thermodynamic cycle process, in which a fluid working medium is used, comprising at least one separating device ( 8th ) for performing at least one measure for separating foreign substances from a foreign substance and the mixture containing the working medium, wherein the Device for carrying out the method according to one of the preceding claims is formed.
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WO2021008242A1 (en) * 2019-07-18 2021-01-21 天津大学 Method for constructing thermodynamic cycle of carbon capture technology using chemical absorption method

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