DE102015112704A1 - Steam cycle - Google Patents
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Abstract
Ein Dampfkreisprozess mit einem Hochdruckbereich und einem Niederdruckbereich enthaltend eine Pumpe zum Erzeugen eines erhöhten Arbeitsmittel-Drucks im Hochdruckbereich; einen im Hochdruckbereich angeordneten Dampferzeuger zur Erzeugung von energiereichem Arbeitsmitteldampf; eine Expansionsmaschine zur Expansion des Arbeitsmitteldampfes unter Arbeitsleistung auf den Druck des Niederdruckbereichs; einen im Niederdruckbereich angeordneten Kondensator zum Kondensieren des expandierten Arbeitsmitteldampfes; und ein im Niederdruckbereich angeordnetes Arbeitsmittelreservoir; gekennzeichnet, durch ein Sicherheitsventil, über welches Arbeitsmittel abgeführt werden kann; und ein Auffangmittel für abgeführtes Arbeitsmittel, welches zusätzlich zu dem Arbeitsmittel auch den überwiegenden Teil der Energie des abgeführten Arbeitsmittels auffängt.A steam cycle having a high pressure region and a low pressure region including a pump for generating an increased working fluid pressure in the high pressure region; a steam generator arranged in the high-pressure area for generating high-energy medium vapor; an expansion machine for expanding the working fluid vapor under work to the pressure of the low pressure region; a low pressure area condenser for condensing the expanded working medium vapor; and a working medium reservoir arranged in the low-pressure region; characterized by a safety valve, via which working fluid can be removed; and a collecting means for discharged working fluid, which in addition to the working fluid also absorbs the majority of the energy of the discharged working fluid.
Description
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft einen Dampfkreisprozess mit einem Hochdruckbereich und einem Niederdruckbereich enthaltend
- (a) eine Pumpe zum Erzeugen eines erhöhten Arbeitsmittel-Drucks im Hochdruckbereich;
- (b) einen im Hochdruckbereich angeordneten Dampferzeuger zur Erzeugung von energiereichem Arbeitsmitteldampf;
- (c) eine Expansionsmaschine zur Expansion des Arbeitsmitteldampfes unter Arbeitsleistung auf den Druck des Niederdruckbereichs;
- (d) einen im Niederdruckbereich angeordneten Kondensator zum Kondensieren des expandierten Arbeitsmitteldampfes; und
- (e) ein im Niederdruckbereich angeordnetes Arbeitsmittelreservoir.
- (A) a pump for generating an increased working fluid pressure in the high pressure region;
- (b) a steam generator arranged in the high-pressure area for generating high-energy medium vapor;
- (c) an expansion machine for expanding the working fluid vapor under operating power to the pressure of the low pressure region;
- (d) a low pressure area condenser for condensing the expanded working medium vapor; and
- (e) a working medium reservoir arranged in the low-pressure region.
Ein solcher Dampfkreisprozess kann beispielsweise die Abwärme eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug nutzen. Ein Dampferzeuger wird mit der Abwärme beaufschlagt. Dabei wird das in dem Dampfkreisprozess umlaufende Arbeitsmittel erwärmt, verdampft und überhitzt. Das heiße und unter hohem Druck stehende Arbeitsmittel wird dann in einer Expansionsmaschine expandiert und leistet Arbeit, die beispielsweise als zusätzlicher Fahrzeugantrieb oder zum Antrieb eines Generators oder einer Klimaanlage genutzt werden kann. Such a steam cycle process can, for example, use the waste heat of an internal combustion engine in a motor vehicle. A steam generator is charged with the waste heat. In this case, the working medium circulating in the steam cycle process is heated, evaporated and superheated. The hot and high pressure work equipment is then expanded in an expansion machine and does work that can be used for example as an additional vehicle drive or to drive a generator or air conditioning.
Üblicherweise wird der Dampferzeuger von einem Wärmeübertrager gebildet, durch welchen ein Arbeitsmittel zur Aufnahme von Wärme leitbar ist. Das Arbeitsmittel liegt in Form eines Fluids vor. Das Fluid, beispielsweise Wasser, wird durch einen oder mehrere Kanäle geleitet, der von einem Heißgasstrom umströmt ist. Der Heißgasstrom kann das heiße Rauchgas eines Brenners sein, bei dem Brennstoff exotherm verbrannt wird, oder die Abwärme eines Verbrennungsmotors. Beim Umströmen der fluiddurchstömten Kanäle wird Wärme auf das Fluid übertragen, wobei dieses verdampft und überhitzt wird. Es hat bei Verlassen des Dampferzeugers ein hohes Druck- und Temperaturniveau in der Größenordnung von einigen hundert °C. Usually, the steam generator is formed by a heat exchanger through which a working fluid for receiving heat can be conducted. The working fluid is in the form of a fluid. The fluid, for example, water, is passed through one or more channels, which is flowed around by a hot gas stream. The hot gas stream may be the hot flue gas of a burner in which fuel is exothermally burned, or the waste heat of an internal combustion engine. As the fluid passages flow around, heat is transferred to the fluid, which is vaporized and overheated. It has a high pressure and temperature level in the order of a few hundred ° C when leaving the steam generator.
In der Expansionsmaschine, beispielsweise einer Axialkolbenmaschine, wird das Arbeitsmittel von dem hohen ersten Druckniveau auf ein niedrigeres zweites Druckniveau unter Arbeitsleistung expandiert. Dabei treiben die Kolben eine Welle an, welche beispielsweise zum Bewegen eines Fahrzeugs dient. Das expandierte Fluid wird in einem Kondensator gekühlt und verflüssigt und dem Fluidkreislauf über eine Pumpe erneut zugeführt. Je höher die Druck- und Temperaturdifferenz, um so höher ist der Wirkungsgrad der Anlage. In the expansion machine, for example an axial piston machine, the working fluid is expanded from the high first pressure level to a lower second pressure level under working power. The pistons drive a shaft, which serves for example for moving a vehicle. The expanded fluid is cooled in a condenser and liquefied and recycled to the fluid circuit via a pump. The higher the pressure and temperature difference, the higher the efficiency of the system.
Als Arbeitsmittel kann Wasser verwendet werden, dessen Dampf unter Abgabe von Arbeit entspannt wird. Es können aber auch beispielsweise organische Arbeitsmittel oder Wasser mit Zusätzen verwendet werden, die wertvoll oder umweltschädlich sein können. Dann ist ein Austreten des Arbeitsmittels unerwünscht. Eine im Dampfkreisprozess hinter der Expansionsmaschine angeordnete Kondensatoranordnung dient zur Verflüssigung des expandierten Arbeitsmittels. Typische Temperaturen des Arbeitsmittels liegen bei einigen hundert °C für den energiereichen Dampfzustand und bei Wasser bei 100°C als Kondenstationstemperatur. Das kondensierte Arbeitsmittel wird einem Arbeitsmittelreservoir zugeführt, wo es ohne Verluste wieder für den Dampfkreisprozess zur Verfügung steht. As a working medium, water can be used, the steam is released while leaving work. But it can also be used, for example, organic work equipment or water with additives that can be valuable or harmful to the environment. Then leakage of the working fluid is undesirable. A arranged in the steam cycle process behind the expansion machine capacitor assembly is used for liquefaction of the expanded working fluid. Typical temperatures of the working fluid are a few hundred ° C for the high-energy vapor state and water at 100 ° C as Kondenstationstemperatur. The condensed working fluid is fed to a working fluid reservoir where it is available again for the steam cycle process without losses.
Stand der Technik State of the art
Ein Dampfkreisprozess ist zum Beispiel aus der
Die beschriebenen Anordnungen können überhitzen, wenn dem Dampfkreisprozess beispielsweise zuviel Wärme zugeführt wird. Dann können die Komponenten des Dampfkreisprozesses Schaden nehmen. The described arrangements can overheat if, for example, too much heat is supplied to the steam cycle. Then the components of the steam cycle process can be damaged.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Dampfkreisprozess zu schaffen, der einschließlich seiner Umgebung vor Überhitzen und Überdruck sicher geschützt ist It is an object of the invention to provide a steam cycle process, which is safely protected including its environment from overheating and overpressure
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch
- (f) ein Sicherheitsventil, über welches Arbeitsmittel abgeführt werden kann; und
- (g) ein Auffangmittel für abgeführtes Arbeitsmittel, welches zusätzlich zu dem Arbeitsmittel auch den überwiegenden Teil der Energie des abgeführten Arbeitsmittels auffängt.
- (f) a safety valve, via which working fluid can be discharged; and
- (G) a collecting means for discharged working fluid, which in addition to the working fluid also absorbs the majority of the energy of the discharged working fluid.
Als Sicherheitsventil ist insbesondere ein passives und selbsttätiges Sicherheitsorgan vorteilhaft. Mit dem Sicherheitsventil kann bei Überdruck oder zu hoher Temperatur Arbeitsmittel aus dem Dampfkreisprozess entfernt werden. Dann sinkt der Druck im Dampfkreisprozess oder wird auf einem definierten Druck gehalten. Die Erfindung ermöglicht es, auch umweltschädliches oder wertvolles Arbeitsmittel aus dem Dampfkreisprozess über ein Sicherheitsventil zu entfernen, ohne dass es verloren geht oder die Umwelt gestört wird. Das Auffangmittel fängt das Arbeitsmittel auf. Das Auffangmittel ist aber nicht nur ein bloßer Behälter, sondern nimmt auch zumindest den überwiegenden Teil der Energie aus dem Arbeitsmittel auf. Unter einem überwiegenden Teil der Energie wird soviel Energie verstanden, dass die Umgebung nicht beeinflusst oder geschädigt wird. Die Umgebung, etwa der Motorraum eines Kraftfahrzeugs, wird also nicht zusätzlich erwärmt, wenn das Sicherheitsventil anspricht. Insbesondere ist es mit der erfindungsgemäßen Anordnung auch möglich gasförmiges Arbeitsmittel aufzunehmen. As a safety valve in particular a passive and automatic safety device is advantageous. With the safety valve working fluid can be removed from the steam cycle process at overpressure or too high temperature. Then the pressure in the steam cycle process drops or is kept at a defined pressure. The invention makes it possible to remove environmentally harmful or valuable work equipment from the steam cycle process via a safety valve without it being lost or the environment is disturbed. The catching agent catches the work equipment. The catching agent is not only a mere container, but also absorbs at least the greater part of the energy from the work equipment. By a predominant part of the energy is meant so much energy that the environment is not affected or damaged. The environment, such as the engine compartment of a motor vehicle, so is not additionally heated when the safety valve responds. In particular, it is also possible with the arrangement according to the invention to take up gaseous working medium.
Das Arbeitsmittel kann in die Abgasanlage des Verbrennungsmotors vor der Abgasnachbehandlung geleitet werden. Es kann auch in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors geleitet werden. Bei diesen Aufnahmemitteln wird das Arbeitsmittel einschließlich der mitgeführten Energie vollständig beispielsweise in Wasser und CO2 umgewandelt und in die Umgebung entsorgt. So werden Umweltschäden und Schäden an den Komponenten des Dampfkreisprozesses vermieden. Es kann ferner in den Abgasschalldämpfer nach der Abgasnachbehandlung geleitet werden, wenn das Arbeitsmittel für die Umwelt unschädlich ist. The working fluid can be passed into the exhaust system of the internal combustion engine before the exhaust aftertreatment. It can also be directed into the intake tract of the internal combustion engine. In these recording means, the working fluid including the entrained energy is completely converted, for example, into water and CO 2 and disposed of in the environment. This avoids environmental damage and damage to the components of the steam cycle process. It can also be passed into the exhaust muffler after the exhaust aftertreatment, if the working fluid is harmless to the environment.
Zum Erreichen eines hohen Wirkungsgrades zur Optimierung der Kosten ist es besonders vorteilhaft, wenn das Arbeitsmittel aufgefangen und mit der Energie temporär oder dauerhaft gespeichert wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Auffangen in einer Weise geschieht, die eine Rückgewinnung des Arbeitsmittels und/oder der Energie ermöglicht. To achieve a high degree of efficiency for optimizing the costs, it is particularly advantageous if the working medium is collected and stored temporarily or permanently with the energy. It is advantageous if the collection is done in a manner that allows recovery of the working fluid and / or energy.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sicherheitsventil im Hochdruckbereich vor oder in der Expansionsmaschine angeordnet ist und das Auffangmittel von dem Niederdruckbereich hinter der Expansionsmaschine gebildet ist. Das Arbeitsmittel bleibt also im Dampfkreisprozess. Das Arbeitsmittel bleibt erhalten und kann ohne Aufwand weiter verwendet werden. Vorteilhafterweise wird das Arbeitsmittel vor dem Kondensator in den Niederdruckbereich eingespeist. Dann wird der Arbeitsmitteldampf kondensiert, bevor er in das Reservoir und den nachfolgenden Dampferzeuger geleitet wird. Dabei werden alle Komponenten des Niederdruckbereichs geschont. In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the safety valve is arranged in the high-pressure region in front of or in the expansion machine and the collecting means is formed by the low-pressure region behind the expansion machine. The working fluid thus remains in the steam cycle. The work equipment is retained and can be used without further effort. Advantageously, the working fluid is fed to the condenser in the low-pressure region. Then the working medium vapor is condensed before being directed into the reservoir and the subsequent steam generator. All components of the low pressure range are spared.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Sicherheitsventil im Niederdruckbereich angeordnet ist und ein Auffangmittel in Form eines zusätzlichen Behälters zur Aufnahme von Arbeitsmittel und zum Speichern des überwiegenden Teils der Energie des Arbeitsmittels vorgesehen ist. Das Sicherheitsventil kann allein oder zusätzlich zu einem Sicherheitsventil im Hochdruckbereich vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung, bei der ein Sicherheitsventil in beiden Bereichen vorgesehen ist. Dann kann das Sicherheitsventil im Hochdruckbereich das Arbeitsmittel in den Niederdruckbereich abgeben und das Sicherheitsventil im Niederdruckbereich das Arbeitsmittel in den zusätzlichen Behälter. In a further embodiment of the invention it is provided that a safety valve is arranged in the low-pressure region and a collecting means in the form of an additional container for receiving working fluid and for storing the major part of the energy of the working fluid is provided. The safety valve may be provided alone or in addition to a safety valve in the high pressure area. Particularly advantageous is the embodiment in which a safety valve is provided in both areas. Then, the safety valve in the high pressure area, the working fluid in the low pressure range and deliver the safety valve in the low pressure area, the working fluid in the additional container.
Arbeitsmittel können nicht nur umweltverträgliches Wasser sondern bei Verwendung eines Behälters auch Amorol, Ethanol, Cyclopentan, R245fa und Mischungen dieser Flüssigkeiten sein. Dabei kann die Pumpe Drücke im Hochdruckbereich zwischen 30 und 50 bar erzeugen. Die Expansionsmaschine kann auf Drücke im Niederdruckbereich zwischen 0.02 und 10bar entspannen. Bei diesen Bedingungen ist es sinnvoll Auffangbehälter mit einem Volumen zwischen 10 und 50 l zu verwenden. Diese können zwischen 2 und 10 kg Arbeitsmittel mit einer Wärme von 500 bis 10000 kJ aufnehmen. Working materials can not only be environmentally compatible water but, when using a container, amorole, ethanol, cyclopentane, R245fa and mixtures of these liquids. The pump can generate pressures in the high pressure range between 30 and 50 bar. The expansion machine can relax to pressures in the low pressure range between 0.02 and 10bar. In these conditions, it makes sense to use collecting containers with a volume between 10 and 50 l. These can absorb between 2 and 10 kg of working fluid with a heat of 500 to 10,000 kJ.
Vorteilhafterweise ist das Sicherheitsventil im Niederdruckbereich hinter dem Kondensator und vor dem Arbeitsmittelreservoir angeordnet. Dadurch wird das Arbeitsmittelreservoir geschützt. Advantageously, the safety valve is arranged in the low pressure region behind the condenser and in front of the working medium reservoir. This protects the working fluid reservoir.
Zum Aufnehmen des Arbeitsmittels und der Energie sind verschiedene Alternativen möglich. Welche der Alternativen sinnvoll ist, hängt von den äußeren und wirtschaftlichen Bedingungen ab. For taking up the working medium and the energy, various alternatives are possible. Which of the alternatives makes sense depends on the external and economic conditions.
Bei einer ersten Alternative ist vorgesehen, dass das Auffangmittel eine Flüssigkeit enthält, in der das Arbeitsmittel lösbar ist. Dabei kann die Flüssigkeit Wärme aus dem Arbeitsmittel aufnehmen. Wenn ein flüssiges Auffangmittel zum Lösen des Arbeitsmittels verwendet wird, ist es vorteilhaft ein polares Auffangmittel für polare Arbeitsmittel und ein unpolares Auffangmittel für unpolare Arbeitsmittel zu verwenden. Für polare Arbeitsmittel wie beispielsweise Ethanol oder Amorol ist entsprechend Wasser als Auffangmittel sehr gut geeignet. Für unpolare Arbeitsmittel wie beispielsweise Cyclopentan ist Öl sehr gut als Auffangmittel geeignet. In a first alternative it is provided that the collecting means contains a liquid in which the working medium is releasable. The liquid can absorb heat from the working fluid. When a liquid scavenger is used to dissolve the working fluid, it is advantageous to use a polar scavenger for polar work equipment and a non-polar scavenger for nonpolar work equipment. For polar working agents such as ethanol or amorole, water is very suitable as a collecting agent. For non-polar working materials such as cyclopentane, oil is very suitable as a catching agent.
Bei einer weiteren Alternative ist vorgesehen, das Auffangmittel eine Flüssigkeit oder ein festes Medium mit hoher Wärmekapazität und hoher Leitfähigkeit enthält. Das Arbeitsmittel kann Wärme an das Medium abgeben und kondensieren. Je höher die Wärmekapazität des Mediums, um so höher ist die Wärmeaufnahmefähigkeit. Je höher die Leitfähigkeit, um so schneller kondensiert das Arbeitsmittel. Beispiele für solche Materialien sind Wasser, Siliziumcarbid oder Metallschwämme aus Kupfer, Aluminium oder Eisen, deren Legierungen und Mischungen aus diesem Materialien. In a further alternative it is provided that the collecting means contains a liquid or a solid medium with high heat capacity and high conductivity. The working fluid can release heat to the medium and condense. The higher the heat capacity of the medium, the higher the heat absorption capacity. The higher the conductivity, the faster the working fluid condenses. Examples of such materials are water, silicon carbide or metal sponges of copper, aluminum or iron, their alloys and mixtures of these materials.
Bei einer weiteren Alternative der Erfindung ist vorgesehen, dass das Auffangmittel ein umweltverträgliches, bei Wärmezufuhr verdampfbares Medium und ein Ventil für verdampftes Medium nach außen enthält. Dabei kann ein für die Umwelt unkritisches Medium mit geringerem Siededruck als das Arbeitsmittel verwendet werden. Das Arbeitsmittel überträgt Wärme auf das verdampfbare Medium, dabei kann das Arbeitsmittel mit dem verdampfbaren Medium stofflich getrennt bleiben oder stofflich gemischt werden. Das verdampfbare Medium verdampft und kann über das Ventil nach außen entweichen. Dabei wird nur das Arbeitsmittel im Behälter gehalten. Ein Beispiel für ein solches umweltverträgliches Medium ist Wasser. In a further alternative of the invention it is provided that the collecting means contains an environmentally friendly, vaporizable on heating medium and a valve for evaporated medium to the outside. In this case, a medium that is not critical for the environment can be used with a lower boiling pressure than the working medium. The working fluid transfers heat to the vaporizable medium, while the working fluid with the vaporizable medium can remain materially separated or materially mixed. The vaporizable medium evaporates and can escape via the valve to the outside. Only the working fluid is held in the container. An example of such an environmentally friendly medium is water.
Bei einer weiteren Alternative ist vorgesehen, dass das Auffangmittel ein Medium enthält, welches bei Wärmezufuhr den Aggregatzustand ändert. Für die Änderung des Aggregatzustands ist zusätzliche Energie erforderlich. Ein festes Medium schmilzt oder sublimiert also, wenn das Sicherheitsventil anspricht und energiereiches Arbeitsmittel in den Bereich des festen Mediums geleitet wird. Eine Flüssigkeit verdampft, wenn energiereiches Arbeitsmittel eingeleitet wird. Beispiele für derartige Medien sind Salzlösungen als Flüssigkeit oder Wachse in Form von Kugelschüttungen oder Granulat. Es kann auch nur ein Wärmeübertrag ohne Stoffaustausch stattfinden. In a further alternative it is provided that the collecting means contains a medium which changes the state of aggregation when heat is applied. Changing the state of the aggregate requires additional energy. A solid medium melts or sublimes so when the safety valve responds and high-energy equipment is directed into the area of the solid medium. A liquid evaporates when energetic working fluid is introduced. Examples of such media are salt solutions as liquid or waxes in the form of pebbles or granules. It can also take place only a heat transfer without mass transfer.
Bei einer weiteren Alternative der Erfindung ist vorgesehen, dass das Auffangmittel ein Medium enthält, welches mit dem Arbeitsmittel eine endotherme Verbindung eingeht oder welches das Arbeitsmittel adsorbiert und die Wärme aufnimmt. Beispiele für derartige Medien sind Kohle und Zeolithe. Die in dem Medium enthaltene Wärme wird überwiegend auf das Material übertragen und ein kleiner Teil wird an die Umgebung abgegeben. In a further alternative of the invention it is provided that the collecting means contains a medium which forms an endothermic compound with the working fluid or which adsorbs the working fluid and absorbs the heat. Examples of such media are carbon and zeolites. The heat contained in the medium is predominantly transferred to the material and a small portion is released to the environment.
Vorzugsweise ist der Behälter bei diesem Ausführungsbeispiel geschlossen und das gasförmige Arbeitsmittel wird unter Druck in dem Auffangmittel adsorbiert und drucklos desorbiert. Das Arbeitsmittel steht dann einer Rückführung auch außerhalb der Werkstatt zur Verfügung. Preferably, the container is closed in this embodiment and the gaseous working fluid is adsorbed under pressure in the collecting means and desorbed without pressure. The work equipment is then available for recycling also outside the workshop.
Vorzugsweise ist das Auffangmittel derart ausgebildet, dass das Arbeitsmittel reversibel aufgenommen und wieder abgegeben werden kann. Dann kann es bei Bedarf dem Dampfkreisprozess wieder zugeführt oder auf andere Weise recycelt werden. Die Rückführung kann bei einer endothermen Verbindung dadurch erfolgen, dass das Medium erhitzt wird. Dann wird die Verbindung gelöst und das Arbeitsmittel kann verdampfen. Preferably, the collecting means is designed such that the working fluid can be reversibly taken up and discharged again. Then, if needed, it can be returned to the steam cycle or recycled in some other way. The recycling can be carried out in an endothermic compound in that the medium is heated. Then the connection is released and the working fluid can evaporate.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Arbeitsmittelreservoir als Membran-Ausdehnungsgefäß mit einem Gaskissen ausgebildet ist, dessen Gasdruck von außen steuerbar ist. Wenn ein geringer Druck im Gaskissen herrscht, kann viel Arbeitsmittel in das Arbeitsmittelreservoir gelangen. Umgekehrt kann der Druck im Gaskissen erhöht werden, wenn zu wenig Arbeitsmittel im Kreislauf umläuft. Auf diese Weise kann der Druck im Niederdruckbereich gesteuert werden um so einen vorteilhaften Einfluss auf den Kondensationsdruck auszuüben um bei verschiedenen Kühlbedingungen eine Kondensation und somit eine Wärmeabfuhr aus dem Dampfkreisprozess sicher zu stellen. In one embodiment of the invention it is provided that the working fluid reservoir is designed as a membrane expansion vessel with a gas cushion, the gas pressure is controlled from the outside. If there is a slight pressure in the gas cushion, much working fluid can get into the working fluid reservoir. Conversely, the pressure in the gas cushion can be increased if too little working fluid circulates in the circuit. In this way, the pressure in the low-pressure region can be controlled so as to exert an advantageous influence on the condensation pressure in order to ensure condensation and thus heat removal from the steam cycle process at different cooling conditions.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Inertgasquelle zum Spülen des Dampfkreisprozesses mit Inertgas an den Dampfkreisprozess anschließbar. Sauerstoff im Dampfkreisprozess führt zu unerwünschten chemischen Reaktionen bei dessen Betrieb. Dadurch können die Komponenten beschädigt werden. Zur Erstbefüllung des Dampfkreisprozesses ist es daher sinnvoll, eventuell vorhandenen Sauerstoff zu entfernen. Bevor der Dampfkreisprozess mit Arbeitsmittel befüllt wird, kann er aus einer Inertgasquelle mit Inertgas gespült werden. Das Inertgas kann über das Sicherheitsventil oder einen geeigneten Auslass nach außen abgegeben werden. In a particularly preferred embodiment of the invention, an inert gas source for purging the steam cycle process with inert gas to the steam cycle process can be connected. Oxygen in the steam cycle process leads to undesired chemical reactions during its operation. This can damage the components. For Erstbefüllung the steam cycle, it is therefore useful to remove any existing oxygen. Before the steam cycle process is filled with working fluid, it can be purged from an inert gas source with inert gas. The inert gas can be released via the safety valve or a suitable outlet to the outside.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein absperrbarer Anschluss vorgesehen zum Befüllen der Komponenten des Dampfkreisprozesses mit Arbeitsmittel aus einer Arbeitsmittelquelle. Die Arbeitsmittelquelle zum Befüllen der Komponenten des Dampfkreisprozesses kann insbesondere von dem Auffangmittel gebildet sein. Hierfür kann eine weitere Pumpe vorgesehen sein. In a further embodiment of the invention, a closable connection is provided for filling the components of the steam cycle process with working fluid from a working fluid source. The working medium source for filling the components of the steam cycle process can be formed in particular by the collecting means. For this purpose, a further pump may be provided.
Wenn das Arbeitsmittel erwärmt wird, dehnt es sich aus. Bei normalem Betrieb nimmt der Membrantank das vergrößerte Volumen auf. Bei unzureichender Kühlung des Dampfkreisprozesses wird das Aufnahmevermögen des Membrantanks überschritten und eserhöht sich der Druck. Bei Überschreiten eines Grenzwertes öffnet das Sicherheitsventil. Dann wird Arbeitsmittel in das Auffangmittel abgegeben. Wenn der Dampfkreisprozess abgeschaltet wird und erkaltet, sinkt der Druck wieder ab. Wenn ein Grenzwert unterschritten wird, kann Arbeitsmittel aus dem Auffangmittel wieder nachgefüllt werden. When the working fluid is heated, it expands. During normal operation, the membrane tank absorbs the increased volume. With insufficient cooling of the steam cycle process, the capacity of the membrane tank is exceeded and the pressure increases. When a limit value is exceeded, the safety valve opens. Then working fluid is released into the collecting means. When the steam cycle process is turned off and cooled, the pressure drops again. When a Limit value is exceeded, working fluid can be refilled from the collecting means.
Vorzugsweise ist eine Inertgasquelle zum Spülen des Dampfkreisprozesses vor dem Befüllen mit Arbeitsmittel vorgesehen. Dadurch wird Sauerstoff aus den Leitungen und Komponenten ausgetrieben, der zu Korrosion oder unerwünschten chemischen Reaktionen führen kann. Preferably, an inert gas source is provided for purging the steam cycle process prior to filling with working fluid. This expels oxygen from the lines and components, which can lead to corrosion or unwanted chemical reactions.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Befüllpumpe zum Befüllen der Anordnung aus einem temporär an den Dampfkreisprozess anschließbaren Arbeitsmittelreservoir vorgesehen. Diese pumpt das Arbeitsmittel bis zur Pumpe des Dampfkreisprozesses. In a further embodiment of the invention, a filling pump for filling the arrangement of a temporarily connectable to the steam cycle process working fluid reservoir is provided. This pumps the working fluid to the pump of the steam cycle process.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Entlüftungsventil vorgesehen, über welches Gase aus der Anordnung entlüftet werden können. In a preferred embodiment of the invention, a vent valve is provided, via which gases can be vented from the arrangement.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ausführungsbeispiele sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. Embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
1. Ausführungsbeispiel: Auffangbehälter mit Auffangflüssigkeit 1st embodiment: collecting container with collecting liquid
Ein hinter der Abgasnachbehandlungseinrichtung
Das heiße, energiereiche Arbeitsmittel fließt in Richtung des Pfeils
Das expandierte Arbeitsmittel fließt in Richtung des Pfeils
Der Dampfkreisprozess
Für den Fall, dass der Druck im Hochdruckbereich über einen Schwellwert von 40 bar steigt, spricht ein Sicherheitsventil
Zwischen Kondensator
Mit der Anordnung wird eine zweistufige Überdruck-Sicherung verwirklicht. Überdruck im Hochdruckbereich wird durch Ansprechen des Sicherheitsventils
Durch Pumpen und/oder Heizen, beispielsweise in einer Werkstatt, kann das Arbeitsmittel aus der Auffangflüssigkeit zurückgewonnen werden. Dann kann es wiederverwendet werden. By pumping and / or heating, for example in a workshop, the working fluid can be recovered from the collecting liquid. Then it can be reused.
Zum Befüllen des Dampfkreisprozesses
Zum Befüllen mit Arbeitsmittel bleiben das Entlüftungs-Schaltventil
Das Arbeitsmittelreservoir
Zur Aufnahme des Betriebs wird der Kreisprozess
Wenn das Sicherheitsventil
2. Ausführungsbeispiel: Auffangbehälter mit Granulat 2nd embodiment: collecting container with granules
3. Ausführungsbeispiel 3rd embodiment
Der Aufbau des 3. Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des zweiten Ausführungsbeispiels in
4. Ausführungsbeispiel 4th embodiment
Der Aufbau des 4. Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des zweiten Ausführungsbeispiels in
Idealerweise ist der Behälter geschlossen und das gasförmige Arbeitsmittel wird unter Druck in einem geeigneten Mittel eingelagert oder adsorbiert und drucklos desorbiert. Ein Beispiel hierfür ist Ethanol als Arbeitsmittel und Aktivkohle als Auffangmittel
5. Ausführungsbeispiel 5th embodiment
Der Aufbau des 5. Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des zweiten Ausführungsbeispiels in
6. Ausführungsbeispiel 6th embodiment
Der Aufbau des 6. Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des zweiten Ausführungsbeispiels in
7. Ausführungsbeispiel 7th embodiment
In allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen 1 bis 6 wird der gesamte Arbeitsmittelstrom und die darin enthaltene Wärme mit einem Auffangmittel aufgefangen. Das Auffangemittel für das Sicherheitsventil
Das 7. Ausführungsbeispiel sieht demgegenüber nur ein Auffangmittel für das Sicherheitsventil
8. Ausführungsbeispiel 8th embodiment
Der Aufbau des 8. Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des zweiten Ausführungsbeispiels in
Vorteilhafterweise ist das zu verdampfende Medium stofflich vom Arbeitsmedium getrennt und es wird nur die Wärme übertragen. Somit steht das Arbeitsmedium ohne eine spezielle Aufbereitung dem Dampfkreisprozess wieder zur Verfügung. Advantageously, the medium to be evaporated is materially separated from the working medium and only the heat is transferred. Thus, the working medium is without a special treatment the steam cycle again available.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele nur einen Teil der Möglichkeiten darstellen, die mit der Erfindung möglich sind. So ist es für die Erfindung nicht immer erforderlich, eine Abgasnachbehandlung durchzuführen oder ein Membran-Ausdehnungsgefäß als Arbeitsmittelreservoir zu verwenden. Auch können die Ventile und Kugelhähne an anderer Stelle oder in anderer Ausgestaltung eingesetzt werden. Inertgasquelle und Arbeitsmittelquelle können sowohl dauerhaft, als auch temporär angeschlossen werden. Eines oder beide Sicherheitsventile kann separat vorgesehen sein oder in die Expansionsmaschine integriert werden. Die Erfindung kann mit jeder beliebigen Expansionsmaschine verwirklicht werden und ist nicht auf die Verwendung einer Axialkolbenmaschine beschränkt. Während es vorteilhaft ist, zwei Sicherheitsventile vorzusehen, kann es im Einzelfall auch ausreichend sein, nur ein Sicherheitsventil in einem der Bereiche vorzusehen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung umfasst entsprechend eine Vielzahl von Varianten, die sich dem Fachmann in naheliegender Weise ergeben und wird ausschließlich durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt. It is understood that the embodiments described above represent only a part of the possibilities that are possible with the invention. Thus, it is not always necessary for the invention to carry out an exhaust gas aftertreatment or to use a membrane expansion vessel as the working fluid reservoir. Also, the valves and ball valves can be used elsewhere or in another embodiment. Inert gas source and source of working fluid can be connected both permanently and temporarily. One or both safety valves may be provided separately or integrated into the expansion machine. The invention can be practiced with any expansion machine and is not limited to the use of an axial piston machine. While it is advantageous to provide two safety valves, in individual cases it may also be sufficient to provide only one safety valve in one of the areas. Accordingly, the scope of the present invention includes a variety of variations which will be obvious to those skilled in the art and are limited only by the scope of the appended claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10226445 C1 [0006] DE 10226445 C1 [0006]
- WO 2005/001248 A1 [0006] WO 2005/001248 A1 [0006]
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10226445C1 (en) | 2002-06-13 | 2003-06-12 | Enginion Ag | Motor vehicle auxiliary power unit for converting heat into mechanical energy has steam generator driven by exhaust gases to drive electrical generator |
WO2005001248A1 (en) | 2003-06-23 | 2005-01-06 | Enginion Ag | Working medium for cyclic steam processes |
WO2014164826A1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-10-09 | Echogen Power Systems, L.L.C. | Management of working fluid during heat engine system shutdown |
-
2015
- 2015-08-03 DE DE102015112704.0A patent/DE102015112704B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10226445C1 (en) | 2002-06-13 | 2003-06-12 | Enginion Ag | Motor vehicle auxiliary power unit for converting heat into mechanical energy has steam generator driven by exhaust gases to drive electrical generator |
WO2005001248A1 (en) | 2003-06-23 | 2005-01-06 | Enginion Ag | Working medium for cyclic steam processes |
WO2014164826A1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-10-09 | Echogen Power Systems, L.L.C. | Management of working fluid during heat engine system shutdown |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017219855A1 (en) * | 2017-11-08 | 2019-05-09 | Mahle International Gmbh | Waste heat utilization device |
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