DE102016218936A1

DE102016218936A1 - Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses und Anordnung mit einem solchen System und einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016218936A1
Application number: DE102016218936.0A
Authority: DE
Inventors: Jens Niemeyer; Christian Philipp; Daniel STECHER; Mathias Müller
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: DE102016218936B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, wobei das System (1) angefahren wird mit folgenden Schritten: Fördern eines Arbeitsmediums entlang eines Arbeitsmedienkreislauf (7) unter Umgehung einer Expansionseinrichtung (13); Aufheizen des Arbeitsmediums in einem Verdampfer (11) des Arbeitsmedienkreislaufs (7); Öffnen einer ersten Fluidverbindung (26) zwischen einer Abtrenneinrichtung (25) zum Abtrennen von flüssigem Schmiermittel von dampfförmigem Arbeitsmedium und einem Sammelbehälter (27) für flüssiges Schmiermittel, wenn ein Druck und/oder eine Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf (7) stromabwärts des Verdampfers (11) in einem ersten vorbestimmten Bereich liegt/liegen; Spülen des Sammelbehälters (27) in den Arbeitsmedienkreislauf (7) über eine zweite Fluidverbindung (29) zwischen dem Sammelbehälter (27) und dem Arbeitsmedienkreislauf (7); Sperren der zweiten Fluidverbindung (29), wenn der Sammelbehälter (27) vollständig entleert ist, und/oder wenn der Druck und/oder die Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf (7) stromabwärts des Verdampfers (11) in einem zweiten vorbestimmten Bereich liegt/liegen; Schmieren der Expansionseinrichtung (13) aus dem Sammelbehälter (27); Beenden des Umgehens der Expansionseinrichtung (13) und Beaufschlagen der Expansionseinrichtung (13) mit Arbeitsmedium, und Hochfahren der Expansionseinrichtung (13) auf eine vorbestimmte Solldrehzahl.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems sowie ein System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, und eine Anordnung mit einem solchen System und einer Brennkraftmaschine.
Systeme der hier angesprochenen Art werden bisher typischerweise permanent im Dauerbetrieb betrieben und höchstens selten herunter- und angefahren. Solche Systeme finden aber immer häufiger auch Einsatz in kleineren stationären oder mobilen Anwendungen, beispielsweise zur Nutzung der Abwärme von Brennkraftmaschinen, sodass ein Bedarf für definierte und automatisierbare Prozeduren zum Hoch- oder Anfahren sowie zum Herunterfahren solcher Systeme besteht. Dabei sollen die Systeme möglichst schnell und zugleich sicher in die Lage versetzt werden, ihre volle Leistung bereitzustellen. Insbesondere bei Anfahrvorgängen besteht die Gefahr, dass noch flüssiges Arbeitsmedium in einen Schmiermittelkreislauf einer Expansionseinrichtung des Systems gelangt und die Viskosität des Schmiermittels derart herabsetzt, dass zum einen ansonsten durch das hochviskose Schmiermittel abgedichtete Leckagestellen undicht werden, sodass es zu einem Dampfdurchblasen und damit einem Leistungsverlust der Expansionseinrichtung kommt, und/oder dass die Expansionseinrichtung zum anderen durch eine Mangelschmierung aufgrund der herabgesetzten Viskosität des Schmiermittels gefährdet wird, wobei insbesondere Bauteilschäden oder eine vermehrte Wartung die Folge sein können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, ein solches System und eine Anordnung mit einem solchen System und einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren geschaffen wird, welches zum Anfahren des Systems folgende Schritte – vorzugsweise in der angegebenen zeitlichen Reihenfolge – aufweist: Es wird ein Arbeitsmedium entlang eines Arbeitsmedienkreislaufs unter Umgehung einer Expansionseinrichtung gefördert. Das Arbeitsmedium wird in einem Verdampfer des Arbeitsmedienkreislaufs aufgeheizt. Eine erste Fluidverbindung zwischen einer Abtrenneinrichtung, die eingerichtet ist zum Abtrennen von flüssigem Schmiermittel von dampfförmigem Arbeitsmedium, und einem Sammelbehälter für flüssiges Schmiermittel wird geöffnet, wenn ein Druck und/oder eine Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf stromabwärts des Verdampfers – und vorzugsweise stromaufwärts der Expansionseinrichtung – in einen vorbestimmten Bereich liegt/liegen. Der Sammelbehälter wird in den Arbeitsmedienkreislauf über eine zweite Fluidverbindung, die zwischen dem Sammelbehälter und dem Arbeitsmedienkreislauf – insbesondere unter Umgehung der Abtrenneinrichtung – eingerichtet ist, gespült. Die zweite Fluidverbindung wird gesperrt, wenn a) der Sammelbehälter vollständig entleert ist, und/oder wenn b) der Druck und/oder die Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf stromabwärts des Verdampfers und vorzugsweise stromaufwärts der Expansionseinrichtung – in einem zweiten vorbestimmten Bereich liegt/liegen. Die Expansionseinrichtung wird aus dem Sammelbehälter geschmiert. Das Umgehen der Expansionseinrichtung wird beendet, die Expansionseinrichtung wird mit Arbeitsmedium beaufschlagt, und die Expansionseinrichtung wird auf eine vorbestimmte Solldrehzahl hochgefahren. Das hier vorgeschlagene Verfahren ermöglicht insbesondere ein schnelles Starten des Systems, insbesondere ein schnelles Hochfahren auf dessen Nennleistung, wobei zugleich ein sicheres Startverhalten ermöglicht wird, wobei das System vor Betriebssituationen geschützt wird, in denen Schädigungen der Komponenten auftreten können. Das hier vorgeschlagene Verfahren kann automatisiert durchgeführt werden, ohne dass es weiterer Eingriffe eines Betreibers bedarf. Hierzu sind insbesondere definierte Kriterien aufgerichtet, um die einzelnen Schritte durchzuführen, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind.
Mithilfe der Abtrenneinrichtung wird in den Arbeitsmedienkreislauf gelangtes, flüssiges Schmiermittel wieder für die Schmierung der Expansionseinrichtung zurückgewonnen. Dabei besteht insbesondere beim Anfahren des Systems die Gefahr, dass noch nicht dampfförmiges, flüssiges Arbeitsmedium gemeinsam mit flüssigem Schmiermittel in der Abtrenneinrichtung abgetrennt wird und über die erste Fluidverbindung in den Sammelbehälter gelangt, wo es die Qualität und insbesondere die Viskosität des Schmiermittels herabsetzt. Um dies so weit wie möglich zu vermeiden, wird die erste Fluidverbindung bevorzugt erst geöffnet, wenn der Druck und/oder die Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf in dem ersten vorbestimmten Bereich liegt/liegen, wobei besonders bevorzugt ein Wertepaar aus Druck und Temperatur betrachtet wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass zumindest ein großer Teil des Arbeitsmediums stromabwärts des Verdampfers bereits dampfförmig vorliegt. Weiterhin wird das Schmiermittel von gleichwohl noch in den Sammelbehälter gelangten, flüssigen Arbeitsmedien-Anteilen gereinigt, indem der Sammelbehälter über die zweite Fluidverbindung in den Arbeitsmedienkreislauf gespült wird. Der Inhalt des Sammelbehälters läuft dann weiter entlang des Arbeitsmedienkreislaufs um, der sich weiter aufheizt, wobei die Trennung zwischen dampfförmigem Arbeitsmedium und flüssigem Schmiermittel sukzessive effizienter erfolgt, wobei immer geringere Anteile an flüssigem Arbeitsmedium in den Sammelbehälter gelangen. Die zweite Fluidverbindung wird daher bevorzugt erst dann gesperrt und damit das Spülen beendet, wenn entweder der Sammelbehälter vollständig entleert ist, sodass dessen Inhalt zumindest einmal vollständig gespült wurde, und/oder wenn der Druck und/oder die Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf stromabwärts des Verdampfers in dem zweiten, vorbestimmten Bereich liegt/liegen, wobei dieser insbesondere so gewählt wird, dass das Arbeitsmedium zumindest im Wesentlichen, vorzugsweise vollständig dampfförmig am Ort der Abtrenneinrichtung vorliegt, sodass zumindest im Wesentlichen reines Schmiermittel in dem Sammelbehälter gesammelt werden kann, oder dass zumindest eine für die Dichtung und Schmierung der Expansionseinrichtung ausreichend hohe Schmiermittelqualität in dem Sammelbehälter gewährleistet werden kann.
Das Schmieren der Expansionseinrichtung aus dem Sammelbehälter wird bevorzugt erst begonnen, wenn die zweite Fluidverbindung gesperrt ist. Da das Sperren der zweiten Fluidverbindung aber auch kontinuierlich oder schrittweise erfolgen kann, kann das Schmieren auch überlappend mit dem Schließen der zweiten Fluidverbindung begonnen werden.
Das Beenden des Umgehens der Expansionseinrichtung und das Beaufschlagen der Expansionseinrichtung mit dem Arbeitsmedium erfolgt bevorzugt erst dann, wenn die Expansionseinrichtung hinreichend, insbesondere stabil, geschmiert ist. Die Expansionseinrichtung wird also solange umgangen, bis deren ausreichende Schmierung gewährleistet ist. Die Schmierung der Expansionseinrichtung mit dem Schmiermittel wird insbesondere als stabil und ausreichend betrachtet, wenn der Expansionseinrichtung über eine vorbestimmte Zeitdauer eine vorbestimmte Menge an Schmiermittel zugeführt wurde.
Vorzugsweise wird das Umgehen der Expansionseinrichtung erst beendet und das Beaufschlagen derselben mit dem Arbeitsmedium erst begonnen, wenn der Druck und die Temperatur des Arbeitsmediums stromabwärts des Verdampfers und stromaufwärts der Expansionseinrichtung in einem vorbestimmten, zulässigen Bereich angeordnet sind, wobei insbesondere eine vorbestimmte Überhitzung des Arbeitsmediums vorliegt.
Das Beenden des Umgehens und das Beaufschlagen der Expansionseinrichtung mit Arbeitsmedium kann kontinuierlich oder stufenweise erfolgen, insbesondere um die Expansionseinrichtung kontinuierlich oder stufenweise auf ihre vorbestimmte Solldrehzahl hochzufahren, sowie um Druckstöße zu vermeiden.
Auch die zweite Fluidverbindung zwischen dem Sammelbehälter und dem Arbeitsmedienkreislauf kann kontinuierlich oder schrittweise geschlossen werden, wobei sie insbesondere mit zunehmendem Anteil an dampfförmigem Arbeitsmedium stromabwärts des Verdampfers am Ort der Abtrenneinrichtung und/oder mit zunehmender Schmiermittelqualität in dem Sammelbehälter zunehmend geschlossen werden kann.
In dem System wird vorzugsweise ein organischer Rankine-Kreisprozess (ORC – Organic Rankine Cycle) durchgeführt. Ein solcher Kreisprozess ist besonders geeignet, um industrielle Abwärme und/oder Abwärme einer Brennkraftmaschine zu nutzen. Hierzu steht der Verdampfer des Systems bevorzugt in thermischer Wirkverbindung mit einer Wärmequelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei die dem Verdampfer zugeführte Wärme insbesondere aus Abgas der Brennkraftmaschine und/oder aus einem Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine kommen kann.
Im Rahmen des Verfahrens wird insbesondere ein System betrieben, welches – in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums in dem Arbeitsmedienkreislauf – folgende Elemente aufweist: Eine Arbeitsmedien-Fördereinrichtung, die insbesondere als Speisepumpe ausgebildet sein kann, den Verdampfer zum Überführen des Arbeitsmediums in die Dampfphase, die Expansionseinrichtung, in welcher das Arbeitsmedium entspannt wird, wobei es zugleich mechanische Arbeit an der Expansionseinrichtung verrichtet, und einen Kondensator zur Kühlung des Arbeitsmediums, wobei das Arbeitsmedium insbesondere in dem Kondensator wieder in die flüssige Phase kondensiert werden kann. Von dem Kondensator aus gelangt das Arbeitsmedium bevorzugt zurück zu der Arbeitsmedien-Fördereinrichtung, sodass der Arbeitsmedienkreislauf geschlossen ist. Es ist vorzugsweise ein öffen- und sperrbarer Umgehungspfad für das Arbeitsmedium vorgesehen, über den die Expansionseinrichtung insbesondere beim Anfahren des Systems umgangen werden kann. In dem Umgehungspfad ist vorzugsweise ein Drosselventil angeordnet, durch welches ein Durchflussquerschnitt durch den Umgehungspfad kontinuierlich oder stufenweise verändert werden kann.
Als Arbeitsmedium wird bevorzugt Ethanol verwendet. Alternativ ist auch eine Nutzung eines Ethanol/Wasser-Gemischs oder eines organischen Arbeitsmediums möglich, welches von Ethanol verschieden ist, beispielsweise eines Fluorkohlenwasserstoffs oder eines Fluorchlorkohlenwasserstoffs. Als Schmiermittel wird bevorzugt ein synthetischer Ester verwendet.
Die Expansionseinrichtung ist insbesondere eingerichtet zur Wandlung von thermischer Energie, Druckenergie und/oder Strömungsenergie des Arbeitsmediums in Bewegungsenergie, insbesondere Rotationsenergie einer Abtriebswelle, welche durch die Expansionseinrichtung angetrieben wird. Die Expansionseinrichtung ist – insbesondere über die Abtriebswelle – bevorzugt mit einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Generator, antriebswirkverbunden, sodass die elektrische Maschine durch die Expansionseinrichtung antreibbar ist. Auf diese Weise kann die mechanische Energie der Expansionseinrichtung in elektrische Energie in der elektrischen Maschine gewandelt werden. Die Expansionseinrichtung kann aber auch direkt mechanisch eine Brennkraftmaschine unterstützen.
Die Expansionseinrichtung ist vorzugsweise als Strömungsmaschine, insbesondere als Turbine, oder als Verdrängermaschine, oder als volumetrisch arbeitende Expansionseinrichtung, insbesondere als Hubkolbenmaschine, Scroll-Expander, Flügelzellenmaschine oder Roots-Expander ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Expansionseinrichtung allerdings als Schraubenexpander ausgebildet, insbesondere als unsynchronisierter Schraubenexpander. Alternativ ist auch eine als synchronisierter oder fliegend gelagerter Schraubenexpander ausgebildete Expansionseinrichtung möglich.
Die Abtrenneinrichtung ist vorzugsweise stromabwärts des Verdampfers sowie stromaufwärts der Expansionseinrichtung angeordnet. Sie ist bevorzugt ausgebildet als Zyklonabscheider, wobei sie insbesondere Leitbleche aufweisen kann, durch welche der Medienstrom in der Abtrenneinrichtung umlenkbar ist, sodass flüssige Anteile an den Leitblechen abprallen und auf diese Weise von dem dampfförmigen Medienstrom getrennt werden können. Ein Zyklonabscheider zeichnet sich dabei insbesondere durch eine effiziente Abtrennung flüssiger Bestandteile von dampfförmigen Anteilen bei zugleich sehr geringem Druckverlust aus.
Der erste vorbestimmte Bereich für den Druck und/oder die Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf stromabwärts des Verdampfers ist bevorzugt so gewählt, dass zum einen ein ausreichend hoher Anteil des Arbeitsmediums dampfförmig vorliegt, sodass nicht zu viel flüssiges Arbeitsmedium über die Abtrenneinrichtung in den Sammelbehälter gelangt, wobei zum anderen ein die Stabilität insbesondere des Sammelbehälters und/oder anderer Elemente des Systems gefährdender Druckstoß beim Öffnen der ersten Fluidverbindung vermieden wird. Bevorzugt wird die erste Fluidverbindung erst geöffnet, wenn eine vorbestimmte Überhitzung des Arbeitsmediums stromabwärts des Verdampfers, insbesondere an einem Verdampferauslass, erreicht ist.
Der zweite vorbestimmte Bereich wird bevorzugt so gewählt, dass das Arbeitsmedium zu einem noch höheren Anteil als in dem ersten vorbestimmten Bereich, vorzugsweise vollständig, dampfförmig stromabwärts des Verdampfers und insbesondere am Ort der Abtrenneinrichtung vorliegt, wobei der zweite vorbestimmte Bereich insbesondere bei einer zweiten vorbestimmten Überhitzung liegen kann, die größer ist als die erste vorbestimmte Überhitzung für den ersten vorbestimmten Bereich.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Aufheizen des Arbeitsmediums in dem Verdampfer eine Wärmequelle für den Verdampfer aktiviert wird. Dies kann insbesondere erfolgen, indem eine Brennkraftmaschine gestartet wird, deren Abwärme in dem Verdampfer genutzt wird. Die Wärmequelle wird bevorzugt aktiviert, bevor das Fördern des Arbeitsmediums entlang des Arbeitsmedienkreislaufs begonnen wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass bereits zu Beginn der Förderung des Arbeitsmediums Wärme in den Arbeitsmedienkreislauf eingetragen werden kann. Es ist aber auch möglich, dass umgekehrt die Wärmequelle erst aktiviert wird, wenn das Arbeitsmedium bereits entlang des Arbeitsmedienkreislaufs gefördert wird. Auf diese Weise kann insbesondere eine unzulässig hohe und eventuell bauteilschädigende Erwärmung des Verdampfers vermieden werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Druck in dem Arbeitsmedienkreislauf stromabwärts des Verdampfers – und insbesondere stromaufwärts der Expansionseinrichtung – beim Aufheizen in Abhängigkeit von einem Wärmeeintrag in den Arbeitsmedienkreislauf aus der Wärmequelle eingestellt wird. Der Druck in dem Arbeitsmedienkreislauf wird bevorzugt über das Drosselventil in dem Umgehungspfad eingestellt. Vorzugsweise wird dabei durch Ansteuerung des Drosselventils der Druck in dem Arbeitsmedienkreislauf stromabwärts des Verdampfers auf einen Solldruck geregelt, wobei der Solldruck aus einem Kennfeld ausgelesen wird, in dem er in Abhängigkeit von dem Wärmeeintrag aus der Wärmequelle hinterlegt ist. Der Wärmeeintrag ist insbesondere ein über den Verdampfer in den Arbeitsmedienkreislauf strömender Wärmestrom oder eine im Verdampfer anfallende Wärmeleistung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Sperren der zweiten Fluidverbindung und vor dem Schmieren der Expansionseinrichtung eine Füllstandsregelung für den Sammelbehälter gestartet wird. Auf diese Weise kann der Sammelbehälter zunächst auf einen für die Schmierung der Expansionseinrichtung geeigneten Füllstand gebracht und anschließend auf diesem gehalten werden. Dabei ist es möglich, dass die zweite Fluidverbindung zur Regelung des Füllstands des Sammelbehälters genutzt wird, wobei insbesondere Schmiermittel aus dem Sammelbehälter über die zweite Fluidverbindung in den Arbeitsmedienkreislauf abgelassen werden kann, wenn der Füllstand in dem Sammelbehälter über ein vorbestimmtes Niveau steigt.
Vorzugsweise wird das Schmieren der Expansionseinrichtung aus dem Sammelbehälter erst begonnen, wenn der Füllstand in dem Sammelbehälter erstmals einem vorbestimmten Sollfüllstand entspricht. Auf diese Weise kann insbesondere eine Mangelschmierung der Expansionseinrichtung sicher vermieden werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Beaufschlagen der Expansionseinrichtung mit Arbeitsmedium eine Verdampferregelung gestartet wird, wobei eine Überhitzung oder eine Temperatur des Arbeitsmediums stromabwärts des Verdampfers – insbesondere an einem Verdampferauslass – geregelt wird. Die Regelung kann insbesondere durch Einstellen des Wärmeeintrags in den Verdampfer und/oder durch Einstellen des Durchflusses des Arbeitsmediums durch den Verdampfer, insbesondere durch Ansteuerung der Arbeitsmedien-Fördereinrichtung, als Stellgröße(n) erfolgen. Dabei ist es möglich, eine bestimmte Temperatur des Arbeitsmediums oder aber eine bestimmte Überhitzung des Arbeitsmediums stromabwärts des Verdampfers einzuregeln.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Beaufschlagen der Expansionseinrichtung mit dem Arbeitsmedium eine Kondensatorregelung gestartet wird. Dabei wird vorzugsweise ein Druck in dem Arbeitsmedienkreislauf stromabwärts der Expansionseinrichtung, ganz besonders bevorzugt ein Kondensationsdruck an einem Kondensatorauslass, oder alternativ ein Druckabfall über der Expansionseinrichtung durch Variieren einer Kühlleistung des Kondensators geregelt. Die Kühlleistung des Kondensators wird also insbesondere als Stellgröße zur Regelung des Drucks stromabwärts der Expansionseinrichtung oder des Druckabfalls über der Expansionseinrichtung verwendet. Auf diese Weise kann insbesondere ein möglichst günstiger Betriebspunkt für den Betrieb des Systems – insbesondere zu jeder Zeit des Betriebs – aufgefunden und vorzugsweise gehalten werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor oder nach dem ersten Beaufschlagen der Expansionseinrichtung mit Arbeitsmedium eine Verdampferflutenregelung gestartet wird, mittels der insbesondere eine Gleichstellung einer Mehrzahl von Verdampferfluten durchgeführt wird. Hierdurch können insbesondere thermodynamische Instabilitäten, beispielsweise die sogenannte Ledinegg-Instabilität, vermieden werden, die bei einem Parallelbetrieb mehrerer Verdampferfluten auftreten kann/können. Im Rahmen der Verdampferflutenregelung werden die Verdampferfluten bevorzugt bezüglich wenigstens eines Betriebsparameters der einzelnen Verdampferfluten aneinander angeglichen, und/oder ein Druckabfall über dem Verdampfer wird geregelt. Die Verdampferflutenregelung wird besonders bevorzugt durchgeführt gemäß einem Verfahren, das in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2014 206 043 A1 beschrieben ist, wobei insoweit auf diese Schrift verwiesen wird.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren geschaffen wird, durch welches das System mit folgenden Schritten heruntergefahren wird: Ein Wärmeeintrag in den Verdampfer wird beendet, beispielsweise indem eine mit dem Verdampfer thermisch verbundene Brennkraftmaschine abgeschaltet wird. Die Drehzahl der Expansionseinrichtung wird bei gleichzeitigem Öffnen des Umgehungspfads für das Arbeitsmedium um die Expansionseinrichtung abgesenkt. Dies kann insbesondere kontinuierlich oder stufenweise erfolgen. Das Schmieren der Expansionseinrichtung wird beendet, wenn die Drehzahl der Expansionseinrichtung Null erreicht hat. Die erste Fluidverbindung wird geschlossen, sobald das Schmieren der Expansionseinrichtung beendet ist. Vorzugsweise wird zugleich die Füllstandsregelung für den Sammelbehälter beendet. Das Arbeitsmedium wird weiter entlang des Arbeitsmedienkreislaufs unter Umgehung der Expansionseinrichtung gefördert, bis die Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf, insbesondere an einem heißesten Punkt desselben, besonders bevorzugt am Verdampferauslass oder im Verdampfer, unter einen vorbestimmten Abschaltgrenzwert gefallen ist. Dies stellt sicher, dass keine Komponente des Systems überhitzen kann, sondern dass über die Förderung des Arbeitsmediums entlang des Arbeitsmedienkreislaufs eine ausreichende Kühlung der Komponenten des Systems gewährleistet ist. Ist die Temperatur unter den vorbestimmten Abschaltgrenzwert gefallen, wird die Förderung des Arbeitsmediums bevorzugt beendet.
Die Kühlung des Kondensators wird bevorzugt aufrechterhalten, bis die Förderung des Arbeitsmediums entlang des Arbeitsmedienkreislaufs eingestellt oder abgeschaltet wird. Danach kann auch die Kondensatorkühlung abgeschaltet werden. Das System ist dann vollständig heruntergefahren.
Das Verfahren zum Herunterfahren des Systems stellt eine definierte und insbesondere automatisch durchführbare Möglichkeit bereit, dieses sicher und zugleich rasch abzuschalten.
Insbesondere können das Verfahren zum Hochfahren des Systems und das Verfahren zum Herunterfahren des Systems in Kombination miteinander durchgeführt werden, wobei insbesondere die Schritte zum Anfahren zuerst bei einem Systemstart durchgeführt werden, wobei die Schritte zum Herunterfahren später zum Abschalten des Systems durchgeführt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Öffnen des Umgehungspfads so erfolgt, dass kein Druckabfall stromaufwärts des zum Öffnen des Umgehungspfads verwendeten Drosselventils entsteht. Insbesondere wird der Umgehungspfad bevorzugt sukzessive in dem Maß geöffnet, in dem der Strömungspfad des Arbeitsmediums zu der Expansionseinrichtung geschlossen und damit deren Drehzahl abgesenkt wird. Ein Druck in dem Arbeitsmedienkreislauf stromaufwärts der Expansionseinrichtung und stromaufwärts der Abzweigung zu dem Umgehungspfad bleibt dabei vorzugsweise konstant. Insbesondere kann so vermieden werden, dass ein Druck stromabwärts des Drosselventils in dem Umgehungspfad schlagartig zu hoch wird, wodurch der Kondensator beschädigt werden könnte.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Mindestarbeitsmedienstrom entlang des Arbeitsmedienkreislaufs unter Umgehung der Expansionseinrichtung aufrechterhalten wird, bis die Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf unter den vorbestimmten Abschaltgrenzwert gefallen ist. Insbesondere dies gewährleistet eine ausreichende Kühlung aller Komponenten des Systems durch das Arbeitsmedium, sodass eine unzulässige Erhitzung vermieden wird.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kondensator weiter betrieben wird, bis die Temperatur des Arbeitsmedienkreislaufs unter den vorbestimmten Abschaltgrenzwert gefallen ist. Auf diese Weise kann weiter Wärme aus dem Arbeitsmedienkreislauf ausgetragen werden, was zusätzlich dazu beiträgt, dass eine unzulässige Erhitzung vermieden wird.
Spätestens dann, wenn das Arbeitsmedium in dem Arbeitsmedienkreislauf überall vollständig in flüssiger Phase vorliegt, ist auch das Drosselventil zu dem Umgehungspfad bevorzugt vollständig geöffnet, und zugleich ist der Strömungspfad zu der Expansionseinrichtung vollständig gesperrt, sodass das Arbeitsmedium vollständig unter Umgehung der Expansionseinrichtung entlang des Umgehungspfads gefördert wird.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses geschaffen wird, welches eingerichtet ist zur Durchführung einer Ausführungsform von wenigstens einem der zuvor beschriebenen Verfahren. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit dem System insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Anordnung geschaffen wird, welche ein solches System und eine Brennkraftmaschine aufweist, wobei die Brennkraftmaschine mit dem Verdampfer des Systems thermisch derart verbunden ist, dass Abwärme der Brennkraftmaschine in dem System für den thermodynamischen Kreisprozess nutzbar ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Systems sowie eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems.
Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Systems 1 zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, insbesondere eines organischen Rankine-Kreisprozesses (ORC – Organic Rankine Cycle). Das System 1 ist insbesondere Teil einer Anordnung 3, welche einerseits das System 1 und andererseits eine Brennkraftmaschine 5 aufweist, wobei die Brennkraftmaschine 5 mit dem System 1 derart wirkverbunden ist, das Abwärme der Brennkraftmaschine 5 in dem System 1 nutzbar ist.
Das System 1 weist einen Arbeitsmedienkreislauf 7 auf, in dem eine Arbeitsmedien-Fördereinrichtung 9, insbesondere eine Speisepumpe, zur Förderung eines in dem Arbeitsmedienkreislauf 7 strömenden Arbeitsmediums angeordnet ist, wobei der Arbeitsmedienkreislauf 7 außerdem – in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums in dem Arbeitsmedienkreislauf 7 in der angegebenen Reihenfolge – einen Verdampfer 11, eine Expansionseinrichtung 13 und einen Kondensator 15 aufweist. Die Brennkraftmaschine 5 ist dabei insbesondere in thermischer Wirkverbindung mit dem Verdampfer 11, sodass dem Arbeitsmedium in dem Verdampfer 11 Abwärme von der Brennkraftmaschine 5 zuführbar ist. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass der Verdampfer 11 von Abgas der Brennkraftmaschine 5 und/oder von einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs der Brennkraftmaschine 5 durchströmt wird.
In für sich genommen bekannter Weise wird das durch die Arbeitsmedien-Fördereinrichtung 9 geförderte, flüssige Arbeitsmedium in dem Verdampfer 11 verdampft, wobei es in der Expansionseinrichtung 13 entspannt wird und dabei Arbeit an der Expansionseinrichtung 13 verrichtet, wodurch diese eine Abtriebswelle 17 zu einer rotierenden Bewegung antreibt. Das entspannte Arbeitsmedium wird stromabwärts der Expansionseinrichtung 13 in dem Kondensator 15 abgekühlt und insbesondere wieder verflüssigt, wonach es wiederum zu der Arbeitsmedien-Fördereinrichtung 9 gelangt. Ein Ausgleichsbehälter 19 für das Arbeitsmedium ist stromabwärts des Kondensators 15 und stromaufwärts der Arbeitsmedien-Fördereinrichtung 9 mit dem Arbeitsmedienkreislauf 7 in Fluidverbindung. Bevorzugt ist dem Ausgleichsbehälter 19 ein Überdruckventil 21 zugeordnet.
Mit der Abtriebswelle 17 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des Systems 1 eine elektrische Maschine 23 antriebswirkverbunden, sodass die elektrische Maschine 23 durch die Abtriebswelle 17 antreibbar ist. Die elektrische Maschine 23 ist insbesondere als Generator und ganz besonders bevorzugt als Synchronmaschine ausgebildet.
Strömungstechnisch zwischen dem Verdampfer 11 und der Expansionseinrichtung 13 ist eine Abtrenneinrichtung 25, insbesondere ein Zyklonabscheider, vorgesehen, wobei die Abtrenneinrichtung 25 eingerichtet ist, um flüssiges Schmiermittel von dampfförmigem Arbeitsmedium abzutrennen. Die Abtrenneinrichtung 25 ist strömungstechnisch über eine erste Fluidverbindung 26 mit einem Sammelbehälter 27 verbunden, sodass dem Sammelbehälter 27 über die erste Fluidverbindung 26 Schmiermittel aus der Abtrenneinrichtung 25 zugeführt werden kann. Das System 1 weist außerdem eine zweite Fluidverbindung 29 zwischen dem Sammelbehälter 27 und dem Arbeitsmedienkreislauf 7 auf, welche insbesondere die Abtrenneinrichtung 25 umgeht, wobei die zweite Fluidverbindung 29 eingerichtet ist zum Ausleiten von Schmiermittel aus dem Sammelbehälter 27 in den Arbeitsmedienkreislauf 7.
In der ersten Fluidverbindung 26 ist eine erste Ventileinrichtung 30 angeordnet, über welche die erste Fluidverbindung 26 öffen- und sperrbar ist. In der zweiten Fluidverbindung 29 ist eine zweite Ventileinrichtung 31 angeordnet, durch welche die zweite Fluidverbindung 29 – vorzugsweise stufenlos oder diskret – öffenbar und schließbar ist.
Die erste Ventileinrichtung 30 ist bevorzugt als Dreiwegeventil ausgerichtet, wobei sie mit einem Bypass 33 verbunden ist, der stromabwärts der Abtrenneinrichtung 25 wieder in den Arbeitsmedienkreislauf 7 mündet. Es kann dann insbesondere möglich sein, in bestimmten Betriebszuständen des Systems 1 in der Abtrenneinrichtung 25 abgetrennte Flüssigkeit über den Bypass 33 zurück in den Arbeitsmedienkreislauf 7 zu leiten, insbesondere dann, wenn die Abtrenneinrichtung 25 strömungstechnisch von dem Sammelbehälter 27 getrennt ist.
Ein Strömungspfad des Arbeitsmedienkreislaufs 7 zu der Expansionseinrichtung 13 weist ein Absperrventil 35 auf, durch welches der Strömungspfad zu der Expansionseinrichtung 13 – vorzugsweise kontinuierlich oder stufenweise – geöffnet und geschlossen werden kann. Es ist ein Umgehungspfad 37 vorgesehen, über welchen die Expansionseinrichtung 13 durch das Arbeitsmedium umgangen werden kann, wobei der Umgehungspfad 37 durch ein Drosselventil 39 – vorzugsweise kontinuierlich oder stufenweise – geöffnet und geschlossen werden kann.
Über den Umgehungspfad 37 kann das Arbeitsmedium entlang des Arbeitsmedienkreislaufs 7 unter Umgehung der Expansionseinrichtung 13 geführt werden.
Die Expansionseinrichtung 13 kann aus dem Sammelbehälter 27 mit Schmiermittel versorgt werden, das heißt, dass sie insbesondere aus dem Sammelbehälter 27 geschmiert wird. Hierzu ist ein Schmiermittelkreislauf 41 vorgesehen, über den mittels einer ersten Schmiermittel-Fördereinrichtung 43, insbesondere einer Schmiermittelpumpe, Schmiermittel aus dem Sammelbehälter 27 zu hier schematisch dargestellten Schmierstellen 45 der Expansionseinrichtung 13 gefördert werden kann. In dem Schmiermittelkreislauf 41 sind hier zwei Kühleinrichtungen 47 zur Kühlung des Schmiermittels angeordnet.
Der Schmiermittelkreislauf 41 weist außerdem einen Rücklaufpfad 49 auf, über den Schmiermittel von der Expansionseinrichtung 13 in den Sammelbehälter 7 zurückförderbar ist, wobei in dem Rücklaufpfad 49 hierzu insbesondere eine zweite Schmiermittel-Fördereinrichtung 51, insbesondere eine Schmiermittelpumpe, angeordnet ist. Weiterhin ist in dem Rücklaufpfad 49 – insbesondere stromabwärts der zweiten Schmiermittel-Fördereinrichtung 51 – bevorzugt ein Rückschlagventil 53 angeordnet, um zu vermeiden, dass Schmiermittel in unerwünschter Weise aus dem Sammelbehälter 27 über den Rücklaufpfad 49 zu der Expansionseinrichtung 13 strömt.
Zum Anfahren des Systems 1 wird das Arbeitsmedium entlang des Arbeitsmedienkreislaufs 7 unter Umgehung der Expansionseinrichtung 13, das heißt entlang des Umgehungspfads 37, gefördert. Das Arbeitsmedium wird in dem Verdampfer 11 aufgeheizt, wobei zum Aufheizen des Arbeitsmediums in dem Verdampfer 11 bevorzugt die Brennkraftmaschine 5 gestartet wird, insbesondere noch bevor die Arbeitsmedien-Fördereinrichtung 9 gestartet wird. Erreicht/Erreichen ein Druck und/oder eine Temperatur des Arbeitsmediums in dem Arbeitsmedienkreislauf 7 stromabwärts des Verdampfers 11 und stromaufwärts der Expansionseinrichtung 13 beziehungsweise des Drosselventils 39 einen ersten, vorbestimmten Bereich, wird die zuvor geschlossene erste Fluidverbindung 26 zu dem Sammelbehälter 27 geöffnet, indem die erste Ventileinrichtung 30 entsprechend geschaltet wird. Sodann wird die zweite Fluidverbindung 29 durch Öffnen der zweiten Ventileinrichtung 31 geöffnet, und der Inhalt des Sammelbehälters 27 wird in den Arbeitsmedienkreislauf 7 gespült, wobei die zweite Fluidverbindung 29 hier stromaufwärts des Kondensators 15 und stromabwärts der Expansionseinrichtung 13 beziehungsweise stromabwärts des Drosselventils 39 in den Arbeitsmedienkreislauf 7 mündet. Das Schmiermittel läuft dann gemeinsam mit dem Arbeitsmedium in dem Arbeitsmedienkreislauf 7 um, was zum einen den Vorteil hat, dass mit steigendem Dampfanteil des Arbeitsmediums die Trennung in der Abtrenneinrichtung 25 immer besser und damit das Schmiermittel in dem Schmiermittelbehälter 27 immer reiner wird, wobei zum anderen der Schmiermittelbehälter 27 rasch auf seine Betriebstemperatur gebracht wird, weil er beim Anfahren auch von aufgeheiztem flüssigem Arbeitsmedium durchströmt wird. Somit kann die Betriebstemperatur für das Schmiermittel schneller erreicht und damit auch eine Schmierung der Expansionseinrichtung 13 letztlich früher gestartet werden.
Wenn der Sammelbehälter 27 vollständig entleert ist, und/oder wenn der Druck und/oder die Temperatur stromabwärts des Verdampfers 11 und stromaufwärts der Expansionseinrichtung 13, bevorzugt stromaufwärts der Abtrenneinrichtung 25, in einem zweiten vorbestimmten Bereich liegt/liegen, wird die zweite Fluidverbindung 29 durch Schließen der zweiten Ventileinrichtung 31 gesperrt, und das Spülen des Sammelbehälters 27 wird beendet. Dies kann auch kontinuierlich oder schrittweise, insbesondere abhängig von einer Druck- und Temperaturentwicklung in dem Arbeitsmedienkreislauf 7 oder abhängig von einer Schmiermittelqualität in dem Sammelbehälter 27 erfolgen. Ist die zweite Fluidverbindung 29 gesperrt, wird die Schmierung der Expansionseinrichtung 13 begonnen, insbesondere indem die erste Schmiermittel-Fördereinrichtung 43 aktiviert wird. Vorzugsweise wird zugleich die zweite Schmiermittel-Fördereinrichtung 51 aktiviert.
Ist die Expansionseinrichtung 13 ausreichend und stabil geschmiert, und liegen der Druck und die Temperatur stromabwärts des Verdampfers 11 und stromaufwärts der Expansionseinrichtung 13 in einem zulässigen Bereich, sodass insbesondere eine vorbestimmte Überhitzung des Arbeitsmediums vorliegt, wird die Expansionseinrichtung 13 auf eine vorbestimmte Solldrehzahl hochgefahren. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass kontinuierlich oder schrittweise zum einen das Absperrventil 35 geöffnet und zum anderen, insbesondere zugleich und vorzugsweise in gleichem Maße, das Drosselventil 39 geschlossen wird. Dies erfolgt ganz besonders bevorzugt derart, dass der Druck des Arbeitsmediums stromaufwärts des Absperrventils 35 und des Drosselventils 39 nicht verändert wird, also konstant bleibt. Somit wird das Umgehen der Expansionseinrichtung 13 beendet, und diese wird mit Arbeitsmedium beaufschlagt. Hat die Expansionseinrichtung 13 ihre Solldrehzahl erreicht, ist das System 1 hochgefahren. Die Solldrehzahl der Expansionseinrichtung 13 wird vorzugsweise einem Kennfeld entnommen.
Vorzugsweise wird der Druck in dem Arbeitsmedienkreislauf 7 stromabwärts des Verdampfers 11 beim Aufheizen in Abhängigkeit von einem Wärmeeintrag in den Arbeitsmedienkreislauf 7 über den Verdampfer 11 eingestellt, insbesondere durch Variationen des Durchflussquerschnitts des Drosselventils 39.
Vorzugsweise wird nach dem Sperren der zweiten Fluidverbindung 29 und vor dem Schmieren der Expansionseinrichtung 13 eine Füllstandsregelung für den Sammelbehälter 27 gestartet, wobei vorzugsweise das Schmieren der Expansionseinrichtung 13 erst begonnen wird, wenn der Füllstand in dem Sammelbehälter 27 erstmals einen vorbestimmten Sollfüllstand erreicht. Zur Regelung des Füllstands wird als Stellglied bevorzugt insbesondere die zweite Ventileinrichtung 31 angesteuert, wobei Schmiermittel aus dem Sammelbehälter 27 über die zweite Fluidverbindung 29 abgesteuert werden kann, wenn der Füllstand in dem Sammelbehälter 27 über den vorbestimmten Sollfüllstand steigt.
Vorzugsweise wird vor dem Beaufschlagen der Expansionseinrichtung 13 mit dem Arbeitsmedium eine Verdampferregelung gestartet, wobei eine Überhitzung oder eine Temperatur des Arbeitsmediums stromabwärts des Verdampfers 11, insbesondere an einem Verdampferauslass, geregelt wird. Dies kann über den Wärmeeintrag in den Verdampfer 11 und/oder über einen Durchfluss des Arbeitsmediums durch den Verdampfer 11, insbesondere durch Ansteuern der Arbeitsmedien-Fördereinrichtung 9, als Stellgröße(n) erfolgen.
Vorzugsweise wird vor dem Beaufschlagen der Expansionseinrichtung 13 mit Arbeitsmedium eine Kondensatorregelung für den Kondensator 15 gestartet, wobei bevorzugt ein Druck in dem Arbeitsmedienkreislauf 7 stromabwärts der Expansionseinrichtung 13, insbesondere ein Kondensationsdruck an einem Auslass des Kondensators 15, oder ein Druckabfall über der Expansionseinrichtung 13 durch Variieren einer Kühlleistung des Kondensators 15 geregelt wird.
Bevorzugt wird vor oder nach der Beaufschlagung der Expansionseinrichtung 13 mit dem Arbeitsmedium eine Verdampferflutenregelung gestartet, um eine Gleichstellung von Fluten des bevorzugt mehrflutigen Verdampfers 11 zu gewährleisten.
Das System 1 wird bevorzugt heruntergefahren, indem zunächst ein Wärmeeintrag in den Verdampfer 11 beendet wird. Insbesondere wird hierzu bevorzugt die Brennkraftmaschine 5 abgeschaltet. Anschließend wird die Drehzahl der Expansionseinrichtung 13 abgesenkt, wobei gleichzeitig das Drosselventil 39 und damit der Umgehungspfad 37 geöffnet wird. Insbesondere werden vorzugsweise zugleich das Absperrventil 35 geschlossen und das Drosselventil 39 geöffnet, und zwar bevorzugt derart, dass noch kein Druckabfall stromaufwärts des Absperrventils 35 und des Drosselventils 39 entsteht, wodurch insbesondere gewährleistet ist, dass der Kondensator 15 vor einem überhöhten Druck, insbesondere einem Druckstoß, geschützt wird. Dabei ist es möglich, dass das Drosselventil 39 noch nicht vollständig geöffnet ist, wenn das Absperrventil 35 bereits vollständig geschlossen ist. Vielmehr ist es möglich, dass das Drosselventil 39 erst dann vollständig geöffnet wird oder ist, wenn das Arbeitsmedium überall in dem Arbeitsmedienkreislauf 7 in flüssiger Phase vorliegt.
Ist die Drehzahl der Expansionseinrichtung 13 auf Null heruntergefahren, wird das Schmieren der Expansionseinrichtung 13 beendet, insbesondere indem die Schmiermittel-Fördereinrichtungen 43, 51 gestoppt werden.
Es wird dann auch vorzugsweise die erste Fluidverbindung 26 geschlossen, wodurch die Abtrenneinrichtung 25 von dem Sammelbehälter 27 strömungstechnisch getrennt wird, sodass beim Abkühlen des Arbeitsmedienkreislaufs 7 keine zu hohe Menge an flüssigem Arbeitsmedium in den Sammelbehälter 27 gelangen und dort das Schmiermittel kontaminieren kann. Anschließend oder zugleich wird auch die Füllstandsregelung für den Sammelbehälter 27 beendet.
Das Arbeitsmedium wird weiter durch die Arbeitsmedien-Fördereinrichtung 9 entlang des Arbeitsmedienkreislaufs unter Umgehung der Expansionseinrichtung 13, also über den Umgehungspfad 37 gefördert, bis die Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf 7, insbesondere an dessen heißestem Punkt, unter einen vorbestimmten Abschaltgrenzwert gefallen ist. Dabei wird insbesondere ein Mindestarbeitsmedienstrom entlang des Arbeitsmedienkreislaufs 7 aufrechterhalten. Auch der Kondensator 15 wird bevorzugt weiterbetrieben, insbesondere gekühlt, wobei durch diese Maßnahmen insgesamt eine unzulässige Erhitzung von Komponenten des Systems 1 vermieden werden kann.
Das Absenken der Drehzahl der Expansionseinrichtung 13 wird bevorzugt dann begonnen, wenn nach dem Beenden des Wärmeeintrags in den Verdampfer 11 eine Überhitzung des Arbeitsmediums stromabwärts des Verdampfers 11, insbesondere am Verdampferauslass, einen unteren Überhitzungs-Grenzwert unterschritten hat.
Das Drosselventil 39 wird insbesondere mit zunehmendem Flüssigkeitsgehalt des Arbeitsmediums weiter geöffnet, besonders bevorzugt stufenweise. Wie bereits ausgeführt, ist es bevorzugt vollständig geöffnet, wenn das Arbeitsmedium vollständig flüssig in dem Arbeitsmedienkreislauf 7 strömt.
Die Arbeitsmedien-Fördereinrichtung 9 und bevorzugt die Kühlung des Kondensators 15 werden abgeschaltet, wenn die Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf 7 unter den vorbestimmten Abstellgrenzwert gefallen ist.
Insgesamt zeigt sich, dass mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren, dem System 1 und der Anordnung 3 definierte Bedingungen für den Start und das Herunterfahren eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses geschaffen werden, wobei durch einen schnellen Start die Energieausbeute des Systems erhöht werden kann. Zugleich schützt der sichere Start das System vor Betriebssituationen, in den Schädigungen der Komponenten auftreten können. Sowohl der Start als auch das Herunterfahren können automatisiert werden, ohne dass es weiterer Eingriffe des Betreibers bedarf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014206043 A1 [0026]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, wobei das System (1) angefahren wird mit folgenden Schritten: – Fördern eines Arbeitsmediums entlang eines Arbeitsmedienkreislauf (7) unter Umgehung einer Expansionseinrichtung (13); – Aufheizen des Arbeitsmediums in einem Verdampfer (11) des Arbeitsmedienkreislaufs (7); – Öffnen einer ersten Fluidverbindung (26) zwischen einer Abtrenneinrichtung (25) zum Abtrennen von flüssigem Schmiermittel von dampfförmigem Arbeitsmedium und einem Sammelbehälter (27) für flüssiges Schmiermittel, wenn ein Druck und/oder eine Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf (7) stromabwärts des Verdampfers (11) in einem ersten vorbestimmten Bereich liegt/liegen; – Spülen des Sammelbehälters (27) in den Arbeitsmedienkreislauf (7) über eine zweite Fluidverbindung (29) zwischen dem Sammelbehälter (27) und dem Arbeitsmedienkreislauf (7); – Sperren der zweiten Fluidverbindung (29), wenn a) der Sammelbehälter (27) vollständig entleert ist, und/oder b) der Druck und/oder die Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf (7) stromabwärts des Verdampfers (11) in einem zweiten vorbestimmten Bereich liegt/liegen; – Schmieren der Expansionseinrichtung (13) aus dem Sammelbehälter (27); – Beenden des Umgehens der Expansionseinrichtung (13) und Beaufschlagen der Expansionseinrichtung (13) mit Arbeitsmedium, und – Hochfahren der Expansionseinrichtung (13) auf eine vorbestimmte Solldrehzahl.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufheizen des Arbeitsmediums in dem Verdampfer (11) eine Wärmequelle für den Verdampfer (11) aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck in dem Arbeitsmedienkreislauf (7) stromabwärts des Verdampfers (11) beim Aufheizen in Abhängigkeit von einem Wärmeeintrag in den Arbeitsmedienkreislauf (7) aus der Wärmequelle eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Sperren der zweiten Fluidverbindung (29) und vor dem Schmieren der Expansionseinrichtung (13) eine Füllstandsregelung für den Sammelbehälter (27) gestartet wird, wobei vorzugsweise das Schmieren der Expansionseinrichtung (13) erst begonnen wird, wenn ein Füllstand in dem Sammelbehälter (27) erstmals einen vorbestimmten Sollfüllstand erreicht hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beaufschlagen der Expansionseinrichtung (13) mit Arbeitsmedium eine Verdampferregelung gestartet wird, wobei eine Überhitzung oder eine Temperatur des Arbeitsmediums stromabwärts des Verdampfers (11) geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beaufschlagen der Expansionseinrichtung (13) mit Arbeitsmedium eine Kondensatorregelung gestartet wird, wobei vorzugsweise ein Druck in dem Arbeitsmedienkreislauf (7) stromabwärts der Expansionseinrichtung (13) oder ein Druckabfall über der Expansionseinrichtung (13) durch Variieren einer Kühlleistung des Kondensators (15) geregelt wird.
Verfahren, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das System (1) zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses heruntergefahren wird mit folgenden Schritten: – Beenden eines Wärmeeintrags in den Verdampfer (11); – Absenken der Drehzahl der Expansionseinrichtung (13) bei gleichzeitigem Öffnen eines Umgehungspfads (37) für das Arbeitsmedium um die Expansionseinrichtung (13); – Beenden des Schmierens der Expansionseinrichtung (13), wenn die Drehzahl der Expansionseinrichtung (13) Null erreicht hat; – Schließen der ersten Fluidverbindung (26) zwischen der Abtrenneinrichtung (25) und dem Sammelbehälter (27), und – Fördern von Arbeitsmedium entlang des Arbeitsmedienkreislaufs (7) unter Umgehung der Expansionseinrichtung (13), bis die Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf (7) unter einen vorbestimmten Abschaltgrenzwert gefallen ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Öffnen des Umgehungspfads (37) so erfolgt, dass kein Druckabfall stromaufwärts eines zum Öffnen des Umgehungspfads (37) vorgesehenen Drosselventils (39) entsteht; b) ein Mindestarbeitsmedienstrom entlang des Arbeitsmedienkreislaufs (7) unter Umgehung der Expansionseinrichtung (13) aufrechterhalten wird, bis die Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf (7) unter den vorbestimmten Abschaltgrenzwert gefallen ist, und/oder c) der Kondensator (15) betrieben wird, bis die Temperatur in dem Arbeitsmedienkreislauf (7) unter den vorbestimmten Abschaltgrenzwert gefallen ist.
System (1) zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, insbesondere eines organischen Rankine-Kreisprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Anordnung (3), mit einem System (1) nach Anspruch 9 und einer Brennkraftmaschine (5), wobei die Brennkraftmaschine (5) mit dem System (1) zur Nutzung von Abwärme der Brennkraftmaschine (5) in dem System (1) thermisch verbunden ist.