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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abwärmerückgewinnungssystem mit einem Arbeitsfluidkreislauf, aufweisend zumindest einen in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine eingeschalteten Wärmetauscher, der Teil des Arbeitsfluidkreislaufs mit zumindest einer Expansionsmaschine, einem Kondensator und einer Fluidpumpe ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Arbeitsfluidkreislaufs.
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Stand der Technik
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Ein derartiges Abwärmrückgewinnungssystem ist aus der
DE 10 2013 211 875 A1 bekannt. Dieses Abwärmerückgewinnungssystem weist einen Arbeitsfluidkreislauf mit zwei Wärmetauschern auf, wobei ein erster Wärmetauscher in einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine und ein zweiter Wärmetauscher in eine Abgasrückführleitung der Brennkraftmaschine eingeschaltet sind. Der Arbeitsfluidkreislauf weist weiterhin eine Expansionsmaschine, einen Kondensator und eine Fluidpumpe auf, wobei der Arbeitsfluidkreislauf stromabwärts der Fluidpumpe in zwei Fluidzweige aufgeteilt wird, die jeweils zu dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher führen. In die Fluidzweige ist eingangs ein Verteilerventil eingesetzt, das die den Wärmetauschern zugeführte Menge des Arbeitsfluids einstellt. Das so ausgebildete Abwärmerückgewinnungssystem ist normalerweise bei einer in ein Fahrzeug eingebauten Brennkraftmaschine zumindest teilweise in einen die Brennkraftmaschine aufnehmenden Motorraum des Fahrzeugs eingebaut.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Abwärmerückgewinnungssystem bereitzustellen, das gegenüber bekannten Systemen verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Abwärmerückgewinnungssystem eine Einrichtung zur Vermeidung von durch flüssige Anteile des Arbeitsfluids verursachte Beschädigungen an der Expansionsmaschine aufweist. Das Verfahren zum Betreiben des Abwärmerückgewinnungssystems sieht vor, dass aus dem Arbeitsfluid mittels einer Einrichtung flüssige Anteile herausgelöst und/oder unschädlich gemacht werden, so dass eine Beschädigung der Expansionsmaschine durch die flüssigen Anteile ausgeschlossen ist.
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Dieser Ausgestaltung beziehungsweise diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere dann, wenn die Expansionsmaschine als Turbomaschine mit einem Turbinenschaufeln aufweisenden Turbinenrad ausgeführt ist, der Qualität des der Expansionsmaschine zugeführten dampfförmigen Arbeitsfluids eine besondere Bedeutung zukommt. Dies ist bedingt durch den Umstand, dass eine Turbomaschine bei sehr hohen Drehzahlen betrieben wird, was zu sehr großen Relativgeschwindigkeiten an den Turbinenschaufeln der Turbomaschine führt. Wird die Turbomaschine nicht mit einem einphasigen, gasförmigen Arbeitsfluid (als Trockendampf) betrieben, sondern vielmehr mit einem dampfförmigen Arbeitsfluid, welches unverdampftes Arbeitsfluid in flüssiger Phase (flüssige Anteile in dem Arbeitsfluid, beispielsweise in Form von Fluidtröpfchen) in Form von Nassdampf mit sich führt, kommt es infolge von Stossprozessen zu einer Erosion an den Turbinenschaufeln. Weiterhin befindet sich in einem Abwärmerückgewinnungssystem häufig ein Temperatursensor, der beispielsweise als Thermoment ausgeführt ist, direkt vor der Turbomaschine. Wird der Thermosensor von einem Fluidtröpfchen getroffen beziehungsweise schlägt sich das Fluidtröpfchen sogar auf dem Thermosensor nieder, wird ein aktueller Messwert verfälscht, was sich nachteilig auf die Regelung des Systems auswirkt. Da bedingt durch die Betriebsstrategie das Vorhandensein von Nassdampf (gasförmiger Dampf mit Flüssigkeitsanteilen) in dem Arbeitsfluid nicht verhindert werden kann oder soll, um beispielsweise den Wirkungsgrad zu erhöhen, muss die Turbomaschine entweder tolerant für Nassdampf sein oder aber die flüssigen Anteile müssen erfindungsgemäß an der Expansionsmaschine vorbeigeführt werden, oder aber das Arbeitsfluid muss vor der Turbomaschine von den mitgeführten flüssigen Anteilen gereinigt werden. Dies wird durch die zunächst einmal beliebig ausgestaltete Einrichtung erreicht.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Einrichtung zwischen einem Ausgang aus dem zumindest einen Wärmetauscher und der Expansionsmaschine in dem Arbeitsfluidkreislauf angeordnet. Dabei wird die Einrichtung normalerweise direkt vor dem Eingang des Arbeitsfluidkreislaufs in die Expansionsmaschine angeordnet. Dadurch ist sichergestellt, dass auch tatsächlich nur der Expansionsmaschine zugeführtes Arbeitsfluid durch die Einrichtung strömt. Denkbar ist aber auch, die Einrichtung nach einem ersten Wärmetauscher und vor einer Zusammenführung mit einem zweiten Wärmetauscher zu platzieren, sofern dieser „sicher“ überhitzten Dampf, also einphasiges, gasförmiges Arbeitsfluid, erzeugt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung eine Trenneinrichtung für die flüssigen Anteile aus dem Arbeitsfluid. Die Einrichtung beziehungsweise Trenneinrichtung ist ein Behälter, ein Beruhigungsbehälter oder ein Leitungsabschnitt des Arbeitsfluidkreislaufs oder weist ein solches Bauteil auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einrichtung, insbesondere der Behälter oder der Leitungsabschnitt, eine Leitvorrichtung, insbesondere zumindest ein Leitbleche, auf. Diese Leitvorrichtung versetzt das vorzugsweise axial in den Behälter einströmende und flüssige Anteile aufweisende Arbeitsfluid in eine Rotationsbewegung, wodurch die flüssigen Anteile insbesondere in Form von Fluidtröpfchen an eine Umfangswand des Behälters oder des Leitungsabschnitt geschleudert werden und dort anhaften. Von dort können die flüssigen Anteile entweder aus der Einrichtung nach außen abgeführt oder unschädlich gemacht werden, indem sie beispielsweise verdampft werden. Eine Kombination von beiden Möglichkeiten ist auch möglich.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Einrichtung in Form des Behälters, des Beruhigungsbehälters und/oder des Leitungsabschnitts eine flüssige Anteile an eine Umfangswand bewegende Rotationseinrichtung. Diese Rotationseinrichtung kann in einer allgemeinen Ausgestaltung beliebig ausgestaltet sein, wobei die Rotationseinrichtung bevorzugt zumindest ein tangentialer Zuströmeingang ist, der mit dem Arbeitsfluidkreislauf verbunden ist. Durch den tangentialen Zuströmeingang gelangt das flüssige Anteile aufweisende Arbeitsfluid in die Einrichtung und wird innerhalb der Einrichtung in Rotation versetzt. Diese Rotation bewirkt durch die wirkende Zentrifugalkraft eine Abscheidung der (schweren) flüssigen Anteile aus dem Arbeitsfluid, die beispielsweise durch einen in weiterer Ausgestaltung vorgesehenen Flüssigkeitsauslass aus der Einrichtung herausgeführt und dem Arbeitsfluidkreislauf beispielsweise hinter der Expansionsmaschine wieder zugeführt werden. Eine andere Ausgestaltung sieht, vor die flüssigen Anteile in der Einrichtung kontinuierlich oder diskontinuierlich zu verdampfen. Das von den flüssigen Anteilen befreite Arbeitsfluid verlässt die Einrichtung in Form von Trockendampf Td beispielsweise über einen axialen Abströmabgang und wird der Expansionsmaschine zugeführt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Einrichtung ein Filter beziehungsweise weist einen Filter auf. Der Filter kann beispielsweise ein Membranfilter oder ein Sinterfilter sein, in dem die flüssigen Anteile des Arbeitsfluids abgeschieden werden (und entweder über einen Flüssigkeitsauslass dem Arbeitsfluidkreislauf beispielsweise hinter der Expansionsmaschine zugeführt oder über eine Heizeinrichtung in Trockendampf gewandelt werden). Der Filter kann dabei auch derart ausgelegt sein, dass er über ein ausreichend großes Flüssigkeitsspeichervermögen für Betriebsphasen mit Nassdampf verfügt, wobei die gesammelten flüssigen Anteile über Betriebsphasen mit überhitzten Dampf verdampft und damit der Filter wieder regeneriert wird. Der Filter kann aber auch ein chemischer Filter, beispielsweise aus der Stoffgruppe der Zeolithe sein.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Einrichtung ein Beruhigungsbehälter. Der Beruhigungsbehälter ist grundsätzlich so ausgebildet, dass die Strömungsgeschwindigkeit so verlangsamt wird, dass die flüssigen Anteile ausreichend Zeit zum Verdampfen haben. Falls die flüssigen Anteile nicht verdampfen, sondern beispielsweise konstruktionsbedingt niederschlagen, ist eine Rückführung über den erwähnten Flüssigkeitsauslass gegebenenfalls unter Einbezug einer Drossel in den Niederdruckteil des Abwärmerückgewinnungssystem möglich. Auch kann in dem Bereich des Beruhigungsbehälters oder allgemein der Einrichtung, in dem sich die flüssigen Anteile absetzen, mit einer Heizung ausgestattet sein, die die flüssigen Anteile zuverlässig verdampfen.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung einen Magneten auf, der ein starkes Magnetfeld erzeugt, das wiederum an den flüssigen Anteilen, also den Fluidtröpfchen, zu einer Ladungstrennung führt und dadurch die Ablenkung erlaubt. Die flüssigen Anteile können sich wiederum an den Wänden der Einrichtung niederschlagen und wie zuvor abgeführt oder umgewandelt werden.
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Kurzgefasst werden erfindungsgemäß folgende Vorteile erreicht:
- - Das Arbeitsfluid wird kostengünstig so aufbereitet, dass die mitgeführten flüssigen Anteile keine Gefahr für die Expansionsmaschine darstellen,
- - das Abwärmerückgewinnungssystem wird robuster,
- - das Abwärmerückgewinnungssystem kann über längere Zeitanteile betrieben werden, da die Expansionsmaschine wegen in dem Arbeitsfluid vorhandenen flüssigen Anteilen seltener über eine Bypassleitung umgangen werden muss,
- - der Einsatz eines kostengünstigen Thermosensors ist möglich,
- - die Systemregelung wird durch die erhöhte Sicherheit gegen Nassdampf einfacher,
- - die erhöhte Robustheit des Systems führt zu einer höheren Energieausbeute und einem höheren Gesamtwirkungsgrad.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsführungsbeispiel näher beschrieben ist.
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Es zeigen:
- 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäß ausgestalteten Abwärmerückgewinnungssystems mit einem Arbeitsfluidkreislauf und einer Einrichtung zur Vermeidung von durch flüssige Anteile des Arbeitsfluids verursachte Schäden an einer Expansionsmaschine,
- 2 eine Detailansicht einer Einrichtung zur Vermeidung von durch flüssige Anteile des Arbeitsfluids verursachte Schäden an einer Expansionsmaschine in einer ersten Ausführungsform,
- 3 eine Detailansicht einer Einrichtung zur Vermeidung von durch flüssige Anteile des Arbeitsfluids verursachte Schäden an einer Expansionsmaschine in einer weiteren Ausführungsform,
- 4 eine Detailansicht einer Einrichtung zur Vermeidung von durch flüssige Anteile des Arbeitsfluids verursachte Schäden an einer Expansionsmaschine in einer weiteren Ausführungsform,
- 5 eine Detailansicht einer Einrichtung zur Vermeidung von durch flüssige Anteile des Arbeitsfluids verursachte Schäden an einer Expansionsmaschine in einer weiteren Ausführungsform,
- 6 eine Detailansicht einer Einrichtung zur Vermeidung von durch flüssige Anteile des Arbeitsfluids verursachte Schäden an einer Expansionsmaschine in einer weiteren Ausführungsform,
- 7 eine Detailansicht einer Einrichtung zur Vermeidung von durch flüssige Anteile des Arbeitsfluids verursachte Schäden an einer Expansionsmaschine in einer weiteren Ausführungsform,
- 8 eine Detailansicht einer Einrichtung zur Vermeidung von durch flüssige Anteile des Arbeitsfluids verursachte Schäden an einer Expansionsmaschine in einer weiteren Ausführungsform,
- 9 eine Detailansicht einer Einrichtung zur Vermeidung von durch flüssige Anteile des Arbeitsfluids verursachte Schäden an einer Expansionsmaschine in einer weiteren Ausführungsform,
- 10 eine Detailansicht einer Einrichtung zur Vermeidung von durch flüssige Anteile des Arbeitsfluids verursachte Schäden an einer Expansionsmaschine in einer weiteren Ausführungsform und
- 11 eine Detailansicht einer Einrichtung zur Vermeidung von durch flüssige Anteile des Arbeitsfluids verursachte Schäden an einer Expansionsmaschine in einer weiteren Ausführungsform.
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Das in 1 schematisch dargestellte Abwärmerückgewinnungssystem weist einen Arbeitsfluidkreislauf 1 mit einem ersten Wärmetauscher 2a und einem zweiten Wärmetauscher 2b auf, wobei grundsätzlich auch nur ein einziger Wärmetauscher oder aber auch mehr als zwei Wärmetauscher Bestandteil des Abwärmerückgewinnungssystems sein können. Die Wärmetauscher 2a, 2b sind dabei als Verdampfer ausgebildet beziehungsweise fungieren als solche und sind an einer Brennkraftmaschine 5 zur Rückgewinnung von beim Betrieb der Brennkraftmaschine 5 erzeugten Abwärme adaptiert. Dabei ist der erste Wärmetauscher 2a von einem in einer Abgasleitung 3 der Brennkraftmaschine geführten und einem Abwärmestrom bildenden Abgasstrom 4 der Brennkraftmaschine 5 durchströmt. Zusätzlich zu dem ersten Wärmetauscher 2a ist der zweite Wärmetauscher 2b in einer Leitung in Form einer Abgasrückführleitung 6 oder einen sonstigen Wärmeträgerleitung eingebaut. Über die Abgasrückführleitung 6 wird dem Abgasstrom 4 eine Teilmenge Abgas entnommen und gesteuert über ein Abgasrückführleitungsventil 7 einem Ansaugsystem 8 der Brennkraftmaschine 5 zugeführt. Das Ansaugsystem 8 kann bevorzugt als Ladeluftleitungssystem ausgebildet sein. Die beiden Wärmetauscher 2a, 2b können gegebenenfalls über nicht dargestellte Wärmetauscherbypassleitungen bei bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 5 eines Fahrzeugs, in das die Brennkraftmaschine 5 bevorzugt eingebaut ist, umgehbar sein. Beim Einbau der Brennkraftmaschine 5 in eine Fahrzeug ist die Brennkraftmaschine 5 und das Abwärmerückgewinnungssystem mit dem Arbeitsfluidkreislauf 1 und dem erwähnten beziehungsweise nachfolgend noch beschriebenen Komponenten vorzugweise zumindest teilweise in einen Motorraum des Fahrzeugs eingebaut.
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Der Brennkraftmaschine 5 wird beim Betrieb Brennstoff und Brennluft zugeführt, die in Brennräumen der Brennkraftmaschine 5 unter Erzeugung von Arbeitsleistung zu heißem Abgas, das bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine 5 den Abgasstrom 4 bildet, verbrennen. Dabei wird der Abgasstrom 4 durch die Abgasleitung 3, von der auch die Abgasrückführleitung 6 abzweigt, letztendlich in die Umgebung abgeführt. In der Abgasleitung 3 können vor und/oder hinter dem ersten Wärmetauscher 2a Abgasschalldämpfer 9 sowie Einrichtungen 10 zur Nachbehandlung des Abgases in Form von beispielsweise einem Katalysator und/oder einem Filter in beliebiger Reihenfolge eingebaut sein. Die Brennkraftmaschine 5 ist beispielsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine, die mit Dieselkraftstoff betrieben wird. Dabei wird der Dieselkraftstoff beispielsweise mittels eines Common-Rail-Einspritzsystems in die Brennräume eingespritzt. Die Brennkraftmaschine kann aber auch eine fremdgezündete, mit Benzin betriebene, Brennkraftmaschine sein, die ebenfalls ein Common-Rail-Einspritzsystem aufweisen kann.
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Der erste Wärmetauscher 2a und der zweite Wärmetauscher 2b sind, wie zuvor ausgeführt, ihrerseits Teil des Arbeitsfluidkreislaufs 1, der neben den Wärmetauschern 2a, 2b eine Expansionsmaschine 11, einen Kondensator 12, gegebenenfalls eine Kondensatorpumpe 13, einen Ausgleichsbehälter 14 und eine oder zwei Fluidpumpen 15a, 15b aufweist. Die Fluidpumpe 15a ist über eine erste Zuleitung 16a mit dem ersten Wärmetauscher 2a und die zweite Fluidpumpe 15b ist über eine zweite Zuleitung 16b mit dem zweiten Wärmetauscher 2b strömungsmäßig verschaltet. Die Fluidpumpen 15a, 15b können eigenständige Pumpen sein oder aber beispielsweise in Form einer doppelhubigen Flügelzellenpumpe ausgestaltet sein. Beispielsweise ist eine doppelhubige Flügelzellenpumpe so einstellbar, dass bei einer konstanten oder einstellbaren Gesamtfördermenge des Arbeitsfluids eine Fördermengenaufteilung zu dem ersten Wärmetauscher 2a und dem zweiten Wärmetauscher 2b zunehmend und entsprechend abnehmend zwischen 0 % und 100 % eingestellt werden kann. Die Gesamtfördermenge kann beispielsweise durch eine Drehzahländerung der Fluidpumpen 15a, 15b eingestellt werden. Wie zuvor angedeutet wurde, kann aber auch nur eine einzige Fluidpumpe 15 vorhanden sein, wobei dann in die erste Zuleitung 16a und die zweite Zuleitung 16b Regelventile zur Einstellung der Fördermengenaufteilung eingebaut sind. Ist nur ein einziger Wärmetauscher vorhanden, erübrigt sich selbstverständlich die zuvor beschriebene Fördermengenaufteilung.
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Die Expansionsmaschine 11 ist bevorzugt eine zumindest ein Turbinenrad mit Turbinenschaufeln aufweisende Turbomaschine, der normalerweise ein Reduktionsgetriebe nachgeschaltet ist, um die hohen Turbinendrehzahlen zu reduzieren und diese an die Drehzahlen einer nachgeschalteten Arbeitsmaschine oder eines sonstigen Abnehmers anzupassen.
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Beim Betrieb des Abwärmerückgewinnungssystems wird von den Fluidpumpen 15a, 15b ein für einen Rankine-Prozess geeignetes Fluid, beispielsweise Ethanol, Cyclopentan oder ein Kältemittel auf einen hohen Druck gebracht und den Wärmetauschern 2a, 2b zugeführt. Das Fluid wird in den Wärmetauschern 2a, 2b erhitzt und unter einem hohen Druck in den dampfförmigen Zustand überführt. Der so erzeugte Dampf wird der Expansionsmaschine 11 zugeführt und treibt diese unter Expandierung des Arbeitsfluids an. Um den Arbeitsfluidkreislauf 1 an der Expansionsmaschine 11 vorbeiführen zu können, kann eine Bypassleitung 17 mit einem Bypassventil 18 vorgesehen sein, über die die Expansionsmaschine 11 umgehbar ist. Um zu verhindern, dass der Expansionsmaschine 11 und insbesondere dem Turbinenrad in dem Arbeitsfluid auch in dem dampfförmigen Zustand gegebenenfalls enthaltene flüssige Anteile überhaupt oder in einer kritischen Konstellation zugeführt werden, ist eine Einrichtung 27 in den Arbeitsfluidkreislauf 1vor dem Eingang in die Expansionsmaschine 11 eingebaut. Die Einrichtung 27 hält die flüssigen Anteile zurück und führt diese in geeigneter Weise ab, wandelt diese um oder macht diese in sonstiger Weise unschädlich. Dadurch sind das Turbinenrad oder sonstige Teile der Expansionsmaschine 11 vor flüssigen Anteilen beispielsweise in Form von Fluidtröpfchen 25 (2) geschützt. Die Einrichtung 27 kann - wie nachfolgend noch erläutert wird - auch zwei Eingänge aufweisen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Ausgangsleitungen der Wärmetauscher 2a, 2b bis zu der Einrichtung 27 geführt sind und die Bypassleitung 17 an geeigneter Stelle vorher von den Ausgangsleitungen abzweigt. Dies würde bedeuten, dass es gegebenenfalls zwei Bypässe geben müsste. Denkbar ist auch zumindest für einen Teil der Ausführungsformen (nicht für die Filtervarianten), die Einrichtung 27 vor dem Bypass zu platzieren. Auch ist denkbar, den Bypass , also die Bypassleitung 17, in die Einrichtung 27 zu integrieren.
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Das der Expansionsmaschine 11 zugeführte Arbeitsfluid entspannt sich in dieser unter Erbringung von mechanischer Wellenarbeit, die über eine Abtriebswelle 19 abgeführt wird. Die Abtriebswelle 19 kann beispielsweise mit einem Generator zur Erzeugung elektrischer Leistung gekoppelt sein. Danach wird der „kalte“ Dampf in dem Kondensator 12 kondensiert und letztendlich wieder den Fluidpumpen 15a, 15b zugeführt. In die Verbindungsleitung zwischen dem Kondensator 12 und der doppelhubigen Flügelzellenpumpe 16 kann der Ausgleichsbehälter 14 eingeschaltet sein. Neben den zuvor beschriebenen Komponenten können noch beliebige weitere Komponenten, insbesondere Sensoren zur Ermittlung von Temperaturen und Drücken in verschiedenen Abschnitten des Arbeitsfluidkreislaufs 1 vorhanden sein. Weiterhin ist ein Steuergerät 20 zur Steuerung des Abwärmerückgewinnungssystems vorhanden.
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2 zeigt eine Einrichtung 27 beispielsweise in Form eines Behälters 21, der an der in 1 dargestellten Stelle in den Arbeitsfluidkreislauf 1 direkt vor der Expansionsmaschine 11 eingebaut ist. Dazu kann das den Arbeitsfluidkreislauf 1 bildende Rohrleitungssystem Flanschanschlüsse aufweisen, die mit dem Behälter 21 verbindbar, beispielsweise verschraubbar sind. Auch ist es möglich, die Einrichtung 27 genau im Bereich der Anschlussstelle der Expansionsmaschine 11 an dem Rohrleitungssystem anzuordnen. Die Einrichtung 27 kann auch direkt in das Rohrleitungssystem als Leitungsabschnitt integriert sein, wobei dann der Behälter 21 entfällt. Der Behälter 21 weist einen axialen Zuströmeingang 22 auf, durch den das mit flüssigen Anteilen versetzte Arbeitsfluid in den Behälter 21 eintritt. In dem Behälter 21 sind Leitvorrichtungen in Form von Leitblechen 24 angeordnet, die das eintretende Arbeitsfluid in die dargestellte Rotation R versetzen. Durch diese Rotation R werden flüssige Anteile beispielsweise in Form von Fluidtröpfchen 25 aus dem Arbeitsfluid ausgeschieden, das als „reiner“ Trockendampf den Behälter 21 über einen Abströmabgang 23 in Richtung zu der Expansionsmaschine 11 verlässt. Die flüssigen Anteile in Form der Fluidtröpfchen 25 können dann - wie dies teilweise nachfolgend noch erläutert wird - beispielsweise entweder über einen Flüssigkeitsauslass dem Arbeitsfluidkreislauf 1 beispielsweise hinter der Expansionsmaschine 11 zugeführt oder über eine Heizeinrichtung in Trockendampf gewandelt werden oder aber in Betriebsphasen mit überhitzten Dampf verdampft werden.
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3 zeigt eine Einrichtung 27 in Form eines Behälters 21, der einen tangentialen Zuströmeingang 22a aufweist. Durch den tangentialen Zuströmeingang 22a gelangt das flüssige Anteile aufweisende Arbeitsfluid in dem Behälter 21 und wird dadurch in Rotation R versetzt. Auch dadurch werden Fluidtröpfchen 25 ausgeschieden und das Arbeitsfluid verlässt als Trockendampf den Behälter 21 durch den axialen Abströmabgang 23. Zusätzlich können auch in diesem Behälter 21 Leitbleche 24 vorhanden sein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 sind im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 zwei tangentiale Zuströmeingänge 22a, die beispielsweise mit den Ausgangsleitungen der Wärmetauscher 2a, 2b verbunden sind, an dem Behälter 21 angebracht, durch die das Arbeitsfluid in den Behälter 21 einströmt. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehr als zwei tangentiale Zuströmeingänge 22a an dem Behälter 21 vorzusehen.
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5 zeigt schematisch eine Einrichtung 27, die als Filter 26 in Form eines Sinterfilters ausgebildet ist, durch den das flüssige Anteile aufweisende Arbeitsfluid als Trockendampf Td den Sinterfilter 26 verlässt. Nur zur Verdeutlichung sind vor dem Filter 26 Nassdampf Nd und Trockendampf Td als getrennte Stränge dargestellt, die selbstverständlich als ein Strang in den Filter 26 eintreten. Die beiden Stränge können aber auch die Leitungen von den beiden Wärmetauschern 2a, 2b darstellen, die also Arbeitsfluid in Form von Nassdampf Nd und Trockendampf Td führen.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 6 zeigt einen Filter 26 in Form eines chemischen Filters, beispielsweise eines Zeolithes, der die flüssigen Anteile speichert. Regeneriert wird der Filter 26 dadurch, dass dem chemischen Filter Arbeitsfluid in Form von (ausschließlich) überhitztem Dampf zugeführt wird, der die flüssigen Anteile in Trockendampf Td wandelt.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 7 zeigt eine als Beruhigungsbehälter 28 ausgebildete Einrichtung 27, in dem eine Prallplatte 29 eingesetzt ist. Die Prallplatte 29 ist so angeordnet, dass das eintretende Arbeitsfluid auf die Palplatte 29 auftrifft und dadurch die flüssigen Anteile ausgeschieden werden, die sich auf dem Boden des Beruhigungsbehälters 28 als Fluidtröpfchen 25 absetzen. Außerhalb des Beruhigungsbehälters 28 kann unterhalb des Bodens eine Heizung 30 vorgesehen sein, die die Flüssigkeitströpfchen 25 wiederum verdampft.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 8 zeigt eine Einrichtung 27 in Form eines Beruhigungsbehälters 28a, der an einer geodätisch tiefen Stelle einen Flüssigkeitsauslass 31 aufweist. Der Flüssigkeitsauslass 31 ist mit einer Abführleitung 32 verbunden, in die eine Drossel 33 eingesetzt sein kann, oder die direkt drosselförmig ausgebildet ist. Die Abführleitung 32 ist mit dem Arbeitsfluidkreislauf 1 im Bereich hinter dem Kondensator 12 verbunden. Durch die Abführleitung 32 werden Fluidtröpfchen 25 in den Arbeitsfluidkreislauf 1 zurückgeführt. Die Abführleitung 32 kann aber auch hinter der Expansionsmaschine 11 und vor dem Kondensator 12 in den Arbeitsfluidkreislauf 1 einmünden. Dies kann beispielsweise bei bestimmten räumlichen Gegebenheiten sinnvoll sein.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 9 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung zu 8, wobei hier in den Beruhigungsbehälter 28a eine Membran 34 eingebaut ist, die für die flüssigen Anteile undurchlässig ist, und die mit dem Abströmabgang 23a verbunden ist. Die Fluidtröpfchen 25 setzen sich wieder an der Bodenwand ab und werden wie zuvor ausgeführt in den Arbeitsfluidkreislauf 1 zurückgeführt.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 10 zeigt Düsen 35, durch die das Fluidtröpfchen 25 enthaltende Arbeitsfluid in Form von Nassdampf Nd in eine Einrichtung 27 beispielsweise in Form eines Behälters 21 eingespritzt wird. Durch die Düsen 25 werden die flüssigen Anteile in Form der Fluidtröpfchen 25a zerkleinert, dass diese zusammen mit dem Trockendampf Td ohne Schaden anzurichten durch die Expansionsmaschine 11 geleitet werden.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 11 zeigt eine Einrichtung 27 in Form eines Leitungsabschnitts 36, an dem ein Magnet 37 beispielsweise in Form eines Elektromagnets 37a und/oder eines Permanentmagnets 37b außen angebracht ist, und der die elektrisch geladenen Fluidtröpfchen 25 aus dem durchströmenden Arbeitsfluid ausscheidet. Vorzugsweise bewirkt das starke Elektromagnetfeld zunächst eine Ladungstrennung und anschließend werden die Fluidtröpfchen 25 von dem Permanentmagneten 37b an die Wand gezogen.
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Abschließend wird darauf hingewiesen, dass beliebige zuvor beschriebene Teilmerkmale der Erfindung untereinander und miteinander - soweit technisch sinnvoll - kombiniert sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013211875 A1 [0002]
