EP2530257A2 - Abwärmenutzungsanlage - Google Patents

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EP2530257A2
EP2530257A2 EP12169034A EP12169034A EP2530257A2 EP 2530257 A2 EP2530257 A2 EP 2530257A2 EP 12169034 A EP12169034 A EP 12169034A EP 12169034 A EP12169034 A EP 12169034A EP 2530257 A2 EP2530257 A2 EP 2530257A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
waste heat
recovery system
heat recovery
cylindrical container
heating medium
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12169034A
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English (en)
French (fr)
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EP2530257A3 (de
Inventor
Stefan Müller
Harald Köhler
Konrad Herrmann
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP2530257A3 publication Critical patent/EP2530257A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/26—Steam-separating arrangements
    • F22B37/30—Steam-separating arrangements using impingement against baffle separators

Definitions

  • the invention relates to a waste heat recovery system according to the preamble of claim 1.
  • ORC Organic Rankine Cycle
  • ORC plants for example, in the utilization of biomass in connection with combined heat and power, especially at relatively low power, so if the conventional biomass combustion technology seems relatively expensive.
  • Biomass plants often have a fermenter for biogas production, which usually has to be heated.
  • Combined heat and power plants as plants for combined heat and power are well known. These are decentralized, usually powered by internal combustion engines power generation systems with simultaneous waste heat recovery. The discharged during the combustion of the cooling media heat is used as completely as possible for the heating of suitable objects.
  • the engine manufacturers prescribe a cooling water inlet temperature of only approx. 40 to 50 ° C for the mixture cooling so that the mixture can be sufficiently cooled. Since this temperature level is relatively low, the heat extracted from the fuel gas mixture in the previously known combined heat and power plants is released to the environment, for example with a table cooler.
  • a second heating circuit draws heat from engine cooling water and exhaust gas of the internal combustion engine and is connected to the second heat exchanger after the feed pump, the heat from the cooling circuit and the exhaust gas for overheating and evaporation of the process medium in ORC and coupled as high temperature heat in the second heat exchanger after the feed pump becomes.
  • At least one evaporator is coupled to a downstream droplet separator on the steam side in order to exclude liquid components which are detrimental to the operation of an expansion machine in the working medium.
  • Known mist eliminators consist essentially of a horizontally arranged cylindrical container, which encloses a separating chamber, which has in its lower region at least one steam inlet connection piece connected to the evaporator and in its upper region at least one steam outlet nozzle,
  • the invention is therefore based on the object to improve the operation of a waste heat recovery system, consisting essentially of a waste heat source downstream ORC, by an optimized mist eliminator.
  • the waste heat recovery system is characterized in that the mist eliminator can be heated from outside via the wall of the cylindrical container.
  • the droplet separator around the wall of the cylindrical container around a double jacket, so that thus a ring-cylindrical space for a heating medium for heating the cylindrical container is formed from the outside.
  • This annular cylindrical space for a heating medium is flowed through directly in a first embodiment of this between an inlet and an outlet nozzle.
  • the two serving as a supply and return connection nozzle are preferably arranged on opposite sides.
  • the annular cylindrical space for a heating medium on a consisting of at least one spiral tube, flowing through the heating medium heat exchanger.
  • the tube winding preferably surrounds the cylindrical inner container at a distance and extends over a large part of the annular cylindrical space. An extension over the total length is advantageous for uniform heat input.
  • the ring-cylindrical space for a heating medium has a tube bundle heat exchanger through which the heating medium flows, with a plurality of individual tubes which are flowed through in the longitudinal direction and are circularly distributed.
  • the individual tubes open on both end sides of the annular cylindrical space in each case into a collection chamber for inlet and outlet.
  • the second and third embodiment thus allow two different heating media or heating circuits, namely on the one hand within the annular space and on the other hand within the pipe arrangements penetrating this. If the annular space itself is not flowed through, the liquid medium in the interior essentially serves to increase the thermal inertia and overall to equalize the temperature during the heat transfer between the heat-introducing tube arrangement and the inner cylindrical container.
  • a baffle plate is arranged in the separation chamber of the droplet separator within the cylindrical container, which is fixed parallel to the longitudinal axis, at or below the plane of the longitudinal axis and preferably at a small distance from the wall of the cylindrical container. This wall distance allows the flow around with steam on the one hand, but also the drainage of already deposited droplets on the wall.
  • the baffle plate is fixed to a plurality of horizontal transverse webs, which are fastened to the wall of the cylindrical container. With the baffle plate not only a direct flow between the steam inlet nozzle and steam outlet nozzle is prevented, but it is also the effective Abscheide Design extended.
  • the at least one steam outlet nozzle in the upper region projects into the separation chamber and has at its Projection into the separation chamber a conical expansion at the free end.
  • a flange is provided with an integrated sight glass in order to make a simple function check or inspection of the droplet can. This check is necessary to ensure that there is complete absence of drips in the steam cycle. Only then can the steam be directed into the expansion machine.
  • Waste heat sources can be, for example, combined heat and power plants, industrial plants or boiler plants.
  • the steam can be conducted into the expansion machine, the higher its degree of utilization and thus also economic efficiency. Especially in the start-up phase it takes some time until the evaporator has reached the normal operating state and almost completely drip-free steam is present in the supply line to the associated expansion machine.
  • the essential components for the ORC are an ORC circuit 1, a feed pump 2, an evaporator 3, a steam expansion expansion machine 4, which is coupled to a generator 5, a condenser 6 for re-cooling via a heat sink 7 and the heat exchangers 8, 9 for preheating the working medium in the ORC circuit 1.
  • the two heat exchangers 8, 9 are connected downstream of the feed pump 2 in series.
  • the first heat exchanger 8 after the feed pump 2 serves as a first stage for coupling low-temperature heat and the subsequent heat exchanger 9 as a second stage for coupling high-temperature heat from a waste heat source 10th
  • a second heating circuit 11 is connected with its flow area with the evaporator 3 of the ORC, because the temperature level is initially sufficiently high for its direct heating. Thereafter, the second heating circuit 11 opens the return side in the second heat exchanger 9 and there are still residual heat from the ORC.
  • the evaporator 3 is coupled to a downstream droplet separator 12, which essentially consists of a horizontally arranged cylindrical container 13, which encloses a separation chamber 14, which has in its lower region three steam inlet connection 15 as connection to the evaporator 3 and in its upper region a steam outlet connection 16 having.
  • a downstream droplet separator 12 essentially consists of a horizontally arranged cylindrical container 13, which encloses a separation chamber 14, which has in its lower region three steam inlet connection 15 as connection to the evaporator 3 and in its upper region a steam outlet connection 16 having.
  • the droplet separator 12 is heated via the wall of the cylindrical container 13 from the outside.
  • the droplet separator 12 has a double jacket, so that a ring-cylindrical space 17 for a heating medium for heating the cylindrical container 13 is formed.
  • the annular cylindrical space 17 is flowed through by the heating medium directly between an inlet and an outlet connection 18, 19.
  • baffle plate 20 which extends parallel to the longitudinal axis, on or below the plane of the longitudinal axis and over all the steam inlet nozzle 15 away. It is fixed at a distance from the wall of the cylindrical container 13 at a plurality of horizontal transverse webs 21 at this.
  • the protruding into the separation chamber 14 in the steam outlet nozzle 16 has at its projection in the separation chamber a conical expansion 22 at the free end.
  • a flange with a sight glass 23 is attached.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsanlage für eine Abwärmequelle (10), bestehend aus einem dieser nachgeschalteten ORC (Organic-Rankine-Cycle), wobei die Abwärmequelle (10) mit der Beheizungsvorrichtung (8, 9) des ORC in Verbindung steht, sowie mit einer mit einem Generator (5) gekoppelten Expansionsmaschine (4) zur Dampfexpansion im ORC, wobei mindestens ein Verdampfer (3) mit einem nachgeschalteten Tropfenabscheider (12) gekoppelt ist, welcher im Wesentlichen aus einem liegend angeordneten zylindrischen Behälter (13) besteht, welcher einen Abscheideraum (14) einschließt, der in seinem unteren Bereich mindestens einen Dampfeintrittsstutzen (15) als Verbindung zum Verdampfer (3) und in seinem oberen Bereich mindestens einen Dampfaustrittsstutzen (16) aufweist. Es ist Aufgabe der Erfindung, den Betrieb einer Abwärmenutzungsanlage, im Wesentlichen bestehend aus einem einer Abwärmequelle nachgeschalteten ORC, durch einen optimierten Tropfenabscheider zu verbessern. Erfindungsgemäß ist daher der Tropfenabscheider (12) über die Wand des zylindrischen Behälters (13) von außen beheizbar, um eine Dampftrocknung zu erreichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Bei einem ORC (Organic-Rankine-Cycle) handelt es sich um einen thermodynamischen Kreisprozess nach Rankine. Dies bedeutet, dass ein Arbeitsmedium verschiedene thermodynamische Zustände durchläuft, um am Ende wieder in den flüssigen Ausgangszustand überführt zu werden. Dabei wird das Arbeitsmedium mit einer Pumpe auf ein höheres Druckniveau gebracht. Danach wird das Arbeitsmedium auf die Verdampfungstemperatur vorgewärmt und anschließend verdampft.
  • Es handelt sich somit um einen Dampfprozess, bei dem an Stelle von Wasser ein organisches Medium verdampft wird. Der entstandene Dampf treibt eine Expansionsmaschine an, beispielsweise eine Turbine, einen Kolben- oder Schraubenmotor, welcher wiederum mit einem elektrischen Generator gekoppelt ist, um Strom zu erzeugen. Nach der Arbeitsmaschine gelangt das Prozessmedium in einen Verflüssiger und wird dort unter Wärmeabgabe zurückgekühlt. Da Wasser unter atmosphärischen Bedingungen bei 100 °C verdampft, kann Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau, wie zum Beispiel Industrieabwärme oder Erdwärme, oftmals nicht zur Stromerzeugung genutzt werden. Verwendet man allerdings organische Medien mit niedrigeren Siedetemperaturen, so lässt sich Niedertemperaturdampf erzeugen.
  • Vorteilhaft in der Anwendung sind ORC-Anlagen beispielsweise auch bei der Verwertung von Biomasse im Zusammenhang mit Kraft-Wärme-Kopplung, insbesondere bei relativ kleinen Leistungen, also wenn die herkömmliche Biomasse-Feuerungstechnik relativ teuer erscheint. Biomasseanlagen besitzen häufig einen Fermenter zur Biogaserzeugung, welcher in der Regel beheizt werden muss.
  • Gattungsgemäße Abwärmenutzungsanlagen sind aus dem Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung bekannt und bestehen aus einem mit einem nachgeschalteten ORC kombinierten BHKW, also einem Blockheizkraftwerk. Aus der DE 195 41 521 A1 geht eine Anlage zur Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades bei der Verstromung von Sondergasen mittels Verbrennungsmotoren hervor, bei der die Abwärme des Motors in einer nachgeschalteten Energieumwandlungsanlage zur weiteren Stromerzeugung genutzt wird. Allerdings ist dabei nur die Hochtemperaturwärme aus dem Kühlwasserkreislauf sowie aus dem Abgaswärmetauscher des Motors zur Verwertung vorgesehen.
  • Weiterhin ist aus der US 4 901 531 ein in einen Rankine-Prozess integriertes Diesel-Aggregat bekannt, wobei ein Zylinder der Expansion gemäß Rankine dient und die anderen als Dieselmotor arbeiten. Aus der US 4 334 409 geht eine nach dem Rankine-Prozess arbeitende Anordnung hervor, bei der das Arbeitsfluid mit einem Wärmetauscher vorgeheizt wird, über den die Luft aus dem Auslass eines Kompressors einer Maschine mit innerer Verbrennung geführt ist.
  • Blockheizkraftwerke (BHKW) als Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung sind allgemein bekannt. Es handelt sich dabei um dezentrale, meistens mit Verbrennungskraftmaschinen angetriebene Stromerzeugungsanlagen mit gleichzeitiger Abwärmenutzung. Die bei der Verbrennung über die Kühlmedien ausgetragene Wärme wird dabei möglichst vollständig zur Beheizung geeigneter Objekte genutzt.
  • Insbesondere bei Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen mit nachgeschaltetem ORC als Abwärmekraftwerk haben sich Maschinen durchgesetzt, die auf Motoren mit einem Abgasturbolader zur Aufladung basieren. Man kommt damit der Forderung nach Maschinen mit sehr hohen elektrischen Wirkungsgraden nach, die sich nur mit Turboaufladung und Rückkühlung des durch die Verdichtung erhitzten Brenngasgemisches erreichen lassen. Generell ist eine Kühlung des Brenngasgemisches erforderlich, weil ansonsten die Füllung der Zylinder relativ schlecht wäre. Mit der Kühlung wird die Dichte des angesaugten Gemisches größer und es verbessert sich der Füllungsgrad. Damit steigen die Leistungsausbeute und der mechanische Wirkungsgrad des Motors.
  • Die Motorenhersteller schreiben für die Gemischkühlung eine Kühlwassereintrittstemperatur von nur etwa 40 bis 50 °C vor, damit das Gemisch genügend abgekühlt werden kann. Da dieses Temperaturniveau relativ niedrig ist, wird die dem Brenngasgemisch entzogene Wärme bei den bisher bekannten Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen an die Umgebung abgegeben, beispielsweise mit einem Tischkühler.
  • Bekannt ist weiterhin aus der DE 10 2005 048 795 B3 die Vorwärmung des Arbeitsmediums im ORC in zwei Schritten in einer Beheizungsvorrichtung, nämlich dass das Prozessmedium im ORC über zwei in Reihe einer Speisepumpe nachgeschaltete Wärmetauscher erwärmt wird. Dabei ist der erste Wärmetauscher nach der Speisepumpe als erste Stufe zur Einkopplung von Niedertemperaturwärme und der nachfolgende Wärmetauscher als zweite Stufe zur Einkopplung von Hochtemperaturwärme vorgesehen. Die Gemischkühlung der Verbrennungskraftmaschine ist über einen Kreislauf mit dem ersten Wärmetauscher nach der Speisepumpe verbunden, wobei die Wärme aus der Kühlung des von der Verbrennungskraftmaschine angesaugten Brenngasgemisches zur Vorwärmung des Prozessmediums im ORC dient und als Niedertemperaturwärme im ersten Wärmetauscher eingekoppelt wird. Ein zweiter Heizkreislauf bezieht Wärme aus Motorkühlwasser und Abgas der Verbrennungskraftmaschine und ist mit dem zweiten Wärmetauscher nach der Speisepumpe verbunden, wobei die Wärme aus dem Kühlkreislauf und dem Abgas zur Überhitzung und Verdampfung des Prozessmediums im ORC dient und als Hochtemperaturwärme im zweiten Wärmetauscher nach der Speisepumpe eingekoppelt wird.
  • Dabei ist auf der Dampfseite mindestens ein Verdampfer mit einem nachgeschalteten Tropfenabscheider gekoppelt, um flüssige, für den Betrieb einer Expansionsmaschine schädliche Anteile im Arbeitsmedium auszuschließen. Bekannte Tropfenabscheider bestehen im Wesentlichen aus einem liegend angeordneten zylindrischen Behälter, welcher einen Abscheideraum einschließt, der in seinem unteren Bereich mindestens einen mit dem Verdampfer in Verbindung stehenden Dampfeintrittsstutzen und in seinem oberen Bereich mindestens einen Dampfaustrittsstutzen aufweist,
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, den Betrieb einer Abwärmenutzungsanlage, im Wesentlichen bestehend aus einem einer Abwärmequelle nachgeschalteten ORC, durch einen optimierten Tropfenabscheider zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Abwärmenutzungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass der Tropfenabscheider über die Wand des zylindrischen Behälters von außen beheizbar ist. Dazu weist der Tropfenabscheider um die Wand des zylindrischen Behälters herum einen Doppelmantel auf, so dass damit ein ringzylindrischer Raum für ein Heizmedium zur Beheizung des zylindrischen Behälters von außen her ausgebildet wird.
  • Dieser ringzylindrische Raum für ein Heizmedium wird in einer ersten Ausführungsform direkt von diesem zwischen einem Ein- und einem Austrittsstutzen durchströmt. Dabei sind die beiden als Vorlauf- und Rücklaufanschluss dienenden Stutzen vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten angeordnet.
  • In einer zweiten Ausführungsform weist der ringzylindrische Raum für ein Heizmedium einen aus mindestens einem spiralförmigen Rohr bestehenden, vom Heizmedium durchströmten Wärmetauscher auf. Dabei umgreift die Rohrwicklung vorzugsweise den zylindrischen Innenbehälter mit einem Abstand und erstreckt sich über einen Großteil des ringzylindrischen Raumes. Ein Erstreckung über die Gesamtlänge ist für gleichmäßigen Wärmeeintrag vorteilhaft.
  • In einer dritten Ausführungsform der Erfindung besitzt der ringzylindrische Raum für ein Heizmedium einen vom Heizmedium durchströmten Rohrbündel-Wärmetauscher mit mehreren in Längsrichtung durchströmten, kreissymmetrisch verteilten Einzelrohren. Dabei münden die Einzelrohre auf beiden Stirnseiten des ringzylindrischen Raumes jeweils in eine Sammelkammer für Ein- und Austritt. Die zweite und dritte Ausführungsvariante lassen somit zwei unterschiedliche Heizmedien bzw. Heizkreisläufe zu, nämlich einerseits innerhalb des Ringraumes und andererseits innerhalb der diese durchdringenden Rohranordnungen. Wird der Ringraum selbst nicht durchströmt, dient das flüssige Medium im Inneren im Wesentlichen zur Erhöhung der thermischen Trägheit und insgesamt zur Temperaturvergleichmäßigung beim Wärmeübergang zwischen der Wärme eintragenden Rohranordnung und dem inneren zylindrischen Behälter.
  • Vorteilhafterweise ist im Abscheideraum des Tropfenabscheiders innerhalb des zylindrischen Behälters ein Prallblech angeordnet, welches parallel zur Längsachse, auf oder unterhalb der Ebene der Längsachse und mit vorzugsweise geringem Abstand zur Wand des zylindrischen Behälters fixiert ist. Dieser Wandabstand lässt das Umströmen mit Dampf einerseits, aber auch das Ablaufen bereits abgeschiedener Tröpfchen an der Wand zu. Dabei ist das Prallblech an mehreren horizontalen Querstegen fixiert, welche an der Wand des zylindrischen Behälters befestigt sind. Mit dem Prallblech wird nicht nur eine Direktströmung zwischen Dampfeintrittsstutzen und Dampfaustrittsstutzen verhindert, sondern es wird auch die wirksame Abscheidefläche erweitert.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ragt der mindestens eine Dampfaustrittsstutzen im oberen Bereich in den Abscheideraum hinein und besitzt an seinem Überstand in den Abscheideraum eine kegelförmige Aufweitung am freien Ende. Mit dieser speziellen Gestaltung wird verhindert, dass abgeschiedene Flüssigkeitströpfchen an der Innenwand entlang nach oben kriechen und in den Dampfaustrittsstutzen gelangen.
  • Jeweils an den Stirnseiten des zylindrischen Behälters ist vorzugsweise ein Flansch mit einem integrierten Schauglas vorgesehen, um eine einfache Funktionskontrolle bzw. Inspektion des Tropfenabscheiders vornehmen zu können. Diese Kontrolle ist notwendig um sicherzustellen, dass eine vollständige Tropfenfreiheit im Dampfkreislauf vorliegt. Erst dann kann der Dampf in die Expansionsmaschine geleitet werden.
  • Mit der Erfindung wird der Betrieb einer Abwärmenutzungsanlage, im Wesentlichen bestehend aus einem einer Abwärmequelle nachgeschalteten ORC, durch einen optimierten Tropfenabscheider verbessert. Abwärmequellen können beispielsweise Blockheizkraftwerke, Industrieanlagen oder Kesselanlagen sein.
  • Je früher beispielsweise nach dem Anfahren einer Abwärmenutzungsanlage der Dampf in die Expansionsmaschine geleitet werden kann, desto höher ist deren Nutzungsgrad und somit auch Wirtschaftlichkeit. Insbesondere in der Anfahrphase benötigt es einige Zeit, bis der Verdampfer den normalen Betriebszustand erreicht hat und fast vollständig tropfenloser Dampf in der Zuleitung zur zugeordneten Expansionsmaschine ansteht.
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Dampftrocknung im Tropfenabscheider durch den zusätzlichen Wärmeeintrag in diesem und dadurch eine effektive Tropfenabscheidung erreicht. Dadurch steht beim Betreiben einer Abwärmenutzungsanlage der tropfenfreie Dampf schneller zur Einleitung in die Expansionsmaschine zur Verfügung.
  • Vom konstruktiven Aufbau her betrachtet entsteht eine sehr kompakte Gesamteinheit aus Verdampfer und Abscheider, weil der Tropfenabscheider direkt im oberen Bereich an den Verdampfer angeflanscht werden kann.
  • Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt:
    • Fig. 1:
    Den schematischen Aufbau einer Abwärmenutzungsanlage und
    Fig. 2:
    einen Tropfenabscheider im Längsschnitt.
  • Die für den ORC betriebswichtigen Komponenten sind ein ORC-Kreislauf 1, eine Speisepumpe 2, ein Verdampfer 3, eine Expansionsmaschine 4 zur Dampfexpansion, welche mit einem Generator 5 gekoppelt ist, ein Verflüssiger 6 für die Rückkühlung über eine Wärmesenke 7 sowie die Wärmetauscher 8, 9 zur Vorwärmung des Arbeitsmediums im ORC-Kreislauf 1.
  • Die beiden Wärmetauscher 8, 9 sind in Reihe der Speisepumpe 2 nachgeschaltet. Dabei dient der erste Wärmetauscher 8 nach der Speisepumpe 2 als erste Stufe zur Einkopplung von Niedertemperaturwärme und der nachfolgende Wärmetauscher 9 als zweite Stufe zur Einkopplung von Hochtemperaturwärme aus einer Abwärmequelle 10.
  • Ein zweiter Heizkreislauf 11 ist mit seinem Vorlaufbereich mit dem Verdampfer 3 des ORC verbunden, weil das Temperaturniveau zunächst ausreichend hoch für dessen direkte Beheizung ist. Danach mündet der zweite Heizkreislauf 11 rücklaufseitig in den zweiten Wärmetauscher 9 und gibt dort noch vorhandene Restwärme an den ORC ab.
  • Der Verdampfer 3 ist mit einem nachgeschalteten Tropfenabscheider 12 gekoppelt, welcher im Wesentlichen aus einem liegend angeordneten zylindrischen Behälter 13 besteht, welcher einen Abscheideraum 14 einschließt, der in seinem unteren Bereich drei Dampfeintrittsstutzen 15 als Verbindung zum Verdampfer 3 und in seinem oberen Bereich einen Dampfaustrittsstutzen 16 aufweist.
  • Der Tropfenabscheider 12 wird über die Wand des zylindrischen Behälters 13 von außen beheizt. Dazu besitzt der Tropfenabscheider 12 einen Doppelmantel, so dass ein ringzylindrischer Raum 17 für ein Heizmedium zur Beheizung des zylindrischen Behälters 13 entsteht. Gemäß Fig. 2 wird der ringzylindrische Raum 17 vom Heizmedium direkt zwischen einem Ein- und einem Austrittsstutzen 18, 19 durchströmt.
  • Im Abscheideraum 14 befindet sich ein Prallblech 20, welches sich parallel zur Längsachse, auf oder unterhalb der Ebene der Längsachse und über alle Dampfeintrittsstutzen 15 hinweg erstreckt. Es ist mit Abstand zur Wand des zylindrischen Behälters 13 an mehreren horizontalen Querstegen 21 an dieser fixiert.
  • Der in den Abscheideraum 14 hinein ragende Dampfaustrittsstutzen 16 besitzt an seinem Überstand in den Abscheideraum eine kegelförmige Aufweitung 22 am freien Ende. Weiterhin ist an jeder Stirnseite des zylindrischen Behälters 13 ein Flansch mit einem Schauglas 23 angebracht.

Claims (10)

  1. Abwärmenutzungsanlage für eine Abwärmequelle (10), bestehend aus einem dieser nachgeschalteten ORC (Organic-Rankine-Cycle), wobei die Abwärmequelle (10) mit der Beheizungsvorrichtung (8, 9) des ORC in Verbindung steht, sowie mit einer mit einem Generator (5) gekoppelten Expansionsmaschine (4) zur Dampfexpansion im ORC, wobei mindestens ein Verdampfer (3) mit einem nachgeschalteten Tropfenabscheider (12) gekoppelt ist, welcher im Wesentlichen aus einem liegend angeordneten zylindrischen Behälter (13) besteht, welcher einen Abscheideraum (14) einschließt, der in seinem unteren Bereich mindestens einen Dampfeintrittsstutzen (15) als Verbindung zum Verdampfer (3) und in seinem oberen Bereich mindestens einen Dampfaustrittsstutzen (16) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Tropfenabscheider (12) über die Wand des zylindrischen Behälters (13) von außen beheizbar ist.
  2. Abwärmenutzungsanlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Tropfenabscheider (12) um die Wand des zylindrischen Behälters (13) herum einen Doppelmantel aufweist und dass damit ein ringzylindrischer Raum (17) für ein Heizmedium zur Beheizung des zylindrischen Behälters (13) von außen her ausgebildet wird.
  3. Abwärmenutzungsanlage nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der ringzylindrische Raum (17) für ein Heizmedium direkt von diesem zwischen einem Ein- und einem Austrittsstutzen (18, 19) durchströmt wird.
  4. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der ringzylindrische Raum (17) für ein Heizmedium einen aus mindestens einem spiralförmigen Rohr bestehenden, vom Heizmedium durchströmten Wärmetauscher aufweist.
  5. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der ringzylindrische Raum (17) für ein Heizmedium einen vom Heizmedium durchströmten Rohrbündel-Wärmetauscher mit mehreren in Längsrichtung durchströmten, kreissymmetrisch verteilten Einzelrohren aufweist, wobei die Einzelrohre auf beiden Stirnseiten des ringzylindrischen Raumes (17) jeweils in eine Sammelkammer für Ein- und Austritt münden.
  6. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Tropfenabscheider (12) im Abscheideraum (14) innerhalb des zylindrischen Behälters (13) ein Prallblech (20) aufweist, welches parallel zur Längsachse, auf oder unterhalb der Ebene der Längsachse und mit Abstand zur Wand des zylindrischen Behälters (13) fixiert ist.
  7. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Prallblech (20) an mehreren horizontalen Querstegen (21) fixiert ist, welche an der Wand des zylindrischen Behälters (13) befestigt sind.
  8. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Dampfaustrittsstutzen (16) im oberen Bereich in den Abscheideraum (14) hinein ragt.
  9. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Dampfaustrittsstutzen (16) im oberen Bereich an seinem Überstand in den Abscheideraum (14) eine kegelförmige Aufweitung (22) am freien Ende besitzt.
  10. Abwärmenutzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass jeweils an den Stirnseiten des zylindrischen Behälters (13) ein Flansch mit einem Schauglas (23) vorgesehen ist.
EP12169034.1A 2011-05-30 2012-05-23 Abwärmenutzungsanlage Withdrawn EP2530257A3 (de)

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DE (1) DE102011102803B4 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3366974A1 (de) * 2017-02-27 2018-08-29 Strahman Valves, Inc. Direktes diffuses dampfseparator-dampfableitersystem

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4334409A (en) 1979-02-22 1982-06-15 Societe D'etudes De Machines Thermiques S.E.M.T. Device for recovering heat energy in a supercharged internal-combustion engine
US4901531A (en) 1988-01-29 1990-02-20 Cummins Engine Company, Inc. Rankine-diesel integrated system
DE19541521A1 (de) 1995-11-08 1997-07-31 Schmeink & Cofreth En Manageme Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades bei der Verstromung von Sondergasen
DE102005048795B3 (de) 2005-10-12 2006-12-28 Köhler & Ziegler Anlagentechnik GmbH Kraft-Wärme-Kopplungsanlage

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL6812147A (de) * 1967-09-06 1969-03-10
EP0128252B1 (de) * 1983-06-13 1987-06-10 The Babcock & Wilcox Company Kernkraftanlage und Apparat zum Überhitzen von Dampf
FR2579299B1 (fr) * 1985-03-22 1987-05-07 Stein Industrie Disp
US4617808A (en) * 1985-12-13 1986-10-21 Edwards Thomas C Oil separation system using superheat
JP4493531B2 (ja) * 2005-03-25 2010-06-30 株式会社デンソー 膨張機付き流体ポンプおよびそれを用いたランキンサイクル
GB0511864D0 (en) * 2005-06-10 2005-07-20 Univ City Expander lubrication in vapour power systems
US8181463B2 (en) * 2005-10-31 2012-05-22 Ormat Technologies Inc. Direct heating organic Rankine cycle
DE202007002602U1 (de) * 2007-02-22 2007-06-14 Eckert, Frank ORC-System für Verbrennungsmotoren

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4334409A (en) 1979-02-22 1982-06-15 Societe D'etudes De Machines Thermiques S.E.M.T. Device for recovering heat energy in a supercharged internal-combustion engine
US4901531A (en) 1988-01-29 1990-02-20 Cummins Engine Company, Inc. Rankine-diesel integrated system
DE19541521A1 (de) 1995-11-08 1997-07-31 Schmeink & Cofreth En Manageme Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades bei der Verstromung von Sondergasen
DE102005048795B3 (de) 2005-10-12 2006-12-28 Köhler & Ziegler Anlagentechnik GmbH Kraft-Wärme-Kopplungsanlage

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3366974A1 (de) * 2017-02-27 2018-08-29 Strahman Valves, Inc. Direktes diffuses dampfseparator-dampfableitersystem
US10550999B2 (en) 2017-02-27 2020-02-04 Strahman Valves, Inc. Direct diffuse vapor separator—steam trap system

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