EP3704356A1 - Method and device for converting thermal energy into mechanical or electrical energy - Google Patents

Method and device for converting thermal energy into mechanical or electrical energy

Info

Publication number
EP3704356A1
EP3704356A1 EP19730251.6A EP19730251A EP3704356A1 EP 3704356 A1 EP3704356 A1 EP 3704356A1 EP 19730251 A EP19730251 A EP 19730251A EP 3704356 A1 EP3704356 A1 EP 3704356A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
line
heat
steam
medium
mixer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19730251.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jürgen KRAIL
Georg Beckmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fachhochschule Burgenland GmbH
Original Assignee
Fachhochschule Burgenland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fachhochschule Burgenland GmbH filed Critical Fachhochschule Burgenland GmbH
Publication of EP3704356A1 publication Critical patent/EP3704356A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/34Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K19/00Regenerating or otherwise treating steam exhausted from steam engine plant
    • F01K19/10Cooling exhaust steam other than by condenser; Rendering exhaust steam invisible
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants 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
    • F01K25/10Plants 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 the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103Carbon dioxide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/34Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating
    • F01K7/36Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating the engines being of positive-displacement type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/34Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating
    • F01K7/38Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating the engines being of turbine type

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for increasing the energy efficiency in Clausius-Rankine cycles.
  • heat is efficiently converted into mechanical or electrical energy using circulating media.
  • Circulation media (used in the so-called Organic Rankine Cycle "ORC" processes) .
  • Circulation media usually have a higher vapor pressure and a lower enthalpy of vaporization than water / steam and could better use the available heat source; In many cases, these circulation media are guided in hermetically closed circuits. Most of these
  • Circulation media belong to the “dry” or "drying"
  • Fig. 1 shows a corresponding circuit diagram, based on an ORC process, according to the prior art, which, for example, for use in geothermal
  • thermo water geothermal water
  • Production bore (1) passes through a filter (2) and a thermal water line (3) in the steam generator (4), where this gives off its heat and is cooled; the cooled
  • the connecting channel (17) connects on the side of the thermal water, the evaporator (16) and the preheater (14).
  • the steam produced in the steam generator (4), saturated or at most slightly overheated, is a
  • Overheating (with respect to the temperature and the heat content) in itself, is derived via the exhaust steam line (20), cooled in the recuperator (12) to just below its saturation temperature and passes through the cold exhaust steam line (21) in the
  • recuperator (12) aside, it would be possible to extract an additional amount of heat from the thermal water, which increases the power to be dissipated at the exhaust-steam condenser (8), so that no increase in efficiency can be achieved.
  • the example shows the application in geothermal power plants, but can, in an analogous manner instead of the thermal water, other (liquid, vapor and gaseous) heat transfer medium, for.
  • thermal water other (liquid, vapor and gaseous) heat transfer medium
  • hot water streams from large condensate networks or hot heat transfer oil flows from heat recovery systems, exhaust, hot air or compressed air streams to use for
  • the patent DE 10 2012 220 188 B4 shows z. B. how a symbiotic ORC process for using the
  • Intercooling in compressor stations can be used to drive the performance of such compressor stations
  • organic fluid-derived HD and LP vapors are expanded in sitting on a common shaft turbines. It would be conceivable, even a single heat flow (eg thermal water) to flow first through the HD and then through the LP boiler, whereby the desired further cooling of the
  • Turbine or the expansion machine require; about the Availability and application of such a turbine or
  • Patents disclose thermodynamic systems in the subcritical process management, so that in these
  • the object of the invention is to provide the energy and cost efficiency of the Rankine cycle cycle
  • the invention describes a method for increasing the
  • Circulation medium evaporated in a steam generator with heat absorption from the heat source and, where appropriate, superheated and this steam via a main steam line a
  • Expansion machine or turbine for generating the mechanical energy is supplied, there expands and condenses the exhaust steam of the expansion machine or turbine with the release of residual heat outside the cycle, characterized
  • the method is characterized in that the circulating medium is water or steam or carbon dioxide or else another inorganic chemical compound; that the circulating medium ethanol or another
  • the circulation medium is a synthetic circulatory medium; that the circulation medium is a mixture consisting of two or more components; that the circulation medium is a mixture with a lowered freezing point, ie an antifreeze mixture, such. Water and glycol or ethanol; that the circulation medium is a zeotropic mixture which distils apart during heat uptake; that the circulation medium is a sorptive mixture which desorbs the volatile component during heat absorption and absorbs it during mixing; that the circulating medium belongs to the dry class, which in an expansion away from the wet steam area; that the circulation medium is operated subcritically in a steam generator and the steam generator (4) heating surfaces for
  • the number of branches (24) is greater than the number of mixers (31) ( Figures 2, 8); in that at least one mixer, preferably the medium-pressure mixer (31MD), has two or more admixed inlets, preferably the two admixed inlets (32 b and 32 c) (FIGS. 2, 8); in that the mixer (31) has a nozzle or a nozzle group (34) with which the branched stream is introduced into the interior of the mixer (FIG. 4); in that the mixer (31) has filling bodies (36), which via a trickling device (37) with the branched-off stream
  • Circuit process outputs (Fig. 2, Fig. 8); that the heat exchanger (28ND) in the connection line (25ND) to the low pressure mixer (31ND) the overheating and the
  • branches (24b and / or 24c) are made by distributors and / or collectors (43) of the preheater (14), its heating surface packs (42) or its connecting lines ( Figure 7); that branches (24b and / or 24c) from the mantle space of
  • Bypass return line (46) is supplied to the main stream (Fig. that the throughput and the state of the sequence (30) of the
  • Connection path (25) by the feed pump (27), or the heat exchanger (28), or the armature (29) is controlled such that the state in the cold exhaust duct (21) comes to rest near the saturation line ( Figure 3).
  • the throughput of the inflow to the connecting line (25) is regulated via the bypass branch (44) and the bypass control flap (45) such that the temperature of the circulating medium in the bypass return line (46) and in a return line (5) of the heat carrier is almost the same ( Fig. 10); that the branch (24 b and / or 24 c) takes place at the location where the preheat temperature at this branch is equal to or higher than the steam saturation temperature in the exhaust steam line (20MD).
  • the invention describes an energy conversion device for increasing the energy efficiency in Clausius-Rankine cycle processes for the use of heat from heat sources,
  • Circular process is made available and converted there into mechanical or electrical energy, in which a condensate of a circulating medium via a condensate line fed to a condensate pump and is pressurized by this, this cycle medium in a steam generator below
  • Heat absorption from the heat source evaporated and optionally superheated and this steam is supplied via a steam line expansion machine or turbine for generating the mechanical energy, there expands and condenses the exhaust steam of the expansion machine or turbine with the release of residual heat outside the cycle, characterized
  • At least one branch (24) is provided, which is a current from the main stream of the
  • Mixer (31) opens, which the branched stream with the exhaust steam from the exhaust steam line (20) of the expansion machine or the turbine (19), provided via the steam supply line (33), mixed and this mixed stream over the
  • Circuit process is continued and continued (Fig. 2, Fig. 8).
  • the device comprises a steam generator (4) with heating surfaces for preheating (14), for evaporation (16) and optionally for overheating of the circulation medium and the
  • Circulation medium is operated subcritically in the steam generator (Fig. 2, Fig. 8); the device has a steam generator (4) with heating surfaces for preheating (14) and for reheating (16) the circulating medium and the circulating medium in the steam generator is operated supercritically (FIG. 2); that the feed line (11) to the boiler feed line (13), optionally via a valve and or a branch (24a) closes ( Figure 8, Fig. 2); the number of branches (24) is greater than the number of mixers (31) ( Figures 2, 8); in that at least one mixer, preferably the medium-pressure mixer (31MD), has two or more admixed inlets, preferably the two admixed inlets (32 b and 32 c) (FIGS.
  • the device has a steam generator (4) with heating surfaces for preheating (14) and for reheating (16) the circulating medium and the circulating medium in the steam generator is operated supercritically (FIG. 2); that the feed line (11) to the boiler feed line (13), optionally via
  • the mixer (31) has a nozzle or a nozzle group (34) with which the branched stream is introduced into the interior of the mixer (FIG. 4); in that the mixer (31) has filling bodies (36) which, via the sprinkling device (37), are connected to the diverted stream
  • Circuit process outputs (Fig. 2, Fig. 8); that the heat exchanger (28ND) in the connection line (25ND) to the low pressure mixer (31ND) the overheating and the
  • branches (24b and / or 24c) are made by distributors and / or collectors (43) of the preheater (14), its heating surface packs (42) or its connecting lines ( Figure 7); that branches (24b and / or 24c) from the mantle space of
  • Bypass return line (46) is supplied to the main stream (Fig. 10); that the throughput and the state of the sequence (30) of the
  • Connection path (25) by the feed pump (27), or the heat exchanger (28), or the armature (29) is controlled such that the state in the cold exhaust duct (21) comes to rest near the saturation line ( Figure 3).
  • the flow rate of the inflow to the connecting section (25) is regulated via the bypass branch (44) and the bypass control flap (45) such that the temperature of the circulating medium in the bypass return line (46) and in the return line (5) of the heat carrier is almost the same ( Fig. 10); that the branch (24 b and / or 24 c) takes place at the location where the preheat temperature at this branch is equal to or higher than the steam saturation temperature in the exhaust steam line (20MD).
  • Fig. 1 shows the known, practiced and already described prior art in ORC processes.
  • Fig. 2 shows an exemplary, simplified
  • FIGS. 7 to 10 show advantageous integrations of
  • FIG. 8 shows an overall process flow diagram with a steam generator in which the circulating medium is guided on the shell side.
  • Fig. 2 shows the scheme of the invention
  • Circular process the cycle according to the invention has no Recuperator, however, some components are similar to the ORC cycle process of the current state of the art. in the
  • the mixer (31) has
  • the mixer on the main flow side, a steam supply line (33) for the exhaust steam and a steam discharge line (35) for the cold exhaust steam; on the side of the branched stream, the mixer usually has a
  • a medium-pressure mixer (31MD) between the exhaust steam line (20MD) and the cold exhaust steam line (21MD) is provided.
  • the significant increase in energy efficiency is due to the fact that the mixed branched stream completely evaporates at the expense of overheating in the main stream, and a higher vapor stream for expansion is available to the medium pressure turbine (19MD), resulting in more power at the medium pressure turbine.
  • Turbine (19MD) leads. This effect can be increased by the
  • Preheating temperature at this branch is less than or equal to the steam saturation temperature in the exhaust steam line (20MD). In a further increased preheating of the
  • Utilization of a heat exchanger (28), can take place after the throttling valve (29) or in the mixer (31) itself an additional relaxation steam generation, which can provide a further increase in energy efficiency.
  • the cyclic process according to the invention is also suitable for supercritical process control; in this supercritical operation on the steam generator side, by the choice of a corresponding circulation medium and the steam generator pressure, the fürlauf redesign (14, 15, 16) mentally in one
  • Heat transfer medium and the circulation medium is the lowest.
  • An additional efficiency-increasing measure is to remove the overheated exhaust steam from the exhaust steam line (20ND)
  • Abdampfkondensator (8) which is a capacitor with a
  • Heat exchanger surface is to supply. To this positive To explain the effect, one must include the design of the affected apparatus: with the proposed arrangement to avoid the poor heat transfer of the overheated
  • the resulting increase in energy efficiency of the above measures can be estimated at 10 to 15%.
  • the desuperheating in the mixer (31ND) before the surface condenser can of course be increased and also a (partial)
  • Connecting piece (25ND) contains a heat exchanger (28ND), which heat (eg. To the environment or to a
  • downstream surface condensation in the exhaust steam condenser (8) can be dispensed with.
  • Evaporator takes place on the heat carrier side an exhaust gas condensation, even more efficiency increases are possible.
  • FIG. 3 shows the
  • thermodynamic properties of the selected cyclic medium characterized by its thermodynamic properties
  • the condition of the circulating medium of the saturated steam line away, that is superheated, it is in the present case and a "dry" circulating medium, such as.
  • the drawn, clockwise curve already outlines the characteristics of the cycle, with its respective states (temperature, pressure and entropy) of the circulation medium.
  • the circulation medium of the boiler feed line (13) is preheated in the preheaters (14) up to the boiling limit, in the
  • the high-pressure turbine (19HD) expands the live steam to the exhaust steam condition in the exhaust steam line (20MD); Since the example shown is a circulating medium of the "dry" fluid class, the steam overheats during the expansion.
  • the overheating of the exhaust steam from the medium pressure exhaust steam line (20MD) is overheated Mitteltik- mixer (31MD) by the controlled admixing of the branched stream of the branch (24c), which over the inlet (26c), the connecting line (25c), the outlet (30c) and the admixing inlet (32c) is reduced to the maximum extent so that the steam condition in the cold exhaust steam line (21MD) comes close to the saturated steam line.
  • the low-pressure mixer (31ND) manages the desuperheating of this exhaust steam from the low-pressure exhaust steam line (20ND), also by mixing in a branched-off flow, which comes from the condensate line (9).
  • the branched stream from the branch (24ND) passes via the inlet (26ND) of the connecting line (25ND) to its outlet (30ND), which merges into the admixing inlet (32ND); there - again simplistic - within this connecting section no heat exchanger
  • the amount of branched stream is preferably controlled so that the vapor state on the cold low pressure exhaust stream (21ND) substantially
  • the branched stream can also be branched off from the feed line (11), ie after the condensate pump (10), at an increased pressure, from the branch (24a); This was not shown separately in the present diagram, since the curves and states are nearly identical to those of the illustrated diagram.
  • the mixers (31) can be designed differently, as the following examples show:
  • FIG. 4 shows an embodiment of the mixer (31), with a steam supply line (33) adjoining the exhaust steam line (20), and a steam outlet (35), which opens into the cold exhaust steam line (21), the branched stream being via the outlet (30) of the connecting line (25) reaches the mixing inlet (32) of the mixer and is brought there via a nozzle or a nozzle group (34) in the interior of the mixer.
  • Fig. 5 shows an embodiment of the mixer as a trickle, with a steam supply line (33), a Zumischeintritt (32), with
  • the actual mixer (31) can also be followed by a liquid separator (40) for reducing the wetness or for prolonging the contact time.
  • This liquid separator can, for. B. as
  • Moist collecting cyclone or as a "demister”, with a wire mesh packing to catch moisture drops
  • Liquid is discharged via a liquid drain (41) and preferably added to the main stream of the process or recycled.
  • the branches can also be performed differently, such.
  • B the high-pressure branch (24HD) shown in FIG. 2, which the steam wetness from the (wet)
  • branched stream always equal the states in the main stream at the branch).
  • the heat carrier is guided on the tube side and the circulation medium on the jacket side, as shown in FIG. 8, then the branches (24b and 24c) are formed on the jacket of the preheater (14), in the form of removal nozzles.
  • At least one mixer is provided.
  • Fig. 9 shows a variant, in particular to Fig. 7. It may in fact structurally and operationally advantageous if the
  • the branched stream of the circulation medium in the branch (24) before the condensate pump (10) is removed, with the feed pump (27) to the heat exchanger ( 28), and brought via a fitting (29) to the outlet (30) of the connecting section (25) .
  • the outlet (30) of the connecting section (25) is advantageously connected to the medium-pressure mixer (31MD).
  • Fig. 10 shows a variant of Fig. 9, with the same
  • thermodynamic effect and the same invention features.
  • bypass branch (44), and possibly via a bypass control flap (45) is removed.
  • the cooled heat transfer medium is via the bypass return line (46) possibly the main flow of the
  • Mixer for the printing levels HD, MD or ND

Abstract

The invention is intended to increase the energy efficiency and cost efficiency of Clausius-Rankine cycles, in particular for utilizing low-temperature heat, and to avoid the disadvantages of the processes that have become known. The heat-absorbing part of the cycle is provided with branches (24), which branch off flows from the main flow of the medium used in the cycle, connect them to mixers (31), in which the branched-off flows are mixed with the exhaust steam from exhaust-steam lines (20) of the expansion engines or the turbines (19), and these mixed steam flows are reintroduced into the cycle by way of cold exhaust-steam lines (21). A significant increase in the energy efficiency is obtained when using media of the "dry" fluid class in the cycle, by virtue of the fact that the flows mixed in evaporate completely, in return for which there is overheating in the main flow, and a greater flow of steam is available to the medium-pressure turbine (19MD) for expansion, which leads to extra power at the turbines of 10 to 15%.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Wandlung von thermischer in mechanische bzw. elektrische Energie Method and device for converting thermal into mechanical or electrical energy
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steigerung der Energieeffizienz in Clausius-Rankine- Kreisprozessen . In diesem erfindungsgemäßen thermodynamischen Kreisprozess wird Wärme unter Verwendung von Kreislaufmedien effizient in mechanische bzw. elektrische Energie umgewandelt. The invention relates to a method and a device for increasing the energy efficiency in Clausius-Rankine cycles. In this thermodynamic cycle according to the invention, heat is efficiently converted into mechanical or electrical energy using circulating media.
Für die Nutzung von Wärmequellen, insbesondere mit niedrigen Temperaturniveaus, wie z. B. bei (industriellen) Abwärmen, bei der Geothermie und bei der solarthermischen Nutzung, kommen auch Kreislaufmedien zur Anwendung, die nicht aus Wasser/Dampf bestehen; es sind dies z. B. Ethanol und organische For the use of heat sources, especially with low temperature levels, such. B. in (industrial) waste heat, in geothermal energy and solar thermal use, also circulation media are used, which do not consist of water / steam; These are z. As ethanol and organic
Kreislaufmedien (genutzt im sog. Organic Rankine Cycle „ORC" - Prozessen) . Diese in Frage kommenden alternativen Circulation media (used in the so-called Organic Rankine Cycle "ORC" processes) .These possible alternatives
Kreislaufmedien haben in der Regel einen höheren Dampfdruck und eine geringere Verdampfungsenthalpie als Wasser/Dampf und könnten an sich die zur Verfügung stehende Wärmequelle besser nutzen; vielfach werden diese Kreislaufmedien in hermetisch geschlossenen Kreisläufen geführt. Die meisten dieser Circulation media usually have a higher vapor pressure and a lower enthalpy of vaporization than water / steam and could better use the available heat source; In many cases, these circulation media are guided in hermetically closed circuits. Most of these
Kreislaufmedien gehören der „trockenen" bzw. „trocknenden" Circulation media belong to the "dry" or "drying"
Fluidklasse an, bei welcher der Sattdampf bei einer Expansion nicht in das Nassdampfgebiet expandiert, sondern sich von der Sattdampfkurve entfernt und überhitzt (trocknet) ; dieser Umstand wird allgemein als Vorteil gesehen, was für den Betrieb der Expansionsmaschine sicher zutrifft, für die Energieeffizienz des Gesamtprozesses jedoch nachteilig sein kann, wie nachstehend erläutert wird. Fluid class in which the saturated steam does not expand in an expansion in the wet steam area, but removed from the saturated steam curve and overheats (dries); this circumstance is generally considered to be an advantage, which certainly applies to the operation of the expansion machine, but may be detrimental to the energy efficiency of the overall process, as explained below.
Die Fig. 1 zeigt ein entsprechendes KreislaufSchema, anhand eines ORC-Prozesses , gemäß dem bisherigen Stand der Technik, welches beispielsweise für die Anwendung in geothermischen Fig. 1 shows a corresponding circuit diagram, based on an ORC process, according to the prior art, which, for example, for use in geothermal
Kraftwerken erläutert wird; hier ist die Geothermie die Wärmequelle und das geothermische Wasser der Wärmeträger, mit dem die Wärme zum Kreisprozess transportiert wird. Das Power plants is explained; here is the geothermal energy Heat source and the geothermal water of the heat carrier, with which the heat is transported to the cycle. The
geothermische Wasser („Thermalwasser") aus der geothermal water ("thermal water") from the
Produktionsbohrung (1) gelangt über ein Filter (2) und über eine Thermalwasserleitung (3) in den Dampferzeuger (4), wo dieses seine Wärme abgibt und abgekühlt wird; das abgekühlte  Production bore (1) passes through a filter (2) and a thermal water line (3) in the steam generator (4), where this gives off its heat and is cooled; the cooled
Thermalwasser gelangt über eine Rücklaufleitung (5) zur Thermal water reaches via a return line (5)
Rückführpumpe (6), welche das abgekühlte Thermalwasser zur Return pump (6), which the cooled thermal water to
Verpressbohrung (7) fördert. Promotes injection hole (7).
Betrachtet man den ORC-Prozess, so wird das Kondensat aus dem Abdampfkondensator (8), welches nahezu Umgebungstemperatur hat, über die Kondensatleitung (9) zur Kondensatpumpe (10) geführt; diese fördert das Kondensat über die Speiseleitung (11) Looking at the ORC process, the condensate from the exhaust steam condenser (8), which has almost ambient temperature, via the condensate line (9) to the condensate pump (10) out; this conveys the condensate via the feed line (11)
üblicherweise zum Rekuperator (12); das dort vorgewärmte usually to the recuperator (12); the preheated there
Kondensat wird über die Kesselspeiseleitung (13) dem Condensate is through the boiler feed line (13) the
Dampferzeuger (4) zugeführt, welcher in der unterkritischen Betriebsweise einen Vorwärmer (14) und, verbunden über eine Verbindungsleitung (15), einen Verdampfer (16), gegebenenfalls mit einem anschließenden Überhitzer, aufweist, welcher den Steam generator (4) supplied, which in the subcritical operation, a preheater (14) and, connected via a connecting line (15), an evaporator (16), optionally with a subsequent superheater, having the
Frischdampf erzeugt. Der Verbindungskanal (17) verbindet auf der Seite des Thermalwassers den Verdampfer (16) und den Vorwärmer (14) . Der im Dampferzeuger (4) erzeugte Frischdampf, gesättigt oder allenfalls leicht überhitzt, wird über eine Live steam generated. The connecting channel (17) connects on the side of the thermal water, the evaporator (16) and the preheater (14). The steam produced in the steam generator (4), saturated or at most slightly overheated, is a
Frischdampfleitung (18) der Expansionsmaschine bzw. der Turbine (19) zugeführt, wo dieser expandiert; der Turbinenabdampf, der bei trockenen Kreislaufmedien noch eine beträchtliche Main steam line (18) of the expansion machine or the turbine (19) supplied, where it expands; the turbine exhaust steam, which is still a considerable one for dry circulation media
Überhitzung (bezüglich der Temperatur und des Wärmeinhaltes) in sich trägt, wird über die Abdampfleitung (20) abgeleitet, im Rekuperator (12) bis knapp an seine Sättigungstemperatur gekühlt und gelangt über die Kalte Abdampfleitung (21) in den Overheating (with respect to the temperature and the heat content) in itself, is derived via the exhaust steam line (20), cooled in the recuperator (12) to just below its saturation temperature and passes through the cold exhaust steam line (21) in the
Abdampfkondensator (8), wo dieser als Kondensat niedergeschlagen wird; damit ist der Kreislauf geschlossen. Die Turbinenwelle (22) der Turbine (19) gibt mechanische Energie ab bzw. treibt den Generator (23) zur Stromerzeugung an. Abdampfkondensator (8), where this is deposited as condensate; this closes the cycle. The turbine shaft (22) of the turbine (19) gives off mechanical energy or drives the generator (23) to generate electricity.
Wegen der Vorwärmung des Kreislaufmediums im Rekuperator (12) kann der Dampferzeuger das verfügbare Thermalwasser nur zu einem begrenzten Anteil abkühlen, was sich nachteilig auf die Because of the preheating of the circulation medium in the recuperator (12) of the steam generator can cool the available thermal water only to a limited extent, which is disadvantageous to the
Energieeffizienz des Gesamtprozesses auswirkt. Ließe man den Rekuperator (12) weg, so könnte man dem Thermalwasser zwar einen zusätzlichen Wärmebetrag entnehmen, welcher die abzuführende Leistung am Abdampfkondensator (8) erhöht, sodass damit keine Effizienzsteigerung zu erreichen ist. Energy efficiency of the overall process. Leaving the recuperator (12) aside, it would be possible to extract an additional amount of heat from the thermal water, which increases the power to be dissipated at the exhaust-steam condenser (8), so that no increase in efficiency can be achieved.
Das Beispiel zeigt die Anwendung in geothermischen Kraftwerken, jedoch können, in analoger Weise anstatt des Thermalwassers, auch andere (flüssige, dampfförmige und gasförmige) Wärmeträger, z. B. auch Heißwasserströme aus großen Kondensatnetzen, oder heiße Wärmeträgerölströme aus Wärmerückgewinnungsanlagen, Abgas- , Heißluft- oder Druckluftströme einer Nutzung zur The example shows the application in geothermal power plants, but can, in an analogous manner instead of the thermal water, other (liquid, vapor and gaseous) heat transfer medium, for. As well as hot water streams from large condensate networks, or hot heat transfer oil flows from heat recovery systems, exhaust, hot air or compressed air streams to use for
Stromerzeugung zugeführt werden. Power generation to be supplied.
Die Patentschrift DE 10 2012 220 188 B4 zeigt z. B. wie in symbiotischer Weise ein ORC-Prozess zur Nutzung der The patent DE 10 2012 220 188 B4 shows z. B. how a symbiotic ORC process for using the
Zwischenkühlung in Verdichterstationen genutzt werden kann, um die Antriebsleistungen derartiger Verdichterstationen zu Intercooling in compressor stations can be used to drive the performance of such compressor stations
verringern, indem die Turbine des ORC-Prozesses, z. B. über eine Antriebswelle, mit der Verdichterstation gekoppelt ist, um die erforderliche Antriebsleistung dieser Verdichterstation zu verringern; der dazu vorgeschlagene ORC-Prozess, abgesehen von seiner durchaus ambitionierten Integration in die by reducing the turbine of the ORC process, e.g. B. via a drive shaft, is coupled to the compressor station to reduce the required drive power of this compressor station; the proposed ORC process, apart from its very ambitious integration into the
Gasverdichterstation, entspricht aber nach wie vor dem Stand der Technik . Es hat nicht an weiteren Vorschlägen gefehlt, die Attraktivität und die Effizienz des ORC-Prozesses zu verbessern. Wenn man den Aspekt fokussiert, dass man die verfügbare Wärmequelle und ihren Wärmeträger möglichst weitgehend (und nutzbringend) abkühlt, sind im Wesentlichen zwei Strategien bekannt: a. Der Zwei- oder Mehrdruckprozess: Die Patentschrift DE 11 2010 003 230 B4 offenbart ein thermodynamisches System, bei welchem zwei Abwärmeströme mit verschiedenen Abwärmetemperaturen nicht in einem einzigen Eindruck-Kessel (also im Eindruckprozess), sondern in separaten Hochdruck (HD) - und Niederdruck (ND) - Siedekesseln genutzt werden und die aus einem einzelnen Gas compressor station, but still corresponds to the prior art. There was no lack of further proposals to improve the attractiveness and efficiency of the ORC process. Focusing on the aspect of cooling the available heat source and its heat transfer medium as far as possible (and beneficial), two main strategies are known: a. The two-pressure or multi-pressure process: The patent DE 11 2010 003 230 B4 discloses a thermodynamic system in which two waste heat streams with different waste heat temperatures not in a single impression boiler (ie in the impression process), but in separate high pressure (HD) - and low pressure ( ND) - boiling kettles are used and made of a single
organischen Fluid stammenden HD- und ND-Dämpfe in auf einer gemeinsamen Welle sitzenden Turbinen expandiert werden. Es wäre denkbar, auch einen einzigen Wärmestrom (z. B. Thermalwasser) zunächst durch den HD- und dann durch den ND-Kessel fließen zu lassen, wodurch die angestrebte weitere Abkühlung des organic fluid-derived HD and LP vapors are expanded in sitting on a common shaft turbines. It would be conceivable, even a single heat flow (eg thermal water) to flow first through the HD and then through the LP boiler, whereby the desired further cooling of the
Thermalwassers, verbunden mit einer Erhöhung der Stromausbeute, zu erreichen wäre. Dieser erhöhten Energieeffizienz stünden aber einschätzungsgemäß um den Faktor von 1,23 höhere Thermal water, associated with an increase in electricity yield, would be achieved. However, this increased energy efficiency would be estimated by the factor of 1.23 higher
Anlagekostenkosten gegenüber, da statt eines Kreislaufes mit einer Gesamtleistung beim Eindruckprozess nun zwei Kreisläufe, mit jeweils der halben Gesamtleistung, erforderlich wären, wodurch sich bei einem Anlagekostendegressions-Exponent von 0,7 (vergl. auch PERRY' s Chemical Engineering Handbook) der Faktor zu 2*(1/2)L0,7 = 1,23 ergibt, also die Anlagekosten um 23% höher sind als im Vergleichsfallfall eines Eindruckprozesses. b. Die Einspritzung von flüssigem Kreislaufmedium oder von vollständig vorgewärmtem Kreislaufmedium direkt in die Turbine bzw. in die Expansionsmaschine, wird im US-Patent 5,555,731 bzw. in der internationalen Veröffentlichungs-Nummer WO 2017/008972A1 geoffenbart. Beide Vorschläge würden ein neues Konzept der Compared to the cost of equipment, since instead of a cycle with a total output of the impression process, two cycles would be required, each with half the total output, which would add up to an equipment cost degression exponent of 0.7 (see also PERRY's Chemical Engineering Handbook) 2 * (1/2) L 0.7 = 1.23, ie the investment costs are 23% higher than in the comparison case of an imprint process. b. The injection of liquid circulation medium or of completely preheated circulating medium directly into the turbine or into the expansion machine is disclosed in US Pat. No. 5,555,731 or in International Publication Number WO 2017 / 008972A1. Both proposals would be a new concept of
Turbine bzw. der Expansionsmaschine erfordern; über die Verfügbarkeit und Anwendung einer derartigen Turbine bzw. Turbine or the expansion machine require; about the Availability and application of such a turbine or
Expansionsmaschine liegen zurzeit keine Informationen vor, sodass diese Strategie nur als Stand des Wissens zu Expansion machine currently has no information, so this strategy only as a state of knowledge
quantifizieren ist und nicht als gängige Praxis. Ob die kurze Aufenthaltszeit in der Turbine bzw. in der Expansionsmaschine, im Bereich von hundertstel Sekunden, überhaupt ausreicht, um das eingespritzte Kreislaufmedium komplett zu verdampfen, bleibt dahingestellt . quantify and not as common practice. Whether the short residence time in the turbine or in the expansion machine, in the range of one-hundredth of a second, is even sufficient to completely vaporize the injected circulating medium remains to be seen.
Alle unter den Punkten a. und b. genannten Patente bzw. All under points a. and b. patents or
Patentschriften offenbaren thermodynamische Systeme in der unterkritischen Prozessführung, sodass bei diesen Patents disclose thermodynamic systems in the subcritical process management, so that in these
Patentvorschlägen auf das zusätzliche Potential der Patent proposals on the additional potential of
Effizienzsteigerung durch eine überkritische Prozessführung verzichtet wird. Der gegenständliche Erfindungsvorschlag eignet sich demgegenüber auch trefflich für eine überkritische Increased efficiency through a supercritical process management is omitted. In contrast, the subject invention proposal is also suitable for a supercritical
Prozessführung, wie in den nachfolgenden Beschreibungen Litigation, as in the following descriptions
ausgeführt wird, sodass das Potential der überkritischen is executed, so the potential of the supercritical
Prozessführung effizienzsteigernd und zusätzlich genutzt werden kann . Process management efficiency-enhancing and can be used additionally.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Energie- und Kosteneffizienz des Clausius-Rankine-Kreisprozesses , The object of the invention is to provide the energy and cost efficiency of the Rankine cycle cycle,
insbesondere für die angesprochene Nutzung von Ab- und in particular for the mentioned use of Ab- and
Niedertemperatur-Wärmen, zu erhöhen und trotzdem die angeführten Nachteile der bekannten Prozesse zu vermeiden. Low-temperature heating, to increase and still avoid the mentioned disadvantages of the known processes.
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Steigerung der The invention describes a method for increasing the
Energieeffizienz in Clausius-Rankine-Kreisprozessen zur Nutzung von Wärme aus Wärmequellen, insbesondere mit niedrigen Energy efficiency in Clausius-Rankine cycle processes for the use of heat from heat sources, especially at low levels
Temperaturniveaus, welche dem Kreisprozess zur Verfügung Temperature levels, which are available to the cycle
gestellt wird und dort in mechanische bzw. elektrische Energie umgewandelt werden, bei welcher ein Kondensat eines is placed and converted there into mechanical or electrical energy, in which a condensate of a
Kreislaufmediums über eine Kondensatleitung einer Kondensatpumpe zugeführt und durch diese druckerhöht wird, dieses Circulation medium via a condensate line of a condensate pump supplied and is pressurized by this, this
Kreislaufmedium in einem Dampferzeuger unter Wärmeaufnahme aus der Wärmequelle verdampft sowie gegebenenfalls überhitzt und dieser Dampf über eine Frischdampfleitung einer Circulation medium evaporated in a steam generator with heat absorption from the heat source and, where appropriate, superheated and this steam via a main steam line a
Expansionsmaschine oder Turbine zur Erzeugung der mechanischen Energie zugeführt wird, dort expandiert und der Abdampf der Expansionsmaschine oder Turbine unter Abgabe der Restwärme außerhalb des Kreisprozesses kondensiert, dadurch  Expansion machine or turbine for generating the mechanical energy is supplied, there expands and condenses the exhaust steam of the expansion machine or turbine with the release of residual heat outside the cycle, characterized
gekennzeichnet, dass im wärmeaufnehmenden Teil des characterized in that in the heat-absorbing portion of the
Kreisprozesses, zwischen einer Kondensatleitung (9) und einer Frischdampfleitung (18), mindestens eine Abzweigung (24) vorgesehen ist, welche einen Strom aus dem Hauptstrom des Circuit process, between a condensate line (9) and a main steam line (18), at least one branch (24) is provided, which is a current from the main stream of
Kreislaufmediums abzweigt, diesen über einen Zulauf (26) zu einer Verbindungsstrecke (25) , gegebenenfalls beinhaltend Circulating medium branches, this via an inlet (26) to a connecting line (25), optionally including
Förderpumpen (27), Wärmetauscher (28) und Armaturen (29), führt und über einen Ablauf (30), welcher in einem Zumischeintritt (32) eines Mischers (31) mündet, in welchem der abgezweigte Strom mit dem Abdampf aus einer Abdampfleitung (20) einer Feed pumps (27), heat exchangers (28) and fittings (29), and via a drain (30), which in a Zumischeintritt (32) of a mixer (31) opens, in which the branched stream with the exhaust steam from an exhaust steam line ( 20) one
Expansionsmaschine oder einer Turbine (19), zur Verfügung gestellt über eine Dampfzuleitung (33), vermischt wird und dieser vermischte Strom über eine Dampfableitung (35) und eine Kalte Abdampfleitung (21) im Kreisprozess zurück- und Expansion machine or a turbine (19), provided via a steam supply line (33), is mixed and this mixed stream via a steam outlet (35) and a cold exhaust steam line (21) in the cycle back and
weitergeführt wird (Fig. 2, Fig. 8) . is continued (Fig. 2, Fig. 8).
Weiters ist das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kreislaufmedium Wasser bzw. Dampf oder Kohlendioxid oder auch eine andere anorganische chemische Verbindung ist; dass das Kreislaufmedium Ethanol oder auch eine andere Furthermore, the method is characterized in that the circulating medium is water or steam or carbon dioxide or else another inorganic chemical compound; that the circulating medium ethanol or another
organische chemische Verbindung ist; dass das Kreislaufmedium ein synthetisches Kreislaufmedium ist; dass das Kreislaufmedium ein Gemisch ist, welches aus zwei oder mehreren Komponenten besteht; dass das Kreislaufmedium ein Gemisch mit einem erniedrigten Gefrierpunkt, also ein Frostschutzgemisch, wie z. B. Wasser und Glykol oder Ethanol, ist; dass das Kreislaufmedium eine zeotropes Gemisch ist, welches sich während der Wärmeaufnahme auseinander destilliert; dass das Kreislaufmedium ein sorptives Gemisch ist, welches während der Wärmeaufnahme die leichterftüchtige Komponente desorbiert und während der Mischung diese absorbiert; dass das Kreislaufmedium der trockenen Klasse angehört, welche sich bei einer Expansion von dem Nassdampfgebiet entfernt; dass das Kreislaufmedium in einem Dampferzeuger unterkritisch betrieben wird und der Dampferzeuger (4) Heizflächen zur organic chemical compound is; that the circulation medium is a synthetic circulatory medium; that the circulation medium is a mixture consisting of two or more components; that the circulation medium is a mixture with a lowered freezing point, ie an antifreeze mixture, such. Water and glycol or ethanol; that the circulation medium is a zeotropic mixture which distils apart during heat uptake; that the circulation medium is a sorptive mixture which desorbs the volatile component during heat absorption and absorbs it during mixing; that the circulating medium belongs to the dry class, which in an expansion away from the wet steam area; that the circulation medium is operated subcritically in a steam generator and the steam generator (4) heating surfaces for
Vorwärmung (14), zur Verdampfung (16) und gegebenenfalls zur Überhitzung des Kreislaufmediums aufweist (Fig. 2, Fig. 8); dass das Kreislaufmedium im Dampferzeuger überkritisch betrieben wird und der Dampferzeuger (4) Heizflächen zur Vorwärmung (14) und zur Nachwärmung (16) des Kreislaufmediums aufweist (Fig. 2); dass eine Speiseleitung (11) an eine Kesselspeiseleitung (13), gegebenenfalls über eine Armatur und oder eine Abzweigung (24a), schließt (Fig. 8, Fig. 2); dass die Anzahl der Abzweigungen (24) größer ist als die Anzahl der Mischer (31) (Fig. 2, Fig. 8); dass mindestens ein Mischer, vorzugsweise der Mitteldruck- Mischer (31MD), zwei oder mehrere Zumischeintritte, vorzugsweise die beiden Zumischeintritte (32 b und 32 c) , aufweist (Fig. 2, Fig . 8 ) ; dass der Mischer (31) eine Düse oder eine Düsengruppe (34) aufweist, mit welcher der abgezweigte Strom in das Innere des Mischers eingebracht wird (Fig. 4); dass der Mischer (31) Füllkörper (36) aufweist, welche über eine Verrieselungseinrichtung (37) mit dem abgezweigten Strom Preheating (14), for evaporation (16) and optionally for overheating of the circulation medium (Fig. 2, Fig. 8); the circulation medium is operated supercritically in the steam generator and the steam generator (4) has heating surfaces for preheating (14) and for reheating (16) the circulating medium (FIG. 2); that a feed line (11) to a boiler feed line (13), optionally via a valve and or a branch (24a) closes (Figure 8, Fig. 2); the number of branches (24) is greater than the number of mixers (31) (Figures 2, 8); in that at least one mixer, preferably the medium-pressure mixer (31MD), has two or more admixed inlets, preferably the two admixed inlets (32 b and 32 c) (FIGS. 2, 8); in that the mixer (31) has a nozzle or a nozzle group (34) with which the branched stream is introduced into the interior of the mixer (FIG. 4); in that the mixer (31) has filling bodies (36), which via a trickling device (37) with the branched-off stream
berieselt werden (Fig. 5); dass dem Mischer (31) ein Flüssigkeitsabscheider (40) be sprinkled (Figure 5); in that the mixer (31) has a liquid separator (40)
nachgeschaltet ist (Fig. 6); dass dem Mitteldruck- Mischer (31MD), gegebenenfalls mit dem nachgeschalteten Flüssigkeitsabscheider (40), eine Mitteldruck- Turbine (19MD) nachgeschaltet ist (Fig. 2, Fig. 8); dass dem Niederdruck- Mischer (31ND) ein Abdampfkondensator (8) nachgeschaltet ist (Fig. 2, Fig. 8); dass der Wärmetauscher (28ND) in der Verbindungsstrecke (25ND) zum Niederdruck- Mischer (31ND) die Wärme außerhalb des is connected downstream (Figure 6); that the medium-pressure mixer (31MD), optionally with the downstream liquid separator (40), a medium-pressure turbine (19MD) is connected downstream (Fig. 2, Fig. 8); the low-pressure mixer (31ND) is followed by an exhaust-steam condenser (8) (FIGS. 2, 8); that the heat exchanger (28ND) in the connection line (25ND) to the low pressure mixer (31ND) the heat outside of the
Kreisprozesses abgibt (Fig. 2, Fig. 8); dass der Wärmetauscher (28ND) in der Verbindungsstrecke (25ND) zum Niederdruck- Mischer (31ND) die Überhitzungs- und die Circuit process outputs (Fig. 2, Fig. 8); that the heat exchanger (28ND) in the connection line (25ND) to the low pressure mixer (31ND) the overheating and the
Kondensationswärme des Abdampfes der Abdampfleitung (20ND) abführt, sodass die Enthitzung und Kondensation des Abdampfes im Niederdruck- Mischer (31ND) erfolgt und aus der Kalten Dissipates condensation heat of the exhaust steam of the exhaust steam line (20ND), so that the desuperheating and condensation of the exhaust steam takes place in the low-pressure mixer (31ND) and out of the cold
Abdampfleitung (21ND) Kondensat kommt und dieses Kondensat direkt in die Kondensatleitung (9) geführt wird (Fig. 2, Fig. Evaporator line (21ND) condensate comes and this condensate is led directly into the condensate line (9) (FIG. 2, FIG.
dass eine Abzweigung (24b und/oder 24c) vor dem Ende eines that a branch (24b and / or 24c) before the end of a
Vorwärmers (14) erfolgt, welches durch das Erreichen der Preheater (14), which by reaching the
geringsten Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeträger und dem Kreislaufmedium charakterisiert ist (Fig. 2, Fig. 7, Fig. 8); dass Abzweigungen (24b und/oder 24c) von Verteilern und/oder Sammlern (43) des Vorwärmers (14), seiner Heizflächenpakete (42) oder seinen Verbindungsleitungen erfolgen (Fig. 7); dass Abzweigungen (24b und/oder 24c) vom Mantelraum des least temperature difference between the heat carrier and the circulating medium is characterized (Fig. 2, Fig. 7, Fig. 8); that branches (24b and / or 24c) are made by distributors and / or collectors (43) of the preheater (14), its heating surface packs (42) or its connecting lines (Figure 7); that branches (24b and / or 24c) from the mantle space of
Vorwärmers (14), bei welchem der Wärmeträger auf der Rohrseite geführt wird, erfolgen (Fig. 8); dass innerhalb der Verbindungsstrecken (25a, 25b, 25c oder 25HD) die jeweiligen Wärmetauscher (28a, 28b, 28c bzw. 28HD) von einer weiteren, externen Wärmequelle beheizt werden; dass der Wärmetauscher (28) der Verbindungsstrecke (25) vor, nach oder parallel zum Vorwärmer (14) angeordnet ist und dieser vom Strom oder Teilstrom des Wärmeträgers beheizt wird (Fig. 9); dass der Wärmetauscher (28) von einem abgezweigten Strom des Wärmeträgers beheizt wird, indem im Bereich des Vorwärmers (14) von der Wärmeträgerseite dieser abgezweigte Strom über eine Bypassabzweigung (44) und ggf. über eine Bypassklappe (45) entnommen und nach der Wärmeabgabe über eine Preheater (14), in which the heat transfer medium is guided on the pipe side, take place (FIG. 8); in that within the connecting sections (25a, 25b, 25c or 25HD) the respective heat exchangers (28a, 28b, 28c or 28HD) are heated by a further, external heat source; the heat exchanger (28) of the connecting section (25) is arranged before, after or parallel to the preheater (14) and is heated by the flow or partial flow of the heat carrier (FIG. 9); in that the heat exchanger (28) is heated by a branched-off flow of the heat carrier by removing this branched off stream from the heat carrier side in the region of the preheater (14) via a bypass branch (44) and optionally via a bypass flap (45) and after the heat release a
Bypassrückführleitung (46) dem Hauptstrom zugeführt wird (Fig. dass der Durchsatz und der Zustand des Ablaufes (30) der Bypass return line (46) is supplied to the main stream (Fig. that the throughput and the state of the sequence (30) of the
Verbindungsstrecke (25) durch die Förderpumpe (27), oder den Wärmetauscher (28), oder die Armatur (29) derart geregelt wird, dass der Zustand in der Kalten Abdampfleitung (21) nahe der Sättigungslinie zu liegen kommt (Fig. 3); dass der Durchsatz des Zustroms zur Verbindungsstrecke (25) über die Bypassabzweigung (44) und die Bypassregelklappe (45) derart geregelt wird, dass die Temperatur des Kreislaufmediums in der Bypassrückführleitung (46) und in einer Rücklaufleitung (5) des Wärmeträgers nahezu gleich ist (Fig. 10); dass die Abzweigung (24 b und/oder 24c) an jenem Ort erfolgt, wo die Vorwärmtemperatur an dieser Abzweigung gleich oder höher ist als die DampfSättigungstemperatur in der Abdampfleitung (20MD) . Connection path (25) by the feed pump (27), or the heat exchanger (28), or the armature (29) is controlled such that the state in the cold exhaust duct (21) comes to rest near the saturation line (Figure 3). the throughput of the inflow to the connecting line (25) is regulated via the bypass branch (44) and the bypass control flap (45) such that the temperature of the circulating medium in the bypass return line (46) and in a return line (5) of the heat carrier is almost the same ( Fig. 10); that the branch (24 b and / or 24 c) takes place at the location where the preheat temperature at this branch is equal to or higher than the steam saturation temperature in the exhaust steam line (20MD).
Die Erfindung beschreibt eine Energieumwandlungsvorrichtung zur Steigerung der Energieeffizienz in Clausius-Rankine- Kreisprozessen zur Nutzung von Wärme aus Wärmequellen, The invention describes an energy conversion device for increasing the energy efficiency in Clausius-Rankine cycle processes for the use of heat from heat sources,
insbesondere mit niedrigen Temperaturniveaus, welche dem especially with low temperature levels, which the
Kreisprozess zur Verfügung gestellt wird und dort in mechanische bzw. elektrische Energie umgewandelt werden, bei welcher ein Kondensat eines Kreislaufmediums über eine Kondensatleitung einer Kondensatpumpe zugeführt und durch diese druckerhöht wird, dieses Kreislaufmedium in einem Dampferzeuger unter Circular process is made available and converted there into mechanical or electrical energy, in which a condensate of a circulating medium via a condensate line fed to a condensate pump and is pressurized by this, this cycle medium in a steam generator below
Wärmeaufnahme aus der Wärmequelle verdampft sowie gegebenenfalls überhitzt und dieser Dampf über eine Frischdampfleitung einer Expansionsmaschine oder Turbine zur Erzeugung der mechanischen Energie zugeführt wird, dort expandiert und der Abdampf der Expansionsmaschine oder Turbine unter Abgabe der Restwärme außerhalb des Kreisprozesses kondensiert, dadurch Heat absorption from the heat source evaporated and optionally superheated and this steam is supplied via a steam line expansion machine or turbine for generating the mechanical energy, there expands and condenses the exhaust steam of the expansion machine or turbine with the release of residual heat outside the cycle, characterized
gekennzeichnet, dass im wärmeaufnehmenden Teil der characterized in that in the heat-absorbing part of
Energieumwandlungsvorrichtung, zwischen der Kondensatleitung (9) und der Frischdampfleitung (18), mindestens eine Abzweigung (24) vorgesehen ist, welche einen Strom aus dem Hauptstrom des Energy conversion device, between the condensate line (9) and the main steam line (18), at least one branch (24) is provided, which is a current from the main stream of the
Kreislaufmediums abzweigt, diesen über einen Zulauf (26) zu der Verbindungsstrecke (25) , gegebenenfalls beinhaltend Förderpumpen (27), Wärmetauscher (28) und Armaturen (29), führt und über einen Ablauf (30), der in einem Zumischeintritt (32) des Circulation medium branches, this via an inlet (26) to the connecting line (25), optionally containing feed pumps (27), heat exchangers (28) and fittings (29), and via a drain (30) in a Zumischeintritt (32) of
Mischers (31) mündet, welcher den abgezweigten Strom mit dem Abdampf aus der Abdampfleitung (20) der Expansionsmaschine oder der Turbine (19), zur Verfügung gestellt über die Dampfzuleitung (33), vermischt und dieser vermischte Strom über die Mixer (31) opens, which the branched stream with the exhaust steam from the exhaust steam line (20) of the expansion machine or the turbine (19), provided via the steam supply line (33), mixed and this mixed stream over the
Dampfableitung (35) und die Kalte Abdampfleitung (21) im Steam outlet (35) and the cold exhaust pipe (21) in
Kreisprozess zurück- und weitergeführt wird (Fig. 2, Fig. 8) . Circuit process is continued and continued (Fig. 2, Fig. 8).
Weiters ist die Energieumwandlungsvorrichtung dadurch Furthermore, the energy conversion device is thereby
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Dampferzeuger (4) mit Heizflächen zur Vorwärmung (14), zur Verdampfung (16) und gegebenenfalls zur Überhitzung des Kreislaufmediums aufweist und das characterized in that the device comprises a steam generator (4) with heating surfaces for preheating (14), for evaporation (16) and optionally for overheating of the circulation medium and the
Kreislaufmedium im Dampferzeuger unterkritisch betrieben wird ( Fig . 2 , Fig . 8 ) ; dass die Vorrichtung einen Dampferzeuger (4) mit Heizflächen zur Vorwärmung (14) und zur Nachwärmung (16) des Kreislaufmediums aufweist und das Kreislaufmedium im Dampferzeuger überkritisch betrieben wird (Fig. 2); dass die Speiseleitung (11) an die Kesselspeiseleitung (13), gegebenenfalls über eine Armatur und oder eine Abzweigung (24a) , schließt (Fig. 8, Fig. 2); dass die Anzahl der Abzweigungen (24) größer ist als die Anzahl der Mischer (31) (Fig. 2, Fig. 8); dass mindestens ein Mischer, vorzugsweise der Mitteldruck- Mischer (31MD), zwei oder mehrere Zumischeintritte, vorzugsweise die beiden Zumischeintritte (32 b und 32 c) , aufweist (Fig. 2, Fig . 8 ) ; dass der Mischer (31) eine Düse oder eine Düsengruppe (34) aufweist, mit welcher der abgezweigte Strom in das Innere des Mischers eingebracht wird (Fig. 4); dass der Mischer (31) Füllkörper (36) aufweist, welche über die Verrieselungseinrichtung (37) mit dem abgezweigten Strom Circulation medium is operated subcritically in the steam generator (Fig. 2, Fig. 8); the device has a steam generator (4) with heating surfaces for preheating (14) and for reheating (16) the circulating medium and the circulating medium in the steam generator is operated supercritically (FIG. 2); that the feed line (11) to the boiler feed line (13), optionally via a valve and or a branch (24a) closes (Figure 8, Fig. 2); the number of branches (24) is greater than the number of mixers (31) (Figures 2, 8); in that at least one mixer, preferably the medium-pressure mixer (31MD), has two or more admixed inlets, preferably the two admixed inlets (32 b and 32 c) (FIGS. 2, 8); in that the mixer (31) has a nozzle or a nozzle group (34) with which the branched stream is introduced into the interior of the mixer (FIG. 4); in that the mixer (31) has filling bodies (36) which, via the sprinkling device (37), are connected to the diverted stream
berieselt werden (Fig. 5); dass dem Mischer (31) ein Flüssigkeitsabscheider (40) be sprinkled (Figure 5); in that the mixer (31) has a liquid separator (40)
nachgeschaltet ist (Fig. 6); dass dem Mitteldruck- Mischer (31MD), gegebenenfalls mit dem nachgeschalteten Flüssigkeitsabscheider (40), eine Mitteldruck- Turbine (19MD) nachgeschaltet ist (Fig. 2, Fig. 8); dass dem Niederdruck- Mischer (31ND) der Abdampfkondensator (8) nachgeschaltet ist (Fig. 2, Fig. 8); dass der Wärmetauscher (28ND) in der Verbindungsstrecke (25ND) zum Niederdruck- Mischer (31ND) die Wärme außerhalb des is connected downstream (Figure 6); that the medium-pressure mixer (31MD), optionally with the downstream liquid separator (40), a medium-pressure turbine (19MD) is connected downstream (Fig. 2, Fig. 8); that the low-pressure mixer (31ND) downstream of the exhaust steam condenser (8) (Fig. 2, Fig. 8); that the heat exchanger (28ND) in the connection line (25ND) to the low pressure mixer (31ND) the heat outside of the
Kreisprozesses abgibt (Fig. 2, Fig. 8); dass der Wärmetauscher (28ND) in der Verbindungsstrecke (25ND) zum Niederdruck- Mischer (31ND) die Überhitzungs- und die Circuit process outputs (Fig. 2, Fig. 8); that the heat exchanger (28ND) in the connection line (25ND) to the low pressure mixer (31ND) the overheating and the
Kondensationswärme des Abdampfes der Abdampfleitung (20ND) abführt, sodass die Enthitzung und Kondensation des Abdampfes im Niederdruck- Mischer (31ND) erfolgt und aus der Kalten Dissipates condensation heat of the exhaust steam of the exhaust steam line (20ND), so that the desuperheating and condensation of the exhaust steam takes place in the low-pressure mixer (31ND) and out of the cold
Abdampfleitung (21ND) Kondensat kommt und dieses Kondensat direkt in die Kondensatleitung (9) geführt wird (Fig. 2, Fig. Evaporator line (21ND) condensate comes and this condensate is led directly into the condensate line (9) (FIG. 2, FIG.
dass eine Abzweigung (24b und/oder 24c) vor dem Ende des a branch (24b and / or 24c) before the end of the
Vorwärmers (14) erfolgt, welches durch das Erreichen der Preheater (14), which by reaching the
geringsten Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeträger und dem Kreislaufmedium charakterisiert ist (Fig. 2, Fig. 7, Fig. 8); dass Abzweigungen (24b und/oder 24c) von Verteilern und/oder Sammlern (43) des Vorwärmers (14), seiner Heizflächenpakete (42) oder seinen Verbindungsleitungen erfolgen (Fig. 7); dass Abzweigungen (24b und/oder 24c) vom Mantelraum des least temperature difference between the heat carrier and the circulating medium is characterized (Fig. 2, Fig. 7, Fig. 8); that branches (24b and / or 24c) are made by distributors and / or collectors (43) of the preheater (14), its heating surface packs (42) or its connecting lines (Figure 7); that branches (24b and / or 24c) from the mantle space of
Vorwärmers (14), bei welchem der Wärmeträger auf der Rohrseite geführt wird, erfolgen (Fig. 8); dass innerhalb der Verbindungsstrecken (25a, 25b, 25c oder 25HD) die jeweiligen Wärmetauscher (28a, 28b, 28c bzw. 28HD) von einer weiteren, externen Wärmequelle beheizt werden; dass der Wärmetauscher (28) der Verbindungsstrecke (25) vor, nach oder parallel zum Vorwärmer (14) angeordnet ist und dieser vom Strom oder Teilstrom des Wärmeträgers beheizt wird (Fig. 9); dass der Wärmetauscher (28) von einem abgezweigten Strom des Wärmeträgers beheizt wird, indem im Bereich des Vorwärmers (14) von der Wärmeträgerseite dieser abgezweigte Strom über die Preheater (14), in which the heat transfer medium is guided on the pipe side, take place (FIG. 8); in that within the connecting sections (25a, 25b, 25c or 25HD) the respective heat exchangers (28a, 28b, 28c or 28HD) are heated by a further, external heat source; the heat exchanger (28) of the connecting section (25) is arranged before, after or parallel to the preheater (14) and is heated by the flow or partial flow of the heat carrier (FIG. 9); that the heat exchanger (28) is heated by a branched-off flow of the heat carrier, by the branched off current in the region of the preheater (14) from the heat carrier side over the
Bypassabzweigung (44) und ggf. über eine Bypassklappe (45) entnommen und nach der Wärmeabgabe über die Bypass branch (44) and optionally removed via a bypass flap (45) and after the heat transfer over the
Bypassrückführleitung (46) dem Hauptstrom zugeführt wird (Fig. 10) ; dass der Durchsatz und der Zustand des Ablaufes (30) der Bypass return line (46) is supplied to the main stream (Fig. 10); that the throughput and the state of the sequence (30) of the
Verbindungsstrecke (25) durch die Förderpumpe (27), oder den Wärmetauscher (28), oder die Armatur (29) derart geregelt wird, dass der Zustand in der Kalten Abdampfleitung (21) nahe der Sättigungslinie zu liegen kommt (Fig. 3); dass der Durchsatz des Zustroms zur Verbindungsstrecke (25) über die Bypassabzweigung (44) und die Bypassregelklappe (45) derart geregelt wird, dass die Temperatur des Kreislaufmediums in der Bypassrückführleitung (46) und in der Rücklaufleitung (5) des Wärmeträgers nahezu gleich ist (Fig. 10); dass die Abzweigung (24 b und/oder 24c) an jenem Ort erfolgt, wo die Vorwärmtemperatur an dieser Abzweigung gleich oder höher ist als die DampfSättigungstemperatur in der Abdampfleitung (20MD) . Connection path (25) by the feed pump (27), or the heat exchanger (28), or the armature (29) is controlled such that the state in the cold exhaust duct (21) comes to rest near the saturation line (Figure 3). the flow rate of the inflow to the connecting section (25) is regulated via the bypass branch (44) and the bypass control flap (45) such that the temperature of the circulating medium in the bypass return line (46) and in the return line (5) of the heat carrier is almost the same ( Fig. 10); that the branch (24 b and / or 24 c) takes place at the location where the preheat temperature at this branch is equal to or higher than the steam saturation temperature in the exhaust steam line (20MD).
Die folgenden Zeichnungen erläutern den Erfindungsgedanken: The following drawings explain the concept of the invention:
Fig. 1 zeigt den bekanntgewordenen, praktizierten und bereits beschriebenen Stand der Technik bei ORC-Prozessen .  Fig. 1 shows the known, practiced and already described prior art in ORC processes.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen gemäß den darauffolgenden Zeichnungen näher erläutert:  The invention will be explained in more detail by means of embodiments according to the following drawings:
Fig. 2 zeigt ein beispielhaftes, vereinfachtes  Fig. 2 shows an exemplary, simplified
Verfahrensfließbild . Process flow diagram.
Fig. 3 zeigt das dazugehörige T(s) - Diagramm.  3 shows the associated T (s) diagram.
Die Figuren 4 bis 6 offenbaren beispielsweise Ausführungsformen für den Mischer, und  Figures 4 to 6, for example, disclose embodiments for the mixer, and
die Figuren 7 bis 10 vorteilhafte Integrationen von FIGS. 7 to 10 show advantageous integrations of
erfindungsgemäßen Merkmalen mit der Dampferzeugung . Characteristics according to the invention with the generation of steam.
Die Fig. 8 zeigt hierin ein Gesamt-Verfahrensfließbild mit einem Dampferzeuger, bei dem das Kreislaufmedium mantelseitig geführt wird .  FIG. 8 shows an overall process flow diagram with a steam generator in which the circulating medium is guided on the shell side.
Die Fig. 2 zeigt das Schema des erfindungsgemäßen Fig. 2 shows the scheme of the invention
Kreisprozesses: der erfindungsgemäße Kreisprozess hat keinen Rekuperator, jedoch sind einige Komponenten ähnlich wie im ORC- Kreisprozess gemäß dem derzeitigen Stand der Technik. Im Circular process: the cycle according to the invention has no Recuperator, however, some components are similar to the ORC cycle process of the current state of the art. in the
wärmeaufnehmenden Abschnitt, zwischen der Kondensatleitung (9) und der Frischdampfleitung (18), welche in die Turbine (19) mündet, sind jedoch ein, zwei oder mehrere Abzweigungen (24) vorgesehen, welche Ströme vom Hauptstrom des wärmeaufnehmenden Kreislaufmediums abzweigen; diese abgezweigten Ströme werden über ein, zwei oder mehrere Verbindungsstrecken (25) , bestehend aus jeweils einem Zulauf (26), ggf. Förderpumpen (27), heat receiving portion, between the condensate line (9) and the main steam line (18), which opens into the turbine (19), however, one, two or more branches (24) are provided which branch off streams from the main stream of the heat-absorbing cycle medium; These branched streams are via one, two or more connecting sections (25), each consisting of an inlet (26), possibly conveying pumps (27),
Wärmetauschern (28) und Armaturen (29) sowie jeweils einem Heat exchangers (28) and fittings (29) and one each
Ablauf (30), dem in der Abdampfleitung (20) befindlichen Abdampf einer Turbine (19) über ein, zwei oder mehreren Mischern (31) dem Hauptstrom wieder zugeführt. Der Mischer (31) hat Outlet (30), the exhaust steam located in the exhaust steam line (20) of a turbine (19) via one, two or more mixers (31) fed back to the main flow. The mixer (31) has
hauptstromseitig eine Dampfzuleitung (33) für den Abdampf und eine Dampfableitung (35) für den Kalten Abdampf; auf Seite des abgezweigten Stroms hat der Mischer in der Regel einen on the main flow side, a steam supply line (33) for the exhaust steam and a steam discharge line (35) for the cold exhaust steam; on the side of the branched stream, the mixer usually has a
Zumischeintritt (32), es können aber auch, wie im gezeigten Fall zwei (32b und 32c) sein, oder es können sogar noch mehrere Zumischeintritt (32), but it can also be, as shown in the case of two (32b and 32c), or there may be even more
Zumischeintritte sinnvoll sein. Das Verschalten der Abzweigungen und Verbindungsstrecken, bis hin zum oder zu den Mischern kann vielfältig erfolgen. Im gezeigten Fall, bei welchem die Zumischeintritte be useful. The interconnection of the branches and connecting lines, up to or to the mixers can be done in many ways. In the case shown, in which the
Gesamtexpansion in einer Hochdruck- Turbine (19HD) und einer Mitteldruck- Turbine (19MD) erfolgt, ist ein Mitteldruck- Mischer (31MD) zwischen der Abdampfleitung (20MD) und der Kalten Abdampfleitung (21MD) vorgesehen. Der signifikante Anstieg der Energieeffizienz ergibt sich daraus, dass der zugemischte abgezweigte Strom, auf Kosten der Überhitzung im Hauptstrom, vollständig verdampft, und der Mitteldruck- Turbine (19MD) ein höherer Dampfstrom zur Expansion zur Verfügung steht, was zu einer Mehrleistung an der Mitteldruck- Turbine (19MD) führt. Dieser Effekt kann dadurch gesteigert werden, indem der Total expansion in a high-pressure turbine (19HD) and a medium-pressure turbine (19MD), a medium-pressure mixer (31MD) between the exhaust steam line (20MD) and the cold exhaust steam line (21MD) is provided. The significant increase in energy efficiency is due to the fact that the mixed branched stream completely evaporates at the expense of overheating in the main stream, and a higher vapor stream for expansion is available to the medium pressure turbine (19MD), resulting in more power at the medium pressure turbine. Turbine (19MD) leads. This effect can be increased by the
abgezweigte Strom eine Vorwärmung erfährt, z. B. durch die örtliche Wahl der Abzweigung (24b und/oder 24c) innerhalb des Vorwärmers (14) . So ist es möglich, die örtliche Wahl der Abzweigung (24b und/oder 24c) so zu wählen, dass die diverted stream undergoes preheating, z. B. by the local choice of the branch (24b and / or 24c) within the preheater (14). So it is possible the local choice of Branch (24b and / or 24c) to be selected so that the
Vorwärmtemperatur an dieser Abzweigung kleiner oder gleich der DampfSättigungstemperatur in der Abdampfleitung (20MD) ist. Bei einer darüberhinausgehenden gesteigerten Vorwärmung des Preheating temperature at this branch is less than or equal to the steam saturation temperature in the exhaust steam line (20MD). In a further increased preheating of the
abgezweigten Stroms, gegebenenfalls auch durch die branched stream, possibly also by the
Inanspruchnahme eines Wärmetauschers (28), kann nach der drosselnden Armatur (29) oder im Mischer (31) selbst eine zusätzliche Entspannungsdampferzeugung stattfinden, was eine weitere Steigerung der Energieeffizienz erbringen kann. Der erfindungsgemäße Kreisprozess eignet sich auch trefflich für eine überkritische Prozessführung; bei dieser überkritischen Betriebsweise auf der Dampferzeugerseite, durch die Wahl eines entsprechenden Kreislaufmediums und des Dampferzeugerdrucks, ist die Durchlaufheizfläche (14, 15, 16) gedanklich in einem Utilization of a heat exchanger (28), can take place after the throttling valve (29) or in the mixer (31) itself an additional relaxation steam generation, which can provide a further increase in energy efficiency. The cyclic process according to the invention is also suitable for supercritical process control; in this supercritical operation on the steam generator side, by the choice of a corresponding circulation medium and the steam generator pressure, the Durchlaufheizfläche (14, 15, 16) mentally in one
Vorwärmer (14) und in einen „Nachwärmer" (16) zu unterteilen, wobei die Vorwärmung im Vorwärmer (14) thermodynamisch dort endet, wo der Temperaturabstand zwischen den Strömen des Divide preheater (14) and in a "reheater" (16), wherein the preheating in the preheater (14) thermodynamically ends where the temperature difference between the streams of
Wärmeträgers und des Kreislaufmediums am geringsten ist. Heat transfer medium and the circulation medium is the lowest.
Insgesamt erlaubt der vorgeschlagene Prozess durch die Overall, the proposed process allows through the
niedrigere Temperatur in der Kesselspeiseleitung und dem lower temperature in the boiler feed line and the
erhöhten Durchfluss im Vorwärmer eine tiefere Abkühlung der Wärmeträger und dieser Zugewinn an der übertragenen Wärme kommt der Mehrleistung an Strom zugute. Die stärkere Abkühlung des Thermalwassers führt zudem auch außerhalb des Kreisprozesses, im Gesamtprozess der geothermischen Kraftwerksanlage, zu weiteren Vorteilen . increased flow in the preheater a deeper cooling of the heat transfer and this gain in the heat transferred benefits the additional power of electricity. The stronger cooling of the thermal water also leads to additional advantages outside of the cycle, in the overall process of the geothermal power plant.
Eine zusätzliche effizienzsteigernde Maßnahme besteht darin, den überhitzten Abdampf aus der Abdampfleitung (20ND) der An additional efficiency-increasing measure is to remove the overheated exhaust steam from the exhaust steam line (20ND)
Mitteldruck- Turbine (19MD) über einen Niederdruck- Mischer (31ND) zu führen, zu enthitzen, und erst dann einen Medium pressure turbine (19MD) on a low pressure mixer (31ND) to lead, and then one
Abdampfkondensator (8), der ein Kondensator mit einer Abdampfkondensator (8), which is a capacitor with a
Wärmetauscheroberfläche ist, zuzuführen. Um diesen positiven Effekt zu erläutern, muss man die Ausgestaltung der betroffenen Apparate mit einbeziehen: mit der vorgeschlagenen Anordnung vermeidet man den schlechten Wärmeübergang des überhitzten Heat exchanger surface is to supply. To this positive To explain the effect, one must include the design of the affected apparatus: with the proposed arrangement to avoid the poor heat transfer of the overheated
Dampfes an die Wärmetauscheroberfläche, welche nur ein Steam to the heat exchanger surface, which only one
Dreißigstel (!) so hoch ist jener des kondensierenden Dampfes. Damit ist nicht nur der Aufwand der vorgeschlagenen Anordnung geringer, sondern auch der Druckabfall in den Apparaten, wobei letztliches direkt die Thermodynamik des Kreisprozesses Thirtieth (!) Is that of the condensing vapor. Thus, not only the effort of the proposed arrangement is lower, but also the pressure drop in the apparatus, the latter being directly the thermodynamics of the cycle
verbessert. Die resultierende Erhöhung der Energieeffizienz der genannten Maßnahmen kann mit 10 bis 15 % beziffert werden. Die Enthitzung im Mischer (31ND) vor dem Oberflächenkondensator kann naturgemäß gesteigert werden und auch eine (teilweise) improved. The resulting increase in energy efficiency of the above measures can be estimated at 10 to 15%. The desuperheating in the mixer (31ND) before the surface condenser can of course be increased and also a (partial)
Kondensation des Kreislaufmediums beinhalten, indem die Contain condensation of the circulating medium by the
Verbindungsstecke (25ND) einen Wärmetauscher (28ND) enthält, welcher Wärme (z. B. an die Umgebung oder auch an eine Connecting piece (25ND) contains a heat exchanger (28ND), which heat (eg. To the environment or to a
Wärmeauskopplung) abgibt; im Extremfall kann sogar die Heat extraction) releases; in extreme cases, even the
nachgeschaltete Oberflächenkondensation im Abdampfkondensator (8) entbehrlich werden. downstream surface condensation in the exhaust steam condenser (8) can be dispensed with.
In einem völlig anderen Anwendungsfall, wenn der Wärmeträger ein feuchtes Abgas, z. B. aus einer Biomasseverbrennung, ist, und durch die niedrige Kesselspeisetemperatur in Teilen des In a completely different application, when the heat carrier is a moist exhaust gas, for. B. from a biomass combustion is, and by the low boiler feed temperature in parts of the
Verdampfers auf der Wärmeträgerseite eine Abgaskondensation stattfindet, sind noch weitere Effizienzsteigerungen möglich. Evaporator takes place on the heat carrier side an exhaust gas condensation, even more efficiency increases are possible.
Der Vollständigkeit halber zeigt die Fig. 3 den For completeness, Fig. 3 shows the
erfindungsgemäßen Kreisprozess im T ( s ) -Diagramm. Dieses Diagramm zeigt zweierlei: inventive cycle in the T (s) diagram. This diagram shows two things:
Zum Einen zeigt es die thermodynamischen Eigenschaften des gewählten Kreislaufmediums, charakterisiert durch seine On the one hand, it shows the thermodynamic properties of the selected cyclic medium, characterized by its
jeweilige Temperatur T, auf der Ordinate, in Abhängigkeit von seiner spezifischen Entropie s, auf der Abszisse, und durch seinen Druck p, auf der entsprechenden Isobaren (p = const. ) ; im Nassdampfgebiet ist zusätzlich der Parameter der Dampfnässe x erforderlich, wobei x = 0 die Siedelinie und x = 1 die respective temperature T, on the ordinate, as a function of its specific entropy s, on the abscissa, and by its pressure p, on the corresponding isobaric (p = const.); in the Wet steam area additionally requires the parameter of the vapor wetness x, where x = 0 the boiling line and x = 1 the
Sattdampflinie der Sättigungslinie beschreibt. Da die Saturation line of the saturation line describes. Because the
Sattdampflinie „überhängend" ist und sich bei einer isentropen Expansion (s = const.) der Zustand des Kreislaufmediums von der Sattdampflinie entfernt, also überhitzt, handelt es sich im vorliegenden Falle und ein „trockenes" Kreislaufmedium, wie z.Saturated steam line is "overhanging" and in an isentropic expansion (s = const.) The condition of the circulating medium of the saturated steam line away, that is superheated, it is in the present case and a "dry" circulating medium, such as.
B. Pentan. Pentane.
Zum Zweiten skizziert der eingezeichnete, im Uhrzeigersinn laufende, Kurvenzug bereits die Merkmale des Kreisprozesses, mit seinen jeweiligen Zuständen (Temperatur, Druck und Entropie) des Kreislaufmediums . Secondly, the drawn, clockwise curve already outlines the characteristics of the cycle, with its respective states (temperature, pressure and entropy) of the circulation medium.
Zur Vereinfachung und wegen der Übersichtlichkeit sind die For simplicity and clarity are the
Zustände rund um den Mitteldruck- Mischer (31MD) mit nur einer einzigen Abzweigung (24c) vorgesehen und dargestellt. Der abgezweigte Strom aus der Abzweigung (24c) gelangt über den Zulauf (26c) und der Verbindungsstrecke (25c) zu ihrem Ablauf (30c), welcher in den Zumischeintritt (32c) übergeht; da - wieder vereinfachend - innerhalb dieser Verbindungsstrecke kein Wärmetauscher vorgesehen ist, bleiben die Zustände des Conditions around the medium pressure mixer (31MD) with only a single branch (24c) provided and shown. The branched stream from the branch (24c) passes via the inlet (26c) and the connecting line (25c) to its outlet (30c), which merges into the admixing inlet (32c); because - again simplistic - within this connection section no heat exchanger is provided, the states of
abgezweigten Stroms nahezu unverändert. diverted stream almost unchanged.
Das Kreislaufmedium der Kesselspeiseleitung (13) wird in den Vorwärmern (14) bis zur Siedegrenze vorgewärmt, in der The circulation medium of the boiler feed line (13) is preheated in the preheaters (14) up to the boiling limit, in the
Verbindungsleitung (15) weitergeleitet, im Verdampfer (16) verdampft und über die Frischdampfleitung (18) zur Conduit (15) forwarded, evaporated in the evaporator (16) and via the main steam line (18) for
anschließenden Expansion zur Verfügung gestellt. Die Hochdruck- Turbine (19HD) expandiert den Frischdampf auf Abdampfzustand in der Abdampfleitung (20MD) ; da es sich im gezeigten Beispiel um ein Kreislaufmedium der „trockenen" Fluidklasse handelt, überhitzt der Dampf während der Expansion. Die Überhitzung des Abdampfes aus der Mitteldruck- Abdampfleitung (20MD) wird im Mitteldruck- Mischer (31MD) durch die kontrollierte Zumischung des abgezweigten Stroms der Abzweigung (24c) , welcher über den Zulauf (26c), die Verbindungsstrecke (25c), den Ablauf (30c) und den Zumischeintritt (32c) geführt wird, maximal soweit gesenkt, sodass der Dampfzustand in der Kalten Abdampfleitung (21MD) nahe der Sattdampflinie zu liegen kommt. subsequent expansion provided. The high-pressure turbine (19HD) expands the live steam to the exhaust steam condition in the exhaust steam line (20MD); Since the example shown is a circulating medium of the "dry" fluid class, the steam overheats during the expansion.The overheating of the exhaust steam from the medium pressure exhaust steam line (20MD) is overheated Mitteldruck- mixer (31MD) by the controlled admixing of the branched stream of the branch (24c), which over the inlet (26c), the connecting line (25c), the outlet (30c) and the admixing inlet (32c) is reduced to the maximum extent so that the steam condition in the cold exhaust steam line (21MD) comes close to the saturated steam line.
Der Ort der Abzweigung der Abzweigung (24c) wurde so gewählt, dass die Vorwärmtemperatur an dieser Abzweigung gleich der The location of the diversion of the branch (24c) was chosen so that the preheat temperature at this junction equal to the
DampfSättigungstemperatur in der Abdampfleitung (20MD) ist. Steam saturation temperature in the exhaust steam line (20MD) is.
Eine neuerliche Expansion in der Mitteldruck- Turbine (19MD) führt zu dem Abdampfzustand in der Niederdruck-Abdampfleitung ( 2 OND) . A further expansion in the medium-pressure turbine (19MD) leads to the exhaust steam condition in the low-pressure exhaust steam line (2 OND).
Der Niederdruck- Mischer (31ND) bewerkstelligt die Enthitzung dieses Abdampfes aus der Niederdruck- Abdampfleitung (20ND) , ebenfalls durch das Zumischen eines abgezweigten Stroms, welcher aber aus der Kondensatleitung (9) stammt. Der abgezweigte Strom aus der Abzweigung (24ND) gelangt über den Zulauf (26ND) der Verbindungsstrecke (25ND) zu ihrem Ablauf (30ND), welcher in den Zumischeintritt (32ND) übergeht; da - wieder vereinfachend - innerhalb dieser Verbindungsstrecke kein Wärmetauscher The low-pressure mixer (31ND) manages the desuperheating of this exhaust steam from the low-pressure exhaust steam line (20ND), also by mixing in a branched-off flow, which comes from the condensate line (9). The branched stream from the branch (24ND) passes via the inlet (26ND) of the connecting line (25ND) to its outlet (30ND), which merges into the admixing inlet (32ND); there - again simplistic - within this connecting section no heat exchanger
vorgesehen ist, bleiben die Zustände des abgezweigten Stroms nahezu unverändert. Die Menge des abgezweigten Stroms wird vorzugsweise derart geregelt, sodass der Dampfzustand an der Kalten Niederdruck-Abdampfleitung (21ND) im Wesentlichen is provided, the states of the branched stream remain almost unchanged. The amount of branched stream is preferably controlled so that the vapor state on the cold low pressure exhaust stream (21ND) substantially
gesättigt ist und der Abdampfkondensator (8) überwiegend den gesättigten Dampf niederschlägt, welcher als Kondensat in der Kondensatleitung (9) wieder in den Kreislauf zurückkehrt. is saturated and the exhaust steam condensor (8) predominantly precipitates the saturated steam, which returns as condensate in the condensate line (9) back into the circulation.
Sinngemäß kann der abgezweigte Strom auch aus der Speiseleitung (11), also nach der Kondensatpumpe (10), mit einem erhöhten Druck, aus der Abzweigung (24a) abgezweigt werden; dies wurde im vorliegenden Diagramm nicht extra dargestellt, da die Kurvenzüge und Zustände nahezu ident mit denen des dargestellten Diagramms sind . Analogously, the branched stream can also be branched off from the feed line (11), ie after the condensate pump (10), at an increased pressure, from the branch (24a); This was not shown separately in the present diagram, since the curves and states are nearly identical to those of the illustrated diagram.
Neben den erwähnten energetischen Effekten der Abzweigung und Mischung ist noch ein ganz besonderer Vorteil der In addition to the mentioned energetic effects of diversion and mixing is still a very special advantage of
vorgeschlagenen Erfindung zu bemerken: durch das Zumischen können neben monovalenten Kreislaufmedien (Wasser, organische, synthetische und andere Medien) auch Kreislaufmediums- Gemische verwendet werden, welche sich bei der Wärmeaufnahme By mixing in addition to monovalent circulation media (water, organic, synthetic and other media) and Kreislaufmediums- mixtures can be used, resulting in the heat absorption
auseinanderdestillieren. Damit ist das Einsatzgebiet dieser Technologie wesentlich, um die sogenannten zeotropen Gemische, erweitert. Weiters können sogar absorptive Arbeitsstoffpaare (wie z. B. in der Technologie der Absorptionskälteanlagen) verwendet werden, bei denen es dann durch die Mischung zur apart distill. Thus, the field of application of this technology is essential to the so-called zeotropic mixtures, extended. In addition, even absorptive working substance pairs (such as in the technology of absorption refrigeration systems) can be used, where they are then mixed by the mixture
Absorption, verbunden mit einer Temperaturerhöhung, kommt; Absorption, associated with a temperature increase, comes;
dadurch wird der Mischer zwischen der Hochdruck- Turbine und der Mitteldruck- Turbine zum Zwischenüberhitzer, mit den bekannten thermodynamischen Vorteilen. This makes the mixer between the high-pressure turbine and the medium-pressure turbine the reheater, with the known thermodynamic advantages.
Die Mischer (31) können unterschiedlich ausgeführt werden, wie die nachfolgenden Beispiele zeigen: The mixers (31) can be designed differently, as the following examples show:
Fig. 4 zeigt eine Ausführung des Mischers (31), mit einer an die Abdampfleitung (20) anschließenden Dampfzuleitung (33), und einer Dampfableitung (35), die in die Kalte Abdampfleitung (21) mündet, wobei der abgezweigte Strom über den Ablauf (30) der Verbindungsstrecke (25) zum Zumischeintritt (32) des Mischers gelangt und dort über eine Düse oder eine Düsengruppe (34) in das Innere des Mischers gebracht wird. 4 shows an embodiment of the mixer (31), with a steam supply line (33) adjoining the exhaust steam line (20), and a steam outlet (35), which opens into the cold exhaust steam line (21), the branched stream being via the outlet (30) of the connecting line (25) reaches the mixing inlet (32) of the mixer and is brought there via a nozzle or a nozzle group (34) in the interior of the mixer.
Fig. 5 zeigt eine Ausführung des Mischers als Rieselapparat, mit einer Dampfzuleitung (33), einem Zumischeintritt (32), mit Fig. 5 shows an embodiment of the mixer as a trickle, with a steam supply line (33), a Zumischeintritt (32), with
Füllkörpern (36) , wobei der abgezweigte Strom über eine Verrieselungseinrichtung (37) innerhalb des Verteilraumes (38) des Mischers (31) verteilt wird und der gemischte Strom im Packages (36), wherein the branched stream via a Sprinkler (37) is distributed within the distribution space (38) of the mixer (31) and the mixed stream in the
Sammelraum (39) des Mischers (31) gesammelt und über die Collecting space (39) of the mixer (31) collected and on the
Dampfableitung (35) abgeführt wird. Steam discharge (35) is discharged.
Es können jeweils ein, zwei oder mehrere Zumischeintritte pro Mischer vorliegen. There may be one, two or more admix entries per mixer.
Wie die Fig. 6 zeigt, kann dem eigentlichen Mischer (31) auch ein Flüssigkeitsabscheider (40) zur Reduktion der Dampfnässe oder zur Verlängerung der Kontaktzeit nachgeschaltet werden. Dieser Flüssigkeitsabscheider kann z. B. als As shown in FIG. 6, the actual mixer (31) can also be followed by a liquid separator (40) for reducing the wetness or for prolonging the contact time. This liquid separator can, for. B. as
Feuchteabscheidezyklon, oder als „Demister", mit einer Packung aus Drahtgeflecht zum Auffangen von Feuchtigkeitstropfen  Moist collecting cyclone, or as a "demister", with a wire mesh packing to catch moisture drops
ausgeführt werden, wobei die allenfalls abgeschiedene be executed, with the most isolated
Flüssigkeit über einen Flüssigkeitsabfluss (41) ausgeschleust und vorzugsweise dem Hauptstrom des Prozesses zugemischt bzw. rückgeführt wird. Liquid is discharged via a liquid drain (41) and preferably added to the main stream of the process or recycled.
Die Abzweigungen können ebenfalls unterschiedlich ausgeführt werden, wie z. B. die in der Fig. 2 gezeigte Hochdruck- Abzweigung (24HD) , welche die Dampfnässe aus dem (nassen) The branches can also be performed differently, such. B. the high-pressure branch (24HD) shown in FIG. 2, which the steam wetness from the (wet)
Frischdampf abzweigt, oder Abzweigungen, die nur in der Fresh steam branches off, or branches, only in the
flüssigen Phase arbeiten (und bei denen die Zustände im working liquid phase (and in which the states in the
abgezweigten Strom stets den Zuständen im Hauptstrom an der Abzweigung gleichen) . branched stream always equal the states in the main stream at the branch).
Die Ausführungsformen der Abzweigungen hängen auch von der The embodiments of the branches also depend on the
Bauart des Dampferzeugers ab. Wird z. B. das Kreislaufmedium auf der Rohrinnenseite der Heizfläche des Dampferzeugers (4) geführt und besteht die Heizfläche aus einem durchgehenden Rohrstrang, so können die Abzweigungen z. B. als T- oder Y-Rohrabzweigungen, wie in der Fig. 2 angedeutet, ausgeführt werden; besteht hingegen die Heizfläche aus mehreren parallelgeschalteten Type of steam generator from. If z. B. the circulation medium on the tube inside the heating surface of the steam generator (4) and the heating surface consists of a continuous tubing string, the branches can z. B. as T or Y pipe branches, as indicated in Figure 2, executed; consists however, the heating surface of several parallel
Rohrsträngen, aus Heizflächenpaketen (42), die am Anfang Pipe strands, from Heizflächenpaketen (42), the beginning
Verteiler und am Ende Sammler (43) aufweisen, so kann es baulich vorteilhaft sein, die Abzweigung im Verteiler oder Sammler zu integrieren, indem diesen ein abgezweigter Strom über den Zulauf (26) zur Verbindungsstrecke (25) entnommen wird, wie in der Fig. 7 gezeigt wird. Distributor and at the end of collector (43), it may be structurally advantageous to integrate the branch in the manifold or collector by these a branched stream via the inlet (26) is removed to the connecting line (25), as shown in FIG. 7 is shown.
Wird, in Gegensatz dazu, der Wärmeträger rohrseitig und das Kreislaufmedium mantelseitig geführt, wie in der Fig. 8 gezeigt, so sind die Abzweigungen (24b und 24c) am Mantel des Vorwärmers (14), in Form von Entnahmestutzen, ausgebildet. Der If, in contrast to this, the heat carrier is guided on the tube side and the circulation medium on the jacket side, as shown in FIG. 8, then the branches (24b and 24c) are formed on the jacket of the preheater (14), in the form of removal nozzles. Of the
verfahrenstechnische Informationsgehalt dieses Schaltbildes entspricht dem des Schaltbildes der Fig. 2, mit der procedural information content of this diagram corresponds to that of the circuit diagram of Fig. 2, with the
Vereinfachung, dass bei den „nur" die Abzweigungen (24ND, 24b und 24c) , mit den dazugehörigen Verbindungsstrecken (25ND, 25b und 25c) vorgesehen und dargestellt sind; dieses Schaltbild steht im Einklang mit dem Erfindungsgedanken, wonach mindestens eine Abzweigung, mindestens eine Verbindungsstecke und Simplification that in the "only" the branches (24ND, 24b and 24c), with the associated connecting lines (25ND, 25b and 25c) are provided and shown, this diagram is in accordance with the idea according to which at least one branch, at least one Connecting pieces and
mindestens ein Mischer vorgesehen ist. at least one mixer is provided.
In jedem Fall ist der Mehraufwand gering, um die In any case, the extra effort is low to the
erfindungsgemäßen Abzweigungen zu bewerkstelligen, sodass es durchaus sinnvoll sein kann, im erfindungsgemäßen Kreisprozess mehr Abzweigungen als Mischer vorzusehen. According to the invention branches to accomplish, so it may well be useful to provide more branches than mixers in the cycle according to the invention.
Die Fig. 9 zeigt eine Variante, insbesondere zur Fig. 7. Es kann nämlich baulich und betrieblich vorteilhaft sein, wenn der Fig. 9 shows a variant, in particular to Fig. 7. It may in fact structurally and operationally advantageous if the
Wärmetauscher (28) der Verbindungsstrecke (25) mit einem Heat exchanger (28) of the connecting path (25) with a
abgezweigten Strom des Wärmeträgers innerhalb des Dampferzeugers (4) beheizt wird und der Wärmetauscher (28), aus der Sicht des Wärmeträgers, also z. B. des Thermalwassers, parallel zum diverted stream of the heat carrier within the steam generator (4) is heated and the heat exchanger (28), from the perspective of the heat carrier, ie z. B. of thermal water, parallel to
Vorwärmer (14), oder in Serie zu dem Vorwärmer oder auch Preheater (14), or in series with the preheater or else
zwischen Vorwärmerteilen (14a, 14b, 14c), oder auch ineinander verschachtelt (in Form eines „Gemischten Heizflächenbündels") geschaltet ist. Wie die Fig. 9 zeigt, wird beispielsweise der abgezweigte Strom des Kreislaufmediums in der Abzweigung (24) vor der Kondensatpumpe (10) entnommen, mit der Förderpumpe (27) zum Wärmetauscher (28) geführt, und über eine Armatur (29) zum Ablauf (30) der Verbindungsstrecke (25) gebracht. Der Ablauf (30) der Verbindungsstrecke (25) ist dabei vorteilhafterweise mit dem Mitteldruck- Mischer (31MD) verbunden. between preheater parts (14a, 14b, 14c), or also into one another As shown in Fig. 9, for example, the branched stream of the circulation medium in the branch (24) before the condensate pump (10) is removed, with the feed pump (27) to the heat exchanger ( 28), and brought via a fitting (29) to the outlet (30) of the connecting section (25) .The outlet (30) of the connecting section (25) is advantageously connected to the medium-pressure mixer (31MD).
Fig. 10 zeigt eine Variante von Fig. 9, mit dem gleichen Fig. 10 shows a variant of Fig. 9, with the same
thermodynamischen Effekt und den gleichen Erfindungsmerkmalen. Hier ist der Wärmetauscher (28) allerdings außerhalb des thermodynamic effect and the same invention features. Here, however, the heat exchanger (28) outside of
Dampferzeugers (4) angeordnet und der Wärmetauscher (28) wird über einen abgezweigten Strom des Wärmeträgers („Bypassstrom") beheizt, welcher dem Dampferzeuger (4) über eine Steam generator (4) arranged and the heat exchanger (28) is heated via a branched stream of the heat carrier ("bypass stream"), which the steam generator (4) via a
Bypassabzweigung (44), und ggf. über eine Bypassregelklappe (45), entnommen wird. Das abgekühlte Wärmeträgermedium wird über die Bypassrückführleitung (46) ggf. dem Hauptstrom des Bypass branch (44), and possibly via a bypass control flap (45) is removed. The cooled heat transfer medium is via the bypass return line (46) possibly the main flow of the
Wärmeträgers hinzugeführt, wobei vorzugsweise der abgekühlte abgezweigte Strom und der abgekühlte Hauptstrom die gleiche Temperatur aufweisen. Diese Variante erlaubt eine gewisse Added heat carrier, wherein preferably the cooled branched stream and the cooled main stream have the same temperature. This variant allows a certain
Regelung zur Maximierung der Effizienz, sie ist aber, vor allem bei gasförmigen Wärmeträger (Abgase, Abluft, feuchte Gasströme) mit einem gewissen Mehraufwand verbunden. Statt einer Beheizung des Wärmetauschers (28) über den Bypassstrom kann die Beheizung auch über eine weitere, externe Wärmequelle erfolgen. Legende : Control to maximize efficiency, but it is associated with some extra effort, especially in gaseous heat transfer (exhaust gases, exhaust air, humid gas streams). Instead of heating the heat exchanger (28) via the bypass flow, the heating can also take place via a further, external heat source. Legend :
1. Produktionsbohrung (Wärmequelle)  1. Production well (heat source)
2. Filter  2nd filter
3. Thermalwasserleitung bzw. Wärmeträgerleitung  3. Thermal water pipe or heat transfer line
4. Dampferzeuger  4. Steam generator
5. Rücklaufleitung  5. return line
6. Rückführpumpe  6. return pump
7. Verpressbohrung  7. injection hole
8. Abdampfkondensator (Wärmesenke)  8. Abdampfkondensator (heat sink)
9. Kondensatleitung  9. Condensate line
10. Kondensatpumpe  10. Condensate pump
11. Speiseleitung  11. Feedline
12. Rekuperator  12. Recuperator
13. Kesselspeiseleitung  13. Boiler feed line
14. Vorwärmer  14. Preheater
15. Verbindungsleitung (des Kreislaufmediums) zwischen Vorwärmer und Verdampfer bzw. Nachwärmer  15. Connecting line (of the circulation medium) between preheater and evaporator or reheater
16. Verdampfer, gegebenenfalls mit einem nachgeschalteten  16. evaporator, optionally with a downstream
Überhitzer, bzw. Nachwärmer Superheater or reheater
17. Verbindungskanal (des Wärmeträgers) zwischen Verdampfer und Vorwärmer  17. Connecting channel (of the heat carrier) between evaporator and preheater
18. Frischdampfleitung  18. live steam line
19. Expansionsmaschine oder Turbine (für die Eintrittsdrücke HD oder MD)  19. Expander or turbine (for the entry pressures HD or MD)
20. Abdampfleitung  20. exhaust steam line
21. Kalte Abdampfleitung  21. Cold exhaust steam line
22. Turbinenwelle  22nd turbine shaft
23. Generator  23. generator
24. Abzweigung  24th branch
25. Verbindungsstrecke  25. Link
26. Zulauf  26. Feed
27. Förderpumpe  27. Feed pump
28. Wärmetauscher  28. Heat exchanger
29. Armatur 30. Ablauf 29th fitting 30. Procedure
31. Mischer (für die Druckniveaus HD, MD oder ND)  31. Mixer (for the printing levels HD, MD or ND)
32. Zumischeintritt  32. Zumischeintritt
33. Dampfzuleitung  33. Steam supply
34. Düse oder Düsengruppe  34. Nozzle or nozzle group
35. Dampfableitung  35. steam discharge
36. Füllkörper  36. packing
37. Verrieselungseinrichtung  37. Sprinkler device
38. Verteilraum  38. distribution room
39. Sammelraum  39. Collection room
40. Flüssigkeitsabscheider  40. liquid separator
41. Flüssigkeitsabfluss  41. Liquid drainage
42. Heizflächenpaket  42. heating surface package
43. Verteiler bzw. Sammler  43. Distributor or collector
44. Bypassabzweigung  44. Bypass branch
45. Bypassregelklappe  45. Bypass control flap
46. Bypassrückführleitung  46. Bypass return line
HD ... Hochdruck (Frischdampfdruck) HD ... high pressure (live steam pressure)
MD ... Mitteldruck  MD ... medium pressure
ND ... Niederdruck (Abdampfdruck)  ND ... low pressure (exhaust pressure)
a, b, c, d ... mehrere Komponenten mit ähnlichen verfahrensmäßigen Aufgaben a, b, c, d ... several components with similar procedural tasks

Claims

( Patent- ) Ansprüche (Patent) claims
1. Verfahren zur Steigerung der Energieeffizienz in Clausius- Rankine-Kreisprozessen zur Nutzung von Wärme aus Wärmequellen, insbesondere mit niedrigen Temperaturniveaus, welche dem 1. A method for increasing the energy efficiency in Clausius-Rankine cycle processes for the use of heat from heat sources, especially with low temperature levels, which the
Kreisprozess zur Verfügung gestellt wird und dort in mechanische bzw. elektrische Energie umgewandelt werden, bei welcher ein Kondensat eines Kreislaufmediums über eine Kondensatleitung einer Kondensatpumpe zugeführt und durch diese druckerhöht wird, dieses Kreislaufmedium in einem Dampferzeuger unter Circular process is made available and converted there into mechanical or electrical energy, in which a condensate of a circulating medium via a condensate line fed to a condensate pump and is pressurized by this, this cycle medium in a steam generator below
Wärmeaufnahme aus der Wärmequelle verdampft sowie gegebenenfalls überhitzt und dieser Dampf über eine Frischdampfleitung einer Expansionsmaschine oder Turbine zur Erzeugung der mechanischen Energie zugeführt wird, dort expandiert und der Abdampf der Expansionsmaschine oder Turbine unter Abgabe der Restwärme außerhalb des Kreisprozesses kondensiert, dadurch Heat absorption from the heat source evaporated and optionally superheated and this steam is supplied via a steam line expansion machine or turbine for generating the mechanical energy, there expands and condenses the exhaust steam of the expansion machine or turbine with the release of residual heat outside the cycle, characterized
gekennzeichnet, dass im wärmeaufnehmenden Teil des characterized in that in the heat-absorbing portion of the
Kreisprozesses, zwischen einer Kondensatleitung (9) und einer Frischdampfleitung (18), mindestens eine Abzweigung (24) vorgesehen ist, welche einen Strom aus dem Hauptstrom des Circuit process, between a condensate line (9) and a main steam line (18), at least one branch (24) is provided, which is a current from the main stream of
Kreislaufmediums abzweigt, diesen über einen Zulauf (26) zu einer Verbindungsstrecke (25) , gegebenenfalls beinhaltend Circulating medium branches, this via an inlet (26) to a connecting line (25), optionally including
Förderpumpen (27), Wärmetauscher (28) und Armaturen (29), führt und über einen Ablauf (30), welcher in einem Zumischeintritt (32) eines Mischers (31) mündet, in welchem der abgezweigte Strom mit dem Abdampf aus einer Abdampfleitung (20) einer Feed pumps (27), heat exchangers (28) and fittings (29), and via a drain (30), which in a Zumischeintritt (32) of a mixer (31) opens, in which the branched stream with the exhaust steam from an exhaust steam line ( 20) one
Expansionsmaschine oder einer Turbine (19), zur Verfügung gestellt über eine Dampfzuleitung (33), vermischt wird und dieser vermischte Strom über eine Dampfableitung (35) und eine Kalte Abdampfleitung (21) im Kreisprozess zurück- und Expansion machine or a turbine (19), provided via a steam supply line (33), is mixed and this mixed stream via a steam outlet (35) and a cold exhaust steam line (21) in the cycle back and
weitergeführt wird (Fig. 2, Fig. 8) . is continued (Fig. 2, Fig. 8).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das2. The method according to claim 1, characterized in that the
Kreislaufmedium Wasser bzw. Dampf oder Kohlendioxid oder auch eine andere anorganische chemische Verbindung ist. Circulation medium is water or steam or carbon dioxide or other inorganic chemical compound.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das3. The method according to claim 1, characterized in that the
Kreislaufmedium Ethanol oder auch eine andere organische Circulatory medium ethanol or another organic
chemische Verbindung ist. chemical compound is.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das4. The method according to claim 1, characterized in that the
Kreislaufmedium ein synthetisches Kreislaufmedium ist. Circulatory medium is a synthetic circulatory medium.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreislaufmedium ein Gemisch ist, welches aus zwei oder mehreren Komponenten besteht. 5. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the circulation medium is a mixture which consists of two or more components.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreislaufmedium ein Gemisch mit einem erniedrigten Gefrierpunkt, also ein Frostschutzgemisch, wie z. B. Wasser und Glykol oder Ethanol, ist. 6. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the circulation medium is a mixture with a lowered freezing point, ie an antifreeze mixture, such. As water and glycol or ethanol is.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreislaufmedium eine zeotropes Gemisch ist, welches sich während der Wärmeaufnahme auseinander destilliert . 7. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the circulation medium is a zeotropic mixture which distils apart during the heat absorption.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Kreislaufmedium ein sorptives8. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the circulation medium is a sorptives
Gemisch ist, welches während der Wärmeaufnahme die Mixture, which during heat absorption the
leichterflüchtige Komponente desorbiert und während der Mischung diese absorbiert. desorbs more volatile component and absorbs it during mixing.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreislaufmedium der trockenen Klasse angehört, welche sich bei einer Expansion von dem Nassdampfgebiet entfernt. 9. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the circulation medium of the dry Belongs class, which in an expansion away from the wet steam area.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 10. The method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreislaufmedium in einem Dampferzeuger unterkritisch betrieben wird und der Claims, characterized in that the circulation medium is operated subcritically in a steam generator and the
Dampferzeuger (4) Heizflächen zur Vorwärmung (14), zur Steam generators (4) Heating surfaces for preheating (14), for
Verdampfung (16) und gegebenenfalls zur Überhitzung des Evaporation (16) and possibly to overheat the
Kreislaufmediums aufweist (Fig. 2, Fig. 8) . Circulation medium has (Fig. 2, Fig. 8).
11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 11. The method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreislaufmedium im Dampferzeuger überkritisch betrieben wird und der Dampferzeuger (4) Heizflächen zur Vorwärmung (14) und zur Nachwärmung (16) des Kreislaufmediums aufweist (Fig. 2) . Claims, characterized in that the circulation medium is operated supercritically in the steam generator and the steam generator (4) heating surfaces for preheating (14) and for reheating (16) of the circulation medium has (Fig. 2).
12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 12. The method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speiseleitung (11) an eine Kesselspeiseleitung (13), gegebenenfalls über eine Claims, characterized in that a feed line (11) to a boiler feed line (13), optionally via a
Armatur und oder eine Abzweigung (24a), schließt (Fig. 8, Fig.Armature and or a branch (24a), closes (Fig. 8, Fig. 8).
2) . 2).
13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 13. The method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Claims, characterized in that the number of
Abzweigungen (24) größer ist als die Anzahl der Mischer (31)Branches (24) is greater than the number of mixers (31)
( Fig . 2 , Fig . 8 ) . (Figures 2, 8).
14. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 14. Method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mischer, vorzugsweise der Mitteldruck- Mischer (31MD), zwei oder mehrere Zumischeintritte, vorzugsweise die beiden Zumischeintritte (32 b und 32 c) , aufweist (Fig. 2, Fig. 8) . Claims, characterized in that at least one mixer, preferably the medium-pressure mixer (31MD), two or more Zumischteintritte, preferably the two Zumischteintritte (32 b and 32 c), has (Fig. 2, Fig. 8).
15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (31) eine Düse oder eine Düsengruppe (34) aufweist, mit welcher der abgezweigte Strom in das Innere des Mischers eingebracht wird (Fig. 4) . 15. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the mixer (31) has a nozzle or a nozzle group (34), with which the branched stream is introduced into the interior of the mixer (Fig. 4).
16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 16. The method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (31) Claims, characterized in that the mixer (31)
Füllkörper (36) aufweist, welche über eine Has filling body (36) which via a
Verrieselungseinrichtung (37) mit dem abgezweigten Strom Sprinkling device (37) with the branched stream
berieselt werden (Fig. 5) . be sprinkled (Fig. 5).
17. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 17. The method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mischer (31) ein Flüssigkeitsabscheider (40) nachgeschaltet ist (Fig. 6) . Claims, characterized in that the mixer (31) a liquid separator (40) is connected downstream (Fig. 6).
18. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 18. The method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mitteldruck- MischerClaims, characterized in that the medium pressure mixer
(31MD), gegebenenfalls mit dem nachgeschalteten (31MD), if necessary with the downstream one
Flüssigkeitsabscheider (40), eine Mitteldruck- Turbine (19MD) nachgeschaltet ist (Fig. 2, Fig. 8) . Liquid separator (40), a medium-pressure turbine (19MD) is connected downstream (Fig. 2, Fig. 8).
19. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 19. Method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Niederdruck- MischerClaims, characterized in that the low pressure mixer
(31ND) ein Abdampfkondensator (8) nachgeschaltet ist (Fig. 2,(31ND) an exhaust steam condenser (8) is connected downstream (FIG. 2,
Fig . 8 ) . Fig. 8th ) .
20. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 20. The method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (28ND) in der Verbindungsstrecke (25ND) zum Niederdruck- Mischer (31ND) die Wärme außerhalb des Kreisprozesses abgibt (Fig. 2, Fig. 8) . Claims, characterized in that the heat exchanger (28ND) in the connecting path (25ND) to the low-pressure mixer (31ND), the heat outside the cycle outputs (Fig. 2, Fig. 8).
21. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (28ND) in der Verbindungsstrecke (25ND) zum Niederdruck- Mischer (31ND) die Überhitzungs- und die Kondensationswärme des Abdampfes der Abdampfleitung (20ND) abführt, sodass die Enthitzung und 21. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger (28ND) in the connecting line (25ND) to the low-pressure mixer (31ND) dissipates the superheat and the condensation heat of the exhaust steam of the exhaust steam line (20ND), so that the desuperheating and
Kondensation des Abdampfes im Niederdruck- Mischer (31ND) erfolgt und aus der Kalten Abdampfleitung (21ND) Kondensat kommt und dieses Kondensat direkt in die Kondensatleitung (9) geführt wird (Fig. 2, Fig. 8) . Condensation of the exhaust steam takes place in the low-pressure mixer (31ND) and condensate comes from the cold exhaust steam line (21ND) and this condensate is led directly into the condensate line (9) (FIGS. 2, 8).
22. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 22. Method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abzweigung (24b und/oder 24c) vor dem Ende eines Vorwärmers (14) erfolgt, welches durch das Erreichen der geringsten Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeträger und dem Kreislaufmedium charakterisiert ist (Fig. 2, Fig. 7, Fig. 8) . Claims, characterized in that a branch (24b and / or 24c) before the end of a preheater (14), which is characterized by the achievement of the lowest temperature difference between the heat carrier and the circulating medium (Fig. 2, Fig. 7, Fig . 8th) .
23. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 23. Method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abzweigungen (24b und/oder 24c) von Verteilern und/oder Sammlern (43) des Claims, characterized in that branches (24b and / or 24c) of distributors and / or collectors (43) of the
Vorwärmers (14), seiner Heizflächenpakete (42) oder seinen Preheater (14), its Heizflächenpakete (42) or his
Verbindungsleitungen erfolgen (Fig. 7) . Connecting lines take place (Fig. 7).
24. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 24. The method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abzweigungen (24b und/oder 24c) vom Mantelraum des Vorwärmers (14), bei welchem der Wärmeträger auf der Rohrseite geführt wird, erfolgen (Fig.Claims, characterized in that branches (24b and / or 24c) from the jacket space of the preheater (14), wherein the heat carrier is guided on the tube side, take place (Fig.
8) . 8th) .
25. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 25. The method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Claims, characterized in that within the
Verbindungsstrecken (25a, 25b, 25c oder 25HD) die jeweiligen Wärmetauscher (28a, 28b, 28c bzw. 28HD) von einer weiteren, externen Wärmequelle beheizt werden. Links (25a, 25b, 25c or 25HD) the respective Heat exchangers (28a, 28b, 28c and 28HD) are heated by another, external heat source.
26. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 26. Method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (28) der Verbindungsstrecke (25) vor, nach oder parallel zum Claims, characterized in that the heat exchanger (28) of the connecting path (25) before, after or parallel to
Vorwärmer (14) angeordnet ist und dieser vom Strom oder Preheater (14) is arranged and this from the stream or
Teilstrom des Wärmeträgers beheizt wird (Fig. 9) . Partial flow of the heat carrier is heated (Fig. 9).
27. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 27. Method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (28) von einem abgezweigten Strom des Wärmeträgers beheizt wird, indem im Bereich des Vorwärmers (14) von der Wärmeträgerseite dieser abgezweigte Strom über eine Bypassabzweigung (44) und ggf. über eine Bypassklappe (45) entnommen und nach der Claims, characterized in that the heat exchanger (28) is heated by a branched stream of the heat carrier by in the region of the preheater (14) from the heat carrier side this branched off stream via a bypass branch (44) and optionally via a bypass flap (45) and after the
Wärmeabgabe über eine Bypassrückführleitung (46) dem Hauptstrom zugeführt wird (Fig. 10) . Heat output via a bypass return line (46) is supplied to the main stream (Fig. 10).
28. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 28. The method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz und der Zustand des Ablaufes (30) der Verbindungsstrecke (25) durch die Förderpumpe (27), oder den Wärmetauscher (28), oder die Armatur (29) derart geregelt wird, dass der Zustand in der Kalten Claims, characterized in that the flow rate and the state of the outlet (30) of the connecting line (25) by the feed pump (27), or the heat exchanger (28), or the valve (29) is controlled such that the state in the cold
Abdampfleitung (21) nahe der Sättigungslinie zu liegen kommt ( Fig . 3 ) .  Evaporating line (21) comes to rest near the saturation line (Fig. 3).
29. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden 29. Method according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz des Claims, characterized in that the throughput of the
Zustroms zur Verbindungsstrecke (25) über die Bypassabzweigung (44) und die Bypassregelklappe (45) derart geregelt wird, dass die Temperatur des Kreislaufmediums in der Bypassrückführleitung (46) und in einer Rücklaufleitung (5) des Wärmeträgers nahezu gleich ist (Fig. 10) . Inflow to the connecting line (25) via the bypass branch (44) and the bypass control flap (45) is controlled such that the temperature of the circulating medium in the bypass return line (46) and in a return line (5) of the heat carrier is almost equal (Fig. 10) ,
30. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigung (24 b und/oder 24c) an jenem Ort erfolgt, wo die Vorwärmtemperatur an dieser Abzweigung gleich oder höher ist als die 30. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the branch (24 b and / or 24 c) takes place at the place where the preheating temperature at this branch is equal to or higher than that
DampfSättigungstemperatur in der Abdampfleitung (20MD) .  Steam saturation temperature in the exhaust steam line (20MD).
31. Energieumwandlungsvorrichtung zur Steigerung der 31. Energy conversion device for increasing the
Energieeffizienz in Clausius-Rankine-Kreisprozessen zur Nutzung von Wärme aus Wärmequellen, insbesondere mit niedrigen Energy efficiency in Clausius-Rankine cycle processes for the use of heat from heat sources, especially at low levels
Temperaturniveaus, welche dem Kreisprozess zur Verfügung Temperature levels, which are available to the cycle
gestellt wird und dort in mechanische bzw. elektrische Energie umgewandelt werden, bei welcher ein Kondensat eines is placed and converted there into mechanical or electrical energy, in which a condensate of a
Kreislaufmediums über eine Kondensatleitung einer Kondensatpumpe zugeführt und durch diese druckerhöht wird, dieses Circulation medium supplied via a condensate line to a condensate pump and is increased by this pressure, this
Kreislaufmedium in einem Dampferzeuger unter Wärmeaufnahme aus der Wärmequelle verdampft sowie gegebenenfalls überhitzt und dieser Dampf über eine Frischdampfleitung einer Circulation medium evaporated in a steam generator with heat absorption from the heat source and, where appropriate, superheated and this steam via a main steam line a
Expansionsmaschine oder Turbine zur Erzeugung der mechanischen Energie zugeführt wird, dort expandiert und der Abdampf der Expansionsmaschine oder Turbine unter Abgabe der Restwärme außerhalb des Kreisprozesses kondensiert, dadurch  Expansion machine or turbine for generating the mechanical energy is supplied, there expands and condenses the exhaust steam of the expansion machine or turbine with the release of residual heat outside the cycle, characterized
gekennzeichnet, dass im wärmeaufnehmenden Teil der characterized in that in the heat-absorbing part of
Energieumwandlungsvorrichtung, zwischen der Kondensatleitung (9) und der Frischdampfleitung (18), mindestens eine Abzweigung (24) vorgesehen ist, welche einen Strom aus dem Hauptstrom des Energy conversion device, between the condensate line (9) and the main steam line (18), at least one branch (24) is provided, which is a flow from the main stream of the
Kreislaufmediums abzweigt, diesen über einen Zulauf (26) zu der Verbindungsstrecke (25) , gegebenenfalls beinhaltend Förderpumpen (27), Wärmetauscher (28) und Armaturen (29), führt und über einen Ablauf (30), der in einem Zumischeintritt (32) des Circulation medium branches, this via an inlet (26) to the connecting line (25), optionally containing feed pumps (27), heat exchangers (28) and fittings (29), and via a drain (30) in a Zumischeintritt (32) of
Mischers (31) mündet, welcher den abgezweigten Strom mit dem Abdampf aus der Abdampfleitung (20) der Expansionsmaschine oder der Turbine (19), zur Verfügung gestellt über die Dampfzuleitung (33), vermischt und dieser vermischte Strom über die Dampfableitung (35) und die Kalte Abdampfleitung (21) im Kreisprozess zurück- und weitergeführt wird (Fig. 2, Fig. 8) . Mixer (31) opens, which the branched stream with the exhaust steam from the exhaust steam line (20) of the expansion machine or the turbine (19), provided via the steam supply line (33), mixed and this mixed stream over the Steam discharge (35) and the cold exhaust steam line (21) in the cyclic process back and forth is continued (Fig. 2, Fig. 8).
32. Energieumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Dampferzeuger (4) mit Heizflächen zur Vorwärmung (14), zur Verdampfung (16) und gegebenenfalls zur Überhitzung des Kreislaufmediums aufweist und das Kreislaufmedium im Dampferzeuger unterkritisch betrieben wird (Fig. 2, Fig. 8) . 32. Energy conversion device according to claim 31, characterized in that the device has a steam generator (4) with heating surfaces for preheating (14), for evaporation (16) and optionally for overheating of the circulation medium and the circulation medium is operated subcritically in the steam generator (FIG , Fig. 8).
33. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Dampferzeuger (4) mit Heizflächen zur Vorwärmung (14) und zur Nachwärmung (16) des Kreislaufmediums aufweist und das Kreislaufmedium im Dampferzeuger überkritisch betrieben wird (Fig. 2) . 33. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the device has a steam generator (4) with heating surfaces for preheating (14) and reheating (16) of the circulation medium and the circulation medium is operated supercritically in the steam generator (Fig. ,
34. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseleitung (11) an die Kesselspeiseleitung (13), gegebenenfalls über eine Armatur und oder eine Abzweigung (24a) , schließt (Fig. 8, Fig. 2) . 34. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the feed line (11) to the boiler feed line (13), optionally via a valve and or a branch (24a), closes (Fig. 8, Fig. 2).
35. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Abzweigungen (24) größer ist als die Anzahl der Mischer (31) (Fig. 2, Fig. 8) . 35. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the number of branches (24) is greater than the number of mixers (31) (Fig. 2, Fig. 8).
36. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mischer, vorzugsweise der Mitteldruck- Mischer (31MD), zwei oder mehrere Zumischeintritte, vorzugsweise die beiden Zumischeintritte (32 b und 32 c) , aufweist (Fig. 2, Fig . 8 ) . 36. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that at least one mixer, preferably the medium-pressure mixer (31MD), two or more Zumischteintritte, preferably the two Zumischeintritte (32 b and 32 c), has (Fig. 2, Fig. 8).
37. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (31) eine Düse oder eine Düsengruppe (34) aufweist, mit welcher der abgezweigte Strom in das Innere des Mischers eingebracht wird (Fig. 4) . 37. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the mixer (31) has a nozzle or a nozzle group (34), with which the branched stream is introduced into the interior of the mixer (Fig. 4).
38. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (31) Füllkörper (36) aufweist, welche über die Verrieselungseinrichtung (37) mit dem abgezweigten Strom berieselt werden (Fig. 5) . 38. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the mixer (31) filler (36) which are sprinkled via the sprinkler (37) with the branched stream (Fig. 5).
39. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mischer (31) ein Flüssigkeitsabscheider (40) 39. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the mixer (31) has a liquid separator (40)
nachgeschaltet ist (Fig. 6) . is connected downstream (Fig. 6).
40. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mitteldruck- Mischer (31MD), gegebenenfalls mit dem nachgeschalteten Flüssigkeitsabscheider (40), eine Mitteldruck- Turbine (19MD) nachgeschaltet ist (Fig. 2, Fig. 8) . 40. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the medium-pressure mixer (31MD), optionally with the downstream liquid separator (40), a medium-pressure turbine (19MD) is connected downstream (Fig. 2, Fig. 8).
41. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Niederdruck- Mischer (31ND) der Abdampfkondensator (8) nachgeschaltet ist (Fig. 2, Fig. 8) . 41. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the low-pressure mixer (31ND) of the exhaust steam condenser (8) is connected downstream (Fig. 2, Fig. 8).
42. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (28ND) in der Verbindungsstrecke (25ND) zum Niederdruck- Mischer (31ND) die Wärme außerhalb des 42. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized that the heat exchanger (28ND) in the connection line (25ND) to the low pressure mixer (31ND) the heat outside of the
Kreisprozesses abgibt (Fig. 2, Fig. 8) . Circuit process outputs (Fig. 2, Fig. 8).
43. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (28ND) in der Verbindungsstrecke (25ND) zum Niederdruck- Mischer (31ND) die Überhitzungs- und die 43. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the heat exchanger (28ND) in the connecting line (25ND) to the low-pressure mixer (31ND) the superheat and the
Kondensationswärme des Abdampfes der Abdampfleitung (20ND) abführt, sodass die Enthitzung und Kondensation des Abdampfes im Niederdruck- Mischer (31ND) erfolgt und aus der Kalten Dissipates condensation heat of the exhaust steam of the exhaust steam line (20ND), so that the desuperheating and condensation of the exhaust steam takes place in the low-pressure mixer (31ND) and out of the cold
Abdampfleitung (21ND) Kondensat kommt und dieses Kondensat direkt in die Kondensatleitung (9) geführt wird (Fig. 2, Fig. Evaporating line (21ND) condensate comes and this condensate is led directly into the condensate line (9) (Fig. 2, Fig.
44. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abzweigung (24b und/oder 24c) vor dem Ende des 44. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that a branch (24b and / or 24c) before the end of
Vorwärmers (14) erfolgt, welches durch das Erreichen der Preheater (14), which by reaching the
geringsten Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeträger und dem Kreislaufmedium charakterisiert ist (Fig. 2, Fig. 7, Fig. 8) . lowest temperature difference between the heat carrier and the circulating medium is characterized (Fig. 2, Fig. 7, Fig. 8).
45. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abzweigungen (24b und/oder 24c) von Verteilern und/oder Sammlern (43) des Vorwärmers (14), seiner Heizflächenpakete (42) oder seinen Verbindungsleitungen erfolgen (Fig. 7) . 45. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that branches (24b and / or 24c) of distributors and / or collectors (43) of the preheater (14), its Heizflächenpakete (42) or its connecting lines carried out (Fig ).
46. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abzweigungen (24b und/oder 24c) vom Mantelraum des 46. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that branches (24b and / or 24c) from the shell space of the
Vorwärmers (14), bei welchem der Wärmeträger auf der Rohrseite geführt wird, erfolgen (Fig. 8) . Preheater (14), in which the heat transfer medium is guided on the tube side, take place (FIG. 8).
47. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Verbindungsstrecken (25a, 25b, 25c oder 25HD) die jeweiligen Wärmetauscher (28a, 28b, 28c bzw. 28HD) von einer weiteren, externen Wärmequelle beheizt werden. 47. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that within the connecting sections (25a, 25b, 25c or 25HD) the respective heat exchangers (28a, 28b, 28c and 28HD) are heated by a further, external heat source.
48. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (28) der Verbindungsstrecke (25) vor, nach oder parallel zum Vorwärmer (14) angeordnet ist und dieser vom Strom oder Teilstrom des Wärmeträgers beheizt wird (Fig. 9) . 48. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the heat exchanger (28) of the connecting line (25) before, after or parallel to the preheater (14) is arranged and this is heated by the stream or partial flow of the heat carrier (Fig ).
49. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (28) von einem abgezweigten Strom des Wärmeträgers beheizt wird, indem im Bereich des Vorwärmers (14) von der Wärmeträgerseite dieser abgezweigte Strom über die 49. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the heat exchanger (28) is heated by a branched stream of the heat carrier by in the region of the preheater (14) from the heat carrier side of this branched stream over the
Bypassabzweigung (44) und ggf. über eine Bypassklappe (45) entnommen und nach der Wärmeabgabe über die Bypass branch (44) and optionally removed via a bypass flap (45) and after the heat transfer over the
Bypassrückführleitung (46) dem Hauptstrom zugeführt wird (Fig. 10) .  Bypass return line (46) is supplied to the main stream (Fig. 10).
50. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz und der Zustand des Ablaufes (30) der 50. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the throughput and the state of the sequence (30) of the
Verbindungsstrecke (25) durch die Förderpumpe (27), oder den Wärmetauscher (28), oder die Armatur (29) derart geregelt wird, dass der Zustand in der Kalten Abdampfleitung (21) nahe der Sättigungslinie zu liegen kommt (Fig. 3) . Connecting line (25) by the feed pump (27), or the heat exchanger (28), or the valve (29) is controlled such that the state in the cold exhaust steam line (21) comes to rest near the saturation line (Fig. 3).
51. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz des Zustroms zur Verbindungsstrecke (25) über die Bypassabzweigung (44) und die Bypassregelklappe (45) derart geregelt wird, dass die Temperatur des Kreislaufmediums in der Bypassrückführleitung (46) und in der Rücklaufleitung (5) des Wärmeträgers nahezu gleich ist (Fig. 10) . 51. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the throughput of the inflow to the connecting line (25) via the bypass branch (44) and the bypass control flap (45) are regulated in such a way that the temperature of the circulation medium in the bypass return line (46) and in the return line (5) of the heat carrier is almost identical (FIG. 10).
52. Energieumwandlungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigung (24 b und/oder 24c) an jenem Ort erfolgt, wo die Vorwärmtemperatur an dieser Abzweigung gleich oder höher ist als die DampfSättigungstemperatur in der Abdampfleitung (20MD) . 52. Energy conversion device according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the branch (24 b and / or 24 c) takes place at the location where the preheating temperature at this branch is equal to or higher than the steam saturation temperature in the exhaust steam line (20MD).
EP19730251.6A 2018-05-29 2019-05-28 Method and device for converting thermal energy into mechanical or electrical energy Withdrawn EP3704356A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA154/2018A AT521050B1 (en) 2018-05-29 2018-05-29 Process for increasing energy efficiency in Clausius-Rankine cycle processes
PCT/AT2019/060179 WO2019227117A1 (en) 2018-05-29 2019-05-28 Method and device for converting thermal energy into mechanical or electrical energy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3704356A1 true EP3704356A1 (en) 2020-09-09

Family

ID=66857589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19730251.6A Withdrawn EP3704356A1 (en) 2018-05-29 2019-05-28 Method and device for converting thermal energy into mechanical or electrical energy

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3704356A1 (en)
AT (1) AT521050B1 (en)
WO (1) WO2019227117A1 (en)

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH665451A5 (en) * 1983-07-19 1988-05-13 Bbc Brown Boveri & Cie METHOD FOR CLEANING AND DEGASSING THE CONDENSATE / FEED WATER IN A CIRCUIT OF A POWER GENERATION SYSTEM.
US5531073A (en) * 1989-07-01 1996-07-02 Ormat Turbines (1965) Ltd Rankine cycle power plant utilizing organic working fluid
DE4409197A1 (en) * 1994-03-17 1995-09-21 Siemens Ag Method and device for solar steam generation
US5555731A (en) 1995-02-28 1996-09-17 Rosenblatt; Joel H. Preheated injection turbine system
US7185736B2 (en) * 2003-08-25 2007-03-06 Fisher Controls International Llc. Aerodynamic noise abatement device and method for air-cooled condensing systems
WO2008125827A2 (en) * 2007-04-13 2008-10-23 City University Organic rankine cycle apparatus and method
US8544274B2 (en) 2009-07-23 2013-10-01 Cummins Intellectual Properties, Inc. Energy recovery system using an organic rankine cycle
US8752381B2 (en) * 2010-04-22 2014-06-17 Ormat Technologies Inc. Organic motive fluid based waste heat recovery system
US9074491B2 (en) * 2012-09-05 2015-07-07 General Electric Company Steam cycle system with thermoelectric generator
DE102012220188B4 (en) 2012-11-06 2015-05-13 Siemens Aktiengesellschaft Integrated ORC process on intercooled compressors to increase efficiency and reduce required drive power by utilizing waste heat
EP3118424B1 (en) 2015-07-16 2020-05-20 Orcan Energy AG Control of orc processes by injection of un-vaporized fluids
DE102015118098A1 (en) * 2015-10-23 2017-04-27 Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe Gmbh Process for feedwater preheating a steam generator of a power plant
MX2018014295A (en) * 2016-06-17 2019-03-14 Siemens Ag Condensate recirculation.

Also Published As

Publication number Publication date
AT521050A4 (en) 2019-10-15
WO2019227117A1 (en) 2019-12-05
AT521050B1 (en) 2019-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60033738T2 (en) Device for humidifying and heating fuel gas
DE102008037410B4 (en) Combined cycle and method using supercritical steam
WO2009027302A2 (en) Method and device for converting thermal energy into mechanical energy
DE19645322A1 (en) Combined power plant with a once-through steam generator as a gas turbine cooling air cooler
AT517535B1 (en) Steam power plant
EP2187051A1 (en) Method and device for intermediate heating in a solar thermal power plant with indirect steam
WO2008067855A2 (en) Method and apparatus for increasing the performance and efficiency of an orc power plant process
EP2423465A2 (en) Method for operating a steam turbine power plant and device for generating steam
EP2021634A2 (en) Conversion of heat into mechanical energy by means of a jet compressor
DE19916684C2 (en) Process for heat transformation using a vortex unit
EP1870646B1 (en) Method and device for recovery of condensation heat from a thermodynamic cyclical process
DE102012110579B4 (en) Plant and process for generating process steam
DE10055202A1 (en) Electrical generation steam cycle with increased efficiency, branches off working fluid and condenses it for cooling during expansion process
DE102016112601A1 (en) Device for power generation according to the ORC principle, geothermal system with such a device and operating method
EP3232023A1 (en) Method and installation for energy conversion of pressure energy to electrical energy
AT521050B1 (en) Process for increasing energy efficiency in Clausius-Rankine cycle processes
EP0794320A1 (en) Apparatus and process for the production of energy
WO2014086637A1 (en) Method and apparatus for converting energy and obtaining water
EP1270877B1 (en) Heat transformation with repressurization
DE4025023A1 (en) METHOD FOR EVAPORATING LIQUID NATURAL GAS
DE102016104538B3 (en) Thermal steam power plant with improved waste heat recovery and method of operation thereof
DE102006043409A1 (en) Electricity generation in the base load range with geothermal energy
WO1995025880A1 (en) Process for operating a waste heat steam generator and waste heat steam generator so operated
DE102013223661B4 (en) Method and device for energy conversion
DE102011106423B4 (en) Working method of a sorption plant for the two-substance mixture ammonia and water

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20200605

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20220725

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20221206