KR102615752B1 - 통합 orc를 구비한 구동 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내연 기관에서, 열 공정 장치의 폐열을 활용하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 내연 기관에서, 열 공정 장치의 열 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하기 위한 제 1 열 교환기; 열 유동에 대해 제 1 열 교환기의 하류에 배열되고, 열 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하기 위한 제 2 열 교환기; 특히 유기 랭킨 순환 장치에서, 열 전달 매체로부터 열역학적 순환 장치의 작동 매체로 열을 전달하기 위한 제 3 열 교환기와, 작동 매체의 유동에 대해 제 2 열 교환기의 상류에 배열되고 열 전달 매체에서 작동 매체로 열을 전달하기 위한 제 4 열 교환기를 갖는 열역학적 순환 장치; 를 포함하되, 제 3 열 교환기에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위해 적어도 부분적으로 제 1 열 교환기에 공급될 수 있고, 제 4 열 교환기에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위해 적어도 부분적으로 제 2 열 교환기에 공급될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 제 2 또는 제 4 열 교환기를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동을 제어하기 위한 수단을 포함한다. 더욱이, 본 발명은 특히 내연 기관의 열 공정 장치의 폐열을 이용하기 위한 상응하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 내연 기관에서, 열 공정 장치의 폐열을 활용하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 내연 기관에서, 상기 장치는 열 공정 장치의 열 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하기 위한 제 1 열 교환기; 열 유동에 대해 제 1 열 교환기의 하류에 배열되고, 열 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하기 위한 제 2 열 교환기; 특히 유기 랭킨 순환(ORC) 장치에서, 열 전달 매체로부터 열역학적 순환 장치의 작동 매체로 열을 전달하기 위한 제 3 열 교환기와, 작동 매체의 유동에 대해 제 3열 교환기의 상류에 배열되고 열 전달 매체에서 작동 매체로 열을 전달하기 위한 제 4 열 교환기를 갖는 열역학적 순환 장치;를 포함하되, 제 3 열 교환기에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위해 적어도 부분적으로 제 1 열 교환기에 공급될 수 있고, 제 4 열 교환기에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위해 적어도 부분적으로 제 2 열 교환기에 공급될 수 있다. 또한, 본 발명은 상응하는 방법을 참조한다.
열 공정 장치의 열 공정에서, 예를 들어, 열 공정 장치의 특정 요소의 마모를 방지하거나 우수한 기능을 보장하기 위하여 열 공정 장치의 특정 영역의 온도에 관한 요구 사항이 있을 수 있다. 열 순환 공정 장치(예를 들어 ORC 장치)를 작동하고 전기 또는 기계적 에너지를 생성하기 위하여 열 교환기를 통해 열 공정 장치로부터 폐열을 사용하는 경우, 특정 영역에 항상 지정된 최소 온도가 있어야 한다는 요구 사항이 있을 수 있다. 반면 열 교환기는 가능한 한 많은 폐열을 사용해야 한다. 이것은 배기 가스 열 교환기의 다음 예에서 더 자세히 설명된다.
전기 에너지를 생성하기 위해 내연 기관(예를 들어 디젤 엔진)의 배기 가스에서 ORC 시스템으로 입력되는 열의 치수를 측정할 때, 예를 들어, 일반적으로 배기 가스 열 교환기(EGHE)와 관련하여 기본적으로 다음과 같은 두 가지 제한 범위가 있다. 시스템이 공칭 작동에서 최대 냉각을 위해 설계된 경우, 배기 가스의 온도가 낮은 부하에서 최소 온도 이하로 떨어지고, 이로 인해 배기 가스 구성 요소가 응축되어, 결과적으로 EGHE의 부식 및 오염(예를 들면 그을음 형성을 통해)이 발생한다. 이것은 바이오 가스나 중유와 같은 고농도의 유황 연료 또는 불완전 연소에 특히 문제가 된다. 반면에 시스템이 최소 온도 이하로 떨어지지 않도록 설계된 경우, 공칭 작동에서 허용된 한계까지 냉각되지 않으므로, 따라서 대부분의 작동 시간 동안 전체 배기 가스 전위가 사용되지 않아서 시스템 효율성의 감소로 이어지게 된다. 이것은 EGHE가 선박의 연소 엔진과 같은 비정상 공정에 결합된 경우 특히 중요하다. 그러나, 본 발명은 이러한 적용 사례에 한정되지 않고 정상 공정 및 연소 엔진 이외의 열원에도 유용하게 적용될 수 있다.
변경 불가능하고 구조적으로 결정된 EGHE 영역으로 인해, EGHE는 일반적으로 특정 적용을 위해 설계되어야 한다. 다른 엔진에는 다른 EGHE를 사용해야 한다. 이것은 높은 수준의 표준화와 공통 부품의 사용을 방해하지만, 그러나 그것이 목표로 하는 것이다.
동시에 ORC 시스템이 고장 나더라도 EGHE에 의해 도입된 열이 소산될 수 있도록 해야 한다. 특히 내연 기관을 구동 목적으로 사용하거나 지속적인 전력 생산을 위해 사용하는 경우, 구성 요소의 비상 실행 기능에 대한 엄격한 요구 사항이 있다. 이러한 이유로 ORC 시스템은 ORC 시스템 또는 구성 요소가 고장이 나더라도 드라이브의 기능이 손상되지 않는 그러한 방식으로 설계되어야 한다. 펌프와 같은 회전 기계는 특히 마모 및 고장에 취약한 구성 요소이므로, 항상 반복 또는 중복으로 설계된다. 이로 인해 전체 비용이 증가하게 된다.
본 발명의 목적은 적어도 부분적으로 언급된 단점을 극복하는 것이다.
이 목적은 청구항 1에 따른 장치에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 내연 기관에서, 열 공정 장치의 폐열을 활용하기 위한 장치는, 특히 내연 기관에서, 열 공정 장치의 열 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하기 위한 제 1 열 교환기; 열 유동에 대해 제 1 교환기의 하류에 배열되고, 열 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하기 위한 제 2 열 교환기; 특히 유기 랭킨 사이클 장치에서, 열전달 매체로부터 열역학적 순환 장치의 작동 매체로 열을 전달하기 위한 제 3 열 교환기와 작동 매체의 유동에 대해 제 3 열 교환기의 상류에 배열되고 열 전달 매체로부터 작동 매체로 열을 전달하기 위한 제 4 열 교환기를 갖는 열역학적 순환 장치; 를 포함하되, 제 3 열 교환기에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위해 적어도 부분적으로 제 1 열 교환기에 공급될 수 있고 제 4 열 교환기에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위해 적어도 부분적으로 제 2 열 교환기에 공급될 수 있다. 또한, 장치는 제 2 또는 제 4 열 교환기를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동을 제어하기 위한 수단; 을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 제 2 또는 제 4 열 교환기를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동을 제어하는 수단의 도움으로, (예를 들어 연소 엔진의) 열 공정 장치의 변화하는 작동 조건에 대한 가변적 적응이 수행될 수 있다. 특히, 열 유동 (배기 가스 유동)에 존재하는 열을 가능한 한 잘 사용할 수 있으며, 반면에 동시에, 예를 들어, 제 1 또는 제 2 열 교환기에서 온도가 최소 온도(예를 들어 결과적으로 배기 가스의 응축으로 배기 가스 온도 이하로 떨어짐) 이하로 떨어지는 것을 피할 수 있다. 제 1 열 교환기는 제 2 열 교환기보다 상대적으로 높은 온도에서 배기 가스로부터 열을 추출한다. 따라서, 제 3 열 교환기는 제 4 열 교환기보다 상대적으로 높은 온도 수준에서 열역학적 순환 장치의 작동 매체로 열을 전달한다.
본 발명에 따른 장치는, 제 1 및 제 3 열 교환기는 제 1 펌프를 구비한 제 1 열 전달 매체 순환에 배열될 수 있고, 제 2 및 제 4 열 교환기는 제 2 펌프를 구비한 제 2 열 전달 매체 순환에 배열될 수 있으며, 제 2 열 전달 매체 순환에서 제 2 열 교환기를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동은, 특히 제 2 열 교환기를 적어도 부분적으로 브리지하기 위한 바이패스 라인 및 질량 유동의 브리지 부분을 조정하기 위한 밸브에 의해 제어될 수 있다. 이러한 방식으로 열 전달 매체를 사용한 두 개의 개별 사이클, 즉 제 1 및 제 3 열 교환기를 사용한 고온 순환과 제 2 및 제 4 열 교환기를 사용한 저온 순환이 제공된다. 두 사이클의 열 전달 매체는 동일하거나 다를 수 있다. 특히, 두 순환 모두에서 열 전달 매체는 물을 포함할 수 있다. 제 2 열 교환기를 통한 질량 유동을 제어함으로써, 예를 들어 바이패스 라인에서 열 전달 유체의 적어도 일부를 통과시킴으로써, 제 2 열 교환기에 의해 배기 가스에서 제거된 열 및/또는 제 4 열 교환기에 의해 작동 매체에 공급되는 열은 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 또 다른 발전에 의하면, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 열 교환기는 제 1 펌프를 구비한 열 전달 매체 순환에 배열될 수 있으며, 제 4 열 교환기를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동은 특히, 제 4 열 교환기를 적어도 부분적으로 브리지하기 위한 바이패스 라인 및 질량 유동의 브리지 부분을 조정하기 위한 밸브에 의해 제어할 수 있다. 열전달 매체 사이클에서 열전달 매체는 물을 포함할 수 있다. 제 4 열 교환기를 통한 질량 유동을 제어함으로써, 예를 들어 바이패스 라인에서 열 전달 유체의 적어도 일부를 통과시킴으로써, 제 4 열 교환기에 의해 배기 가스에서 제거된 열 및/또는 제 4 열 교환기에 의해 작동 매체에 공급되는 열은 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 발전에 의하면, 제 2 열 교환기의 출구와 제 1 열 교환기의 입구 사이에 연결부가 제공될 수 있으며, 이에 의해 제 2 열 교환기의 출구로부터 나오는 열 전달 매체가 제 1 열 교환기의 입구로 완전히 공급될 수 있다. 이러한 방식으로 제 1 및 제 2 열 교환기의 결합이 달성된다.
이는 제 1 및 제 2 열 교환기가 공통 하우징에 위치할 수 있다는 점에서 더욱 발전할 수 있으며, 제 2 열 교환기의 출구와 제 1 열 교환기의 입구의 연결부는 하우징내에 형성될 수 있으며, 하우징은 제 1 열 교환기에 열 전달 매체를 공급하기 위한 제 1 입구, 제 2 열 교환기에 열 전달 매체를 공급하기 위한 제 2 입구 및 제 1 열 교환기로부터 열 전달 매체를 배출하기 위한 출구를 가질 수 있다. 그 결과 제 1 및 제 2 열 교환기가 개별 구성 요소로 소형으로 설계된다. 열 전달 매체(바람직하게는 물 또는 구성된 물)에 대해 3 개의 연결부만 있기 때문에 배관의 양이 줄어든다.
본 발명에 따른 또 다른 발전에 의하면, 제 1 펌프는 제 3 열 교환기의 열 전달 매체를 위한 출구와 제 1 열 교환기의 열 전달 매체를 위한 입구 사이에 위치할 수 있으며, 그리고 제 4 열 교환기로의 열 전달 매체를 위한 분기는 제 1 펌프의 하류에 제공될 수 있다. (단일) 펌프로 열 전달 매체의 순환은 유지될 수 있다. 또한 열 전달 매체는 분기를 통해 제 4 열 교환기로 펌핑된다.
이것은 분기의 하류에 스크린이 제공되어 제 1 열 교환기의 입구에 대한 유동 저항을 생성할 수 있거나, 또는 분기와 제 4 열 교환기의 입구 사이에 펌프가 추가로 제공됨에 의한 효과로 심화 발전될 수 있다. 이러한 방식으로 열 전달 매체가 제 4 열 교환기로 전달된 다음 제 2 열 교환기로의 개선된 전달이 보장된다.
본 발명에 따른 장치의 또 다른 발전 또는 상기 발전 중 하나는, 열역학적 순환 장치는, 제 3 및 제 4 열 교환기에서 작동 매체로 전달된 열 에너지로부터 기계적 에너지를 생성하기 위하여, 특히 전기 에너지를 생성하기 위해 팽창 기계에 연결된 발전기를 구비한 팽창 기계, 팽창 기계에서 팽창된 작동 매체를 응축하기 위한 응축기, 및 작동 매체를 펌핑하기 위한 피드 펌프를 더 포함한다.
이것은 열역학적 순환 장치가, 응축기를 위한 열 전달 매체가 있는 냉각 회로, 열 전달 매체로부터 열을 제거하기 위한 냉각기, 및 열 전달 매체를 펌핑하기 위한 제 2 펌프를 더 포함하고, 열역학적 순환 장치는 냉각기를 통해 열 전달 매체 회로로부터 열을 제거하도록 브리지가 가능한 방식으로 제공될 수 있는 효과로 더욱 발전될 수 있다. 이는 열역학적 순환 공정 장치의 오작동 (예를 들어 구성 요소 중 하나의 고장) 사건에서, 열은 냉각기를 통해 내연 기관의 배기 가스에서 여전히 소산될 수 있다.
이것은 열전달 매체 회로에서 열역학적 순환 공정 장치를 브리지하기 위해, 냉각기에 냉각될 열전달 매체를 배출하기 위한 제 2 밸브를 구비한 분기 및 냉각기에서 냉각된 열전달 매체를 열전달 매체 회로에 공급하기 위한 피드가 제공될 수 있고, 그리고 냉각 회로를 차단하기 위한 제 3 밸브가 냉각 회로에 제공될 수 있는 효과로 심화 발전될 수 있다. 제 3 밸브를 사용하면 열역학적 순환 장치를 위한 냉각 회로가 중단될 수 있으며 냉각기를 통하여 열 전달 매체 회로로부터 열 전달 매체의 순환이 발생할 수 있다.
이것은 제 3 밸브가 열 전달 매체 순환으로부터 열 전달 매체에 대한 공급 지점과 배출 지점 사이의 냉각 회로에 배열될 수 있고, 바람직하게는, 제 3 밸브가 개방될 때 냉각기를 우회하는 공급 지점으로부터 배출 지점으로의 유동을 방지하기 위해 공급 지점과 배출 지점 사이에 역류 방지 밸브가 추가로 제공될 수 있는 효과로 더욱 발전될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 또 다른 발전 또는 상기 발전 중 하나는, 내연 기관에서, 열 공정 장치의 냉각 액체로부터 열 및/또는 다른 저온 열원의 열을 열역학적 순환 장치의 작동 매체로 전달하기 위한 제 5 열 교환기가 제공될 수 있고, 제 5 열 교환기는 작동 매체의 유동에 대해 제 4 열 교환기의 상류 또는 하류에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 목적은 청구항 13에 따른 방법에 의해 더욱 해결된다.
본 발명에 따른 열 공정 장치의 폐열 활용 방법은, 내연 기관에서, 열 공정 장치의 폐열 활용 방법에 있어서, 상기 방법은, 특히 내연 기관에서, 제 1 열 교환기를 사용하여 열 공정 장치의 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하는 단계; 열 유동에 대해 제 1 열 교환기의 하류에 배열되는 제 2 열 교환기를 사용하여 열 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하는 단계; 특히 유기 랭킨 순환 장치에서, 제 3 열 교환기를 사용하여 열 전달 매체로부터 열역학적 순환 공정 장치의 작동 매체로 열을 전달하는 단계, 및 작동 매체의 유동에 대해 제 3 열 교환기의 상류에 배열되는 제 4 열 교환기를 사용하여 열 전달 매체로부터 열역학적 순환 공정 장치의 작동 매체로 열을 전달하는 단계;를 포함하되, 제 3 열 교환기에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위해 적어도 부분적으로 제 1 열 교환기에 공급되고, 제 4 열 교환기에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위해 적어도 부분적으로 제 2 열 교환기에 공급되고; 그리고 상기 방법은, 제 2 또는 제 4 열 교환기를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 장점은, 달리 명시되지 않는 한 본 발명에 따른 장치의 장점에 부합한다.
본 발명에 따른 방법의 일 발전에 따르면, 제 1 및 제 3 열 교환기는 제 1 펌프와 함께 제 1 열 전달 매체 순환에 배열될 수 있고, 제 2 및 제 4 열 교환기는 제 2 펌프와 함께 제 2 열 전달 매체 순환에 배치될 수 있으며, 제 2 열 전달 매체 순환에서 제 2 열 교환기를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동은, 특히 바이패스 라인에 의해 제 2 열 교환기를 적어도 부분적으로 브리지함에 의하여, 질량 유동의 브리지 부분을 밸브로 조정함에 의하여 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 방법의 일 발전에 따르면, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 열 교환기는 제 1 펌프와 함께 열 전달 매체 사이클에 배열될 수 있고, 이에 의해 제 4 열 교환기를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동이, 특히 바이패스 라인에 의해 제 4 열 교환기를 적어도 부분적으로 브리지하고 질량 유동의 브리지 부분을 밸브로 조정함에 의하여 제어될 수 있다.
위에서 언급한 발전은 필요에 따라 개별적으로 사용하거나 서로 결합할 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 예시적인 실시 예 및 이점은 도면을 기초로 하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 실시 예는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것으로 이해된다. 또한, 아래에 설명된 특징의 일부 또는 전부가 다른 방식으로 결합될 수 있음이 이해된다.
도 1 은 본 발명에 따른 장치의 제 1 실시 예를 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시 예 를 도시한다.
도 3 은 TQ 다이어그램을 도시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 장치의 제 3 실시 예를 도시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 장치의 제 4 실시 예를 도시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 장치의 제 5 실시 예를 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시 예 를 도시한다.
도 3 은 TQ 다이어그램을 도시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 장치의 제 3 실시 예를 도시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 장치의 제 4 실시 예를 도시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 장치의 제 5 실시 예를 도시한다.
본 발명의 본질적인 특징은 치수 측정 (공칭 작업)을 제외하고 작동 중에도 질량 유동의 열 (예를 들어 배기 가스 유동의 폐열)의 최적 사용을 보장하는 것이다. 동시에 과도한 냉각으로부터 질량 유동을 보호하기 위해 최소 온도(예를 들면, 배기 가스 온도) 아래로 떨어지는 것을 방지한다. 본 발명에 따른 상호 연결은 일부 실시 예에 따르면 엔진 또는 다른 열원(예를 들어 냉각 회로)의 열 소산이 가능하도록 중복적으로 설계될 수 있고 ORC의 고장 또는 미사용 / 부분적 부하의 경우에도 보장될 수 있다.
또한, 상호 연결로 인한 추가적인 이점이 있으며, 이는 아래에서 언급되고 실시 예와 관련하여 상세하게 설명된다. 열 전위 (예를 들어 배기 가스 전위)가 완전히 활용되고 시스템 효율이 증가한다는 장점이 언급되므로, 배기 가스 열 교환기-EGHE (제 1 열 교환기)에서 배기 가스 응축 및 부식이 방지되고, 두 펌프 중 하나가 고장 나더라도 배기 가스와 엔진 냉각수에서 열이 발산될 수 있다는 점이 펌프를 중복 설계할 필요가 없는 이유이며, 이코노마이저(Eco, 제 2열 교환기)를 통한 가변 유동은 변화하는 작동 조건에 적응할 수 있도록 하며, 예를 들어 EGHE를 다른 엔진에 적합하게 만들고, 또한 오염을 증가시킴으로써 감소된 열 전달이 보상될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 제 1 실시 예를 도시한다.
제 1 실시 예(100)는 내연 기관의 배기 가스 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하기 위한 제 1 열 교환기(11) (EGHE); 배기 가스 유동에 대해 제 1 열 교환기 (11)의 하류에 배치되고, 배기 가스 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하기 위한 제 2 열 교환기(12)(Economizer, Eco); 열전달 매체로부터 열역학적 순환 장치의 작동 매체로 열을 전달하기 위한 제 3 열 교환기(13)(증발기) 및 작동 매체의 유동에 대해 제 3 열교환기(13)의 상류에 배열되고, 열 전달 매체로부터 작동 매체로 열을 전달하기 위한 제 4 열 교환기(예열기)를 포함하는 유기 랭킨 순환 (ORC) 장치(60);를 포함하되, 제 3 열 교환기(13)에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위해 적어도 부분적으로 제 1 열 교환기(11)에 공급될 수 있고, 제 4 열 교환기(14)에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위하여 적어도 부분적으로 제 2 열 교환기(12)에 공급 될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 제 2 열 교환기(12) 또는 제 4 열 교환기(14)를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동을 제어하기 위한 수단(31, 41)을 포함한다.
제 1 실시 예에 따른 장치(100)에서, 제 1 및 제 3 열 교환기(11, 13)는 제 1 펌프(21)와 함께 제 1 열 전달 매체 순환에 배열되고, 제 2 및 제 4 열 교환 기(12, 14)는 제 2 펌프(22)와 함께 제 2 열 전달 매체 순환에 배열되며, 제 2 열 전달 매체 순환에서 제 2 열 교환기(12)를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동은 제 2 열 교환기(12)를 적어도 부분적으로 우회하기 위한 우회 라인(31) 및 질량 유동의 브리지 부분(bridging portion)을 조정하기 위한 밸브(41)에 의해 제어될 수 있다.
ORC 장치(60)는 팽창 기계(61), 응축기(62) 및 피드 펌프(feed pump)(63)를 더 포함한다. 응축기(62)는 또한 냉각기(71)(예를 들어, 공기 냉각기) 및 냉각액 펌프(72)를 갖는 냉각 회로의 일부이다. 대안적으로, 응축기(62)는 또한 열을 직접 공기로 방출할 수 있다(도시되지 않음).
도 2는 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시 예를 도시한다.
제 2 실시 예(200)는 내연 기관(50)의 냉각 액체로부터 열역학적 순환 장치의 작동 매체로 열을 전달하기 위한 제 5 열 교환기(15)를 더 포함하고, 제 5 열 교환기(15)는 작동 매체의 유동에 대해 제 4 열 교환기(14)의 상류에 배열된다. 또한, 이 도면은 엔진 냉각기(51)와 함께 연소 엔진(50)에 결합된 냉각 회로를 도시하고, 여기서 냉각제는 제 5 열 교환기(15) 및 펌프(23)를 통해 분기된다. 추가 구성 요소는 도 1에 따른 제 1 실시예(100)의 구성 요소에 대응한다.
가변 유동 이코노마이저(variable flow economizer)를 통한 최적의 배기 가스 활용
제 1 및 제 2 실시 예(100, 200)에 따른 제시된 상호 연결은 가변 유동 배기 가스 이코노마이저(Eco)(12)의 특별한 특징을 갖는다. 폐열의 주요 부분은 고온 회로(HT)의 배기 가스 열 교환기(EGHE)(11)를 통해 ORC 공정에 사용가능하게 된다. 열 전달 매체로 전달된 열은 작동 매체를 증발시키기 위해 증발기(13)에서 사용된다.
저온 회로(NT)에서 열 전달 매체는 Eco(12)를 통해 흐르고 배기 가스를 설정 온도로 냉각시키고, 여기서 열은 예열기(VW)(14)로 공급된다. 배기 가스의 Eco 출구 온도가 최저 온도에 가까워지면, 3 방향 밸브(41)가 개방된다. 유체는 Eco(12)를 우회하므로, 결과적으로 열이 배기 가스에서 더 이상 추출되지 않는다. 배기 가스의 추가 냉각이 중지됨에 따라, 이 회로는 배기 가스 성분의 응축 방지 측면에서 매우 신뢰할 수 있다. Eco(12)의 물이 끓기 시작하지 않도록 하기 위하여, 최소 유동 비율이 보장될 수 있다.
이 관계를 설명하기 위해, 도 3의 T-Q 다이어그램을 참조한다.
배기 가스 출구 온도가 최소 온도 아래로 떨어질 위험이 있는 경우, Eco(12)는 물 질량 유동을 줄인다. 이것은 물 출구 온도 또는 온도 상승의 변화도를 증가시킨다. 배기 가스와 온수의 온도차는 한정된 열 교환기 표면에 의해 제한되기 때문에, 배기 가스 출구 온도는 온수 온도에 의해 제한된다. 이를 달성하기 위하여 3 방향 밸브(41)가 개방된다.
자동 오염 보상
시간이 지남에 따라, EGHE(11)에서 전달되는 열 출력 은 감소하며 이는 배기 가스 측에 증가하는 그을음 또는 먼지 퇴적물이 배기 가스에서 물로의 열 전달 U를 손상시키기 때문이다. 열 유동은 다음과 같이 계산된다.
여기서 열 출력 
, 열전달 계수 
, 표면적 
및 로그 온도 차이 
이다.
이 효과는 상호 연결에 의해 보상될 수 있다. 새로운, 오염되지 않은 상태에서 물의 최대 유동은 EGHE에 의해 제한된다. 문맥에 따르면,
여기서 열 유동 
, 질량 유동
, 특정 등압 열용량
및 온도 확산
이고, 적은 열이 전달될수록 질량 유동이 낮아진다. 오염이 증가하면, 그에 따라 최대 유동 비율이 조정될 수 있다. 즉, 열 전달 저하를 보상하기 위해 증가될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 제 3 실시 예를 도시한다.
본 발명에 따른 장치의 제 3 실시 예(400)에서, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 열 교환기(11, 12, 13, 14)는 제 1 펌프(21)와 함께 열 전달 매체 순환에 배열되고, 제 4 열 교환기(14)를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동은 제 4 열 교환기(14)를 적어도 부분적으로 브리지하기 위한 바이패스 라인(35) 및 질량 유동의 브리지 부분(bridging portion)을 조정하기 위한 밸브(45)에 의해 제어될 수 있다. 제 4 열 교환기(14)를 통한 질량 유동을 제어함으로써, 예를 들어 밸브(45)에 의해 바이패스 라인(35)에서 열 전달 매체의 질량 유동의 적어도 일부를 우회함으로써, 제 4 열 교환기(14)에 의해 작동 매체로 공급되는 열 및/또는 배기 가스로부터 제거된 열이 제어될 수 있다.
두 개의 온수 회로가 서로 연결되어 있다. 이것은 단지 하나의 온수 순환 펌프(21)가 필요하다는 장점을 갖는다. 3 방향 밸브(45)의 위치도 변경될 수 있으므로, Eco(12) 대신 예열기(VW)(14)가 우회될 수 있다. 3 방향 밸브(45)의 위치의 변경은 도 1과 2뿐만 아니라 도 4에 따른 양측 상호 연결 변형에 대해 가능하다.
이 변형에서도 마찬가지로, 엔진 작동 지점에 관계없이 전체 배기 가스 전위가 활용된다. EGHE만을 단독으로 경유하여 냉각함에 의하여 배기 가스의 최소 온도에 아직 도달하지 않은 경우, 밸브가 개방되고(완전하게 또는 부분적으로), VW(14)를 통해 흐를 수 있게 한다. 스크린(85)은 물이 3 방향 밸브(45)로 흐르도록 EGHE(11)에 대한 직렬 라인에서 유동 저항을 생성한다.
대안적으로, 3 방향 밸브 대신에, VW(14) 방향으로 질량 유동을 안내하기 위해 제어 가능한 펌프가 추가로 제공될 수 있다. 중간 회로로부터의 물은 VW(14)에 의해 추가로 냉각된 다음 Eco(12)에서 재 가열 된다. 도 5에 따른 제 4 실시 예를 참조한다.
본 발명에 따르면, Eco 입구 온도는 연도 가스가 바람직한 온도로 냉각되는 방식으로 설정된다. Eco(12)의 배기 가스 출구 온도가 목표 온도 아래로 떨어지면, 밸브 45가 개방되고, 이는 VW(14)의 우회가 점점 증가하게 한다. 더 적은 열이 ORC(60)에 결합되는 반면, Eco(12)로 유입되는 물은 더 높은 온도를 가지며, 이는 바람직하게는 배기 가스의 이슬점에 가깝다. 이것은 배기 가스의 응축을 방지한다. 3 방향 밸브(45)의 이 위치의 장점은 항상 EGHE(11)을 통한 유동이 있다는 것이다. 이것은 물의 증발을 초래하는 국부적 핫 스팟의 형성을 방지한다.
작동의 유연성
상호 연결에는 추가적인 이점이 있다. Eco에서 배기 가스의 냉각은 Eco의 온도 및 질량 유동 가변 흐름을 통해 제어할 수 있다. 이것은 공정이 각각의 열원의 각각의 배기 가스 매개 변수(온도, 질량 유동)에 조정될 수 있게 한다. 배기 가스의 열량이 더 이상 Eco 작동에 충분하지 않으면, 배기 가스 냉각은 물 입구 온도를 증가함으로써, 반면에 동시에 ORC에서 더 적은 열을 흡수함으로써 제한할 수 있다. 이는 동일하거나 더 넓은 범위의 열원(예를 들어 디젤 및 가스 엔진)이 더 작은 범위의 다른 EGHE로 덮일 수 있기 때문에 더 높은 수준의 표준화를 달성한다. 또한 열원이 고정된 지점에서 작동되어야 하는 경우 EGHE를 통해 고정된 유동을 설정할 수도 있다. 여기에서도, 고정 분할(그러나, 케이스마다 다를 수 있음)은 다양한 용량 크기의 범위를 가능하게 할 수 있다. 극단적인 경우에, 표준화된 EGHE는 모든 관련된 적용들(고정식, 비고정식 및 다양한 유형의 열원)에 적합하다. 이는 더 많은 공통 부품을 사용할 수 있으며, 물류 및 경제적 이점이 크다는 것을 의미한다.
이코노마이저를 통과하는 물의 질량 유동에 해당하는, 이코노마이저의 온수 온도를 분산시킴으로써, 배기 가스 온도와 수온 사이의 거리, 즉 온도 차이가 더 증가될 수 있다. 이것은 열 전달에 필요한 EGHE의 면적을 줄인다. 물에서 작동 매체로의 열 전달에 필요한 면적은 그 대가로 증가한다. 그러나, 증발기 및 예열기의 표면적은 EGHE보다 특히 더 유리하므로, 여전히 경제적 이점이 있다.
추가적인 개선으로, Eco 및 EGHE에 대한 열 교환기 표면은 단일 배기 가스 열 교환기에 통합될 수 있다(도 4의 점선 표시 참조). 온수 회로는 EGHE에서 3 개의 온수 연결만 요구되는 방식으로 하우징(80) 내에서 상호 연결될 수 있다. 이는 EGHE를 훨씬 더 소형으로 설계하고 배관 작업량을 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 제 4 실시 예가 도시된다.
도 4에 따른 제 3 실시 예의 변형이 제 4 실시 예(500) 로서 도 5에 도시된다.
3 방향 밸브 (및 스크린) 대신에, 열 전달(14)(예열기 VW(14))의 방향으로 질량 유동을 안내하고 계량하기 위해 제어 가능한 펌프(24)가 추가로 제공된다. 중간 회로의 물은 VW(14)에 의해 추가로 냉각된 다음 Eco(12)에서 재 가열 된다.
비 중복 구성 요소에도 불구한 중복성 / 과열 방지
구동 목적 또는 지속적인 전력 생산을 위해 내연 기관을 사용할 때 그 기능을 더 잘 보장하기 위해 상호 연결이 더욱 개선될 수 있다. ORC 시스템의 개별 구성 요소가 고장난 경우, 이것이 예를 들어 수로 또는 엔진 냉각수의 과열에 의하여, 내연 기관으로 구동되는 선박의 동작가능성으로 이어져서는 안된다. 최신 기술에 따르면, 물 중간 회로 또는 ORC 냉각 회로의 순환 펌프는 이중 펌프로 중복 설계되어야 하므로, 이는 추가 비용뿐만 아니라, 추가적인 설치 및 유지 보수 작업을 의미한다.
도 6에 의하면 제 5 실시 예(600)에 따른 상호 접속은 이러한 요구되는 비상 가동 능력을 제공한다. 동시에 표준 구성 요소(예를 들어 비 중복 펌프)가 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 온수 회로와 냉각 회로는 도면에 도시된 바와 같이 상호 연결된다. 물 회로에서 끓는 온도까지 충분한 거리를 유지되는 것이 보장되어야 한다. 유체의 끓는점은 압력 수준에 의존하므로, 따라서 온수 파이프와 그 구성 요소는 기술 상태에 따라 냉수 파이프보다 높은 압력 수준을 가지게 되고, 이는 증가된 비용과 재료에 대한 수요와 연관된다. 그러나 현재의 상호 연결은, 연결 라인으로 인해, 두 개의 물 회로가 동일하고, 더 높은 작동 압력을 위해 설계되어야 하는 분명하지 않은 방식이 필요하게 한다.
이러한 방식으로, ORC 시스템이 고장나면, 열은 ORC(60)를 지나서 전도되고 밸브(75)를 개방하여 냉각 시스템에 의해 냉각될 수 있다. 예를 들어, 온수 회로의 펌프(21)가 고장난 경우, 냉각수 회로의 펌프(72)가 이 작업을 대신 할 것이다. 차단 밸브(76) 및 개방된 3 방향 밸브(75)는 물이 재순환되지 않고 대신 열 교환기(EGHE(11) 및 Eco(12))를 통해 라우팅되어 열이 확실하게 소산되는 것을 보장한다. 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 역류 방지 밸브(77)가 여기에 제공된다.
펌프(72)가 고장난 경우에도 마찬가지이고, 이는ORC(60)의 작동이 이제 모터 작동에서 완전히 분리되기 때문이다.
제시된 실시 예는 단지 예시일뿐이며 본 발명의 전체 범위는 청구 범위에 의해 정의된다.
Claims (15)
- 열 공정 장치(50)의 폐열을 활용하기 위한 장치(100)에 있어서,
열 공정 장치(50)의 열 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하기 위한 제 1 열 교환기(11);
열 유동에 대해 제 1 열 교환기의 하류에 배열되고, 열 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하기 위한 제 2 열 교환기(12); 및
열 전달 매체로부터 열역학적 순환 장치의 작동 매체로 열을 전달하기 위한 제 3 열 교환기(13)와 작동 매체의 유동에 대해 제 3 열 교환기의 상류에 배열되고 열 전달 매체로부터 작동 매체로 열을 전달하기 위한 제 4 열 교환기(14)를 갖는 열역학적 순환 장치(60); 를 포함하되,
제 3 열 교환기에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위해 적어도 부분적으로 제 1 열 교환기에 공급될 수 있고, 제 4 열 교환기에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위해 적어도 부분적으로 제 2 열 교환기에 공급될 수 있고;
그리고 장치는,
제 2 또는 제 4 열 교환기를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동을 제어하기 위한 수단(31, 41, 22, 24, 45); 을 더 포함하고,
상기 제 1 및 제 3 열 교환기는, 제 1 펌프(21)와 함께 제 1 열 전달 매체 회로에 배열되고,
상기 제 2 및 제 4 열 교환기는, 제 2 펌프(22)와 함께 제 2 열 전달 매체 회로에 배열되고,
제 2 열 전달 매체 회로에서 제 2 열 교환기를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동은, 제 2 열 교환기를 브리지하기 위한 바이패스 라인(31) 및 질량 유동의 브리지 부분을 조정하기 위한 밸브(41)에 의해 제어 가능하고,
상기 제 4 열 교환기(14)에서 냉각된 열 전달 매체는, 가열을 위해 제 2 열 교환기(12)에 완전히 또는 부분적으로 제어 가능하게 공급되고,
열역학적 순환 장치(60)는, 작동 매체의 유동에 대해 제 4 열 교환기의 상류에 배열되어 팽창된 작동 매체를 응축하는 응축기(62)와, 응축기를 위한 열 전달 매체가 있는 냉각 회로와, 열 전달 매체로부터 열을 제거하기 위한 냉각기(71)와, 열 전달 매체를 펌핑하기 위한 냉각액 펌프(72)를 더 포함하고,
열 전달 매체 회로에서 열역학적 순환 장치(60)를 브리지하기 위해, 냉각기(71)에서 냉각될 열 전달 매체를 배출하기 위한 제 2 밸브(75)를 갖는 분기와, 냉각기(71)에서 냉각된 열 전달 매체를 열 전달 회로로 공급받기 위한 피드가 제공되고,
냉각 회로에는 냉각 회로를 차단하기 위한 제 3 밸브(76)가 제공되어, 제 2 밸브(75)가 개방되어 제 2 밸브(75)로부터 배출된 열 전달 매체가 냉각기(71)로 순환되는 경우, 제 3 밸브(76)가 냉각 회로에서의 열 전달 매체의 순환을 차단하여, 냉각된 열 전달 매체가 제1 열교환기(11) 또는 제2 열교환기(12)로 라우팅되는,
열 공정 장치의 폐열을 활용하기 위한 장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 열 교환기는 제 1 펌프(21)와 함께 열 전달 매체 회로에 배열되고, 그리고 제 4 열 교환기를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동은 제 4 열 교환기를 적어도 부분적으로 브리지하기 위한 바이패스 라인(35) 및 질량 유동의 브리지 부분(bridging portion)을 조정하기 위한 밸브(45)에 의해 제어 가능한,
열 공정 장치의 폐열을 활용하기 위한 장치. - 청구항 3에 있어서, 제 2 열 교환기의 출구와 제 1 열 교환기의 입구 사이에 연결부가 제공되고, 이에 의해 제 2 열 교환기의 출구로부터 나오는 열 전달 매체가 제 1 열 교환기의 입구로 완전히 공급될 수 있는,
열 공정 장치의 폐열을 활용하기 위한 장치. - 청구항 4에 있어서, 제 1 및 제 2 열 교환기는 공통 하우징(80)에 배열되고, 제 2 열 교환기의 출구와 제 1 열 교환기의 입구의 연결부는 하우징 내에 형성되고, 그리고 하우징은 제 1 열 교환기에 열 전달 매체를 공급하기 위한 제 1 입구, 제 2 열 교환기에 열 전달 매체를 공급하기 위한 제 2 입구, 및 제 1 열 교환기로부터 열 전달 매체를 배출하기 위한 출구를 구비한,
열 공정 장치의 폐열을 활용하기 위한 장치. - 청구항 3에 있어서, 제 1 펌프는 제 3 열 교환기의 열 전달 매체를 위한 출구와 제 1 열 교환기의 열 전달 매체를 위한 입구 사이에 배열되고, 그리고 제 4 열 교환기로의 열 전달 매체를 위한 분기는 제 1 펌프의 하류에 제공되는,
열 공정 장치의 폐열을 활용하기 위한 장치. - 청구항 6에 있어서, 분기의 하류에 스크린(85)이 제공되어 제 1 열 교환기의 입구에 대한 유동 저항을 생성하거나, 분기와 제 4 열 교환기의 입구 사이에 펌프(24)가 추가로 제공되는,
열 공정 장치의 폐열을 활용하기 위한 장치. - 청구항 1에 있어서, 열역학적 순환 장치는, 제 3 및 제 4 열 교환기의 작동 매체로 전달된 열 에너지로부터 기계적 에너지를 생성하기 위한 팽창 기계(61), 및 작동 매체를 펌핑하기 위한 피드 펌프(63)를 더 포함하는,
열 공정 장치의 폐열을 활용하기 위한 장치. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 제 3 밸브는 열 전달 매체 회로로부터 열 전달 매체를 위한 공급 지점과 배출 지점 사이의 냉각 회로에 배열되고, 제 3 밸브가 개방될 때 냉각기를 우회하는 공급 지점으로부터 배출 지점으로의 유동을 방지하기 위해 공급 지점과 배출 지점 사이에 역류 방지 플랩(flap)(77)이 추가로 제공되는,
열 공정 장치의 폐열을 활용하기 위한 장치. - 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 8, 및 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 열 공정 장치의 냉각 액체로부터 열을 열역학적 순환 장치의 작동 매체로 전달하기 위한 제 5 열 교환기(15)를 더 포함하고, 제 5 열 교환기는 작동 매체의 유동에 대해 제 4 열 교환기의 상류 또는 하류에 배치되는,
열 공정 장치의 폐열을 활용하기 위한 장치. - 열 공정 장치의 폐열 활용 방법에 있어서,
상기 방법은,
제 1 열 교환기를 사용하여 열 공정 장치의 열 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하는 단계;
열 유동에 대해 제 1 열 교환기의 하류에 배열되는 제 2 열 교환기를 사용하여 열 유동으로부터 열 전달 매체로 열을 전달하는 단계; 및
제 3 열 교환기를 사용하여, 열 전달 매체로부터 열역학적 순환 공정 장치의 작동 매체로 열을 전달하는 단계 및 작동 매체의 유동에 대해 제 3 열 교환기의 상류에 배열되는 제 4 열 교환기를 사용하여 열 전달 매체로부터 열역학적 순환 공정 장치의 작동 매체로 열을 전달하는 단계; 를 포함하되,
제 3 열 교환기에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위해 적어도 부분적으로 제 1 열 교환기에 공급되고, 제 4열 교환기에서 냉각된 열 전달 매체는 가열을 위해 적어도 부분적으로 제 2 열 교환기에 공급되고;
그리고 상기 방법은,
제 2 또는 제 4 열 교환기를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동을 제어하는 단계; 를 더 포함하고,
상기 제 1 및 제 3 열 교환기는, 제 1 펌프와 함께 제 1 열 전달 매체 회로에 배열되고,
상기 제 2 및 제 4 열 교환기는, 제 2 펌프와 함께 제 2 열 전달 매체 회로에 배열되고,
제 2 열 전달 매체 회로에서 제 2 교환기를 통해 흐르는 열 전달 매체의 질량 유동은, 바이패스 라인에 의해 제 2 열 교환기를 브리지함에 의하여, 질량 유동의 브리지 부분을 밸브로 조정함에 의하여 제어되고,
상기 제 4 열 교환기에서 냉각된 열 전달 매체는, 가열을 위해 제 2 열 교환기에 완전히 또는 부분적으로 제어 가능하게 공급되고,
그리고 상기 방법은,
열역학적 순환 장치의 응축기와 연결된 냉각 회로를 순환하는 열 전달 매체에서 냉각기를 이용하여 열을 제거하고, 냉각된 열 전달 매체를 냉각액 펌프를 이용하여 순환시켜서 응축기에 공급하고, 작동 매체의 유동에 대해 제 4 열 교환기의 상류에 배열된 응축기에서 팽창된 작동 매체를 응축하는 단계; 및
제 2 밸브가 개방되어 제 2 밸브로부터 배출된 열 전달 매체가 냉각기로 순환되는 경우, 제 3 밸브가 냉각 회로에서의 열 전달 매체의 순환을 차단하여, 냉각된 열 전달 매체가 제 1 열 교환기 또는 제 2 열 교환기로 라우팅되는 단계; 를 더 포함하고,
열 전달 매체 회로에서 열역학적 순환 장치(60)를 브리지하기 위해, 냉각기(71)에서 냉각될 열 전달 매체를 배출하기 위한 제 2 밸브(75)를 갖는 분기와, 냉각기(71)에서 냉각된 열 전달 매체를 열 전달 회로로 공급받기 위한 피드가 제공되고,
냉각 회로에는 냉각 회로를 차단하기 위한 제 3 밸브(76)가 제공되는,
열 공정 장치의 폐열 활용 방법. - 삭제
- 삭제
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010077964A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-04-08 | Sanden Corp | 内燃機関の廃熱利用装置 |
| DE102009014185A1 (de) * | 2009-03-20 | 2010-09-30 | GMK-Gesellschaft für Motoren und Kraftanlagen mbH | Vorrichtung zur Energieumwandlung nach dem ORC-Prinzip, ORC-Anlage mit einer derartigen Vorrichtung und Verfahren zur Inbetriebnahme und/oder zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6133902U (ja) * | 1984-08-02 | 1986-03-01 | 三菱重工業株式会社 | 蓄熱発電装置 |
| JPS61152916A (ja) * | 1984-12-27 | 1986-07-11 | Toshiba Corp | バイナリ−サイクル発電プラント |
| US6571548B1 (en) * | 1998-12-31 | 2003-06-03 | Ormat Industries Ltd. | Waste heat recovery in an organic energy converter using an intermediate liquid cycle |
| EP1925806B1 (de) * | 2006-11-24 | 2017-10-04 | MAHLE Behr GmbH & Co. KG | System mit einem Organic-Rankine-Kreislauf zum Antrieb zumindest einer Expansionsmaschine, Wärmetauscher zum Antrieb einer Expansionsmaschine, Verfahren zum Betreiben zumindest einer Expansionsmaschine |
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| DE102007041944B3 (de) * | 2007-09-04 | 2009-02-19 | Gesellschaft für Motoren und Kraftanlagen mbH | Vorrichtung zur Energieumwandlung, Kraft-Wärme-Kopplungsanlage mit einer derartigen Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer ORC-Anlage |
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| DE102010011737B4 (de) * | 2010-03-17 | 2012-06-06 | Henry Schwarz | Verfahren und Vorrichtung zur Energieumwandlung |
| WO2012088532A1 (en) * | 2010-12-23 | 2012-06-28 | Cummins Intellectual Property, Inc. | System and method for regulating egr cooling using a rankine cycle |
| DE102011009280A1 (de) * | 2011-01-25 | 2012-07-26 | Frank Eckert | Verfahren zur Einkopplung von Wärme aus unterschiedlichen Quellen in ORC-Anlagen |
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| US10018079B2 (en) * | 2015-01-23 | 2018-07-10 | Ford Global Technologies, Llc | Thermodynamic system in a vehicle |
| EP3159506B1 (de) * | 2015-10-21 | 2020-08-19 | Orcan Energy AG | Funktionssynergien bei der integration von orc-systemen in verbrennungskraftmotoren |
| DE102016217731A1 (de) * | 2016-09-16 | 2018-03-22 | Robert Bosch Gmbh | Abwärmerückgewinnungssystem |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010077964A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-04-08 | Sanden Corp | 内燃機関の廃熱利用装置 |
| DE102009014185A1 (de) * | 2009-03-20 | 2010-09-30 | GMK-Gesellschaft für Motoren und Kraftanlagen mbH | Vorrichtung zur Energieumwandlung nach dem ORC-Prinzip, ORC-Anlage mit einer derartigen Vorrichtung und Verfahren zur Inbetriebnahme und/oder zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung |
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