WO2009056341A2 - Vorrichtung zur energieerzeugung - Google Patents

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WO2009056341A2
WO2009056341A2 PCT/EP2008/009221 EP2008009221W WO2009056341A2 WO 2009056341 A2 WO2009056341 A2 WO 2009056341A2 EP 2008009221 W EP2008009221 W EP 2008009221W WO 2009056341 A2 WO2009056341 A2 WO 2009056341A2
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medium circuit
circuit
working
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Ulli Drescher
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GMK Gesellschaft für Motoren und Kraftanlagen mbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled

Definitions

  • the invention relates to a device for power generation according to the ORC principle according to the preamble of claim 1.
  • low-temperature heat sources for energy generation devices are preferably used according to the principle of Organic Rankine Cycle (ORC).
  • ORC Organic Rankine Cycle
  • As a working medium in contrast to energy from high-temperature heat sources, water being used as a working fluid, organic fluids, especially silicone oils, alkanes, alkenes, aromatics, (partially) halogenated hydrocarbons and others used.
  • the working fluid is selected according to the temperatures of the heat source, so that the most effective use of heat energy takes place.
  • devices which have two separate working medium circuits, wherein both circuits are connected to the heat source.
  • the two working medium circuits are connected substantially in series, so that the heating means from the heat source initially transmits a first part of the heat energy to the first working medium circuit and in the following another part of the heat energy to the second working medium circuit.
  • the heating medium first flows through the two evaporators, it reaches the two partial preheaters with a relatively low temperature, which has the disadvantage that the heating means the Operavor Anlagenr the first working fluid circuit As far as cooled flows through that the working fluid in this circuit can not be heated to the evaporation temperature.
  • the function of the preheating is therefore partially taken in addition in the first working fluid circuit of the evaporator, which is not optimally adapted to both functions (preheating and evaporation) due to its design.
  • the invention is therefore based on the object to provide a device for power generation, which causes an improved heat transfer between the heating means and the working fluid of the first working fluid circuit and thus has a higher efficiency.
  • the invention is therefore based on the idea to provide a device for generating energy according to the ORC principle with at least two, in particular three, working medium circuits, each comprising at least one capacitor, an evaporator and a Generalvortude lockerr and are coupled by a common Schuffenniklauf such a heating medium flow is supplied to the evaporators completely and to the partial preheaters proportionally, a first working medium circuit having at least one further preheater which is coupled to the heating medium circuit such that the heating medium flow is completely supplied to the further preheater.
  • the heating medium flow is essentially a fluid mass flow. Accordingly, the complete supply of the heating medium flow does not relate to an energy transfer to the working medium based on the heat content of the heating medium source, but rather says that substantially the entire mass flow of the heating medium is supplied to the further preheater, the heat content of which is generally already absorbed by the transport of the source was reduced to another preheater.
  • the term "complete supply of Schuffenstroms” does not exclude that before the further preheater part of the Schuffenstroms is diverted, provided that the effect is maintained that the first evaporator is mainly used to generate steam such that the heat energy of Heating medium as optimally delivered to the working fluid of the first working fluid circuit and used for energy production or conversion.
  • the working fluid of the first working fluid circuit is preheated by the complete mass flow of the heating means at a relatively high temperature, so that the working fluid is heated in the first working fluid circuit to the evaporation temperature.
  • the additional preheater can be adapted optimally and economically to the heat transfer between the two fluids.
  • the further preheater is arranged in the first working medium circuit between a Generalvor Anlagenr and a first evaporator.
  • This arrangement is energetically advantageous since the additional preheater only has to bridge the temperature difference between the preheating temperature of the partial preheater and the evaporation temperature to be achieved.
  • the further preheater is arranged in the heating medium circuit between the first evaporator of a first working medium circuit and the second evaporator of a second working medium circuit.
  • the further preheater comprises a plate and / or tube bundle heat exchanger.
  • Such heat exchangers allow a particularly efficient heat transfer.
  • At least one of the working medium circuits has an internal recuperator.
  • Internal recuperators have the advantage that the residual heat of the working fluid is used after power generation in the form of heat energy recovery for preheating the working fluid, whereby an increase in efficiency is achieved.
  • the working medium circuits preferably each have an engine, in particular a turbine, so that the heat energy of the heating medium flow is used in the form of mechanical energy.
  • the engines, in particular turbines can be coupled by one shaft each with a generator. As a result, the mechanical energy generated by the engine is converted into electrical energy, with multiple generators ensure high reliability.
  • At least two engines in particular turbines, can be coupled by a common shaft to a generator, whereby the maintenance and control effort, in particular with respect to the synchronization of the generator to the power grid, is minimized.
  • the working medium circuits each have different working means.
  • the different tools generally have different boiling temperatures, so that the most effective use of the heat energy of the heating medium is guaranteed.
  • the heating medium circuit has a branch with at least two branch lines downstream of the second evaporator of the second working medium circuit, wherein the branch lines are coupled to a partial preheater of the first working medium circuit and a partial preheater of the second working medium circuit.
  • the heating medium circuit has a further branch, each having at least three branch lines, which is downstream of the third evaporator of the third working medium circuit, wherein the branch lines are coupled to a Sectionvor lockerr the first working fluid circuit, a Crystalvor lockerr the second working fluid circuit and a Generalvor lockerr the third working fluid circuit.
  • the Bankschstrom can be divided after passing through the third evaporator on three working fluid circuits.
  • the invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the attached schematic drawings. Show:
  • Fig. 1 is a process diagram of a power generation apparatus according to the prior art
  • FIG. 2 shows a process diagram of a device for generating energy according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a temperature-enthalpy current diagram of a device according to the invention according to FIG. 2;
  • Fig. 4 is a process diagram of a device according to the invention according to another embodiment.
  • FIG. 1 shows a process diagram of a device for generating energy according to the prior art, wherein a first working medium circuit 10 is coupled by a common heating medium circuit 50 to a second working medium circuit 20.
  • the two working medium circuits 10, 20 have an identical structure, each with a feed pump 41, downstream in the flow direction recuperator 45, a subsequent Partvor lockerr 12, 22, each upstream of an evaporator 11, 21, an engine 43 and one each Condenser 42.
  • the working fluid in the working fluid circuits 10, 20 thus flows from the feed pump 41 to the recuperator 45, where it is heated by residual heat of the working fluid that has already produced mechanical work in the engine, and further to Partvormaschiner 12, 22, the causes a further heating of the working fluid.
  • the working fluid continues to the evaporator 11, 21 and is passed in the course in the form of steam to the engine 43.
  • the vaporous working medium performs mechanical work, whereby the steam is released and the now partially cooled working fluid flows back to the recuperator 45.
  • the recuperator 45 the residual heat energy of the working medium is used to against flowing working fluid before the supply to Partvor Anlagenr 12, 22 to heat.
  • the effluent from the engine 43 working fluid is thus further cooled in the recuperator 45 and fed to the condenser 42, where the working fluid is liquefied and recycled to the feed pump 41.
  • the working fluid first flows to the first evaporator 11 of the first working medium circuit 10, wherein heat is transferred from the heating means to the working fluid of the first working fluid circuit 10, so that the working fluid is transferred to the vaporous state.
  • the heating means is passed on to the second evaporator 21 of the second working medium circuit 20 and likewise causes evaporation of the working medium there.
  • the heating medium flow is split at the branch 51 and fed to the two partial preheaters 12, 22 of the two working medium circuits 10, 20.
  • the heating means causes heating of the working medium circuits 10, 20.
  • the cooled heating means from the two Operavormaschinern 12, 22 is brought together again and discharged.
  • FIG. 2 shows a device according to the invention for generating energy as a process circuit diagram, the structure of the device essentially corresponding to the structure according to FIG. 1.
  • the device comprises two working medium circuits 20, each of which has a feed pump 41, an internal recuperator 45, a partial preheater 12, 22, an evaporator 11, 21, an engine 43 and a condenser 42.
  • a further preheater 15 is arranged in the first working medium circuit 10 between the partial preheater 12 and the first evaporator 11 such that the working medium is conducted from the preheater 12 to the further preheater 15 and subsequently to the first evaporator 11.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for generating energy as a process circuit diagram, the structure of the device essentially corresponding to the structure according to FIG. 1.
  • the device comprises two working medium circuits 20, each of which has a feed pump 41, an internal recuperator 45, a partial preheater 12, 22, an evaporator 11, 21, an engine 43 and a con
  • the course of the heating medium circuit 50 is changed such that the heating medium after passing through the first evaporator 11 of the first working medium circuit 10 is first fed to the further preheater 15 before the heating means to the second evaporator 21 of the second working medium circuit 20th flows.
  • the Schuffenstrom is divided at the junction 51 and proportionately the two Operavor Anlagenrn 12, 22 of the both working medium circuits 10, 20, then brought together again and derived.
  • the main advantage of the arrangement of the further preheater 15 is that the further preheater 15 in this way the entire mass flow of the heating medium is supplied, whereby the energy available for heating the working fluid in the first working fluid circuit 10 energy is significantly increased.
  • the use of the complete Schuschstroms causes the heat energy of the heating medium, which is already reduced compared to the original heat energy of the heat source by the energy exchange in the first evaporator 11, sufficient to heat the working fluid of the first working medium circuit 10 to the evaporation temperature.
  • the heating up to the evaporation temperature is partially effected by the first evaporator 11, which, however, is not or can not be adapted to preheat the working fluid.
  • Fig. 3 shows a temperature / Entthalpiestrom diagram of a device according to the invention, wherein thermal water is used as an example as a heating means.
  • the heat flow of the thermal source is fixed, since the mass flow is limited.
  • the mass flow of the cooling water supplied to the condenser 42 from outside to cool the working fluid may be adjusted.
  • the thermal water cools down, while during the evaporation of the working fluid, the temperature remains constant. Accordingly, takes place in the evaporators 11, 21 an isothermal energy transfer, while in the Generalvormaschinern 12, 22 and the further preheater 15, the energy transfer is substantially isobaric.
  • a pinch point arises between the thermal water and the working medium.
  • the pinch point is defined as the state point with the minimum temperature difference between two heat flows during heat transfer.
  • the position of the pinch point in the temperature / enthalpy current diagram results from the ratio of mass flow and evaporation temperature, so that at high working medium flow the upper process temperature and thus the efficiency of the cycle is low, while at a low mass flow, the efficiency of the cycle is increased. Since the output of the cycle is calculated from the product of specific work and mass flow, there is an optimal upper process temperature associated with a mass flow, which allows the energy of the thermal water to be used efficiently up to a certain temperature.
  • the device according to the invention makes it possible, through the further preheater 15, that the largest possible proportion of the heat energy of the heat source is utilized.
  • the diagram according to FIG. 3 shows that the further preheater 15 (FIG. 3: second preheater, first module) significantly increases the temperature of the working fluid so that a substantially isothermal energy transfer takes place in the first evaporator 11 of the first working fluid circuit 10.
  • the additional preheater 15 thus causes, on the one hand, the temperature difference between the thermal water heat flow and the working medium of the first working medium circuit to be minimized and, on the other hand, no isobaric energy transfer in the first evaporator 11, for which the first evaporator 11 is not constructed.
  • the heat absorption thus takes place in comparison to previously known ORC cycle processes at a higher energy level, so that the usable heat content of the cycle increases.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a device according to the invention for generating energy, wherein three working medium circuits 10, 20, 30 are provided.
  • the first working medium circuit 10 comprises a feed pump 41, which conveys the working fluid to a first Partvortuder 13, on to a second Partvortuder 12, on to another preheater 15 and in the following to a first evaporator 11. From the first evaporator 11, the working fluid of the first working medium circuit 10 flows to an engine 43, in particular a turbine, which is coupled to a generator 44. The relaxed working fluid is supplied in the further course of the engine 43 to a condenser 42 and again the pump 41.
  • the second working fluid circuit 20 has a similar structure and also has a feed pump 41, which directs the working fluid to a first Partvorowskir 23, on to a second Partvor lockerr 22, on to a second evaporator 21 and further to an engine 43.
  • the force Machine 43 in particular a turbine, is connected to a shaft with a generator 44.
  • the third working fluid circuit 30 also includes a feed pump 41, which is followed by a Generalvor Anlagenr 33, which in turn upstream of a third evaporator 31 is.
  • the third evaporator 31 is a downstream engine 43, in particular turbine, which is connected to a shaft with a generator 44 and is operated by the working fluid of the third working fluid circuit 30 before the working fluid flows through the condenser 42 back to the pump 41.
  • the working medium circuits 10, 20, 30 at least partially have an internal recuperator 45.
  • the recuperator 45 at least a Sectionvortuder 12, 13, 22, 23, 33 both upstream or downstream, as well as between at least two Partvor lockerrn 12, 13, 22, 23, 33 may be arranged.
  • the position of the recuperator 45 generally depends on the heating medium temperatures in the respective partial preheaters 12, 13, 22, 23, 33, so that the working medium absorbs heat energy when passing through the recuperator or at least does not transfer heat energy to the heating medium.
  • the three working medium circuits 10, 20, 30 are coupled by a common Walkerstoffnikank so.
  • the heating medium in the heating medium circuit 50 first flows through the first evaporator 11 of the first working medium circuit 10, further through the preheater 15 of the first working medium circuit 10 and subsequently through the second evaporator 21 of the second working medium circuit 20 before the heating medium stream is split at the branch 51 and over the two branch lines 52a, 52b are supplied to the two partial preheaters 12, 22 of the first and second working medium circuits 10, 20.
  • the Wienstoffteilströme After passing through the two Operavormaschiner 12, 22, the Schuffenteilströme be merged and passed to the third evaporator 31 of the third working fluid circuit 30.
  • the working medium circuits 10, 20, 30 each have an arbitrary number of preheaters 15 or partial preheaters 12, 13, 22, 23, 33.
  • the distribution of the heating medium flow in Walkerstoffteilströme should be adjusted accordingly. 4
  • the heating medium flow between the first working medium circuit 10 and the second working medium circuit 20 is divided into two branch lines 52a, 52b which are coupled to the partial preheaters 12, 22 of the first and second working medium circuits 10, 20, wherein a halving distribution of Bacracesch- Mass flow is possible, so that the two partial flows are identical.
  • Other divisions are possible.
  • the distribution to the Operavormaschinern 13, 23, 33 of the three working medium circuits 10, 20, 30 are also designed at the branch 53 in such a way that the three Schuffenteilströme are identical.
  • the branch 53 is shown for illustrative reasons in the form of two partial branches 53a, 53b.
  • the structural design of the branch 53 is not fixed. Rather, the embodiment is essentially dependent on the desired distribution of Schuffenteilströme.
  • the branch 53 is formed such that the connection to the Generalvormaschinern 13, 23, 33 is energetically effective. This can be achieved for example by the branch line 54a, 54b, 54c, which promotes the partial flow with the lowest heat capacity, as short as possible, so that heat losses are minimized by the transport.
  • the coupling between the engine 43 and the generator 44 preferably takes place by means of a shaft, wherein at least one, in particular all, of the prime movers 43 can have a common shaft which can be connected to the engine. is at least coupled to a generator, so that rotational energy is transmitted and converted into electrical energy.
  • the engines 43 may be designed as turbines, screw or piston engines.
  • the boiling point of the working fluid in the first working fluid circuit 10 is highest and decreases with each other, downstream working fluid circuit.
  • the heat energy loss of the heating medium when passing through the individual heat exchangers, in particular the preheater 15, the Generalvorezer 12, 13, 22, 23 and the evaporator 11, 21, carried in the upstream working fluid circuits 10, 20 and the efficiency of the entire device can be increased because the pinch point of each heat exchanger can be optimized to the minimum temperature difference between the two fluid flows.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip mit wenigstens zwei, insbesondere drei, Arbeitsmittelkreisläufen (10, 20, 30), die jeweils zumindest einen Kondensator (42), einen Verdampfer (11, 21, 31) und einen Teilvorwärmer (12, 13, 22, 23, 33) umfassen und durch einen gemeinsamen Heizmittelkreislauf (50) gekoppelt sind derart, dass ein Heizmittelstrom den Verdampfern (11, 21, 31) vollständig und den Vorwärmern (12, 13, 22, 23, 33) anteilig zugeführt wird. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass ein erster Arbeitsmittelkreislauf (10) zumindest einen weiteren Vorwärmer (15) aufweist, der mit dem Heizmittelkreislauf (50) gekoppelt ist derart, dass der Heizmittelstrom dem weiteren Vorwärmer (15) vollständig zugeführt wird.

Description

Vorrichtung zur Energieerzeugung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC- Prinzip gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für die Nutzung von Niedertemperatur-Wärmequellen zur Energieerzeugung werden vorzugsweise Vorrichtungen nach dem Prinzip des Organic Rankine Cycle (ORC) eingesetzt. Als Arbeitsmittel werden im Gegensatz zur Energieerzeugung aus Hochtemperatur-Wärmequellen, wobei Wasser als Arbeitsmittel eingesetzt wird, organische Fluide, insbesondere Silikonöle, Alkane, Alkene, Aromaten, (teil-) halogenierte Kohlenwasserstoffe und andere verwendet. Dabei wird das Arbeitsmittel entsprechend den Temperaturen der Wärmequelle gewählt, so dass eine möglichst effektive Nutzung der Wärmeenergie erfolgt.
Um die Nutzung der Wärmeenergie der Wärmequelle weiter zu optimieren, sind Vorrichtungen bekannt, die zwei getrennte Arbeitsmittelkreisläufe aufweisen, wobei beide Kreisläufe mit der Wärmequelle verbunden sind. Dabei sind die beiden Arbeitsmittelkreisläufe im Wesentlichen in Serie geschaltet, so dass das Heizmittel aus der Wärmequelle zunächst einen ersten Teil der Wärmeenergie an den ersten Arbeitsmittelkreislauf und im Folgenden einen weiteren Teil der Wärmeenergie an den zweiten Arbeitsmittelkreislauf überträgt. Es hat sich als energetisch vorteilhaft erwiesen, das Heizmittel zunächst durch den Verdampfer des ersten Arbeitsmittelkreislaufs und im Folgenden durch den Verdampfer des zweiten Arbeitsmittelkreislaufs zu führen und anschließend den Heizmittelstrom aufzuteilen, so dass das Heizmittel anteilig durch die Teilvorwärmer der beiden Arbeitsmittelkreisläufe geleitet wird. Auf diese Weise wird im ersten Verdampfer eine höhere Verdampfungstemperatur erreicht, wodurch der Wirkungsgrad im ersten Arbeitsmittelkreislauf erhöht und die Effizienz der Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip gesteigert wird.
Da das Heizmittel zunächst die beiden Verdampfer durchströmt, erreicht es die beiden Teilvorwärmer mit einer relativ niedrigen Temperatur, was den Nachteil hat, dass das Heizmittel den Teilvorwärmer des ersten Arbeitsmittelkreislaufs soweit abgekühlt durchströmt, dass das Arbeitsmittel in diesem Kreislauf nicht mehr bis zur Verdampfungstemperatur erwärmt werden kann. Die Funktion der Vorwärmung wird daher im ersten Arbeitsmittelkreislauf teilweise zusätzlich vom Verdampfer übernommen, der aufgrund seiner Bauform nicht optimal an beide Funktionen (Vorwärmung und Verdampfung) angepasst ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Energieerzeugung anzugeben, die eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem Heizmittel und dem Arbeitsmittel des ersten Arbeitsmittelkreislaufs bewirkt und somit einen höheren Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung liegt demnach der Gedanke zugrunde, eine Vorrichtung zur E- nergieerzeugung nach dem ORC-Prinzip mit wenigstens zwei, insbesondere drei, Arbeitsmittelkreisläufen anzugeben, die jeweils zumindest einen Kondensator, einen Verdampfer und einen Teilvorwärmer umfassen und durch einen gemeinsamen Heizmittelkreislauf gekoppelt sind derart, dass ein Heizmittelstrom den Verdampfern vollständig und den Teilvorwärmern anteilig zugeführt wird, wobei ein erster Arbeitsmittelkreislauf wenigstens einen weiteren Vorwärmer aufweist, der mit dem Heizmittelkreislauf gekoppelt ist derart, dass der Heizmittelstrom dem weiteren Vorwärmer vollständig zugeführt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Heizmittelstrom im Wesentlichen ein FIu- id-Massenstrom ist. Die vollständige Zuführung des Heizmittelstroms bezieht sich demnach nicht auf eine auf den Wärmeinhalt der Heizmittelquelle bezogene Energieübertragung an das Arbeitsmittel, sondern sagt vielmehr aus, dass dem weiteren Vorwärmer im Wesentlichen der gesamte Massenstrom des Heizmittels zugeführt wird, dessen Wärmeinhalt im Allgemeinen bereits durch den Transport von der Quelle zum weiteren Vorwärmer reduziert wurde. Dabei schließt der Begriff „vollständige Zuführung des Heizmittelstroms" nicht aus, dass vor dem weiteren Vorwärmer ein Teil des Heizmittelstroms abgezweigt wird, sofern die Wirkung erhalten bleibt, dass der erste Verdampfer überwiegend zur Dampferzeugung genutzt wird derart, dass der Wärmeenergie des Heizmittels möglichst optimal an das Arbeitsmittel des ersten Arbeitsmittelkreislaufs abgegeben und zur Energieerzeugung bzw. -Umwandlung verwendet wird.
Auf diese Weise wird erreicht, dass das Arbeitsmittel des ersten Arbeitsmittelkreislaufs durch den vollständigen Massenstrom des Heizmittels mit relativ hoher Temperatur vorgewärmt wird, so dass das Arbeitsmittel im ersten Arbeitsmittelkreislauf bis zur Verdampfungstemperatur aufgewärmt wird. Dabei kann der weitere Vorwärmer energetisch und wirtschaftlich optimal an die Wärmeübertragung zwischen den beiden Fluiden angepasst werden.
Vorzugsweise ist der weitere Vorwärmer im ersten Arbeitsmittelkreislauf zwischen einem Teilvorwärmer und einem ersten Verdampfer angeordnet. Diese Anordnung ist energetisch vorteilhaft, da der weitere Vorwärmer nur die Temperaturdifferenz zwischen der Vorwärmtemperatur des Teilvorwärmers und der zu erreichenden Verdampfungstemperatur überbrücken muss. Vorteilhafterweise ist der weitere Vorwärmer im Heizmittelkreislauf zwischen dem ersten Verdampfer eines ersten Arbeitsmittelkreislaufes und dem zweiten Verdampfer eines zweiten Arbeitsmittelkreislaufes angeordnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der weitere Vorwärmer einen Platten- und/oder Rohrbündelwärmetauscher. Derartige Wärmetauscher ermöglichen eine besonders effiziente Wärmeübertragung.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens einer der Arbeitsmittelkreisläufe einen internen Rekuperator auf. Interne Rekuperatoren haben den Vorteil, dass die Restwärme des Arbeitsmittels nach der Energieerzeugung in Form einer Wärmeenergierückgewinnung zur Vorwärmung des Arbeitsmittels genutzt wird, wodurch eine Steigerung des Wirkungsgrades erreicht wird.
Vorzugsweise weisen die Arbeitsmittelkreisläufe jeweils eine Kraftmaschine, insbesondere Turbine auf, so dass die Wärmeenergie des Heizmittelstroms in Form von mechanischer Energie genutzt wird. Die Kraftmaschinen, insbesondere Turbinen, können durch jeweils eine Welle mit jeweils einem Generator gekoppelt sein. Dadurch wird die von den Kraftmaschinen erzeugte mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt, wobei mehrere Generatoren eine hohe Ausfallsicherheit gewährleisten.
Ferner können wenigstens zwei Kraftmaschinen, insbesondere Turbinen, durch eine gemeinsame Welle mit einem Generator gekoppelt sein, wodurch der War- tungs- und Steuerungsaufwand, insbesondere im Bezug auf die Synchronisierung des Generators zum Stromnetz, minimiert wird.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Arbeitsmittelkreisläufe jeweils unterschiedliche Arbeitsmittel aufweisen. Die unterschiedlichen Arbeitsmittel weisen im Allgemeinen verschiedene Siedetemperaturen auf, so dass eine möglichst effektive Nutzung der Wärmeenergie des Heizmittels gewährleistet ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Heizmittelkreislauf eine Verzweigung mit wenigstens zwei Zweigleitungen auf, die dem zweiten Verdampfer des zweiten Arbeitsmittelkreislaufs nachgeordnet ist, wobei die Zweigleitungen mit einem Teilvorwärmer des ersten Arbeitsmittelkreislaufs und einem Teilvorwärmer des zweiten Arbeitsmittelkreislaufs gekoppelt sind. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Heizmittelstrom nach Durchlaufen des zweiten Verdampfers aufgeteilt wird und die jeweiligen Heizmittelteilströme den Teilvorwärmern zugeführt werden.
Vorzugsweise weist der Heizmittelkreislauf eine weitere Verzweigung mit jeweils wenigstens drei Zweigleitungen auf, die dem dritten Verdampfer des dritten Arbeitsmittelkreislaufs nachgeordnet ist, wobei die Zweigleitungen mit einem Teilvorwärmer des ersten Arbeitsmittelkreislaufs, einem Teilvorwärmer des zweiten Arbeitsmittelkreislaufs und einem Teilvorwärmer des dritten Arbeitsmittelkreislaufs gekoppelt sind. Auf diese Weise kann der Heizmittelstrom nach Durchlaufen des dritten Verdampfers auf drei Arbeitsmittelkreisläufe aufgeteilt werden. Analog dazu ist es möglich, eine Aufteilung des Heizmittelstroms auf mehrere Arbeitsmittelkreisläufe zu realisieren. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Prozessschaltbild einer Vorrichtung zur Energieerzeugung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein Prozessschaltbild einer Vorrichtung zur Energieerzeugung gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 ein Temperatur-Enthalpiestrom-Diagramm einer erfin- dungs-gemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 2; und
Fig. 4 ein Prozessschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt ein Prozessschaltbild einer Vorrichtung zur Energieerzeugung gemäß dem Stand der Technik, wobei ein erster Arbeitsmittelkreislauf 10 durch einen gemeinsamen Heizmittelkreislauf 50 mit einem zweiten Arbeitsmittelkreislauf 20 gekoppelt ist. Die beiden Arbeitsmittelkreisläufe 10, 20 weisen dabei einen identischen Aufbau auf, mit jeweils einer Speisepumpe 41, einem in Strömungsrichtung nachgeordneten Rekuperator 45, einem darauf folgenden Teilvorwärmer 12, 22, der jeweils einem Verdampfer 11, 21 vorgeordnet ist, einer Kraftmaschine 43 sowie jeweils einem Kondensator 42. Das Arbeitsmittel in den Arbeitsmittelkreisläufen 10, 20 strömt also von der Speisepumpe 41 zum Rekuperator 45, wo es durch Restwärme des Arbeitsmittels, das in der Kraftmaschine bereits mechanische Arbeit erzeugt hat, erwärmt wird, und weiter zum Teilvorwärmer 12, 22, der eine weitere Erwärmung des Arbeitsmittels bewirkt. Vom Teilvorwärmer 12, 22 strömt das Arbeitsmittel weiter zum Verdampfer 11, 21 und wird im weiteren Verlauf in Form von Dampf zur Kraftmaschine 43 geleitet. In der Kraftmaschine 43 verrichtet das dampfförmige Arbeitsmittel mechanische Arbeit, wodurch sich der Dampf entspannt und das nunmehr teilweise abgekühlte Arbeitsmittel wieder zum Rekuperator 45 strömt. Im Rekuperator 45 wird die Restwärmeenergie des Arbeitsmittels dazu genutzt, das ent- gegen strömende Arbeitsmittel vor der Zufuhr zum Teilvorwärmer 12, 22 zu erwärmen. Das aus der Kraftmaschine 43 abströmende Arbeitsmittel wird also im Rekuperator 45 weiter abgekühlt und dem Kondensator 42 zugeführt, wo das Arbeitsmittel verflüssigt und wieder zur Speisepumpe 41 geleitet wird.
Im Heizmittelkreislauf 50 strömt das Arbeitsmittel zunächst zum ersten Verdampfer 11 des ersten Arbeitsmittelkreislaufs 10, wobei Wärme vom Heizmittel an das Arbeitsmittel des ersten Arbeitsmittelkreislaufs 10 übertragen wird, so dass das Arbeitsmittel in den dampfförmigen Zustand überführt wird. Das Heizmittel wird weiter zum zweiten Verdampfer 21 des zweiten Arbeitsmittelkreislaufs 20 geleitet und bewirkt dort ebenfalls eine Verdampfung des Arbeitsmittels. Nach dem Durchlaufen des zweiten Verdampfers 21 wird der Heizmittelstrom an der Verzweigung 51 aufgeteilt und den beiden Teilvorwärmern 12, 22 der beiden Arbeitsmittelkreisläufe 10, 20 zugeführt. In den beiden Teilvorwärmern 12, 22 bewirkt das Heizmittel eine Erwärmung der Arbeitsmittelkreisläufe 10, 20. Das abgekühlte Heizmittel aus den beiden Teilvorwärmern 12, 22 wird wieder zusammengeführt und abgeleitet.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieerzeugung als Prozessschaltbild, wobei der Aufbau der Vorrichtung im Wesentlichen den Aufbau gemäß Fig. 1 entspricht. Die Vorrichtung umfasst zwei Arbeitsmittelkreisläufe 20, die jeweils eine Speisepumpe 41, einen internen Rekuperator 45, einen Teilvorwärmer 12, 22, einen Verdampfer 11, 21, eine Kraftmaschine 43 sowie einen Kondensator 42 aufweisen. Erfindungsgemäß ist im ersten Arbeitsmittelkreislauf 10 zwischen dem Teilvorwärmer 12 und dem ersten Verdampfer 11 ein weiterer Vorwärmer 15 angeordnet derart, dass das Arbeitsmittel vom Teilvorwärmer 12 zum weiteren Vorwärmer 15 und im Folgenden zum ersten Verdampfer 11 geleitet wird. Gegenüber dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 ist der Verlauf des Heizmittelkreislaufs 50 derart verändert, dass das Heizmittel nach Durchlaufen des ersten Verdampfers 11 des ersten Arbeitsmittelkreislaufs 10 zunächst dem weiteren Vorwärmer 15 zugeleitet wird, bevor das Heizmittel zum zweiten Verdampfer 21 des zweiten Arbeitsmittelkreislaufs 20 strömt. Wie bei den bekannten Vorrichtungen wird daraufhin der Heizmittelstrom an der Verzweigung 51 aufgeteilt und anteilig den beiden Teilvorwärmern 12, 22 der beiden Arbeitsmittelkreisläufe 10, 20 zugeführt, anschließend wieder zusammengeführt und abgeleitet.
Der wesentliche Vorteil der Anordnung des weiteren Vorwärmers 15 besteht darin, dass dem weiteren Vorwärmer 15 auf diese Weise der gesamte Massenstrom des Heizmittels zugeführt wird, wodurch die zur Erwärmung des Arbeitsmittels im ersten Arbeitsmittelkreislauf 10 zur Verfügung stehende Energie deutlich erhöht ist. Die Nutzung des vollständigen Heizmittelstroms bewirkt, dass die Wärmeenergie des Heizmittels, die bereits gegenüber der ursprünglichen Wärmeenergie der Wärmequelle durch den Energieaustausch im ersten Verdampfer 11 reduziert ist, ausreicht, um das Arbeitsmittel des ersten Arbeitsmittelkreislaufs 10 bis zur Verdampfungstemperatur zu erwärmen. Bei Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik wird die Erwärmung bis zur Verdampfungstemperatur teilweise durch den ersten Verdampfer 11 bewirkt, der jedoch nicht zur Vorwärmung des Arbeitsmittels angepasst ist bzw. werden kann.
Fig. 3 zeigt ein Temperatur-/Enthalpiestrom-Diagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Thermalwasser beispielhaft als Heizmittel genutzt wird. Dabei ist der Wärmestrom der Thermalquelle festgelegt, da der Massenstrom begrenzt ist. Der Massenstrom des Kühlwassers, das dem Kondensator 42 von außerhalb zum Kühlen des Arbeitsmittels zugeführt wird, kann jedoch angepasst werden. Bei der Übertragung von Wärme vom Thermalwasser auf das Arbeitsmittel kühlt das Thermalwasser ab, während bei der Verdampfung des Arbeitsmittels die Temperatur konstant bleibt. Demnach findet in den Verdampfern 11, 21 eine isotherme Energieübertragung statt, während in den Teilvorwärmern 12, 22 und dem weiteren Vorwärmer 15 die Energieübertragung im Wesentlichen isobar erfolgt. Beim Übergang von einer isobaren zu einer isothermischen Energieübertragung entsteht dabei ein Pinch Point zwischen Thermalwasser und Arbeitsmittel. Der Pinch Point ist als der Zustands- punkt mit der minimalen Temperaturdifferenz zwischen zwei Wärmeströmen bei der Wärmeübertragung definiert. Die Lage des Pinch Points im Temperatur- /Enthalpiestrom-Diagramm ergibt sich aus dem Verhältnis von Massenstrom und Verdampfungstemperatur, so dass bei hohem Arbeitsmittelmassenstrom die obere Prozesstemperatur und damit der Wirkungsgrad des Kreisprozesses niedrig ist, während bei einem niedrigen Massenstrom der Wirkungsgrad des Kreisprozesses erhöht ist. Da sich die Leistungsabgabe des Kreisprozesses aus dem Produkt aus spezifischer Arbeit und Massenstrom berechnet, existiert eine optimale obere Prozesstemperatur, die mit einem Massenstrom verknüpft ist, was dazu führt, dass die Energie des Thermalwassers bis zu einer bestimmten Temperatur effizient genutzt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht durch den weiteren Vorwärmer 15, dass ein möglichst großer Anteil der Wärmeenergie der Wärmequelle genutzt wird. Das Diagramm gemäß Fig. 3 zeigt, dass der weitere Vorwärmer 15 (Fig. 3: zweiter Vorwärmer, erstes Modul) die Temperatur des Arbeitsmittels deutlich erhöht, so dass im ersten Verdampfer 11 des ersten Arbeitsmittelkreislaufs 10 eine im Wesentlichen isotherme Energieübertragung erfolgt. Der weitere Vorwärmer 15 bewirkt also, dass einerseits die Temperaturdifferenz zwischen dem Thermalwasserwärmestrom und dem Arbeitsmittel des ersten Arbeitsmittelkreislaufs minimiert ist und andererseits im ersten Verdampfer 11 keine isobare Energieübertragung erfolgt, für die der erste Verdampfer 11 nicht konstruiert ist. Die Wärmeaufnahme findet also im Vergleich zu bisher bekannten ORC-Kreisprozessen auf einem höheren Energieniveau statt, so dass der nutzbare Wärmeinhalt des Kreisprozesses steigt.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieerzeugung, wobei drei Arbeitsmittelkreisläufe 10, 20, 30 vorgesehen sind. Der erste Arbeitsmittelkreislauf 10 umfasst eine Speisepumpe 41, die das Arbeitsmittel zu einem ersten Teilvorwärmer 13, weiter zu einem zweiten Teilvorwärmer 12, weiter zu einem weiteren Vorwärmer 15 und im Folgenden zu einem ersten Verdampfer 11 fördert. Vom ersten Verdampfer 11 strömt das Arbeitsmittel des ersten Arbeitsmittelkreislaufs 10 zu einer Kraftmaschine 43, insbesondere einer Turbine, die mit einem Generator 44 gekoppelt ist. Das entspannte Arbeitsmittel wird im weiteren Verlauf von der Kraftmaschine 43 zu einem Kondensator 42 und wieder der Pumpe 41 zugeleitet. Der zweite Arbeitsmittelkreislauf 20 ist ähnlich aufgebaut und weist ebenfalls eine Speisepumpe 41 auf, die das Arbeitsmittel zu einem ersten Teilvorwärmer 23, weiter zu einem zweiten Teilvorwärmer 22, weiter zu einem zweiten Verdampfer 21 sowie im weiteren Verlauf zu einer Kraftmaschine 43 leitet. Die Kraftma- schine 43, insbesondere eine Turbine, ist mit einer Welle mit einem Generator 44 verbunden. Nach dem Durchlaufen der Kraftmaschine 43 strömt das entspannte Arbeitsmittel des zweiten Arbeitsmittelkreislaufs 20 in den Kondensator 42 und von dort wieder zur Speisepumpe 41. Der dritte Arbeitsmittelkreislauf 30 umfasst ebenfalls eine Speisepumpe 41, der ein Teilvorwärmer 33 nachgeordnet ist, der wiederum einem dritten Verdampfer 31 vorgeordnet ist. Dem dritten Verdampfer 31 ist eine Kraftmaschine 43, insbesondere Turbine, nachgeordnet, die mit einer Welle mit einem Generator 44 verbunden ist und durch das Arbeitsmittel des dritten Arbeitsmittelkreislaufs 30 betrieben wird, bevor das Arbeitsmittel durch den Kondensator 42 wieder zur Pumpe 41 strömt.
Es ist generell möglich, dass die Arbeitsmittelkreisläufe 10, 20, 30 zumindest teilweise einen internen Rekuperator 45 aufweisen. Dabei kann der Rekuperator 45 wenigstens einem Teilvorwärmer 12, 13, 22, 23, 33 sowohl vor- oder nachgeordnet, als auch zwischen wenigstens zwei Teilvorwärmern 12, 13, 22, 23, 33 angeordnet sein. Die Lage des Rekuperators 45 richtet sich im Allgemeinen nach den Heizmitteltemperaturen in den jeweiligen Teilvorwärmern 12, 13, 22, 23, 33, so dass das Arbeitmittel beim Durchlaufen des Rekuperators Wärmeenergie aufnimmt bzw. zumindest keine Wärmeenergie an das Heizmittel überträgt.
Die drei Arbeitsmittelkreisläufe 10, 20, 30 sind durch einen gemeinsamen Heizmittelkreislauf so gekoppelt. Dabei strömt das Heizmittel im Heizmittelkreislauf 50 zunächst durch den ersten Verdampfer 11 des ersten Arbeitsmittelkreislaufs 10, weiter durch den Vorwärmer 15 des ersten Arbeitsmittelkreislaufs 10 und im Folgenden durch den zweiten Verdampfer 21 des zweiten Arbeitsmittelkreislaufs 20, bevor der Heizmittelstrom an der Verzweigung 51 aufgeteilt und über die beiden Zweigleitungen 52a, 52b den beiden Teilvorwärmern 12, 22 des ersten und zweiten Arbeitsmittelkreislaufs 10, 20 zugeführt wird. Nach dem Durchlaufen der beiden Teilvorwärmer 12, 22 werden die Heizmittelteilströme zusammengeführt und zum dritten Verdampfer 31 des dritten Arbeitsmittelkreislaufs 30 geleitet. Nach dem dritten Verdampfer 31 des dritten Arbeitsmittelkreislaufs 30 erfolgt wiederum eine Aufteilung des Heizmittelstroms an der weiteren Verzweigung 53, so dass jeweils einem Teilvorwär- mer 13, 23, 33 der drei Arbeitsmittelkreisläufe 10, 20, 30, die jeweils der Speisepumpe 41 nachgeordnet sind, über die Zweigleitungen 54a, 54b, 54c ein Heizmittelteilstrom zugeleitet wird. Die Heizmittelteilströme werden anschließend wieder zusammengeführt und abgeleitet.
Es ist denkbar, dass die Arbeitsmittelkreisläufe 10, 20, 30 jeweils eine beliebige Anzahl von Vorwärmern 15 bzw. Teilvorwärmern 12, 13, 22, 23, 33 aufweisen. Dabei ist die Aufteilung des Heizmittelstroms in Heizmittelteilströme entsprechend anzupassen. Gemäß Fig. 4 wird der Heizmittelstrom zwischen dem ersten Arbeitsmittelkreislauf 10 und dem zweiten Arbeitsmittelkreislauf 20 auf zwei Zweigleitungen 52a, 52b aufgeteilt, die mit den Teilvorwärmern 12, 22 des ersten und zweiten Arbeitmittelkreislaufs 10, 20 gekoppelt sind, wobei eine halbierende Aufteilung des Gesamtheizmittel-Massenstroms möglich ist, so dass die beiden Teilströme identisch sind. Andere Aufteilungen sind möglich. Ferner kann die Aufteilung zu den Teilvorwärmern 13, 23, 33 der drei Arbeitsmittelkreisläufe 10, 20, 30 an der Verzweigung 53 ebenfalls derart gestaltet sind, dass die drei Heizmittelteilströme identisch sind. Gemäß Fig. 4 ist die Verzweigung 53 aus zeichnerischen Gründen in Form von zwei Teilverzweigungen 53a, 53b dargestellt. Die konstruktive Gestaltung der Verzweigung 53 ist allerdings nicht festgelegt. Vielmehr ist die Ausgestaltung im Wesentlichen von der gewünschten Aufteilung der Heizmittelteilströme abhängig. Vorzugsweise ist die Verzweigung 53 jedoch derart gebildet, dass die Verbindung zu den Teilvorwärmern 13, 23, 33 energetisch möglichst effektiv ist. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Zweigleitung 54a, 54b, 54c, die den Teilstrom mit der geringsten Wärmekapazität fördert, möglichst kurz ausgeführt wird, so dass Wärmeverluste durch den Transport minimiert werden. Beispielsweise kann auch auf dem ersten Teilvorwärmer 13 des ersten Arbeitsmittelkreislaufs 10 verzichtet werden, so dass der Heizmittelstrom nach Durchlaufen des dritten Verdampfers 31 des dritten Arbeitsmittelkreislaufs 30 lediglich auf zwei Teilvorwärmer 23, 33 der beiden Arbeitsmittelkreisläufe 20, 30 aufgeteilt wird.
Die Kopplung zwischen der Kraftmaschine 43 und dem Generator 44 erfolgt vorzugsweise durch eine Welle, wobei zumindest eine, insbesondere alle, Kraftmaschinen 43 eine gemeinsame Welle aufweisen können, die mit zumin- dest einem Generator gekoppelt ist, so dass Rotationsenergie übertragen und in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Kraftmaschinen 43 können als Turbinen, Schrauben- oder Kolbenmotoren ausgeführt sein.
Im Allgemeinen ist es vorteilhaft, in den verschiedenen Arbeitsmittelkreisläufen 10, 20, 30 unterschiedliche Arbeitsmittel einzusetzen, die jeweils eine andere Siedetemperatur aufweisen. Üblicherweise ist die Siedetemperatur des Arbeitsmittels im ersten Arbeitsmittelkreislauf 10 am höchsten und verringert sich mit jedem weiteren, nachgeschalteten Arbeitsmittelkreislauf. Auf diese Weise kann dem Wärmeenergieverlust des Heizmittels beim Durchlaufen der einzelnen Wärmetauscher, insbesondere des Vorwärmers 15, der Teilvorwärmer 12, 13, 22, 23 und der Verdampfer 11, 21, in den vorgeordneten Arbeitsmittelkreisläufen 10, 20 Rechnung getragen und der Wirkungsgrad der gesamten Vorrichtung gesteigert werden, da der Pinch Point der einzelnen Wärmetauscher bis zur minimalen Temperaturdifferenz zwischen den beiden Fluidströ- men optimiert werden kann.
Bezuqszeichenliste
erster Arbeitsmittelkreislauf zweiter Arbeitsmittelkreislauf dritter Arbeitsmittelkreislauf erster Verdampfer zweiter Verdampfer dritter Verdampfer , 13, 22, 23, 33 Teilvorwärmer
Vorwärmer
Speisepumpe
Kondensator
Kraftmaschine
Generator interner Rekuperator
Heizmittelkreislauf , 53 Verzweigung a, 52b, 54a, 54b, 54c Zweigleitung a, 53b Teilverzweigung

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip mit wenigstens zwei, insbesondere drei, Arbeitsmittelkreisläufen (10, 20, 30), die jeweils zumindest einen Kondensator (42), einen Verdampfer (11, 21, 31) und einen Teilvorwärmer (12, 13, 22, 23, 33) umfassen und durch einen gemeinsamen Heizmittelkreislauf (50) gekoppelt sind derart, dass ein Heizmittelstrom den Verdampfern (11, 21, 31) vollständig und den Vorwärmern (12, 13, 22, 23, 33) anteilig zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Arbeitsmittelkreislauf (10) zumindest einen weiteren Vorwärmer (15) aufweist, der mit dem Heizmittelkreislauf (50) gekoppelt ist derart, dass der Heizmittelstrom dem weiteren Vorwärmer (15) vollständig zugeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Vorwärmer (15) im ersten Arbeitsmittelkreislauf (10) zwischen einem Teilvorwärmer (12) und einem ersten Verdampfer (11) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Vorwärmer (15) im Heizmittelkreislauf (50) zwischen dem ersten Verdampfer (11) des ersten Arbeitskreislaufs (10) und einem zweiten Verdampfer (21) des zweiten Arbeitsmittelkreislaufs (20) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Vorwärmer (15) einen Platten- und/oder Rohrbündel- Wärmetauscher umfasst.
5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Arbeitsmittelkreisläufe (10, 20, 30) einen internen Rekuperator (45) aufweist.
6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmittelkreisläufe (10, 20, 30) jeweils eine Kraftmaschine (43), insbesondere Turbine, aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmaschinen (43), insbesondere Turbine, durch jeweils eine Welle mit jeweils einem Generator (44) gekoppelt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Kraftmaschinen (43), insbesondere Turbinen, durch eine gemeinsame Welle mit einem Generator (44) gekoppelt sind.
9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmittelkreisläufe (10, 20, 30) jeweils unterschiedliche Arbeitsmittel aufweisen.
10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizmittelkreislauf (50) eine Verzweigung (51) mit wenigstens zwei Zweigleitungen (52a, 52b) aufweist, die dem zweiten Verdampfer (21) des zweiten Arbeitsmittelkreislaufs (20) nachgeordnet ist, wobei die Zweigleitungen (52a, 52b) mit einem Teilvorwärmer (12, 13) des ersten Arbeitsmittelkreislaufs (10) und einem Teilvorwärmer (22, 23) des zweiten Arbeitsmittelkreislaufs (20) gekoppelt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der
Heizmittelkreislauf (50) eine weitere Verzweigung (53) mit jeweils wenigstens drei Zweigleitungen (54a, 54b, 54c) aufweist, die dem dritten Verdampfer (31) des dritten Arbeitsmittelkreislaufs (30) nachgeordnet ist, wobei die Zweigleitungen (54a, 54b, 54c) mit einem Teilvorwärmer (12, 13) des ersten Arbeitsmittelkreislaufs (10), einem Teilvorwärmer (22, 23) des zweiten Arbeitsmittelkreislaufs (20) und einem Teilvorwärmer (33) des dritten Arbeitsmittelkreislaufs (30) gekoppelt sind.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014201116B3 (de) * 2014-01-22 2015-07-09 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren für einen ORC-Kreisprozess
US20160194983A1 (en) * 2015-01-05 2016-07-07 General Electric Company Multi-pressure organic rankine cycle
DE102016112601A1 (de) 2016-07-08 2018-01-11 INTEC GMK GmbH Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip, Geothermieanlage mit einer solchen Vorrichtung und Betriebsverfahren
CN108223315A (zh) * 2018-01-30 2018-06-29 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种双级闪蒸与有机朗肯循环联合的地热发电装置及方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008051849A1 (de) * 2008-10-17 2010-04-22 Bauer, Christian Energieerzeugerkopplung
EP2765281B1 (de) * 2013-02-07 2015-07-08 Ingenieria I Mas D-Tec Ratio, S.L. Rankine-Zyklusvorrichtung
CN105443175A (zh) * 2016-01-07 2016-03-30 上海维尔泰克螺杆机械有限公司 串级式有机朗肯循环系统
IT201900006589A1 (it) 2019-05-07 2020-11-07 Turboden Spa Ciclo rankine organico a cascata ottimizzato
US11976575B2 (en) * 2020-05-29 2024-05-07 Turboden S.p.A. Cascade organic Rankine cycle plant

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2162583B (en) * 1984-07-16 1988-05-11 Ormat Turbines Improved cascaded power plant using low and medium temperature source fluid
JPS61132710A (ja) * 1984-11-30 1986-06-20 Toshiba Corp デユアルランキンサイクル
US5531073A (en) 1989-07-01 1996-07-02 Ormat Turbines (1965) Ltd Rankine cycle power plant utilizing organic working fluid
US5860279A (en) * 1994-02-14 1999-01-19 Bronicki; Lucien Y. Method and apparatus for cooling hot fluids
US7320221B2 (en) 2004-08-04 2008-01-22 Oramt Technologies Inc. Method and apparatus for using geothermal energy for the production of power
DE102006028746B4 (de) 2006-06-20 2013-01-31 Gesellschaft für Motoren und Kraftanlagen mbH Vorrichtung zur Energieumwandlung nach dem organischen Rankine-Kreisprozess-Verfahren sowie System mit derartigen Vorrichtungen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of EP2217793A2 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014201116B3 (de) * 2014-01-22 2015-07-09 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren für einen ORC-Kreisprozess
US20160194983A1 (en) * 2015-01-05 2016-07-07 General Electric Company Multi-pressure organic rankine cycle
CN107407165A (zh) * 2015-01-05 2017-11-28 诺沃皮尼奥内技术股份有限公司 多压力有机兰金循环
US10436075B2 (en) 2015-01-05 2019-10-08 General Electric Company Multi-pressure organic Rankine cycle
DE102016112601A1 (de) 2016-07-08 2018-01-11 INTEC GMK GmbH Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip, Geothermieanlage mit einer solchen Vorrichtung und Betriebsverfahren
CN108223315A (zh) * 2018-01-30 2018-06-29 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种双级闪蒸与有机朗肯循环联合的地热发电装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
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