具有多个热传输器的布置系统和用于蒸发工作介质的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种具有多个热传输器的布置系统和一种由热源介质的热传输蒸发工作介质的方法，所述布置系统和方法特别能够与用于在热动力循环过程中由废热回收能量的设备和方法相结合使用，其中，废热用作热源介质。在具有多个热传输器的布置系统中，每个热传输器都具有热源介质通路和与热源介质通路分开的工作介质腔，并且各热传输器的热源介质通路串联地按环形布置结构相互连接或能相互连接，在每两个相继串联的热传输器的热源介质通路之间分别设有阀装置，设有用于热源介质的供应管道，供应管道能选择性地与每个热传输器的热源介质通路的入口连接，以及设有用于热源介质的排出管道，排出管道能选择性地与每个热传输器的热源介质通路的出口连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有多个热传输器的布置系统，用于通过由热源介质的热传输蒸发工作介质，本专利技术还涉及一种用于在所述布置系统中通过由热源介质的热传输蒸发工作介质的方法。所述布置系统和方法特别有利地能与在热动力循环过程中用于从热量中回收能量的设备和方法相结合使用，在所述循环过程中将废热用作热源介质。
技术介绍
用于将外部供应的热能转换成机械功的热动力循环过程例如以传统的蒸汽机循环、斯特林循环过程或有机郎肯循环过程(“Organic-Rankine-Cycle”或ORC过程)的形式已知。与传统的蒸汽机循环不同，在ORC过程中，替代水，使在较低温度下沸腾的有机物作为工作介质在用作蒸发器的热传输器、涡轮机和冷凝器之间连续循环，在所述热传输器中，通过外部供应的热量使起初为液态的工作介质蒸发，在涡轮机中使蒸汽形式的工作介质在输出机械功的情况下膨胀，在冷凝器中使工作介质再次冷却并重新变为液体。利用ORC过程试图通过选择合适的工作介质和通过优化过程参数，即压力和温度，能够经济地将小的热能源转换成机械功或电能。但为了实现ORC过程经济的运行，需要高于100℃的温度水平，因为在过程温度较低时以及在热源和冷源之间的温度差较小时，效率明显降低。使用温度水平低于100℃的热源的经济性较差，但能带来越来越多地生态学上的益处，并且由于化石燃料形式的天然能源的涨价也能带来经济上的益处。这种具有较低的温度水平的热源或废热源，例如包括地热、热式太阳能设备、固定和移动的大型内燃机或涡轮机的冷却循环、各种形式的能量生产的废热(例如组合式热电联供站(Blockheizkraftwerk)或者说BHKW设备)、工业上的过程热量或天然气设备的废热。目前为止，如果废热不能在现场用于空间供热或加热工业用水，则废热更多时候没有得到利用并且被排放到环境中，因为目前为止，在这种温度水平下，无法经济地实现在较大距离上传输所述热量或者存储所述热量或转换所述热量以及其他以电能或机械能的形式利用所述热量。图1举例示出了传统的带有直接蒸发功能的ORC设备。从热源向作为热交换器或蒸发器起作用的热传输器1供应热量(用箭头示出)。在蒸发器1中将热量供应给通过给料泵2输入的液态工作介质，并且工作介质由此蒸发。蒸汽态的工作介质通过压力管道传输给做功机械(例如涡轮机或活塞机)。在做功机械中，蒸汽态的工作介质膨胀且做功机械3驱动发电机4，以获得电能(通过箭头示出)。膨胀的蒸汽态工作介质在冷凝器5中冷却并且变成液体的工作介质通过给料泵重新输送给蒸发器1。由DE102013009351B3已知ORC过程的一种改型，所述改型在下面称为“Misselhorn”过程并且这种改型用作用于在热动力循环过程中由热量回收能量的设备和方法的基础，利用所述设备或所述方法能够以适当的效率并且在经济的条件下使用温度水平小于100℃的热源。在这种设备中，循环过程具有以下相互连通地连接的部件：用于使工作介质冷却并变成液体的冷凝器；基于工作介质的流动方向设置在冷凝器下游的用于向工作介质供应热能的蒸发器系统，以便提高工作介质的温度和压力，所述蒸发器系统或热传输器系统具有至少两个彼此独立地作为蒸发器工作的热传输单元；做功机械的设置在热传输器系统下游的工作腔，用于使来自热传输系统的工作介质膨胀，以便从工作介质中提取能量；以及用于将至少部分膨胀的工作介质导回冷凝器的回输装置。用于工作介质的泵设置在冷凝器和热传输器布置系统之间。在热传输器单元的上游和下游设有阀系统，可以这样操控所述阀系统，使得对于每个热传输器单元在第一阶段中可以使工作介质选择性地进入该热传输器单元，在第二阶段中，是该热传输器单元完全与循环过程分离，以便加热(该热传输器单元)所容纳的工作介质并提高其压力，并且在第三阶段中，经加热或蒸发的工作介质可以向工作腔流出。所述阀系统控制热传输器单元与循环过程的连接/热传输器单元与循环过程的分离，使得热传输器单元分别依次地并且在时间上错开地遍历这些阶段。但热源介质通过并行地并且连续地穿过各个热传输器单元的热源介质通路。热传输器系统和集成到“Misselhorn”过程中的这种设计方案在图2中示出。利用根据“Misselhorn”过程的设备和方法可以接近连续地向做功机械的工作腔供应不连续地加热的处于压力下的工作介质或蒸发的工作介质，在这里，所述工作介质发生膨胀，以转换成机械能。由于工作介质相互分离成多个部分并且在时间上错开地在单独的热传输器单元中加热和加压或蒸发，也可以有效地利用具有较低的温度水平的热源。通过分成多个部分的工作介质和工作介质的各个部分在时间上错开的加热和蒸发，总是提供较长的时间段用于使工作介质蒸发。DE102010033124Al记载了一种具有热回收装置的内燃机，所述热回收装置具有输送单元、至少两个并行地设置在工作介质循环中的并且工作介质流能流动通过的热交换器、膨胀装置和冷凝器。在输送单元和热交换器之间在工作介质循环中设置分配装置，使得工作介质流分成多个工作介质分流并且流动通过相应的热交换器的工作介质分流是可控制和/或可调节的，以便与内燃机的运行状态相适配。各热交换器前后相继地设置在用作热源介质的废气流中并且用废气流的损耗热量加载。DE10200706259Al记载了一种在内燃机中多个关于工作介质分流并联地设置的热交换器类似的布置系统，其中没有设置可控制的分配单元，但给每个热交换器配设一个单独的泵。EP2522828A2记载了一种ORC循环过程，其中，多个关于工作介质分流并联地设置的热交换器顺序地由用作热源介质的增压空气流流动通过，以便利用增压空气流的热量对循环过程中的工作介质进行预热。CA2744404Al记载了一种ORC循环过程，其中为了提高能从地面或环境空气中吸收的热量，在一个阵列中关于工作介质分流并联和串联地设置多个蒸发器，并且所有蒸发器并行地且同时地由热源介质流动通过。
技术实现思路
利用本专利技术应进一步改进工作介质的蒸发过程，特别是用于在热动力的循环过程中、优选但不仅是在“Misselhorn”过程中由热量回收能量的设备和方法中利用的蒸发过程，由此，以较高的效率实现对相应热源的能量的利用并且提供具有尽可能恒定的高压的蒸汽态工作介质并且特别是可以绕过传统ORC设备的夹点(Pinch-Point)限制。为了解决所述问题，本专利技术提出了一种具有权利要求1的特征的、具有多个热传输器的、用于通过从热源介质的热传输蒸发工作介质的布置系统和一种具有权利要求10的特征的、用于在具有多个热传输器的布置系统中通过从热源介质的热传输蒸发工作介质的方法。所述布置系统和所述方法的优选实施方式在从属权利要求中给出。本专利技术因此涉及一种具有多个热传输器的布置系统，用于通过由热源介质的热传输蒸发工作介质，其中每个热传输器都具有热源介质通路和与所述热源介质通路分开的工作介质腔，并且各热传输器的热源介质通路串联地、优选按环形布置结构相互连接或能够相互连接，在每两个串联地相继的热传输器的热源介质通路之间分别设有阀装置，设有用于热源介质的供应管道，所述供应管道能够选择性地与每个热传输器的热源介质通路的入口连接，以及设有用于热源介质的排出管道，所述排出管道能够选择性地与每个热传输器的热源介质通路的出口连接。与此相对应地，本专利技术还涉及一本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有多个热传输器的布置系统，用于通过由热源介质的热传输蒸发工作介质，其中每个热传输器(10.1、10.2、10.3)都具有热源介质通路和与所述热源介质通路分开的工作介质腔，并且各热传输器(10.1、10.2、10.3)的热源介质通路串联地、优选按环形布置结构相互连接或能够相互连接，在每两个相继串联的热传输器(10.1、10.2、10.3)的热源介质通路之间分别设有阀装置(12.1、12.2、12.3)，设有用于热源介质的供应管道(14)，所述供应管道能够选择性地与每个热传输器(10.1、10.2、10.3)的热源介质通路的入口连接，以及设有用于热源介质的排出管道(15)，所述排出管道能够选择性地与每个热传输器(10.1、10.2、10.3)的热源介质通路的出口连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.09 DE 102014006909.51.具有多个热传输器的布置系统，用于通过由热源介质的热传输蒸发工作介质，其中每个热传输器(10.1、10.2、10.3)都具有热源介质通路和与所述热源介质通路分开的工作介质腔，并且各热传输器(10.1、10.2、10.3)的热源介质通路串联地、优选按环形布置结构相互连接或能够相互连接，在每两个相继串联的热传输器(10.1、10.2、10.3)的热源介质通路之间分别设有阀装置(12.1、12.2、12.3)，设有用于热源介质的供应管道(14)，所述供应管道能够选择性地与每个热传输器(10.1、10.2、10.3)的热源介质通路的入口连接，以及设有用于热源介质的排出管道(15)，所述排出管道能够选择性地与每个热传输器(10.1、10.2、10.3)的热源介质通路的出口连接。2.根据权利要求1所述的具有多个热传输器的布置系统，其中，设有可开关的阀装置(11.1、11.2、11.3、13.1、13.2、13.3)，以便建立或中断供应管道(14)或排出管道(15)与热源介质通路的选择性连接。3.根据权利要求1或2所述的具有多个热传输器的布置系统，其中，所述布置系统设计成，使得在所述布置系统的热传输器(10.1、10.2、10.3)中具有最高的工作介质压力和/或温度水平的热传输器(10.1、10.2、10.3)的热源介质通路能够与用于热源介质的供应管道(14)连接，以及在所述布置系统的热传输器(10.1、10.2、10.3)中具有最低的工作介质压力和/或温度水平的热传输器(10.1、10.2、10.3)的热源介质通路能够与用于热源介质的排出管道(15)连接。4.根据上述权利要求之一所述的具有多个热传输器的布置系统，其中，所述布置系统设计成，使得用于热源介质的供应管道(14)和排出管道(15)能够顺序并且同步地与所述布置系统的热传输器(10.1、10.2、10.3)的热源介质通路的入口或出口连接。5.根据上述权利要求之一所述的具有多个热传输器的布置系统，其中，所述布置系统设计成，使得预先设置用于热源介质的供应管道(14)和排出管道(15)与相应的热传输器(10.1、10.2、10.3)的热源介质通路连接的时长，或者根据在所述布置系统的热传输器(10.1、10.2、10.3)中具有最高的工作介质压力和/或温度水平的热传输器(10.1、10.2、10.3)中的工作介质的压力和/或温度控制所述时长。6.根据上述权利要求之一所述的具有多个热传输器的布置系统，其中，所述布置系统设计成，使得向在所述布置系统的热传输器(10.1、10.2、10.3)中具有最低的工作介质压力和/或温度水平的热传输器(10.1、10.2、10.3)的工作介质腔中进行工作介质的导入，并且由在所述布置系统的热传输器(10.1、10.2、10.3)中具有最高的工作介质压力和/或温度水平的热传输器(10.1、10.2、10.3)的工作介质腔中进行工作介质的导出，并且导入阶段的时间段和导出阶段的时间段基本上是等长的，并且导入阶段和导出阶段在布置系统的各热传输器(10.1、10.2、10.3)之间的切换同步且顺序地进行。7.根据权利要求6所述的具有多个热传输器的布置系统，其中，所述布置系统具有至少三个热传输器(10.1、10.2、10.3)并且所述布置系统设计成，使得对于不具有最高或最低的工作介质压力或温度水平的热传输器(10.1、10.2、10.3)，在其他热传输器(10.1、10.2、10.3)的导入阶段和导出阶段期间，将工作介质保持封闭在工作介质腔中。8.根据权利要求7所述的具有多个热传输器的布置系统，其中，所述布置系统设计成，对于不具有最高或最低的工作介质压力或温度水平的热传输器(10.1、10.2、10.3)，热源介质通路仅能与所述其他热传输器(10.1、10.2、10.3)的热源介质通路连接。9.根据上述权利要求之一所述的具...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·维兰德，M·格雷恩赛尔，H·西特福，M·穆利奥，
申请(专利权)人：米赛尔霍恩机械设备MWM有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE