通过喷射未蒸发流体控制ORC过程制造技术

本发明专利技术涉及恒温循环装置，尤其是ORC装置，包括：预热器，其用于加热工作介质；蒸发器，其用于使预热的工作介质的第一质量流蒸发与过热；膨胀机，其用于使工作介质的蒸发且过热的第一质量流膨胀；冷凝器，其用于使离开膨胀机的工作介质冷凝；供给泵，其用于将冷凝的工作介质泵送到预热器；以及第一供给装置，其用于将预热的工作介质的第二质量流供给到膨胀机中的工作介质的部分膨胀的第一质量流。本发明专利技术还涉及相应的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过喷射未蒸发流体控制ORC过程
本专利技术涉及热力循环装置，其尤其可以是ORC装置，并且包括预热器，其用于预加热工作介质；蒸发器，其用于使工作介质的预热的第一质量流蒸发以及可能使其过热；膨胀机，其用于使工作介质的蒸发与过热的质量流膨胀；冷凝器，其用于使在出口处离开的工作介质冷凝与选择性地再冷却；以及供给泵，其用于将冷凝工作流体泵送到预热器。此外，本专利技术涉及用于操作热力循环、尤其是ORC过程的相应方法。现有技术当能量生成过程，诸如有机朗肯循环(ORC)在诸如例如内燃机的另一个装置组件的环境中操作时，由于当机械能转化成电能时产生转化损失，因此生成的能量作为机械能量直接地集成到外部系统(例如，能量生成过程的膨胀机可以至少以支撑方式驱动外部过程)中以及其对于辅助设备的供应(例如，外部过程可以在能量生成过程中驱动泵)通常是有利的。此外，出于省略了用于驱动的电机或用于输出的发电机的原因还降低了成本，并且能够增加紧凑性，这两者对于将能量生成过程集成到所述环境中来说都是重要因素。然而，由于直接连接(例如，经由刚性轴的联接)，过程中的一个丧失了旋转速度控制的自由度(通常为下游过程)。为避免此，可以实现经由传动装置的连接。由此，有极与无极连接可以使得能够进行旋转速度控制。然而，旋转速度控制的该重新获取伴随以多个不利特征。在一个方面，传动装置代表额外的花费，这根据应用在成本有效性上具有显著影响。通过该传动装置(尤其是无极传动装置)还导致效率的损失的事实增加了这样的效果。传动装置还受到相当大的张力并且由此对系统增加了另外的维护与相关的成本。最后但同样重要的，传动装置还消耗了相对大量的安装空间，这在电机集成的许多应用中与紧凑性的目的相反。由于在没有传动装置的情况下将当前描述的膨胀机关联到外部过程或者将ORC系统的膨胀机与供给泵关联到外部过程，因此丧失了旋转速度控制的自由度。因此，不能控制对于ORC操作有利的以及要求用于部件的参数，尤其是体积流量、温度与压力等级。由于该部件尤其是在膨胀机的流出侧上的允许的温度是限定的，因此这提出了用于操作的特定问题。由于不存在膨胀机的旋转速度控制，因此不能选择性地提供与固定地安装在体积膨胀机中的体积比相关的膨胀率。通过可变入口窗或出口窗的可变体积比的通常现有技术实施代表损害ORC系统的成本有效性的复杂且昂贵的过程。然而，不适于膨胀机的膨胀可能导致大大降低的效率，并且同样导致整个系统不是成本有效的，或者在极端情形中可能导致超过最大可允许压力。超过最大可允许压力与温度导致系统发生障碍，出现可能的相应损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是至少部分地克服提及的缺点，并且相应地至少部分地满足下面四个目的：1.降低过热(在给定压力下)以防止部件以在它们极限以上的温度下操作，和/或通过提高的效率等级减少过热以确保系统的成本有效性。使干流体过热本身对于效率是不利的，因为其代表无助于膨胀的处于高温等级的能量。排放蒸汽更进一步在过热范围中，更多热量必须在液化以前在冷凝器中消散。2.避免由于在膨胀机的固定体积比处的不可控压力等级而对操作无效的体积比。3.避免太高的压力(绝对或者相对于通过系统可获得的蒸发温度)，这可能导致系统损坏或其流体或部分的未蒸发，这还可能造成除了效率损失以外的损害。4.避免通过可获得热量不能蒸发(到足够程度)的工作介质的过多质量流。通过根据权利要求1的装置与根据权利要求11的方法满足了目的1和目的2。根据本专利技术的热力循环，其可以特别地是ORC装置，包括：预热器，其用于预热工作介质；蒸发器，其用于使预热的工作介质的第一质量流蒸发与过热；膨胀机，其用于使工作介质的蒸发且过热的第一质量流膨胀；冷凝器，其用于使离开膨胀机的工作介质冷凝；以及供给泵，其用于将冷凝的工作流体泵送到预热器。根据本专利技术的热力循环装置，其特征在于第一供给装置，其用于将预热的工作介质的第二质量流供给到膨胀机中的工作介质的部分膨胀的第一质量流。这使降低排放蒸汽温度与调节的膨胀率能够具有自由度。通过这种方式能够降低过热，并且能够动态地降低膨胀的体积比。根据本专利技术的装置还可以进一步发展为使得第一供给装置可以包括膨胀机的供给入口以及预热器与供给入口之间的第一供给线路。供给入口能够布置为在膨胀空间的预定体积区域内与膨胀机的膨胀空间流体联通，其中膨胀空间在膨胀机的入口与出口之间膨胀。另一个发展是第一供给装置包括用于控制第二质量流的可致动节流元件，尤其是第一恒温膨胀阀，并且/或者其中第一供给装置可以包括在膨胀机处、尤其在供给入口处的喷射装置。根据进一步展开，热力循环装置可以另外地包括第二供给装置，其用于在预热工作介质的第三质量流在膨胀机中膨胀以前将预热工作介质的第三质量流供给到工作介质的蒸发且过热的第一质量流。即使实膨胀率(进一步)不降低，这也允许在直接喷射到膨胀机中以前的温度限制以及减少过热。该策略使得能够快速控制新鲜蒸汽温度。第二供给装置能够包括布置在一个方面预热器或第一供给线路与另一方面入口或第三线路之间的第二供给线路，第三线路布置在蒸发器与入口之间。第二供给装置可以包括用于控制第三质量流动的第二可致动节流元件，尤其是第二恒温膨胀阀。另一个发展是供给泵可以联接到经由膨胀机驱动的驱动机构；并且循环装置还包括可控制再循环装置，其用于使工作流体从供给泵的高压侧部分地再循环到供给泵的低压侧。由此能够防止蒸发区域中的波动与不稳定。可控制再循环装置能够包括从供给泵的高压侧到低压侧的线路，其中该线路能够设有第三可致动节流元件。根据另一个实施方式，膨胀机的旋转可以与外部运行过程的旋转关联；其中特别地，膨胀机的轴能够直接地地或经由传动装置间接地联接到外驱动机构。根据权利要求11的方法进一步满足了根据本专利技术的目的。根据本专利技术的用于操作热力循环、尤其是ORC过程的方法，包括以下步骤：通过预热器预热工作介质；通过蒸发器使预热的工作介质的第一质量流蒸发与过热；使膨胀机中的工作介质的蒸发且预热的第一质量流在膨胀机的入口与出口之间膨胀；通过冷凝器使离开出口的工作介质冷凝；以及通过供给泵将冷凝的工作流体泵送到预热器；该方法的特征在于，将预热的工作介质的第二质量流供给到膨胀机中的所述工作介质的部分膨胀的第一质量流。除非另外指出，否则根据本专利技术的方法的优点及其发展与根据本专利技术的装置的优点及发展相应。根据本专利技术的方法的一个发展，能够进一步提供以下步骤：控制第二质量流和/或将第二质量流喷射到膨胀机的膨胀空间中。进一步发展在于，该方法还能够包括在预热的工作介质的第三质量流在膨胀机中膨胀以前将预热工作介质的第三质量流供给到工作介质的蒸发且过热的第一质量流。根据另一个发展，第三质量流能够被控制。另一个发展是还能够提供下面的步骤：使膨胀机的旋转与外部运行过程的旋转关联；特别地，通过将膨胀机的轴直接地或经由传动装置间接地联接到电机的外驱动机构。提到的发展能够单独地或者如所要求地彼此适当地结合使用。下面利用附图示出了本专利技术的其它特征与示例性实施方式与优点。应该理解的是，这些实施方式未穷尽本专利技术的范围。还应该理解的是，下文描述的一些或全部特征还能够以不同方式彼此结合。附图说明图1示出了根据本专利技术的热力循环装置的第一实施方式。图2示出了根据本专利技术的热力循环装置的第二实施方式。图3示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热力循环装置(100，200，300)，尤其是ORC装置，包括：预热器(10)，所述预热器用于预热工作介质；蒸发器(20)，所述蒸发器用于能够使预热的工作介质的第一质量流进一步预热、蒸发与过热；以及膨胀机(30)，所述膨胀机用于使所述工作介质的蒸发且过热的第一质量流膨胀；冷凝器(60)，所述冷凝器用于使离开所述膨胀机(30)的工作介质冷凝；以及供给泵(70)，所述供给泵用于将冷凝的工作介质泵送到所述预热器(10)；其特征在于，第一供给装置(40)，所述第一供给装置用于将所述预热的工作介质的第二质量流供给到所述膨胀机(30)中的工作介质的部分膨胀的第一质量流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.16 EP 15177121.91.一种热力循环装置(100，200，300)，尤其是ORC装置，包括：预热器(10)，所述预热器用于预热工作介质；蒸发器(20)，所述蒸发器用于能够使预热的工作介质的第一质量流进一步预热、蒸发与过热；以及膨胀机(30)，所述膨胀机用于使所述工作介质的蒸发且过热的第一质量流膨胀；冷凝器(60)，所述冷凝器用于使离开所述膨胀机(30)的工作介质冷凝；以及供给泵(70)，所述供给泵用于将冷凝的工作介质泵送到所述预热器(10)；其特征在于，第一供给装置(40)，所述第一供给装置用于将所述预热的工作介质的第二质量流供给到所述膨胀机(30)中的工作介质的部分膨胀的第一质量流。2.根据权利要求1所述的热力循环装置，其中，所述第一供给装置(40)包括所述膨胀机(30)的供给入口(48)以及所述预热器(10)与所述供给入口(48)之间的第一供给线路(47)。3.根据权利要求2所述的热力循环装置，其中，所述供给入口(48)布置为在所述膨胀空间的预定体积范围内与所述膨胀机(30)的膨胀空间流体联通，并且所述膨胀空间在所述膨胀机(30)的入口(32)与出口(34)之间膨胀。4.根据权利要求1至3中任一项所述的热力循环装置，其中，所述第一供给装置(40)包括用于控制所述第二质量流的第一节流元件(45)，尤其是第一恒温膨胀阀，并且/或者所述第一供给装置(40)包括位于所述膨胀机(30)处、尤其是位于所述供给入口(48)处的喷射装置(41)。5.根据权利要求1-4中任一项所述的热力循环装置，还包括：第二供给装置(50)，所述第二供给装置用于在所述预热工作介质的第三质量流在所述膨胀机(30)中膨胀以前将所述预热工作介质的第三质量流供给到所述工作介质的所述蒸发且过热的第一质量流。6.根据权利要求5所述的热力循环装置，其中，所述第二供给装置(50)包括第二供给线路(57)，所述第二供给线路布置在一方面所述预热器(10)或所述第一供给线路(47)与另一方面所述入口(32)或第三线路(17)之间，所述第三线路布置在所述蒸发器(20)与所述入口(32)之间。7.根据权利要求5或6所述的热力循环装置，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·奥曼，罗伊·朗格尔，法比安·克瑞克，安德烈亚斯·舒斯特，
申请(专利权)人：奥尔灿能源股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE