廢熱利用設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于廢熱源（10）的廢熱利用設(shè)備，包括一個(gè)連接在其后面的ORC（有機(jī)物朗肯循環(huán)），其中，該廢熱源（10）與ORC的加熱裝置連接，以及具有一個(gè)與發(fā)電機(jī)（5）耦合的用于在ORC中蒸汽膨脹的膨脹機(jī)（4）。本發(fā)明的任務(wù)是，在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況方面優(yōu)化由連接在廢熱源后面的ORC組成的廢熱利用設(shè)備。因此，按照本發(fā)明，設(shè)有一個(gè)通過(guò)來(lái)自O(shè)RC回路（1）的冷卻介質(zhì)冷卻的、由膨脹機(jī)（4）、發(fā)電機(jī)（5）和變頻器組成的單元。冷的、液態(tài)的冷卻介質(zhì)在饋送泵（2）后面被取出并且被輸入用于冷卻由膨脹機(jī)（4）、發(fā)電機(jī)（5）和變頻器組成的單元。
【專利說(shuō)明】廢熱利用設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的廢熱利用設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]ORC (Organic-Rankine-Cycle:有機(jī)朗肯循環(huán))指的是根據(jù)郎肯的熱動(dòng)態(tài)的循環(huán)過(guò)程。這意味著，一個(gè)工作介質(zhì)執(zhí)行不同的熱動(dòng)態(tài)的狀態(tài)，以便最終又過(guò)渡到液態(tài)的初始狀態(tài)中。在此，工作介質(zhì)通過(guò)泵被帶到較高的壓力水平。然后工作介質(zhì)被預(yù)加熱到蒸發(fā)溫度并且接著被蒸發(fā)。
[0003]因此涉及一種蒸發(fā)過(guò)程，其中，代替水蒸發(fā)一種有機(jī)介質(zhì)。產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)一個(gè)膨脹機(jī)，例如一個(gè)渦輪機(jī)、一個(gè)活塞或螺旋馬達(dá)，它又與一個(gè)發(fā)電機(jī)耦合，以便產(chǎn)生電流。過(guò)程介質(zhì)在工作機(jī)之后到達(dá)一個(gè)冷凝器中并且在那里在釋放熱量的情況下被循環(huán)冷卻。因?yàn)樗诖髿鈼l件下在100°c時(shí)蒸發(fā)，所以低溫低水平的熱量、例如工業(yè)廢熱或地?zé)嵬ǔ２荒苡糜诎l(fā)電。如果人們使用具有較低沸點(diǎn)的有機(jī)介質(zhì)，那么能夠產(chǎn)生低溫蒸汽。
[0004]例如即便在利用生物質(zhì)結(jié)合力-熱-耦合時(shí)，尤其是在比較小的功率時(shí)，即當(dāng)傳統(tǒng)的生物質(zhì)燃燒技術(shù)表現(xiàn)得比較昂貴時(shí)，ORC設(shè)備在使用中是有利的。生物質(zhì)設(shè)備通常具有用于產(chǎn)生生物氣體的發(fā)酵槽，它通常必須被加熱。
[0005]這類廢熱利用設(shè)備由力-熱-耦合領(lǐng)域公開并且包括一個(gè)與后接的ORC組合的BHKff,即一個(gè)中央供熱站。由DE19541521A1涉及一種用于在借助內(nèi)燃機(jī)排出特殊氣體時(shí)提高電效率的設(shè)備，其中內(nèi)燃機(jī)的廢熱在后接的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備中被用于進(jìn)一步產(chǎn)生電流。然而在此僅利用來(lái)自冷卻水循環(huán)以及來(lái)自廢氣熱交換器的高溫?zé)帷?br> [0006]另外由US4901531已知一種集成在郎肯過(guò)程中的柴油機(jī)組,其中，缸用于根據(jù)郎肯的膨脹并且其它作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作。由US4334409涉及一種根據(jù)郎肯過(guò)程工作的裝置，其中工作介質(zhì)通過(guò)熱交換器加熱，空氣從具有內(nèi)部燃燒的機(jī)器的壓縮器的出口排出。
[0007]中央供熱站(BHKW)通常作為力-熱-耦合裝置已知。它在此指的是分散的、大多通過(guò)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的具有同時(shí)的廢熱利用的電流產(chǎn)生設(shè)備。在燃燒中通過(guò)冷卻介質(zhì)帶出的熱在此盡可能完全地被用于加熱合適的物體。
[0008]尤其是在作為廢熱發(fā)電廠的具有ORC力-熱-耦合設(shè)備中，該機(jī)器得以實(shí)現(xiàn)，它基于具有用于增壓的廢氣增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)。人們由此對(duì)具有非常高的電效率的機(jī)器具有需求，它允許僅通過(guò)壓縮加熱的燃燒氣體混合物的渦輪增壓和回流冷卻來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常需要冷卻燃燒氣體混合物，因?yàn)榉駝t的話缸的填充比較差。通過(guò)冷卻，吸入的混合物的密度變大并且填充效率由此改善。由此提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率產(chǎn)出和機(jī)械效率。
[0009]發(fā)動(dòng)機(jī)制造商為了混合物的冷卻規(guī)定了僅大約40至50°C的冷卻水流入溫度，由此能夠足夠地冷卻混合物。因?yàn)樵摐囟人奖容^低，所以從燃燒氣體取出的熱在迄今為止的力-熱-耦合設(shè)備中被排出到環(huán)境，例如通過(guò)臺(tái)式冷卻器。
[0010]由DE102005048795B3已知在加熱裝置中在兩個(gè)步驟中預(yù)熱ORC中的工作介質(zhì)，SP在ORC中的過(guò)程介質(zhì)通過(guò)兩個(gè)串聯(lián)地連接在饋送泵后的熱交換器被加熱，其中，饋送泵后的第一熱交換器作為用于耦合輸入低溫?zé)岬牡谝患?jí)并且后面的熱交換器作為用于耦合輸入高溫?zé)岬牡诙?jí)。在此，內(nèi)燃機(jī)的混合物冷卻通過(guò)一個(gè)回路與饋送泵后的第一熱交換器連接，其中，來(lái)自對(duì)內(nèi)燃機(jī)抽吸的燃燒氣體混合物的冷卻的熱用于預(yù)熱ORC中的過(guò)程介質(zhì)并且作為低溫?zé)岜获詈陷斎氲降谝粺峤粨Q器中。第二加熱回路從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水和內(nèi)燃機(jī)的廢氣吸取熱并且與饋送泵后的第二熱交換器連接，其中，來(lái)自冷卻循環(huán)和廢氣的熱用于使ORC的過(guò)程介質(zhì)的過(guò)熱并且汽化并且作為高溫?zé)岜获詈陷斎氲金佀捅煤蟮牡诙峤粨Q器中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此本發(fā)明的任務(wù)是，在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況方面優(yōu)化由連接在廢熱源后面的ORC組成的廢熱利用設(shè)備。
[0012]它按照本發(fā)明通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征解決。有利的擴(kuò)展構(gòu)型由從屬權(quán)利要求得出。
[0013]該廢熱利用設(shè)備尤其是包括一個(gè)用于在ORC中蒸汽膨脹的膨脹機(jī)，該膨脹機(jī)具有一個(gè)具有配設(shè)的調(diào)節(jié)裝置和一個(gè)通過(guò)發(fā)電機(jī)-變頻器的直流-中間電路的供電裝置的磁支承裝置。廢熱利用設(shè)備的特點(diǎn)在于，設(shè)有一個(gè)通過(guò)來(lái)自O(shè)RC回路的冷卻介質(zhì)冷卻的、由膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)和變頻器組成的單元。為此，按照本發(fā)明，冷的、液態(tài)的冷卻介質(zhì)在饋送泵后面被取出并且被輸入用于冷卻由膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)和變頻器組成的單元。在一種特別有利的實(shí)施方式中，冷的、液態(tài)的冷卻介質(zhì)在饋送泵后面被取出并且直接被輸送給膨脹機(jī)用于軸承冷卻。
[0014]此外按照本發(fā)明，變熱的、從由膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)和變頻器組成的單元和/或膨脹機(jī)的軸承區(qū)域排出的冷卻介質(zhì)在入口側(cè)被輸入給冷凝器。
[0015]用于冷卻的冷卻介質(zhì)的溫度范圍例如在輸入側(cè)大約為151:至501:并且在輸出側(cè)大約為30°C至80°C，其中，相應(yīng)的溫度取決于待冷卻的部件和/或組件以及整個(gè)廢氣利用設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。
[0016]有利地，設(shè)有一個(gè)與上級(jí)的調(diào)節(jié)裝置相關(guān)聯(lián)的溫度監(jiān)控裝置，該溫度監(jiān)控裝置具有在待冷卻的部件和/或組件中的溫度測(cè)量部位。該溫度監(jiān)控裝置將實(shí)際的溫度測(cè)量值與可預(yù)給定的額定值比較、分析處理它和/或相應(yīng)地優(yōu)化調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)流量。在此優(yōu)選對(duì)于待冷卻的部件和/或組件設(shè)置具有分開的冷卻通道或相應(yīng)的管路的分開的調(diào)節(jié)回路。這些單個(gè)的、配設(shè)給各個(gè)待冷卻的部件和/或組件的調(diào)節(jié)回路具有閥、優(yōu)選電磁閥，用于控制冷卻介質(zhì)流量，以便優(yōu)化地應(yīng)付相應(yīng)的本地的溫度情況。
[0017]通過(guò)本發(fā)明優(yōu)化了由一個(gè)連接在廢熱源后面的ORC組成的廢熱利用設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性。廢熱源可以例如是中央供熱站。工業(yè)設(shè)備或鍋爐設(shè)備。
[0018]廢熱利用設(shè)備、尤其是由膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)和變頻器組成的單元通過(guò)按照本發(fā)明的措施最佳地并且符合情況地被冷卻。一方面是安全的、堅(jiān)固的設(shè)備運(yùn)行的前提條件，另一方面是各個(gè)部件的有效的且受保護(hù)的運(yùn)行的前提條件，它們具有所有在冷卻方面的具體要求。這不僅涉及廢熱利用設(shè)備的靜止運(yùn)行，而且也涉及根據(jù)廢熱影響以及起動(dòng)和駛出對(duì)系統(tǒng)的模塊化。尤其是這些狀態(tài)對(duì)于冷卻系統(tǒng)而言提出一種要求并且按照本發(fā)明提供安全的控制。[0019]例如在起動(dòng)階段中實(shí)現(xiàn)最大的運(yùn)行安全性并且保護(hù)免受冷卻介質(zhì)冷凝，當(dāng)與馬達(dá)室運(yùn)行的發(fā)電機(jī)耦合的膨脹機(jī)的加速在ORC回路中沒(méi)有冷卻介質(zhì)加載的情況下發(fā)生時(shí)。因?yàn)樵诶鋮s側(cè)為此設(shè)置的冷卻介質(zhì)-分流通過(guò)發(fā)電機(jī)單元導(dǎo)向，所以他在那里吸收在馬達(dá)式運(yùn)行期間通過(guò)機(jī)械損失產(chǎn)生的熱。冷卻介質(zhì)然后流過(guò)膨脹機(jī)的殼體，在那里排出熱并且由此在起動(dòng)階段中首先負(fù)責(zé)預(yù)熱。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]附圖示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例并且在唯一的視圖中示出一個(gè)廢熱利用設(shè)備的示意結(jié)構(gòu)，它包括一個(gè)連接在其后的0RC。
【具體實(shí)施方式】
[0021]對(duì)于ORC運(yùn)行重要的部件是一個(gè)ORC回路1、一個(gè)饋送泵2、一個(gè)蒸發(fā)器3、一個(gè)與發(fā)電機(jī)5耦合的用于蒸汽膨脹的膨脹機(jī)4、一個(gè)用于通過(guò)散熱器7的回流冷卻的冷凝器6以及用于預(yù)熱ORC回路I中的工作介質(zhì)的熱交換器8、9。
[0022]兩個(gè)熱交換器8、9串聯(lián)地設(shè)置在饋送泵2后面。在此，饋送泵2后面的第一熱交換器8用作用于從廢熱源10耦合輸入低溫?zé)岬牡谝患?jí)并且接下來(lái)的熱交換器9用作用于從廢熱源10耦合輸入高溫?zé)岬牡诙?jí)。
[0023]一個(gè)第二加熱回路11以它的先導(dǎo)區(qū)域與ORC的蒸發(fā)器3連接，因?yàn)闇囟人绞紫葘?duì)于其直接加熱是足夠高的。然后第二加熱回路11在回流側(cè)通入到第二熱交換器9中并且在那里將存在的剩余熱排出到0RC。
[0024]用于冷卻膨脹機(jī)4的液態(tài)冷卻介質(zhì)-分流12被分支出來(lái)并且首先被輸送通過(guò)發(fā)電機(jī)5。然后冷卻介質(zhì)流過(guò)膨脹機(jī)4的殼體、在那里在用于預(yù)熱的起動(dòng)階段中首先輸出熱并且在正常運(yùn)行中負(fù)責(zé)充分的散熱。為此特點(diǎn)僅在于一個(gè)簡(jiǎn)單的、示意的管線布置，沒(méi)有所需的通向單個(gè)部件或多個(gè)部件、分度盤、溫度測(cè)量部位、閥和調(diào)節(jié)裝置的分支。
[0025]在達(dá)到最小起動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)，膨脹機(jī)4的入口處的一個(gè)蒸汽閥13被打開以便蒸汽膨脹到ORC中并且在蒸汽閥13進(jìn)一步打開時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高，從而發(fā)電機(jī)5從馬達(dá)式運(yùn)行過(guò)渡到正常的發(fā)電機(jī)運(yùn)行中。
[0026]圍繞膨脹機(jī)4設(shè)置一個(gè)具有至少一個(gè)節(jié)流閥15的被調(diào)節(jié)的旁路14。該旁路14在起動(dòng)階段中、即在工作介質(zhì)的溫度仍比較低時(shí)首先被打開。由此工作介質(zhì)繞過(guò)膨脹機(jī)4被傳導(dǎo)。一旦ORC回路I已經(jīng)達(dá)到它的額定運(yùn)行狀態(tài)，那么旁路14中的節(jié)流閥15關(guān)閉并且設(shè)置在膨脹機(jī)4前面的蒸汽閥13被打開。
【權(quán)利要求】
1.用于廢熱源(10)的廢熱利用設(shè)備，包括一個(gè)連接在其后面的ORC(有機(jī)物朗肯循環(huán))，其中，該廢熱源(10)與ORC的加熱裝置連接，以及具有一個(gè)與發(fā)電機(jī)(5)耦合的用于在ORC中蒸汽膨脹的膨脹機(jī)(4)，該膨脹機(jī)具有一個(gè)具有配設(shè)的調(diào)節(jié)裝置和一個(gè)通過(guò)發(fā)電機(jī)-變頻器的直流-中間電路的供電裝置的磁支承裝置，其特征在于，設(shè)有一個(gè)通過(guò)來(lái)自O(shè)RC回路(O的冷卻介質(zhì)冷卻的、由膨脹機(jī)(4)、發(fā)電機(jī)(5)和變頻器組成的單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢熱利用設(shè)備，其特征在于，冷的、液態(tài)的冷卻介質(zhì)在饋送泵(2)后面被取出并且被輸入用于冷卻由膨脹機(jī)(4)、發(fā)電機(jī)(5)和變頻器組成的單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢熱利用設(shè)備，其特征在于，冷的、液態(tài)的冷卻介質(zhì)在饋送泵(2)后面被取出并且被輸入給膨脹機(jī)(4)用于軸承冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的廢熱利用設(shè)備，其特征在于，變熱的、從由膨脹機(jī)(4)、發(fā)電機(jī)(5)和變頻器組成的單元和/或膨脹機(jī)(4)的軸承區(qū)域排出的冷卻介質(zhì)在入口側(cè)被輸入給冷凝器(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的廢熱利用設(shè)備，其特征在于，設(shè)有一個(gè)與上級(jí)的調(diào)節(jié)裝置相關(guān)聯(lián)的溫度監(jiān)控裝置，該溫度監(jiān)控裝置具有在待冷卻的部件和/或組件中的溫度測(cè)量部位，該溫度監(jiān)控裝置將實(shí)際的溫度測(cè)量值與可預(yù)給定的額定值比較、分析處理和/或調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的廢熱利用設(shè)備，其特征在于，對(duì)于待冷卻的部件和/或組件設(shè)置分開的調(diào)節(jié)回路，以便調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)流量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的廢熱利用設(shè)備，其特征在于，在配設(shè)給各個(gè)待冷卻的部件和/或組件的調(diào)節(jié)回路中設(shè)置用于控制冷卻介質(zhì)流量的閥。
【文檔編號(hào)】F01K25/10GK103620167SQ201180062001
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月24日
【發(fā)明者】S·米勒, K·赫爾曼, A·泰梅爾西-安東, H·克勒 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司