EP2898192A2 - Energy conversion arrangement, thermodynamical system and method for increasing the efficiency of an integrated orc process - Google Patents
Energy conversion arrangement, thermodynamical system and method for increasing the efficiency of an integrated orc processInfo
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- EP2898192A2 EP2898192A2 EP13770418.5A EP13770418A EP2898192A2 EP 2898192 A2 EP2898192 A2 EP 2898192A2 EP 13770418 A EP13770418 A EP 13770418A EP 2898192 A2 EP2898192 A2 EP 2898192A2
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- compressor
- working medium
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- 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
Definitions
- the present invention relates to an energy conversion arrangement for converting thermal energy into mechanical work, a thermodynamic system, and a method for converting thermal energy into mechanical work.
- the herkömmli ⁇ che cooler 230 cools the process gas, for example, from about 20 ° C to about 30 ° C, this waste heat is discharged to the conventional compression processes unused to the environment.
- this waste heat is discharged to the conventional compression processes unused to the environment.
- the conventional cooler 230 or intermediate cooling is, however, necessary in order to limit the compression temperatures and to reduce the required technical work in the compression process. In addition, the reduced Efficiency of compression at too high temperatures of the process gas.
- the Energy conversion arrangement for converting thermal energy to mechanical work is described.
- the Energywand ⁇ lung assembly includes a condenser, an evaporator and a turbine.
- the condenser can be supplied with a working medium in the vapor state, wherein the condenser is set up to transfer or liquefy the working medium into a liquid state by means of cooling the working medium.
- the evaporator is coupled to the condenser such that the working fluid from the condenser in the liquid state can be supplied to the evaporator.
- the turbine is designed to convert thermal energy and mechanical work.
- the turbine is equipped with steamer coupled such that the working fluid from the evaporator in the vapor state of the turbine can be fed.
- the turbine is further coupled to the condenser in such a way that the working medium from the turbine can preferably be fed to the condenser in the vapor state.
- African energy is first produced by condensing the working medium in the cycle alternately at low pressure and evaporated at high pressure.
- the pressure is applied by the feed pump through labor and dissipated in the turbine with delivery of labor.
- the condenser is provided as explained above to liquefy the vaporous working fluid after the turbine.
- the condenser can be designed, for example, as a water-cooled condenser or as an air-cooled condenser, which has a fan, for example.
- As the water-cooled condenser can be used, in particular a water-cooled surface condenser, for example in the form of a tube bundle heat exchanger or a Platten Pavtau ⁇ .
- the turbine is a turbomachine, which converts the internal energy of the vaporous working medium into rotational energy and ultimately into mechanical working energy.
- the turbine has in particular rotor blades, which are mounted on an output shaft. Due to the flow around the working fluid on the rotor blades, a portion of the internal energy of the working medium, which is composed, for example, of movement, position and pressure energy, ent ⁇ pulled, and transmitted to the rotor blades. This causes the output shaft of the turbines to rotate, generating usable power or mechanical work.
- a generator or another working machine can be coupled to the output shaft.
- the evaporator converts the liquid working medium into a vaporous state. For this purpose, the evaporator thermal energy, in particular from the compressor assembly, are supplied.
- the evaporator is, for example, a heat exchanger in which in a first region of the heat exchanger, the working medium can be fed and discharged and in a second region, the process fluid of the compressor assembly can be fed and discharged.
- the evaporator is arranged such that between the first region and the second rich thermal energy, for example by convection, between the process fluid and the working medium is interchangeable.
- the compressor arrangement has, for example, at least one compressor, which can be driven by means of a motor or a drive unit. The compressor compresses the process fluid. After the first compressor, the printed or compressed process fluid is supplied to the evaporator, thus providing a transition of the thermal energy from the process fluid to the working fluid.
- the process fluid may be present as a process fluid, process steam or pro ⁇ zessgass.
- a compressor is understood to be a closed compressor module or a compressor stage, which is arranged in the compressor assembly.
- a first compressor stage can be understood as the first compressor and a second compressor stage of the compressor module can be understood as the second compressor.
- the compressor arrangement and the energy conversion arrangement each have a closed system per se, ie the compressor arrangement has a process fluid circuit and the energy conversion arrangement has a working fluid circuit which is separate from the process fluid circuit.
- the thermal energy of the process fluid is simply released to the environment and thus lost ⁇ .
- the mechanical work generated by the Turbi ⁇ ne of the system for example, can be used as ⁇ to turn to the compressor of the Verêtranord- operate.
- a highly-efficient compressor assembly ef ⁇ due to the coupling for example, provided with the energy conversion assembly on the evaporator.
- the evaporator has a further heat exchanger, in particular a thermal oil heat exchanger, which has an intermediate medium.
- the evaporator can be coupled to the compressor arrangement such that thermal energy of the compressor can be delivered to the intermediate medium in the heat exchanger.
- the heat exchanger is further configured such that thermal energy of the intermediate medium can be delivered to the working medium.
- the process fluid is a process gas, and thus is present in the gaseous state
- the liner Ver ⁇ achieved with the heat exchanger and the intermediate medium, a more efficient transfer of thermal energy between the process gas (process fluid) to the working fluid.
- the intermediate medium in particular ⁇ sondere in the liquid state and the intermediate medium has a good heat transfer coefficient.
- the intermediate medium can be a thermal oil which comprises, for example, mineral oils, silicone oils or biological oils.
- the working medium comprises an organic medium, such as, for example, a silicone oil, toluene, isopentane and / or isooctane.
- organic medium such as, for example, a silicone oil, toluene, isopentane and / or isooctane.
- ORC Organic Rankine Cycle
- the organi ⁇ cal working medium has a lower evaporation temperature ⁇ ture than water.
- the ORC process is Zvi ⁇ rule the evaporator and the condenser particularly advantageous in a low temperature gradient of the working medium, since already at a low temperature differential between the evaporator and the condenser, an efficient operation of the ORC process is possible.
- the waste heat generated in the compressor assembly can be efficiently utilized in the integrated ORC process.
- the compressor assembly generates thermal energy, which according to the present invention, the energy conversion assembly (which, for example, a closed
- Circular system represents (The power conversion assembly is operated with the organic working fluid, which has the property, as compared to water be ⁇ already at a moderate pressure and moderate ambient temperature to condense.
- the thermal energy is supplied to the compressor assembly, so that the organic working medium is evaporated.
- the system comprises a generator coupled to the turbine in such a way that the generator means of the turbine is at ⁇ drivable.
- the generator means of the turbine is at ⁇ drivable.
- the compressor arrangement can have a first compressor (or a first compressor stage), wherein the evaporator is coupled to the first compressor in such a way that the process fluid can be fed to the evaporator after being compressed by means of the first compressor, thus providing a transition from provide thermal energy to the working medium of the energy conversion assembly.
- the compressor assembly further comprises a second compressor (or a second compressor stage).
- the second compressor is coupled to the evaporator such that the process fluid can be fed to the second compressor after cooling in the evaporator.
- the second compressor can thus be operated more effectively due to the cooling ⁇ len of the process fluid.
- Ei ⁇ nem compressor such as a too hot process fluid supplied (especially in the gaseous state), the efficiency of the corresponding compressor is greatly reduced. The cooler the process fluid, the more effectively a compressor can compress the process fluid.
- the compressor assembly may thus have two compressors connected in series or two compressor stages connected in series. In the case of compressor stages connected in series, the entire compression process is carried out within one machine or compressor assembly.
- the process gas is thus brought into the first compressor stage at a certain partial pressure, then led out of the machine or compressor assembly and cooled by a cooler geeigne ⁇ th (for example, air cooler and the evaporator). After the cooling process, the process gas, in turn, the Maschi ⁇ ne or compressor assembly is fed to be then brought into the second compressor stage to the required final pressure.
- the compressor arrangement may have a multiplicity of compressors or compressor stages.
- the evaporator is coupled to the second compressor in such a way that the process fluid can be fed to the evaporator after being compressed by means of the second compressor.
- the process fluid may be supplied to the evaporator before it enters the second compressor and exits the second compressor.
- the thermal energy of the process fluid is utilized during compression in the compressor assembly.
- the compressor assembly comprises a drive unit (eg, a motor) and a drive shaft.
- the drive shaft is connected to the drive unit at ⁇ and the first compressor (and / or the second compressor) coupled such that the first compressor and / or the second compressor) driven by means of the drive unit.
- the drive unit may, for example, a Gas turbine, have an internal combustion engine or an electric motor.
- the turbine is coupled to the drive shaft of the compressor assembly such that the first compressor and / or the second compressor is / are drivable exclusively or in addition to the drive unit described above.
- the mechanical work produced in moderate energy ⁇ conversion arrangement is induced in the Ver ⁇ tight arrangement.
- the efficiency of the compressor assembly is increased because, for example, the performance of the drive unit can be reduced.
- the thermal energy of the compressor assembly is used, which is discharged in ei ⁇ nem conventional compressor process to the environment.
- the required drive power of the drive unit for driving the compressor assembly can be reduced.
- the overall effect ⁇ improves degree.
- the corresponding functional units such as, for example, the feed pump, the condenser, the evaporator, the turbine, the generator, the first compressor, the second compressor and / or the drive unit, can be flexibly coupled to each other, so that the described thermal Modynamic system can be offered as a plug-and-play solution.
- the forming of the working medium as organic ⁇ ULTRASONIC working medium is advantageous since a lower pressure level, for example, only 10 bar for operating the ORC process is sufficient.
- a lower pressure level for example, only 10 bar for operating the ORC process is sufficient.
- thermodynamic system shows a schematic representation of the thermodynamic system according to an exemplary embodiment of the present invention.
- Fig. 2 shows a conventional compressor arrangement.
- Fig. 1 shows a thermodynamic system, which has a 100 Ener ⁇ gieumwandlungsan Aunt for converting thermal energy into mechanical work, a compressor assembly.
- the functional elements (capacitor 110, dining pump 105, evaporator 120, turbine 130) of the Energywand ⁇ lung arrangement 100 are shown in the dashed area in FIG. 1.
- the energy conversion arrangement 100 has a capacitor 110, a feed pump 105, an evaporator 120 and a turbine ⁇ 130.
- a vaporous working medium from the turbine 130 is fed.
- the capacitor 110 is a ⁇ directed to liquefy the working medium by cooling the Häme ⁇ diums.
- the waste heat Q can be released to the environment.
- the capacitor by means of a heat exchanger on the evaporator 120 is ge ⁇ coupled, so that the waste heat Q which is released during cooling of the working medium in the condenser 110, the working medium in the evaporator 120 is supplied.
- the charge pump 105 receives from the capacitor 110, the Ar ⁇ beitsmedium in liquid state.
- the feed pump 105 increases the pressure of the liquid working medium and forwards the working medium to the evaporator 120.
- the evaporator 120 receives the working fluid in the liquid state 120 from the feed pump 105 or the condenser 110. Furthermore, the evaporator is coupled to a compressor arrangement 160 such that thermal energy can be released from a process fluid of the compressor arrangement 160 to the working medium in the evaporator 160 is. The evaporator 120 is filed in such a way that the working medium is vaporized by means of the thermi ⁇ rule energy of the process fluid.
- the turbine 130 receives the working medium in the vapor state from the evaporator 120.
- the working medium in the vapor state relaxes in the turbine 130, so that the turbine ⁇ 130 generates mechanical work.
- the turbine 130 is coupled to the condenser 110 such that the working medium in the vapor state can be fed from the turbine 130 to the condenser 110.
- the energy conversion arrangement 100 is therefore suitable for carrying out a cycle process, in particular a Clausius-Rankine process, in order to generate mechanical work from thermal energy.
- the working fluid is an organic working Medi ⁇ a way, that the power conversion device 100 is particularly suitable for an Organic Rankine Cycle (ORC) process to carry out.
- the compressor assembly 160 includes a first compressor 161 which is driven by a drive unit 166. Via a process gas inlet 164, the process fluid, in particular a process gas, is supplied to the first compressor 161.
- the first compressor 161 compresses the process fluid and forwards it to the evaporator 120.
- thermal energy is taken from the process fluid and supplied to the working fluid of the energy conversion assembly 100.
- the process fluid is cooled and can be supplied according to its intended use. Further, as shown in FIG. 1, the process fluid may be supplied to another second compressor 162. In the second compressor 162, the process fluid is further compressed and removed at a process gas outlet 165 for further use.
- the first compressor 161 and the second compressor 162 may represent functionally separate compressor assemblies or may represent two compressor stages of a machine or a compressor assembly, respectively.
- the second compressor 162 is coupled to the drive unit 166 by means of a drive shaft 163. Also may be coupled to the on ⁇ drive shaft 163 of the first compressor 161st
- the turbine 130 may be coupled to a generator 140 via a first drive shaft 150 to drive the generator 140 to generate power.
- the turbine 100 may be coupled to the first compressor 161 and / or the second compressor 162 via a second drive shaft 151.
- the turbine 130 supports the compression process of the compressor assembly 160, since the mechanical Ar ⁇ beit, which was generated by the turbine 130, for loading ⁇ drive the corresponding compressor 161, can be used 162nd Thus, the efficiency of the compressor assembly 160 is increased.
- thermodynamic system of Figure 1 which in particular has the energy conversion assembly with the organic working fluid, with examples of parameter values for pressure and temperature of the working medium and the process fluid erläu ⁇ tert.:
- the process fluid which may be in gaseous form and is referred to below as "process gas"
- process gas has a temperature of about -60 ° C. to about -65 ° C. and a pressure of about 3 bar to 4 bar at the process gas inlet 164 on.
- the pressure is increased to about 15 bar to about 25 bar and the temperature to about 60 ° C to about 70 ° C.
- the process gas is supplied to the evaporator 120.
- the process gas is cooled almost isobarically to about 35 ° C to about 45 ° C.
- the Pro ⁇ zessgas is supplied to the evaporator 120 to the second compressor 162nd
- the second compressor 162 compresses the process gas ⁇ further so that the process gas has to output 165, the process gas has a pressure of about 70 bar to about 90 bar and a temperature of Tempe ⁇ about 150 ° C to 170 ° C.
- the working medium in particular the organic working medium, is in liquid form and has a temperature of about 20 ° C to about 30 ° C and a pressure of about 15 bar to about 25 bar.
- the working fluid absorbs the thermal energy of the process fluid and is vaporized.
- the working medium is in a vaporous state and has a temperature of about 60 ° C to 70 ° C at a pressure of about 15 bar to 25 bar.
- the pressure thus remains almost the same (isobaric heating).
- the working fluid expands from initially about 15 bar to about 25 bar to about 5 bar to about 10 bar.
- the working medium cools from approx. 60 ° C to 70 ° C to approx. 30 ° C to 40 ° C.
- the working medium is supplied to the condenser 110 in the vapor state.
- the working medium is liquefied or condensed, for example by means of air or water ⁇ cooling.
- the working medium cools in the condenser 110 from, for example, about 30 ° C to 40 ° C to about 15 ° C to 25 ° C from.
- the pressure of the working medium remains almost constant during the condensation in the condenser 110 (isobaric cooling).
- the liquid working medium of the feed pump 105 is supplied ⁇ .
- the pressure of Ar ⁇ beitsmediums of about 5 increases bar to about 10 bar to about 15 bar to about 25 bar, the temperature only slightly rises.
- the working medium As mentions ⁇ ing, about 20 ° C to 25 ° C and a pressure of about 20 bar. With these parameter values, the liquid working medium is provided to the evaporator 120.
- about 1 megawatt to about 2 megawatts can be obtained with the ORC process described above and fed to the compressor assembly 160 and the generator 140.
- about 7% to about 10% of the previously unused waste heat can be used.
Landscapes
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Abstract
The invention relates to an energy conversion arrangement (100) for converting thermal energy into mechanical work. A working medium in the vaporous state can be supplied to a capacitor (110), wherein the capacitor (110) is configured to transfer the working medium from the vaporous state into a liquid state by means of cooling down said working medium. An evaporator (120) is coupled to the capacitor (110) such that the working medium in the liquid state can be supplied from the capacitor (110) to the evaporator (120). The evaporator (120) can be coupled to a compressor arrangement (160) in such a way that thermal energy can be discharged from a process fluid to be compressed of the compressor arrangement to the working medium in the evaporator (120), wherein the evaporator (120) is configured to transfer the working medium from the liquid state into the vaporous state by means of the thermal energy of the process fluid. A turbine (130) for converting thermal energy into mechanical work is coupled to the evaporator (120) in such a way that the working medium can be supplied from the evaporator (120) to the turbine (130). Furthermore, the turbine (130) is coupled to the capacitor (110), and so the working working medium can be supplied from the turbine (130) to the capacitor (110).
Description
Beschreibung description
Integrierter ORC-Prozess an zwischengekühlten Kompressoren zur Erhöhung des Wirkungsgrades und Verringerung der erfor- derlichen Antriebsleistung durch Nutzung der Abwärme Integrated ORC process on intercooled compressors to increase the efficiency and reduce the required drive power by using the waste heat
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieumwandlungsan- Ordnung zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit, ein thermodynamisches System sowie ein Verfahren zum Umwandeln von thermischer Energie in mechanische Arbeit. The present invention relates to an energy conversion arrangement for converting thermal energy into mechanical work, a thermodynamic system, and a method for converting thermal energy into mechanical work.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
In vielen technischen Bereichen gibt es einen hohen Bedarf an verdichteten Prozessgasen, wie beispielsweise Druckluft oder andere komprimierte chemische Prozessgase. Beispielsweise sind in Kraftwerken zur Erzeugung von Energie komprimierte Prozessgase notwendig. Auch in der chemischen Industrie wer¬ den für viele chemische Abläufe komprimierte Prozessgase ein¬ gesetzt. In many technical areas, there is a high demand for compressed process gases, such as compressed air or other compressed chemical process gases. For example, in power stations for the production of energy compressed process gases are necessary. Also in the chemical industry ¬ the compressed for many chemical processes process gases put an ¬.
Um den Druck eines Prozessgases zu erhöhen, werden Kompresso- ren eingesetzt, die beispielsweise mittels eines Motors be¬ trieben werden. Um die erforderliche Antriebsleistung der Kompressoren bei einem Verdichtungsprozess zu minimieren so¬ wie um die sich einstellenden Verdichtungstemperaturen für die einzelnen Systemkomponenten, wie beispielsweise für die Dichtungen, in Grenzen zu halten, werden mehrstufige Verdichter mit Zwischenkühlungen eingesetzt. In order to increase the pressure of a process gas, com- pressors are used, which are driven for example by means of a motor be ¬. In order to minimize the required drive power of the compressors in a compression process ¬ as in order to keep the self-adjusting compression temperatures for the individual system components, such as the seals, limited, multi-stage compressors are used with intermediate cooling.
Fig. 2 Fig. 2 zeigt einen herkömmlichen Verdichtungsprozess. Hierbei wird eine herkömmliche erste Verdichtungsstufe bzw. ein herkömmlicher erster Verdichter 210 und eine herkömmliche zweite Verdichtungsstufe bzw. ein herkömmlicher zweiter Verdichter 220 in Reihe geschaltet. Eine herkömmliche Antriebs¬ einheit 250 treibt über eine herkömmliche Antriebswelle 240
die erste herkömmliche erste Verdichtungsstufe 210 und die herkömmliche zweite Verdichtungsstufe 220 an. Über einen Pro¬ zesseingang 201 wird das unkomprimierte Prozessgas der ersten herkömmlichen Verdichtungsstufe 210 zugeführt. Nach der her- kömmlich ersten Verdichtungsstufe 210 wird das teilkompri¬ mierte Prozessgas einem herkömmlichen Kühler 230 zugeführt. Dabei wird die Wärme, welche in der ersten herkömmlichen Verdichtungsstufe 210 generiert wird, in einem herkömmlichen Kühler 230 zum größten Teil ungenutzt an die Umgebung abgege- ben. Anschließend wird das teilkomprimierte Prozessgas dem herkömmlichen zweiten Verdichter 220 zugeführt und über einen Prozessausgang 202 weiteren Verarbeitungsschritten abgeführt. Fig. 2 Fig. 2 shows a conventional compaction process. Here, a conventional first compression stage or a conventional first compressor 210 and a conventional second compression stage or a conventional second compressor 220 is connected in series. A conventional drive ¬ unit 250 drives, via a conventional drive shaft 240 the first conventional first compression stage 210 and the conventional second compression stage 220 at. The uncompressed process gas of the first conventional compression stage 210 is fed via a Pro ¬ zesseingang two hundred and first After the manufacturing kömmlich first compression stage 210, the teilkompri ¬-optimized process gas to a conventional cooler 230 is supplied. In this case, the heat which is generated in the first conventional compression stage 210 in a conventional cooler 230 is largely released unused to the environment. Subsequently, the partially compressed process gas is supplied to the conventional second compressor 220 and discharged via a process output 202 further processing steps.
Beispielsweise kann das Prozessgas dem herkömmlichen ersten Verdichter 210 bei einer Temperatur von ca. -62°C und einem Druck von ca. 3,3 bar zugeführt werden. Nach dem ersten herkömmlichen Verdichter 210 weist das Prozessgas bereits ca. 65°C und ca. 20,6 bar auf. In dem herkömmlichen Kühler 230 wird das teilkomprimierte Prozessgas auf ca. 40,9°C annähernd isobar abgekühlt und dem herkömmlichen zweiten Verdichter 220 zugeführt. Nach dem herkömmlichen zweiten Verdichter 220 kann das Prozessgas beispielsweise ca. 157°C und ca. 80 bar auf¬ weisen. An dem aufgeführten Beispiel wird deutlich, dass in jedem der herkömmlichen Verdichter 210, 220 das Prozessgas teilweise ca. 110°C bis 120°C aufgewärmt wird. Der herkömmli¬ che Kühler 230 kühlt das Prozessgas beispielsweise um ca. 20 °C bis ca. 30 °C ab, wobei diese Abwärme den herkömmlichen Verdichtungsprozessen ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Mit dem oben aufgeführten Verdichtungsprozess und den beispielhaften Temperaturen und Drücken werden in dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel fast 14,8 Megawatt ungenutzt über den herkömmlichen Kühler 230 an die Umgebung abgegeben. For example, the process gas can be supplied to the conventional first compressor 210 at a temperature of about -62 ° C and a pressure of about 3.3 bar. After the first conventional compressor 210, the process gas already at about 65 ° C and about 20.6 bar. In the conventional radiator 230, the partially compressed process gas is approximately isobarically cooled to about 40.9 ° C and supplied to the conventional second compressor 220. After the conventional second compressor 220, the process gas, for example, about 157 ° C and about 80 bar have on ¬ . In the example shown, it is clear that in each of the conventional compressors 210, 220, the process gas is partially heated about 110 ° C to 120 ° C. The herkömmli ¬ che cooler 230 cools the process gas, for example, from about 20 ° C to about 30 ° C, this waste heat is discharged to the conventional compression processes unused to the environment. With the above-mentioned compaction process and exemplary temperatures and pressures, in the example shown in FIG. 2, almost 14.8 megawatts are released unused via the conventional radiator 230 to the environment.
Der herkömmliche Kühler 230 bzw. das Zwischenkühlen ist al- lerdings notwendig, um die Verdichtungstemperaturen in Grenzen zu halten und die erforderliche technische Arbeit in den Verdichtungsprozess zu verringern. Zudem verringert sich der
Wirkungsgrad der Verdichtung bei zu hohen Temperaturen des Prozessgases . The conventional cooler 230 or intermediate cooling is, however, necessary in order to limit the compression temperatures and to reduce the required technical work in the compression process. In addition, the reduced Efficiency of compression at too high temperatures of the process gas.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen effizienten Verdichtungsprozess bereitzustellen. It is an object of the present invention to provide an efficient compaction process.
Diese Aufgabe wird mit einer Energieumwandlungsanordnung zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit, durch ein thermodynamisches System sowie durch ein Verfahren zum Umwandeln von thermischer Energie in mechanische Arbeit gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. This object is achieved by an energy conversion arrangement for converting thermal energy into mechanical work, by a thermodynamic system and by a method for converting thermal energy into mechanical work according to the independent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Energieumwandlungsanordnung zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit beschrieben. Die Energieumwand¬ lungsanordnung weist einen Kondensator, einen Verdampfer und eine Turbine auf. According to a first aspect of the present invention, an energy conversion arrangement for converting thermal energy to mechanical work is described. The Energieumwand ¬ lung assembly includes a condenser, an evaporator and a turbine.
Dem Kondensator ist ein Arbeitsmedium in dampfförmigem Zustand zuführbar, wobei der Kondensator eingerichtet ist, das Arbeitsmedium mittels Abkühlens des Arbeitsmediums in einen flüssigen Zustand zu überführen bzw. zu verflüssigen. Der Verdampfer ist mit dem Kondensator derart gekoppelt, dass das Arbeitsmedium von dem Kondensator in dem flüssigen Zustand dem Verdampfer zuführbar ist. The condenser can be supplied with a working medium in the vapor state, wherein the condenser is set up to transfer or liquefy the working medium into a liquid state by means of cooling the working medium. The evaporator is coupled to the condenser such that the working fluid from the condenser in the liquid state can be supplied to the evaporator.
Der Verdampfer ist an eine Verdichteranordnung derart koppelbar, dass thermische Energie von einem Prozessfluid der Ver¬ dichteranordnung an das Arbeitsmedium in dem Verdampfer abgebbar ist. Der Verdampfer ist ferner eingerichtet das Arbeitsmedium mittels der thermischen Energie des Prozessfluids in einen dampfförmigen Zustand zu überführen bzw. zu verdampfen . The evaporator can be coupled to a compressor assembly that thermal energy can be emitted to the working medium in the evaporator of a process fluid of the Ver ¬ tight arrangement. The evaporator is further configured to convert the working fluid by means of the thermal energy of the process fluid into a vaporous state or to evaporate.
Die Turbine ist zur Umwandlung von thermischer Energie und mechanischer Arbeit ausgebildet. Die Turbine ist mit dem Ver-
dampfer derart gekoppelt, dass das Arbeitsmedium von dem Verdampfer im dampfförmigen Zustand der Turbine zuführbar ist. Die Turbine ist ferner mit dem Kondensator derart gekoppelt, dass das Arbeitsmedium von der Turbine bevorzugt noch im dampfförmigen Zustand dem Kondensator zuführbar ist. The turbine is designed to convert thermal energy and mechanical work. The turbine is equipped with steamer coupled such that the working fluid from the evaporator in the vapor state of the turbine can be fed. The turbine is further coupled to the condenser in such a way that the working medium from the turbine can preferably be fed to the condenser in the vapor state.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein thermodynamisches System beschrieben, welches die oben beschriebene Energieumwand¬ lungsanordnung aufweist. Ferner weist das thermodynamische System die Verdichteranordnung auf, wobei der Verdampfer an der Verdichteranordnung derart gekoppelt ist, dass thermische Energie von dem Prozessfluid der Verdichteranordnung an das Arbeitsmedium in dem Verdampfer übertragbar ist. According to a further aspect, a thermodynamic system is described, which has the above-described Energieumwand ¬ lungsanordnung. Further, the thermodynamic system comprises the compressor assembly, wherein the evaporator is coupled to the compressor assembly such that thermal energy from the process fluid of the compressor assembly to the working fluid in the evaporator is transferable.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Umwandeln von thermischer Energie in mechanische Arbeit beschrieben. Ein Arbeitsmedium wird im dampfförmigen Zustand einem Kondensator zugeführt. Das Arbeitsme¬ dium wird mittels Abkühlens des Arbeitsmediums in dem Konden¬ sator verflüssigt. Das Arbeitsmedium wird im flüssigen Zustand von dem Kondensator einem Verdampfer zugeführt. In dem Verdampfer wird thermische Energie von einem Prozessfluid ei¬ ner Verdichteranordnung an das Arbeitsmedium abgegeben. Der Verdampfer ist hierfür an die Verdichteranordnung gekoppelt. Das Arbeitsmedium wird mittels der thermischen Energie des Prozessfluids verdampft. Das Arbeitsmedium wird im dampfför¬ migen Zustand von dem Verdampfer zu einer Turbine zugeführt. Mittels der Turbine wird thermische Energie des Arbeitsmedi¬ ums in mechanische Arbeit umwandelt. Das Arbeitsmedium wird im dampfförmigen Zustand von der Turbine zu dem Kondensator zugeführt . In accordance with another aspect of the present invention, a method of converting thermal energy to mechanical work is described. A working medium is supplied to a condenser in the vapor state. The working medium is liquefied by cooling of the working medium in the condensate ¬ sator. The working medium is supplied in the liquid state from the condenser to an evaporator. In the evaporator, thermal energy is released from a process fluid ei ¬ ner compressor assembly to the working fluid. The evaporator is for this purpose coupled to the compressor assembly. The working medium is evaporated by means of the thermal energy of the process fluid. The working medium is supplied in dampfför ¬-shaped condition from the evaporator to a turbine. By means of the turbine thermal energy of Arbeitsmedi ¬ ums is converted into mechanical work. The working medium is supplied in the vapor state from the turbine to the condenser.
Die oben beschriebene Energieumwandlungsanordnung zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit setzt ei¬ nen thermodynamischen Kreisprozess um. Insbesondere wird ein Clausius-Rankine-Kreisprozess umgesetzt. Wie im Folgenden noch weiter erläutert, kann das Arbeitsmedium aus einem organischen Medium bestehen, sodass die Energieumwandlungsanord-
nung insbesondere nach einem "Organic Rankme Cycle (ORC) "- Prozess arbeiten kann. The energy conversion arrangement described above for converting thermal energy into mechanical work implements ei ¬ nen thermodynamic cycle. In particular, a Clausius-Rankine cycle is implemented. As will be explained further below, the working medium may consist of an organic medium, so that the energy conversion arrangement in particular according to an Organic Rankme Cycle (ORC) process.
Der Clausius-Rankine-Kreisprozess und entsprechend auch der ORC-Kreisprozess weist die oben beschriebene Turbine, den Kondensator und den Verdampfer auf. Zum Antreiben des Kreisprozesses und zur Druckerhöhung des Arbeitsmediums im flüssi¬ gen Zustand wird eine Speisepumpe verwendet, um einen Fluss des Arbeitsmediums zwischen den funktionalen Einheiten zu gewährleisten und das Arbeitsmedium zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer zu bedrucken. Rohrleitungen verbinden den Kondensator mit dem Verdampfer, den Verdampfer mit der Turbine und die Turbine mit dem Kondensator. Zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer ist die Speisepumpe zwischengeschal¬ tet . The Clausius-Rankine cycle and, correspondingly, the ORC cycle have the turbine, condenser and evaporator described above. To drive the cycle and to increase the pressure of the working fluid in flüssi ¬ gen state, a feed pump is used to ensure a flow of the working fluid between the functional units and to print the working fluid between the condenser and the evaporator. Pipelines connect the condenser with the evaporator, the evaporator with the turbine and the turbine with the condenser. Between the condenser and the evaporator, the feed pump is interposed ¬ tet.
Gemäß dem Clausius-Rankine-Kreisprozess wird zunächst mecha¬ nische Energie erzeugt, indem das Arbeitsmittel in dem Kreis- prozess abwechselnd bei niedrigem Druck kondensiert und bei hohem Druck verdampft. Der Druck wird von der Speisepumpe durch Aufwand von Arbeit aufgebracht und in der Turbine unter Abgabe von Arbeit abgebaut. According to the Rankine Cycle mecha ¬ African energy is first produced by condensing the working medium in the cycle alternately at low pressure and evaporated at high pressure. The pressure is applied by the feed pump through labor and dissipated in the turbine with delivery of labor.
In der Turbine wird das Arbeitsmedium im dampfförmigen Zustand adiabat entspannt, so dass dadurch insbesondere aus der thermischen Energie des Arbeitsmediums mechanische Arbeit er¬ zeugt wird. Anschließend wird in dem Kondensator das Arbeits¬ medium im dampfförmigen Zustand nahezu isobar kondensiert, so dass das Arbeitsmedium anschließend im flüssigen Zustand vorliegt. Anschließend wird in der Speisepumpe der Druck des Ar¬ beitsmediums nahezu adiabat und nahezu isotrop erhöht. Nach der Speisepumpe wird das Arbeitsmedium in flüssigem Zustand dem Verdampfer zugeführt, wobei das Arbeitsmedium zunächst bis zum Verdampfungspunkt erwärmt werden kann und dann bei¬ spielsweise (nahezu isotherm) verdampft werden kann. In the turbine, the working fluid in the vapor state is adiabatically, so that this mechanical work is evidence in particular of the thermal energy of the working medium it ¬. The working medium is then ¬ nearly isobaric condensed in the vapor state, so that the working medium then in the liquid state in the condenser. The pressure of the Ar ¬ beitsmediums is then virtually adiabatically and nearly isotropic increase in the feed pump. After the feed pump, the working medium is supplied in the liquid state to the evaporator, wherein the working medium can be heated to the first evaporation point and then at ¬ example (almost isothermally) can be evaporated.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird das dampfförmige Arbeitsmedium in dem Verdampfer durch weitere
Erwärmung überhitzt. Das Arbeitsmedium wird in einem überhitzten Zustand in der Turbine entspannt, so dass das Risiko einer vorzeitigen Kondensation des Arbeitsmediums in der Turbine reduziert wird. In another exemplary embodiment, the vaporous working medium in the evaporator by further Heating overheated. The working fluid is expanded in an overheated condition in the turbine so that the risk of premature condensation of the working fluid in the turbine is reduced.
Der Kondensator ist wie oben erläutert vorgesehen, um das dampfförmige Arbeitsmedium nach der Turbine zu verflüssigen. Der Kondensator kann beispielsweise als wassergekühlter Kondensator oder als luftgekühlter Kondensator, welcher bei- spielsweise einen Ventilator aufweist, ausgebildet sein. Als wassergekühlter Kondensator kann insbesondere ein wassergekühlter Oberflächenkondensator, beispielsweise in der Form eines Rohrbündelwärmeübertragers oder eines Plattenwärmetau¬ schers, eingesetzt werden. The condenser is provided as explained above to liquefy the vaporous working fluid after the turbine. The condenser can be designed, for example, as a water-cooled condenser or as an air-cooled condenser, which has a fan, for example. As the water-cooled condenser can be used, in particular a water-cooled surface condenser, for example in the form of a tube bundle heat exchanger or a Plattenwärmetau ¬.
Die Turbine ist eine Strömungsmaschine, welche die innere Energie des dampfförmigen Arbeitsmediums in Rotationsenergie und letztlich in mechanische Arbeitsenergie umwandelt. Die Turbine weist dazu insbesondere Rotorblätter auf, welche auf einer Abtriebswelle befestigt sind. Aufgrund der Umströmung des Arbeitsmediums an den Rotorblättern wird ein Teil der inneren Energie des Arbeitsmediums, welches beispielsweise aus Bewegungs-, Lage- und Druckenergie zusammengesetzt ist, ent¬ zogen, und auf die Rotorblätter übertragen. Dies führt dazu, dass sich die Abtriebswelle der Turbinen in Drehung versetzt, so dass nutzbare Leistung, bzw. mechanische Arbeit, erzeugt wird. Beispielsweise kann an die Abtriebswelle ein Generator oder eine andere Arbeitsmaschine angekoppelt werden. Der Verdampfer wandelt das flüssige Arbeitsmedium in einen dampfförmigen Zustand um. Dazu kann dem Verdampfer thermische Energie, insbesondere aus der Verdichteranordnung, zugeführt werden. Der Verdampfer ist beispielsweise ein Wärmetauscher, in welchem in einem ersten Bereich des Wärmetauschers das Ar- beitsmedium einspeisbar und abführbar ist und in einem zweiten Bereich das Prozessfluid der Verdichteranordnung einspeisbar und abführbar ist. Der Verdampfer ist derart angeordnet, dass zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Be-
reich thermische Energie, beispielsweise mittels Konvektion, zwischen dem Prozessfluid und dem Arbeitsmedium austauschbar ist . Die Verdichteranordnung weist beispielsweise zumindest einen Verdichter auf, welcher mittels eines Motors bzw. einer Antriebseinheit antreibbar ist. Der Verdichter verdichtet das Prozessfluid. Nach dem ersten Verdichter wird das bedruckte bzw. komprimierte Prozessfluid dem Verdampfer zugeführt, um somit einen Übergang der thermischen Energie von dem Prozessfluid auf das Arbeitsmedium bereitzustellen. Das Prozessfluid kann als Prozessflüssigkeit, Prozessdampf oder Pro¬ zessgass vorliegen. Als Verdichter wird im Folgenden eine abgeschlossene Verdichterbaugruppe oder eine Verdichterstufe verstanden, welche in der Verdichterbaugruppe angeordnet ist. Beispielsweise kann als erster Verdichter eine erste Verdichterstufe und als zweiter Verdichter eine zweite Verdichterstufe der Verdichterbaugruppe verstanden werden. Die Verdichteranordnung und die Energieumwandlungsanordnung weisen jeweils für sich ein geschlossenes System auf, d.h. die Verdichteranordnung weist einen Prozessfluidkreislauf auf und die Energieumwandlungsanordnung weist einen Arbeitsmedi- umkreislauf auf, welcher getrennt vom Prozessfluidkreislauf ist. The turbine is a turbomachine, which converts the internal energy of the vaporous working medium into rotational energy and ultimately into mechanical working energy. The turbine has in particular rotor blades, which are mounted on an output shaft. Due to the flow around the working fluid on the rotor blades, a portion of the internal energy of the working medium, which is composed, for example, of movement, position and pressure energy, ent ¬ pulled, and transmitted to the rotor blades. This causes the output shaft of the turbines to rotate, generating usable power or mechanical work. For example, a generator or another working machine can be coupled to the output shaft. The evaporator converts the liquid working medium into a vaporous state. For this purpose, the evaporator thermal energy, in particular from the compressor assembly, are supplied. The evaporator is, for example, a heat exchanger in which in a first region of the heat exchanger, the working medium can be fed and discharged and in a second region, the process fluid of the compressor assembly can be fed and discharged. The evaporator is arranged such that between the first region and the second rich thermal energy, for example by convection, between the process fluid and the working medium is interchangeable. The compressor arrangement has, for example, at least one compressor, which can be driven by means of a motor or a drive unit. The compressor compresses the process fluid. After the first compressor, the printed or compressed process fluid is supplied to the evaporator, thus providing a transition of the thermal energy from the process fluid to the working fluid. The process fluid may be present as a process fluid, process steam or pro ¬ zessgass. In the following, a compressor is understood to be a closed compressor module or a compressor stage, which is arranged in the compressor assembly. For example, a first compressor stage can be understood as the first compressor and a second compressor stage of the compressor module can be understood as the second compressor. The compressor arrangement and the energy conversion arrangement each have a closed system per se, ie the compressor arrangement has a process fluid circuit and the energy conversion arrangement has a working fluid circuit which is separate from the process fluid circuit.
Mit der Kopplung des Verdampfers an die Verdichteranordnung wird mit der vorliegenden Erfindung ein effizientes System zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit beschrieben. Die thermische Energie des Prozessfluids trägt zum Betrieb des Kreisprozesses des Systems zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit bei. With the coupling of the evaporator to the compressor assembly, the present invention describes an efficient system for converting thermal energy to mechanical work. The thermal energy of the process fluid contributes to the operation of the cycle of the system for converting thermal energy into mechanical work.
Bei konventionellen Ansätzen wird die thermische Energie des Prozessfluids einfach an die Umgebung abgegeben und geht so¬ mit verloren. Die mechanische Arbeit, welche durch die Turbi¬ ne des Systems erzeugt wird, kann beispielsweise wiederum da¬ zu eingesetzt werden, um den Verdichter der Verdichteranord-
nung zu betreiben. Somit wird beispielsweise eine äußerst ef¬ fiziente Verdichteranordnung aufgrund der Kopplung mit der Energieumwandlungsanordnung über dem Verdampfer bereitgestellt . In conventional approaches, the thermal energy of the process fluid is simply released to the environment and thus lost ¬ . The mechanical work generated by the Turbi ¬ ne of the system, for example, can be used as ¬ to turn to the compressor of the Verdichteranord- operate. Thus, a highly-efficient compressor assembly ef ¬ due to the coupling, for example, provided with the energy conversion assembly on the evaporator.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Verdampfer einen weiteren Wärmetauscher auf, insbesondere einen Thermoölwärmetauscher, welcher ein Zwischenmedium aufweist. Der Verdampfer ist an die Verdichteranordnung derart koppelbar, dass thermische Energie des Verdichters an das Zwischenmedium in dem Wärmetauscher abgebbar ist. Der Wärmetauscher ist ferner derart eingerichtet, dass thermische Energie des Zwischenmediums an das Arbeitsmedium abgebbar ist. Insbesondere wenn das Prozessfluid ein Prozessgas ist und somit in gasförmigem Zustand vorliegt, erzielt der Ver¬ dampfer mit dem Wärmetauscher und dem Zwischenmedium eine effizienteren Übertragung von thermischer Energie zwischen dem Prozessgas (Prozessfluid) zu dem Arbeitsmedium. Dies wird insbesondere dadurch erzielt, dass das Zwischenmedium insbe¬ sondere im flüssigen Zustand vorliegt und das Zwischenmedium einen guten Wärmeübertragungskoeffizienten aufweist. Insbesondere kann das Zwischenmedium ein Thermoöl sein, welches beispielsweise Mineralöle, Silikonöle oder biologische Öle aufweist . According to a further exemplary embodiment, the evaporator has a further heat exchanger, in particular a thermal oil heat exchanger, which has an intermediate medium. The evaporator can be coupled to the compressor arrangement such that thermal energy of the compressor can be delivered to the intermediate medium in the heat exchanger. The heat exchanger is further configured such that thermal energy of the intermediate medium can be delivered to the working medium. In particular, when the process fluid is a process gas, and thus is present in the gaseous state, the liner Ver ¬ achieved with the heat exchanger and the intermediate medium, a more efficient transfer of thermal energy between the process gas (process fluid) to the working fluid. This is in particular achieved in that the intermediate medium in particular ¬ sondere in the liquid state and the intermediate medium has a good heat transfer coefficient. In particular, the intermediate medium can be a thermal oil which comprises, for example, mineral oils, silicone oils or biological oils.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Arbeitsmedium ein organisches Medium auf, wie beispielsweise ein Silikonöl, Toluol, Isopentan und/oder Isooktan. Besteht das Arbeitsmedium aus einem organischen Medium, so kann mittels der Energieumwandlungsanordnung der sogenannte Organic- Rankine-Cycle (ORC) -Prozess durchgeführt werden. Das organi¬ sche Arbeitsmedium weist eine niedrigere Verdampfungstempera¬ tur als Wasser auf. Dadurch ist der ORC-Prozess insbesondere bei einen geringen Temperaturgefälle des Arbeitsmediums zwi¬ schen dem Verdampfer und dem Kondensator vorteilhaft, da bereits bei einem geringen Temperaturgefälle zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator ein effizienter Betrieb des ORC- Prozesses möglich ist.
Mit der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann somit effizient die bei der Verdichteranordnung generierte Abwärme in dem integrierten ORC-Prozess genützt werden. Die Verdichteranordnung generiert thermische Energie, welche gemäß der vorliegenden Erfindung der Energieumwandlungsanordnung (welche beispielsweise ein geschlossenes According to a further exemplary embodiment, the working medium comprises an organic medium, such as, for example, a silicone oil, toluene, isopentane and / or isooctane. If the working medium consists of an organic medium, the so-called Organic Rankine Cycle (ORC) process can be carried out by means of the energy conversion arrangement. The organi ¬ cal working medium has a lower evaporation temperature ¬ ture than water. Thereby, the ORC process is Zvi ¬ rule the evaporator and the condenser particularly advantageous in a low temperature gradient of the working medium, since already at a low temperature differential between the evaporator and the condenser, an efficient operation of the ORC process is possible. Thus, with the present exemplary embodiment of the invention, the waste heat generated in the compressor assembly can be efficiently utilized in the integrated ORC process. The compressor assembly generates thermal energy, which according to the present invention, the energy conversion assembly (which, for example, a closed
Kreissystem darstellt) zugeführt. Die Energieumwandlungsanordnung wird mit dem organischen Arbeitsmedium betrieben, welches die Eigenschaft besitzt, im Vergleich zu Wasser be¬ reits bei moderatem Druck und moderaten Umgebungstemperatur zu kondensieren. In dem Verdampfer wird die thermische Energie der Verdichteranordnung zugeführt, so dass das organische Arbeitsmedium verdampft wird. Circular system represents) supplied. The power conversion assembly is operated with the organic working fluid, which has the property, as compared to water be ¬ already at a moderate pressure and moderate ambient temperature to condense. In the evaporator, the thermal energy is supplied to the compressor assembly, so that the organic working medium is evaporated.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System einen Generator auf, welcher mit der Turbine derart gekoppelt ist, dass der Generator mittels der Turbine an¬ treibbar ist. Somit wird aus der Abwärme der Verdichteranord- nung Strom mittels des Generators der Energieumwandlungsanordnung erzeugt. According to a further exemplary embodiment, the system comprises a generator coupled to the turbine in such a way that the generator means of the turbine is at ¬ drivable. Thus, power is generated from the waste heat of the compressor arrangement by means of the generator of the energy conversion arrangement.
Wie oben erläutert, kann die Verdichteranordnung einen ersten Verdichter (bzw. eine erste Verdichterstufe) aufweisen, wobei der Verdampfer mit dem ersten Verdichter derart gekoppelt ist, dass das Prozessfluid nach einem Komprimieren mittels des ersten Verdichters dem Verdampfer zuführbar ist, um somit einen Übergang von thermischer Energie auf das Arbeitsmedium der Energieumwandlungsanordnung bereitzustellen. As explained above, the compressor arrangement can have a first compressor (or a first compressor stage), wherein the evaporator is coupled to the first compressor in such a way that the process fluid can be fed to the evaporator after being compressed by means of the first compressor, thus providing a transition from provide thermal energy to the working medium of the energy conversion assembly.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Verdichteranordnung ferner einen zweiten Verdichter (bzw. eine zweite Verdichterstufe) auf. Der zweite Verdichter ist mit dem Verdampfer derart gekoppelt, dass das Prozessfluid nach Abkühlen in dem Verdampfer dem zweiten Verdichter zu zuführbar ist. Der zweite Verdichter kann somit aufgrund des Abküh¬ lens des Prozessfluids effektiver betrieben werden. Wird ei¬ nem Verdichter beispielsweise ein zu heißes Prozessfluid
(insbesondere im gasförmigen Zustand) zugeführt, reduziert sich der Wirkungsgrad des entsprechenden Verdichters stark. Je kühler das Prozessfluid, desto effektiver kann ein Verdichter das Prozessfluid verdichten. According to a further exemplary embodiment, the compressor assembly further comprises a second compressor (or a second compressor stage). The second compressor is coupled to the evaporator such that the process fluid can be fed to the second compressor after cooling in the evaporator. The second compressor can thus be operated more effectively due to the cooling ¬ len of the process fluid. Ei ¬ nem compressor such as a too hot process fluid supplied (especially in the gaseous state), the efficiency of the corresponding compressor is greatly reduced. The cooler the process fluid, the more effectively a compressor can compress the process fluid.
Die Verdichteranordnung kann somit zwei hintereinander geschaltete Verdichter oder zwei hintereinander geschaltete Verdichterstufen aufweisen. Bei hintereinander geschalteten Verdichterstufen wird der gesamte Verdichtungsprozess inner- halb einer Maschine bzw. Verdichterbaugruppe durchgeführt. Das Prozessgas wird somit in der ersten Verdichterstufe auf einen gewissen Teildruck gebracht, dann aus der Maschine bzw. Verdichterbaugruppe herausgeführt und mittels eines geeigne¬ ten Kühlers (z.B. Luftkühler bzw. dem Verdampfer) gekühlt. Nach dem Kühlprozess wird das Prozessgas wiederum der Maschi¬ ne bzw. Verdichterbaugruppe zugeführt um dann in der zweiten Verdichterstufe auf den erforderlichen Enddruck gebracht zu werden. Die Verdichteranordnung kann eine Vielzahl von Verdichtern bzw. Verdichterstufen aufweisen. The compressor assembly may thus have two compressors connected in series or two compressor stages connected in series. In the case of compressor stages connected in series, the entire compression process is carried out within one machine or compressor assembly. The process gas is thus brought into the first compressor stage at a certain partial pressure, then led out of the machine or compressor assembly and cooled by a cooler geeigne ¬ th (for example, air cooler and the evaporator). After the cooling process, the process gas, in turn, the Maschi ¬ ne or compressor assembly is fed to be then brought into the second compressor stage to the required final pressure. The compressor arrangement may have a multiplicity of compressors or compressor stages.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Verdampfer mit dem zweiten Verdichter derart gekoppelt, dass das Prozessfluid nach einem Komprimieren mittels des zweiten Verdichters dem Verdampfer zuführbar ist. Mit anderen Worten kann dem Verdampfer das Prozessfluid vor Eintritt in den zweiten Verdichter und nach Austritt aus dem zweiten Verdichter zugeführt werden. Somit wird effektiver die thermische Energie des Prozessfluids während des Komprimierens in der Verdichteranordnung genützt. According to a further exemplary embodiment, the evaporator is coupled to the second compressor in such a way that the process fluid can be fed to the evaporator after being compressed by means of the second compressor. In other words, the process fluid may be supplied to the evaporator before it enters the second compressor and exits the second compressor. Thus, more effectively, the thermal energy of the process fluid is utilized during compression in the compressor assembly.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Verdichteranordnung eine Antriebseinheit (z.B. einen Motor) und eine Antriebswelle auf. Die Antriebswelle ist mit der An¬ triebseinheit und dem ersten Verdichter (und/oder dem zweiten Verdichter) derart gekoppelt, dass der erste Verdichter und/oder der zweite Verdichter) mittels der Antriebseinheit antreibbar ist. Die Antriebseinheit kann beispielsweise eine
Gasturbine, einen Verbrennungsmotor oder einen elektrischen Motor aufweisen. According to another exemplary embodiment, the compressor assembly comprises a drive unit (eg, a motor) and a drive shaft. The drive shaft is connected to the drive unit at ¬ and the first compressor (and / or the second compressor) coupled such that the first compressor and / or the second compressor) driven by means of the drive unit. The drive unit may, for example, a Gas turbine, have an internal combustion engine or an electric motor.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Turbine mit der Antriebswelle der Verdichteranordnung derart gekoppelt, dass der erste Verdichter und/oder der zweite Verdichter ausschließlich oder zusätzlich zu der oben beschriebenen Antriebseinheit antreibbar ist/sind. Mittels der Turbine wird beispielsweise die in der Energieum¬ wandlungsanordnung erzeugte mechanische Arbeit in die Ver¬ dichteranordnung induziert. Somit wird der Wirkungsgrad der Verdichteranordnung erhöht, da z.B. die Leistung der Antriebseinheit reduziert werden kann. According to a further exemplary embodiment, the turbine is coupled to the drive shaft of the compressor assembly such that the first compressor and / or the second compressor is / are drivable exclusively or in addition to the drive unit described above. By means of the turbine, for example, the mechanical work produced in moderate energy ¬ conversion arrangement is induced in the Ver ¬ tight arrangement. Thus, the efficiency of the compressor assembly is increased because, for example, the performance of the drive unit can be reduced.
Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung die thermische Energie der Verdichteranordnung genutzt, welche in ei¬ nem herkömmlichen Verdichterprozess an die Umgebung abgegeben wird. Damit kann die erforderliche Antriebsleistung der An- triebseinheit zum Antreiben der Verdichteranordnung gesenkt werden. Damit verbessert sich wiederum der Gesamtwirkungs¬ grad. Dies wiederum führt zu einem umweltfreundlicheren Ver- dichtungsprozess . Die entsprechenden funktionalen Einheiten, wie beispielsweise die Speisepumpe, der Kondensator, der Verdampfer, die Turbine, der Generator, der erste Verdichter, der zweite Verdichter und/oder die Antriebseinheit, können flexibel bzw. lösbar miteinander gekoppelt werden, so dass das beschriebene ther- modynamische System als Plug-and-Play-Lösung angeboten werden kann . In summary, with the present invention, the thermal energy of the compressor assembly is used, which is discharged in ei ¬ nem conventional compressor process to the environment. Thus, the required drive power of the drive unit for driving the compressor assembly can be reduced. Thus, in turn, the overall effect ¬ This improves degree. In turn leads to a greener densification process. The corresponding functional units, such as, for example, the feed pump, the condenser, the evaporator, the turbine, the generator, the first compressor, the second compressor and / or the drive unit, can be flexibly coupled to each other, so that the described thermal Modynamic system can be offered as a plug-and-play solution.
Insbesondere ist das Ausbilden des Arbeitsmediums als organi¬ sches Arbeitsmedium und somit die Umsetzung des ORC- Kreisprozesses vorteilhaft, da ein geringeres Druckniveau von beispielsweise lediglich 10 bar zum Betreiben des ORC- Prozesses ausreicht.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigne- ter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. In particular, the forming of the working medium as organic ¬ ULTRASONIC working medium, and thus the implementation of the ORC cycle process is advantageous since a lower pressure level, for example, only 10 bar for operating the ORC process is sufficient. It should be noted that the embodiments described herein represent only a limited selection of possible embodiments of the invention. Thus, it is possible to combine the features of individual embodiments with one another in a suitable manner, so that a multiplicity of different embodiments are to be regarded as obviously disclosed to the person skilled in the art with the embodiment variants that are explicit here.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben . In the following, for further explanation and for a better understanding of the present invention, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying figures.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des thermodynami- schen Systems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 1 shows a schematic representation of the thermodynamic system according to an exemplary embodiment of the present invention; and
Fig. 2 zeigt eine herkömmliche Verdichteranordnung. Fig. 2 shows a conventional compressor arrangement.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsfor- men Detailed Description of Exemplary Embodiments
Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. The same or similar components are provided in the figures with the same reference numerals. The illustrations in the figures are schematic and not to scale.
Fig. 1 zeigt ein thermodynamisches System, welches eine Ener¬ gieumwandlungsanordnung 100 zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit und eine Verdichteranordnung aufweist. Die funktionalen Elemente (Kondensator 110, Speise- pumpe 105, Verdampfer 120, Turbine 130) der Energieumwand¬ lungsanordnung 100 sind in dem gestrichelten Bereich in Fig. 1 dargestellt.
Die Energieumwandlungsanordnung 100 weist einen Kondensator 110, eine Speisepumpe 105, einen Verdampfer 120 und eine Tur¬ bine 130 auf. In den Kondensator 110 wird ein dampfförmiges Arbeitsmedium aus der Turbine 130 eingespeist. Der Kondensator 110 ist ein¬ gerichtet, das Arbeitsmedium mittels Abkühlens des Arbeitsme¬ diums zu verflüssigen. Die Abwärme Q kann dabei an die Umgebung abgegeben werden. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Kondensator mittels eines Wärmetauschers an dem Verdampfer 120 ge¬ koppelt, so dass die Abwärme Q, welche bei dem Abkühlen des Arbeitsmediums in dem Kondensator 110 frei wird, dem Arbeits- medium in dem Verdampfer 120 zugeführt wird. Fig. 1 shows a thermodynamic system, which has a 100 Ener ¬ gieumwandlungsanordnung for converting thermal energy into mechanical work, a compressor assembly. The functional elements (capacitor 110, dining pump 105, evaporator 120, turbine 130) of the Energieumwand ¬ lung arrangement 100 are shown in the dashed area in FIG. 1. The energy conversion arrangement 100 has a capacitor 110, a feed pump 105, an evaporator 120 and a turbine ¬ 130. In the condenser 110, a vaporous working medium from the turbine 130 is fed. The capacitor 110 is a ¬ directed to liquefy the working medium by cooling the Arbeitsme ¬ diums. The waste heat Q can be released to the environment. In another exemplary embodiment, the capacitor by means of a heat exchanger on the evaporator 120 is ge ¬ coupled, so that the waste heat Q which is released during cooling of the working medium in the condenser 110, the working medium in the evaporator 120 is supplied.
Die Speisepumpe 105 erhält von dem Kondensator 110 das Ar¬ beitsmedium in flüssigem Zustand. Die Speisepumpe 105 erhöht den Druck des flüssigen Arbeitsmediums und leitet das Ar- beitsmedium weiter an den Verdampfer 120. The charge pump 105 receives from the capacitor 110, the Ar ¬ beitsmedium in liquid state. The feed pump 105 increases the pressure of the liquid working medium and forwards the working medium to the evaporator 120.
Der Verdampfer 120 erhält das Arbeitsmedium in flüssigem Zustand 120 von der Speisepumpe 105 bzw. dem Kondensator 110. Ferner ist der Verdampfer an eine Verdichteranordnung 160 derart gekoppelt, dass thermische Energie von einem Pro- zessfluid der Verdichteranordnung 160 an das Arbeitsmedium in dem Verdampfer 160 abgebbar ist. Der Verdampfer 120 ist derart eingereicht, dass das Arbeitsmedium mittels der thermi¬ schen Energie des Prozessfluids verdampft wird. The evaporator 120 receives the working fluid in the liquid state 120 from the feed pump 105 or the condenser 110. Furthermore, the evaporator is coupled to a compressor arrangement 160 such that thermal energy can be released from a process fluid of the compressor arrangement 160 to the working medium in the evaporator 160 is. The evaporator 120 is filed in such a way that the working medium is vaporized by means of the thermi ¬ rule energy of the process fluid.
Die Turbine 130 erhält das Arbeitsmedium im dampfförmigen Zustand von dem Verdampfer 120. Das Arbeitsmedium in dampfförmigen Zustand entspannt in der Turbine 130, so dass die Tur¬ bine 130 mechanische Arbeit erzeugt. The turbine 130 receives the working medium in the vapor state from the evaporator 120. The working medium in the vapor state relaxes in the turbine 130, so that the turbine ¬ 130 generates mechanical work.
Die Turbine 130 ist mit dem Kondensator 110 derart gekoppelt, dass das Arbeitsmedium in dampfförmigen Zustand von der Turbine 130 dem Kondensator 110 zuführbar ist.
Die Energieumwandlungsanordnung 100 ist somit zur Durchführung eines Kreisprozesses, insbesondere eines Clausius- Rankine-Prozesses , geeignet, um aus thermischer Energie me- chanische Arbeit zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Arbeitsmedium ein organisches Arbeitsmedi¬ um, so dass die Energieumwandlungsanordnung 100 insbesondere geeignet ist, einen Organic Rankine Cycle (ORC) -Prozess durchzuführen . The turbine 130 is coupled to the condenser 110 such that the working medium in the vapor state can be fed from the turbine 130 to the condenser 110. The energy conversion arrangement 100 is therefore suitable for carrying out a cycle process, in particular a Clausius-Rankine process, in order to generate mechanical work from thermal energy. In a preferred embodiment, the working fluid is an organic working Medi ¬ a way, that the power conversion device 100 is particularly suitable for an Organic Rankine Cycle (ORC) process to carry out.
Die Verdichteranordnung 160 weist einen ersten Verdichter 161 auf, welcher mittels einer Antriebseinheit 166 angetrieben wird. Über einen Prozessgaseingang 164 wird das Prozessfluid, insbesondere ein Prozessgas, dem ersten Verdichter 161 zuge- führt. Der erste Verdichter 161 verdichtet das Prozessfluid und leitet dies weiter zu dem Verdampfer 120. In dem Verdampfer 120 wird dem Prozessfluid thermische Energie entnommen und dem Arbeitsmedium der Energieumwandlungsanordnung 100 zugeführt. Nach dem Verdampfer 120 ist das Prozessfluid abge- kühlt und kann entsprechend seinem vorgesehenen Einsatz zugeführt werden. Ferner kann, wie in Fig. 1 dargestellt, das Prozessfluid einem weiteren zweiten Verdichter 162 zugeführt werden. In dem zweiten Verdichter 162 wird das Prozessfluid weiter verdichtet und an einem Prozessgasausgang 165 zur wei- teren Verwendung abgeführt. Der erste Verdichter 161 und der zweite Verdichter 162 können funktional getrennte Verdichterbaugruppen darstellen oder zwei Verdichterstufen einer Maschine bzw. einer Verdichterbaugruppe darstellen. Der zweite Verdichter 162 ist mittels einer Antriebswelle 163 an die Antriebseinheit 166 gekoppelt. Zudem kann an der An¬ triebswelle 163 der erste Verdichter 161 angekoppelt sein. The compressor assembly 160 includes a first compressor 161 which is driven by a drive unit 166. Via a process gas inlet 164, the process fluid, in particular a process gas, is supplied to the first compressor 161. The first compressor 161 compresses the process fluid and forwards it to the evaporator 120. In the evaporator 120, thermal energy is taken from the process fluid and supplied to the working fluid of the energy conversion assembly 100. After the evaporator 120, the process fluid is cooled and can be supplied according to its intended use. Further, as shown in FIG. 1, the process fluid may be supplied to another second compressor 162. In the second compressor 162, the process fluid is further compressed and removed at a process gas outlet 165 for further use. The first compressor 161 and the second compressor 162 may represent functionally separate compressor assemblies or may represent two compressor stages of a machine or a compressor assembly, respectively. The second compressor 162 is coupled to the drive unit 166 by means of a drive shaft 163. Also may be coupled to the on ¬ drive shaft 163 of the first compressor 161st
Die Turbine 130 kann über eine erste Antriebswelle 150 mit einem Generator 140 gekoppelt sein, um den Generator 140 zur Erzeugung von Strom anzutreiben.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Turbine 100 über eine zweite Antriebswelle 151 mit dem ersten Verdichter 161 und/oder dem zweiten Verdichter 162 gekoppelt sein. In dieser Ausführungsform unterstützt die Turbine 130 den Verdichtungs- prozess der Verdichteranordnung 160, da die mechanische Ar¬ beit, welche durch die Turbine 130 generiert wurde, zum Be¬ trieb der entsprechenden Verdichter 161, 162 verwendet werden kann. Somit wird der Wirkungsgrad der Verdichteranordnung 160 erhöht . The turbine 130 may be coupled to a generator 140 via a first drive shaft 150 to drive the generator 140 to generate power. Alternatively or additionally, the turbine 100 may be coupled to the first compressor 161 and / or the second compressor 162 via a second drive shaft 151. In this embodiment, the turbine 130 supports the compression process of the compressor assembly 160, since the mechanical Ar ¬ beit, which was generated by the turbine 130, for loading ¬ drive the corresponding compressor 161, can be used 162nd Thus, the efficiency of the compressor assembly 160 is increased.
Im Folgenden wird ein exemplarischer Betriebsmodus des ther- modynamischen Systems aus Fig. 1, welches insbesondere die Energieumwandlungsanordnung mit dem organischen Arbeitsmedium aufweist, mit exemplarischen Parameterwerten für Druck und Temperatur des Arbeitsmediums und des Prozessfluids erläu¬ tert : In the following, an exemplary mode of operation of the thermodynamic system of Figure 1, which in particular has the energy conversion assembly with the organic working fluid, with examples of parameter values for pressure and temperature of the working medium and the process fluid erläu ¬ tert.:
Das Prozessfluid, welches gasförmig vorliegen kann und im Folgenden als "Prozessgas" bezeichnet wird, weist am Prozess- gaseingang 164 eine Temperatur von ca. -60°C bis ca. -65°C und einen Druck von ca. 3 bar bis 4 bar auf. In dem ersten Verdichter 161 wird der Druck auf ca. 15 bar bis ca. 25 bar und die Temperatur auf ca. 60 °C bis ca. 70 °C erhöht. An¬ schließend wird das Prozessgas dem Verdampfer 120 zugeführt. In dem Verdampfer 120 wird das Prozessgas auf ca. 35°C bis ca. 45°C nahezu isobar abgekühlt. Anschließend wird das Pro¬ zessgas nach dem Verdampfer 120 dem zweiten Verdichter 162 zugeführt. Der zweite Verdichter 162 verdichtet das Prozess¬ gas weiter, so dass an dem Prozessgasausgang 165 das Prozess- gas einen Druck von ca. 70 bar bis ca.90 bar und eine Tempe¬ ratur von ca. 150°C bis 170°C aufweist. The process fluid, which may be in gaseous form and is referred to below as "process gas", has a temperature of about -60 ° C. to about -65 ° C. and a pressure of about 3 bar to 4 bar at the process gas inlet 164 on. In the first compressor 161, the pressure is increased to about 15 bar to about 25 bar and the temperature to about 60 ° C to about 70 ° C. On closing ¬ the process gas is supplied to the evaporator 120. In the evaporator 120, the process gas is cooled almost isobarically to about 35 ° C to about 45 ° C. Thereafter, the Pro ¬ zessgas is supplied to the evaporator 120 to the second compressor 162nd The second compressor 162 compresses the process gas ¬ further so that the process gas has to output 165, the process gas has a pressure of about 70 bar to about 90 bar and a temperature of Tempe ¬ about 150 ° C to 170 ° C.
An dem Eingang des Verdampfers 120 liegt das Arbeitsmedium, insbesondere das organische Arbeitsmedium, in flüssiger Form vor und weist eine Temperatur von ca. 20°C bis ca. 30°C und einen Druck von ca. 15 bar bis ca. 25 bar auf. In dem Verdampfer 120 nimmt das Arbeitsmedium die thermische Energie des Prozessfluids auf und wird verdampft. Nach dem Verdampfer
120 liegt das Arbeitsmedium in einem dampfförmigen Zustand vor und weist eine Temperatur von ca. 60°C bis 70°C bei einem Druck von ca. 15 bar bis 25 bar auf. Während des Verdampfens des Arbeitsmediums in dem Verdampfer 120 bleibt der Druck so- mit nahezu gleich (isobare Erwärmung) . In der Turbine 130 entspannt sich das Arbeitsmedium von anfänglich ca. 15 bar bis ca. 25 bar auf ca. 5 bar bis ca. 10 bar. Gleichzeitig kühlt sich das Arbeitsmedium von ca. 60°C bis 70°C auf ca. 30°C bis 40°C ab. Nach der Turbine 130 wird das Arbeitsmedium in dampfförmigen Zustand dem Kondensator 110 zugeführt. In dem Kondensator wird beispielsweise mittels Luft oder Wasser¬ kühlung das Arbeitsmedium verflüssigt bzw. kondensiert. Das Arbeitsmedium kühlt in dem Kondensator 110 von beispielsweise ca. 30°C bis 40°C auf ca. 15°C bis 25°C ab. Der Druck des Ar- beitsmediums bleibt während des Kondensierens im Kondensator 110 nahezu konstant (isobare Abkühlung) . Nach dem Kondensator 110 wird das flüssige Arbeitsmedium der Speisepumpe 105 zuge¬ führt. In der Speisepumpe 105 erhöht sich der Druck des Ar¬ beitsmediums von ca. 5 bar bis ca. 10 bar auf ca. 15 bar bis ca. 25 bar, wobei die Temperatur nur leicht ansteigt. At the entrance of the evaporator 120, the working medium, in particular the organic working medium, is in liquid form and has a temperature of about 20 ° C to about 30 ° C and a pressure of about 15 bar to about 25 bar. In the evaporator 120, the working fluid absorbs the thermal energy of the process fluid and is vaporized. After the evaporator 120, the working medium is in a vaporous state and has a temperature of about 60 ° C to 70 ° C at a pressure of about 15 bar to 25 bar. During the evaporation of the working medium in the evaporator 120, the pressure thus remains almost the same (isobaric heating). In the turbine 130, the working fluid expands from initially about 15 bar to about 25 bar to about 5 bar to about 10 bar. At the same time, the working medium cools from approx. 60 ° C to 70 ° C to approx. 30 ° C to 40 ° C. After the turbine 130, the working medium is supplied to the condenser 110 in the vapor state. In the condenser, the working medium is liquefied or condensed, for example by means of air or water ¬ cooling. The working medium cools in the condenser 110 from, for example, about 30 ° C to 40 ° C to about 15 ° C to 25 ° C from. The pressure of the working medium remains almost constant during the condensation in the condenser 110 (isobaric cooling). After the condenser 110, the liquid working medium of the feed pump 105 is supplied ¬ . In the feed pump 105, the pressure of Ar ¬ beitsmediums of about 5 increases bar to about 10 bar to about 15 bar to about 25 bar, the temperature only slightly rises.
Nach der Speisepumpe 105 weist das Arbeitsmedium, wie ein¬ gangs erwähnt, ca. 20°C bis 25°C und einen Druck von ca. 20 bar auf. Mit diesen Parameterwerten wird das flüssige Ar- beitsmedium dem Verdampfer 120 bereitgestellt. After the feed pump 105, the working medium, as mentions ¬ ing, about 20 ° C to 25 ° C and a pressure of about 20 bar. With these parameter values, the liquid working medium is provided to the evaporator 120.
Zusammenfassend kann mit dem oben beschriebenen ORC-Prozess ca. 1 Megawatt bis ca. 2 Megawatt gewonnen werden und der Verdichteranordnung 160 und dem Generator 140 zugeführt wer- den. Somit kann beispielsweise ca. 7% bis ca. 10% der bisher nicht genutzten Abwärme weiterverwendet werden. In summary, about 1 megawatt to about 2 megawatts can be obtained with the ORC process described above and fed to the compressor assembly 160 and the generator 140. Thus, for example, about 7% to about 10% of the previously unused waste heat can be used.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine an¬ deren Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewie¬ sen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer
oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden kön¬ nen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
In addition, it should be pointed out that "comprehensive" does not exclude any other elements or steps and "one" or "one" does not exclude a large number. Further thereon was hingewie ¬ sen that features or steps which have been described with reference to one of the above embodiments, also in combination with other characteristics or steps of other exemplary embodiments described above are used Kings ¬ nen. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.
Claims
1. Energieumwandlungsanordnung (100) zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit, die Energieumwand- lungsanordnung (100) aufweisend An energy conversion assembly (100) for converting thermal energy to mechanical work, comprising the energy conversion assembly (100)
einen Kondensator (110), welchem ein Arbeitsmedium in dampfförmigen Zustand zuführbar ist, a condenser (110), to which a working medium in the vaporous state can be supplied,
wobei der Kondensator (110) eingerichtet ist das Arbeitsmedi¬ um mittels Abkühlens von dem dampfförmigen Zustand in einen flüssigen Zustand zu überführen, wherein the capacitor (110) is adapted to the working Medi ¬ order to transfer by means of cooling from the vapor state to a liquid state,
einen Verdampfer (120), welcher mit dem Kondensator (110) gekoppelt ist, so dass das Arbeitsmedium in dem flüssi¬ gen Zustand von dem Kondensator (110) dem Verdampfer (120) zuführbar ist, an evaporator (120) connected to the capacitor (110) is coupled, so that the working medium in the flüssi ¬ gen state from the condenser (110) to the evaporator (120) can be fed,
wobei der Verdampfer (120) derart an eine Verdichteranordnung (160) koppelbar ist, dass thermische Energie von einem zu verdichtendem Prozessfluid der Verdichteranordnung (160) an das Arbeitsmedium in dem Verdampfer (120) abgebbar ist, wobei der Verdampfer (120) eingerichtet ist das Arbeitsmedium mittels der thermischen Energie des Prozessfluids von dem flüssigen Zustand in den dampfförmigen Zustand zu überführen, und wherein the evaporator (120) is coupled to a compressor assembly (160) such that thermal energy from a process fluid of the compressor assembly (160) to be compressed is deliverable to the working fluid in the evaporator (120), wherein the evaporator (120) is configured Transfer working fluid by means of the thermal energy of the process fluid from the liquid state to the vapor state, and
eine Turbine (130) zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit, a turbine (130) for converting thermal energy into mechanical work,
wobei die Turbine (130) mit dem Verdampfer (120) derart ge¬ koppelt ist, dass das Arbeitsmedium von dem Verdampfer (120) der Turbine (130) zuführbar ist, wherein the turbine (130) to the evaporator (120) so ge ¬ is coupled, that the working medium from the evaporator (120) of the turbine (130) can be fed,
wobei die Turbine (130) ferner mit dem Kondensator (110) ge¬ koppelt ist, so dass das Arbeitsmedium von der Turbine (130) dem Kondensator (110) zuführbar ist. wherein the turbine (130) is further ge ¬ coupled with the capacitor (110), so that the working fluid from the turbine (130) to the capacitor (110) can be fed.
2. Energieumwandlungsanordnung (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Verdampfer (120) einen Wärmetauscher, insbesondere einen Thermoölwärmetauscher, mit einem Zwischenmedium auf- weist, 2. energy conversion arrangement (100) according to claim 1, wherein the evaporator (120) has a heat exchanger, in particular a thermal oil heat exchanger, with an intermediate medium,
wobei der Verdampfer (120) an die Verdichteranordnung (160) derart koppelbar ist, dass thermische Energie des Prozessflu-
ids an das Zwischenmedium in dem Wärmetauscher abgebbar ist, und wherein the evaporator (120) can be coupled to the compressor arrangement (160) in such a way that thermal energy of the process flow is ids can be delivered to the intermediate medium in the heat exchanger, and
wobei der Wärmtauscher ferner derart eingerichtet ist, dass thermische Energie des Zwischenmediums an das Arbeitsmedium abgebbar ist. wherein the heat exchanger is further configured such that thermal energy of the intermediate medium can be delivered to the working medium.
3. Energieumwandlungsanordnung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, 3. energy conversion arrangement (100) according to claim 1 or 2,
wobei das Arbeitsmedium ein organisches Medium, insbesondere Silikonöl, Toluol, Iso-Pentan und/oder Iso-Oktan, aufweist. wherein the working medium comprises an organic medium, in particular silicone oil, toluene, isopentane and / or iso-octane.
4. Energieumwandlungsanordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend The energy conversion assembly (100) of any one of claims 1 to 3, further comprising
einen Generator (140), welcher mit der Turbine (130) derart gekoppelt ist, dass der Generator (140) mittels der Turbine (130) antreibbar ist. a generator (140) coupled to the turbine (130) such that the generator (140) is drivable by the turbine (130).
5. Thermodynamisches System, aufweisend 5. Thermodynamic system comprising
die Energieumwandlungsanordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, und the energy conversion arrangement (100) according to one of claims 1 to 4, and
die Verdichteranordnung (160), the compressor assembly (160),
wobei der Verdampfer (120) an der Verdichteranordnung (160) derart gekoppelt ist, dass thermische Energie von dem Pro¬ zessfluid der Verdichteranordnung (160) an das Arbeitsmedium in dem Verdampfer (120) abgebbar ist. wherein the evaporator (120) to the compressor assembly (160) is coupled such that thermal energy from the Pro ¬ zessfluid the compressor assembly (160) to the working medium in the evaporator (120) can be emitted.
6. Thermodynamisches System gemäß Anspruch 5, 6. Thermodynamic system according to claim 5,
wobei die Verdichteranordnung (160) einen ersten Verdichterwherein the compressor assembly (160) comprises a first compressor
(161) aufweist, (161),
wobei der Verdampfer (120) mit dem ersten Verdichter (161) derart gekoppelt ist, dass das Prozessfluid nach einem Komp¬ rimieren mittels des ersten Verdichters (161) dem Verdampfer (120) zuführbar ist. wherein the evaporator (120) to the first compressor (161) is coupled such that the process fluid according to any one Comp ¬ rimieren means of the first compressor (161) is fed to the evaporator (120).
7. Thermodynamisches System gemäß Anspruch 6, 7. Thermodynamic system according to claim 6,
wobei die Verdichteranordnung (160) einen zweiten Verdichterwherein the compressor assembly (160) comprises a second compressor
(162) aufweist,
wobei der zweite Verdichter (162) mit dem Verdampfer (120) derart gekoppelt ist, dass das Prozessfluid nach einem Abküh¬ len in dem Verdampfer (120) dem zweiten Verdichter (162) zuführbar ist. (162), wherein said second compressor (162) to the evaporator (120) is coupled such that the process fluid after a cool down ¬ len in the evaporator (120) the second compressor (162) can be fed.
8. Thermodynamisches System gemäß Anspruch 7, 8. Thermodynamic system according to claim 7,
wobei der Verdampfer (120) mit dem zweiten Verdichter (162) derart gekoppelt ist, dass das Prozessfluid nach einem Komp¬ rimieren mittels des zweiten Verdichters (162) dem Verdampfer (120) oder einem weiteren Verdampfer zuführbar ist. wherein the evaporator (120) to the second compressor (162) is coupled such that the process fluid according to any one Comp ¬ rimieren means of the second compressor (162) is fed to the evaporator (120) or a further evaporator.
9. Thermodynamisches System gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, 9. Thermodynamic system according to one of claims 6 to 8,
wobei die Verdichteranordnung (160) eine Antriebseinheit (166) und eine Antriebswelle (163) aufweist, the compressor arrangement (160) having a drive unit (166) and a drive shaft (163),
wobei die Antriebswelle (163) mit der Antriebseinheit (166) und dem ersten Verdichter (161) derart gekoppelt ist, dass der erste Verdichter (161) mittels der Antriebseinheit (166) antreibbar ist. wherein the drive shaft (163) with the drive unit (166) and the first compressor (161) is coupled such that the first compressor (161) by means of the drive unit (166) is drivable.
10. Thermodynamisches System gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, 10. Thermodynamic system according to one of claims 6 to 9,
wobei die Turbine (130) mit der Antriebswelle (163) derart gekoppelt ist, dass der erste Verdichter (161) mittels der Turbine (130) antreibbar ist. wherein the turbine (130) is coupled to the drive shaft (163) such that the first compressor (161) is drivable by the turbine (130).
11. Verfahren zum Umwandeln von thermischer Energie in mechanische Arbeit, das Verfahren aufweisend 11. A method of converting thermal energy to mechanical work, comprising the method
Zuführen eines Arbeitsmediums in dampfförmigen Zustand einem Kondensator (110), Supplying a working medium in the vapor state to a condenser (110),
Verflüssigen des Arbeitsmediums mittels Abkühlens des Arbeitsmediums in dem Kondensator (110), Liquefying the working medium by means of cooling the working medium in the condenser (110),
Zuführen des Arbeitsmediums in flüssigem Zustand von dem Kondensator (110) zu einem Verdampfer (120), Supplying the working fluid in the liquid state from the condenser (110) to an evaporator (120),
Abgeben von thermischer Energie von einem Prozessfluid einer Verdichteranordnung (160) an das Arbeitsmedium in dem Verdampfer (120),
wobei der Verdampfer (120) an die Verdichteranordnung (160) gekoppelt ist, Dissipating thermal energy from a process fluid of a compressor assembly (160) to the working fluid in the evaporator (120), wherein the evaporator (120) is coupled to the compressor assembly (160),
Verdampfen des Arbeitsmediums mittels der thermischen Energie des Prozessfluids in einen dampfförmigen Zustand, Zuführen des Arbeitsmediums in dem dampfförmigen Zustand von dem Verdampfer (120) zu einer Turbine (130), Vaporizing the working medium into a vapor state by means of the thermal energy of the process fluid, supplying the working medium in the vapor state from the vaporizer (120) to a turbine (130),
Umwandeln von thermischer Energie des Arbeitsmediums in mechanische Arbeit mittels der Turbine (130), und Converting thermal energy of the working medium into mechanical work by means of the turbine (130), and
Zuführen des Arbeitsmediums von der Turbine (130) zu dem Kondensator (110) .
Supplying the working fluid from the turbine (130) to the condenser (110).
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