DE102023126509A1 - Method and arrangement for converting energy from an industrial process - Google Patents
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Abstract
Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einem Prozessgasstrom, welcher aus einer Industrieanlage stammt, aufweisend: eine Prozessgaskühleinrichtung, insbesondere einen Prozessgaskondensator, mit welchem zumindest ein Teil des Prozessgasstroms kondensierbar ist, wobei Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom auskoppelbar ist; einen Arbeitsmittelkreis zum Transportieren mindestens eines Teils der aus dem Prozessgasstrom ausgekoppelten Wärmeenergie, welche in ein Arbeitsmittel einkoppelbar ist; eine in dem Arbeitsmittelkreis angeordnete Wärmekraftmaschine, mit welcher mindestens ein Teil der in das Arbeitsmittel eingekoppelten Wärmeenergie in mechanische Energie umwandelbar ist. Arrangement for converting energy from a process gas stream originating from an industrial plant, comprising: a process gas cooling device, in particular a process gas condenser, with which at least a portion of the process gas stream can be condensed, wherein thermal energy can be extracted from the process gas stream; a working medium circuit for transporting at least a portion of the thermal energy extracted from the process gas stream, which thermal energy can be injected into a working medium; a heat engine arranged in the working medium circuit, with which at least a portion of the thermal energy injected into the working medium can be converted into mechanical energy.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einem Industrieprozess, insbesondere zur Rückgewinnung und/oder Nutzbarmachung von thermischer Energie in Form einer höherwertigen oder besser nutzbaren Energieform (z.B. mechanischer und/oder elektrischer Energie).The present invention relates to a method and an arrangement for converting energy from an industrial process, in particular for recovering and/or utilizing thermal energy in the form of a higher-value or more usable form of energy (e.g. mechanical and/or electrical energy).
Stand der TechnikState of the art
Prozessgas kann als Medium bei gewissen Prozessschritten zur Herstellung von Erzeugnissen zum Einsatz kommen, um gewisse technische Wirkungen wie eine Trocknung in einem Prozessschritt herbeizuführen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem Prozessgas ein Gas oder Gasgemisch verstanden, welches dazu dient, eine technische Wirkung auf das herzustellende Erzeugnis zu haben. Je nach Erzeugnis und Industrieprozess kann das Prozessgas dabei ein inertes oder nicht-inertes Gas oder Gasgemisch sein. Insbesondere im Falle von nicht-inertem Prozessgas kommt dabei häufig Luft oder Luft-ähnliche Gasgemische zum Einsatz. In diesem Fall wird dann häufig auch synonym für Prozessgas der Begriff Prozessluft gebraucht. Das Prozessgas kann bei Industrieprozessen Betriebsstoffe, beispielsweise Lösemittel, oder deren Reaktionsprodukte aufnehmen, wobei das Prozessgas nach Verlassen des Industrieprozesses häufig in die Umgebung abgegeben werden soll. Solche Betriebsstoffe können jedoch Schadstoffe bzw. Lösemittel enthalten, die sich negativ auf die Umwelt auswirken. Zur Reduzierung der negativen Umweltauswirkung muss dementsprechend angereichertes Prozessgas (auch als Abgas bezeichnet) geeignet behandelt werden, auch um gegebene gesetzliche Grenzwerte des in die Umgebung abzugebenden Abgases einzuhalten. Ist das Prozessgas eine Prozessluft wird das Abgas häufig auch synonym als Abluft bezeichnet. Ein Hauptunterscheidungsmerkmal zwischen einem Abgas und einer Abluft kann dabei insbesondere in einer O2-Konzentration im zu Grunde liegenden Gasgemisch sein. Als Schadstoffe bzw. schadstoffhaltiges Lösemittel sind insbesondere Stoffe zu verstehen, die bei einer gewissen Menge bzw. Konzentration im Gasauslass Pflanzen, Tiere und/oder Menschen in der Umgebung schaden können. Die Schadstoffe können dabei zum Beispiel Lösemittel (z.B. NMP, NEP, TEP, EAA, GBL, etc.), Kohlenwasserstoffe, Stickoxide, Ammoniak, Fluorwasserstoff, etc. sein.Process gas can be used as a medium in certain process steps for the manufacture of products in order to bring about certain technical effects, such as drying, in a process step. For the purposes of the present invention, a process gas is understood to be a gas or gas mixture which serves to have a technical effect on the product to be manufactured. Depending on the product and industrial process, the process gas can be an inert or non-inert gas or gas mixture. In particular, in the case of non-inert process gas, air or air-like gas mixtures are often used. In this case, the term process air is often used synonymously with process gas. In industrial processes, the process gas can absorb operating materials, for example solvents, or their reaction products, whereby the process gas is often released into the environment after leaving the industrial process. However, such operating materials can contain pollutants or solvents that have a negative impact on the environment. To reduce the negative environmental impact, enriched process gas (also known as exhaust gas) must be treated appropriately, also to comply with given legal limits for the exhaust gas released into the environment. If the process gas is process air, the exhaust gas is often synonymously referred to as exhaust air. A key distinguishing feature between exhaust gas and exhaust air can be the O2 concentration in the underlying gas mixture. Pollutants or pollutant-containing solvents are particularly understood to be substances that, at a certain quantity or concentration in the gas outlet, can harm plants, animals and/or people in the surrounding area. The pollutants can be, for example, solvents (e.g. NMP, NEP, TEP, EAA, GBL, etc.), hydrocarbons, nitrogen oxides, ammonia, hydrogen fluoride, etc.
Herkömmliche Vorrichtungen zur Behandlung von Prozessgas enthalten häufig einen Hauptstromkanal, durch welchen ein Prozessgasstrom geleitet wird. Der Hauptstromkanal ist insbesondere bei kondensierbaren Schadstoffen in einem Prozessgas typischerweise zwischen einem Auslass zum Ausleiten von zu reinigendem Prozessgas aus dem Industrieprozess und einem Einlass zum Einleiten desselben in einen Prozessgaskondensator angeordnet, insbesondere verbindet er den Auslass mit dem Einlass. Die im Prozessgas enthaltenen Schadstoffe bzw. Lösemittel können im Prozessgaskondensator kondensiert und die kondensierten Schadstoffe bzw. Lösemittel so vorzugsweise zumindest teilweise aus dem Prozessgas abgeschieden werden.Conventional devices for treating process gas often contain a main flow channel through which a process gas stream is conducted. The main flow channel, particularly in the case of condensable pollutants in a process gas, is typically arranged between an outlet for discharging process gas to be purified from the industrial process and an inlet for introducing the same into a process gas condenser; in particular, it connects the outlet to the inlet. The pollutants or solvents contained in the process gas can be condensed in the process gas condenser, and the condensed pollutants or solvents can thus preferably be at least partially separated from the process gas.
Im Stand der Technik sind insbesondere Verfahren mit einem Kondensationsschritt bekannt, wobei Kondensate aus dem Prozessgas abgeschieden werden und Lösemittel dadurch zurückgewonnen werden könnenIn the prior art, processes with a condensation step are known in particular, whereby condensates are separated from the process gas and solvents can thereby be recovered
Beim Kondensieren von Prozessgas ist es vorteilhaft, die Temperatur des Prozessgases zu senken. Dabei wird vorzugsweise Wärmeenergie aus dem Prozessgas entzogen, wobei die aus dem Prozessgas entzogene Wärmeenergie häufig in die Umgebung dissipiert wird.When condensing process gas, it is advantageous to lower the temperature of the process gas. This primarily extracts heat energy from the process gas, although the heat energy extracted from the process gas is often dissipated into the environment.
Darstellung der ErfindungDescription of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Industrieanlage / einem Industrieprozess zu schaffen.The present invention is based on the object of creating an improved arrangement for converting energy from an industrial plant/industrial process.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einem Prozessgasstrom gelöst, welcher aus einer Industrieanlage stammt. Die Anordnung weist Folgendes auf: eine Prozessgaskühleinrichtung, insbesondere einen Prozessgaskondensator, mit welcher bzw. welchem zumindest ein Teil des Prozessgasstroms kühlbar bzw. kondensierbar ist, wobei Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom auskoppelbar ist; einen Arbeitsmittelkreis zum Transportieren mindestens eines Teils der aus dem Prozessgasstrom ausgekoppelten Wärmeenergie, welche in ein Arbeitsmittel einkoppelbar ist; eine in dem Arbeitsmittelkreis angeordnete Wärmekraftmaschine, mit welcher mindestens ein Teil der in das Arbeitsmittel eingekoppelten Wärmeenergie in mechanische Energie umwandelbar ist.This object is achieved according to the invention with an arrangement for converting energy from a process gas stream originating from an industrial plant. The arrangement comprises the following: a process gas cooling device, in particular a process gas condenser, with which at least a portion of the process gas stream can be cooled or condensed, wherein thermal energy can be extracted from the process gas stream; a working fluid circuit for transporting at least a portion of the thermal energy extracted from the process gas stream, which can be injected into a working fluid; a heat engine arranged in the working fluid circuit, with which at least a portion of the thermal energy injected into the working fluid can be converted into mechanical energy.
Die Erfinder haben nämlich festgestellt, dass es vorteilhaft sein kann, die bei der Behandlung von Prozessgas eingesetzte Wärmeenergie zurückzugewinnen bzw. besser nutzbar zu machen. Insbesondere kann die aus der Prozessgaskühleinrichtung bzw. dem Prozessgaskondensator, insbesondere einem dem Prozessgasstrom ausgesetzten Kondensationsschritt entzogene Wärmeenergie einerseits zur Wiedererwärmung des Prozessgases und andererseits zur Umwandlung in einer Wärmekraftmaschine genutzt werden. Bei einer bzw. einem mehrstufigen Prozessgaskühleinrichtung bzw. Prozessgaskondensator mit hintereinander angeordneten Kühlapparaten können für jeden Kühlapparat ein jeweiliges Kühlmittel zum Einsatz kommen, um in jeder Kühlstufe das Prozessgas auf eine andere Temperatur abkühlen zu können. Insbesondere kann beispielswiese in einer zweiten Stufe der Prozessgaskühleinrichtung bzw. des Prozessgaskondensators Kühlwasser zum Einsatz kommen und in einer dritten Stufe mit einer Kältemaschine gekühltes Kältemittel zum Einsatz kommen, wobei dem Prozessgas Wärmeenergie in jeder Stufe entnommen werden kann. Das Kühlmittel kann erfindungsgemäß Wärme aufnehmen, die in eine besser nutzbare Form aufbereitet bzw. rückgewonnen wird. Die Erfinder haben daher den erfinderischen Ansatz gewählt, die aus dem Prozessgas entzogene Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom auszukoppeln und über eine Wärmekraftmaschine in eine besser nutzbare Energieform wie in mechanische und/oder elektrische Energie umzuwandeln. Dies kann beispielsweise in Form einer doppelten Nutzung des in der Wärmekraftmaschine zu entspannenden Arbeitsmittels geschehen, beispielsweise als Medium zum direkten bzw. unmittelbaren Kühlen des Prozessgasstroms einerseits und andererseits innerhalb eines Arbeitsmittelverdampfers, in welchem eine indirekte bzw. mittelbare Kühlleistung für den Prozessgasstrom bereitgestellt werden kann.The inventors have found that it can be advantageous to recover the heat energy used in the treatment of process gas recover or make it more usable. In particular, the thermal energy extracted from the process gas cooling device or the process gas condenser, in particular from a condensation step exposed to the process gas stream, can be used on the one hand to reheat the process gas and on the other hand for conversion in a heat engine. In a multi-stage process gas cooling device or process gas condenser with cooling devices arranged one behind the other, a respective coolant can be used for each cooling device in order to be able to cool the process gas to a different temperature in each cooling stage. In particular, for example, cooling water can be used in a second stage of the process gas cooling device or the process gas condenser and refrigerant cooled by a refrigeration machine can be used in a third stage, whereby thermal energy can be extracted from the process gas in each stage. According to the invention, the coolant can absorb heat, which is processed or recovered into a more usable form. The inventors therefore chose the inventive approach of extracting the thermal energy extracted from the process gas from the process gas stream and converting it into a more usable form of energy, such as mechanical and/or electrical energy, via a heat engine. This can be achieved, for example, by dual-using the working fluid to be expanded in the heat engine, for example, as a medium for directly cooling the process gas stream on the one hand, and within a working fluid evaporator, in which an indirect cooling capacity for the process gas stream can be provided on the other.
Vorzugsweise kann die Prozessgaskühleinrichtung als Teil einer wärmeverschiebenden Einrichtung ausgeführt sein, wobei Wärmeenergie zunächst aus dem Prozessgasstrom ausgekoppelt und zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere nach mindestens einem, der vorgenannten Wärmeenergieauskopplung folgenden Verwendungs- und/oder Behandlungsschritt zumindest teilweise wieder zurück in den Prozessgasstrom eingekoppelt wird. Dabei wird der Prozessgasstrom gekühlt. Insbesondere kann die Prozessgaskühleinrichtung Teil einer destillierenden Einrichtung sein, wobei eine Heizvorrichtung zum Aufheizen des Prozessgases vor der Prozessgaskühleinrichtung angeordnet ist.The process gas cooling device can preferably be designed as part of a heat-displacing device, wherein thermal energy is initially extracted from the process gas stream and at a later point in time, in particular after at least one use and/or treatment step following the aforementioned thermal energy extraction, is at least partially injected back into the process gas stream. The process gas stream is thereby cooled. In particular, the process gas cooling device can be part of a distillation device, wherein a heating device for heating the process gas is arranged upstream of the process gas cooling device.
Die Prozessgaskühleinrichtung kann im Sinne dieser Anmeldung auch ein Prozessgaskondensator sein, sofern das Prozessgas gekühlt und kondensiert wird.For the purposes of this application, the process gas cooling device can also be a process gas condenser, provided that the process gas is cooled and condensed.
Der Prozessgaskondensator kann insbesondere dazu bestimmt sein, das Prozessgas zu kondensieren. Das Prozessgas kann also mithilfe des Prozessgaskondensators in einem Kondensationsschritt abgekühlt werden, sodass ein Kondensat entsteht und abgeschieden werden kann. Bevorzugt umfasst der Kondensationsschritt im Prozessgaskondensator mehrere Kühlstufen mit einem jeweiligen Kühlapparat bzw. Kühlgerät, wobei das Prozessgas schrittweise auf unterschiedliche Temperaturniveaus abgekühlt wird. Ein Kühlapparat kann insbesondere ein Wärmetauscher sein, beispielsweise ein Kreuzstromwärmetauscher. Bei einem Prozessgaskondensator mit mehreren Kühlstufen kann also mehrere Kühlapparate, also mehrere Wärmetauscher, hintereinander angeordnet werden, wobei jeder Kühlapparat das Prozessgas auf ein vorbestimmtes Temperaturniveau abkühlt. Besonders bevorzugt wird das Prozessgas mit jeder Kühlstufe stärker abgekühlt. Eine weiter stromab angeordnete Kühlstufe weist also ein niedrigeres Temperaturniveau auf. Bei jeder Kühlstufe ist es auch vorstellbar, dass das Prozessgas kondensiert wird. Eine Kühlstufe kann also auch eine Kondensationsstufe sein. Ein Kondensationsschritt kann also auch mehrere Kondensationsstufen umfassen. Insbesondere kann beispielsweise eine vordere Kühlstufe das Prozessgas abkühlen und eine hintere Kühlstufe das Prozessgas so abkühlen, dass es auch kondensiert.The process gas condenser can be designed, in particular, to condense the process gas. The process gas can thus be cooled in a condensation step using the process gas condenser, so that a condensate is formed and can be separated. The condensation step in the process gas condenser preferably comprises several cooling stages, each with a cooling device or cooling unit, wherein the process gas is cooled step by step to different temperature levels. A cooling device can, in particular, be a heat exchanger, for example a cross-flow heat exchanger. In a process gas condenser with several cooling stages, several cooling devices, i.e. several heat exchangers, can be arranged one behind the other, with each cooling device cooling the process gas to a predetermined temperature level. Particularly preferably, the process gas is cooled more significantly with each cooling stage. A cooling stage arranged further downstream therefore has a lower temperature level. It is also conceivable for the process gas to be condensed at each cooling stage. A cooling stage can therefore also be a condensation stage. A condensation step can therefore also comprise several condensation stages. In particular, for example, a front cooling stage can cool the process gas and a rear cooling stage can cool the process gas so that it also condenses.
Die Prozessgaskühleinrichtung, insbesondere der Prozessgaskondensator kann also mindestens einen Wärmetauscher aufweisen, wobei der Prozessgasstrom als wärmeabgebende Strömung über Wärmeleitungselemente, beispielsweise Metallleitungen bzw. Strömungskanal ausbildende Metallplatten, mit einer wärmeaufnehmenden Strömung wärmeleitend verbunden ist. Als wärmeaufnehmende Strömung kann insbesondere das vorstehend genannte Arbeitsmittel bzw. ein Zwischenmittel vorgesehen sein, wobei das Arbeitsmittel bzw. das Zwischenmittel einem separaten Strömungskreis zugeordnet ist. Wärmeenergie kann aus dem Prozessgasstrom auskoppelbar und in einen Arbeitsmittelkreis einkoppelbar sein. Die Wärmeenergie kann also von dem Prozessgasstrom auf einen Arbeitsmittelkreis übertragen werden. Die Prozessgaskühleinrichtung bzw. der Prozessgaskondensator ist insbesondere dem Prozessgasstrom zugeordnet und kann zugleich einem Arbeitsmittelkreis bzw. einem Zwischenmittelkreis zugeordnet sein. Das Übertragen von Wärmeenergie auf den Arbeitsmittelkreis kann mittelbar oder unmittelbar, also direkt oder indirekt erfolgen. Beispielsweise kann die Prozessgaskühleinrichtung bzw. der Prozessgaskondensator von dem Prozessgas durchströmt und von dem Arbeitsmittel durchströmt werden, wobei Wärmeenergie innerhalb der Prozessgaskühleinrichtung bzw. des Prozessgaskondensators von dem Prozessgas auf das Arbeitsmittel übergeht. Andererseits kann Wärmeenergie innerhalb der Prozessgaskühleinrichtung bzw. des Prozessgaskondensators auch indirekt von dem Prozessgas zunächst auf ein Zwischenmittel übergehen, welches in einem vorzugsweise separaten Zwischenmittelkreis befindet bzw. zirkuliert, bevor die aus dem Prozessgas ausgekoppelte Wärmeenergie über den Zwischenmittelkreis auf das Arbeitsmittel übertragen wird, beispielsweise in einem Arbeitsmittelverdampfer.The process gas cooling device, in particular the process gas condenser, can therefore have at least one heat exchanger, wherein the process gas stream, as a heat-emitting flow, is thermally connected to a heat-absorbing flow via heat conduction elements, for example metal lines or metal plates forming flow channels. The aforementioned working fluid or an intermediate medium can in particular be provided as the heat-absorbing flow, wherein the working fluid or the intermediate medium is assigned to a separate flow circuit. Thermal energy can be extracted from the process gas stream and coupled into a working fluid circuit. The thermal energy can therefore be transferred from the process gas stream to a working fluid circuit. The process gas cooling device or the process gas condenser is in particular assigned to the process gas stream and can simultaneously be assigned to a working fluid circuit or an intermediate fluid circuit. The transfer of thermal energy to the working fluid circuit can take place directly or indirectly. For example, the process gas cooling device or the process gas condenser can be flowed through by the process gas and the working fluid, whereby thermal energy within the process gas cooling device or the process gas condenser is transferred from the process gas to the working fluid. On the other hand, thermal energy within the process gas cooling device l device or the process gas condenser, the heat can also be transferred indirectly from the process gas to an intermediate medium, which is located or circulates in a preferably separate intermediate medium circuit, before the heat energy extracted from the process gas is transferred via the intermediate medium circuit to the working medium, for example in a working medium evaporator.
Das Zwischenmittel ist im Rahmen dieser Offenbarung als ein Trägermedium von Wärmeenergie definiert, welches insbesondere dazu bestimmt ist, Wärmeenergie zwischen dem Prozessgasstrom und dem Arbeitsmittelkreis zu transportieren. Das Zwischenmittel kann ein organisches oder anorganisches Mittel, insbesondere ein Medium sein und im gasförmigen oder besonders bevorzugt, im flüssigen Zustand eingesetzt werden. Der flüssige Zustand des Zwischenmittels kann insbesondere bessere Wärmeübergangs- und Wärmetransporteigenschaften aufweisen. Das Zwischenmittel kann also insbesondere ein Fluid sein. Insbesondere kann das Zwischenmittel Wasser oder Öl, insbesondere ein Thermoöl sein. Das Zwischenmittel läuft vorzugsweise im Zwischenmittelkreis um. Der Zwischenmittelkreis ist dabei bevorzugt als geschlossener Medienkreis ausgeführt oder ausgebildet.The intermediate medium is defined in the context of this disclosure as a carrier medium for thermal energy, which is intended in particular to transport thermal energy between the process gas stream and the working medium circuit. The intermediate medium can be an organic or inorganic medium, in particular a medium, and can be used in the gaseous or, particularly preferably, in the liquid state. The liquid state of the intermediate medium can in particular have better heat transfer and heat transport properties. The intermediate medium can therefore in particular be a fluid. In particular, the intermediate medium can be water or oil, in particular a thermal oil. The intermediate medium preferably circulates in the intermediate medium circuit. The intermediate medium circuit is preferably designed or constructed as a closed media circuit.
Innerhalb des Prozessgaskondensators kann ein Abkühlen und ein anschließender Phasenübergang des Prozessgases in Form von flüssigem Kondensat erfolgen. Insbesondere kann beim Kondensieren des Prozessgases ein Prozessgasnebel gebildet werden. Eine Abscheidevorrichtung zur Abscheidung von lösemittelhaltigem Kondensat kann im Prozessgaskondensator angeordnet sein, durch welche das nebelartige Prozessgas geführt wird.Within the process gas condenser, the process gas can be cooled and subsequently phase-transformed into a liquid condensate. In particular, a process gas mist can be formed during condensation of the process gas. A separation device for separating solvent-containing condensate can be arranged in the process gas condenser, through which the mist-like process gas is passed.
Der Arbeitsmittelkreis ist dazu ausgebildet, mindestens eines Teils der Wärmeenergie mithilfe des Arbeitsmittels, beispielsweise zu der Wärmekraftmaschine zu transportieren und dort umzuwandeln, wobei die Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom ausgekoppelt wird. Die Wärmekraftmaschine ist insbesondere dem Arbeitsmittelkreis zugeordnet, wobei das Arbeitsmittel in der Wärmekraftmaschine entspannt und ein Teil der im Arbeitsmittel aufweisenden Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt wird. Das Arbeitsmittel kann insbesondere ein organisches Mittel zum Verrichten von Arbeit in der Wärmekraftmaschine sein. Der Arbeitsmittelkreis kann also einen ORC-Kreis (Organic-Rankine-Cycle) umfassen. Insbesondere kann der Arbeitsmittelkreis so ausgeführt sein, dass die zum Betreiben des Arbeitsmittelkreises benötigte Energie, beispielsweise zum Befördern des Arbeitsmittels, aus der in der Wärmekraftmaschine umgewandelten Wärmeenergie kommt. Der Arbeitsmittelkreis kann also so ausgebildet sein, dass er sich selbst energetisch versorgen kann und nicht auf eine externe Energiequelle, wie beispielsweise ein Stromnetz angewiesen ist.The working fluid circuit is designed to transport at least a portion of the thermal energy with the aid of the working fluid, for example, to the heat engine and convert it there, wherein the thermal energy is extracted from the process gas stream. The heat engine is in particular assigned to the working fluid circuit, wherein the working fluid is expanded in the heat engine and a portion of the thermal energy in the working fluid is converted into mechanical energy. The working fluid can in particular be an organic medium for performing work in the heat engine. The working fluid circuit can therefore comprise an ORC cycle (Organic Rankine Cycle). In particular, the working fluid circuit can be designed such that the energy required to operate the working fluid circuit, for example, to transport the working fluid, comes from the thermal energy converted in the heat engine. The working fluid circuit can therefore be designed such that it can supply itself with energy and is not dependent on an external energy source, such as a power grid.
Als Arbeitsmittel kann insbesondere ein organisches Arbeitsmittel zum Einsatz kommen, beispielsweise Cyclohexan, Butan, Pentan, Benzol, Toluol, R134a, R12, R123, R113, n-Perfluorpentan sein. Der Arbeitsmittelkreis kann sich insbesondere auf einen thermodynamischen Kreisprozess beziehen. Das Arbeitsmittel, welches im Arbeitsmittelkreis der Anordnung zirkuliert, kann also in einem thermodynamischen Kreisprozess beteiligt oder unterworfen sein. Das Arbeitsmittel kann insbesondere innerhalb der Anordnung in einem zirkulierenden Kreis bzw. Kreislauf aus der Wärmekraftmaschine abgeführt und zum Schluss wieder in die Wärmekraftmaschine geführt bzw. der Wärmekraftmaschine zugeführt werden. Der Arbeitsmittelkreis kann sich also insbesondere auf ein in einem Kreislauf zirkulierendes Arbeitsmittel beziehen.In particular, an organic working fluid can be used, for example cyclohexane, butane, pentane, benzene, toluene, R134a, R12, R123, R113, n-perfluoropentane. The working fluid circuit can in particular refer to a thermodynamic cycle. The working fluid that circulates in the working fluid circuit of the arrangement can therefore be involved in or subject to a thermodynamic cycle. The working fluid can in particular be removed from the heat engine in a circulating circuit or circuit within the arrangement and finally fed back into the heat engine or supplied to the heat engine. The working fluid circuit can therefore in particular refer to a working fluid circulating in a circuit.
„Ein“ und „eine“ sind im Rahmen dieser Offenbarung ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe als unbestimmte Artikel und damit immer auch als „mindestens ein“ bzw. „mindestens eine“ zu lesen. Richtungsangaben wie „stromab“ oder „nach“ bzw. „stromauf“ oder „vor“ beziehen sich allgemein auf die Hauptströmungsrichtung des jeweiligen Fluides. Das in einem Kreis zirkulierende Fluid kann auch als in einem Kreis befindliches oder strömendes Fluid verstanden werden. Im Sinne der Erfindung können Ausdrücke der Art „einkoppelbar“, „auskoppelbar“, „umwandelbar“ im Zusammenhang mit Stoff- und/oder Energieströmen alternativ oder ergänzend, insbesondere optional präzisierend Ausdrücke der Art „eingekoppelt werden kann oder wird“, „ausgekoppelt werden kann oder wird“, „umgewandelt werden kann oder wird“ umfassen. Das Einkoppeln von Wärme/Wärmeenergie kann also insbesondere entsprechend als übertragen derselben verstanden werden, d.h. „einkoppelbar“ kann insbesondere so viel wie „auf das entsprechende Medium übertragbar“ bzw. „eingekoppelt wird“ verstanden werden. Dies kann also auch vorzugsweise im Sinne von „auf das entsprechende Medium übertragen“ verstanden werden.In the context of this disclosure, "A" and "an" are to be read as indefinite articles unless expressly stated otherwise, and thus always as "at least one" or "at least one". Directional terms such as "downstream" or "after" or "upstream" or "before" generally refer to the main flow direction of the respective fluid. The fluid circulating in a circuit can also be understood as a fluid located or flowing in a circuit. For the purposes of the invention, expressions such as "coupleable", "decoupleable", "convertible" in connection with material and/or energy flows can alternatively or additionally, in particular optionally, include expressions such as "can be or is coupled in", "can be or is decoupled", "can or is converted". The coupling of heat/thermal energy can therefore be understood in particular as transferring it, i.e., "coupleable" can be understood in particular as "transferable to the corresponding medium" or "is coupled in." This can therefore also preferably be understood in the sense of "transferred to the corresponding medium."
Die Wärmekraftmaschine kann insbesondere eine Turbine sein, vorzugsweise radialer oder auch axialer Bauart. Die Wärmekraftmaschine kann aber auch als Kolbenmaschine bzw. als Scroll- oder sogenannten Schraubenexpander ausgebildet sein. Insbesondere kann die Anordnung außerdem einen Generator umfassen, welcher zur Erzeugung von elektrischer Energie mit der Wärmekraftmaschine gekoppelt ist. Mittels des Generators kann also mindestens ein Teil der in mechanische Energie umgewandelten Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt werden. The heat engine can, in particular, be a turbine, preferably of a radial or axial design. However, the heat engine can also be designed as a piston engine or as a scroll or so-called screw expander. In particular, the arrangement can also comprise a generator coupled to the heat engine for generating electrical energy. Thus, by means of the generator, at least a portion of the thermal energy converted into mechanical energy can be converted into electrical energy.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung umfasst ferner einen in dem Arbeitsmittelkreis stromab der Wärmekraftmaschine angeordneten Arbeitsmittelkondensator, mittels welchem das Arbeitsmittel kondensierbar ist, wobei Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittel auskoppelbar ist.A preferred embodiment of the invention further comprises a working medium condenser arranged in the working medium circuit downstream of the heat engine, by means of which the working medium can be condensed, wherein heat energy can be extracted from the working medium.
Nach der Entspannung in der Wärmekraftmaschine kann das Arbeitsmittel zu einem Arbeitsmittelkondensator geführt werden, in welchem das im Wesentlichen noch gasförmige Arbeitsmittel kondensiert werden kann. Dabei kann Wärmeenergie bei dem Kondensationsvorgang im Arbeitsmittelkondensator Wärmeenergie ausgekoppelt werden, um beispielsweise in den Prozessgasstrom und/oder in einen Zwischenmittelkreis einzukoppeln. Der Arbeitsmittelkondensator kann also in Gestalt eines Wärmetauschers bzw. eines Kühlers ausgebildet sein, wobei die Wärmeenergie auch in eine Umgebung ausgekoppelt sein kann, wobei die Wärmeenergie dissipiert wird. Das Auskoppeln von Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittel kann insbesondere vorteilhaft sein, um Abwärme aus der Anordnung zu verringern, indem die ausgekoppelte Wärmeenergie zurückgewonnen wird. Mit dem Auskoppeln von Wärmeenergie in die Umgebung kann auch eine besonders schlichte, kompakte bzw. wirtschaftliche Bauweise beispielsweise in Form eines Luftkühlers realisiert werden. Ein Luftkühler kann beispielsweise ein mithilfe eines Ventilators betriebener Wärmetauscher sein, wobei ein beförderter Luftstrom verwendet wird, um Wärmeenergie in die Umgebung zu dissipieren.After expansion in the heat engine, the working fluid can be fed to a working fluid condenser, in which the essentially still gaseous working fluid can be condensed. Thermal energy can be extracted during the condensation process in the working fluid condenser, for example, to be fed into the process gas stream and/or into an intermediate circuit. The working fluid condenser can therefore be designed in the form of a heat exchanger or cooler, whereby the thermal energy can also be extracted into an environment, where the thermal energy is dissipated. Extracting thermal energy from the working fluid can be particularly advantageous for reducing waste heat from the system by recovering the extracted thermal energy. By extracting thermal energy into the environment, a particularly simple, compact, and economical design can be realized, for example in the form of an air cooler. An air cooler can, for example, be a heat exchanger operated by a fan, whereby a conveyed air stream is used to dissipate thermal energy into the environment.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die aus dem Arbeitsmittel auszukoppelnde Wärmeenergie zumindest teilweise in den Prozessgasstrom einkoppelbar sein, insbesondere an einer Stelle stromab der Prozessgaskühleinrichtung bzw. des Prozessgaskondensators.In an advantageous embodiment, the thermal energy to be extracted from the working medium can be at least partially coupled into the process gas flow, in particular at a point downstream of the process gas cooling device or the process gas condenser.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Prozessgasheizvorrichtung zum Aufheizen mindestens eines Teils des Prozessgasstroms stromab der Prozessgaskühleinrichtung bzw. des Prozessgaskondensators angeordnet, mittels welcher Prozessgasheizvorrichtung Wärmeenergie in den Prozessgasstrom einkoppelbar ist.In a further preferred embodiment of the invention, a process gas heating device for heating at least a portion of the process gas stream is arranged downstream of the process gas cooling device or the process gas condenser, by means of which process gas heating device thermal energy can be coupled into the process gas stream.
Die Erfinder haben weiter festgestellt, dass die Menge an entnommene Wärmeenergie bei der Kondensation des Prozessgases insbesondere höher als die mittels der Prozessgasheizvorrichtung dem Prozessgas zurückgeführte Wärmeenergie sein kann, wobei eine Abwärme entstehen kann. Insbesondere kann also die Temperatur des Prozessgases beim Eintritt in die Prozessgaskühleinrichtung bzw. den Prozessgaskondensator höher sein als die Temperatur des Prozessgases beim Austritt aus der Prozessgasheizvorrichtung. Das Temperaturgefälle, also der daraus entstehende Wärmestrom der Abwärme kann vergleichsweise klein sein. Anstatt die Abwärme schlicht in die Umgebung zu dissipieren, kann die Abwärme vorteilhaft genutzt werden, um wie vorstehend beschrieben nicht nur teilweise in der Wärmekraftmaschine umzuwandeln, sondern auch über eine Prozessgasheizvorrichtung zum Aufheizen mindestens eines Teils des Prozessgasstroms stromab der Prozessgaskühleinrichtung bzw. des Prozessgaskondensators. Mittels der Prozessgasheizvorrichtung kann also die nicht zur Umwandlung genutzte Wärmeenergie zurück in den Prozessgasstrom eingekoppelt werden.The inventors have further determined that the amount of thermal energy extracted during the condensation of the process gas can be higher than the thermal energy returned to the process gas by means of the process gas heating device, which can result in waste heat. In particular, the temperature of the process gas upon entering the process gas cooling device or the process gas condenser can be higher than the temperature of the process gas upon exiting the process gas heating device. The temperature gradient, i.e. the resulting heat flow of the waste heat, can be comparatively small. Instead of simply dissipating the waste heat into the environment, the waste heat can advantageously be used not only to partially convert it in the heat engine as described above, but also via a process gas heating device to heat at least a portion of the process gas stream downstream of the process gas cooling device or the process gas condenser. The process gas heating device can therefore be used to feed the thermal energy not used for conversion back into the process gas stream.
Die Zurückführung von Wärmeenergie in den Prozessgasstrom kann im Allgemeinen als eine Wärmeverschiebung verstanden werden. Dabei wird also mindestens ein Teil der im Prozessgasstrom aufweisenden Wärmeenergie von einer Stelle auf eine andere Stelle des Prozessgasstroms verschoben. Mittels der Prozessgasheizvorrichtung kann also Wärmeenergie in den Prozessgasstrom einkoppelbar sein, wobei das Einkoppeln von Wärmeenergie in den Prozessgasstrom eine Wärmeverschiebung von Wärmeenergie ist, welche aus dem Prozessgasstrom ausgekoppelt war.The return of thermal energy to the process gas stream can generally be understood as a thermal shift. In this case, at least a portion of the thermal energy present in the process gas stream is shifted from one location to another location in the process gas stream. The process gas heating device can thus couple thermal energy into the process gas stream, with the coupling of thermal energy into the process gas stream representing a thermal shift of thermal energy that was previously extracted from the process gas stream.
Die Prozessgasheizvorrichtung kann beispielsweise in Gestalt eines Wärmetauschers ausgebildet sein, wobei Wärmeenergie mittels einer wärmetragenden Strömung, beispielsweise das im Arbeitsmittelkreis befindliche Arbeitsmittel oder ein in einem Zwischenmittelkreis befindliche Zwischenmittel, in den Prozessgasstrom eingekoppelt werden kann. Die Prozessgasheizvorrichtung kann beispielsweise als Gas-Gas-Wärmetauscher oder als Gas-Flüssigkeitswärmetauscher ausgeführt werden. Das Übertragen von Wärmeenergie zwischen dem Arbeitsmittelkreis und dem Prozessgasstrom kann also direkt zwischen zwei benachbarten Strömungen in einer wärmeleitenden Vorrichtung wie in einem Wärmetauscher stattfinden. Insbesondere kann die aus dem Arbeitsmittel auszukoppelnde Wärmeenergie zumindest teilweise in den Prozessgasstrom über die Prozessgasheizvorrichtung einkoppelbar sein.The process gas heating device can, for example, be designed in the form of a heat exchanger, wherein thermal energy can be coupled into the process gas stream by means of a heat-carrying flow, for example the working fluid located in the working fluid circuit or an intermediate fluid located in an intermediate fluid circuit. The process gas heating device can, for example, be designed as a gas-to-gas heat exchanger or as a gas-to-liquid heat exchanger. The transfer of thermal energy between the working fluid circuit and the process gas stream can therefore take place directly between two adjacent flows in a heat-conducting device such as a heat exchanger. In particular, the thermal energy to be extracted from the working fluid can be at least partially coupled into the process gas stream via the process gas heating device.
Das Übertragen von Wärmeenergie zwischen dem Arbeitsmittelkreis und dem Prozessgasstrom kann aber auch indirekt über einen Zwischenmittelkreis, wobei die auf den Prozessgasstrom zu übertragende Wärmeenergie zunächst mittels eines Wärmetauschers zwischen dem Arbeitsmittelkreis und dem Zwischenmittelkreis stattfindet und prozessual anschließend zwischen dem Zwischenmittelkreis und dem Prozessgasstrom mittels eines weiteren Wärmetauschers stattfindet, beispielsweise mittels der Prozessgasheizvorrichtung.The transfer of thermal energy between the working fluid circuit and the process gas flow can also be carried out indirectly via an intermediate circuit, whereby the thermal energy to be transferred to the process gas flow initially takes place by means of a heat exchanger between the working fluid circuit and the intermediate circuit and then takes place in process terms between the intermediate circuit and the process gas flow by means of a further heat exchanger, for example by means of the process gas heating device.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Arbeitsmittelkreis folgendes auf: eine erste Arbeitsmittelleitung zur Wärmekraftmaschine, mittels welcher das Arbeitsmittel einem Einlass der Wärmekraftmaschine zuführbar ist; eine zweite Arbeitsmittelleitung, mittels welcher das Arbeitsmittel aus einem Auslass der Wärmekraftmaschine ausleitbar ist; eine dritte Arbeitsmittelleitung, mittels welcher das Arbeitsmittel einem Arbeitsmitteleinlass einer Arbeitsmittel-Heizvorrichtung zuführbar ist, insbesondere zum Verdampfen von Arbeitsmittel.In a further preferred embodiment of the invention, the working fluid circuit comprises the following: a first working fluid line to the heat engine, by means of which the working fluid can be fed to an inlet of the heat engine; a second working fluid line, by means of which the working fluid can be discharged from an outlet of the heat engine; a third working fluid line, by means of which the working fluid can be fed to a working fluid inlet of a working fluid heating device, in particular for evaporating the working fluid.
Insbesondere kann mittels der ersten Arbeitsmittelleitung das Arbeitsmittel aus einem Arbeitsmittelauslass der Prozessgaskühleinrichtung bzw. des Prozessgaskondensators dem Einlass der Wärmekraftmaschine zuführbar sein. Außerdem kann mittels der zweiten Arbeitsmittelleitung das Arbeitsmittel aus einem Auslass der Wärmekraftmaschine einem Arbeitsmitteleinlass der Prozessgasheizvorrichtung zuführbar sein. Mittels der dritten Arbeitsmittelleitung kann das Arbeitsmittel der Prozessgaskühleinrichtung bzw. dem Prozessgaskondensator als Arbeitsmittel-Heizvorrichtung zum Aufnehmen von Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom zuführbar sein.In particular, the first working fluid line can be used to supply the working fluid from a working fluid outlet of the process gas cooling device or the process gas condenser to the inlet of the heat engine. Furthermore, the second working fluid line can be used to supply the working fluid from an outlet of the heat engine to a working fluid inlet of the process gas heating device. The third working fluid line can be used to supply the working fluid to the process gas cooling device or the process gas condenser as a working fluid heating device for absorbing thermal energy from the process gas stream.
Die erste Arbeitsmittelleitung ist insbesondere dazu bestimmt, verdampftes Arbeitsmittel zur Wärmekraftmaschine zu transportieren. Die zweite Arbeitsmittelleitung ist insbesondere dazu bestimmt, das Arbeitsmittel, welches zuvor in der Wärmekraftmaschine entspannt wurde, aus der Wärmekraftmaschine abzuführen. Besonders bevorzugt ist die zweite Arbeitsmittelleitung außerdem dazu bestimmt, Arbeitsmittel insbesondere zu einem Arbeitsmittelkondensator zu führen. Die dritte Arbeitsmittelleitung ist insbesondere dazu bestimmt, Arbeitsmittel zu einer Arbeitsmittel-Heizvorrichtung zu führen, in welcher das Arbeitsmittel Wärmeenergie aufnehmen kann, insbesondere zur Verdampfung des Arbeitsmittels.The first working fluid line is particularly intended to transport vaporized working fluid to the heat engine. The second working fluid line is particularly intended to discharge the working fluid, which was previously expanded in the heat engine, from the heat engine. Particularly preferably, the second working fluid line is also intended to conduct working fluid, in particular to a working fluid condenser. The third working fluid line is particularly intended to conduct working fluid to a working fluid heating device, in which the working fluid can absorb thermal energy, in particular for evaporating the working fluid.
Mithilfe der Prozessgaskühleinrichtung bzw. des Prozessgaskondensators kann Wärmeenergie von dem Prozessgasstrom auf den Arbeitsmittelkreis als wärmeaufnehmende Strömung übertragen werden, wobei das Arbeitsmittel verdampft wird. Das Arbeitsmittel wird also bevorzugt direkt in der Prozessgaskühleinrichtung bzw. im Prozessgaskondensator verdampft. Die erste Arbeitsmittelleitung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, ein gas- bzw. dampfförmiges Arbeitsmittel aus der Prozessgaskühleinrichtung bzw. dem Prozessgaskondensator zu dem Einlass der Wärmekraftmaschine zu führen. Nach der Entspannung in der Wärmekraftmaschine kann die zweite Arbeitsmittelleitung das Arbeitsmittel zu einem Arbeitsmitteleinlass der Prozessgasheizvorrichtung führen. In der Prozessgasheizvorrichtung kann Wärmeenergie von dem Arbeitsmittel auf den Prozessgasstrom übertragen werden, wobei das Arbeitsmittel kondensiert werden kann. In der Prozessgasheizvorrichtung wird das Arbeitsmittel also bevorzugt direkt kondensiert. Die dritte Arbeitsmittelleitung ist dazu ausgebildet, auskondensiertes Arbeitsmittel aus der Prozessgasheizvorrichtung zur Prozessgaskühleinrichtung bzw. zum Prozessgaskondensator zu führen.With the help of the process gas cooling device or the process gas condenser, thermal energy can be transferred from the process gas stream to the working fluid circuit as a heat-absorbing flow, whereby the working fluid is evaporated. The working fluid is therefore preferably evaporated directly in the process gas cooling device or in the process gas condenser. The first working fluid line is preferably designed to conduct a gaseous or vaporous working fluid from the process gas cooling device or the process gas condenser to the inlet of the heat engine. After expansion in the heat engine, the second working fluid line can conduct the working fluid to a working fluid inlet of the process gas heating device. In the process gas heating device, thermal energy can be transferred from the working fluid to the process gas stream, whereby the working fluid can be condensed. The working fluid is therefore preferably condensed directly in the process gas heating device. The third working fluid line is designed to conduct condensed working fluid from the process gas heating device to the process gas cooling device or to the process gas condenser.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung umfasst ferner einen Arbeitsmittelverdampfer zum Verdampfen von Arbeitsmittel, wobei Wärmeenergie mithilfe des Arbeitsmittelverdampfers von einem Zwischenmittel auf das Arbeitsmittel übertragbar ist; mindestens einem Zwischenmittelkreis aufweisend: eine erste Zwischenmittelleitung zum Arbeitsmittelverdampfer, mittels welcher ersten Zwischenmittelleitung ein Zwischenmittel einem Zwischenmitteleinlass des Arbeitsmittelverdampfers zum Zuführen von Zwischenmittel zuführbar ist, wobei die aus dem Prozessgasstrom ausgekoppelte Wärmeenergie mithilfe des Zwischenmittels zum Arbeitsmittelverdampfer transportierbar ist, und/oder eine zweite Zwischenmittelleitung zur Prozessgasheizvorrichtung, mittels welcher zweiten Zwischenmittelleitung ein Zwischenmittel einem Zwischenmitteleinlass der Prozessgasheizvorrichtung zum Zuführen von Zwischenmittel zuführbar ist, wobei mindestens ein Teil der Wärmeenergie aus dem Zwischenmittel über die Prozessgasheizvorrichtung auf den Prozessgasstrom übertragbar ist. A further preferred embodiment of the invention further comprises a working medium evaporator for evaporating working medium, wherein thermal energy can be transferred from an intermediate medium to the working medium by means of the working medium evaporator; at least one intermediate medium circuit comprising: a first intermediate medium line to the working medium evaporator, by means of which first intermediate medium line an intermediate medium can be fed to an intermediate medium inlet of the working medium evaporator for supplying intermediate medium, wherein the thermal energy extracted from the process gas stream can be transported to the working medium evaporator by means of the intermediate medium, and/or a second intermediate medium line to the process gas heating device, by means of which second intermediate medium line an intermediate medium can be fed to an intermediate medium inlet of the process gas heating device for supplying intermediate medium, wherein at least part of the thermal energy from the intermediate medium can be transferred to the process gas stream via the process gas heating device.
Die erste Zwischenmittelleitung kann insbesondere ein Zwischenmittel aus einem Zwischenmittelauslass der Prozessgaskühleinrichtung bzw. des Prozessgaskondensators zum Ausleiten von Zwischenmittel einem Zwischenmitteleinlass des Arbeitsmittelverdampfers zum Zuführen von Zwischenmittel zuführbar sein, wobei die aus dem Prozessgasstrom ausgekoppelte Wärmeenergie mithilfe des Zwischenmittels zum Arbeitsmittelverdampfer transportierbar ist.The first intermediate medium line can in particular be able to supply an intermediate medium from an intermediate medium outlet of the process gas cooling device or of the process gas condenser for discharging intermediate medium to an intermediate medium inlet of the working medium evaporator for supplying intermediate medium, wherein the thermal energy extracted from the process gas flow can be transported to the working medium evaporator with the aid of the intermediate medium.
Als Zwischenmittel kommen insbesondere wärmeleitende Flüssigkeiten in Betracht, die sowohl organisch als auch anorganisch sein können. Vorzugsweise weist das Zwischenmittel eine hohe Wärmekapazität und/oder eine hohe kritische Temperatur auf. Insbesondere können Wasser bzw. Öl als Zwischenmittel eingesetzt werden.Particularly suitable intermediaries are heat-conducting liquids, which can be either organic or inorganic. The intermediary preferably has a high heat capacity and/or a high critical temperature. Water or oil can be used as intermediaries, in particular.
Der Arbeitsmittelverdampfer ist insbesondere sowohl dem Arbeitsmittelkreis als auch dem Zwischenmittelkreis zugeordnet, wird also vorzugsweise einerseits von dem Zwischenmittel, andererseits von dem Arbeitsmittel durchströmt, wobei Wärmeenergie, welche aus dem Prozessgasstrom ausgekoppelt wurde, von dem Zwischenmittel auf das Arbeitsmittel übertragen wird. Durch die erste Zwischenmittelleitung kann das Zwischenmittel aus der Prozessgaskühleinrichtung bzw. dem Prozessgaskondensator in den Arbeitsmittelverdampfer geführt werden. Das Arbeitsmittel kann also beim Zuführen von Wärmeenergie innerhalb des Arbeitsmittelverdampfers erhitzt und in einen gasförmigen Zustand überführt, also verdampft werden. Der Zwischenmittelkreis kann auch eine zweite Zwischenmittelleitung aufweisen, die das Zwischenmittel zur Prozessgasheizvorrichtung führt. Insbesondere kann die zweite Zwischenmittelleitung das Zwischenmittel aus dem Arbeitsmittelverdampfer, in welchem ein Teil der Wärmeenergie an das Arbeitsmittel abgegeben wurde, zur Prozessgasheizvorrichtung führen. In der Prozessgasheizvorrichtung kann ein weiterer Teil der Wärmeenergie, die das Zwischenmittel aufweist, auf den Prozessgasstrom übertragen werden.The working medium evaporator is particularly assigned to both the working medium circuit and the intermediate medium circuit, and is therefore preferably flowed through by the intermediate medium on the one hand and the working medium on the other hand, whereby heat energy, which has been extracted from the process gas flow, is transferred from the intermediate medium to the working medium. By means of the first The intermediate medium can be fed from the process gas cooling device or the process gas condenser into the working medium evaporator via an intermediate medium line. The working medium can therefore be heated and converted into a gaseous state, i.e. evaporated, when thermal energy is supplied within the working medium evaporator. The intermediate medium circuit can also have a second intermediate medium line that feeds the intermediate medium to the process gas heating device. In particular, the second intermediate medium line can feed the intermediate medium from the working medium evaporator, in which part of the thermal energy was transferred to the working medium, to the process gas heating device. In the process gas heating device, a further part of the thermal energy contained in the intermediate medium can be transferred to the process gas stream.
Optional kann der Zwischenmittelkreis einen Arbeitsmittelkondensator aufweisen, welcher in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung des Zwischenmittels stromab des Arbeitsmittelverdampfers angeordnet werden, wobei der Arbeitsmittelkondensator auch dem Arbeitsmittelkreis zugeordnet werden kann und sowohl von dem Zwischenmittel als auch von dem Arbeitsmittel durchströmt wird. Der Arbeitsmittelkondensator ist in Bezug auf den Arbeitsmittelkreis vorzugsweise stromab der Wärmekraftmaschine angeordnet. Nach der Entspannung in der Wärmekraftmaschine kann das noch gasförmige Arbeitsmittel in dem Arbeitsmittelkondensator kondensiert werden, wobei Wärmeenergie auf das Zwischenmittel übertragen wird. Alternativ kann die zweite Zwischenmittelleitung das Zwischenmittel aus einem Arbeitsmittelkondensator, in welchem Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittel auf das Zwischenmittel übertragen wurde, zur Prozessgasheizvorrichtung führen. In der Prozessgasheizvorrichtung kann entsprechend die auf das Zwischenmittel übertragene Wärmeenergie auf den Prozessgasstrom übertragen werden. Insbesondere kann eine Wärmeverschiebung indirekt über das Zwischenmittel von der Prozessgaskühleinrichtung bzw. dem Prozessgaskondensator auf die Prozessgasheizvorrichtung stattfinden. Wärmeenergie kann also indirekt aus dem Prozessgasstrom über das Zwischenmittel zurück in den Prozessgasstrom mittels der Prozessgasheizvorrichtung eingekoppelt werden.Optionally, the intermediate medium circuit can have a working medium condenser, which can be arranged downstream of the working medium evaporator with respect to the main flow direction of the intermediate medium, whereby the working medium condenser can also be assigned to the working medium circuit and is flowed through by both the intermediate medium and the working medium. The working medium condenser is preferably arranged downstream of the heat engine with respect to the working medium circuit. After expansion in the heat engine, the still gaseous working medium can be condensed in the working medium condenser, whereby heat energy is transferred to the intermediate medium. Alternatively, the second intermediate medium line can carry the intermediate medium from a working medium condenser, in which heat energy has been transferred from the working medium to the intermediate medium, to the process gas heating device. In the process gas heating device, the heat energy transferred to the intermediate medium can be transferred to the process gas stream accordingly. In particular, heat transfer can take place indirectly via the intermediate medium from the process gas cooling device or the process gas condenser to the process gas heating device. Thermal energy can therefore be indirectly coupled from the process gas stream via the intermediate medium back into the process gas stream by means of the process gas heating device.
Insbesondere kann im Zwischenmittelkreis stromauf des Arbeitsmittelkondensators ein Zwischenmittelkühler angeordnet werden, in welchem das Zwischenmittel gekühlt wird, bevor das Zwischenmittel zur Aufnahme von Wärmenergie in den Arbeitsmittelkondensator geführt werden. Das Zwischenmittel kann also zunächst mittels des Zwischenmittelkühlers abgekühlt werden, bevor das Zwischenmittel im Arbeitsmittelkondensator erhitzt wird. Der Zwischenmittelkühler kann also die Menge an Wärmeenergie begrenzen, die das Zwischenmittel über die Prozessgasheizvorrichtung in den Prozessgasstrom einkoppelt. Ohne den Zwischenmittelkühler kann also insgesamt mehr Wärmeenergie in den Prozessgasstrom eingekoppelt werden, was unter bestimmten Umständen vermieden werden sollte, beispielsweise zum Einhalten einer vorbestimmten maximalen Temperatur des Prozessgasstroms beim Durchströmen der Prozessgasheizvorrichtung.In particular, an intermediate medium cooler can be arranged in the intermediate medium circuit upstream of the working medium condenser, in which the intermediate medium is cooled before the intermediate medium is fed into the working medium condenser to absorb heat energy. The intermediate medium can therefore first be cooled by means of the intermediate medium cooler before the intermediate medium is heated in the working medium condenser. The intermediary medium cooler can therefore limit the amount of heat energy that the intermediate medium couples into the process gas stream via the process gas heating device. Without the intermediate medium cooler, more heat energy can be coupled into the process gas stream overall, which should be avoided under certain circumstances, for example to maintain a predetermined maximum temperature of the process gas stream as it flows through the process gas heating device.
Die Anordnung kann insbesondere zwei Zwischenmittelkreise aufweisen, wobei in einem ersten Zwischenmittelkreis ein erstes Zwischenmittel aus der Prozessgaskühleinrichtung bzw. dem Prozessgaskondensator über die erste Zwischenmittelleitung zum Arbeitsmittelverdampfer geführt wird. Das erste Zwischenmittel kann danach im Kreis wieder zurück zur Prozessgaskühleinrichtung bzw. zum Prozessgaskondensator geführt werden. In einem zweiten Zwischenmittelkreis kann ein zweites Zwischenmittel, welches die Prozessgasheizvorrichtung durchströmt, aus der Prozessgasheizvorrichtung geführt werden. Das zweite Zwischenmittel kann danach zum Arbeitsmittelkondensator geführt werden. Über die zweite Zwischenmittelleitung kann das zweite Zwischenmittel zu einem Einlass der Prozessgasheizvorrichtung geführt werden.The arrangement can in particular have two intermediate medium circuits, wherein in a first intermediate medium circuit, a first intermediate medium is guided from the process gas cooling device or the process gas condenser via the first intermediate medium line to the working medium evaporator. The first intermediate medium can then be guided back in the circuit to the process gas cooling device or to the process gas condenser. In a second intermediate medium circuit, a second intermediate medium, which flows through the process gas heating device, can be guided from the process gas heating device. The second intermediate medium can then be guided to the working medium condenser. The second intermediate medium can be guided to an inlet of the process gas heating device via the second intermediate medium line.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Prozessgaskühleinrichtung, insbesondere der Prozessgaskondensator mindestens zwei hintereinander angeordnete Kühlapparate zum Kühlen mindestens eines Teils des Prozessgasstroms auf, welche Kühlapparate jeweils für eine Kühlstufe bestimmt sind, wobei ein vorderer Kühlapparat dazu bestimmt ist, mindestens ein Teil der Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom auf das Arbeitsmittel zur Entspannung in der Wärmekraftmaschine zu übertragen und dabei mindestens eines Teils des Prozessgasstroms zu kühlen; ein stromab des vorderen Kühlapparat angeordneter, hinterer Kühlapparat dazu bestimmt ist, mindestens ein Teil der Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom auf einen Kühlmittelstrom zu übertragen und dabei mindestens eines Teils des Prozessgasstroms zu kühlen, insbesondere zu kondensieren, wobei der Kühlmittelstrom ferner dazu bestimmt ist, an einer Stelle in einem Zwischenmittelkreis und/oder im Arbeitsmittelkreis Wärmeenergie aufzunehmen. Beispielsweise geschieht dies an einer Stelle im Arbeitsmittelkreis stromab der Wärmekraftmaschine, wobei Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittel aufgenommen wird. Der Kühlmittelstrom kann also allgemein dazu bestimmt sein, weitere Wärmeenergie als die vom Prozessgas aufzunehmen. Er kann also auch zur Abkühlung des Zwischen- bzw. Arbeitsmittels nach einem Abkühlen des Prozessgases eingesetzt werden.In a further preferred embodiment of the invention, the process gas cooling device, in particular the process gas condenser, has at least two cooling devices arranged one behind the other for cooling at least a portion of the process gas flow, each of which is intended for a cooling stage. A front cooling device is intended to transfer at least a portion of the thermal energy from the process gas flow to the working fluid for expansion in the heat engine and, in the process, to cool at least a portion of the process gas flow; a rear cooling device arranged downstream of the front cooling device is intended to transfer at least a portion of the thermal energy from the process gas flow to a coolant flow and, in the process, to cool, in particular, to condense, at least a portion of the process gas flow. The coolant flow is further intended to absorb thermal energy at a point in an intermediate circuit and/or in the working fluid circuit. For example, this occurs at a point in the working fluid circuit downstream of the heat engine, with thermal energy being absorbed from the working fluid. The coolant flow can therefore generally be intended to absorb additional thermal energy than that from the process gas. It can therefore also be used to cool the intermediate or working medium after the process gas has cooled down.
Die Prozessgaskühleinrichtung bzw. der Prozessgaskondensator kann insbesondere drei hintereinander angeordnete Kühlapparate aufweisen. Wie vorstehend beschrieben kann der jeweilige Kühlapparat den Prozessgasstrom auf ein vorbestimmtes Temperaturniveau abkühlen, wobei der Prozessgasstrom sukzessiv abgekühlt wird. Mit dem Temperaturniveau ist insbesondere vorzugsweise eine durchschnittliche, innerhalb der Kühlstufe am niedrigsten erreichte Temperatur des Prozessgases gemeint. Dabei kann ein Kühlapparat zum Abkühlen des Prozessgasstroms von einem jeweiligen Kühlmittel durchströmt werden. Das Temperaturniveau des Prozessgases sinkt also mit jedem stromab angeordneten Kühlapparat weiter ab. Analog dazu kann also das Temperaturniveau des Prozessgases mit jeder stromab angeordneten Kühlstufe absinken.The process gas cooling device or process gas condenser can, in particular, have three cooling devices arranged one behind the other. As described above, the respective cooling device can cool the process gas stream to a predetermined temperature level, wherein the process gas stream is cooled successively. The temperature level preferably refers, in particular, to an average, lowest temperature of the process gas reached within the cooling stage. A respective coolant can flow through a cooling device for cooling the process gas stream. The temperature level of the process gas thus drops further with each cooling device arranged downstream. Analogously, the temperature level of the process gas can also decrease with each cooling stage arranged downstream.
Besonders bevorzugt kann der vordere Kühlapparat der erste der Kühlapparate sein, die innerhalb der Prozessgaskühleinrichtung bzw. des Prozessgaskondensators in Stromabrichtung des Prozessgasstroms hintereinander angeordnet sind. Die Richtungsangaben beziehen sich auf die Hauptströmungsrichtung des Prozessgases. Das Prozessgas kann also innerhalb der Prozessgaskühleinrichtung bzw. des Prozessgaskondensators bevorzugt zuerst den ersten Kühlapparat durchströmen, danach den zweiten und zum Schluss den dritten Kühlapparat durchströmen. Also kann der erste Kühlapparat in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung des Prozessgases insbesondere der vordere Kühlapparat sein. Ein hinterer Kühlapparat kann entsprechend der zweite bzw. der dritte Kühlapparat sein. Als Strömungsrichtung kann allgemein die Hauptströmungsrichtung gemeint sein.Particularly preferably, the front cooling device can be the first of the cooling devices arranged one behind the other within the process gas cooling device or the process gas condenser in the downstream direction of the process gas flow. The directions refer to the main flow direction of the process gas. The process gas can therefore preferably flow first through the first cooling device within the process gas cooling device or the process gas condenser, then through the second and finally through the third cooling device. Thus, with respect to the main flow direction of the process gas, the first cooling device can in particular be the front cooling device. A rear cooling device can accordingly be the second or third cooling device. The flow direction can generally mean the main flow direction.
Die Kühlapparate sind insbesondere jeweils für eine Kühlstufe bestimmt. Der erste Kühlapparat kann also besonders bevorzugt für eine erste Kühlstufe, der zweite Kühlapparat für eine zweite Kühlstufe und der dritte Kühlapparat für eine dritte Kühlstufe, usw., bestimmt sein.The cooling devices are each particularly intended for a cooling stage. Thus, the first cooling device can particularly preferably be intended for a first cooling stage, the second cooling device for a second cooling stage, and the third cooling device for a third cooling stage, etc.
Ein Kühlmittelstrom kann also ein Zwischenmittel, ein Kühlwasserstrom oder auch ein Kältemittelstrom sein, wobei der Kältemittelstrom mithilfe einer damit gekoppelten Kältemaschine gekühlt wird. Beispielsweise kann der erste Kühlapparat ein mit Zwischenmittel gekühlter Kühlapparat sein, der zweite Kühlapparat ein mit Wasser gekühlter Kühlapparat sein und der dritte Kühlapparat ein mit Kältemittel gekühlter Kühlapparat sein. Bezüglich der Strömungsrichtung des Kühlmittelstroms kann das jeweilige Kühlmittel nach Durchströmen eines Kühlapparats weitere Wärmeenergie aus einem Zwischenmittelkreis und/oder aus dem Arbeitsmittelkreis aufnehmen. Der Kühlmittelstrom zur Aufnahme von zusätzlicher Wärmeenergie lässt sich also vorteilhaft genutzt werden.A coolant flow can therefore be an intermediate medium, a cooling water flow, or even a refrigerant flow, whereby the refrigerant flow is cooled using a coupled refrigeration machine. For example, the first cooling device can be a cooling device cooled by an intermediate medium, the second cooling device can be a water-cooled cooling device, and the third cooling device can be a cooling device cooled by refrigerant. With regard to the flow direction of the coolant flow, the respective coolant can absorb further thermal energy from an intermediate medium circuit and/or from the working medium circuit after flowing through a cooling device. The coolant flow can therefore be advantageously used to absorb additional thermal energy.
Bei einer Anordnungsvariante, wobei zwei Zwischenmittelkreise zum Einsatz kommen, kann vorzugsweise mithilfe des Kühlmittelstroms das im zweiten Zwischenmittelkreis befindliche Zwischenmittel abgekühlt werden, wobei Wärmeenergie vom Kühlmittelstrom aufgenommen wird. Der zweite Zwischenmittelkreis kann in dieser Anordnungsvariante dazu bestimmt sein, Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittelkreis zur Prozessgasheizvorrichtung zu transportieren. Beispielsweise kann ein Kühlwasserstrom Wärmeenergie aus dem zweiten Zwischenmittelkreis aufnehmen, nachdem der Kühlwasserstrom Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom aufgenommen hatte. Die Aufnahme von Wärmeenergie aus dem zweiten Zwischenmittelkreis kann beispielsweise mithilfe eines dem zweiten Zwischenmittelkreis zugeordneten Wärmetauscher geschehen. Analog dazu kann in einem weiteren Beispiel einen mit einer Kältemaschine gekühlten Kältemittelstrom Wärmeenergie aus dem zweiten Zwischenmittelkreis aufnehmen. Dies kann auch beispielsweise mithilfe eines dem zweiten Zwischenmittelkreis zugeordneten Wärmetauscher geschehen.In an arrangement variant in which two intermediate medium circuits are used, the intermediate medium located in the second intermediate medium circuit can preferably be cooled with the aid of the coolant flow, with heat energy being absorbed by the coolant flow. In this arrangement variant, the second intermediate medium circuit can be intended to transport heat energy from the working medium circuit to the process gas heating device. For example, a cooling water flow can absorb heat energy from the second intermediate medium circuit after the cooling water flow has absorbed heat energy from the process gas flow. The absorption of heat energy from the second intermediate medium circuit can occur, for example, with the aid of a heat exchanger assigned to the second intermediate medium circuit. Analogously, in a further example, a refrigerant flow cooled by a refrigeration machine can absorb heat energy from the second intermediate medium circuit. This can also occur, for example, with the aid of a heat exchanger assigned to the second intermediate medium circuit.
In einem jeweiligen Zwischenmittelkreis kann eine Zwischenmittelpumpe zum Umwälzen von Zwischenmittel angeordnet werden. Die jeweilige Zwischenmittelpumpe kann mit mindestens einem Teil der elektrischen Energie betrieben werden, die mithilfe eines mit der Wärmekraftmaschine gekoppelten Generators erzeugt wurde.An intermediate medium pump for circulating intermediate medium can be arranged in each intermediate medium circuit. The respective intermediate medium pump can be operated with at least a portion of the electrical energy generated by a generator coupled to the heat engine.
Besonders bevorzugt lässt sich der Kühlmittelstrom, also wahlweise ein Kühlwasserstrom bzw. ein Kältemittelstrom, in analoger Ausführung Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittelkreis aufnehmen, wobei das Arbeitsmittel bei der Wärmeabgabe vorzugsweise kondensieren kann. Vorzugsweise wird der Kühlmittelstrom also Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittelkreis stromab der Wärmekraftmaschine aufnehmen. Der Kühlmittelstrom kann also ein Kondensieren des im Arbeitsmittelkreis befindlichen Arbeitsmittels stromab der Wärmekraftmaschine unterstützen. Der Kühlmittelstrom kann sich auch als wärmeaufnehmende Strömung innerhalb des Arbeitsmittelkondensators einsetzen lassen.Particularly preferably, the coolant flow, i.e., optionally a cooling water flow or a refrigerant flow, can absorb thermal energy from the working fluid circuit in an analogous embodiment, whereby the working fluid can preferably condense during the heat release. The coolant flow will therefore preferably absorb thermal energy from the working fluid circuit downstream of the heat engine. The coolant flow can thus support the condensation of the working fluid in the working fluid circuit downstream of the heat engine. The coolant flow can also be used as a heat-absorbing flow within the working fluid condenser.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Anordnung eine Kältemaschine zum Kühlen des Kühlmittelstroms auf, wobei mindestens ein Teil der Wärmeenergie, insbesondere welcher aus dem Kühlmittelstrom in die Kältemaschine eingekoppelt ist, aus der Kältemaschine zur Einkopplung in den Prozessgasstrom und/oder in einen Zwischenmittelkreis und/oder in den Arbeitsmittelkreis auskoppelbar ist.In a further preferred embodiment of the invention, the arrangement comprises a refrigeration machine for cooling the coolant flow, wherein at least a part of the thermal energy, in particular that which is coupled from the coolant flow into the refrigeration machine, can be coupled out of the refrigeration machine for coupling into the process gas flow and/or into an intermediate circuit and/or into the working medium circuit.
Das Kühlmittel kann insbesondere ein Kältemittel sein, welches in einer Kältemaschine gekühlt wird. Dabei kann Wärmeenergie in die Kältemaschine ausgekoppelt werden und in den Prozessgasstrom eingekoppelt werden. Wärmeenergie aus der Kältemaschine kann aber auch in einen Zwischenmittelkreis eingekoppelt werden und dabei das Zwischenmittel erwärmen. Der Zwischenmittelkreis kann dazu bestimmt sein, Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom in den Arbeitsmittelkreis zu transportieren. Das Einkoppeln in den Zwischenmittelkreis kann bezüglich der Strömungsrichtung des Zwischenmittels bevorzugt stromauf der Prozessgaskühleinrichtung bzw. des Prozessgaskondensators angeordnet sein. Das Zwischenmittel kann also vorgewärmt werden, bevor es zur Prozessgaskühleinrichtung bzw. zum Prozessgaskondensator geführt wird. Insgesamt ist es denkbar, die in die Kältemaschine ausgekoppelte Wärmeenergie in einen beliebigen Stoffstrom vorteilhaft einzukoppeln. Dies kann beispielsweise an einer Stelle im Arbeitsmittelkreis stromauf der Wärmekraftmaschine sein.The coolant can in particular be a refrigerant which is cooled in a refrigeration machine. Thermal energy can be transferred into the refrigeration machine. machine and fed into the process gas stream. Thermal energy from the refrigeration machine can also be fed into an intermediate medium circuit, thereby heating the intermediate medium. The intermediate medium circuit can be designed to transport thermal energy from the process gas stream into the working medium circuit. The coupling into the intermediate medium circuit can preferably be arranged upstream of the process gas cooling device or the process gas condenser with regard to the flow direction of the intermediate medium. The intermediate medium can therefore be preheated before it is fed to the process gas cooling device or the process gas condenser. Overall, it is conceivable to advantageously couple the thermal energy coupled out into the refrigeration machine into any desired material stream. This can be, for example, at a point in the working medium circuit upstream of the heat engine.
Es ist ebenfalls denkbar und bevorzugt, dass die Wärmeenergie, die in den Prozessgasstrom und/oder in einen Zwischenmittelkreis und/oder in den Arbeitsmittelkreis einkoppelbar ist, schlicht als Abwärme aus der Kältemaschine auskoppelbar ist. Es kann also auch vorkommen, dass die Quellen der Wärmeenergie aus der Kältemaschine sowohl aus einem Kompressor als auch aus dem Kühlmittelstrom stammen. Der Kühlmittelstrom kann insbesondere ein Kältemittelstrom sein.It is also conceivable and preferred that the thermal energy that can be coupled into the process gas flow and/or into an intermediate circuit and/or into the working fluid circuit can simply be extracted from the refrigeration machine as waste heat. Thus, it is also possible for the sources of thermal energy from the refrigeration machine to originate from both a compressor and the coolant flow. The coolant flow can, in particular, be a refrigerant flow.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Anordnung einen mit der Wärmekraftmaschine gekoppelten Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie auf. Insbesondere kann die mithilfe des Generators erzeugte elektrische Energie zum Betreiben eines elektromechanischen Wandlers, beispielsweise zum Betreiben einer Arbeitsmittelpumpe eingesetzt werden. Insbesondere kann der mittels des Generators erzeugte Strom als Gleichstrom zu einem Wechselrichter der Arbeitsmittelpumpe geleitet werden. Die Arbeitsmittelpumpe kann auch eine Speisepumpe sein, wobei die Arbeitsmittelpumpe das Arbeitsmittel in einem Arbeitsmittelkreis befördern kann. Insbesondere kann mithilfe der Arbeitsmittelpumpe das Arbeitsmittel im Arbeitsmittelkreis zirkulieren.In a further preferred embodiment of the invention, the arrangement comprises a generator coupled to the heat engine for generating electrical energy. In particular, the electrical energy generated by the generator can be used to operate an electromechanical converter, for example, to operate a working fluid pump. In particular, the current generated by the generator can be fed as direct current to an inverter of the working fluid pump. The working fluid pump can also be a feed pump, wherein the working fluid pump can transport the working fluid in a working fluid circuit. In particular, the working fluid pump can circulate the working fluid in the working fluid circuit.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Prozessgaskühleinrichtung, insbesondere der Prozessgaskondensator folgendes auf: drei hintereinander angeordnete Kühlapparate zum Kühlen mindestens eines Teils des Prozessgasstroms, wobei der erste Kühlapparat von einem in einem Zwischenmittelkreis befindlichen Zwischenmittel durchströmbar ist, wobei die aus mindestens einem Teil des Prozessgasstroms stammende Wärmeenergie zur Wiedereinkopplung in den Prozessgasstrom auf das Zwischenmittel übertragbar ist, der zweite Kühlapparat von einem ersten Kühlmittel, insbesondere einem Kühlwasser, durchströmbar ist, wobei Wärmeenergie von dem Prozessgasstrom auf das erste Kühlmittel übertragbar ist, der dritte Kühlapparat von einem zweiten gekühlten Kühlmittel durchströmbar ist, insbesondere von einem Kältemittel, welches mittels einer Kältemaschine gekühlt ist, wobei Wärmeenergie von dem Prozessgasstrom auf das zweite Kühlmittel übertragbar ist, bei welcher Anordnung das in einem Zwischenmittelkreis befindliche Zwischenmittel einen Arbeitsmittelverdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmittels durchströmbar ist, wobei mindestens ein Teil der im Arbeitsmittel aufweisenden Wärmeenergie über die Wärmekraftmaschine und den Generator in elektrischer Energie umwandelbar ist, eine stromab der Prozessgaskühleinrichtung bzw. des Prozessgaskondensators angeordnete Prozessgasheizvorrichtung von dem in einem Zwischenmittelkreis befindlichen Zwischenmittel durchströmbar ist, wobei Wärmeenergie in den Prozessgasstrom einkoppelbar ist.In a further preferred embodiment of the invention, the process gas cooling device, in particular the process gas condenser, comprises the following: three cooling devices arranged one behind the other for cooling at least a portion of the process gas flow, wherein the first cooling device can be flowed through by an intermediate medium located in an intermediate medium circuit, wherein the thermal energy originating from at least a portion of the process gas flow can be transferred to the intermediate medium for re-coupling into the process gas flow, the second cooling device can be flowed through by a first coolant, in particular cooling water, wherein thermal energy can be transferred from the process gas flow to the first coolant, the third cooling device can be flowed through by a second cooled coolant, in particular a refrigerant which is cooled by means of a refrigeration machine, wherein thermal energy can be transferred from the process gas flow to the second coolant, in which arrangement the intermediate medium located in an intermediate medium circuit can be flowed through a working medium evaporator for evaporating the working medium, wherein at least a portion of the thermal energy contained in the working medium can be converted into electrical energy via the heat engine and the generator a process gas heating device arranged downstream of the process gas cooling device or the process gas condenser can be flowed through by the intermediate medium located in an intermediate medium circuit, wherein thermal energy can be coupled into the process gas flow.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Umwandlung von Energie aus einem Industrieprozess.The present invention further relates to a method for converting energy from an industrial process.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß alternativ oder ergänzend durch ein Verfahren zum Umwandeln von Energie aus einem Prozessgasstrom gelöst, welcher aus einem Industrieprozess stammt, bei welchem Verfahren zumindest ein Teil des Prozessgasstroms einem Kondensationsschritt ausgesetzt oder unterzogen wird, wobei mindestens ein Teil der Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom auf ein Arbeitsmittel zur Umwandlung in einer Wärmekraftmaschine übertragen wird, welche in einem Arbeitsmittelkreis angeordnet ist.The object of the invention is achieved alternatively or additionally by a method for converting energy from a process gas stream originating from an industrial process, in which method at least a portion of the process gas stream is exposed to or subjected to a condensation step, wherein at least a portion of the thermal energy from the process gas stream is transferred to a working medium for conversion in a heat engine which is arranged in a working medium circuit.
Vorzugsweise wird bei der Umwandlung in der Wärmekraftmaschine das Arbeitsmittel entspannt, wobei mechanische Energie zur weiteren Umwandlung in elektrische Energie ausgekoppelt werden kann. Der Industrieprozess findet insbesondere in der Industrieanlage statt.During the conversion process in the heat engine, the working fluid is preferably expanded, allowing mechanical energy to be extracted for further conversion into electrical energy. The industrial process takes place primarily in the industrial plant.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Arbeitsmittel stromab der Umwandlung in der Wärmekraftmaschine kondensiert, wobei Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittel ausgekoppelt wird.In a further preferred embodiment of the invention, the working fluid is condensed downstream of the conversion in the heat engine, whereby heat energy is extracted from the working fluid.
Die Wärmekraftmaschine ist insbesondere einem Arbeitsmittelkreis, beispielsweise einem ORC-Kreis zugeordnet. Nach der Umwandlung in der Wärmekraftmaschine kann das überwiegend noch gasförmige Arbeitsmittel vorzugsweise kondensiert. Insbesondere kann das Kondensieren des Arbeitsmittels stromab der Wärmekraftmaschine Teil eines Arbeitsmittelkreisprozesses bzw. eines ORC-Kreisprozesses sein. Dabei kann Wärmeenergie beispielsweise mithilfe eines Luftkühlers in die Umgebung ausgekoppelt. Vorzugsweise kann die aus dem Arbeitsmittel ausgekoppelte Wärmeenergie auch in den Prozessgasstrom eingekoppelt werden. Dazu kann die Wärmeenergie zunächst in einen Zwischenmittelkreis eingekoppelt werden, bevor die Wärmeenergie in den Prozessgasstrom eingekoppelt wird. Optional kann die Wärmeenergie auch in einen Kühlmittelstrom, insbesondere in einen Kühlwasserstrom oder auch in einen Kältemittelstrom eingekoppelt werden.The heat engine is particularly associated with a working fluid circuit, for example an ORC circuit. After conversion in the heat engine, the predominantly still gaseous working fluid can preferably be condensed. In particular, the condensation of the working fluid downstream of the heat engine can be part of a working fluid cycle process or a ORC cycle. Thermal energy can be released into the environment, for example, using an air cooler. Preferably, the thermal energy released from the working fluid can also be injected into the process gas stream. For this purpose, the thermal energy can first be injected into an intermediate circuit before being injected into the process gas stream. Optionally, the thermal energy can also be injected into a coolant stream, particularly a cooling water stream or a refrigerant stream.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittel bei einem Heizvorgang des Prozessgasstroms auf das Prozessgas übertragen.In a further preferred embodiment of the invention, thermal energy from the working medium is transferred to the process gas during a heating process of the process gas stream.
Mithilfe des Heizvorgangs kann insbesondere eine Wärmeverschiebung im Prozessgasstrom stattfinden, wobei mindestens ein Teil der aus dem Prozessgasstrom ausgekoppelten Wärmeenergie in den Prozessgasstrom zurück übertragen wird.With the help of the heating process, in particular, a heat shift can take place in the process gas stream, whereby at least part of the heat energy extracted from the process gas stream is transferred back into the process gas stream.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren mindestens einen Zwischenmittelkreis auf, welcher mit dem Prozessgasstrom und/oder mit dem Arbeitsmittelkreis wärmeleitend oder wärmeübertragend koppelbar ist, bei welchem folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden: beim Kondensationsschritt des Prozessgasstroms wird Wärmeenergie direkt auf ein in dem Zwischenmittelkreis befindliche, strömende oder zirkulierende Zwischenmittel übertragen; zumindest ein Teil der von dem Prozessgas auf das Zwischenmittel übertragenen Wärmeenergie wird direkt auf das im Arbeitsmittelkreis befindliche Arbeitsmittel stromauf der Umwandlung in der Wärmekraftmaschine übertragen, wobei das Arbeitsmittel verdampft wird; das verdampfte Arbeitsmittel wird zur Wärmekraftmaschine geführt.In a further preferred embodiment of the invention, the method comprises at least one intermediate medium circuit which can be coupled to the process gas stream and/or to the working medium circuit in a heat-conducting or heat-transferring manner, in which the following method steps are carried out: during the condensation step of the process gas stream, thermal energy is transferred directly to an intermediate medium located in the intermediate medium circuit, flowing or circulating; at least part of the thermal energy transferred from the process gas to the intermediate medium is transferred directly to the working medium located in the working medium circuit upstream of the conversion in the heat engine, whereby the working medium is evaporated; the evaporated working medium is fed to the heat engine.
Ferner kann stromab der Wärmekraftmaschine Wärmeenergie von dem Arbeitsmittel direkt auf das in einem Zwischenmittelkreis befindliche Zwischenmittel übertragen werden; beim Heizvorgang des Prozessgasstroms wird mittels Wärmeenergie aus dem in einem Zwischenmittelkreis befindlichen Zwischenmittel das im Prozessgasstrom befindliche Prozessgas direkt aufgeheizt.Furthermore, downstream of the heat engine, thermal energy can be transferred from the working medium directly to the intermediate medium located in an intermediate medium circuit; during the heating process of the process gas stream, the process gas in the process gas stream is directly heated by means of thermal energy from the intermediate medium located in an intermediate medium circuit.
Beim Kondensationsschritt des Prozessgasstroms wird die Wärmeenergie bevorzugt direkt bzw. unmittelbar vom Prozessgasstrom auf das Zwischenmittel übertragen. Dies kann sich insbesondere auf den Prozessgasstrom benachbart durchströmendes, im Zwischenmittelkreis befindliches Zwischenmittel beziehen. In ähnlicher Weise kann das direkte Übertragen von Wärmeenergie zwischen dem Zwischenmittel und dem Arbeitsmittel stromauf der Umwandlung in der Wärmekraftmaschine verstanden werden. Ein direktes Übertragen kann also im Rahmen dieser Erfindung als ein Übertragen von Wärmenergie zwischen zwei zueinander benachbart angeordneten bzw. durchströmenden Fluiden, beispielsweise in einem Wärmetauscher verstanden werden. In ähnlicher Weise wird das Prozessgas aufgeheizt, indem Wärmeenergie von dem Zwischenmittel unmittelbar auf das benachbart durchströmende Prozessgas übertragen wird. Bei der Umwandlung in der Wärmekraftmaschine kann insbesondere eine Entspannung des Arbeitsmittels bedeuten, wobei Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt wird. Insbesondere kann der Kondensationsschritt mehrere Kühlstufe umfassen. Insbesondere kann beim Kondensationsschritt in der ersten Kühlstufe beim Kühlen des Prozessgasstroms die Wärmeenergie auf das Zwischenmittel übertragen werden, wobei der Prozessgasstrom erst in der zweiten und/oder dritten Kühlstufe kondensiert wird.During the condensation step of the process gas stream, the thermal energy is preferably transferred directly or immediately from the process gas stream to the intermediate medium. This can particularly refer to intermediate medium flowing adjacent to the process gas stream and located in the intermediate medium circuit. Similarly, the direct transfer of thermal energy between the intermediate medium and the working medium upstream of the conversion in the heat engine can be understood. In the context of this invention, direct transfer can therefore be understood as a transfer of thermal energy between two fluids arranged adjacent to one another or flowing through one another, for example in a heat exchanger. Similarly, the process gas is heated by directly transferring thermal energy from the intermediate medium to the adjacent process gas flowing through. During the conversion in the heat engine, this can particularly mean an expansion of the working medium, whereby thermal energy is converted into mechanical energy. In particular, the condensation step can comprise several cooling stages. In particular, during the condensation step in the first cooling stage, the thermal energy can be transferred to the intermediate medium when cooling the process gas stream, whereby the process gas stream is only condensed in the second and/or third cooling stage.
Bei einem bevorzugten angeordneten Zwischenmittelkreis kann also die aus dem Prozessgasstrom ausgekoppelte Wärmeenergie folgende Übertragungswege aufweisen: erstens, direkt vom Prozessgasstrom auf den Zwischenmittelkreis. Zweitens, direkt vom Zwischenmittelkreis auf den Arbeitsmittelkreis zur Umwandlung in der Wärmekraftmaschine. Drittens, nach der Umwandlung vom Arbeitsmittelkreis direkt auf den Zwischenmittelkreis. Viertens, vom Zwischenmittelkreis auf den Prozessgasstrom. Vorteilhafterweise lässt sich in dieser Ausführungsform mit einem Zwischenmittelkreis sowohl die Wärmeverschiebung im Prozessgasstrom realisieren als auch die Umwandlung von überschüssiger Wärmeenergie in der Wärmemaschine, wobei die überschüssige Wärmeenergie primär aus den unterschiedlichen Temperaturniveaus beim Kondensieren des Prozessgases und beim Heizvorgang des Prozessgases entsteht.In a preferred intermediate circuit arrangement, the thermal energy extracted from the process gas stream can therefore have the following transfer paths: first, directly from the process gas stream to the intermediate circuit. Second, directly from the intermediate circuit to the working fluid circuit for conversion in the heat engine. Third, after conversion, from the working fluid circuit directly to the intermediate circuit. Fourth, from the intermediate circuit to the process gas stream. Advantageously, in this embodiment, an intermediate circuit can be used to realize both the heat transfer in the process gas stream and the conversion of excess thermal energy in the heat engine, with the excess thermal energy arising primarily from the different temperature levels during the condensation of the process gas and during the heating process of the process gas.
Bei einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform mit zwei Zwischenmittelkreisen, also mit einem ersten und einem zweiten Zwischenmittelkreis, kann die Wärmeenergie folgende Übertragungswege aufweisen: erstens, direkt vom Prozessgasstrom auf den ersten Zwischenmittelkreis. Zweitens, von dem ersten Zwischenmittelkreis direkt auf den Arbeitsmittelkreis. Drittens, von dem Arbeitsmittelkreis auf den zweiten Zwischenmittelkreis. Viertens, von dem zweiten Zwischenmittelkreis auf den Prozessgasstrom. In dem jeweiligen Zwischenmittelkreis kann ein eigenes Zwischenmittel verwendet werden. Beispielsweise können zwei unterschiedliche organische Zwischenmittel beim jeweiligen Zwischenmittelkreis zum Einsatz kommen. Vorteilhafterweise kann aufgrund der unterschiedlichen Temperaturniveaus des ersten und des zweiten Zwischenmittelkreises ein jeweils temperaturoptimiertes Zwischenmittel verwendet werden. Beispielsweise kann das erste Zwischenmittel eine höhere kritische Temperatur als das zweite Zwischenmittel aufweisen.In a likewise preferred embodiment with two intermediate circuits, i.e. with a first and a second intermediate circuit, the thermal energy can have the following transfer paths: first, directly from the process gas flow to the first intermediate circuit. Second, from the first intermediate circuit directly to the working fluid circuit. Third, from the working fluid circuit to the second intermediate circuit. Fourth, from the second intermediate circuit to the process gas flow. A separate intermediate medium can be used in each intermediate circuit. For example, two different organic intermediate media can be used in each intermediate circuit. Advantageously, due to the different temperature levels of the first and second intermediate circuit, a temperature-optimized Intermediates may be used. For example, the first intermediary may have a higher critical temperature than the second intermediary.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt: beim Kondensationsschritt des Prozessgasstroms wird Wärmeenergie direkt auf ein Arbeitsmittel übertragen, wobei das Arbeitsmittel verdampft wird; das verdampfte Arbeitsmittel wird zur Wärmekraftmaschine geführt; Wärmeenergie wird beim Heizvorgang des Prozessgasstroms direkt auf das Prozessgas übertragen, wobei das Arbeitsmittel im Arbeitsmittelkreis stromab der Wärmekraftmaschine im Zuge der Wärmeabgabe an das Prozessgas kondensiert wird. Der Kondensationsschritt kann mindestens eine Kühlstufe, vorzugsweise mehrere Kühlstufen umfassen. Insbesondere kann in einer, vorzugsweise ersten Kühlstufe des Kondensationsschrittes Wärmeenergie direkt auf ein Arbeitsmittel übertragen.In a further preferred embodiment of the invention, the following method steps are carried out: during the condensation step of the process gas stream, thermal energy is transferred directly to a working medium, whereby the working medium is evaporated; the evaporated working medium is fed to the heat engine; during the heating process of the process gas stream, thermal energy is transferred directly to the process gas, whereby the working medium is condensed in the working medium circuit downstream of the heat engine as heat is released to the process gas. The condensation step can comprise at least one cooling stage, preferably several cooling stages. In particular, thermal energy can be transferred directly to a working medium in a preferably first cooling stage of the condensation step.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird also der Prozessgasstrom mit dem Arbeitsmittelkreis miteinander direkt wärmeleitend gekoppelt, wobei das Übertragen von Wärmeenergie ohne Zwischenmittel stattfinden kann. Der Kondensationsschritt des Prozessgasstroms kann also zugleich ein Verdampfungsschritt des Arbeitsmittelkreises sein. Der Heizvorgang des Prozessgasstroms kann zugleich ein Kondensationsschritt des Arbeitsmittelkreises sein. Vorteilhafterweise lässt eine solche Ausführungsform möglicherweise kompakter und weniger kostenintensiv ausführen, da die Funktion eines Arbeitsmittelverdampfers sowie eines Arbeitsmittelkondensators bereits beim Kondensationsschritt bzw. Heizvorgang des Prozessgasstroms realisiert wird.In this preferred embodiment, the process gas stream is directly coupled to the working fluid circuit in a heat-conducting manner, allowing the transfer of thermal energy without any intermediate means. The condensation step of the process gas stream can thus simultaneously be an evaporation step of the working fluid circuit. The heating process of the process gas stream can simultaneously be a condensation step of the working fluid circuit. Advantageously, such an embodiment can potentially be implemented more compactly and less cost-intensively, since the functions of a working fluid evaporator and a working fluid condenser are already realized during the condensation step or heating process of the process gas stream.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Kondensationsschritt des Prozessgasstroms mindestens zwei hintereinander stattfindende Kühlstufen, bei welchem Verfahren folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden: Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom wird in einer vorderen, also stromaufwärts angeordneten oder vorgesehenen Kühlstufe auf ein Arbeitsmittel übertragen; In einer stromab der vorderen Kühlstufe angeordneten, hinteren Kühlstufe wird Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom auf ein in einem Kühlmittelstrom befindliches Kühlmittel übertragen; Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittel wird an einer Stelle im Arbeitsmittelkreis stromab der Umwandlung in der Wärmekraftmaschine auf das in einem Kühlmittelstrom befindliche Kühlmittel übertragen.In a further preferred embodiment of the invention, the condensation step of the process gas stream comprises at least two cooling stages taking place one after the other, in which method the following method steps are carried out: Thermal energy from the process gas stream is transferred to a working medium in a front, i.e. upstream arranged or provided, cooling stage; In a rear cooling stage arranged downstream of the front cooling stage, thermal energy from the process gas stream is transferred to a coolant located in a coolant stream; Thermal energy from the working medium is transferred to the coolant located in a coolant stream at a point in the working medium circuit downstream of the conversion in the heat engine.
Der Prozessgasstrom kann also mithilfe mindestens zwei Kühlstufen sukzessiv abgekühlt werden, wobei jede Kühlstufe ein eigenes, insbesondere vorbestimmtes Temperaturniveau aufweist, welches in der Reihenfolge nach der Hauptströmungsrichtung absinkt.The process gas flow can therefore be cooled successively by means of at least two cooling stages, each cooling stage having its own, in particular predetermined, temperature level, which decreases in the order according to the main flow direction.
Das Übertragen von Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom auf ein Arbeitsmittel kann sowohl direkt als auch indirekt mithilfe eines Zwischenmittels erfolgen. Die vordere Kühlstufe kann bei einer Anordnung mit drei Kühlstufen oder mehr als die erste Kühlstufe ausgebildet sein. Die Positionsangabe „vordere“ bezieht sich dabei auf die Hauptströmungsrichtung des Prozessgasstroms. Ein Kühlmittel kann beispielsweise Wasser oder auch Kältemittel sein, wobei das Kältemittel in einer Kältemaschine gekühlt wird. Bei einer Anordnung mit drei Kühlstufen kann also in der zweiten Kühlstufe Wärmeenergie auf einen Kühlwasserstrom übertragen werden und in der dritten Kühlstufe Wärmeenergie auf einen Kältemittelstrom übertragen werden.The transfer of thermal energy from the process gas stream to a working medium can occur both directly and indirectly with the aid of an intermediate medium. In an arrangement with three or more cooling stages, the front cooling stage can be designed as the first cooling stage. The position "front" refers to the main flow direction of the process gas stream. A coolant can be water or refrigerant, for example, with the refrigerant being cooled in a refrigeration machine. In an arrangement with three cooling stages, thermal energy can be transferred to a cooling water stream in the second cooling stage and thermal energy can be transferred to a refrigerant stream in the third cooling stage.
Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittel kann insbesondere an einer Stelle im Arbeitsmittelkreis stromab der Umwandlung in der Wärmekraftmaschine sowohl auf einen Kühlwasserstrom als auch auf einen Kältemittelstrom übertragen werden. Insbesondere kann dieses Übertragen von Wärmeenergie vom Arbeitsmittel auf den Kühlwasserstrom bzw. Kältemittelstrom erfolgen, nachdem der Kühlwasserstrom bzw. Kältemittelstrom Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom aufgenommen hat. Vorteilhafterweise lässt sich also der Kühlmittelstrom, ganz allgemein für den Kühlwasser- bzw. Kältemittelstrom gesprochen, weitere Wärmeenergie aufnehmen und somit die Wärmeaufnahmefähigkeit des Kühlmittelstroms besser ausnutzen.Thermal energy from the working fluid can be transferred to both a cooling water flow and a refrigerant flow, particularly at a point in the working fluid circuit downstream of the conversion in the heat engine. In particular, this transfer of thermal energy from the working fluid to the cooling water flow or refrigerant flow can occur after the cooling water flow or refrigerant flow has absorbed thermal energy from the process gas flow. Advantageously, the coolant flow—generally speaking, the cooling water or refrigerant flow—can absorb further thermal energy, thus better utilizing the heat absorption capacity of the coolant flow.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt: ein Kühlmittel wird in einem Kühlmittelstrom mithilfe einer Kältemaschine gekühlt, wobei Wärmeenergie vom Kühlmittel in die Kältemaschine ausgekoppelt wird; das Kühlmittel wird zur hinteren Kühlstufe des Prozessgasstroms geführt; stromab der hinteren Kühlstufe des Prozessgasstroms wird Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittel von dem im Kühlmittelstrom befindlichen Kühlmittel aufgenommen, wobei das im Arbeitsmittelkreis befindliche Arbeitsmittel gekühlt und kondensiert wird, und/oder im Arbeitsmittelkreis wird die zuvor in die Kältemaschine ausgekoppelte Wärmeenergie zur Einkopplung in den Prozessgasstrom und/oder zur Einkopplung in den Arbeitsmittelkreis, auf ein Zwischenmittel bzw. auf das Arbeitsmittel übertragen. Es kann also vorzugsweise eine Vorwärmung des Zwischenmittels und/oder Arbeitsmittels mithilfe der zuvor in die Kältemaschine ausgekoppelten Wärmeenergie, also Abwärme der Kältemaschine, stattfinden. Dabei kann eine Temperaturerhöhung des Arbeitsmittels und/oder des Zwischenmittels herbeigeführt werden. Das Arbeitsmittel kann insbesondere im Arbeitsmittelkreis zirkulieren.In a further preferred embodiment of the invention, the following method steps are carried out: a coolant is cooled in a coolant stream using a refrigeration machine, wherein thermal energy is extracted from the coolant into the refrigeration machine; the coolant is guided to the rear cooling stage of the process gas stream; downstream of the rear cooling stage of the process gas stream, thermal energy from the working fluid is absorbed by the coolant in the coolant stream, wherein the working fluid in the working fluid circuit is cooled and condensed, and/or in the working fluid circuit, the thermal energy previously extracted into the refrigeration machine is transferred to an intermediate medium or to the working fluid for coupling into the process gas stream and/or for coupling into the working fluid circuit. Thus, the intermediate medium and/or the working fluid can preferably be preheated using the thermal energy previously extracted into the refrigeration machine, i.e., waste heat from the refrigeration machine. This can bring about a temperature increase in the working fluid and/or the intermediate medium. The work equipment can circulate in particular in the work equipment circuit.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Anordnung oder das Verfahren zur Umwandlung von Energie aus einem Prozessgasstrom verwendet, insbesondere aus einer Zirkulations- oder Umluft eines Trockners zum Behandeln von Prozessgas eines Trockners, insbesondere aus dem Prozessgas einer Fertigungsanlage zur Herstellung von Elektroden einer Batterie und/oder einer Vorrichtung zur Abscheidung bzw. Rückgewinnung mindestens eines Lösemittels aus dem Prozessgas einer Fertigungsanlage.In a further aspect of the invention, the arrangement or the method is used for converting energy from a process gas stream, in particular from a circulating or recirculating air of a dryer for treating process gas of a dryer, in particular from the process gas of a production plant for producing electrodes of a battery and/or a device for separating or recovering at least one solvent from the process gas of a production plant.
AusführungsbeispieleExamples of implementation
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird. Darüber hinaus wird klargestellt, dass sich die erfindungsgemäßen Problemlösungsvorschläge auf verschiedene unterschiedliche Industrieprozesse anwenden lassen. Nachfolgend wird beispielhaft eine mit einer Elektrodenbeschichtungsanlage gekoppelte Energieumwandlungsvorrichtung dargestellt.The invention is explained in more detail below using several exemplary embodiments, without distinguishing between the different claim categories. Furthermore, it is clarified that the proposed solutions according to the invention can be applied to various different industrial processes. An energy conversion device coupled to an electrode coating system is presented below as an example.
FigurenlisteList of characters
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit direkter Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis; -
1a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 1 ; -
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit direkter Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kältemittelstroms im Arbeitsmittelkreis; -
2a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 2 ; -
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit direkter Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kühlwasserstroms im Arbeitsmittelkreis; -
3a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 3 ; -
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit direkter Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kältemittelstroms sowie mit Nutzung der Abwärme der Kältemaschine im Arbeitsmittelkreis; -
4a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 4 ; -
5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit direkter Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kühlwasserstroms sowie mit Nutzung der Abwärme der Kältemaschine im Arbeitsmittelkreis; -
5a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 5 ; -
6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis; -
6a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 6 ; -
7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kühlwasserstroms im Zwischenmittelkreis; -
7a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 7 ; -
8 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kühlwasserstroms sowie mit Nutzung der Abwärme der Kältemaschine im Zwischenmittelkreis; -
8a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 8 ; -
9 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kältemittelstroms im Zwischenmittelkreis; -
9a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 9 ; -
10 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kältemittelstroms sowie mit Nutzung der Abwärme der Kältemaschine im Zwischenmittelkreis; -
10a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach10 ; -
11 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung der Abwärme der Kältemaschine im Arbeitsmittelkreis; -
11a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 11 ; -
12 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kältemittelstroms im Arbeitsmittelkreis; -
12a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach12 ; -
13 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kühlwasserstroms im Arbeitsmittelkreis; -
13a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach13 ; -
14 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kühlwasserstroms sowie mit Nutzung der Abwärme der Kältemaschine im Arbeitsmittelkreis; -
14a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach14 ; -
15 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kältemittelstroms sowie mit Nutzung der Abwärme der Kältemaschine im Arbeitsmittelkreis; -
15a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach15 ; -
16 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kältemittelstroms zum Kondensieren eines Arbeitsmittels; -
16a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach16 ; -
17 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kältemittelstroms zum Kondensieren eines Arbeitsmittels sowie mit Nutzung der Abwärme der Kältemaschine im Arbeitsmittelkreis; -
17a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach17 ; -
18 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kühlwasserstroms zum Kondensieren eines Arbeitsmittels; -
18a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach18 ; -
19 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis und mit Nutzung des Kühlwasserstroms zum Kondensieren eines Arbeitsmittels sowie mit Nutzung der Abwärme der Kältemaschine im Arbeitsmittelkreis; -
19a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach19 ; -
20 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur direkten Verdampfung und Kondensation des Arbeitsmittels; -
20a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach20 ; -
21 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur direkten Verdampfung und Kondensation des Arbeitsmittels sowie mit Nutzung der Abwärme der Kältemaschine im Arbeitsmittelkreis; -
21a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 21 ; -
22 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur direkten Verdampfung und Vorkühlung des Arbeitsmittels sowie mit Nutzung des Kältemittelstroms im Arbeitsmittelkreis; -
22a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 22 ; -
23 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur direkten Verdampfung und Vorkühlung des Arbeitsmittels sowie mit Nutzung des Kältemittelstroms und der Abwärme der Kältemaschine im Arbeitsmittelkreis; -
23a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 23 ; -
24 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur direkten Verdampfung und Vorkühlung des Arbeitsmittels sowie mit Nutzung des Kühlwasserstroms im Arbeitsmittelkreis; -
24a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 24 ; -
25 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit einem Zwischenmittelkreis zur direkten Verdampfung und Vorkühlung des Arbeitsmittels sowie mit Nutzung des Kühlwasserstroms und der Abwärme der Kältemaschine im Arbeitsmittelkreis; -
25a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 25 ; -
26 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit zwei Zwischenmittelkreisen zur direkten Verdampfung und Kondensation des Arbeitsmittels; -
26a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 26 ; -
27 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit zwei Zwischenmittelkreisen zur direkten Verdampfung und Kondensation des Arbeitsmittels sowie mit Nutzung des Kältemittelstroms in einem Zwischenmittelkreis; -
27a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach27 ; -
28 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit zwei Zwischenmittelkreisen zur direkten Verdampfung und Kondensation des Arbeitsmittels sowie mit Nutzung des Kältemittelstroms in einem Zwischenmittelkreis und der Abwärme der Kältemaschine in einem anderen Zwischenmittelkreis; -
28a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung ineiner Anordnung nach 28 ; -
29 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit zwei Zwischenmittelkreisen zur direkten Verdampfung und Kondensation des Arbeitsmittels sowie mit Nutzung des Kühlwasserstroms in einem Zwischenmittelkreis; -
29a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach29 ; -
30 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit zwei Zwischenmittelkreisen zur direkten Verdampfung und Kondensation des Arbeitsmittels sowie mit Nutzung des Kühlwasserstroms in einem Zwischenmittelkreis und der Abwärme der Kältemaschine in einem anderen Zwischenmittelkreis; -
30a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach30 ; -
31 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage mit zwei Zwischenmittelkreisen zur direkten Verdampfung und Kondensation des Arbeitsmittels sowie mit Nutzung der Abwärme der Kältemaschine in einem Zwischenmittelkreis; -
31a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zur Ausführung in einer Anordnung nach31 .
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1 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with direct coupling to a working medium circuit; -
1a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to1 ; -
2 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with direct coupling to a working medium circuit and with use of the refrigerant flow in the working medium circuit; -
2a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to2 ; -
3 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with direct coupling to a working fluid circuit and with use of the cooling water flow in the working fluid circuit; -
3a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to3 ; -
4 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with direct coupling to a working fluid circuit and with use of the refrigerant flow and with use of the waste heat of the refrigeration machine in the working fluid circuit; -
4a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to4 ; -
5 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with direct coupling to a working fluid circuit and with use of the cooling water flow and with use of the waste heat of the refrigeration machine in the working fluid circuit; -
5a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to5 ; -
6 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit; -
6a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to6 ; -
7 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit and with use of the cooling water flow in the intermediate circuit; -
7a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to7 ; -
8 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit and with use of the cooling water flow and with use of the waste heat of the refrigeration machine in the intermediate circuit; -
8a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to8 ; -
9 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting generation of energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit and with use of the refrigerant flow in the intermediate circuit; -
9a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to9 ; -
10 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit and with use of the refrigerant flow and with use of the waste heat of the refrigeration machine in the intermediate circuit; -
10a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to10 ; -
11 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit and with use of the waste heat of the refrigeration machine in the working medium circuit; -
11a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to11 ; -
12 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit and with use of the refrigerant flow in the working medium circuit; -
12a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to12 ; -
13 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit and with use of the cooling water flow in the working medium circuit; -
13a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to13 ; -
14 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit and with use of the cooling water flow and with use of the waste heat of the refrigeration machine in the working medium circuit; -
14a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to14 ; -
15 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit and with use of the refrigerant flow and with use of the waste heat of the refrigeration machine in the working medium circuit; -
15a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to15 ; -
16 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit and with use of the refrigerant flow for condensing a working medium; -
16a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to16 ; -
17 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit and with use of the refrigerant flow for condensing a working medium and with use of the waste heat of the refrigeration machine in the working medium circuit; -
17a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to17 ; -
18 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit and with use of the cooling water flow for condensing a working medium; -
18a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for execution in an arrangement according to18 ; -
19 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for coupling to a working medium circuit and with use of the cooling water flow for condensing a working medium and with use of the waste heat of the refrigeration machine in the working medium circuit; -
19a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to19 ; -
20 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for direct evaporation and condensation of the working medium; -
20a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to20 ; -
21 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for direct evaporation and condensation of the working medium and with use of the waste heat of the refrigeration machine in the working medium circuit; -
21a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to21 ; -
22 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for direct evaporation and pre-cooling of the working medium and with use of the refrigerant flow in the working medium circuit; -
22a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to22 ; -
23 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for direct evaporation and pre-cooling of the working medium and with use of the refrigerant flow and the waste heat of the refrigeration machine in the working medium circuit; -
23a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to23 ; -
24 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for direct evaporation and pre-cooling of the working medium and with use of the cooling water flow in the working medium circuit; -
24a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to24 ; -
25 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with an intermediate circuit for direct evaporation and pre-cooling of the working medium and with use of the cooling water flow and the waste heat of the refrigeration machine in the working medium circuit; -
25a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to25 ; -
26 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with two intermediate circuits for direct evaporation and condensation of the working medium; -
26a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to26 ; -
27 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with two intermediate circuits for direct evaporation and condensation of the working medium and with use of the refrigerant flow in one intermediate circuit; -
27a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to27 ; -
28 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with two intermediate circuits for direct evaporation and condensation of the working medium and with use of the refrigerant flow in an intermediate circuit and the Waste heat from the refrigeration machine in another intermediate circuit; -
28a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to28 ; -
29 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with two intermediate circuits for direct evaporation and condensation of the working medium and with use of the cooling water flow in one intermediate circuit; -
29a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to29 ; -
30 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with two intermediate circuits for direct evaporation and condensation of the working fluid and with use of the cooling water flow in one intermediate circuit and the waste heat of the refrigeration machine in another intermediate circuit; -
30a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to30 ; -
31 a schematic representation of an arrangement according to the invention for converting energy from an electrode coating system with two intermediate circuits for direct evaporation and condensation of the working medium and with use of the waste heat of the refrigeration machine in one intermediate circuit; -
31a a schematic representation of a method according to the invention, preferably for implementation in an arrangement according to31 .
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Im Überblick zeigen
Nun werden die Figuren im Detail beschrieben:
-
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 100 zur Umwandlung von Energie aus einer Elektrodenbeschichtungsanlage 1 mit direkter Kopplung mit einem Arbeitsmittelkreis C.
-
1 shows schematically an embodiment of anarrangement 100 according to the invention for converting energy from anelectrode coating system 1 with direct coupling to a working medium circuit C.
Das Bezugszeichen 1 kennzeichnet eine beispielhafte Elektrodenbeschichtungsanlage, in der Elektroden zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien in einem Elektrodenbeschichtungsprozess S1 beschichtet werden. Dabei kann beispielsweise eines der obengenannten Lösemittel Verwendung finden, insbesondere kann als Lösemittel auch eine Mischung von beispielsweise TEP und EAA eingesetzt werden.
Zunächst wird die Anordnung entlang des Prozessgasstroms A beschrieben:
- Ein Prozessgasstrom A wird mithilfe eines Gebläses 3 aus einem Auslass der Elektrodenbeschichtungsanlage 1 über einen Prozessgaseinlass 25 zu einem Prozessgaskondensator 2 geführt.
Mithilfe des Prozessgaskondensators 2 ist zumindest ein Teil des Prozessgasstroms A kondensierbar, wobei Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom auskoppelbar ist. Die Temperatur des im Prozessgasstrom A befindlichen Prozessgases beträgt typischerweise ca. 120 °C, beispielsweise in einem Bereich zwischen 100 bis 150 °C beim Eintritt inden Prozessgaskondensator 2.Im Prozessgaskondensator 2 wird das Prozessgas sukzessive vorzugsweise auf ca. 15 °C als Zieltemperatur heruntergekühlt.Der Prozessgaskondensator 2 weist drei hintereinander angeordnete als 21, 22, 23 zum Ausführen eines dreistufigen Kondensationsschrittes S2 auf, wobei dem Prozessgasstrom A Wärmeenergie ausgekoppelt, also entzogen wird. Die Kühlapparate sind jeweils für eine Kühlstufe bestimmt. Mithilfe des ersten Kühlapparats 21 wird also die erste Kühlstufe S21a,Wärmetauscher ausgebildete Kühlapparate im zweiten Kühlapparat 22 die zweite Kühlstufe S22a und im dritten Kühlapparat 23 die dritte Kühlstufe S23a ausgeführt, wobei das Prozessgas im ersten Kühlapparat 21 auf 60 °C,im zweiten Kühlapparat 22 auf 30 °C,im dritten Kühlapparat 23 auf 15 °C heruntergekühlt wird. 21, 22, 23 sind beispielhaft als Kreuzstromwärmetauscher ausgeführt.Die Kühlapparate
- A process gas stream A is guided by means of a
fan 3 from an outlet of theelectrode coating system 1 via aprocess gas inlet 25 to aprocess gas condenser 2. With the aid of theprocess gas condenser 2, at least a portion of the process gas stream A can be condensed, wherein thermal energy can be extracted from the process gas stream. The temperature of the process gas in the process gas stream A is typically approximately 120 °C, for example in a range between 100 and 150 °C upon entry into theprocess gas condenser 2. In theprocess gas condenser 2, the process gas is successively cooled, preferably to approximately 15 °C as the target temperature. Theprocess gas condenser 2 has three 21, 22, 23 arranged one behind the other and designed as heat exchangers for carrying out a three-stage condensation step. tes S2, whereby heat energy is extracted from the process gas stream A. The cooling devices are each intended for a cooling stage. The first cooling stage S21a is carried out with the help of thecooling devices first cooling device 21, the second cooling stage S22a in thesecond cooling device 22, and the third cooling stage S23a in thethird cooling device 23, whereby the process gas is cooled to 60 °C in thefirst cooling device 21, to 30 °C in thesecond cooling device 22, and to 15 °C in thethird cooling device 23. The 21, 22, 23 are designed, for example, as cross-flow heat exchangers.cooling devices
Stromab des Prozessgaskondensators 2 ist ein Prozessgasheizvorrichtung 24 in Gestalt eines Kreuzstromwärmetauschers angeordnet, in welcher dem Prozessgasstrom A Wärme zugeführt wird. Nach Durchströmen der Prozessgasheizvorrichtung 24 wird der Prozessgasstrom zurück in die Elektrodenbeschichtungsanlage 1 geführt. Beispielhaft sind die Prozessgasheizvorrichtung 24 und der Prozessgaskondensator 2 in einer Gehäuseeinheit dargestellt.Downstream of the
Nun wird die Anordnung entlang des Arbeitsmittelkreises C beschrieben:
Im ersten Kühlapparat 21 desProzessgaskondensators 2 wird mindestens ein Teil des Prozessgasstroms A gekühlt. Die aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelte Wärmeenergie wird in ein Arbeitsmittel eingekoppelt, welches sich in einem Arbeitsmittelkreis C zirkuliert. Der Arbeitsmittelkreis C kann mindestens eines Teils der Wärmeenergie transportieren, die in das Arbeitsmittel eingekoppelt ist.Eine Arbeitsmittelpumpe 7 wälzt das Arbeitsmittel im Kreis um, wobei die dafür benötigte elektrische Energie aus einemGenerator 51 stammt. Eine nicht-dargestellte elektrische Leitung verbindetden Generator 51mit der Arbeitsmittelpumpe 7, um diese mit Strom zu versorgen. Der erste Kühlapparat 21 wird also mithilfe des Arbeitsmittels gekühlt, wobei das Arbeitsmittel verdampft wird. In der Gesamtschau transportiert der Arbeitsmittelkreis C also mindestens ein Teil der aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelten Wärmeenergie ausdem Prozessgaskondensator 2 zu einer alsTurbine ausgebildeten Wärmekraftmaschine 5. Danach führt der Arbeitsmittelkreis C zur Prozessgasheizvorrichtung 24, in welcher Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittelkreis C auf den Prozessgasstrom A übertragen wird.Mittels der Prozessgasheizvorrichtung 24 kann also Wärmeenergie in den Prozessgasstrom A eingekoppelt werden. Dabei kondensiert sich das im Arbeitsmittelkreis C befindlichen Arbeitsmittel und wird zurück zum ersten Kühlapparat 21 geführt.
- In the
first cooling device 21 of theprocess gas condenser 2, at least a portion of the process gas stream A is cooled. The thermal energy extracted from the process gas stream A is coupled into a working fluid that circulates in a working fluid circuit C. The working fluid circuit C can transport at least a portion of the thermal energy coupled into the working fluid. A workingfluid pump 7 circulates the working fluid, with the electrical energy required for this coming from agenerator 51. An electrical line (not shown) connects thegenerator 51 to the workingfluid pump 7 to supply it with power. Thefirst cooling device 21 is thus cooled using the working fluid, whereby the working fluid is evaporated. Overall, the working fluid circuit C transports at least a portion of the thermal energy extracted from the process gas stream A from theprocess gas condenser 2 to aheat engine 5 designed as a turbine. The working fluid circuit C then leads to the processgas heating device 24, in which thermal energy is transferred from the working fluid circuit C to the process gas stream A. By means of the processgas heating device 24, thermal energy can therefore be coupled into the process gas stream A. The working fluid in the working fluid circuit C condenses and is fed back to thefirst cooling device 21.
Der Arbeitsmittelkreis C weist insbesondere eine erste Arbeitsmittelleitung C1 auf, die das größtenteils gasförmige Arbeitsmittel aus einem Arbeitsmittelauslass 21ii des Prozessgaskondensators zu einem Einlass 5i der Wärmekraftmaschine 5 führt. Außerdem weist der Arbeitsmittelkreis C eine zweite Arbeitsmittelleitung C2 auf, die das Arbeitsmittel aus einem Auslass 5ii der Wärmekraftmaschine 5 zu einem Arbeitsmitteleinlass 24i der Prozessgasheizvorrichtung 24 führt. Stromab der Prozessgasheizvorrichtung 24 weist der Arbeitsmittelkreis C eine dritte Arbeitsmittelleitung C3 auf, die das nun kondensierte Arbeitsmittel aus einem Arbeitsmittelauslass 24ii der Prozessgasheizvorrichtung 24 zu einem Arbeitsmitteleinlass 21i des Prozessgaskondensators 2 führt. Über den Arbeitsmitteleinlass 21i wird das Arbeitsmittel zum ersten Kühlapparat 21 geführt, welches zugleich als Arbeitsmittel-Heizvorrichtung zum Aufheizen des Arbeitsmittels dient. Das Arbeitsmittel wird im ersten Kühlapparat 21 verdampft.The working fluid circuit C has, in particular, a first working fluid line C1, which carries the largely gaseous working fluid from a working fluid outlet 21ii of the process gas condenser to an
Die Wärmekraftmaschine 5 ist mit einem Generator 51 gekoppelt, mittels welchem mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, beispielsweise zur Einspeisung in ein öffentliches Stromnetz 53.The
Der zweite Kühlapparat 22 wird von einem Kühlwasserstrom D durchströmt und mithilfe des darin befindlichen Kühlwassers gekühlt. Mindestens ein Teil der Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom A wird also aus dem Prozessgasstrom auf den Kühlwasserstrom D übertragen. Mindestens ein Teil des Prozessgasstroms A wird mithilfe des zweiten Kühlapparats 22 gekühlt. Der Kühlwasserstrom D stammt beispielhaft aus einer Umgebung und wird nach Durchströmen des zweiten Kühlapparats 22 wieder zurück in die Umgebung geführt.A cooling water stream D flows through the
Der dritte Kühlapparat 23 wird analog zum zweiten Kühlapparat von einem Kältemittelstrom E durchströmt und gekühlt. Mindestens ein Teil der Wärmeenergie aus dem Prozessgasstrom A wird dabei auf das im Kältemittelstrom befindliche Kältemittel übertragen. Der Kältemittelstrom E wird, anders als der Kühlwasserstrom, in einer Kältemaschine 6 gekühlt. Dabei wird Wärmeenergie aus dem Kältemittelstrom E ausgekoppelt und in die Kältemaschine 6 eingekoppelt. Der Kältemittelstrom E stammt beispielhaft aus einer nicht-dargestellten Quelle der Kältemaschine, in welche das Kältemittel nach Durchströmen des dritten Kühlapparats 23 zurückführbar ist. Das Bezugszeichen F kennzeichnet schematisch ein Wärmefluss der Kältemaschine 6, wobei die aus dem Kältemittelstrom E ausgekoppelte Wärmeenergie von der Kältemaschine 6 wegtransportiert wird.The
Bezogen auf den Prozessgasstrom A werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
- S1: Das Prozessgas kommt bei dem Elektrodenbeschichtungsprozess S1 zum Einsatz, wobei ein Lösemittel bei einer Trocknung von Elektroden in das Prozessgas übergeht.
- S1: The process gas is used in the electrode coating process S1, whereby a solvent is transferred into the process gas during the drying of electrodes.
Der Kondensationsschritt S2 umfasst beispielhaft drei Kühlstufen S21a, S22a, S23a.
- S21a: Das Prozessgas wird in einer ersten Kühlstufe S21a eines Kondensationsschrittes S2 von ca. 120°C auf 60 °C abgekühlt. Wärmeenergie wird aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelt. Die gestrichelte Linie kennzeichnet beispielhaft den Wärmestrom, der aus S21a ausgekoppelt wird und direkt in den Verfahrensschritt S21b eingekoppelt wird.
- S22a: Das Prozessgas wird in einer zweiten Kühlstufe S22a des Kondensationsschrittes S2 von ca. 60 °C auf ca. 30 °C abgekühlt. Wärmeenergie wird aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelt. Die gestrichelte Linie kennzeichnet beispielhaft den Wärmestrom, der aus S22a ausgekoppelt wird und in den Verfahrensschritt S22b eingekoppelt wird.
- S23a: Das Prozessgas wird in einer dritten Kühlstufe S23a des Kondensationsschrittes S2 von ca. 30 °C auf ca. 15 °C abgekühlt. Wärmeenergie wird aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelt. Die gestrichelte Linie kennzeichnet beispielhaft den Wärmestrom, der aus S23a ausgekoppelt wird und in den Verfahrensschritt S23b eingekoppelt wird.
- S24a: Das Prozessgas wird in einem Heizvorgang von ca. 15°C auf ca. 60 °C aufgeheizt. Wärmeenergie wird in den Prozessgasstrom A eingekoppelt, wobei Wärmeenergie auf das Prozessgas übertragen wird. Die gestrichelte Linie kennzeichnet beispielhaft den Wärmestrom, der in S24b ausgekoppelt wird und direkt in den Verfahrensschritt S24a eingekoppelt wird.
- S21a: The process gas is cooled from approximately 120°C to 60°C in a first cooling stage S21a of a condensation step S2. Thermal energy is extracted from the process gas stream A. The dashed line indicates, as an example, the heat flow extracted from S21a and directly injected into process step S21b.
- S22a: The process gas is cooled from approximately 60 °C to approximately 30 °C in a second cooling stage S22a of the condensation step S2. Thermal energy is extracted from the process gas stream A. The dashed line indicates, as an example, the heat flow extracted from S22a and injected into process step S22b.
- S23a: The process gas is cooled from approximately 30 °C to approximately 15 °C in a third cooling stage S23a of the condensation step S2. Thermal energy is extracted from the process gas stream A. The dashed line indicates, as an example, the heat flow extracted from S23a and injected into process step S23b.
- S24a: The process gas is heated from approximately 15°C to approximately 60°C in a heating process. Thermal energy is coupled into process gas stream A, whereby thermal energy is transferred to the process gas. The dashed line indicates, as an example, the heat flow that is extracted in S24b and directly coupled into process step S24a.
Bezogen auf den Arbeitsmittelkreis C werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
- S21b: Mindestens ein Teil der aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelte Wärmeenergie wird direkt in den Arbeitsmittelkreis C eingekoppelt. Das im Arbeitsmittelkreis C befindliche Arbeitsmittel wird erhitzt und verdampft.
- S5: In
einer Wärmekraftmaschine 5 wird mindestens ein Teil der im Arbeitsmittel aufweisenden Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt. Das Arbeitsmittel wird dabei entspannt. - S24b: Das Arbeitsmittel wird gekühlt und dabei mindestens ein Teil der im Arbeitsmittel aufweisenden Wärmeenergie ausgekoppelt. Das Arbeitsmittel wird beim Kühlvorgang kondensiert.
- S51: Mechanische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt.
- S53: Elektrische Energie wird aus der Anordnung abgeführt.
- S21b: At least part of the thermal energy extracted from the process gas stream A is directly coupled into the working fluid circuit C. The working fluid in the working fluid circuit C is heated and evaporated.
- S5: In a
heat engine 5, at least a portion of the thermal energy contained in the working fluid is converted into mechanical energy. The working fluid is thereby expanded. - S24b: The working fluid is cooled, and at least part of the thermal energy contained in the working fluid is extracted. The working fluid is condensed during the cooling process.
- S51: Mechanical energy is converted into electrical energy.
- S53: Electrical energy is dissipated from the device.
Bezogen auf den Kühlwasserstrom D werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
- S4: Kühlwasser wird zu einer zweiten Kühlstufe des
Prozessgaskondensators 2 geführt. - S22b: Mindestens ein Teil der aus dem Verfahrensschritt S22a ausgekoppelten Wärmeenergie wird in den Kühlwasserstrom D eingekoppelt. Das im Kühlwasserstrom D befindliche Kühlwasser wird dabei erwärmt.
- S11: Das Kühlwasser wird in eine Umgebung geführt.
- S4: Cooling water is fed to a second cooling stage of the
process gas condenser 2. - S22b: At least a portion of the thermal energy extracted from process step S22a is coupled into the cooling water stream D. The cooling water in the cooling water stream D is thereby heated.
- S11: The cooling water is discharged into an environment.
Bezogen auf den Kältemittelstrom E werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
- S6: Der Kältemittelstrom E wird in
einer Kältemaschine 6 gekühlt. - S23b: Mindestens ein Teil der aus dem Verfahrensschritt S22a ausgekoppelten Wärmeenergie wird in den Kältemittelstrom E eingekoppelt. Das im Kältemittelstrom E befindliche Kältemittel wird dabei erwärmt.
- S6: The refrigerant flow E is cooled in a
chiller 6. - S23b: At least a portion of the thermal energy extracted from process step S22a is coupled into the refrigerant stream E. The refrigerant in the refrigerant stream E is thereby heated.
Das Kältemittel wird nach dem Verfahrensschritt S22a abgeführt und zurück zur Kältemaschine 6 geführt.The refrigerant is discharged after process step S22a and returned to the
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 101 in
Im Vergleich zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Folgende Verfahrensschritte werden also ergänzend ausgeführt:
- S24c: Das Arbeitsmittel wird gekühlt und dabei mindestens ein Teil der im Arbeitsmittel aufweisenden Wärmeenergie ausgekoppelt. Die gestrichelte Linie stellt schematisch den Wärmefluss zum Verfahrensschritt S24a dar.
- S63b: Das Arbeitsmittel wird gekühlt und kondensiert, wobei Wärmeenergie aus dem im Arbeitsmittelkreis C befindlichen Arbeitsmittel ausgekoppelt wird. Die gestrichelte Linie stellt schematisch den Wärmefluss zum S63a dar.
- S63a: Wärmeenergie wird in den Kältemittelstrom E eingekoppelt.
- S24c: The working fluid is cooled, and at least a portion of the thermal energy contained in the working fluid is extracted. The dashed line schematically represents the heat flow to process step S24a.
- S63b: The working fluid is cooled and condensed, whereby heat energy is extracted from the working fluid located in the working fluid circuit C. The dashed line schematically represents the heat flow to S63a.
- S63a: Heat energy is coupled into the refrigerant flow E.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 102 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Folgende Verfahrensschritte werden also ergänzend ausgeführt:
- S63b: Das Arbeitsmittel wird kondensiert, wobei Wärmeenergie aus dem im Arbeitsmittelkreis C befindlichen Arbeitsmittel ausgekoppelt wird. Die gestrichelte Linie stellt schematisch den Wärmefluss zum S63c dar.
- S63c: Wärmeenergie wird in den Kühlwasserstrom D eingekoppelt.
- S63b: The working fluid is condensed, whereby heat energy is extracted from the working fluid located in the working fluid circuit C. The dashed line schematically represents the heat flow to S63c.
- S63c: Thermal energy is coupled into the cooling water flow D.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 103 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 104 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 105 in
Abweichend zu
Der Arbeitsmittelkreis C umfasst den Arbeitsmittelverdampfer 9 zur Verdampfung des Arbeitsmittels, die Wärmekraftmaschine 5 zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie und einen als Arbeitsmittelkondensator ausgebildeter Luftwärmetauscher 8. Das Umwälzen des Arbeitsmittels im Kreis wird analog zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Bezogen auf den Zwischenmittelkreis B werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
- S21c: Mindestens ein Teil der aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelte Wärmeenergie wird direkt in den Zwischenmittelkreis B eingekoppelt. Die gestrichelte Linie zwischen S21a und S21c stellt den Wärmefluss zwischen beiden Verfahrensschritten dar.
- S9a: Wärmeenergie wird zur Verdampfung des Arbeitsmittels aus dem Zwischenmittelkreis B ausgekoppelt. Die gestrichelte Linie zwischen S9a und S9b stellt den Wärmefluss zwischen beiden Verfahrensschritten dar.
- S24d: Wärmeenergie wird zum Aufheizen des Prozessgasstroms A aus dem Zwischenmittelkreis B ausgekoppelt. Die gestrichelte Linie zwischen S24d und S24a stellt den Wärmefluss zwischen beiden Verfahrensschritten dar.
- S21c: At least a portion of the heat energy extracted from the process gas stream A is directly coupled into the intermediate circuit B. The dashed line between S21a and S21c represents the heat flow between the two process steps.
- S9a: Thermal energy is extracted from the intermediate circuit B to evaporate the working fluid. The dashed line between S9a and S9b represents the heat flow between the two process steps.
- S24d: Thermal energy is extracted from the intermediate circuit B to heat the process gas stream A. The dashed line between S24d and S24a represents the heat flow between the two process steps.
Bezogen auf den Arbeitsmittelkreis C werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
- S9b: Wärmeenergie wird zur Verdampfung des Arbeitsmittels in den Arbeitsmittelkreis C eingekoppelt und das Arbeitsmittel verdampft.
- S9b: Heat energy is coupled into the working fluid circuit C to evaporate the working fluid and the working fluid evaporates.
Verdampftes Arbeitsmittel wird anschließend zur Wärmekraftmaschine 5 geführt.
- S5: In
der Wärmekraftmaschine 5 wird mindestens ein Teil der im Arbeitsmittel aufweisenden Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt. Das Arbeitsmittel wird dabei entspannt. - S8: Wärmeenergie wird aus dem Arbeitsmittel ausgekoppelt und in eine Umgebung abgeführt.
- S5: In
heat engine 5, at least a portion of the thermal energy contained in the working fluid is converted into mechanical energy. The working fluid is thereby expanded. - S8: Heat energy is extracted from the working fluid and dissipated into the environment.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 106 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Im Verfahrensschritt S63e wird das Zwischenmittel gekühlt, wobei Wärmeenergie aus dem im Zwischenmittelkreis B befindlichen Zwischenmittel ausgekoppelt wird. Die gestrichelte Linie stellt schematisch den Wärmefluss zum S63c dar.In process step S63e, the intermediate medium is cooled, whereby heat energy is extracted from the intermediate medium located in the intermediate medium circuit B. The dashed line schematically represents the heat flow to S63c.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 107 in
Bei der Anordnung in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 108 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Im Verfahrensschritt S63e wird das Zwischenmittel gekühlt, wobei Wärmeenergie aus dem im Zwischenmittelkreis B befindlichen Zwischenmittel ausgekoppelt wird. Die gestrichelte Linie stellt schematisch den Wärmefluss zum S63a dar.In process step S63e, the intermediate medium is cooled, whereby heat energy is extracted from the intermediate medium located in the intermediate medium circuit B. The dashed line schematically represents the heat flow to S63a.
Im Verfahrensschritt S63a wird Wärmeenergie in den Kältemittelstrom E eingekoppelt.In process step S63a, thermal energy is coupled into the refrigerant flow E.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 109 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 110 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
- S66: Mindestens ein Teil der aus der
Kältemaschine 6 ausgekoppelten Wärmeenergie wird als Kältemaschine-Wärmefluss F in den Arbeitsmittelkreis C eingekoppelt.
- S66: At least part of the heat energy extracted from the
refrigeration machine 6 is coupled into the working fluid circuit C as refrigeration machine heat flow F.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 111 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
- S81: Wärmeenergie wird dem Arbeitsmittel entzogen. Die Temperatur des Arbeitsmittels wird gesenkt.
- S63b: Das Arbeitsmittel wird gekühlt und kondensiert, wobei Wärmeenergie aus dem im Arbeitsmittelkreis C befindlichen Arbeitsmittel ausgekoppelt wird. Die gestrichelte Linie stellt schematisch den Wärmefluss zum S63a dar.
- S9b: Wärmeenergie wird zur Verdampfung des Arbeitsmittels in den Arbeitsmittelkreis C eingekoppelt und das Arbeitsmittel verdampft.
- S81: Heat energy is removed from the working fluid. The temperature of the working fluid is reduced.
- S63b: The working fluid is cooled and condensed, whereby heat energy is extracted from the working fluid located in the working fluid circuit C. The dashed line schematically represents the heat flow to S63a.
- S9b: Heat energy is coupled into the working fluid circuit C to evaporate the working fluid and the working fluid evaporates.
Folgende Verfahrensschritte werden in Bezug auf den Kältemittelstrom E durchgeführt:
- Abweichend zu
6a findet nach dem Verfahrensschritt S23b der Verfahrensschritt S63a statt. Nach dem Verfahrensschritt S63a wird der Kältemittelstrom E beispielhaft zurück zum Verfahrensschritt S6 geführt. - S63a: Wärmeenergie wird in den Kältemittelstrom E eingekoppelt.
- Deviating from
6a After process step S23b, process step S63a takes place. After process step S63a, the refrigerant stream E is, for example, returned to process step S6. - S63a: Heat energy is coupled into the refrigerant flow E.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 112 in
Abweichend zu
Die nutzbare Restwärmekapazität des Kühlwasserstroms D kann also dahingehend als ein Aufnahmevermögen von Wärmeenergie verstanden werden, welches nach einer bereits erfolgten Wärmeenergieaufnahme, in diesem Beispiel nach Durchströmen des zweiten Kühlapparats 22, noch zur Verfügung steht. Technisch kann eine gewisse nutzbare Restwärmekapazität des Kühlwasserstroms D gegeben sein, wenn ein Kondensieren des Arbeitsmittels im Kühlmittelwärmetauscher 63 mithilfe des Kühlwasserstroms D realisierbar ist.The usable residual heat capacity of the cooling water flow D can therefore be understood as the thermal energy absorption capacity that is still available after thermal energy has already been absorbed, in this example after flowing through the
Das Konzept der nutzbaren Restwärmekapazität lässt sich allgemein auch auf einen Kühlmittelstrom anwenden, also sowohl für den Kühlwasserstrom D als auch für den Kältemittelstrom E. Technisch kann also in diesem Sinne eine nutzbare Restwärmekapazität eines Kühlmittelstroms ganz allgemein gegeben sein, wenn eine Kühlwirkung mithilfe des Kühlmittelstroms erzielbar ist.The concept of usable residual heat capacity can generally also be applied to a coolant flow, i.e. both to the cooling water flow D and to the refrigerant flow E. Technically, in this sense, a usable residual heat capacity of a coolant flow can generally be given if a cooling effect can be achieved with the help of the coolant flow.
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Beim Verfahrensschritt S63c wird Wärmeenergie in den Kühlwasserstrom D eingekoppelt.In process step S63c, thermal energy is coupled into the cooling water stream D.
Nach Verfahrensschritt S63c findet der Verfahrensschritt S11 statt, wobei der Kühlwasserstrom D in eine Umgebung abgeführt wird.After process step S63c, process step S11 takes place, wherein the cooling water flow D is discharged into an environment.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 113 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Bei dem Verfahrensschritt S66 wird mindestens ein Teil der aus der Kältemaschine 6 ausgekoppelten Wärmeenergie als Kältemaschine-Wärmefluss F dargestellt in den Arbeitsmittelkreis C eingekoppelt.In method step S66, at least a portion of the heat energy extracted from the
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 114 in
Abweichend zu
Wie in
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Beim Verfahrensschritt S63b wird das Arbeitsmittel gekühlt und kondensiert. Dabei wird Wärmeenergie aus dem im Arbeitsmittelkreis C befindlichen Arbeitsmittel ausgekoppelt. Die gestrichelte Linie stellt einen Wärmefluss zum S63a dar.In process step S63b, the working fluid is cooled and condensed. Thermal energy is extracted from the working fluid located in the working fluid circuit C. The dashed line represents a heat flow to S63a.
Beim Verfahrensschritt S63a wird Wärmeenergie in den Kältemittelstrom E eingekoppelt. Anschließend führt der Kältemittelstrom E zurück zum Verfahrensschritt S6, bei welchem Wärmeenergie aus dem Kältemittelstrom E ausgekoppelt wird. Die gestrichelte Linie stellt den Wärmefluss zum S66 dar.In process step S63a, thermal energy is coupled into the refrigerant flow E. The refrigerant flow E then returns to process step S6, where thermal energy is extracted from the refrigerant flow E. The dashed line represents the heat flow to S66.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 115 in
In Bezug auf den Arbeitsmittelkreis C wird bei der Anordnung in
Der mithilfe der Kältemaschine 6 gekühlte Kältemittelstrom E wird zum dritten Kühlapparat 23 geführt. Stromab des dritten Kühlapparats 23 wird der Kältemittelstrom E zum weiteren Aufnehmen von Wärmeenergie dem Kühlmittelwärmetauscher 63 zugeführt. Optional kann der Kältemittelstrom E stromab des Kühlmittelwärmetauschers 63 zurück zur Kältemaschine 6 geführt werden.The refrigerant flow E cooled by the
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
- Nach dem Verfahrensschritt S23b findet der Verfahrensschritt S63a statt.
- S63a: Wärmeenergie wird in den Kältemittelstrom E eingekoppelt. Die gestrichelte Linie stellt den Wärmefluss dar, welcher in den Verfahrensschritt S63a eingekoppelt wird.
- Der Kältemittelstrom E wird nach dem Verfahrensschritt S63a zurück zum Verfahrensschritt S6 geführt.
- Nach dem Verfahrensschritt S5 findet der Verfahrensschritt S63b statt.
- S63b: Das Arbeitsmittel wird gekühlt und kondensiert, wobei Wärmeenergie aus dem im Arbeitsmittelkreis C befindlichen Arbeitsmittel ausgekoppelt wird. Die gestrichelte Linie stellt schematisch den Wärmefluss zum S63a dar.
- After process step S23b, process step S63a takes place.
- S63a: Heat energy is coupled into the refrigerant flow E. The dashed line represents the heat flow that is coupled into process step S63a.
- After process step S63a, the refrigerant flow E is returned to process step S6.
- After process step S5, process step S63b takes place.
- S63b: The working fluid is cooled and condensed, whereby heat energy is extracted from the working fluid located in the working fluid circuit C. The dashed line schematically represents the heat flow to S63a.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 116 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
- S66: Mindestens ein Teil der aus der Kältemaschine ausgekoppelten Wärmeenergie wird als Kältemaschine-Wärmefluss F in den Arbeitsmittelkreis C eingekoppelt.
- S66: At least part of the heat energy extracted from the chiller is coupled into the working fluid circuit C as chiller heat flow F.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 117 in
Abweichend zu
Insbesondere kann eine nutzbare Restwärmekapazität des Kühlwasserstroms D zum Kondensieren des Arbeitsmittels genutzt werden.In particular, a usable residual heat capacity of the cooling water flow D can be used to condense the working fluid.
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Beim Verfahrensschritt S63c wird Wärmeenergie in den Kühlwasserstrom D eingekoppelt. Die Beschreibung zum Verfahrensschritt S63b kann aus der vorstehenden Beschreibung entnommen werden.In process step S63c, thermal energy is coupled into the cooling water flow D. The description of process step S63b can be found in the above description.
Bezüglich des Kühlwasserstroms D wird der Verfahrensschritt S11 nach dem Verfahrensschritt S63c ausgeführt, bei welchem der Kühlwasserstrom D in eine Umgebung abgeführt wird.With regard to the cooling water flow D, the method step S11 is carried out after the method step S63c, in which the cooling water flow D is discharged into an environment.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 118 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
- S66: Mindestens ein Teil der aus der Kältemaschine ausgekoppelten Wärmeenergie wird als Kältemaschine-Wärmefluss F in den Arbeitsmittelkreis C eingekoppelt.
- S66: At least part of the heat energy extracted from the chiller is coupled into the working fluid circuit C as chiller heat flow F.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 119 in
Abweichend zu
Mithilfe einer ersten Zwischenmittelleitung B1 wird das Zwischenmittel zu einem Zwischenmitteleinlass 9i des Arbeitsmittelverdampfers geführt. Über eine zweite Zwischenmittelleitung B2 wird das Zwischenmittel aus einem Zwischenmittelauslass 9ii aus dem Arbeitsmittelverdampfer 9 ausgeleitet. Das Zwischenmittel wird zum Luftkühler 82 geführt, in welchem das Zwischenmittel gekühlt wird und Wärmeenergie aus dem Zwischenmittel ausgekoppelt wird. Über einen Ventilator des Luftkühlers 82 wird die Wärmeenergie in eine Umgebung abgeführt. Das Zwischenmittel wird stromab des Luftkühlers 82 zum Zwischenmittelwärmetauscher 68 geführt, mittels welchem das Zwischenmittel aufgeheizt wird, wobei Wärmeenergie beim Kondensieren des Arbeitsmittels ausgekoppelt und in das Zwischenmittel eingekoppelt wird. Das aufgeheizte Zwischenmittel wird über einen Zwischenmittelauslass des Zwischenmittelwärmetauschers 68 aus dem Zwischenmittelwärmetauscher 68 ausgeleitet und zum Prozessgasheizvorrichtung 24 geführt.By means of a first intermediate medium line B1, the intermediate medium is guided to an
In Bezug auf den Arbeitsmittelkreis C wird abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Beim Verfahren in
- S82: Wärmeenergie wird aus dem Zwischenmittel ausgekoppelt. Das Zwischenmittel wird gekühlt.
- S68a: Wärmeenergie wird mithilfe des Zwischenmittelwärmetauschers 68 in das Zwischenmittel eingekoppelt. Das Zwischenmittel wird aufgeheizt. Die gestrichelte Linie stellt einen Wärmefluss zwischen S68b und S68a dar.
- S82: Heat energy is extracted from the intermediate medium. The intermediate medium is cooled.
- S68a: Thermal energy is coupled into the intermediate medium using the intermediate
medium heat exchanger 68. The intermediate medium is heated. The dashed line represents a heat flow between S68b and S68a.
In Bezug auf den Arbeitsmittelkreis C wird der Verfahrensschritt S68b nach dem Verfahrensschritt S5 ausgeführt:
- S68b: Wärmeenergie wird mithilfe des Zwischenmittelwärmetauschers 68 aus dem Arbeitsmittel ausgekoppelt. Das Arbeitsmittel wird gekühlt und kondensiert. Die aus dem Arbeitsmittel ausgekoppelte Wärmeenergie wird in den Verfahrensschritt S68a eingekoppelt.
- S68b: Thermal energy is extracted from the working fluid using the
intermediate heat exchanger 68. The working fluid is cooled and condensed. The thermal energy extracted from the working fluid is fed into process step S68a.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 120 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 121 in
Abweichend zu
Bezüglich des Zwischenmittelkreises B wird das Zwischenmittel zunächst zur direkten Verdampfung im Arbeitsmittelverdampfer 9 geführt und anschließend zur direkten Vorkühlung im Arbeitsmittelvorkühler 69 eingesetzt. Die Begriffe der direkten Verdampfung und direkten Vorkühlung können analog wie in der vorstehenden Beschreibung zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Beim Verfahren in
- S69b: Wärmeenergie wird mithilfe des Arbeitsmittelvorkühlers 69 aus dem Arbeitsmittel ausgekoppelt. Die gestrichelte Linie stellt den Wärmefluss dar, der aus dem Verfahrensschritt S69b ausgekoppelt und in den Verfahrensschritt S69a eingekoppelt wird.
- S69a: Wärmeenergie mithilfe des Arbeitsmittelvorkühlers 69 wird in das Zwischenmittel eingekoppelt.
- S63b: Das Arbeitsmittel wird gekühlt und kondensiert, wobei Wärmeenergie aus dem im Arbeitsmittelkreis C befindlichen Arbeitsmittel ausgekoppelt wird. Die gestrichelte Linie stellt schematisch den Wärmefluss zum S63a dar.
- S69b: Thermal energy is extracted from the working fluid using the working
fluid precooler 69. The dashed line represents the heat flow extracted from process step S69b and injected into process step S69a. - S69a: Heat energy is coupled into the intermediate medium using the working
medium pre-cooler 69. - S63b: The working fluid is cooled and condensed, whereby heat energy from the working fluid in the working fluid circuit C The dashed line schematically represents the heat flow to S63a.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 122 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 123 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 124 in
Abweichend zu
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zu
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung wird, wenn nicht anderweitig gekennzeichnet, analogerweise auf die vorstehende Beschreibung vollumfänglich verwiesen.For the illustration of the arrangement according to the invention, unless otherwise indicated, reference is made analogously to the above description in its entirety.
Die Beschreibung zur Anordnung entlang des Prozessgasstroms A kann analog aus der vorstehenden Beschreibung, beispielsweise aus der Beschreibung zur
Ein erster Zwischenmittelkreis Ba und ein zweiter Zwischenmittelkreis Bb verbinden jeweils wärmeleitend den Prozessgasstrom A mit dem Arbeitsmittelkreis C. Der erste Zwischenmittelkreis Ba ist insbesondere dazu bestimmt, mindestens ein Teil der aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelten Wärmeenergie in den Arbeitsmittelkreis C zur Umwandlung in der Wärmekraftmaschine 5 einzukoppeln. Der zweite Zwischenmittelkreis Bb ist insbesondere dazu bestimmt, mindestens ein Teil der aus dem Arbeitsmittelkreis C ausgekoppelten Wärmeenergie in den Prozessgasstrom A einzukoppeln. Die Hauptübertragungsrichtungen des Wärmeflusses zwischen dem Prozessgasstrom A und dem Arbeitsmittelkreis C sind also in den zwei Zwischenmittelkreise Ba, Bb jeweils zueinander entgegengesetzt gerichtet. Dadurch, dass die Zwischenmittelkreise Ba, Bb voneinander getrennt sind, lässt sich mit dieser Anordnung insbesondere unterschiedliche Betriebstemperaturen der jeweiligen Zwischenmittelkreise Ba, Bb realisieren. Es lässt sich somit vorteilhaft unterschiedliche Zwischenmittel im jeweiligen Zwischenmittelkreis Ba bzw. Bb einsetzen. Insbesondere lässt sich der erste Zwischenmittelkreis Ba mit höheren Temperaturen als der zweite Zwischenmittelkreis Bb betreiben. Beispielsweise kann ein anorganisches Zwischenmittel wie Wasser im ersten Zwischenkreis Ba und ein organisches Zwischenmittel wie Iso-Pentan, Iso-Oktan oder Silikonöl im zweiten Zwischenkreis Bb eingesetzt werden. Ein korrespondierendes Zwischenmittel kann insbesondere im jeweiligen Zwischenmittelkreis Ba bzw. Bb zirkulieren, also ein erstes Zwischenmittel kann im ersten Zwischenmittelkreis Ba und ein zweites Zwischenmittel im zweiten Zwischenmittelkreis Bb zirkulieren.A first intermediate circuit Ba and a second intermediate circuit Bb each connect the process gas stream A to the working fluid circuit C in a heat-conducting manner. The first intermediate circuit Ba is particularly intended to couple at least a portion of the thermal energy extracted from the process gas stream A into the working fluid circuit C for conversion in the
Das erste Zwischenmittel kann über den Zwischenmitteleinlass 21iii des Prozessgaskondensators 2 in den ersten Kühlapparat 21 zum Aufnehmen von Wärmeenergie geführt werden und über den Zwischenmittelauslass 21iv aus dem ersten Kühlapparat 21 ausgeleitet werden. Das erste Zwischenmittel kann mittels der ersten Zwischenmittelleitung B1 dem Zwischenmitteleinlass 9ii des Arbeitsmittelverdampfers 9, insbesondere zum Verdampfen von Arbeitsmittel, zugeführt werden, wobei die aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelte Wärmeenergie mithilfe des ersten Zwischenmittels zum Arbeitsmittelverdampfer 9 transportiert werden kann.The first intermediate medium can be fed into the
Das zweite Zwischenmittel kann über einen Zwischenmitteleinlass 83iii des als Arbeitsmittelkondensator ausgebildeten zweiten Zwischenmittelwärmetauschers 83 in den zweiten Zwischenmittelwärmetauscher 83 zum Aufnehmen von Wärmeenergie geführt werden, wobei das Arbeitsmittel abgekühlt und kondensiert wird. In den zweiten Zwischenmittelwärmetauscher 83 wird das Arbeitsmittel über einen Arbeitsmitteleinlass 83i des zweiten Zwischenmittelwärmetauschers 83 eingeleitet. Nach dem Kondensationsvorgang wird das Arbeitsmittel über einen Arbeitsmittelauslass 83ii des zweiten Zwischenmittelwärmetauschers 83 ausgeleitet. Mittels der dritten Arbeitsmittelleitung C3 ist das Arbeitsmittel dem Arbeitsmitteleinlass 9iii der als Arbeitsmittel-Heizvorrichtung ausgebildeten Arbeitsmittelverdampfers 9 zum Verdampfen von Arbeitsmittel zuführbar.The second intermediate medium can be fed into the second intermediate
Über einen Zwischenmittelauslass 83iv des zweiten Zwischenmittelwärmetauschers 83 kann das Zwischenmittel aus dem zweiten Zwischenmittelwärmetauscher 83 ausgeleitet werden. Über die zweite Zwischenmittelleitung B2 kann das zweite Zwischenmittel dem Zwischenmitteleinlass 24iii des Prozessgasheizvorrichtung 24 zum Zuführen von Zwischenmittel zugeführt werden, wobei mindestens ein Teil der Wärmeenergie aus dem Arbeitsmittel über die Prozessgasheizvorrichtung 24 auf den Prozessgasstrom A übertragen werden kann. Über den Zwischenmittelauslass 24iv der Prozessgasheizvorrichtung 24 kann das zweite Zwischenmittel aus der Prozessgasheizvorrichtung 24 ausgeleitet und anschließend dem Zwischenmitteleinlass 83iii des zweiten Zwischenmittelwärmetauschers 83 zugeführt werden.The intermediate medium can be discharged from the second intermediate
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Das erfindungsgemäße Verfahren in
Folgende Verfahrensschritte werden in Bezug auf den ersten Zwischenmittelkreis Ba durchgeführt:
- S9c: Wärmeenergie wird zur Verdampfung des Arbeitsmittels aus dem ersten Zwischenmittelkreis Ba ausgekoppelt. Die gestrichelte Linie zwischen S9c und S9b stellt den Wärmefluss zwischen beiden Verfahrensschritten dar.
- S21d: Mindestens ein Teil der aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelte Wärmeenergie wird direkt auf ein im ersten Zwischenmittelkreis Ba strömendes Zwischenmittel eingekoppelt.
- S9c: Thermal energy is extracted from the first intermediate circuit Ba to evaporate the working fluid. The dashed line between S9c and S9b represents the heat flow between the two process steps.
- S21d: At least part of the thermal energy extracted from the process gas stream A is directly coupled to an intermediate medium flowing in the first intermediate medium circuit Ba.
Folgende Verfahrensschritte werden in Bezug auf den zweiten Zwischenmittelkreis Bb durchgeführt:
- S83a: Wärmeenergie wird auf das im zweiten Zwischenmittelkreis Bb befindliche Zwischenmittel übertragen. Die gestrichelte Linie stelle den Wärmefluss dar, mit welchem der Verfahrensschritt S83b mit dem Verfahrensschritt S83a direkt gekoppelt ist.
- S24e: Mindestens ein Teil der aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelte Wärmeenergie wird direkt auf ein im zweiten Zwischenmittelkreis Bb strömendes Zwischenmittel eingekoppelt.
- S83a: Thermal energy is transferred to the intermediate medium located in the second intermediate medium circuit Bb. The dashed line represents the heat flow, with which process step S83b is directly coupled to process step S83a.
- S24e: At least part of the thermal energy extracted from the process gas stream A is directly coupled to an intermediate medium flowing in the second intermediate medium circuit Bb.
In Bezug auf den Arbeitsmittelkreis C wird insbesondere im Unterschied zum Verfahren in
- S83b: Das Arbeitsmittel wird insbesondere mithilfe des zweiten Zwischenmittelwärmetauschers 83 gekühlt und kondensiert, wobei Wärmeenergie aus dem im Arbeitsmittelkreis C befindlichen Arbeitsmittel ausgekoppelt wird.
- S83b: The working fluid is cooled and condensed, in particular by means of the second intermediate
fluid heat exchanger 83, whereby thermal energy is extracted from the working fluid located in the working fluid circuit C.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 126 in
Die Anordnung in
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zum Verfahren in
- S92a: Mindestens ein Teil der aus dem zweiten Zwischenmittelkreis Bb stammenden Wärmeenergie wird in den Kältemittelstrom E eingekoppelt.
- S92e: Das Zwischenmittel wird gekühlt, wobei Wärmeenergie aus dem im zweiten Zwischenmittelkreis Bb befindlichen Zwischenmittel ausgekoppelt wird.
- S92a: At least part of the heat energy originating from the second intermediate circuit Bb is coupled into the refrigerant flow E.
- S92e: The intermediate medium is cooled, whereby heat energy is extracted from the intermediate medium located in the second intermediate medium circuit Bb.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 127 in
Die Anordnung in
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zum Verfahren in
S93: Mindestens ein Teil der aus der Kältemaschine 6 ausgekoppelten Wärmeenergie wird als Kältemaschine-Wärmefluss F in den ersten Zwischenmittelkreis Ba eingekoppelt.S93: At least part of the heat energy extracted from the
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 128 in
Die Anordnung in
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zum Verfahren in
- S92c: Mindestens ein Teil der aus dem zweiten Zwischenmittelkreis Bb stammenden Wärmeenergie wird in den Kühlwasserstrom D eingekoppelt.
- S92e: Das Zwischenmittel wird gekühlt, wobei Wärmeenergie aus dem im zweiten Zwischenmittelkreis Bb befindlichen Zwischenmittel ausgekoppelt wird.
- S92c: At least part of the thermal energy originating from the second intermediate circuit Bb is coupled into the cooling water flow D.
- S92e: The intermediate medium is cooled, whereby heat energy is extracted from the intermediate medium located in the second intermediate medium circuit Bb.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 129 in
Die Anordnung in
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
Abweichend zum Verfahren in
S93: Mindestens ein Teil der aus der Kältemaschine 6 ausgekoppelten Wärmeenergie wird als Kältemaschine-Wärmefluss F in den ersten Zwischenmittelkreis Ba eingekoppelt.S93: At least part of the heat energy extracted from the
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 130 in
Die Anordnung in
Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- A
- Prozessgasstrom
- B
- Zwischenmittelkreis
- Ba
- erster Zwischenmittelkreis
- Bb
- zweiter Zwischenmittelkreis
- B1
- erste Zwischenmittelleitung
- B2
- zweite Zwischenmittelleitung
- B3
- dritte Zwischenmittelleitung
- C
- Arbeitsmittelkreis
- C1
- erste Arbeitsmittelleitung
- C2
- zweite Arbeitsmittelleitung
- C3
- dritte Arbeitsmittelleitung
- D
- Kühlwasserstrom
- E
- Kältemittelstrom
- F
- Wärmefluss aus der Kältemaschine
- 1
- Elektrodenbeschichtungsanlage
- 1a
- Elektrodenbeschichtungsprozess
- 2
- Prozessgaskondensator
- 3
- Gebläse
- 5
- Wärmekraftmaschine
- 5i
- Einlass der Wärmekraftmaschine
- 5ii
- Auslass der Wärmekraftmaschine
- 6
- Kältemaschine
- 7
- Arbeitsmittelpumpe
- 8
- Luftwärmetauscher
- 9
- Arbeitsmittelverdampfer
- 9i
- Zwischenmitteleinlass des Arbeitsmittelverdampfers
- 9ii
- Zwischenmittelauslass des Arbeitsmittelverdampfers
- 9iii
- Arbeitsmitteleinlass des Arbeitsmittelverdampfers
- 9iv
- Arbeitsmittelauslass des Arbeitsmittelverdampfers
- 21
- erster Kühlapparat
- 21i
- Arbeitsmitteleinlass des Prozessgaskondensators
- 21ii
- Arbeitsmittelauslass des Prozessgaskondensators
- 21iii
- Zwischenmitteleinlass des Prozessgaskondensators
- 21iv
- Zwischenmittelauslass des Prozessgaskondensators
- 22
- zweiter Kühlapparat
- 23
- dritter Kühlapparat
- 24
- Prozessgasheizvorrichtung
- 24i
- Arbeitsmitteleinlass der Prozessgasheizvorrichtung
- 24ii
- Arbeitsmittelauslass der Prozessgasheizvorrichtung
- 24iii
- Zwischenmitteleinlass der Prozessgasheizvorrichtung
- 24iv
- Zwischenmittelauslass der Prozessgasheizvorrichtung
- 25
- Prozessgaseinlass
- 26
- Prozessgasauslass
- 51
- Generator
- 53
- Stromnetz
- 63
- Kühlmittelwärmetauscher
- 64
- Zwischenmittel-Vorheizer
- 66
- Arbeitsmittel-Vorheizer
- 68
- Zwischenmittelwärmetauscher
- 69
- Arbeitsmittelvorkühler
- 68iii
- Arbeitsmitteleinlass des Zwischenmittelwärmetauschers
- 68iv
- Arbeitsmittelauslass des Zwischenmittelwärmetauschers 68
- 71
- Zwischenmittelpumpe
- 81
- Arbeitsmittelkühler
- 82
- Luftkühler
- 83
- zweiter Zwischenmittelwärmetauscher
- 83i
- Arbeitsmitteleinlass des zweiten Zwischenmittelwärmetauschers
- 83ii
- Arbeitsmittelauslass des zweiten Zwischenmittelwärmetauschers
- 83iii
- Zwischenmitteleinlass des zweiten Zwischenmittelwärmetauschers
- 83iv
- Zwischenmittelauslass des zweiten Zwischenmittelwärmetauschers
- 92
- zweiter Kühlmittelwärmetauscher
- 93
- erster Zwischenmittel-Vorheizer
- 100 - 130
- Anordnungen zur Umwandlung von Energie aus einem Industrieprozess
- S1
- Elektrodenbeschichtungsprozess
- S2
- Kondensationsschritt
- S4
- Kühlwasser wird zu einer zweiten Kühlstufe geführt.
- S5
- Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie
- S6
- Der Kältemittelstrom wird gekühlt
- S8
- Wärmeenergie wird aus dem Arbeitsmittel ausgekoppelt und in eine Umgebung abgeführt
- S9a
- Wärmeenergie wird zur Verdampfung des Arbeitsmittels aus dem Zwischenmittelkreis B ausgekoppelt.
- S9b
- Wärmeenergie wird zur Verdampfung des Arbeitsmittels in den Arbeitsmittelkreis C eingekoppelt.
- S9c
- Wärmeenergie wird zur Verdampfung des Arbeitsmittels aus dem ersten Zwischenmittelkreis Ba ausgekoppelt.
- S11
- Kühlwasser wird in eine Umgebung geführt
- S21a
- Wärmeenergie wird in einer ersten Kühlstufe S21a aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelt.
- S21b
- Mindestens ein Teil der aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelte Wärmeenergie wird direkt in den Arbeitsmittelkreis C eingekoppelt. Das im Arbeitsmittelkreis C befindliche Arbeitsmittel wird erhitzt und verdampft.
- S21c
- Mindestens ein Teil der aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelte Wärmeenergie wird direkt in den Zwischenmittelkreis B eingekoppelt.
- S21d
- Mindestens ein Teil der aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelte Wärmeenergie wird direkt auf ein im ersten Zwischenmittelkreis Ba strömendes Zwischenmittel eingekoppelt.
- S22a
- Das Prozessgas wird in einer zweiten Kühlstufe abgekühlt. Wärmeenergie wird aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelt.
- S22b
- Wärmeenergie wird in den Kühlwasserstrom D eingekoppelt.
- S23a
- Das Prozessgas wird in einer dritten Kühlstufe abgekühlt. Wärmeenergie wird aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelt.
- S23b
- Wärmeenergie wird in den Kältemittelstrom E eingekoppelt.
- S24a
- Das Prozessgas wird aufgeheizt. Wärmeenergie wird in den Prozessgasstrom A eingekoppelt.
- S24b
- Das Arbeitsmittel wird gekühlt und dabei mindestens ein Teil der im Arbeitsmittel aufweisenden Wärmeenergie ausgekoppelt. Das Arbeitsmittel wird beim Kühlvorgang kondensiert.
- S24c
- Das Arbeitsmittel wird gekühlt und dabei mindestens ein Teil der im Arbeitsmittel aufweisenden Wärmeenergie ausgekoppelt.
- S24d
- Wärmeenergie wird zum Aufheizen des Prozessgasstroms A aus dem Zwischenmittelkreis B ausgekoppelt.
- S24e
- Mindestens ein Teil der aus dem Prozessgasstrom A ausgekoppelte Wärmeenergie wird direkt auf ein im zweiten Zwischenmittelkreis Bb strömendes Zwischenmittel eingekoppelt.
- S51
- Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie
- S53
- Abführen elektrischer Energie aus der Anordnung
- S63a
- Wärmeenergie wird in den Kältemittelstrom E eingekoppelt.
- S63b
- Das Arbeitsmittel wird gekühlt und kondensiert, wobei Wärmeenergie aus dem im Arbeitsmittelkreis C befindlichen Arbeitsmittel ausgekoppelt wird.
- S63c
- Wärmeenergie wird in den Kühlwasserstrom D eingekoppelt.
- S63e
- Das Zwischenmittel wird gekühlt, wobei Wärmeenergie aus dem im Zwischenmittelkreis B befindlichen Zwischenmittel ausgekoppelt wird.
- S64
- Wärmeenergie wird als Kältemaschine-Wärmefluss F in den Zwischenmittelkreis B eingekoppelt.
- S66
- Wärmeenergie wird als Kältemaschine-Wärmefluss F in den Arbeitsmittelkreis C eingekoppelt.
- S68a
- Wärmeenergie wird mithilfe des Zwischenmittelwärmetauschers 68 in das Zwischenmittel eingekoppelt.
- S68b
- Wärmeenergie wird mithilfe des Zwischenmittelwärmetauschers 68 aus dem Arbeitsmittel ausgekoppelt.
- S69a
- Wärmeenergie wird mithilfe des Arbeitsmittelvorkühlers 69 in das Zwischenmittel eingekoppelt.
- S69b
- Wärmeenergie wird mithilfe des Arbeitsmittelvorkühlers 69 aus dem Arbeitsmittel ausgekoppelt.
- S81
- Kühlen des Arbeitsmittels
- S83a
- Wärmeenergie wird auf das im zweiten Zwischenmittelkreis Bb befindliche Zwischenmittel übertragen.
- S83b
- Das Arbeitsmittel wird insbesondere mithilfe des zweiten Zwischenmittelwärmetauschers 83 gekühlt und kondensiert, wobei Wärmeenergie aus dem im Arbeitsmittelkreis C befindlichen Arbeitsmittel ausgekoppelt wird.
- S92a
- Mindestens ein Teil der aus dem zweiten Zwischenmittelkreis Bb stammenden Wärmeenergie wird in den Kältemittelstrom E eingekoppelt.
- S92c
- Mindestens ein Teil der aus dem zweiten Zwischenmittelkreis Bb stammenden Wärmeenergie wird in den Kühlwasserstrom D eingekoppelt.
- S92e
- Das Zwischenmittel wird gekühlt, wobei Wärmeenergie aus dem im zweiten Zwischenmittelkreis Bb befindlichen Zwischenmittel ausgekoppelt wird.
- S93
- Wärmeenergie wird als Kältemaschine-Wärmefluss F in den ersten Zwischenmittelkreis Ba eingekoppelt.
- A
- Process gas flow
- B
- Intermediate circle
- Ba
- first intermediate circle
- Bb
- second intermediate center circle
- B1
- first intermediate line
- B2
- second intermediate line
- B3
- third intermediate line
- C
- Work equipment circuit
- C1
- first work equipment line
- C2
- second work equipment line
- C3
- third work equipment line
- D
- Cooling water flow
- E
- Refrigerant flow
- F
- Heat flow from the chiller
- 1
- Electrode coating system
- 1a
- Electrode coating process
- 2
- Process gas condenser
- 3
- fan
- 5
- heat engine
- 5i
- Inlet of the heat engine
- 5ii
- Outlet of the heat engine
- 6
- refrigeration machine
- 7
- Working fluid pump
- 8
- Air heat exchanger
- 9
- Working fluid evaporator
- 9i
- Intermediate medium inlet of the working medium evaporator
- 9ii
- Intermediate medium outlet of the working medium evaporator
- 9iii
- Working fluid inlet of the working fluid evaporator
- 9iv
- Working fluid outlet of the working fluid evaporator
- 21
- first cooling device
- 21i
- Working fluid inlet of the process gas condenser
- 21ii
- Working fluid outlet of the process gas condenser
- 21iii
- Intermediate inlet of the process gas condenser
- 21iv
- Intermediate outlet of the process gas condenser
- 22
- second cooling device
- 23
- third cooling device
- 24
- Process gas heating device
- 24i
- Working fluid inlet of the process gas heating device
- 24ii
- Working fluid outlet of the process gas heating device
- 24iii
- Intermediate inlet of the process gas heater
- 24iv
- Intermediate outlet of the process gas heating device
- 25
- Process gas inlet
- 26
- Process gas outlet
- 51
- generator
- 53
- power grid
- 63
- Coolant heat exchanger
- 64
- Intermediate preheater
- 66
- Work equipment preheater
- 68
- Intermediate heat exchanger
- 69
- Working fluid pre-cooler
- 68iii
- Working fluid inlet of the intermediate heat exchanger
- 68iv
- Working fluid outlet of the
intermediate heat exchanger 68 - 71
- Intermediate pump
- 81
- Working fluid cooler
- 82
- air cooler
- 83
- second intermediate heat exchanger
- 83i
- Working fluid inlet of the second intermediate heat exchanger
- 83ii
- Working fluid outlet of the second intermediate heat exchanger
- 83iii
- Intermediate medium inlet of the second intermediate medium heat exchanger
- 83iv
- Intermediate medium outlet of the second intermediary heat exchanger
- 92
- second coolant heat exchanger
- 93
- first intermediate preheater
- 100 - 130
- Arrangements for converting energy from an industrial process
- S1
- Electrode coating process
- S2
- Condensation step
- S4
- Cooling water is fed to a second cooling stage.
- S5
- Conversion of thermal energy into mechanical energy
- S6
- The refrigerant flow is cooled
- S8
- Heat energy is extracted from the working medium and dissipated into the environment
- S9a
- Thermal energy is extracted from the intermediate circuit B to evaporate the working fluid.
- S9b
- Thermal energy is coupled into the working fluid circuit C to evaporate the working fluid.
- S9c
- Thermal energy is extracted from the first intermediate circuit Ba to evaporate the working fluid.
- S11
- Cooling water is fed into an environment
- S21a
- Thermal energy is extracted from the process gas stream A in a first cooling stage S21a.
- S21b
- At least part of the thermal energy extracted from the process gas stream A is directly coupled into the working fluid circuit C. The working fluid in the working fluid circuit C is heated and evaporated.
- S21c
- At least part of the heat energy extracted from the process gas stream A is directly coupled into the intermediate circuit B.
- S21d
- At least part of the thermal energy extracted from the process gas stream A is directly coupled to an intermediate medium flowing in the first intermediate medium circuit Ba.
- S22a
- The process gas is cooled in a second cooling stage. Thermal energy is extracted from process gas stream A.
- S22b
- Thermal energy is coupled into the cooling water flow D.
- S23a
- The process gas is cooled in a third cooling stage. Thermal energy is extracted from process gas stream A.
- S23b
- Thermal energy is coupled into the refrigerant flow E.
- S24a
- The process gas is heated. Thermal energy is coupled into process gas stream A.
- S24b
- The working fluid is cooled, and at least a portion of the thermal energy contained in the working fluid is extracted. The working fluid is condensed during the cooling process.
- S24c
- The working fluid is cooled and at least part of the thermal energy contained in the working fluid is extracted.
- S24d
- Thermal energy is extracted from the intermediate circuit B to heat the process gas stream A.
- S24e
- At least part of the thermal energy extracted from the process gas stream A is directly coupled to an intermediate medium flowing in the second intermediate medium circuit Bb.
- S51
- Conversion of mechanical energy into electrical energy
- S53
- Dissipation of electrical energy from the arrangement
- S63a
- Thermal energy is coupled into the refrigerant flow E.
- S63b
- The working fluid is cooled and condensed, whereby heat energy is extracted from the working fluid in the working fluid circuit C.
- S63c
- Thermal energy is coupled into the cooling water flow D.
- S63e
- The intermediate medium is cooled, whereby heat energy is extracted from the intermediate medium located in the intermediate medium circuit B.
- S64
- Thermal energy is coupled into the intermediate circuit B as a refrigeration machine heat flow F.
- S66
- Thermal energy is coupled into the working fluid circuit C as a refrigeration machine heat flow F.
- S68a
- Thermal energy is coupled into the intermediate medium using the intermediate
medium heat exchanger 68. - S68b
- Thermal energy is extracted from the working fluid using the
intermediate heat exchanger 68. - S69a
- Thermal energy is coupled into the intermediate medium using the working
medium pre-cooler 69. - S69b
- Thermal energy is extracted from the working fluid using the working
fluid pre-cooler 69. - S81
- Cooling the working fluid
- S83a
- Heat energy is transferred to the intermediate medium located in the second intermediate medium circuit Bb.
- S83b
- The working fluid is cooled and condensed in particular by means of the second intermediate
fluid heat exchanger 83, whereby thermal energy is extracted from the working fluid located in the working fluid circuit C. - S92a
- At least part of the heat energy originating from the second intermediate circuit Bb is coupled into the refrigerant flow E.
- S92c
- At least part of the thermal energy originating from the second intermediate circuit Bb is coupled into the cooling water flow D.
- S92e
- The intermediate medium is cooled, whereby heat energy is extracted from the intermediate medium located in the second intermediate medium circuit Bb.
- S93
- Thermal energy is coupled into the first intermediate circuit Ba as a refrigeration machine heat flow F.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- CA 2214542A1 [0005]CA 2214542A1 [0005]
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2214542A1 (en) * | 1996-09-19 | 1998-03-19 | William C. Walsh | Process for recycling of gases during the manufacturing of components for lithium batteries |
| DE19907512A1 (en) * | 1999-02-22 | 2000-08-31 | Frank Eckert | Apparatus for Organic Rankine Cycle (ORC) process has a fluid regenerator in each stage to achieve a greater temperature differential between the cascade inlet and outlet |
| DE102015205516A1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-23 | Dürr Systems GmbH | Apparatus and method for thermal exhaust gas purification |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10337240A1 (en) * | 2003-08-13 | 2005-03-17 | Siemens Ag | Method and device for obtaining water from a power plant |
| WO2010084525A1 (en) * | 2009-01-21 | 2010-07-29 | 株式会社日立製作所 | Hybrid power generation system |
| US8286431B2 (en) * | 2009-10-15 | 2012-10-16 | Siemens Energy, Inc. | Combined cycle power plant including a refrigeration cycle |
| US10835836B2 (en) * | 2015-11-24 | 2020-11-17 | Lev GOLDSHTEIN | Method and system of combined power plant for waste heat conversion to electrical energy, heating and cooling |
| JP6665003B2 (en) * | 2016-03-18 | 2020-03-13 | パナソニック株式会社 | Cogeneration equipment |
| EP3447256B1 (en) * | 2017-08-25 | 2023-11-01 | Orcan Energy AG | System for cooling a process fluid from a heat producing installation |
| DK3530890T3 (en) * | 2018-02-27 | 2023-01-16 | Orcan Energy Ag | Drive with integrated ORC |
| DE102022000536A1 (en) * | 2021-12-22 | 2023-06-22 | Dürr Systems Ag | Method and device for treating process air |
-
2023
- 2023-09-28 DE DE102023126509.1A patent/DE102023126509A1/en active Pending
-
2024
- 2024-09-24 WO PCT/DE2024/100842 patent/WO2025067602A1/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2214542A1 (en) * | 1996-09-19 | 1998-03-19 | William C. Walsh | Process for recycling of gases during the manufacturing of components for lithium batteries |
| DE19907512A1 (en) * | 1999-02-22 | 2000-08-31 | Frank Eckert | Apparatus for Organic Rankine Cycle (ORC) process has a fluid regenerator in each stage to achieve a greater temperature differential between the cascade inlet and outlet |
| DE102015205516A1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-23 | Dürr Systems GmbH | Apparatus and method for thermal exhaust gas purification |
Also Published As
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