废热利用设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于废热源（10）的废热利用设备，包括一个连接在其后面的ORC（有机物朗肯循环），其中，该废热源（10）与ORC的加热装置连接，以及具有一个与发电机（5）耦合的用于在ORC中蒸汽膨胀的膨胀机（4），该膨胀机具有一个具有配设的调节装置和通过发电机-变频器的直流-中间电路的供电装置的磁支承装置。本发明的任务是，在结构和运行情况方面优化由连接在废热源后面的ORC组成的废热利用设备。因此，按照本发明，在电网失效时，由惯性运转的发电机（5）继续产生的电能被用于对具有配设的调节装置的磁支承装置供电。
【专利说明】废热利用设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的废热利用设备。
【背景技术】
[0002]ORC (Organic-Rankine-Cycle:有机朗肯循环)指的是根据郎肯的热动态的循环过程。这意味着，一个工作介质执行不同的热动态的状态，以便最终又过渡到液态的初始状态中。在此，工作介质通过泵被带到较高的压力水平。然后工作介质被预加热到蒸发温度并且接着被蒸发。
[0003]因此涉及一种蒸发过程，其中，代替水蒸发一种有机介质。产生的蒸汽驱动一个膨胀机，例如一个涡轮机、一个活塞或螺旋马达，它又与一个发电机耦合，以便产生电流。过程介质在工作机之后到达一个冷凝器中并且在那里在释放热量的情况下被循环冷却。因为水在大气条件下在100°c时蒸发，所以低温低水平的热量、例如工业废热或地热通常不能用于发电。如果人们使用具有较低沸点的有机介质，那么能够产生低温蒸汽。
[0004]例如即便在利用生物质结合力-热-耦合时，尤其是在比较小的功率时，即当传统的生物质燃烧技术表现得比较昂贵时，ORC设备在使用中是有利的。生物质设备通常具有用于产生生物气体的发酵槽，它通常必须被加热。
[0005]这类废热利用设备由力-热-耦合领域公开并且包括一个与后接的ORC组合的BHKff,即一个中央供热站。由DE19541521A1涉及一种用于在借助内燃机排出特殊气体时提高电效率的设备，其中内燃机的废热在后接的能量转换设备中被用于进一步产生电流。然而在此仅利用来自冷却水循环以及来自废气热交换器的高温热。
[0006]另外由US4901531已知一种集成在郎肯过程中的柴油机组,其中，缸用于根据郎肯的膨胀并且其它作为柴油发动机工作。由US4334409涉及一种根据郎肯过程工作的装置，其中工作介质通过热交换器加热，空气从具有内部燃烧的机器的压缩器的出口排出。
[0007]中央供热站(BHKW)通常作为力-热-耦合装置已知。它在此指的是分散的、大多通过内燃机驱动的具有同时的废热利用的电流产生设备。在燃烧中通过冷却介质带出的热在此尽可能完全地被用于加热合适的物体。
[0008]尤其是在作为废热发电厂的具有ORC力-热-耦合设备中，该机器得以实现，它基于具有用于增压的废气增压器的发动机。人们由此对具有非常高的电效率的机器具有需求，它允许仅通过压缩加热的燃烧气体混合物的涡轮增压和回流冷却来实现。通常需要冷却燃烧气体混合物，因为否则的话缸的填充比较差。通过冷却，吸入的混合物的密度变大并且填充效率由此改善。由此提高发动机的功率产出和机械效率。
[0009]发动机制造商为了混合物的冷却规定了仅大约40至50°C的冷却水流入温度，由此能够足够地冷却混合物。因为该温度水平比较低，所以从燃烧气体取出的热在迄今为止的力-热-耦合设备中被排出到环境，例如通过台式冷却器。
[0010]由US20070240420A1已知一种用于利用废热产生能量的设备。在此借助一个ORC利用废热来加热和由此蒸发一种液体。蒸发的工作介质然后被用于驱动一个轴并且由此产生机械能或通过发电机产生电能。
[0011]US20090277440A也描述了一种通过废热获得能量的设备。在此使用发电机，它通过一个涡轮机或一个发电机驱动一个共同的轴。在此，直流电形式的电能由旋转轴产生。它然后能够被馈入到电网中或者用于其它用途。
[0012]还由DE102005048795B3已知在加热装置中在两个步骤中预热ORC中的工作介质，即在ORC中的过程介质通过两个串联地连接在馈送泵后的热交换器被加热，其中，馈送泵后的第一热交换器作为用于耦合输入低温热的第一级并且后面的热交换器作为用于耦合输入高温热的第二级。在此，内燃机的混合物冷却通过一个回路与馈送泵后的第一热交换器连接，其中，来自对内燃机抽吸的燃烧气体混合物的冷却的热用于预热ORC中的过程介质并且作为低温热被耦合输入到第一热交换器中。第二加热回路从发动机冷却水和内燃机的废气吸取热并且与馈送泵后的第二热交换器连接，其中，来自冷却循环和废气的热用于使ORC的过程介质的过热并且汽化并且作为高温热被耦合输入到馈送泵后的第二热交换器中。
【发明内容】
[0013]因此本发明的任务是，在结构和运行情况方面优化由连接在废热源后面的ORC组成的废热利用设备。
[0014]它按照本发明通过具有权利要求1的特征解决。有利的扩展构型由从属权利要求得出。
[0015]废热利用设备的特点在于，在电网失效时，由惯性运转的发电机继续产生的电能被用于对具有配设的调节装置的磁支承装置供电。由此实现膨胀机的安全运行，因为在电网失效时，该支承装置继续满足其功能，其方式是由膨胀机的飞轮力矩产生足够的能量。只有在机组停止时，磁轴承才下降，确切地说膨胀机的轴下降到所属的接收件中。
[0016]因此，按照本发明，在电流失效时，由惯性运转的发电机继续产生的、不能被馈入电网中并且对于具有配设的调节装置的磁支承装置的供电不需要的电能被馈入到所述的发电机-变频器的直流-中间电路中。电能这么长时间地出现，就像发电机旋转那样。
[0017]这有利地通过以下方式实现，即在电网失效时，短时间地提高直流-中间电路中的电压。在此由惯性运转的发电机继续产生的通过与发电机耦合的用于馈入电网的变频器输出到直流-中间电路中。
[0018]在本发明的另一种有利的设计方案中，由惯性运转的发电机继续产生的、不被馈入电网中并且对于具有配设的调节装置的磁支承装置的供电不需要并且也不能馈入直流-中间电路中的多余电能通过至少一个制动电阻被减小。多余的电能这时被转化为热。
[0019]优选地，按照本发明，在用于电网馈入的变频器上设置一个用于直流-中间电路中的电压的电压监控装置。电压监控装置将直流-中间电路中的实际电压与一个可预给定的最大值比较并且在达到或者说超过该值时接通至少一个制动电阻。
[0020]通过本发明优化了由一个连接在废热源后面的ORC组成的废热利用设备的结构和运行特性。废热源可以例如是中央供热站。工业设备或锅炉设备。膨胀机通过按照本发明的措施对于电网失效做出保险或者在该运行情况中保持在安全的运行状态中。【专利附图】
【附图说明】
[0021]附图示出本发明的一个实施例并且在唯一的视图中示出一个废热利用设备的示意结构，它包括一个连接在其后的0RC。
【具体实施方式】
[0022]对于ORC运行重要的部件是一个ORC回路1、一个馈送泵2、一个蒸发器3、一个与发电机5耦合的用于蒸汽膨胀的膨胀机4、一个用于通过散热器7的回流冷却的冷凝器6以及用于预热ORC回路I中的工作介质的热交换器8、9。
[0023]两个热交换器8、9串联地设置在馈送泵2后面。在此，馈送泵2后面的第一热交换器8用作用于从废热源10耦合输入低温热的第一级并且接下来的热交换器9用作用于从废热源10耦合输入高温热的第二级。
[0024]一个第二加热回路11以它的先导区域与ORC的蒸发器3连接，因为温度水平首先对于其直接加热是足够高的。然后第二加热回路11在回流侧通入到第二热交换器9中并且在那里将存在的剩余热排出到0RC。
[0025]在电网失效时，由惯性运转的发电机5继续产生的电能被用于对膨胀机4的具有配设的、未示出的调节装置的磁支承装置供电，以便实现在电网失效时的安全运行。
【权利要求】
1.用于废热源(10)的废热利用设备，包括一个连接在其后面的ORC(有机物朗肯循环)，其中，该废热源(10)与ORC的加热装置连接，以及具有一个与发电机(5)耦合的用于在ORC中蒸汽膨胀的膨胀机(4)，该膨胀机具有一个具有配设的调节装置和一个通过发电机-变频器的直流-中间电路的供电装置的磁支承装置，其特征在于，在电网失效时，由惯性运转的发电机(5)继续产生的电能被用于对具有配设的调节装置的磁支承装置供电。
2.根据权利要求1所述的废热利用设备，其特征在于，在电流失效时，由惯性运转的发电机(5)继续产生的、不能被馈入电网中并且对于具有配设的调节装置的磁支承装置的供电不需要的电能被馈入到直流-中间电路中。
3.根据权利要求1或2所述的废热利用设备，其特征在于，在电流失效时，由惯性运转的发电机(5)继续产生的、不能被馈入电网中并且对于具有配设的调节装置的磁支承装置的供电不需要的电能被馈入到直流-中间电路中，其方式是短时间地提高直流-中间电路中的电压。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的废热利用设备，其特征在于，在电流失效时，由惯性运转的发电机(5)继续产生的通过与发电机(5)耦合的用于馈入电网的变频器被输出到直流-中间电路中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的废热利用设备，其特征在于，由惯性运转的发电机(5)继续产生的、不被馈入电网中并且对于具有配设的调节装置的磁支承装置的供电不需要并且也不能馈入直流-中间电路中的多余电能通过至少一个制动电阻被减小。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的废热利用设备，其特征在于，在用于电网馈入的变频器上设置一个用于直流-中间电路中的电压的电压监控装置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的废热利用设备，其特征在于，用于电网馈入的变频器上的电压监控装置将直流-中间电路中的实际电压与一个可预给定的最大值比较并且在达到或者说超过该值时接通至少一个制动电阻。
【文档编号】F01K25/10GK103635661SQ201180061994
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2011年12月21日 优先权日:2010年12月24日
【发明者】S·米勒, K·赫尔曼, A·泰梅尔西-安东, H·克勒 申请人:罗伯特·博世有限公司