[发明专利]通过喷射未蒸发流体控制ORC过程

说明书

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

技术领域

本发明涉及热力循环装置，其尤其可以是ORC装置，并且包括预热器，其用于预加热工作介质；蒸发器，其用于使工作介质的预热的第一质量流蒸发以及可能使其过热；膨胀机，其用于使工作介质的蒸发与过热的质量流膨胀；冷凝器，其用于使在出口处离开的工作介质冷凝与选择性地再冷却；以及供给泵，其用于将冷凝工作流体泵送到预热器。此外，本发明涉及用于操作热力循环、尤其是ORC过程的相应方法。

现有技术

当能量生成过程，诸如有机朗肯循环(ORC)在诸如例如内燃机的另一个装置组件的环境中操作时，由于当机械能转化成电能时产生转化损失，因此生成的能量作为机械能量直接地集成到外部系统(例如，能量生成过程的膨胀机可以至少以支撑方式驱动外部过程)中以及其对于辅助设备的供应(例如，外部过程可以在能量生成过程中驱动泵)通常是有利的。此外，出于省略了用于驱动的电机或用于输出的发电机的原因还降低了成本，并且能够增加紧凑性，这两者对于将能量生成过程集成到所述环境中来说都是重要因素。

然而，由于直接连接(例如，经由刚性轴的联接)，过程中的一个丧失了旋转速度控制的自由度(通常为下游过程)。为避免此，可以实现经由传动装置的连接。由此，有极与无极连接可以使得能够进行旋转速度控制。然而，旋转速度控制的该重新获取伴随以多个不利特征。在一个方面，传动装置代表额外的花费，这根据应用在成本有效性上具有显著影响。通过该传动装置(尤其是无极传动装置)还导致效率的损失的事实增加了这样的效果。传动装置还受到相当大的张力并且由此对系统增加了另外的维护与相关的成本。最后但同样重要的，传动装置还消耗了相对大量的安装空间，这在电机集成的许多应用中与紧凑性的目的相反。

由于在没有传动装置的情况下将当前描述的膨胀机关联到外部过程或者将ORC系统的膨胀机与供给泵关联到外部过程，因此丧失了旋转速度控制的自由度。因此，不能控制对于ORC操作有利的以及要求用于部件的参数，尤其是体积流量、温度与压力等级。由于该部件尤其是在膨胀机的流出侧上的允许的温度是限定的，因此这提出了用于操作的特定问题。

由于不存在膨胀机的旋转速度控制，因此不能选择性地提供与固定地安装在体积膨胀机中的体积比相关的膨胀率。通过可变入口窗或出口窗的可变体积比的通常现有技术实施代表损害ORC系统的成本有效性的复杂且昂贵的过程。然而，不适于膨胀机的膨胀可能导致大大降低的效率，并且同样导致整个系统不是成本有效的，或者在极端情形中可能导致超过最大可允许压力。超过最大可允许压力与温度导致系统发生障碍，出现可能的相应损坏。

发明内容

本发明的目的是至少部分地克服提及的缺点，并且相应地至少部分地满足下面四个目的：

1.降低过热(在给定压力下)以防止部件以在它们极限以上的温度下操作，和/或通过提高的效率等级减少过热以确保系统的成本有效性。使干流体过热本身对于效率是不利的，因为其代表无助于膨胀的处于高温等级的能量。排放蒸汽更进一步在过热范围中，更多热量必须在液化以前在冷凝器中消散。

2.避免由于在膨胀机的固定体积比处的不可控压力等级而对操作无效的体积比。

3.避免太高的压力(绝对或者相对于通过系统可获得的蒸发温度)，这可能导致系统损坏或其流体或部分的未蒸发，这还可能造成除了效率损失以外的损害。

4.避免通过可获得热量不能蒸发(到足够程度)的工作介质的过多质量流。

通过根据权利要求1的装置与根据权利要求11的方法满足了目的1和目的2。