[發明專利]廢熱利用設備

無效

• 申請號: 201180062001.3
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN103620167A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: S·米勒;K·赫爾曼;A·泰梅爾西-安東;H·克勒
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 侯鳴慧

技術領域

本發明涉及一種根據權利要求1前序部分所述的廢熱利用設備。

背景技術

ORC（Organic-Rankine-Cycle：有機朗肯循環）指的是根據郎肯的熱動態的循環過程。這意味著，一個工作介質執行不同的熱動態的狀態，以便最終又過渡到液態的初始狀態中。在此，工作介質通過泵被帶到較高的壓力水平。然后工作介質被預加熱到蒸發溫度并且接著被蒸發。

因此涉及一種蒸發過程，其中，代替水蒸發一種有機介質。產生的蒸汽驅動一個膨脹機，例如一個渦輪機、一個活塞或螺旋馬達，它又與一個發電機耦合，以便產生電流。過程介質在工作機之后到達一個冷凝器中并且在那里在釋放熱量的情況下被循環冷卻。因為水在大氣條件下在100℃時蒸發，所以低溫低水平的熱量、例如工業廢熱或地熱通常不能用于發電。如果人們使用具有較低沸點的有機介質，那么能夠產生低溫蒸汽。

例如即便在利用生物質結合力-熱-耦合時，尤其是在比較小的功率時，即當傳統的生物質燃燒技術表現得比較昂貴時，ORC設備在使用中是有利的。生物質設備通常具有用于產生生物氣體的發酵槽，它通常必須被加熱。

這類廢熱利用設備由力-熱-耦合領域公開并且包括一個與后接的ORC組合的BHKW，即一個中央供熱站。由DE19541521A1涉及一種用于在借助內燃機排出特殊氣體時提高電效率的設備，其中內燃機的廢熱在后接的能量轉換設備中被用于進一步產生電流。然而在此僅利用來自冷卻水循環以及來自廢氣熱交換器的高溫熱。

另外由US4901531已知一種集成在郎肯過程中的柴油機組，其中，缸用于根據郎肯的膨脹并且其它作為柴油發動機工作。由US4334409涉及一種根據郎肯過程工作的裝置，其中工作介質通過熱交換器加熱，空氣從具有內部燃燒的機器的壓縮器的出口排出。

中央供熱站（BHKW）通常作為力-熱-耦合裝置已知。它在此指的是分散的、大多通過內燃機驅動的具有同時的廢熱利用的電流產生設備。在燃燒中通過冷卻介質帶出的熱在此盡可能完全地被用于加熱合適的物體。

尤其是在作為廢熱發電廠的具有ORC力-熱-耦合設備中，該機器得以實現，它基于具有用于增壓的廢氣增壓器的發動機。人們由此對具有非常高的電效率的機器具有需求，它允許僅通過壓縮加熱的燃燒氣體混合物的渦輪增壓和回流冷卻來實現。通常需要冷卻燃燒氣體混合物，因為否則的話缸的填充比較差。通過冷卻，吸入的混合物的密度變大并且填充效率由此改善。由此提高發動機的功率產出和機械效率。

發動機制造商為了混合物的冷卻規定了僅大約40至50℃的冷卻水流入溫度，由此能夠足夠地冷卻混合物。因為該溫度水平比較低，所以從燃燒氣體取出的熱在迄今為止的力-熱-耦合設備中被排出到環境，例如通過臺式冷卻器。

由DE102005048795B3已知在加熱裝置中在兩個步驟中預熱ORC中的工作介質，即在ORC中的過程介質通過兩個串聯地連接在饋送泵后的熱交換器被加熱，其中，饋送泵后的第一熱交換器作為用于耦合輸入低溫熱的第一級并且后面的熱交換器作為用于耦合輸入高溫熱的第二級。在此，內燃機的混合物冷卻通過一個回路與饋送泵后的第一熱交換器連接，其中，來自對內燃機抽吸的燃燒氣體混合物的冷卻的熱用于預熱ORC中的過程介質并且作為低溫熱被耦合輸入到第一熱交換器中。第二加熱回路從發動機冷卻水和內燃機的廢氣吸取熱并且與饋送泵后的第二熱交換器連接，其中，來自冷卻循環和廢氣的熱用于使ORC的過程介質的過熱并且汽化并且作為高溫熱被耦合輸入到饋送泵后的第二熱交換器中。

發明內容

因此本發明的任務是，在結構和運行情況方面優化由連接在廢熱源后面的ORC組成的廢熱利用設備。

它按照本發明通過具有權利要求1的特征解決。有利的擴展構型由從屬權利要求得出。

該廢熱利用設備尤其是包括一個用于在ORC中蒸汽膨脹的膨脹機，該膨脹機具有一個具有配設的調節裝置和一個通過發電機-變頻器的直流-中間電路的供電裝置的磁支承裝置。廢熱利用設備的特點在于，設有一個通過來自ORC回路的冷卻介質冷卻的、由膨脹機、發電機和變頻器組成的單元。為此，按照本發明，冷的、液態的冷卻介質在饋送泵后面被取出并且被輸入用于冷卻由膨脹機、發電機和變頻器組成的單元。在一種特別有利的實施方式中，冷的、液態的冷卻介質在饋送泵后面被取出并且直接被輸送給膨脹機用于軸承冷卻。

此外按照本發明，變熱的、從由膨脹機、發電機和變頻器組成的單元和/或膨脹機的軸承區域排出的冷卻介質在入口側被輸入給冷凝器。