Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit mehreren

Wärmeübertragern zum Verdampfen eines Arbeitsmediums durch Wärmeübertragung von einem Wärmequellenmedium sowie ein

Verfahren zum Verdampfen eines Arbeitsmediums durch

Wärmeübertragung von einem Wärmequellenmedium in einer solchen Anordnung. Diese Anordnung und das Verfahren sind besonders vorteilhaft in Verbindung mit einer Anlage und einem Verfahren zur Rückgewinnung von Energie aus Wärme in einem thermodynamischen Kreisprozess einsetzbar, in dem die Abwärme als das Wärmequellenmedium verwendet wird.

Thermodynamische Kreisprozesse zur Umwandlung von extern zugeführter Wärmeenergie in mechanische Arbeit sind

beispielsweise in Form des klassischen

Dampfmaschinenkreislaufes, des Stirling-Kreisprozesses, des Clausius-Rankine-Kreisprozesses oder des organischen Rankine- Kreisprozesses ( "Organic-Rankine-Cycle" bzw. ORC-Prozess) bekannt. Bei dem ORC-Prozess wird - anders als bei einem klassischen Dampfmaschinenkreislauf - an Stelle von Wasser ein bei niedrigen Temperaturen siedender, organischer Stoff als Arbeitsmedium zwischen einem als Verdampfer eingesetzten Wärmeübertrager, in dem das zunächst flüssige Arbeitsmedium durch die extern zugeführte Wärme verdampft wird, einer

Turbine, in der das dampfförmige Arbeitsmedium unter

Auskoppelung von mechanischer Arbeit entspannt wird, und einem Kondensator, in dem das Arbeitsmedium zurückgekühlt und wieder verflüssigt wird, kontinuierlich zirkuliert. Mit dem ORC-Prozess wird versucht, durch Auswahl eines geeigneten Arbeitsmediums und durch Optimierung der Prozessparameter Druck und Temperatur auch kleine Quellen thermischer Energie wirtschaftlich in mechanische Arbeit bzw. elektrische Energie zu wandeln. Allerdings ist für den wirtschaftlichen Betrieb eines ORC-Prozesses ein Temperaturniveau von über 100°

Celsius erforderlich, weil bei niedrigeren

Prozesstemperaturen und einer geringen Temperaturspreizung zwischen Wärmequelle und Wärmesenke der Wirkungsgrad

erheblich sinkt.

Die Nutzung von Wärmequellen mit einem Temperaturniveau unter 100° Celsius ist relativ unwirtschaftlich, aber

zunehmend im ökologischen und, aufgrund der Verteuerung der Primärenergie in Form von fossilen Brennstoffen, auch im wirschaffliehen Interesse. Solche Wärme- oder Abwärmequellen mit relativ niedrigem Temperaturniveau stellen beispielsweise die Geothermie, thermische Solaranlagen, die Kühlkreisläufe stationärer und mobiler großer Verbrennungsmotoren oder

Turbinen, die Abwärme der Energieerzeugung in allen Formen (z.B. in Blockheizkraftwerken bzw. BHKW-Anlagen) ,

industrielle Prozeßwärme, oder Abwärme aus Biogasanlagen dar. Bisher bleibt die Abwärme, wenn sie nicht vor Ort zur

Raumheizung oder Brauchwassererwärmung genutzt werden kann, vielfach ungenutzt und wird in die Umgebung abgegeben, weil ein Transport der Wärme über nennenswerte Distanzen oder eine Speicherung oder eine Wandlung und anderweitige Nutzung in Form von elektrischer oder mechanischer Energie bei diesem Temperaturniveau bislang nicht wirtschaftlich möglich ist.

Die Figur 1 zeigt beispielhaft eine herkömmliche ORC- Anlage mit Direktverdampfung. Einem Wärmeübertrager 1, der als Wärmetauscher oder Verdampfer fungiert, wird Wärme von einer Wärmequelle zugeführt (durch den Pfeil angedeutet) . In dem Verdampfer 1 wird einem durch eine Speisepumpe 2

zugeführten flüssigen Arbeitsmedium Wärme zugeführt und das Arbeitsmedium wird dadurch verdampft. Das dampfförmige

Arbeitsmedium wird über eine Druckleitung einer

Arbeitsmaschine (beispielsweise einer Turbine oder einer Kolbenmaschine) zugeleitet. In der Arbeitsmaschine wird das dampfförmige Arbeitsmedium entspannt, und die Arbeitsmaschine 3 treibt einen Generator 4 zur Gewinnung von elektrischer Energie an (durch den Pfeil angedeutet) . Das entspannte dampfförmige Arbeitsmedium wird in einem Kondensator 5 kondensiert und das verflüssigte Arbeitsmedium wird über die Speisepumpe wieder dem Verdampfer 1 zugeführt.

Aus der DE 102013009351 B3 ist eine Abwandlung des ORC- Prozesses bekannt, die im Folgenden als "Misselhorn"-Prozess bezeichnet wird und die als Grundlage für eine Anlage und ein Verfahren zur Rückgewinnung von Energie aus Wärme in einem thermodynamischen Kreisprozess dient, mit der bzw. dem die Nutzung von Wärmequellen mit angemessenem Wirkungsgrad und unter wirtschaftlichen Bedingungen möglich ist, die ein Temperaturniveau von weniger als 100° Celsius haben. Bei dieser Anlage weist der Kreisprozess folgende miteinender kommunizierend verbundene Komponenten auf: einen Kondensator zum Rückkühlen und Verflüssigen eines Arbeitsmediums, eine stromab - bezogen auf die Strömungsrichtung des

Arbeitsmediums - des Kondensators vorgesehene

Verdampferanordnung zum Zuführen der Wärmeenergie zu dem Arbeitsmedium, um dessen Temperatur und Druck zu erhöhen, wobei die Verdampfer- oder Wärmeübertrageranordnung

mindestens zwei voneinander unabhängige als Verdampfer arbeitende Wärmeübertragereinheiten aufweist, einen stromab der Wärmeübertrageranordnung vorgesehenen Arbeitsraum einer Arbeitsmaschine zum Entspannen von Arbeitsmedium aus der Wärmeübertrageranordnung, um dem Arbeitsmedium Energie zu entziehen, und eine Rückführung für das zumindest teilweise entspannte Arbeitsmedium zu dem Kondensator. Eine Pumpe für das Arbeitsmedium ist zwischen dem Kondensator und der

Wärmeübertrageranordnung angeordnet. Stromauf und stromab der Wärmeübertragereinheiten ist eine Ventilanordnung

vorgesehen, die so angesteuert werden kann, dass selektiv für jede Wärmeübertragereinheit in einer ersten Phase

Arbeitsmedium in die Wärmeübertragereinheit einströmen kann, in einer zweiten Phase die Wärmeübertragereinheit von dem Kreisprozess vollständig getrennt ist, um das aufgenommene Arbeitsmedium zu erhitzen und dessen Druck zu erhöhen, und in einer dritten Phase das erhitzte bzw. verdampfte

Arbeitsmedium zu dem Arbeitsraum ausströmen kann. Die

Ventilanordnung steuert die Verbindung/Trennung der Wärmeübertragereinheiten mit/von dem Kreisprozess derart, dass die Wärmeübertragereinheiten diese Phasen jeweils nacheinander und zeitversetzt durchlaufen. Das

Wärmequellenmedium aber durchläuft die Wärmequellenmedium- Durchgänge der einzelnen Wärmeübertragereinheiten parallel und kontinuierlich. Ein Schema dieser

Wärmeübertrageranordnung und der Integration in den

"Misselhorn"-Prozess ist in der Figur 2 gezeigt.

Mit der Anlage bzw. dem Verfahren nach dem "Misselhorn"- Prozess ist eine annähernd kontinuierliche Zuführung von diskontinuierlich erhitztem Arbeitsmedium unter Druck bzw. von verdampftem Arbeitsmedium zu dem Arbeitsraum der

Arbeitsmaschine, wo es unter Umwandlung in mechanische

Energie entspannt wird, möglich. Weil das Arbeitsmedium in mehreren Fraktionen getrennt voneinander und zeitlich

versetzt in separaten Wärmeübertragereinheiten erhitzt und druckerhöht bzw. verdampft wird, können auch Wärmequellen mit einem relativ niedrigen Temperaturniveau effektiv genutzt werden. Durch die in Fraktionen getrennte und zeitlich versetzte Erhitzung und Verdampfung der einzelnen Fraktionen des Arbeitsmediums steht jeweils eine längere Zeitspanne zur Verfügung, um das Arbeitsmedium zu verdampfen.

Die DE 102010033124 AI beschreibt eine

Brennkraftmaschine mit einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung mit einer Fördereinheit, zumindest zwei parallel in einem Arbeitsmittelkreislauf angeordneten und von einem

Arbeitsmittelstrom durchströmbaren Wärmetauschern, einer Expansionsvorrichtung und einem Kondensator. Zwischen der Fördereinheit und den Wärmetauschern im

Arbeitsmittelkreislauf ist eine Verteilungseinrichtung derart angeordnet, dass der Arbeitsmittelstrom in

Arbeitsmittelteilströme aufgeteilt werden und der durch den jeweiligen Wärmetauscher strömende Arbeitsmittelteilstrom zur Anpassung an die Betriebszustände der Brennkraftmaschine Steuer- und/oder regelbar ist. Die Wärmetauscher sind

hintereinander in dem als Wärmequellenmedium dienenden Abgasstrom angeordnet und werden nacheinander mit der

Verlustwärme des Abgasstromes beaufschlagt.

Die DE 10200706259 AI beschreibt eine ähnliche Anordnung von mehreren bezüglich des Arbeitsmittelteilstroms parallel angeordneten Wärmetauschern bei einer Brennkraftmaschine, wobei keine steuerbare Verteilungseinrichtung vorgesehen aber jedem Wärmetauscher eine separate Pumpe zugeordnet ist.

Die EP 2522828 A2 beschreibt einen ORC-Kreisprozess , bei dem mehrere bezüglich des Arbeitsmittelteilstroms parallel angeordnete Wärmetauscher sequentiell von einem als

Wärmequellenmedium dienenden Ladeluftstrom durchströmt werden, um dessen Wärme zur Vorerwärmung des Arbeitsmediums im Kreisprozess zu nutzen.

Die CA 2744404 AI beschreibt einen ORC-Kreisprozess, bei dem zur Erhöhung der aufnehmbaren Wärmemenge aus dem Boden oder der Umgebungsluft eine Vielzahl von Verdampfern in einer Matrix parallel und seriell bezüglich des

Arbeitsmittelteilstroms angeordnet sind und alle Verdampfer parallel und gleichzeitig von dem Wärmequellenmedium

durchströmt werden.

Mit der Erfindung soll der Prozess der Verdampfung des Arbeitsmediums, insbesondere für eine Nutzung in einer Anla und einem Verfahren zur Rückgewinnung von Energie aus Wärme in einem thermodynamischen Kreisprozess, vorzugsweise aber nicht ausschließlich dem "Misselhorn"-Prozess, weiter

verbessert werden, damit die Nutzung der Energie der

jeweiligen Wärmequelle mit höherem Wirkungsgrad erfolgen un dampfförmiges Arbeitsmedium mit möglichst konstant hohem Druck bereitgestellt und insbesondere die Pinch-Point

Limitierung der herkömmlichen ORC Anlagen umgangen werden kann .

Zur Lösung bringt die Erfindung eine Anordnung mit mehreren Wärmeübertragern zum Verdampfen eines Arbeitsmediums durch Wärmeübertragung von einem Wärmequellenmedium mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Verdampfen eines Arbeitsmediums durch Wärmeübertragung von einem Wärmequellenmedium in einer Anordnung mit mehreren Wärmeübertragern mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 in Vorschlag. Bevorzugte Ausgestaltungen der Anordnung und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung betrifft demnach eine Anordnung mit mehreren Wärmeübertragern zum Verdampfen eines Arbeitsmediums durch Wärmeübertragung von einem Wärmequellenmedium, wobei jeder Wärmeübertrager einen Wärmequellenmedium-Durchgang und einen davon getrennten Arbeitsmediumraum besitzt und die Wärmequellenmedium-Durchgänge der Wärmeübertrager seriell, vorzugsweise in einer Ringanordnung, miteinander verbunden oder verbindbar sind, wobei zwischen den Wärmequellenmedium- Durchgängen von jeweils zwei seriell aufeinanderfolgenden Wärmeübertragern in der Ringanordnung jeweils ein

Ventilmittel vorgesehen ist, wobei eine Zuführleitung für das Wärmequellenmedium vorgesehen ist, die selektiv mit dem

Eingang des Wärmequellenmedium-Durchgangs jedes

Wärmeübertragers verbindbar ist, und wobei eine Abführleitung für das Wärmequellenmedium vorgesehen ist, die selektiv mit dem Ausgang des Wärmequellenmedium-Durchgangs jedes

Wärmeübertragers verbindbar ist.

Die Erfindung betrifft demnach auch ein Verfahren zum Verdampfen eines Arbeitsmediums durch Wärmeübertragung von einem Wärmequellenmedium in einer Anordnung mit mehreren Wärmeübertragern, die jeweils einen Wärmequellenmedium- Durchgang und einen davon getrennten Arbeitsmediumraum besitzen und deren Wärmequellenmedium-Durchgänge seriell, vorzugsweise in einer Ringanordnung, miteinander verbunden oder verbindbar sind, mit den Schritten eines sequentiellen Verbindens einer Zuführleitung für das Wärmequellenmedium mit dem Eingang des Wärmequellenmedium-Durchgangs eines ersten Wärmeübertragers und sequentielles Verbinden einer

Abführleitung für das Wärmequellenmedium mit dem Ausgang des Wärmequellenmedium-Durchgangs eines zweiten Wärmeübertragers, während die Zuführleitung und Abführleitung von dem Eingang des Wärmequellenmedium-Durchgangs des zweiten bzw. von dem Ausgang des Wärmequellenmedium-Durchgangs des ersten

Wärmeübertragers und, sofern vorhanden, von den Ein- und Ausgängen der Wärmequellenmedium-Durchgänge weiterer

Wärmeübertrager der Anordnung getrennt wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine effizientere Ausnutzung der

Wärmeenergie der jeweiligen Wärmequelle, indem das

Wärmequellenmedium der Wärmequelle beispielsweise direkt in die Wärmeübertrager eingeleitet wird, und das

Wärmequellenmedium nach dem Durchlauf durch einen ersten Wärmeübertrager und einem teilweisen Entzug der Wärmeenergie seriell durch die anderen Wärmeübertrager der Anordnung geleitet wird. Die Reihenfolge des Durchlaufs des

Wärmequellenmediums durch die Wärmeübertrager kann quasi zyklisch weitergeschaltet werden, so dass in jedem Zyklus das flüssige Arbeitsmedium in einen anderen der Wärmeübertrager eingeleitet wird (der in dieser Phase das niedrigste

Temperatur- und/oder Druckniveau des Arbeitsmediums aufweist) bzw. das erhitzte und verdampfte Arbeitsmedium aus einem anderen Wärmeübertrager (der in dieser Phase das höchste Temperatur- und/oder Druckniveau des Arbeitsmediums aufweist) ausgetragen wird.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird ferner die Pinch-Point Limitierung der herkömmlichen ORC Anlagen

umgangen. Durch die serielle Anordnung, vorzugsweise in der Ringanordnung, von mehreren als Verdampfer im Batch Betrieb arbeitenden Wärmeübertragern, und der Weiterleitung des heissen Wärmequellenmediums von Verdampfern mit höherer

Temperatur des Arbeitsmediums zu Verdampfern mit niedrigerer Temperatur des Arbeitsmediums wird in jedem Verdampfer der jeweils notwendige Pinch-Point eingehalten. Da nur der

Verdampfer mit der höchsten Temperatur des

Wärmequellenmediums an die Arbeits- bzw. Entspannungsmaschine angeschlossen ist, ergibt sich immer ein hoher Druck des Arbeitsmediums beim Ausströmen zur Entspannnungsmaschine und somit ein guter thermischer Wirkungsgrad der Anlage. In den gerade mit der Arbeitsmaschine verbundenen nachgeschalteten Verdampfern wird die Wärmequelle durch Wärmeübertragung auf das Arbeitsmedium im jeweiligen Verdampfer weiter ausgekühlt und der Systemwirkungsgrad steigt (siehe Fig. 7, die das T-Q- Diagramm für eine Wärmeübertrageranordnung mit 10 als

Verdampfer arbeitenden Wärmeübertragern zeigt).

Als "Pinch-Point" wird die Temperaturdifferenz zwischen dem wärmeabgebendem (dem relativ heissen) und dem

wärmeaufnehmendem (dem relativ kalten) Massenstrom am Punkt der der nächsten Annäherung der TQ-Kurven von

Wärmequellenmedium und Arbeitsmedium bezeichnet. Nur wenn eine Temperaturdifferenz zwischen dem heissen und dem kalten Medium besteht, die i.d.R. mindestens 5K bis 10K betragen sollte, findet eine Wärmeübertragung in endlicher Zeit und mit wirtschaftlich vertretbar großen Wärmeübertragungsflächen statt. Der ORC Prozess kann prinzipiell in 2 verschiedenen Modi (und Zwischenstufen davon) gefahren werden:

a) gute Ausnützung der Wärmequelle, d.h. möglichst große Temperaturabsenkung des heissen Wärmequellenmediums, d.h. ein optimierter Systemwirkungsgrad. Der Systemwirkungsgrad ist eine Maß dafür, wie viel der insgesamt zur Verfügung

stehenden Wärme in Arbeit umgesetzt wird (siehe Fig. 6, oben) , oder

b) gute Ausnützung der übertragenen Wärmeleistung, d.h. hoher thermischer Wirkungsgrad, bei dann allerdings

schlechterer Ausnützung der Wärmequelle und entsprechend niedrigerem Systemwirkungsgrad. Der thermische Wirkungsgrad beschreibt, wie effizient die tatsächlich übertragene Wärme in Arbeit umgesetzt wird (siehe Fig. 6, unten) .

Oftmals wird ein Kompromiss angestrebt, je nach

Verwendungsmöglichkeit der Restwärme nach dem ORC und/oder anderen Faktoren. Um eine möglichst hohe Leistung der ORC Anlage erzielen zu können muss das Druckniveau des

Arbeitsmediums, das den Verdampfer verlässt und in die

Arbeits- bzw. Entspannungsmaschine, z.B. eine Turbine oder einen Kolbenmotor einströmt, möglichst hoch sein. Auf Grund der Thermodynamik bedingt ein hoher Druck eine hohe

Temperatur des Arbeitsmediums. Diese hohe Temperatur plus die Temperaturdifferenz auf Grund des Pinch-Points ergibt die minimal notwendige Temperatur des heissen Wärmequellenmediums im Verdampfer. Je höher das gewünschte Druck- und

Temperaturniveau des Arbeitsmediums, desto weniger kann also die Wärmequelle ausgekühlt werden. Um einen möglichst hohen Systemwirkungsgrad erzielen zu können wird die Wärmequelle stärker ausgekühlt, die maximale Temperatur des

Arbeitsmediums liegt um den Pinch-Point Abstand unter der niedrigen, ausgekühlten Temperatur des Wärmequellenmediums. Die hohen Temperaturen des Wärmequellenmediums bleiben ungenutzt, d.h. es ist nur ein relativ niedriger Druck des Arbeitsmediums und damit eine geringere Leistung der

Entspannnungsmaschine erreichbar .

Die Kombination der erfindungsgemäßen Anordnung von Wärmeübertragern zum Verdampfen eines Arbeitsmediums durch Wärmetausch mit einem Wärmequellenmedium ist deshalb

besonders vorteilhaft in Verbindung mit der aus der DE

102013009351 bekannten Anlage zur Rückgewinnung von Energie aus Wärme in einem thermodynamischen Kreisprozess

kombinierbar, weil diese Anlage auf der zyklischen Verbindung immer jeweils des Wärmeübertragers aus mehreren

Wärmeübertragern mit dem Arbeitsraum einer Arbeitsmaschine vorsieht, der das höchste Temperaturniveau bzw. das

Arbeitsmedium mit dem höchsten Temperatur- und/oder

Druckniveau aufweist, während der oder ein andere (r)

Wärmeübertrager mit flüssigem Arbeitsmedium beschickt und aufgeheizt wird und ggf. weitere Wärmeübertrager unter

Einschluss des Arbeitsmediums aufgeheizt werden.

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Anordnung und das Verfahren anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ORC- Prozesses nach dem Stand der Technik mit direkter Nutzung des Wärmequellenmediums im Wärmeübertrager des

Arbeitsmediumkreislaufes ; Fig. 2 eine schematische Darstellung des "Misselhorn"- Prozesses mit einer Anordnung der Wärmeübertrager gemäß der DE 102013009351;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des "Misselhorn"- Prozesses mit einer erfindungsgemäßen Anordnung der

Wärmeübertrager gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 4A-C eine schematische Darstellung der

Schalt zustände innerhalb eines Zyklus bei der Anordnung der Wärmeübertrager gemäß Fig. 3; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer

erfindungsgemäßen Anordnung der Wärmeübertrager gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 6 TQ-Diagramme für einen typischen ORC-Prozess in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi; und

Fig. 7 ein TQ-Diagramm für eine erfindungsgemäße

Anordnung von 10 Wärmetauschern.

Die Figuren 1 und 2 wurden in der Einleitung bereits erläutert. Die Figur 3 zeigt eine der Figur 2 entsprechende schematische Darstellung des "Misselhorn"-Prozesses mit einer erfindungsgemäßen Anordnung der Wärmeübertrager gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Funktionsweise dieser Anordnung von Wärmeübertragern wird anhand der Folge der Figuren 4A bis 4C erläutert. Obwohl die gezeigte Ausführungsform zur

Erläuterung von drei als Verdampfer arbeitenden

Wärmeübertragern oder Wärmetauschern ausgeht, ist die Anzahl der Wärmeübertrager n ^ 2.

Bei einer Erhöhung der Anzahl der als Verdampfer

arbeitenden und sequentiell mit dem Wärmequellenmedium durchströmten Wärmeübertrager nähern sich die Kurvenform des Arbeitsmediums und des Wärmequellenmediums im TQ-Diagramm der Anordnung immer weiter an. Ferner ist zu beachten, dass die Arbeitsmediumleitungen und Arbeitsmediumräume der

Wärmeübertrager in den Figuren 4A bis 4C zur Erhöhung der Klarheit nicht dargestellt sind.

Jeder Wärmeübertrager 10.1, 10.2, 10.3 der Anordnung besitzt einen Wärmequellenmedium-Durchgang mit Ein- und Ausgang (nicht gezeigt) und einen davon getrennten Arbeitsmediumraum, ebenfalls mit Ein- und Ausgang (nicht gezeigt), so dass die Stoffströme von Wärmequellenmedium und Arbeitsmedium getrennt sind. Zwischen dem Wärmequellenmedium- Durchgang und dem Arbeitsmediumraum ist eine möglichst wirksame Wärmeübertragung sicherzustellen, wobei die

spezifische Bauart der Wärmeübertrager für die Funktionsweise der Erfindung nicht von Bedeutung ist, sondern lediglich eine Optimierungsaufgabe darstellt. Beispielsweise können die Wärmeübertrager als Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt sein.

Die Wärmequellenmedium-Durchgänge der Wärmeübertrager sind seriell, vorzugsweise in einer Ringanordnung oder - leitung 16 miteinander verbunden oder verbindbar, indem der Ausgang des Wärmequellenmedium-Durchgangs eines

Wärmeübertragers mit dem Eingang des Wärmequellenmedium- Durchgangs eines in der Ringanordnung nachfolgenden

Wärmeübertragers verbunden ist, wobei zwischen den

Wärmequellenmedium-Durchgängen von jeweils zwei seriell aufeinanderfolgenden Wärmeübertragern 10.1, 10.2, 10.3 in der Ringanordnung jeweils ein Ventil 12.1, 12.2, 12.3 vorgesehen ist, mit dem die Verbindung selektiv unterbrochen werden kann. Die Ventile 12.1, 12.2, 12.3 sind als schaltbare und vorzugsweise fernbetätigbare Ventile ausgestaltet. Sie können auch als gesteuerte oder einfache Rückschlagventile

ausgeführt sein, wenn aufgrund des Druckniveaus des

Wärmequellenmediums sichergestellt ist, dass eine

Rückströmung in den Wärmequellenmedium-Durchgang eines

Wärmeübertragers innerhalb der Ringanordnung stromauf der Einleitung des Wärmequellenmediums nicht auftritt.

Eine Zuführleitung 14 für das Wärmequellenmedium ist selektiv mit dem Eingang des Wärmequellenmedium-Durchgangs jedes Wärmeübertragers verbindbar und eine Abführleitung 15 für das Wärmequellenmedium ist ebenfalls selektiv mit dem Ausgang des Wärmequellenmedium-Durchgangs jedes

Wärmeübertragers verbindbar. Dazu sind in den

Verbindungsleitungen zwischen der Zuführleitung und dem

Abschnitt der Ringleitung zwischen dem jeweiligen Ringleitungsventil 12.1, 12.2, 12.3 und dem jeweils

stromabwärts davon befindlichen Wärmeübertrager ebenfalls schaltbare und vorzugsweise fernbetätigbare Ventile 11.1, 11.2, 11.3 vorgesehen, um die selektiven Verbindungen der Zuführleitung mit den Wärmequellenmedium-Durchgängen

herzustellen und zu unterbrechen. Entsprechend sind auch in den Verbindungsleitungen zwischen der Abführleitung 15 und dem Abschnitt der Ringleitung zwischen dem jeweiligen

Ringleitungsventil 12.1, 12.2, 12.3 und dem jeweils

stromaufwärts davon befindlichen Wärmeübertrager ebenfalls schaltbare und vorzugsweise fernbetätigbare Ventile 13.1, 13.2, 13.3 vorgesehen, um die selektiven Verbindungen der Abführleitung mit den Wärmequellenmedium-Durchgängen

herzustellen und zu unterbrechen.

Die Kombination von Verbindungsleitungen und Ventilen sowie die Schaltbarkeit der Ventile der Anordnung sind so ausgestaltet, dass innerhalb eines im Folgenden noch

beschriebenen Zyklus der Eingang des Wärmequellenmedium- Durchgangs des Wärmeübertragers, der von den Wärmeübertragern der Ringanordnung das höchste Druck- und/oder

Temperaturniveau des Arbeitsmediums hat, mit der

Zuführleitung für das Wärmequellenmedium verbindbar ist, und dass der Ausgang des Wärmequellenmedium-Durchgangs des

Wärmeübertragers, der von den Wärmeübertragern der

Ringanordnung das niedrigste Druck- und/oder Temperaturniveau des Arbeitsmediums hat, mit der Abführleitung für das

Wärmequellenmedium verbindbar ist. Bei mehr als zwei

Wärmeübertragern in der Anordnung ist bei dem bzw. den

Wärmeübertrager (n) , der/die nicht das höchste oder das niedrigste Druck- bzw. Temperaturniveau des Arbeitsmediums aufweist/aufweisen, der Wärmequellenmedium-Durchgang nur mit dem Wärmequellenmedium-Durchgang des oder eines der anderen Wärmeübertrager ( s ) verbindbar, so dass das Wärmequellenmedium seriell durch die Wärmeübertrager geleitet wird.

Vorzugsweise sind die Zuführ- und Abführleitung für das Wärmequellenmedium sequentiell und synchron mit den

Wärmequellenmedium-Durchgängen der Wärmeübertrager der Anordnung verbindbar, damit die beschriebene Weiterschaltung der Wärmeübertrager innerhalb eines jeden Zyklus zeitgleich und klar abgegrenzt erfolgen kann. Die Anordnung ist ferner so ausgestaltet, dass die Zeitdauer der Verbindung der

Zuführ- und Abführleitung für das Wärmequellenmedium mit dem Wärmequellenmedium-Durchgang eines jeweiligen

Wärmeübertragers auf einen entsprechend der Auslegung der Anordnung ermittelten und zumindest für eine gewisse

Betriebsdauer über mehrere Zyklen voreingestellt ist.

Vorzugsweise ist es aber auch möglich, dass die Zeitdauer in Abhängigkeit vom Druck und/oder der Temperatur des

Arbeitsmediums in dem Wärmeübertrager gesteuert wird, der von den Wärmeübertragern der Anordnung das höchste Druck- bzw. Temperaturniveau des Arbeitsmediums hat, weil dieser

Wärmeübertrager das verdampfte Arbeitsmedium für die

Arbeitsmaschine bereitstellt. Mit dieser Steuerung kann eine quasi-kontinuierliche Versorgung der Arbeitsmaschine mit dampfförmigem Arbeitsmedium bei möglichst konstantem

Druckniveau und damit ein Betrieb ohne grosse Leistungs- oder Drehzahlschwankungen gewährleistet werden.

Die Verbindungsleitungen und schaltbaren Ventile für das Arbeitsmedium sowie die Arbeitsmediumräume sind in den

Figuren 4 und 5 nicht gezeigt, aber in der Figur 3

angedeutet. Die erfindungsgemäße Anordnung von mehreren Wärmeübertragern ist hinsichtlich des

Arbeitsmediumkreislaufes in den geschlossenen

Arbeitsmediumkreislauf beispielsweise des aus der DE

102013009351 bekannten "Misselhorn"-Kreisprozesses

integrierbar und modifiziert die darin verwendete

Wärmetauscher- bzw. Wärmeübertrageranordnung (siehe Figur 3). Die Offenbarung der DE 102013009351 wird deshalb hier

hinsichtlich des Arbeitsmediumkreislaufes durch Bezugnahme insgesamt in die Offenbarung einbezogen. Auch die

erfindungsgemäße Anordnung steuert nämlich mittels einer entsprechenden Ventilanordnung die Verbindung/Trennung der Wärmeübertrager- bzw. Wärmetauschereinheiten mit/von dem Kreisprozess derart, dass die Wärmeübertragereinheiten die einzelnen Phasen von Einleitung des Arbeitsmediums, Aufheizen des Arbeitsmediums unter Einschluss in den jeweiligen

Wärmeübertrager und Ausleitung des dampfförmigen

Arbeitsmediums aus dem Wärmeübertrager in die Arbeitsmaschine jeweils nacheinander und zeitversetzt durchlaufen.

Die Anordnung ist dabei so ausgestaltet, dass die

Einleitung des Arbeitsmediums in den Arbeitsmediumraum des Wärmeübertragers erfolgt, der von den Wärmeübertragern der Anordnung das niedrigste Druck- und/oder Temperaturniveau des Arbeitsmediums aufweist, und die Ausleitung des

Arbeitsmediums aus dem Arbeitsmediumraum des Wärmeübertragers erfolgt, der von den Wärmeübertragern der Anordnung das höchste Druck- und/oder Temperaturniveau des Arbeitsmediums aufweist, und wobei die Zeitspanne der Einleitungsphase und die Zeitspanne der Ausleitungsphase im wesentlichen gleich lang sind, und die Weiterschaltung der Einleitungs- und

Ausleitungsphasen zwischen den Wärmeübertragern der Anordnung synchron und sequentiell erfolgt. Wenn die Anordnung, was bevorzugt ist, mindestens drei Wärmeübertrager aufweist, ist sie ferner so ausgestaltet, dass der/die Wärmeübertrager, der/die nicht das höchste bzw. das niedrigste Druck- bzw. Temperaturniveau des Arbeitsmediums aufweist/aufweisen, das Arbeitsmedium während der Einleitungs- und Ausleitungsphase der anderen Wärmeübertrager im Arbeitsmediumraum

eingeschlossen bleibt. Bei n Verdampfern oder

Wärmeübertragern kommt es also grundsätzlich zu n

unterschiedlichen Schaltungssituationen der Ventile beim Betrieb der Anordnung entsprechend diesen Phasen.

Im Folgenden wird ein Schaltzyklus der Anordnung der Wärmeübertrager anhand einer Anordnung mit 3 Wärmeübertragern und unter Bezug auf die Figuren 4A-4C beispielhaft

beschrieben. Die dazu erforderlichen typischen drei

Schaltsituationen sind in den Figuren 4A bis 4C dargestellt.

In der Schaltsituation eins (Figur 4A) wird das

verdampfte Arbeitsmedium mit hohem Druck aus dem

Wärmeübertrager 10.1 (entsprechend beispielsweise der Phase 3 des Wärmeübertragerbetriebes bei der aus der DE 102013009351 bekannten Anlage) in die Arbeitsmaschine geleitet und der Wärmeübertrager 10.3 wird gerade durch eine Pumpe mit flüssigem Arbeitsmedium befüllt. Um dem Wärmeübertrager 10.1 den heißesten und Wärmeübertrager 10.3 den aufgrund des Durchlaufs durch andere Wärmeübertrager bereits teilweise abgekühlten Wärmequellenmediumstrom zuzuführen, sind die Ventile 11.1, 12.2, 12.3 sowie 13.1 geöffnet. Die restlichen Ventile sind geschlossen. Durch das offene Ventil 11.1 wird der Wärmequellenmediumstrom vor dem Wärmeübertrager 10.1 in die "Ringleitung" 16 eingespeist und kühlt sich beim

Durchlaufen der drei Wärmeübertrager ab (geöffnete Ventile 12.2. und 12.3). Abschließend wird das abgekühlte

Wärmequellenmedium durch das offene Ventil 13.1 (da Ventil 12.1 geschlossen ist) aus der "Ringleitung" entfernt und in den Wärmequellenmedium-Rücklauf eingespeist.

In der Schaltsituation zwei (Figur 4B) soll der

Wärmeübertrager 10.2 mit dem heißen Wärmequellenmediumstrom und der Wärmeübertrager 10.1 mit dem abgekühlten

Wärmequellenmediumstrom beschickt werden. Dafür sind die Ventile 11.2 und 13.2 sowie 12.3 und 12.1 geöffnet. Die restlichen Ventile sind wiederum geschlossen.

In der Schaltsituation drei (Figur 4C) soll durch den Wärmeübertrager 10.3 der heiße Wärmequellenmediumstrom und durch den Wärmeübertrager 10.2 der abgekühlte

Wärmequellenmediumstrom geleitet werden. Dafür sind die Ventile 11.3 und 13.3 sowie 12.1 und 12.2 geöffnet. Die restlichen Ventile sind wiederum geschlossen. Danach ist der Zyklus beendet und er beginnt wieder mit der Schaltsituation eins .

In der Figur 5 ist eine zweite Ausführungssform der

Anordnung gezeigt, bei der die Zu- und Abführung des heißen und des abgekühlten Wärmequellenmediumstroms jeweils als Sternschaltung 17 bzw. 18 realisiert ist.

In einer (nicht gezeigten) bevorzugten Ausführung der Anordnung mit mehreren Wärmeübertragern gemäß der Erfindung sind die Wärmeübertrager der Anordnung so angeordnet oder ausgestaltet, dass sich der Eingang des Wärmequellenmedium- Durchgangs jedes Wärmeübertragers an einem tieferen

Positionsniveau befindet als der Ausgang des jeweiligen

Wärmeübertragers . In dieser bevorzugten Ausgestaltung

durchströmt das Wärmequellenmedium die Wärmequellenmedium- Durchgänge der Wärmeübertrager vertikal von unten nach oben und damit gegen den Einfluß der Schwerkraft. Auch wenn der Wärmequellenmedium-Durchgang im Wärmeübertrager

beispielsweise eine Zick-Zack-Form besitzt, ist

sichergestellt, dass das Wärmequellenmedium so durch die Wärmequellenmedium-Durchgänge der Wärmeübertrager geleitet wird, dass es die Wärmequellenmedium-Durchgänge zumindest teilweise gegen den Einfluß der Schwerkraft durchströmt.

Die schematischen Darstellungen von Ausführungsformen der Erfindung dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung. Deshalb sind die Strecken der Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Komponenten und die Anordnung, die Anzahl und die Ausführung von Ventilen lediglich beispielhaft und dienen zur Erläuterung des Fuktionsprinzips . Besonders

hervorzuheben ist ferner, dass die schematisch dargestellten Anordnungen von Wärmeübertragern oder Wärmetauschern jeweils drei Wärmeübertragereinheiten aufweisen, wobei

erfindungsgemäß eine Wärmeübertrageranordnung mit mindestens zwei voneinander unabhängigen Wärmeübertragereinheiten ausreichend sein kann und auch mehr als die drei

Wärmeübertragereinheiten eingesetzt werden können.

Außerdem ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Bauform der Wärmeübertrager beschränkt, wobei insbesondere die Darstellung der Wärmeübertrager in den Figuren 4A-C und 5 nur schematisch ist und nur die Schaltung des

Wärmequellenmedium-Durchgangs innerhalb der Anordnung

verdeutlichen aber keine bestimmte Bauform des

Wärmeübertragers festlegen soll.

Als Arbeitsmedium für die erfindungsgemäße Anordnung kommen alle in herkömmlichen Kreisprozessen wie den ORC- Kreisprozessen und dem "Misselhorn"-Prozess verwendbaren Medien in Betracht, insbesondere organische oder synthetische Stoffe, beispielsweise R245fa, Ethanol oder R134a. Der Begriff "Wärmequellenmedium" umfasst ferner sowohl das unmittelbar von einer Wärmequelle gelieferte und direkt in den Wärmeübertragern nutzbare Medium wie heißes Abwasser, Kühlwasser etc., aber auch ein Wärmetransportmedium wie Thermoöl und dgl . , das in einem geschlossenen

Zwischenkreislauf zirkuliert und dem Transport der Wärme von einer entfernten oder für die direkte Nutzung ungeeignete Wärmequelle zu den Wärmeübertragern des Kreisprozesses dient

Als Wärmequelle für die erfindungsgemäße Anordnung kommen schließlich alle Wärmequellen in Form von Nutz- oder Abwärme aus den in der Einleitung beschriebenen Quellen in Betracht, die ein ausreichend hohes Temperaturniveau von mindestens 60° Celsius, vorzugsweise 60-100° Celsius und einen ausreichend großen Volumen- oder Massenstrom liefern. Die erfindungsgemäße Anordnung ist aber auch mit Wärmequelle mit höherem Temperaturniveau einsetzbar.

Obwohl in den Figuren 3-5 eine Ausführungsform mit Einzelventilen dargestellt ist, können alle Ventile oder Gruppen der Ventile z.B. als Drehschieber mit entsprechend vielen Ein- und Ausgängen ausgeführt sein. Der in den

Ansprüchen gewählte Begriff "Ventilmittel" soll daher verschiedene Ausgestaltungen eines Mittels zum

Öffnen/Schließen einer Fluidverbindung umfassen.