Design of new working fluids for optimisation of ORC process

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Optimierung des Organinc Rankine Cycle (ORC)-Prozesses durch optimale Auswahl und optimales Design von organischen Fluiden auf thermo-ökonomischer Basis. Um Richtlinien für das Design neuer Arbeitsfluide vorzugeben, wird eine Reihe bestehender Fluide in Kombination mit verschiedenen Kreisläufen (Standard-, rekuperative und regenerative ORCs), Arbeitsbedingungen (unter- und überkritische Verdampfung) und technischen Randbedingungen (minimale Turbineneintrittstemperatur, minimale Wärmequellenaustrittstemperatur und Druckabfall) untersucht. Durch Variieren der Wärmequellentemperatur in einem Standard-ORC-Prozess wird ein theoretischer Fachbegriff, nämlich Optimal Heat Source Temperature (OHST), entwickelt, um ein Arbeitsfluid zu charakterisieren, das dem maximalen Exergiewirkungsgrad im Wärmeübertragungsprozess entspricht. Basierend auf der OHST-Theorie wird demzufolge ein neues Konzept für das Fluidsdesign, nämlich das OHST-integrierte Computer-Aided Molecular Design (CAMD), dargestellt. Dadurch ergibt sich eine Reihe von neuen Fluiden (Hydrofluorolefine), die nicht nur kompetitive thermodynamische, sondern auch umweltfreundliche Eigenschaften besitzen. Es zeigt sich, dass das Design neuer Arbeitsmittel thermodynamisch und ökonomisch sinnvoll ist, um den Wirkungsgrad des ORC-Prozesses zu erhöhen.