CN111550326B - 带有循环过程装置和热电发电机的组合的组件的驱动单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带有循环过程装置和热电发电机的组合的组件的驱动单元，具体而言一种用于机动车的驱动单元(1)，包括：燃烧动力机器，其具有内燃机(2)以及废气管路(4)，经由其可将废气(19)从内燃机导出；用于在热动力循环过程中将废气的热能转换成机械功的循环过程装置，其中，工作介质(10)关于其流动方向穿流第一热交换装置(5)，在其中实现废气到工作介质上的热传递，紧接着穿流膨胀装置(6)，在其中实现工作介质的膨胀和在此实现机械功的产生，并且紧接着穿流第二热交换装置(8)，在其中实现从工作介质到冷却介质(11)上的热传递；热电发电机(13)，其在高温侧(14)和低温侧(15)之间的温差的情况下提供电压。

Description

带有循环过程装置和热电发电机的组合的组件的驱动单元
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的驱动单元和一种带有这样的驱动单元的机动车。
背景技术
机动车常常借助于内燃机来驱动，在其中燃料被燃烧并且在此释放的热能部分被转换成机械功。几乎仅仅用于驱动机动车的冲程活塞内燃机的效率平均为所使用的初始能量的大约三分之一。相应地，废热为在燃烧的情况中释放的热能的三分之二，其要么经由机动车的冷却系统要么经由被废气管路(Abgasstrang，有时称为废气管路)推出的作为损失热被排出到周围环境处。
该废热的利用是如下可能性，即提高机动车的驱动单元的总效率且由此降低燃料消耗。
已知的是，为了利用内燃机的废热使用蒸汽循环过程装置或热电的发电机，其中，借助于该装置尤其可使用内燃机的废气的废热(参比文件DE 10 2014 015 457 A1或DE 102014 001 819 A1)。
文件DE 10 2010 048 887 A1就此而言公开了一种蒸汽循环过程装置和热电发电机的组合的应用以用于利用内燃机的废热。在此，热电发电机经由冷却流体管路导热地与循环过程装置相连接。这实现将蒸汽循环过程装置的废热部分地在热电发电机中通过转变成电能来使用。
发明内容
本发明的目的在于，实现机动车的内燃机的废热的更好的利用。
该目的借助于下文描述的驱动单元来实现。带有这样的驱动单元的机动车是本发明的对象。根据本发明的驱动单元且由此还有根据本发明的机动车的有利的设计形式由接下来的本发明的说明得出。
根据本发明设置用于机动车的驱动单元以及带有这样的驱动单元的机动车，其中，驱动单元一方面具有燃烧动力机器，其包括内燃机以及废气管路，经由其可将废气从内燃机导出。
此外，驱动单元具有循环过程装置，其设定用于在(顺行的(rechtsläufig))热动力循环过程中将废气的热能转换成机械功，其中，工作介质关于其流动方向穿流第一热交换装置，在其中实现废气到工作介质上的(直接或间接)热传递，由此提高工作介质的温度和/或压力。紧接着，工作介质穿流膨胀装置，在其中实现工作介质的膨胀和在此机械功的产生。接着工作介质还穿流第二热交换装置，在其中实现工作介质到冷却介质上的(直接或间接的)热传递。
根据本发明的驱动单元此外包括热电发电机(TEG)，其设定用于将废气的热能转换成电能，并且对此在其高温侧和其低温侧之间的温差的情况下提供电压。为此，TEG以已知的方式包括至少一个热元件、通常多个热元件，在其中根据由两个不同的电导体构造成的电路中的热电效应(还称为“塞贝克效应”)在该电导体的触点部位之间的温差的情况下出现电压。电导体在此可优选地由金属且尤其由半导体构造成。这样的TEG实现热能到电能的直接转变。为了持续地提供对于TEG的功能性而言所需的在电导体的触点部位之间的温差，这样的TEG相应地包括与电导体的端部导热地相连接的第一热交换器，接下来被称为TEG的高温侧，借助于其通过有针对性的热传递调整电导体的所述端部的相对高的温度；以及与电导体的相应另一端部相连接的第二热交换器，接下来被称为TEG的低温侧，在其中，通过有针对性的热导出或冷却调整用于电导体的从属于此的端部的相对低的温度。
根据本发明，这样的驱动单元的特征在于TEG如此到循环过程装置中的集成，即工作介质还经由其被引导或可被引导。由此可以特别有利的方式实现循环过程装置和TEG的热联接，其在废热利用的总效率方面和/或所述两个装置的结构上和空间上的组合方面起正面作用。
其费热应当被利用的废气可以尤其是这样的废气，即至少部分、优选地全部设置用于到周围环境中的导出。
优选地设置成，循环过程装置是蒸发循环过程装置，其设定尤其用于执行且尤其是克劳修斯-朗肯循环过程(Clausius-Rankine-Kreisprozess)，并且在其中借助于泵使液态下的工作介质加压，紧接着在第一热交换装置中蒸发且优选地过度加热，并且在第二热交换装置中冷凝。
至少在循环过程装置的第二热交换装置中用于导出热能的冷却介质可以是冷却液体，其在燃烧动力机器的冷却系统中且尤其在该冷却系统的包括内燃机的至少一个冷却通道的发动机冷却循环中循环。由此此外可实现的是，循环过程的可以是输送的热能的大部分(例如大约85%)的废热以简单的方式经由冷却系统的冷却液体冷却器导出到周围环境空气处。备选地或补充地然而还可设置成，借助于第二热交换装置利用周围环境空气以用于冷却工作介质。
依照根据本发明的驱动单元的优选的设计形式可如此设置TEG到循环过程装置中的集成，使得用于到循环过程装置的第二热交换装置中的热导出的冷却介质然而还经由TEG的低温侧被引导/可被引导，以便于将其冷却。补充地或备选地然而还可设置热电发电机的低温侧借助于与冷却介质不同的冷却剂、尤其气体、于是特别优选地借助于有针对性地输送的周围环境空气的冷却。由此可如有可能实现在热电发电机的高温侧与低温侧之间的相对大的温差。这在当备选地或附加地使用的冷却剂具有相较于冷却介质较小的流体温度时尤其适用。
依照根据本发明的驱动单元的优选的设计形式可设置成，可经由TEG的高温侧引导工作介质。热电发电机的低温侧的冷却于是可尤其借助于与工作介质不同的冷却剂、尤其借助于还用于冷却在循环过程装置的第二热交换装置中使用的冷却介质和/或借助于有针对性地输送的周围环境空气来实现。根据本发明的驱动单元的这样的设计方案尤其基于的是，充分利用工作介质的仍要相对高的温度以用于实现在TEG的高温侧与低温侧之间的尽可能大的温差。为此TEG、更确切地说高温侧可由此在工作介质的流动方向方面优选地要么布置在膨胀装置下游和在第二热交换装置的上游或者在第一热交换装置的下游和膨胀装置的上游或集成到用于循环过程装置的工作介质的循环中。
在此，该备选的布置方案的第一个在此基于如下设想，即工作介质的温度在膨胀装置后仍还是足够高，以便于为TEG产生在高温侧与低温侧之间的有利地高的温差。同时实践上可限制在循环过程装置的第二热交换装置中的工作介质的冷却和尤其冷凝。通过TEG在膨胀装置下游和在第二热交换装置上游的布置，其引起用于工作介质的附加的冷却功率且由此引起用于第二热交换装置的辅助，由此即使在第二热交换装置的相对小的尺寸的情况下也可实现在第二热交换装置中的工作介质的整体上足够的冷却和尤其冷凝。
于是，当膨胀装置的功率设计不是基于在驱动单元的运行中待期望的在循环过程装置的第一热交换装置中可被传递到工作介质上的最大热流来执行，而是基于相对于此较低的、尤其平均的热流时，可尤其设置TEG、更确切地说其高温侧的该备选的布置方案的第二个。由此经由驱动单元的全部驱动状态可实现循环过程装置的整体上更好的效率。TEG于是尤其还可用于在带有比膨胀装置设计用于其的那个热流更大的热流的驱动单元的运行中借助于TEG利用过量的热功率，从而例如可省去循环过程装置的用于避免膨胀装置的过载的功率的截断(Abriegelung)。TEG的该第二布置方案的另一优点可在于在流动经过TEG的高温侧的情况中工作 介质的仍相对高的温度和由此在于该高温侧相对于低温侧的相应高的温度差。这在由TEG提供的电气 功率方面有利地起作用。
依照根据本发明的驱动单元的设计形式还可设置成，可通过TEG的低温侧引导工作介质。这可尤其用于将由于TEG的借助于循环过程装置的工作介质的低温侧的冷却而传递的热流以有利的方式用于借助于循环过程装置进行循环过程。为此可特别优选地设置成，TEG、更确切地说其低温侧关于工作介质的流动方向布置在第二热交换装置的下游和第一热交换装置的上游。在该情况中将工作介质相应地借助于TEG还在进入到第一热交换装置之前预热并且由此提供用于该第一热交换装置的辅助功率。由此可实现相对高的由循环过程装置产生的有效功率。同时可借助于TEG产生相对高的有效功率。对于该目的而言此外优选地还可设置成，TEG的高温侧直接被废气流过和/或穿流，以便于实现在TEG的高温侧与低温侧之间尽可能高的温差。
依照根据本发明的驱动单元的优选的设计形式可设置成，第一热交换装置和TEG集成地构造在热交换单元中。由此可实现驱动单元的尽可能紧凑的设计方案。
对于这样的集成的设计方案而言尤其可设置成，在热交换单元中布置有在一方面设置用于以废气穿流的废气通道与另一方面TEG的高温侧之间的第一热交换装置的设置用于以工作介质穿流的工作介质通道。流动到工作介质通道中的工作介质可由此用作用于TEG的高温侧的热蒸汽，由此可保护其免于废气的可对于其耐久性有害的临时的温度峰值。
以结构上有利的方式可如此构造这样的热交换单元，使得工作介质通道周缘侧地包围废气通道，并且热电发电机的高温侧周缘侧地包围或限制工作介质通道。此外优选地于是还可设置成，低温侧且尤其其设置用于以冷却介质穿流的冷却通道周缘侧地包围TEG的高温侧。
根据本发明的机动车尤其可以是基于轮的且不是与轨道相关的机动车、优选地是乘用车或载重车。在此，机动车的根据本发明的驱动单元的燃烧动力机器可至少优选地设置用于直接或间接地提供用于机动车的行驶驱动功率。
附图说明
接下来根据附图中示出的设计示例更详细阐述本发明。附图分别以简化的图示示出：
图1显示了带有根据本发明的驱动单元的机动车；
图2显示了根据第一设计形式的根据本发明的驱动单元；
图3显示了根据第二设计形式的根据本发明的驱动单元；
图4显示了根据第三设计形式的根据本发明的驱动单元；
图5显示了根据第四设计形式的根据本发明的驱动单元；以及
图6显示了穿过用于根据图5的驱动单元的热交换单元的横截面。
附图标记清单
1驱动单元
2内燃机
3内燃机的燃烧室
4废气管路
5第一热交换装置
6膨胀装置
7发电机
8第二热交换装置
9泵
10工作介质
11冷却介质
12冷却系统
13热电发电机(TEG)
14热电发电机的高温侧
15热电发电机的低温侧
16冷却剂
17至TEG的旁路
18控制阀
19废气
20热交换单元
21第一热交换装置的工作介质通道
22第一热交换装置的废气通道
23热元件
24冷却剂通道。
具体实施方式
图1显示了带有根据本发明的驱动单元的(根据本发明的)机动车。该驱动单元1可例如根据在图2至5中示出的设计形式中的一个来构造。
在图2至5中示出的驱动单元1包括相应带有例如构造成柴油或汽油发动机的内燃机2的燃烧动力机器。在内燃机2中构造有一个或多个燃烧室3，在其中在内燃机2的运行中燃烧带有燃料的新鲜气体(空气)。新鲜气体在此经由未示出的新鲜气体管路被输送给内燃机2。在燃烧带有燃料的新鲜气体的情况中形成的废气经由废气管路4被从内燃机2导出并且被导入到周围环境中。在此，废气穿流循环过程装置的第一热交换装置5，其具体设计成蒸汽循环过程装置。
第一热交换装置5一方面被废气且另一方面(彼此独立地)被循环过程装置的工作介质10穿流，其中，实现从废气到工作介质上的热传递。该热传递导致工作介质10在实施成蒸发器的第一热交换装置5中的蒸发和过热。在顺行循环过程中可紧接着使过热的蒸汽在膨胀装置6中膨胀，其中，产生机械功率。其又可用于借助于发电机7产生电能。在循环过程装置的充当冷凝器的第二热交换装置8中，紧接着将工作介质10冷却并且又转化成液体态。循环过程装置的泵9负责用于液态的工作介质10至第一热交换装置(蒸发器)5的重新输送，以便于结束工作介质10在循环过程装置中的循环。
第二热交换装置(冷凝器)8除了工作介质10外还(彼此独立地)被冷却介质11、例如被在燃烧动力机器的冷却系统12的发动机冷却循环中流动的冷却液体穿流。其中，在借助于循环过程装置进行循环过程期间实现工作介质10到冷却介质11上的热传递。
根据图2至5的驱动单元分别还包括热电发电机(TEG)13，其如此集成到循环过程装置中，使得工作介质10还经由其被引导。实现这以便借助于在工作介质10与要么热电发电机13的高温侧14要么低温侧15之间的热传递影响或产生并且维持热电发电机13的这些侧之间的温差。由此可借助于TEG 13产生电气有效功率，其例如可馈入到驱动单元的电气网络中或到包括驱动单元的机动车的电气网络中。TEG 13到相应的循环过程装置中的集成的具体形式在根据图2至5的驱动单元1的情形中不同。
在根据图2的驱动单元1的情况中设置成，工作介质10经由TEG 13的高温侧14被引导。在此，TEG 13或其高温侧14关于循环过程装置中的工作介质10的所设置的流动方向布置在膨胀装置6的下游和第二热交换装置(冷凝器)8的上游。除了利用循环过程装置的废热来借助于TEG 13产生电气有效功率之外，该布置方案还具有如下优点，即TEG 13将紧接着待输送给第二热交换装置(冷凝器)8的工作介质10预冷并且由此辅助工作介质10在第二热交换装置(冷凝器)8中的冷凝。这于是当用于冷却在第二热交换装置(冷凝器)8中的工作介质10的冷却介质是在燃烧动力机器的冷却系统12的发动机冷却循环中流动且由此常常具有相对高的流体温度(这可伴随有该第二热交换装置(冷凝器)8的相对少的冷却功率)的冷却液体时可尤其有利。
穿流和/或环流TEG 13的低温侧15的冷却剂16可优选地是与冷却系统12的冷却液体不同的冷却剂16，例如是有针对性地用于冷却TEG 13的低温侧15而输送的周围环境空气。该冷却剂16可由此以有利的方式具有相对于冷却系统12的冷却液体相对低的流体温度，这可引起在TEG 13的高温侧14与低温侧15之间的尽可能大的温差，且由此可引起借助于TEG 13可产生的尽可能大的电气有效功率。
在图3中示出的驱动单元1与根据图2的那个区别仅在于TEG 13的布置方案。在该情况中，TEG 13的又被循环过程装置的工作介质10穿流的高温侧14关于工作介质10的流动方向布置在第一热交换装置(蒸发器)5的下游和膨胀装置6的上游。该布置方案一方面具有的优点是，通过TEG 13的高温侧14引导的工作介质10具有相对高的温度，其引起在TEG 13的高温侧14与低温侧15之间的相应高的温差且因此由其引起可借助于TEG 13产生的相应高的有效功率。此外可通过TEG 13的该布置方案实现的是，在工作介质10达到膨胀装置6之前，借助于TEG 13来降低由例如来自带有高且尤其最大负载和转速的内燃机2的运行产生的相应高的废气热供应的工作介质10的临时相对高的温度。当膨胀装置6关于尽可能高的效率在更确切地说平均的废气热供应的情况中设计时，这可尤其有利。膨胀装置6或整个循环过程装置的这样的设计可以是有利的，因为设置用于驱动机动车的内燃机通常大多时间以部分负载运行来使用，从而可有意义的是，如此设计循环过程装置，使得其在这样的部分负载运行中提供的废气热供应的情况下实现尽可能高的效率。
尤其在根据图3的该驱动单元1的情况中可有意义的是，通过如下方式临时至少部分防止TEG 13的高压侧14的穿流，即工作介质10至少部分经由旁路17被引导至TEG 13。这可借助于相应的控制阀18来调整。由此可按需控制在TEG 13中用于产生电气有效功率且由此不再提供用于使用在膨胀装置6中的工作介质10的热能的量。
穿流和/或环流TEG 13的低温侧的冷却剂16又可以优选地是与冷却系统12的冷却液体不同的冷却剂16，例如有针对性地输送的周围环境空气。该冷却剂16可以有利的方式具有相对于冷却系统12的冷却液体相对更低的流体温度，这可引起在高温侧14与低温侧15之间尽可能大的温差，且由此可引起借助于TEG 13可产生的尽可能大的电气有效功率。
在根据图4的驱动单元1的情况中，循环过程装置的工作介质10经由TEG 13的低温侧15来引导。TEG 13的高温侧14相反地直接被废气19穿流和/或环流。这在废气19穿流循环过程装置的第一热交换装置(蒸发器)5之前实现。这一方面引起TEG 13的高温侧14上的相对高的温度，且由此引起在高温侧14与低温侧15之间的相应高的温差。借助于TEG 13可实现的有效功率(Nutzleistung，有时称为使用功率)可因此相应地是高的。同时，在工作介质10进入到循环过程装置的第一热交换装置(蒸发器)5之前，在TEG 13的低温侧15中传递到工作介质10上的热能可以有利的方式用于预热工作介质10。相应地根据图4设置成，TEG 13或其低温侧15在第二热交换装置(冷凝器)8的下游和第一热交换装置(蒸发器)5的上游的布置方案中集成到循环过程装置的循环中。
在根据图5的驱动单元的情况中，在热交换单元20中设置TEG 13和循环过程装置的第一热交换装置(蒸发器)5的集成的构造，在其中第一热交换装置(蒸发器)5的设置用于以工作介质10穿流的工作介质通道21布置在一方面设置用于以废气19穿流的废气通道22与另一方面TEG 13的高温侧14之间。具体地，可为此根据图6设置成，废气通道22被环形的工作介质通道21周缘侧地包围。工作介质通道21在此外侧地或周缘侧地被TEG 13的高温侧14限制。高温侧14又周缘侧地被TEG 13的低温侧15包围，其中，用于构造热电偶串联的多个热元件23结构上连接TEG 13的高温侧14与低温侧15。TEG的低温侧15能够可选地包括冷却剂通道24，其同样可环形地构造并且用于冷却TEG 13的低温侧15的冷却剂16可引导穿过其。
在根据图5的驱动单元1的情况中穿流和/或环流TEG 13的低温侧15的冷却剂16又可以优选地是与冷却系统12的冷却液体不同的冷却剂16，例如有针对性地输送的周围环境空气。

Claims (10)

1.一种用于机动车的驱动单元(1)，带有
- 燃烧动力机器，其包括内燃机(2)以及废气管路(4)，经由其可将废气(19)从所述内燃机(2)导出，
- 用于在热动力循环过程中将所述废气(19)的热能转换成机械功的循环过程装置，其中，工作介质(10)关于其流动方向
- 穿流第一热交换装置(5)，在其中实现所述废气(19)到所述工作介质(10)上的热传递，
- 紧接着穿流膨胀装置(6)，在其中实现所述工作介质(10)的膨胀和在此实现所述机械功的产生，并且
-紧接着穿流第二热交换装置(8)，在其中实现从所述工作介质(10)到冷却介质(11)上的热传递，
- 热电发电机(13)，其在高温侧(14)和低温侧(15)之间的温差的情况下提供电压，
其特征在于，还可经由所述热电发电机(13)的高温侧(14)引导所述循环过程装置的工作介质(10)，其中所述热电发电机(13)的低温侧(15)的冷却借助于与所述工作介质(10)不同的冷却剂进行。
2.根据权利要求1所述的驱动单元(1)，其特征在于，所述冷却介质(11)是所述燃烧动力机器的冷却系统(12)的冷却液体。
3.根据前述权利要求中任一项所述的驱动单元(1)，其特征在于对于所述工作介质(10)的旁路(17)以用于按需旁绕所述热电发电机(13)。
4.根据权利要求1或2所述的驱动单元(1)，其特征在于，所述热电发电机(13)关于所述工作介质(10)的流动方向布置在所述膨胀装置(6)的下游和所述第二热交换装置(8)的上游。
5.根据权利要求1或2所述的驱动单元(1)，其特征在于，所述热电发电机(13)关于所述工作介质(10)的流动方向布置在所述第一热交换装置(5)的下游和所述膨胀装置(6)的上游。
6.根据权利要求1或2所述的驱动单元(1)，其特征在于，所述第一热交换装置(5)和所述热电发电机(13)集成地构造在热交换单元(20)中。
7.根据权利要求6所述的驱动单元(1)，其特征在于，在所述热交换单元(20)中在一方面设置用于以所述废气(19)穿流的废气通道(22)与另一方面所述热电发电机(13)的高温侧(14)之间布置有所述第一热交换装置(5)的设置用于以所述工作介质(10)穿流的工作介质通道(21)。
8.根据权利要求7所述的驱动单元(1)，其特征在于，所述工作介质通道(21)周缘侧地包围所述废气通道(22)，并且所述热电发电机(13)的高温侧(14)周缘侧地包围所述工作介质通道(21)。
9.根据权利要求8的驱动单元(1)，其特征在于，所述低温侧(15)周缘侧地包围所述热电发电机(13)的高温侧(14)。
10.一种带有根据前述权利要求中任一项所述的驱动单元(1)的机动车。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60119305A (ja) * 1983-11-30 1985-06-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 熱電変換・有機媒体サイクル複合発電装置
CN102016257A (zh) * 2008-05-15 2011-04-13 宝马股份公司 用于内燃机的排气系统
DE102010048888A1 (de) * 2010-10-19 2012-04-19 Daimler Ag Abwärmenutzungsvorrichtung
CN102444439A (zh) * 2011-11-14 2012-05-09 天津大学 发动机余热回收热力循环系统装置
EP2664886A2 (de) * 2012-05-18 2013-11-20 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Wärmetauscher
CN103460419A (zh) * 2010-11-05 2013-12-18 马克卡车公司 发动机流体的热电回收和珀尔帖加热
JP2014001631A (ja) * 2012-06-14 2014-01-09 National Maritime Research Institute 排熱回収熱電発電システム、及び排熱回収熱電発電システムを搭載した船舶

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6598405B2 (en) * 2001-02-09 2003-07-29 Bsst Llc Thermoelectric power generation utilizing convective heat flow
WO2006066347A1 (en) * 2004-12-24 2006-06-29 Renewable Energy Systems Limited Methods and apparatus for power generation
US7608777B2 (en) * 2005-06-28 2009-10-27 Bsst, Llc Thermoelectric power generator with intermediate loop
DE102008019160A1 (de) 2008-04-17 2009-10-22 Daimler Ag Kraftfahrzeug
DE102009020421B4 (de) 2009-05-08 2019-08-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Antriebssystem für ein Fahrzeug
BR112012001520A2 (pt) * 2009-07-24 2019-09-24 Bsst Llc sistema de geração de energia, conversor catalístico e métodos para fabricar sistema de geração de energia de base termoelétrica e pára gerar energia elétrica.
FR2959272B1 (fr) * 2010-04-22 2013-07-05 Inst Francais Du Petrole Circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine et procede utilisant un tel circuit
CN103109046B (zh) 2010-07-14 2015-08-19 马克卡车公司 具有局部回收的废热回收系统
DE102010038314A1 (de) * 2010-07-23 2012-01-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Antriebssystem für ein Fahrzeug
DE102010048887A1 (de) * 2010-10-19 2012-04-19 Daimler Ag Abwärmenutzungsvorrichtung
DE102012206085B4 (de) 2012-04-13 2013-11-21 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Wärmetauscher
DE102013009912A1 (de) 2013-06-13 2014-12-18 Daimler Ag Verfahren zur Rückgewinnung von Verlustwärme einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs
DE102014001819B4 (de) * 2014-02-13 2018-12-13 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Abwärmerekuperationssystem und Abwärmerekuperationsverfahren
DE102014015457A1 (de) 2014-10-18 2016-04-21 Man Truck & Bus Ag Kühlsystem für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug
US10082059B2 (en) * 2015-09-17 2018-09-25 Borla Performance Industries, Inc. Recovery of electrical energy and water from exhaust gas
KR20170076220A (ko) 2015-12-24 2017-07-04 (주)에이치티알디 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60119305A (ja) * 1983-11-30 1985-06-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 熱電変換・有機媒体サイクル複合発電装置
CN102016257A (zh) * 2008-05-15 2011-04-13 宝马股份公司 用于内燃机的排气系统
DE102010048888A1 (de) * 2010-10-19 2012-04-19 Daimler Ag Abwärmenutzungsvorrichtung
CN103460419A (zh) * 2010-11-05 2013-12-18 马克卡车公司 发动机流体的热电回收和珀尔帖加热
CN102444439A (zh) * 2011-11-14 2012-05-09 天津大学 发动机余热回收热力循环系统装置
EP2664886A2 (de) * 2012-05-18 2013-11-20 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Wärmetauscher
JP2014001631A (ja) * 2012-06-14 2014-01-09 National Maritime Research Institute 排熱回収熱電発電システム、及び排熱回収熱電発電システムを搭載した船舶

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