DE102008061026B4

DE102008061026B4 - Fahrzeug und Verfahren zum selektiven Absorbieren von Abwärme von Abgasen

Info

Publication number: DE102008061026B4
Application number: DE102008061026.7A
Authority: DE
Inventors: Gregory A. Major
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2028-12-09
Also published as: DE102008061026A1; CN101457684A; US7921640B2; CN101457684B; US20090151342A1

Abstract

Fahrzeug (20) umfassend: eine Brennkraftmaschine (222); eine Brennkraftmaschinenabgasanlage (50), die mit der Brennkraftmaschine (222) in Wirkeingriff steht, um Abgas entlang eines Hauptabgasströmpfads (65) weg von der Brennkraftmaschine (222) zu leiten, wobei die Brennkraftmaschinenabgasanlage (50) ein dafür ausgelegtes mittleres Rohr (256) umfasst, Abgase entlang des Hauptströmpfads (65) zu leiten; einen Abgaswärmerückgewinnungswärmetauscher (240) mit einer abgedichteten Unterdruckkammer (70), die eine Innenwand (76) und eine Außenwand (74), ein in der Kammer (70) angebrachtes Hydridpellet (82) und ein Heizelement (86) umfasst, das mit dem Hydridpellet (82) in Wirkeingriff steht und das elektrische Leitungen (284) umfasst, die sich von der Unterdruckkammer (70) erstrecken; einer Abgaskammer (78) in der Innenwand (76), die einen Teil des Hauptabgasströmpfads (65) bildet; einem Gehäuse (66), das die Außenwand (74) umgibt und eine Kammer (68) für Wärme aufnehmendes Medium zwischen dem Gehäuse (66) und der Außenwand (74), einen dafür ausgelegten Einlass (36), ein Wärme aufnehmendes Medium in die Kammer (68) für Wärme aufnehmendes Medium aufzunehmen und zu leiten, und einen dafür ausgelegten Auslass (43), das Wärme aufnehmende Medium von der Kammer (68) für Wärme aufnehmendes Medium aufzunehmen und zu leiten, festlegt; und eine zwischen dem Auslass (43) und einer Turbine (296) angeschlossene Leitung (242), um dadurch das Wärme aufnehmende Medium zu der Turbine (296) zu leiten, wobei die Turbine (296) treibend mit einem Generator (297) verbunden ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Abwärmerückgewinnung und die Verwendung zurückgewonnener Abwärme aus einem Fluid, beispielsweise dem Abgas einer Fahrzeugbrennkraftmaschine, und insbesondere ein Fahrzeug und ein Verfahren zum selektiven Absorbieren von Abwärme von Abgasen.
Bei Betreiben einer Brennkraftmaschine geht ein signifikanter Anteil der Energie aus der Verbrennung als Wärme in den an die Atmosphäre ausgestoßenen Abgases verloren. Manche haben Systeme zum Rückgewinnen von Abgasabwärme in Fahrzeugen vorgeschlagen, beispielsweise das Übertragen von Abgaswärme auf Brennkraftmaschinenkühlmittel. Es kann jedoch bestimmte Betriebsbedingungen geben, bei denen dies nicht erwünscht ist. Zum Beispiel kann die Wärmeübertragung unerwünscht sein, wenn eine zusätzliche Wärmeübertragung ein Sieden der Flüssigkeit bewirken kann, in welchem Fall das Antriebsstrangkühlsystem eine höhere Kapazität (einen größeren Kühler und ein größeres Gebläse) aufweisen müsste, um dies zu verhindern.
Demgemäß haben manche Fahrzeugsysteme zum Ermöglichen einer selektiven Übertragung von Wärme von den Abgasen auf das Brennkraftmaschinenkühlmittel vorgeschlagen. Zum Beispiel umfassen manche Fahrzeugabgasanlagen Umgehungsrohre, die parallel zu einem Teil des Hauptabgasstroms verlaufen, mit Durchflussregelventilen in der Abgasanlage zum Lenken des Durchflusses. Die Durchflussregelventile leiten selektiv Abgas von dem Hauptabgasstrom durch die separaten Umgehungsrohre, die parallel zu dem Hauptgasstrom verlaufen, um und nach Leiten durch einen Wärmetauscher zurück in den Hauptabgasstrom. Der Wärmetauscher in den Umgehungsrohren überträgt Wärme von den Abgasen auf das Brennkraftmaschinenkühlmittel, das durch den Wärmetauscher geleitet wird. Auf diese Weise kann bei Bedarf Wärme auf das Brennkraftmaschinenkühlmittel übertragen werden. Wenn keine Wärmeübertragung von dem Abgas erwünscht ist, werden die Ventile betätigt, um das Abgas direkt durch die Abgasanlage zu leiten, wobei sie die Umgehungsrohre und den Wärmetauscher umgehen. Solche Systeme erfordern aber zusätzlichen Unterbringungsraum für Umgehungsrohre und Wärmetauscher sowie Ventile (und Aktoren für die Ventile) zum Umleiten des Stroms. Zudem können durch Umlenken der Abgase unerwünschte Druckabfallschwankungen in der Abgasanlage oder unerwünschte Änderungen des Abgasgegendrucks bei Wechseln von einem Strömpfad zu einem anderen auftreten.
Eine herkömmliche Abgaswärmerückgewinngungs-Wärmetauscheranordnung ist aus der Druckschrift US 5 477 676 A bekannt. Die Druckschriften US 6 128 898 A , US 6 875 407 B1 und DE 101 11 787 A1 beschreiben die Verwendung von Hydridpellets im Zusammenhang mit Abgasanlagen. Aus der Druckschrift DE 10 2005 005 077 A1 ist ein thermoelektrischer Generator für eine Brennkraftmaschine bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug zu schaffen, aus dessen Abgaswärme schaltbar elektrische Energie gewonnen werden kann. Ferner soll ein entsprechendes Verfahren angegeben werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschinenabgasanlage, die mit der Brennkraftmaschine in Wirkeingriff steht, um Abgase entlang eins Hauptabgasströmpfads weg von der Brennkraftmaschine zu leiten. Die Brennkraftmaschinenabgasanlage umfasst ein mittleres Rohr, das zum Leiten von Abgasen entlang des Hauptströmpfads ausgelegt ist. Das Fahrzeug umfasst auch einen Abgaswärmerückgewinnungswärmetauscher mit einer abgedichteten Unterdruckkammer, die eine Innenwand und eine Außenwand, ein in der Kammer angebrachtes Hydridpellet und ein Heizelement, das mit dem Hydridpellet in Wirkeingriff steht, umfasst. Elektrische Leitungen erstrecken sich von dem Heizelement aus der Unterdruckkammer heraus. Eine Abgaskammer in der Innenwand bildet einen Teil des Hauptabgasströmpfads. Ein Gehäuse umgibt die Außenwand, und eine Kammer für Wärme aufnehmendes Medium ist zwischen dem Gehäuse und der Außenwand festgelegt. Das Gehäuse weist einen zum Aufnehmen und Leiten eines Wärme aufnehmenden Mediums in die Kammer für Wärme aufnehmendes Medium ausgelegten Einlass sowie einen zum Aufnehmen und Leiten des Wärme aufnehmenden Mediums von der Kammer für Wärme aufnehmendes Medium ausgelegten Auslass auf. Zwischen dem Auslass und einer Turbine ist eine Leitung vorgesehen, um dadurch das Wärme aufnehmende Medium zu der Turbine zu leiten, wobei die Turbine treibend mit einem Generator verbunden ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum selektiven Absorbieren von Abwärme von Abgasen, die durch einen Hauptströmpfad einer Abgasanlage für ein eine Brennkraftmaschine aufweisendes Fahrzeug strömen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

(a) Betreiben der Brennkraftmaschine, wodurch Abgase veranlasst werden, durch eine Abgaskammer entlang des Hauptströmpfads zu strömen;
(b) Strömenlassen eines Wärme aufnehmenden Mediums durch eine Kammer für Wärme aufnehmendes Medium, die die Abgaskammer umgibt;
(c) Vorsehen einer abgedichteten Unterdruckkammer zwischen der Wärme aufnehmenden Kammer und der Abgaskammer;
(d) Ermitteln, ob eine Wärmeübertragung von den Abgasen auf das Wärme aufnehmende Medium erwünscht ist;
(e) Anlegen eines elektrischen Stroms an einem Heizelement, das mit einem Hydridpellet in der Unterdruckkammer in Wirkeingriff steht, um dadurch Wasserstoff in der Unterdruckkammer freizusetzen, wenn ermittelt wird, dass eine Wärmeübertragung von den Abgasen auf das Wärme aufnehmende Medium erwünscht ist;
(f) Erwärmen des Wärme aufnehmenden Mediums auf eine Gasphase; und
(g) Leiten des Gases durch eine Turbine, wobei die Turbine treibend mit einem Generator verbunden ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Zeichnung eines Fahrzeugs mit einem Abgasabwärmerückgewinnungssystem.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils des Abgasabwärmerückgewinnungssystems.
3 ist eine schematische Querschnittansicht eines Abgaswärmerückgewinnungswärmetauschers.
4 ist eine schematische Schnittansicht eines Abgaswärmerückgewinnungswärmetauschers nach einer zweiten Ausführungsform.
5 ist eine schematische Zeichnung eines Teils eines Abgasabwärmerückgewinnungssystems nach einer dritten Ausführungsform.
Es sei darauf hingewiesen, dass nur in 5 eine erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt ist.
Eingehende Beschreibung
Unter Bezug nun auf 1–3 wird ein Teil eines Fahrzeugs, das allgemein bei 20 angedeutet ist, gezeigt. Das Fahrzeug 20 umfasst eine Brennkraftmaschine 22 mit einem Brennkraftmaschinenkühlsystem 24, das eine Wasserpumpe 26, die brennkraftmaschinenbetrieben sein kann, zum Pumpen von Kühlmittel durch das System 24 umfasst. Ein Thermostat 28 ermöglicht das selektive Zulassen oder Sperren eines Kühlmittelstroms durch einen Kühler 30. Diese Komponenten können herkömmlich sein und werden daher hierin nicht näher erläutert.
Kühlmittel wird auch zum Vorsehen von Wärme in einer Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage (HVAC, kurz vom engl. Heating, Ventilation and Air Conditioning) 32 verwendet. Eine Kühlmittelleitung 34 leitet Kühlmittel von der Brennkraftmaschine 22 zu einem Kühlmitteleinlass 36 eines Abgaswärmerückgewinnungswärmetauschers 40. Eine optionale elektrische Pumpe 38 kann entlang der Kühlmittelleitung 34 angeordnet sein und kann zum Pumpen von Kühlmittel verwendet werden, wenn die Brennkraftmaschine ausgeschaltet ist. Eine solche elektrische Pumpe 38 kann zum Beispiel erwünscht sein, wenn das Fahrzeug ein Hybridelektrofahrzeug ist, das zu den Zeiten arbeitet, da die Brennkraftmaschine 22 ausgeschaltet ist. Eine zweite Kühlmittelleitung 42 leitet Kühlmittel von einem Kühlmittelauslass 43 des Wärmetauschers 40 zu einem Heizungswärmetauscher 44 in einem HVAC-Modul 46, und eine dritte Kühlmittelleitung 48 leitet Kühlmittel von dem Heizungswärmetauscher 44 zurück zum Brennkraftmaschinenkühlsystem 24.
Eine Brennkraftmaschinenabgasanlage 50 nimmt in herkömmlicher Weise Abgas von der Brennkraftmaschine 22 auf. Die Abgasanlage 50 umfasst ein Abgasrohr 52 stromaufwärts einer Abgasbehandlungsanordnung, beispielsweise eines Katalysators 54. Ein mittleres Abgasrohr 56 erstreckt sich stromabwärts von dem Katalysator 54. Das mittlere Abgasrohr 56 kann einen stromaufwärts befindlichen Teil, der sich von dem Katalysator 54 zu einem Abgaseinlass 60 an dem Wärmetauscher 40 erstreckt, sowie einen stromabwärts befindlichen Teil, der sich von einem Abgasauslass 62 zu einem Schalldämpfer 58 erstreckt, aufweisen. Oder das mittlere Abgasrohr 56 kann sich alternativ durch den Wärmetauscher 40 erstrecken und einen Teil desselben bilden, wobei es an einem stromabwärts befindlichen Ende an dem Schalldämpfer 58 anschließt. Ein Endrohr 64 kann sich von dem Schalldämpfer 58 erstrecken und das Abgas an die Atmosphäre leiten. Die Abgasanlage 50 kann andere herkömmliche Abgasanlagenkomponenten anstelle oder zusätzlich zu den in dieser Ausführungsform erläuterten herkömmlichen Abgaskomponenten umfassen. In jedem Fall ist der Wärmetauscher 40 entlang eines Hauptabgasströmpfads 65 angeordnet, durch den die Abgase strömen.
Der Abgaswärmerückgewinnungswärmetauscher 40 umfasst ein Gehäuse 66, das eine Außenwand einer Kammer zum Aufnehmen von Wärme von dem Abgas umgibt und bildet, beispielsweise einer Kühlmittelkammer 68. Der Kühlmitteleinlass 36 und der Kühlmittelauslass 43 leiten Kühlmittel in die Kühlmittelkammer 68 bzw. aus dieser heraus. Eine Innenwand der Kühlmittelkammer 68 ist durch eine Außenwand 74 einer Unterdruckkammer 70 gebildet. Kühlmittelwärmeübertragungsrippen 72 können sich von der Unterdruckkammer-Außenwand 74 nach außen erstrecken, um die Wärmeübertragungsfläche in der Kühlmittelkammer 68 zu vergrößern. Eine Innenwand 76 der Unterdruckkammer 70 legt eine Abgaskammer 78 fest (durch die der Hauptabgasströmpfad 65 verläuft). Die Innenwand 76 kann ein separater Teil des Wärmetauschers 40 sein oder alternativ, wenn sich das mittlere Abgasrohr 56 durch den Wärmetauscher 40 erstreckt, kann die Innenwand 76 durch das mittlere Abgasrohr 56 selbst gebildet sein. Abgaswärmeübertragungsrippen 80 erstrecken sich von der Innenwand 76 nach innen, um die Wärmeübertragungsfläche in der Abgaskammer 78 zu vergrößern.
In der Unterdruckkammer 70 ist mindestens ein Hydridpellet 82 angeordnet. Elektrische Leitungen 84 schließen an einen Widerstand 86 (oder ein anderes elektrisches Element, das Wärme erzeugt, wenn durch dieses elektrischer Strom geleitet wird) an. Die elektrischen Leitungen 84 verlaufen durch das Gehäuse 66 nach außen und sind mit einem Steuergerät 88 elektrisch verbunden. Das Steuergerät 88 kann eigenständig oder Teil eines anderen Fahrzeugsteuergeräts sein und führt den Leitungen 84 selektiv elektrischen Strom zu.
Nun wird die Arbeitsweise der Systeme in dem Fahrzeug 20 von 1–3 erläutert. Wenn unter Fahrzeugbetriebsbedingungen das Brennkraftmaschinenkühlmittel auf seine Betriebstemperatur erwärmt wird und die Brennkraftmaschine 22 läuft, ist der Thermostat 28 offen und die Wasserpumpe 26 pumpt Kühlmittel durch den Kühler 30 und den Heizungswärmetauscher 44. Wenn ein Beheizen eines (nicht dargestellten) Fahrzeuginnenraums gefordert wird, dann leitet das HVAC-Modul 46 Luftstrom durch den Heizungswärmetauscher 44. Natürlich strömen die Abgase von der Brennkraftmaschine 22 durch die Abgasanlage 50 und aus dem Endrohr 64 heraus an die Atmosphäre. In diesem Zustand schickt das Steuergerät 88 keinen elektrischen Strom durch die Leitungen 84. Ohne elektrischen Strom zu den Leitungen 84 hält das Hydridpellet 82 seinen Wasserstoff zurück, was den Unterdruck in der Unterdruckkammer 70 als Isolator wirken lässt. Folglich liegt keine oder wenig Wärmeübertragung von den Abgasen auf das Kühlmittel vor.
Wenn das Brennkraftmaschinenkühlmittel dagegen kalt ist und die Brennkraftmaschine läuft, ist der Thermostat 28 geschlossen und das Steuergerät 88 schickt elektrischen Strom durch die Leitungen 84 (und somit den Widerstand 86). Bei geschlossenem Thermostat strömt das Kühlmittel nicht durch den Kühler 30, um das bereits kalte Kühlmittel zu kühlen. Ferner bewirkt die in dem Widerstand 86 erzeugte Wärme, dass das Hydridpellet Wasserstoff in die Unterdruckkammer 70 freisetzt, was die Unterdruckkammer 70 von einem Wärmeisolator zu einem Wärmeleiter werden lässt. Wärme in den durch die Abgaskammer 78 strömenden Abgasen überträgt sich durch die Unterdruckkammer 70 und in das Kühlmittel in der Kühlmittelkammer 68. Die Kühlmittelwärmeübertragungsrippen 72 und die Abgaswärmeübertragungsrippen 80 sehen eine größere Fläche zum Steigern der Geschwindigkeit der Wärmeübertragung von dem Abgas auf das Kühlmittel vor. Das von dem Abgaswärmerückgewinnungswärmetauscher 40 strömende Kühlmittel ist wärmer, wenn es in den Heizungswärmetauscher 44 strömt, was ein schnelleres Erwärmen des Fahrzeuginnenraums ermöglicht. Ferner strömt das wärmere Kühlmittel von dem Heizungswärmetauscher 44 zurück zur Brennkraftmaschine 22, was auch ein schnelleres Erwärmen der Brennkraftmaschine ermöglicht. Sobald das Kühlmittel eine Solltemperatur erreicht, unterbricht das Steuergerät 88 den elektrischen Strom zu den Leitungen 84, was bewirkt, dass das Hydridpellet 82 den Wasserstoff aus der Unterdruckkammer 70 zurückabsorbiert, was die Unterdruckkammer 70 erneut zu einem Isolator macht.
Man wird bemerken, dass sich unter beiden erläuterten Betriebszuständen der Strömpfad und der Gegendruck für das Brennkraftmaschinenabgas nicht ändern – die Abgase strömen unabhängig von dem Betriebszustand entlang des gleichen Hauptabgasströmpfads 65 durch den Wärmetauscher 40. Zudem gibt es keine sich bewegenden Teile (keine Ventile etc.), die zum Umschalten zwischen einem Wärmeübertragungszustand und einem Nichtwärmeübertragungszustand eingesetzt werden.
Die optionale elektrische Pumpe 38 kann eingesetzt werden, wenn das Kühlmittel erwärmt ist und das Fahrzeug 20 ohne Betreiben der Brennkraftmaschine 22 läuft (was bei Hybridfahrzeugen der Fall sein kann). In diesem Fall kann die elektrische Pumpe 38 ein Kühlmittelpumpen durch den Heizungswärmetauscher 44 aufrechterhalten, um dem Fahrzeuginnenraum Wärme zu liefern. Der elektrische Strom zu den Leitungen 84 kann abgeschaltet bleiben, da kein Abgas durch die Abgasanlage 50 strömt.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform. Da diese Ausführungsform der ersten ähnlich ist, werden ähnliche Bezugszeichen für ähnliche Elemente verwendet, jedoch unter Einsatz von Ziffern aus der 100-Reihe.
In dieser Ausführungsform bildet das mittlere Abgasrohr 156 die Innenwand 176 der Unterdruckkammer 170 oder schließt an diese an, um die Abgaskammer 178 zwischen dem Abgaseinlass 160 und dem Abgasauslass 162 des Abgaswärmerückführungswärmetauschers 140 zu bilden. Die Unterdruckkammer 170 ist zwischen der Innenwand 176 und der Außenwand 174 ausgebildet, wobei das Hydridpellet 182 darin angebracht und mit elektrischen Leitungen 184 verbunden ist. Das Gehäuse 166 bildet zwischen dem Kühlmitteleinlass 136 und dem Kühlmittelauslass 143 eine Außenwand einer Kühlmittelkammer 168, mit Kühlmittelwärmeübertragungsrippen 172 zum Vergrößern der Fläche für die Wärmeübertragung.
Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform umfasst diese Ausführungsform Komponenten zwischen der Außenwand 174 der Unterdruckkammer 170 und einer Innenwand 190 der Kühlmittelkammer 168. Thermoelektrische Vorrichtungen 191 wechseln mit Taschen aus Isoliermaterial 192 und elektrischen Hochtemperaturleitern 193 in Isoliervergussmaterial 194 ab, um eine elektrische Leistung erzeugende Anordnung 195 zu schaffen. Das Isoliervergussmaterial 194 trägt dazu bei, die elektrischen Leiter 193 vor der Wärme zu schützen, während die Isolierung genutzt werden kann, um die Wärmeübertragung direkt auf das Kühlmittel (statt durch die thermoelektrischen Vorrichtungen 191) zu verringern. Die thermoelektrischen Vorrichtungen 191 sind so ausgerichtet, dass ihre heißen Seiten der Abgaskammer 178 zugewandt sind und ihre kalten Seiten der Kühlmittelkammer 168 zugewandt sind.
Ist keine Wärmeübertragung von den Abgasen erwünscht, ist der Betrieb der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Den elektrischen Leitungen 184 wird kein elektrischer Strom zugeführt, so dass das Hydridpellet 182 den Wasserstoff zurückhält, was die Unterdruckkammer 170 als Isolator wirken lässt. Wenn ferner Wärmeübertragung erwünscht ist, wird elektrischer Strom durch die Leitungen 184 geführt, was den (in dieser Ausführungsform nicht gezeigten) Widerstand erwärmt, was das Hydridpellet 182 veranlasst, Wasserstoff in die Unterdruckkammer 170 freizusetzen. Wenn die Unterdruckkammer 170 mit Wasserstoff gefüllt ist, überträgt sich Wärme problemlos von dem durch die Abgaskammer 178 strömenden Abgas durch die Unterdruckkammer 170, die thermoelektrischen Vorrichtungen 191 und in das durch die Kühlmittelkammer 168 strömende Kühlmittel. Wenn die Wärme durch die thermoelektrischen Vorrichtungen 191 tritt, wird Elektrizität erzeugt. Somit umfasst diese Ausführungsform zusätzlich zu dem in der ersten Ausführungsform erläuterten Kühlmittelaufheizen Elektrizitätserzeugung. In dieser Ausführungsform wird die Unterdruckkammer 170 zum Beschränken der Wärmeübertragung auf die thermoelektrischen Vorrichtungen 191 verwendet, um sicherzustellen, dass diese nicht größer ist, als die thermoelektrischen Vorrichtungen 191 bewältigen können.
5 stellt eine dritte Ausführungsform dar. Da diese Ausführungsform der ersten ähnlich ist, werden ähnliche Bezugszeichen für ähnliche Elemente verwendet, jedoch unter Einsatz von Ziffern aus der 200-Reihe. Die in dieser Ausführungsform erläuterten Elemente können in einem Fahrzeug oder in einer stationären Anlage verwendet werden.
In dieser Ausführungsform erzeugt eine Anordnung 222, die heiße Verlustfluide erzeugt, beispielsweise eine Brennkraftmaschine, die heißen Fluide, beispielsweise Abgase, die durch das Rohr 252, eine optionale Abgasbehandlungsanordnung 254 (oder andere Fluidbehandlungsanordnung), ein mittleres Rohr 256, einen Abgaswärmerückgewinnungswärmetauscher 240 und einen optionalen Schalldämpfer 258 sowie ein Endrohr 264 (falls für eine Brennkraftmaschinen-Abgasanlage) geleitet werden. Alternativ kann die Anordnung 222 zum Beispiel Brennstoffzellen sein. In dieser Ausführungsform kann die in den Wärmetauscher 240 führende Leitung 234 Wasser oder Kältemittel (oder ein anderes Wärme absorbierendes Fluid) befördern, das dann durch die zweite Leitung 242 zu einer durch das heiße Fluid angetriebenen Maschine 296, beispielsweise einer Turbine, geleitet wird. Die Turbine 296 (oder andere Vorrichtung) kann mit einer zweiten Maschine 297 verbunden sein, beispielsweise mittels einer Abtriebswelle 298 mit einem Generator. Ein Steuergerät 288 wird noch zum Zuführen elektrischen Stroms zu den elektrischen Leitungen 284, die noch mit dem (in dieser Ausführungsform nicht gezeigten) Hydridpellet in der (in dieser Ausführungsform nicht gezeigten) Unterdruckkammer verbunden sind, genutzt. Eine Pumpe 238 pumpt Fluid durch den Wärmetauscher 240.
Das Anlegen und Entfernen von elektrischem Strom zu dem Hydridpellet steuert wiederum die Unterdruckkammer, die als Isolator oder Wärmeübertragungsmedium wirkt. Wenn in dieser Ausführungsform die Maschine 296 eine Turbine ist, die Anordnung 22 eine Brennkraftmaschine ist und das Steuergerät 288 an den Leitungen 284 elektrischen Strom anlegt, kann die Wärmeübertragung von den Abgasen auf das Fluid zum Sieden des Fluids verwendet werden, das dann die Turbine 296 antreibt. Die Turbine 296 treibt dann mittels der Abtriebswelle 298 den Generator 297 an. Wenn dieses System in einem Fahrzeug verwendet wird, dann kann diese durch die Abwärme in den Abgasen erzeugte zusätzliche Elektrizität eine Verringerung der Größe des (nicht gezeigten) Fahrzeugdrehstromgenerators ermöglichen.
Als weitere Alternative kann die Abwärme in dem Abgas selektiv durch die Unterdruckkammer zum Erwärmen eines Mediums, das zum Beheizen einer Batterie in Hybridelektrofahrzeugen verwendet wird, übertragen werden, oder die Wärme kann selektiv auf Getriebeöl übertragen werden, um das Erwärmen und die Leistung eines (nicht gezeigten) Fahrzeuggetriebes zu verbessern.

Claims

Fahrzeug (20) umfassend: eine Brennkraftmaschine (222); eine Brennkraftmaschinenabgasanlage (50), die mit der Brennkraftmaschine (222) in Wirkeingriff steht, um Abgas entlang eines Hauptabgasströmpfads (65) weg von der Brennkraftmaschine (222) zu leiten, wobei die Brennkraftmaschinenabgasanlage (50) ein dafür ausgelegtes mittleres Rohr (256) umfasst, Abgase entlang des Hauptströmpfads (65) zu leiten; einen Abgaswärmerückgewinnungswärmetauscher (240) mit einer abgedichteten Unterdruckkammer (70), die eine Innenwand (76) und eine Außenwand (74), ein in der Kammer (70) angebrachtes Hydridpellet (82) und ein Heizelement (86) umfasst, das mit dem Hydridpellet (82) in Wirkeingriff steht und das elektrische Leitungen (284) umfasst, die sich von der Unterdruckkammer (70) erstrecken; einer Abgaskammer (78) in der Innenwand (76), die einen Teil des Hauptabgasströmpfads (65) bildet; einem Gehäuse (66), das die Außenwand (74) umgibt und eine Kammer (68) für Wärme aufnehmendes Medium zwischen dem Gehäuse (66) und der Außenwand (74), einen dafür ausgelegten Einlass (36), ein Wärme aufnehmendes Medium in die Kammer (68) für Wärme aufnehmendes Medium aufzunehmen und zu leiten, und einen dafür ausgelegten Auslass (43), das Wärme aufnehmende Medium von der Kammer (68) für Wärme aufnehmendes Medium aufzunehmen und zu leiten, festlegt; und eine zwischen dem Auslass (43) und einer Turbine (296) angeschlossene Leitung (242), um dadurch das Wärme aufnehmende Medium zu der Turbine (296) zu leiten, wobei die Turbine (296) treibend mit einem Generator (297) verbunden ist.
Verfahren zum selektiven Absorbieren von Abwärme von Abgasen, die durch einen Hauptströmpfad (65) einer Abgasanlage (50) für ein eine Brennkraftmaschine (222) aufweisendes Fahrzeug (20) strömen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Betreiben der Brennkraftmaschine (222), wodurch Abgase veranlasst werden, durch eine Abgaskammer (78) entlang des Hauptströmpfads (65) zu strömen; (b) Strömenlassen eines Wärme aufnehmenden Mediums durch eine Kammer (68) für Wärme aufnehmendes Medium, die die Abgaskammer (78) umgibt; (c) Vorsehen einer abgedichteten Unterdruckkammer (70) zwischen der Wärme aufnehmenden Kammer (68) und der Abgaskammer (78); (d) Ermitteln, ob eine Wärmeübertragung von den Abgasen auf das Wärme aufnehmende Medium erwünscht ist; (e) Anlegen eines elektrischen Stroms an einem Heizelement (86), das mit einem Hydridpellet (82) in der Unterdruckkammer (70) in Wirkeingriff steht, um dadurch Wasserstoff in der Unterdruckkammer (70) freizusetzen, wenn ermittelt wird, dass eine Wärmeübertragung von den Abgasen auf das Wärme aufnehmende Medium erwünscht ist; (f) Erwärmen des Wärme aufnehmenden Mediums auf eine Gasphase; und (g) Leiten des Gases durch eine Turbine (296), wobei die Turbine (296) treibend mit einem Generator (297) verbunden ist.