DE102009006254A1

DE102009006254A1 - Dissipated heat retrieving device for drive component of vehicle, has expansion device expanding working medium by converting thermal energy of working medium into mechanical energy, and condenser cooling and condensing working medium

Info

Publication number: DE102009006254A1
Application number: DE200910006254
Authority: DE
Inventors: Jan Dipl.-Ing. Gärtner; Thomas Dipl.-Ing. Koch; Dirk Dipl.-Ing. Limperich; Josef Martin Dipl.-Ing. Mercz
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-07-29

Abstract

The device (1) has a conveying unit (3) for compressing fluid working medium (A) in a fluid condition. A heat exchanger is provided for partial evaporation of the working medium by using dissipated heat. An expansion device (5) expands the working medium by converting thermal energy of the working medium into mechanical energy. A condenser (6) cools and condenses the working medium. The working medium does not contain fluoro chloro hydrocarbon, and exhibits carbon dioxide, tetrafluoropropene and trifluoromethyl iodide. An independent claim is also included for a method for retrieving dissipated heat of a drive component of a vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückgewinnung einer Verlustwärme in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Rückgewinnung einer Verlustwärme in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The The invention relates to a device for recovering a Loss of heat in a vehicle according to the The preamble of claim 1 and a method for recovery a loss of heat in a vehicle according to the Preamble of claim 7.

Aus der US 2006 010 872 A1 ist ein Verfahren zur Rückgewinnung einer Verlustwärme bekannt, bei welchem ein flüssiges Arbeitsmedium mittels einer Fördereinheit verdichtet, einem Wärmetauscher zugeführt und in diesem verdampft wird, wobei der Wärmetauscher thermisch mit einem die Verlustwärme erzeugenden Prozess, insbesondere einem Kühlkreislauf einer Brennstoffzelle, gekoppelt ist. Anschließend wird das dampfförmige Arbeitsmedium einer Expansionseinheit zugeführt, in welcher das dampfförmige Arbeitsmedium unter einer Wärmeabgabe entspannt wird und eine dabei abgegebene thermische Energie in eine mechanische Energie umgewandelt wird. In einem folgenden Schritt wird das entspannte dampfförmige Arbeitsmedium einem Kondensator zugeführt, in welchem das Arbeitsmedium kondensiert, so dass es wiederum dem Wärmetauscher zugeführt werden kann. Bei dem Arbeitsmedium handelt es sich insbesondere um ein organisches Clausius-Rankine-Kreisprozess-Arbeitsmedium, welches vorzugsweise Wasser, Silikone, Aliphatische Kohlenwasserstoffe, gesättigte Kohlenwasserstoffe, ungesättigte Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkene, Fluorkohlenwasserstoffe, Hydrofluorether, Perfluorether, Alkohole, Ketone, fluorierte Ketone, fluorierte Alkohole, Ester und/oder Phosphorsäureester ist.From the US 2006 010 872 A1 a method for recovering a heat loss is known in which a liquid working fluid is compressed by means of a conveyor unit, fed to a heat exchanger and evaporated therein, wherein the heat exchanger is thermally coupled to a loss heat generating process, in particular a cooling circuit of a fuel cell. Subsequently, the vaporous working medium is supplied to an expansion unit, in which the vaporous working medium is expanded under a heat release and a thereby emitted thermal energy is converted into a mechanical energy. In a subsequent step, the expanded vaporous working medium is fed to a condenser, in which the working medium condenses, so that it can in turn be fed to the heat exchanger. The working medium is in particular an organic Rankine cycle process working medium, which preferably comprises water, silicones, aliphatic hydrocarbons, saturated hydrocarbons, unsaturated hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, alkenes, fluorohydrocarbons, hydrofluoroethers, perfluoroethers, alcohols, ketones, fluorinated ketones , fluorinated alcohols, esters and / or phosphoric acid esters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Rückgewinnung einer Verlustwärme zumindest einer Antriebskomponente eines Fahrzeuges anzugeben.Of the Invention is based on the object, an improved method and an improved apparatus for recovering a Heat loss at least one drive component of a vehicle specify.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.Regarding The device according to the invention by the task the features specified in claim 1 and in terms of the method by the features specified in claim 7 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Rückgewinnung einer Verlustwärme zumindest einer Antriebskomponente eines Fahrzeuges umfasst eine Fördereinheit zur Verdichtung eines zumindest weitgehend flüssigen Arbeitsmediums in einem zumindest weitgehend flüssigen Aggregatzustand, einen Wärmetauscher zur zumindest teilweisen Verdampfung des Arbeitsmediums unter Ausnutzung der Verlustwärme, eine Expansionsvorrichtung zur Expansion des Arbeitsmediums unter Umwandlung einer thermischen Energie des Arbeitsmediums in eine mechanische Energie und einen Kondensator zur Abkühlung und/oder Kondensation des Arbeitsmediums. Erfindungsgemäß ist das Arbeitsmedium FCKW-frei und weist ein Kohlenstoffdioxid-Äquivalent von weniger als 150 auf, woraus sich eine besonders gute Umweltverträglichkeit ergibt.The Inventive device for recovery a loss of heat at least one drive component of a Vehicle comprises a conveyor unit for the compression of a at least largely liquid working medium in one at least largely liquid state of matter, a heat exchanger for at least partial evaporation of the working medium under utilization the waste heat, an expansion device for expansion of the working medium under conversion of a thermal energy of Working medium into a mechanical energy and a capacitor for cooling and / or condensation of the working medium. According to the invention, the working medium is CFC-free and has a carbon dioxide equivalent of less than 150, resulting in a particularly good environmental impact results.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Arbeitsmedium Tetrafluorpropen, ein Zweistoffgemisch aus Tetrafluorpropen und Trifluormethyliodid. Auch eignen sich die unter der Handelsbezeichnung bekannten Medien ”Geothermal Liquid 160” (GL160) und WL220 insbesondere zur Verwendung als Arbeitsmedium. Diese Arbeitsmedien zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad, insbesondere auch bei geringen Prozess-Temperaturen, aus und erfüllen gleichzeitig die Anforderung der FCKW-Freiheit und des geringen Kohlenstoffdioxid-Äquivalentes von weniger als 150.According to one preferred development of the invention Device is the working medium tetrafluoropropene, a binary mixture from tetrafluoropropene and trifluoromethyl iodide. Also suitable are the under the trade name known media "Geothermal Liquid 160 "(GL160) and WL220 especially for use as a working medium. These working media are characterized by a high efficiency, especially at low process temperatures, while fulfilling the requirement of CFC freedom and the low carbon dioxide equivalent of less than 150.

Bei der Antriebskomponente, deren Verlustwärme zur Verdampfung des Arbeitsmediums nutzbar ist, handelt es sich insbesondere um eine Verbrennungskraftmaschine, eine Brennstoffzelle und/oder einen Elektromotor.at the drive component, their heat loss for evaporation the working medium is used, it is in particular an internal combustion engine, a fuel cell and / or a Electric motor.

Die Verdampfung des Arbeitsmediums ist dabei in einfacher Art und Weise mittels des Wärmetauschers realisierbar, wobei dieser thermisch mit der Antriebskomponente selbst und/oder mit einem Kühlmittelkreislauf der Antriebskomponente gekoppelt ist. Somit ist die Verlustwärme zur Erzeugung der mechanischen Energie nutzbar und ein Gesamtwirkungsgrad der Antriebskomponente kann erhöht werden.The Evaporation of the working medium is in a simple manner realized by means of the heat exchanger, which thermally with the drive component itself and / or with a coolant circuit the drive component is coupled. Thus, the heat loss usable for generating the mechanical energy and an overall efficiency the drive component can be increased.

Mittels des Kühlmittelkreislaufes der Antriebskomponente ist bevorzugt eine Flüssigkeitsumlaufkühlung oder eine Verdampfungskühlung ausführbar.through the coolant circuit of the drive component is preferred a liquid circulation cooling or evaporative cooling executable.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Rückgewinnung einer Verlustwärme zumindest einer Antriebskomponente eines Fahrzeuges wird ein Arbeitsmedium in einen zumindest weitgehend flüssigen Aggregatzustand mittels einer Fördereinheit verdichtet, mittels eines Wärmetauschers unter Ausnutzung der Verlustwärme zumindest teilweise verdampft, mittels einer Expansionsvorrichtung unter Umwandlung einer thermischen Energie des Arbeitsmediums in eine mechanische Energie expandiert, mittels eines Kondensators abgekühlt und/oder kondensiert sowie in den flüssigen Aggregatzustand umgewandelt und an die Fördereinheit weitergeleitet wird. Erfindungsgemäß wird als Arbeitsmedium ein FCKW-freies Arbeitsmedium mit einem Kohlenstoffdioxid-Äquivalent von weniger als 150 verwendet, welches sich durch eine besonders gute Umweltverträglichkeit auszeichnet.In the method according to the invention for recovering a heat loss of at least one drive component of a vehicle, a working medium is compressed into an at least largely liquid state by means of a delivery unit, at least partially evaporated by means of a heat exchanger utilizing the heat loss, by means of an expansion device with conversion of thermal energy of the working medium into one mechanical energy expands, cooled by means of a capacitor and / or condensed and converted into the liquid state of matter and forwarded to the conveyor unit. According to the invention, a CFC-free working medium with a carbon dioxide equivalent of less than 150 is used as the working medium. which is characterized by a particularly good environmental impact.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Arbeitsmedium mittels der Expansionsvorrichtung derart expandiert, dass es nach der Expansion als Trockendampf vorliegt. Das heißt, das Arbeitsmedium weist nach der Expansion vollständig einen gasförmigen Aggregatzustand auf. Daraus resultiert in besonders vorteilhafter Weise eine sehr gute Bauteilverträglichkeit des Arbeitsmediums.According to one Particularly advantageous embodiment of the method, the working medium by means of the expansion device expands so that after expansion is present as dry steam. That is, the working medium has completely gaseous after expansion Physical state on. This results in a particularly advantageous Way a very good component compatibility of the working medium.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention will be described in more detail below with reference to drawings explained.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 schematisch ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Rückgewinnung einer Verlustwärme zumindest einer Antriebskomponente eines Fahrzeuges, und 1 schematically a circuit diagram of a device for recovering a heat loss of at least one drive component of a vehicle, and

2 schematisch ein Druck-Enthalpie-Diagramm eines Arbeitsmediums. 2 schematically a pressure-enthalpy diagram of a working medium.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.

1 stellt ein Schaltbild einer Vorrichtung 1 zur Rückgewinnung einer Verlustwärme zumindest einer Antriebskomponente 2 eines nicht näher dargestellten Fahrzeuges dar. 2 zeigt ein Druck-Enthalpie-Diagramm eines Arbeitsmediums A, in welchem ein Druck p des Arbeitsmediums A in Abhängigkeit von dessen Enthalpie h während eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses dargestellt ist. Im Folgenden werden die erfindungsgemäße Vorrichtung, das erfindungsgemäße Verfahren und vorteilhafte Weiterbildungen dieser anhand beider 1 und 2 näher erläutert. 1 provides a circuit diagram of a device 1 for recovering a heat loss of at least one drive component 2 a vehicle, not shown. 2 shows a pressure-enthalpy diagram of a working medium A, in which a pressure p of the working medium A is shown as a function of its enthalpy h during a Clausius-Rankine cycle. In the following, the device according to the invention, the method according to the invention and advantageous developments thereof will be described with reference to both 1 and 2 explained in more detail.

Die Vorrichtung ist zur Durchführung eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses vorgesehen. Dabei wird in dem dargestellten Kreislauf ein flüssiges Arbeitsmedium A mittels einer Fördereinheit 3, insbesondere einer Pumpe, unter einer adiabatischen, isentropen Druckerhöhung von einem ersten Druck p₁, dem Kondensationsdruck, und einer ersten Temperatur T₁ bis zur Einstellung eines zweiten Druckes p₂, dem Verdampfungsdruck, und einer zweiten Temperatur T₂ in einem flüssigen Aggregatzustand einem Wärmetauscher 4 zugeführt.The device is provided for performing a Rankine cycle. In this case, in the illustrated circuit, a liquid working fluid A by means of a conveyor unit 3 , in particular a pump, under an adiabatic, isentropic pressure increase of a first pressure p ₁ , the condensation pressure, and a first temperature T ₁ to set a second pressure p ₂ , the evaporation pressure, and a second temperature T ₂ in a liquid state of aggregation heat exchangers 4 fed.

Die zur Druckerhöhung vom ersten Druck p₁ auf den zweiten Druck p₂ erforderliche technische Arbeit (Kompressionsarbeit) ist vorzugsweise gering, wobei sich das Arbeitsmedium A einfach und mit geringen Verlusten komprimieren lässt, so dass ein hoher Wirkungsgrad der Vorrichtung realisierbar ist. Weiterhin ist das Arbeitsmedium A derart ausgebildet, dass es mittels der Fördereinheit 3 leicht förderbar ist.The technical work required for increasing the pressure from the first pressure p ₁ to the second pressure p ₂ (compression work) is preferably low, whereby the working medium A can be compressed easily and with low losses, so that a high efficiency of the device can be realized. Furthermore, the working medium A is designed such that it by means of the conveyor unit 3 is easily recoverable.

Der erste Druck p₁ wird dabei insbesondere so gewählt, dass das Arbeitsmedium A bei der Temperatur T₁ vollständig im flüssigen Aggregatzustand vorliegt, sich also im Druck-Enthalpie-Diagramm links der Siedelinie S befindet. Zudem ist der erste Druck p₁ vorzugsweise größer als 1 bar. Durch diese beiden Maßnahmen wird vermieden, dass das Arbeitsmedium A vor der Förderung als Nassdampf vorliegt, so dass daraus folgend Bauteilunverträglichkeiten vermieden werden.The first pressure p ₁ is chosen in particular so that the working medium A is completely in the liquid state of matter at the temperature T ₁ , that is in the pressure-enthalpy diagram left of the boiling line S. In addition, the first pressure p _{1 is} preferably greater than 1 bar. By these two measures it is avoided that the working medium A is present as a wet steam before the promotion, so that the following component incompatibilities are avoided.

In dem Wärmetauscher 4, auch Verdampfer genannt, wird das flüssige Arbeitsmedium A unter konstantem Druck p₂ derart bis zu einem Erreichen einer Siedetemperatur T_S erwärmt, dass es verdampft. Das entstehende dampfförmige Arbeitsmedium A wird vorzugsweise weiter auf eine Temperatur T₃ erwärmt, die über der Siedetemperatur T_S des Arbeitsmediums A liegt, um eine Wirkungsgradsteigerung der Vorrichtung 1 zu erreichen.In the heat exchanger 4 , Also called evaporator, the liquid working fluid A is heated under constant pressure p ₂ until reaching a boiling temperature T _S , that it evaporates. The resulting vaporous working medium A is preferably further heated to a temperature T ₃ which lies above the boiling temperature T _S of the working medium A, to an increase in efficiency of the device 1 to reach.

Der zur Verdampfung des Arbeitsmediums A erforderliche Druck p₂ weist hinsichtlich eines mindestgeforderten Druckverhältnisses von p₁/p₂ ≥ 3 in etwa ein Minimum von 4 bar auf, um eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Kreisprozesses, welcher mit zunehmendem Druckverhältnis p₁/p₂ ansteigt, zu erzielen.With regard to a minimum required pressure ratio of p ₁ / p ₂ ≥ 3, the pressure p ₂ required for the evaporation of the working medium A has approximately a minimum of 4 bar in order to improve the efficiency of the cyclic process, which increases with increasing pressure ratio p ₁ / p ₂ , to achieve.

Der Wärmetauscher 4 ist mit einem Kühlmittelkreislauf 2.1 der Antriebskomponente 2 thermisch gekoppelt, wobei die Antriebskomponente 2 eine Verlustwärme an ein in dem Kühlmittelkreislauf 2.1 geführtes Kühlmittel K abgibt. Dabei ist anhand des Kühlmittelkreislaufes 2.1 eine Flüssigkeitsumlaufkühlung oder eine Verdampfungskühlung ausführbar. Mittels des Wärmetauschers 4 wird dem Kühlmittel K die Wärme entzogen und dem Arbeitsmedium A zugeführt.The heat exchanger 4 is with a coolant circuit 2.1 the drive component 2 thermally coupled, wherein the drive component 2 a loss of heat to a in the coolant circuit 2.1 discharged coolant K releases. It is based on the coolant circuit 2.1 a liquid circulation cooling or evaporative cooling executable. By means of the heat exchanger 4 the coolant K is deprived of heat and fed to the working medium A.

Alternativ oder zusätzlich ist es ebenfalls möglich, dass der Wärmetauscher 4 in nicht näher dargestellter Art und Weise direkt mit der Antriebskomponente 2 oder mit einer Abgasanlage der Antriebskomponente 2 thermisch gekoppelt ist und somit beispielsweise als Abgaswärmetauscher, als Abgasrückführungswärmetauscher oder als Kühlmediumwärmetauscher ausgebildet ist.Alternatively or additionally, it is also possible that the heat exchanger 4 in a manner not shown directly with the drive component 2 or with an exhaust system of the drive component 2 is thermally coupled and thus formed, for example, as an exhaust gas heat exchanger, as exhaust gas recirculation heat exchanger or as a cooling medium heat exchanger.

Da aufgrund der thermischen Kopplung des Wärmetauschers 4 mit dem Kühlmittelkreislauf 2.1 nur relativ geringe Temperaturen, insbesondere im Bereich von 80°C bis 100°C, zur Verdampfung des Arbeitsmediums A zur Verfügung stehen, ist als Arbeitsmedium A vorzugsweise ein so genanntes Niedertemperatur-Arbeitsmedium vorgesehen, welches schon bei relativ geringen Temperaturen verdampft. Das Arbeitsmedium A ist aus diesem Grund insbesondere durch eine Verdampfungstemperatur gekennzeichnet, welche maximal 100°C beträgt.Because of the thermal coupling of the heat exchanger 4 with the coolant circuit 2.1 only relatively low temperatures, in particular in the range of 80 ° C to 100 ° C, are available for the evaporation of the working medium A, as working medium A is preferably a so-called Never dertemperatur-working medium provided which evaporates even at relatively low temperatures. For this reason, the working medium A is characterized in particular by an evaporation temperature which is at most 100 ° C.

Zusätzlich weist das Arbeitsmedium A hinsichtlich einer Wärmeübertragungs- bzw. -aufnahmefähigkeit eine gute Wärmeübergangszahl auf, so dass es möglich ist, einen schnellen und guten Wärmeübergang von Wärmetauscher zu Arbeitsmedium sicherzustellen. Auch die Wärmeleitfähigkeit des Arbeitsmediums A ist vorzugsweise über einen weiten Temperaturbereich konstant.additionally has the working medium A with regard to a heat transfer or -aufnahmefähigkeit a good heat transfer coefficient on, so that it is possible, a fast and good To ensure heat transfer from heat exchanger to working medium. Also, the thermal conductivity of the working medium A is preferably over a wide temperature range constant.

Bei der Antriebskomponente handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Verbrennungskraftmaschine. Gemäß zusätzlicher nicht näher dargestellter Weiterbildungen der Erfindung kann die Antriebskomponente 2 alternativ eine Brennstoffzelle und/oder ein Elektromotor sein.In the illustrated embodiment, the drive component is an internal combustion engine. According to additional non-illustrated developments of the invention, the drive component 2 alternatively be a fuel cell and / or an electric motor.

Das unter hohem Druck p₂ stehende dampfförmige Arbeitsmedium A wird anschließend einer Expansionsvorrichtung 5, insbesondere ausgeführt als Turbine oder Kolbenexpansionsmaschine, zugeführt und in einer adiabatischen Expansion unter einer Druckverringerung auf den ersten Druck p₁, d. h. den Kondensationsdruck, und einer Temperaturverringerung auf eine Temperatur T₄ entspannt. In der Expansionsvorrichtung 5 wird dabei eine kinetische Energie des dampfförmigen Arbeitsmediums A in eine mechanische Energie umgewandelt. Dabei kann die Expansionsvorrichtung 5 beispielsweise mit einer nicht näher dargestellten elektrischen Motor/Generatoreinheit gekoppelt sein, die aus der mechanischen Energie elektrische Energie zu einer Unterstützung eines Kraftfahrzeugantriebes, beispielsweise der Verbrennungskraftmaschine, erzeugt.The standing under high pressure p ₂ vaporous working medium A is then an expansion device 5 , in particular embodied as a turbine or piston expansion machine, supplied and expanded in an adiabatic expansion under a pressure reduction to the first pressure p ₁ , ie the condensation pressure, and a temperature reduction to a temperature T ₄ . In the expansion device 5 In this case, a kinetic energy of the vaporous working medium A is converted into a mechanical energy. In this case, the expansion device 5 For example, be coupled to an electric motor / generator unit, not shown, which generates electrical energy from the mechanical energy to support a motor vehicle drive, such as the internal combustion engine.

Dabei wird das Arbeitsmedium A derart expandiert, dass es nach der Expansion als Trockendampf, d. h. in einem gasförmigen Aggregatzustand, vorliegt. Daraus resultiert in besonders vorteilhafter Weise eine sehr gute Bauteilverträglichkeit des Arbeitsmediums A.there the working medium A is expanded so that it after expansion as dry steam, d. H. in a gaseous state of matter. This results in a particularly advantageous manner a very good Component compatibility of the working medium A.

Nach der Expansion wird das entspannte dampfförmige Arbeitsmedium A einem Kondensator 6 zugeführt. Liegt das dampfförmige Arbeitsmedium A nach der Expansion wie beschrieben als Trockendampf vor, wird das dampfförmige Arbeitsmedium A in dem Kondensator 6 zusätzlich auf die erste Temperatur T₁ gekühlt und kondensiert isobar, so dass der Fördereinheit 1 eingangsseitig das Arbeitsmedium A im flüssigen Aggregatzustand zuführbar ist. Eine Kondensationstemperatur T_K des Arbeitsmediums A, bei welchem das Arbeitsmedium A vollständig kondensiert, befindet sich beispielsweise in einem Bereich von ca. 50°C.After expansion, the relaxed vaporous working medium A becomes a condenser 6 fed. If the vaporous working medium A after expansion as described before as dry steam before, the vaporous working fluid A in the condenser 6 additionally cooled to the first temperature T ₁ and condensed isobar, so that the conveyor unit 1 On the input side, the working medium A in the liquid state is fed. A condensation temperature T _{K of} the working medium A, at which the working medium A condenses completely, is for example in a range of about 50 ° C.

Weiterhin ist das Arbeitsmedium A derart ausgebildet, dass dessen Phasenkennlinie im so genannten Druck-Enthalpie-Diagramm (p-h-Diagramm) eine starke ”Rechtslage”, d. h. eine Verschiebung zu höheren Werten der Enthalpie h aufweist. Auch ist die Phasenkennlinie KL bezüglich des Enthalpiebereiches schmal ausgebildet, so dass sich ein Nassdampfgebiet N bzw. Zwei-Phasengebiet des Arbeitsmediums A, welches durch die Phasenkennlinie KL begrenzt wird, nur über einen kleinen Enthalpiebereich erstreckt. Dieses Nassdampfgebiet N beschreibt einen Aggregatzustand des Arbeitsmedium A, in welchem dieses als Nassdampf vorliegt, d. h. nicht vollständig verdampft ist. Dadurch kann innerhalb des Kreisprozesses eine möglichst hohe Enthalpiedifferenz zur Umwandlung in Arbeit generiert werden, wenn das Arbeitsmedium A in der Expansionsvorrichtung 5 isentrop expandiert bzw. entspannt wird.Furthermore, the working medium A is designed such that its phase characteristic in the so-called pressure-enthalpy diagram (ph diagram) has a strong "legal position", ie a shift to higher values of the enthalpy h. Also, the phase characteristic KL is narrow with respect to the enthalpy region, so that a wet steam region N or two-phase region of the working medium A, which is limited by the phase characteristic KL, extends only over a small Enthalpiebereich. This wet steam area N describes an aggregate state of the working medium A, in which this is present as wet steam, that is not completely evaporated. As a result, the highest possible enthalpy difference for conversion into work can be generated within the cycle, if the working medium A in the expansion device 5 Isentrop is expanded or relaxed.

In besonders vorteilhafter Weise verfügt das Arbeitsmedium A über eine derartige spezifische Wärmekapazität, dass das Arbeitsmedium A während der Verdampfung schnell Wärme aufnimmt und diese bei der Kondensation schnell wieder abgibt.In Particularly advantageously, the working medium has A has such a specific heat capacity, that the working fluid A during the evaporation quickly Absorbs heat and this quickly in the condensation emits.

Erfindungsgemäß ist das Arbeitsmedium A weiterhin zum einen FCKW-frei und weist zum anderen ein Kohlenstoffdioxid-Äquivalent von weiniger als 150 auf. Das Kohlenstoffdioxid-Äquivalent, welches auch als GWP-Wert bekannt ist, gibt an, wie viel eine festgelegte Menge einer chemischen Verbindung zum Treibhauseffekt beiträgt. Als Vergleichswert dient Kohlenstoffdioxid mit einem Wert von ”EINS”, wobei der Wert des Kohlenstoffdioxid-Äquivalentes eine mittlere Erwärmungswirkung über einen bestimmten Zeitraum angibt. Aus diesem Grund ist zumindest in der Europäischen Union ab dem Jahr 2011 vorgesehen, dass Arbeitsmedien, welche ein Kohlenstoffdioxid-Äquivalent von mehr als 150 aufweisen, zur Anwendung im Fahrzeugbereich, insbesondere bei neu zugelassenen Fahrzeugen, nicht zulässig sind.According to the invention the working medium A continue to CFC-free and assigns to others have a carbon dioxide equivalent of less than 150 on. The carbon dioxide equivalent, which is also called GWP value is known, indicates how much a set amount of one chemical compound contributes to the greenhouse effect. When Comparative value is carbon dioxide with a value of "ONE", where the value of carbon dioxide equivalent is a mean Warming effect over a period of time indicates. For this reason, at least in the European Union from the year 2011 provided that working media, which is a carbon dioxide equivalent of more than 150, for use in the vehicle sector, in particular for newly registered vehicles are not permitted.

Ein derartiges FCKW-freies Arbeitsmedium A mit einem Kohlenstoffdioxid-Äquivalent von weiniger als 150 und den bereits beschriebenen Eigenschaften ist insbesondere ein Zweistoffgemisch aus Tetrafluorpropen (R1234yf) mit der CAS-Nummer ”754-12-1” als Hauptkomponente und Trifluormethyliodid (R13I1) mit der CAS-Nummer ”2314-97-8” als Nebenkomponente, welches auch als so genanntes ”Fluid H” bekannt ist.One Such CFC-free working medium A with a carbon dioxide equivalent of less than 150 and the properties already described is in particular a binary mixture of tetrafluoropropene (R1234yf) with the CAS number "754-12-1" as the main component and trifluoromethyl iodide (R13I1) having the CAS number "2314-97-8" as a minor component, which is also known as the so-called "fluid H" is.

Weiterhin eignen sich auch Tetrafluorpropen (R1234yf) als Reinstoff sowie die chemischen Verbindungen mit der Handelsbezeichnung ”Geothermal Liquid 160” (GL160), welches fluorfrei und ungiftig ist, sowie die chemischen Verbindungen mit der Handelsbezeichnung ”WL220” besonders zur Verwendung als Arbeitsmedium A.Furthermore, tetrafluoropropene (R1234yf) as a pure substance and the chemical compounds with the trade name "Geothermal Liquid 160" (GL160), which is fluorine-free and non-toxic, as well as the chemical compounds with the trade name "WL220" are particularly suitable tion as working medium A.

Diese Arbeitsmedien A zeichnen sich neben ihrer FCKW-Freiheit und dem Kohlenstoffdioxid-Äquivalent von weiniger als 150 durch einen hohen, mit Fluorkohlenwasserstoffverbindungen vergleichbaren Wirkungsgrad aus und eignen sich deshalb insbesondere zur Anwendung in den so genannten Niedertemperatur-Rankine- Prozessen, d. h. zur Rückgewinnung einer Verlustwärme in mobilen Anwendungen, insbesondere zur Rückgewinnung der Verlustwärme der Antriebskomponente 2 des Fahrzeuges.In addition to their CFC-freedom and the carbon dioxide equivalent, these working media A are characterized by a high efficiency which is comparable to fluorohydrocarbon compounds and are therefore particularly suitable for use in the so-called low-temperature Rankine processes, ie for the recovery of lost heat in mobile applications, in particular for recovering the heat loss of the drive component 2 of the vehicle.

11: Vorrichtungcontraption
22: Antriebskomponentedrive component
2.12.1: KühlmittelkreislaufCoolant circuit
33: Fördereinheitdelivery unit
44: Wärmetauscherheat exchangers
55: Expansionsvorrichtungexpansion device
66: Kondensatorcapacitor
AA: Arbeitsmediumworking medium
KK: Kühlmittelcoolant
hH: Enthalpieenthalpy
KLKL: Kennliniecurve
NN: NassdampfgebietWet steam region
pp: Druckprint
p₁ p ₁: Erster Druckfirst print
p₂ p ₂: Zweiter Drucksecond print
SS: Siedelinieboiling
T_K T _K: Kondensationstemperaturcondensation temperature
T_S T _S: Siedetemperaturboiling
T₁ T ₁: Erste TemperaturFirst temperature
T₂ T ₂: Zweite TemperaturSecond temperature
T₃ T ₃: Dritte Temperaturthird temperature
T₄ T ₄: Vierte TemperaturFourth temperature

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2006010872 A1 [0002]

Claims

Contraption ( 1 ) for recovering a heat loss of at least one drive component ( 2 ) of a vehicle, the device ( 1 ) a conveyor unit ( 3 ) for compressing an at least substantially liquid working medium (A) in an at least substantially liquid state of aggregation, a heat exchanger ( 4 ) for at least partial evaporation of the working medium (A) by utilizing the lost heat, an expansion device ( 5 ) for expanding the working medium (A) by converting a thermal energy of the working medium (A) into a mechanical energy and a capacitor ( 6 ) for cooling and / or condensation of the working medium (A), characterized in that the working medium (A) is CFC-free and has a carbon dioxide equivalent of less than 150.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the working medium (A) is tetrafluoropropene or a binary mixture of tetrafluoropropene and trifluoromethyl iodide.

Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the drive component ( 2 ) is an internal combustion engine, a fuel cell and / or an electric motor.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heat exchanger ( 4 ) thermally with the drive component ( 2 ) is coupled.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heat exchanger ( 4 ) thermally with a coolant circuit ( 2.1 ) of the drive component ( 2 ) is coupled.

Contraption ( 1 ) according to claim 5, characterized in that by means of the coolant circuit ( 2.1 ) of the drive component ( 2 ) Liquid circulation cooling or evaporative cooling can be realized.

Method for recovering a heat loss of at least one drive component ( 2 ) of a vehicle, in which a working medium (A) in an at least substantially liquid state of aggregation by means of a conveyor unit ( 3 ), by means of a heat exchanger ( 4 ) is at least partially evaporated by utilizing the heat loss, by means of an expansion device ( 5 ) is expanded by converting a thermal energy of the working medium (A) into a mechanical energy, by means of a capacitor ( 6 ) cooled and / or condensed and converted into the liquid state of aggregation and to the conveyor unit ( 3 ), characterized in that a CFC-free working medium (A) with a carbon dioxide equivalent of less than 150 is used as the working medium.

Method according to claim 7, characterized in that in that the working medium (A) is tetrafluoropropene or a binary mixture from tetrafluoropropene and trifluoromethyl iodide is used.

Method according to claim 7 or 8, characterized in that the drive component ( 2 ) by means of a coolant circuit ( 2.1 ) is cooled.

A method according to claim 9, characterized in that the working medium (A) based on the one in the coolant circuit ( 2.1 ) guided coolant heat loss of the drive component ( 2 ) in the heat exchanger ( 4 ) is evaporated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the working medium (A) by means of the expansion device ( 5 ) is expanded so that it is present after the expansion as dry steam.