DE102009024778A1

DE102009024778A1 - Hybrid fluid energy machine arrangement for vehicle, has steam turbine arranged downstream of heat exchanger for expanding work fluid, where turbine is coupled with energy machine and arranged on shaft of energy machine

Info

Publication number: DE102009024778A1
Application number: DE200910024778
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Stute; Siegfreid Dipl.-Ing. Sumser
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: STUTE, MANFRED, DIPL.-ING., DE
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-02-04

Abstract

The arrangement (10) has a closed water vapor circuit (28) with a cooler (40) for cooling a work fluid, and a feed pump (30) for promoting the work fluid to a heat exchanger (32) subjected with thermal energy. An expansion device e.g. steam turbine (26), is arranged downstream of the heat exchanger (32) for expanding the work fluid. The steam turbine is coupled with a fluid energy machine (18) and is arranged on a shaft (20) of the fluid energy machine. The energy machine comprises a compressor (22) arranged on the common shaft, and a turbine is designed as a vario gas turbine. An independent claim is also included for a method for operating a fluid energy machine arrangement for a vehicle. The energy machine is designed as a combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluidenergiemaschinenanordnung für ein Fahrzeug. Diese umfasst eine Fluidenergiemaschine und einen geschlossenen Fluidkreislauf, mittels welchem thermische Energie in einem Rankine-Kreisprozess in mechanische Energie wandelbar ist. Der Fluidkreislauf weist einen Kühler zum Kühlen eines Arbeitsfluids und eine Pumpeinrichtung zum Fördern des Arbeitsfluids zu einem mit der thermischen Energie beaufschlagbaren Wärmetauscher auf. Eine stromabwärts des Wärmetauschers angeordnete Expansionseinrichtung dient einem Entspannen des Arbeitsfluids. Hierbei ist die Expansionseinrichtung mit der Fluidenergiemaschine gekoppelt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Fluidenergiemaschinenanordnung.The The invention relates to a fluid energy machine arrangement for a vehicle. This includes a fluid energy machine and a closed fluid circuit, by means of which thermal energy is convertible into mechanical energy in a Rankine cycle. The fluid circuit has a radiator for cooling a working fluid and a pumping device for conveying of the working fluid to be acted upon by the thermal energy Heat exchanger on. A downstream of the heat exchanger arranged expansion device serves to relax the working fluid. Here, the expansion device is coupled to the fluid energy machine. The invention further relates to a method of operation such a fluid energy machine assembly.

Die WO 2007/014942 A2 beschreibt eine Fluidenergiemaschinenanordnung für ein Fahrzeug, bei welcher eine erste Fluidenergiemaschine als Verbrennungsmotor ausgebildet ist. In einem geschlossenen Fluidkreislauf wird in einem Rankine-Kreisprozess eine Wasser-Ammoniak-Lösung zum Umsetzen von thermischer Energie des Verbrennungsmotors in mechanische Energie genutzt. Hintereinander sind hierbei ein Kühlmittelkühler, ein Abgasrückführungskühler und ein Abgaswärmetauscher von dem in dem geschlossenen Fluidkreislauf geführten Arbeitsfluid, nämlich der Wasser-Ammoniak-Lösung, durchströmbar angeordnet. Das verdampfte Arbeitsfluid wird an einer zweiten Fluidenergiemaschine, nämlich einer Turbine, von einem Eintrittsdruck von 15 bar auf einen Austrittsdruck von 2 bar entspannt. Anschließend wird das Arbeitsfluid mittels eines Kühlers gekühlt und mittels einer Pumpe wieder den Wärmetauschern zugeführt. Eine Welle der Turbine ist mit einer Welle des Verbrennungsmotors gekoppelt, so dass die mittels der Turbine gewinnbare mechanische Energie auf die Welle des Verbrennungsmotors übertragbar ist. Somit ist durch Nutzen von thermischer Energie des Verbrennungsmotors die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors steigerbar.The WO 2007/014942 A2 describes a fluid energy engine assembly for a vehicle in which a first fluid energy machine is designed as an internal combustion engine. In a closed fluid circuit, a water-ammonia solution for converting thermal energy of the internal combustion engine into mechanical energy is used in a Rankine cycle. In this case, a coolant radiator, an exhaust gas recirculation cooler and an exhaust gas heat exchanger are arranged in a flow-through manner by the working fluid, namely the water-ammonia solution, guided in the closed fluid circuit. The vaporized working fluid is at a second fluid energy machine, namely a turbine, relaxed from an inlet pressure of 15 bar to an outlet pressure of 2 bar. Subsequently, the working fluid is cooled by means of a cooler and returned to the heat exchangers by means of a pump. A shaft of the turbine is coupled to a shaft of the internal combustion engine, so that the recoverable by means of the turbine mechanical energy is transferable to the shaft of the internal combustion engine. Thus, by utilizing thermal energy of the internal combustion engine, the drive power of the internal combustion engine can be increased.

Als nachteilig bei einer derartigen Fluidenergiemaschinenanordnung ist der Umstand anzusehen, dass diese vergleichsweise viel Bauraum beansprucht.When is disadvantageous in such a fluid energy machine arrangement to look at the circumstance that this claimed comparatively much space.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine besonders kompakte Fluidenergiemaschinenanordnung für ein Fahrzeug bereitzustellen.task The present invention is therefore a particularly compact To provide a fluid power machine assembly for a vehicle.

Diese Aufgabe wird durch eine Fluidenergiemaschinenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.These The object is achieved by a fluid energy machine arrangement having the features of claim 1 and by a method with the features of claim 15 solved. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are in the respective dependent claims specified.

Bei der erfindungsgemäßen Fluidenergiemaschinenanordnung für ein Fahrzeug, welche eine Fluidenergiemaschine und einen geschlossenen Fluidkreislauf umfasst, ist mittels des geschlossenen Fluidkreislaufs thermische Energie in mechanische Energie wandelbar. Der Fluidkreislauf umfasst hierbei einen Kühler zum Kühlen eines Arbeitsfluids, eine Pumpeinrichtung zum Fördern des Arbeitsfluids zu einem mit der thermischen Energie beaufschlagbaren Wärmetauscher und eine stromabwärts des Wärmetauschers angeordnete Expansionseinrichtung zum Entspannen des Arbeitsfluids. Hierbei ist die Expansionseinrichtung des geschlossenen Fluidkreislaufs auf einer Welle der Fluidenergiemaschine angeordnet. Dadurch ist eine besonders bauraumsparende, kompakte Fluidenergiemaschinenanordnung bereitgestellt. Durch den Verzicht auf ein Übertragungsglied zwischen der Welle der Expansionseinrichtung und der Welle der Fluidenergiemaschine ist zudem ein besonders verlustarmes Bereitstellen mechanischer Energie ermöglicht.at the fluid energy machine assembly according to the invention for a vehicle, which is a fluid energy machine and comprises a closed fluid circuit is by means of the closed Fluid circulation thermal energy into mechanical energy convertible. The fluid circuit in this case comprises a cooler for cooling a working fluid, a pumping device for conveying the Working fluid to be acted upon by the thermal energy Heat exchanger and a downstream of the heat exchanger arranged expansion device for releasing the working fluid. Here, the expansion device of the closed fluid circuit arranged on a shaft of the fluid energy machine. This is a particularly space-saving, compact fluid energy machine arrangement provided. By dispensing with a transmission link between the shaft of the expansion device and the shaft of the fluid energy machine is also a particularly low-loss provision of mechanical Energy allows.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Fluidenergiemaschine eine Turbine, also eine Strömungsmaschine. Die Turbine, insbesondere Gasturbine, nutzt hierbei einen Druckunterschied zwischen einem Turbineneintritt und einem Turbinenaustritt zum Generieren von mechanischer Energie. Eine derartige Strömungsmaschine ermöglicht im Vergleich zu einer Verbrennungskraftmaschine bei vergleichsweise geringem Brennstoffverbrauch eine vereinfachte Beherrschbarkeit der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs. Die Turbine kann insbesondere als Varioturbine ausgebildet sein, um so bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Strömungsmaschine einen jeweils hohen Wirkungsgrad mit sich zu bringen.In An advantageous embodiment of the invention comprises the fluid energy machine a turbine, so a turbomachine. The turbine, in particular Gas turbine, this uses a pressure difference between a Turbine inlet and a turbine outlet for generating mechanical Energy. Such a turbomachine allows compared to an internal combustion engine at comparatively low fuel consumption a simplified controllability the emissions of the internal combustion engine of a vehicle. The Turbine can be designed in particular as Varioturbine to so at different operating conditions of the turbomachine one each to bring high efficiency with it.

Da die Gasturbine der Strömungsmaschine beim Bereitstellen mechanischer Energie ein anderes dynamisches Verhalten zeigt als die Expansionseinrichtung des geschlossenen Fluidkreislaufs, wird bei einem vergleichsweise schnellen Leistungs- und/oder Momentenänderungsbedarf die Gasturbine zur Leistungslieferung mit einem Momentenüberhang beitragen. Anschließend wird dann, zeitlich verzögert, auch die Expansionseinrichtung des Fluidkreislaufs eine höhere Leistung liefern, da beim Betreiben der Gasturbine mit vergrößerter Leistung auch mehr thermische Energie für den Fluidkreislauf bereitsteht. Zur raschen Reaktion auf eine erhöhte Leistungsanforderung ist somit insbesondere die Gasturbine vorteilhaft einsetzbar.There the gas turbine of the turbomachine when providing mechanical energy shows a different dynamic behavior than the expansion device of the closed fluid circuit, is at a comparatively fast power and / or torque change demand the gas turbine for power delivery with a torque overhang contribute. Subsequently, then, delayed, also the expansion device of the fluid circuit a higher Deliver performance because when operating the gas turbine with enlarged Performance also provides more thermal energy for the fluid circuit. To quickly respond to an increased power requirement Thus, in particular, the gas turbine can be used advantageously.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Welle mit einem Generator gekoppelt, mittels welchem mechanische Energie der Fluidenergiemaschine und/oder der Expansionseinrichtung des geschlossenen Fluidkreislaufs in elektrische Energie wandelbar ist. Eine besonders kompakte und bauraumsparende Anordnung ist geschaffen, wenn der gemeinsame Generator auf der gemeinsamen Welle von Fluidenergiemaschine und Expansionseinrichtung angeordnet ist. Da lediglich ein Generator zum Umsetzen von mechanischer Energie in elektrische Energie vorzusehen ist, ist eine große Kosten- und Gewichtseinsparung gegenüber zwei separaten, auf jeweiligen Wellen der Fluidenergiemaschine und der Expansionseinrichtung des geschlossenen Fluidkreislaufs angeordneten Generatoren gegeben.In a further advantageous embodiment of the invention, the shaft is coupled to a generator, by means of which mechanical energy of Fluid energy machine and / or the expansion device of the closed fluid circuit is convertible into electrical energy. A particularly compact and space-saving arrangement is provided when the common generator is arranged on the common shaft of fluid energy machine and expander. Since only one generator is to be provided for converting mechanical energy into electrical energy, there is a great deal of cost and weight savings compared with two separate generators arranged on respective shafts of the fluid energy machine and the expansion device of the closed fluid circuit.

Hierbei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Expansionseinrichtung des geschlossenen Fluidkreislaufs näher an dem Generator angeordnet ist als die Turbine, insbesondere die Varioturbine, der Fluidenergiemaschine. Sind die Expansionseinrichtung und die Turbine an einander gegenüberliegenden Endbereichen der gemeinsamen Welle angeordnet, kann hierbei der Generator aus einer Mittellage näher zu der Expansionseinrichtung hin versetzt angeordnet sein, so dass der Generator der thermischen Belastung durch die Turbine weniger stark ausgesetzt ist.in this connection it has been shown to be advantageous if the expansion device the closed fluid circuit closer to the generator is arranged as the turbine, in particular the Varioturbine, the fluid energy machine. Are the expander and the turbine at opposite ends End regions of the common shaft arranged, this can be the Generator from a central position closer to the expansion device staggered so that the generator of the thermal Exposure to the turbine is less exposed.

Sind sowohl die Turbine als auch die Expansionseinrichtung an dem gleichen Endbereich der gemeinsamen Welle angeordnet, so ist bevorzugt die Turbine außenliegend und die Expansionseinrichtung des geschlossenen Fluidkreislaufs innenliegend anzuordnen. Hierbei dient dann die Expansionseinrichtung des geschlossenen Fluidkreislaufs gleichsam als Wärmesenke vor einer zu großen thermischen Belastung des Generators durch die Turbine. Zudem ist eine thermische Überlastung der außenliegenden Turbine leichter zu verhindern, wenn eine Wärmeabfuhr nach außen hin nicht durch weitere Bauteile behindert ist.are Both the turbine and the expansion device on the same Arranged end portion of the common shaft, so the turbine is preferred outboard and the expansion device of the closed Fluid circuit inside to arrange. Here then serves the Expansion device of the closed fluid circuit as it were as a heat sink before a too large thermal Load of the generator by the turbine. There is also a thermal overload the outside turbine easier to prevent when a heat dissipation to the outside not through other components is hampered.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Fluidenergiemaschine einen auf der gemeinsamen Welle angeordneten Verdichter umfasst. Die Strömungsmaschine ist somit nach Art eines Abgasturboladers ausgelegt, wobei durch den Verdichter verdichtete Zuluft bereitstellbar ist.When Furthermore, it has proven to be advantageous if the fluid energy machine comprises a compressor arranged on the common shaft. The Turbomachine is thus in the manner of an exhaust gas turbocharger designed, wherein compressed air supplyable by the compressor is.

Sind die Turbine und die Expansionseinrichtung des geschlossenen Fluidkreislaufs an demselben Endbereich der Welle angeordnet, bietet es sich an, für den Verdichter den gegenüberliegenden Endbereich der Welle vorzusehen. Alternativ können Verdichter und Turbine der Strömungsmaschine an einem Endbereich der Welle und die Expansionseinrichtung am gegenüberliegenden Endbereich der Welle angeordnet sein.are the turbine and the expansion device of the closed fluid circuit arranged on the same end of the shaft, it makes sense for the compressor, the opposite end area to provide the shaft. Alternatively, compressors and Turbine of turbomachine at an end portion of the shaft and the expander at the opposite end portion be arranged the shaft.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zum Beaufschlagen der Gasturbine der Strömungsmaschine mit Abgas ein Brenner vorgesehen, wobei mittels des Brenners chemische Energie eines Brennstoffs in die thermische Energie umsetzbar ist. Dieser Brenner unterscheidet sich somit von einer Verbrennungskraftmaschine darin, dass er nicht dem Generieren von mechanischer Energie dient, sondern lediglich dem Erzeugen von Abgas, welches zum Antreiben der Gasturbine vorgesehen ist. Durch Ersatz der Verbrennungskraftmaschine durch einen einfachen Brenner ist eine vereinfacht betreibbare Fluidenergiemaschinenanordnung bereitgestellt.In a further advantageous embodiment of the invention is for Acting on the gas turbine of the turbomachine with Exhaust a burner provided, by means of the burner chemical Energy of a fuel in the thermal energy is implemented. This burner thus differs from an internal combustion engine in that it does not serve to generate mechanical energy, but only the generation of exhaust gas, which for driving the gas turbine is provided. By replacement of the internal combustion engine by a simple burner is a simplified operable fluid energy machine assembly provided.

Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Verbrennungskraftmaschinen von Fahrzeugen in der Regel lediglich einen Wirkungsgrad von 30% bis etwas über 40% aufweisen. Darüber hinaus ist für die Abgasnachbehandlung dieser Verbrennungskraftmaschinen ein beträchtlicher Aufwand zu treiben, welcher, etwa durch Erhöhen des Gegendrucks des Abgastrakts infolge des Anordnens von Abgasnachbehandlungseinrichtungen, zu einer weiteren Verringerung des thermischen Wirkungsgrads führt.the is based on the knowledge that internal combustion engines of Vehicles usually only have an efficiency of 30% up slightly over 40%. In addition, is for the exhaust aftertreatment of these internal combustion engines a considerable To drive effort, which, for example by increasing the back pressure the exhaust tract due to the placement of exhaust aftertreatment devices, leads to a further reduction of the thermal efficiency.

Aufwendungen allein für Abgasnachbehandlungssysteme liegen mittlerweile bei Verbrennungskraftmaschinen in mobilen Anwendungen in einer Größenordnung, welche die Kosten der Verbrennungskraftmaschinen übersteigen. In dieser Hinsicht ist die generelle Prinzipienänderung beim Bereitstellen eines Antriebsaggregates für ein Fahrzeug durch Bereitstellen des Brenners vorteilhaft.expenditure alone for exhaust aftertreatment systems are now in internal combustion engines in mobile applications of an order of magnitude, which exceed the cost of internal combustion engines. In this regard, the general principle change when providing a drive unit for a vehicle by providing the burner advantageous.

Wenn also – wie vorliegend beschrieben – der Brenner lediglich zum Umsetzen von chemischer Energie des Brennstoffs in thermische Energie dient und damit zum Bereitstellen von Wärme für den Rankine-Kreisprozess des geschlossenen Fluidkreislaufs, so ist ein besonders einfaches und in Bezug auf eine etwaige Emissionsverringerung besonders leicht beherrschbares System geschaffen.If So - as described here - the burner only for converting chemical energy of the fuel into Thermal energy is used and thus to provide heat for the Rankine cycle of the closed fluid circuit, so is a particularly simple and in terms of any emission reduction created particularly easily manageable system.

Von Vorteil dieser Fluidenergiemaschinenanordnung ist insbesondere deren im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen oder Hybridantriebssystemen für Fahrzeuge einfachere Beherrschbarkeit von Emissionen bei zufriedenstellendem Brennstoffverbrauch. Darüber hinaus ist eine derartige Fluidenergiemaschinenanordnung besonders robust gegenüber rauen, zeitlich und/oder örtlich variierenden Umgebungsbedingungen, insbesondere im Vergleich zu einem auf einem Brennstoffzellensystem basierenden Antrieb.From The advantage of this fluid energy machine arrangement is in particular its in comparison to conventional internal combustion engines or hybrid drive systems for vehicles easier controllability emissions with satisfactory fuel consumption. About that In addition, such a fluid power machine arrangement is particular robust against rough, temporal and / or local varying environmental conditions, especially when compared to a drive based on a fuel cell system.

Von Vorteil ist es hierbei, wenn die Fluidenergiemaschinenanordnung einen Luftvorwärmer zum Erwärmen von dem Brenner zuführbarer Zuluft umfasst. Dadurch ist ein besonders geringer Verbrauch des Brenners realisierbar, da der Brenner zum Bereitstellen einer gegebenen Menge an thermischer Energie einer geringeren Menge an Brennstoff bedarf als dies ohne das Vorsehen des Luftvorwärmers der Fall wäre. Dadurch ist der thermodynamische Wirkungsgrad der Fluidenergiemaschinenanordnung verbesserbar. Bevorzugt dient das austretende Abgas der Gasturbine zum Beaufschlagen des Luftvorwärmers mit thermischer Energie.It is advantageous here if the fluid energy machine arrangement comprises an air preheater for heating supply air which can be supplied to the burner. As a result, a particularly low consumption of the burner can be realized because the burner is ready a given amount of thermal energy requires a smaller amount of fuel than would be the case without the provision of the air preheater. As a result, the thermodynamic efficiency of the fluid energy machine arrangement can be improved. The exiting exhaust gas of the gas turbine preferably serves to apply thermal energy to the air preheater.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Fluidenergiemaschinenanordnung umfasst der zum Aufnehmen von thermischer Energie ausgebildete Wärmetauscher einen Verdampfer und einen Überhitzer zum Überhitzen des Arbeitsfluids. Ein solcher Verdampfer und ein solcher Überhitzer können vorteilhaft in einer Baugruppe ausgebildet und so besonders bauraumsparend in das Fahrzeug integrierbar sein. Das Abgas des Brenners wird hierbei vorteilhaft sowohl zum Beaufschlagen des Luftvorwärmers als auch zum Beaufschlagen des Verdampfers und des Überhitzers herangezogen. Die Hauptnutzung des Wärmetauschers liegt hierbei im Bereitstellen des Arbeitsfluids in dem verdampften und überhitzten Zustand, welcher ein Entspannen an der Expansionseinrichtung des geschlossenen Fluidkreislaufs mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht.at a further advantageous embodiment of the fluid energy machine assembly comprises the formed for receiving thermal energy heat exchanger an evaporator and a superheater for overheating of the working fluid. Such an evaporator and such a superheater can be advantageously formed in an assembly and so be particularly space-saving integrated into the vehicle. The Exhaust gas of the burner is advantageous both for applying the air preheater as well as for applying the evaporator and the superheater used. The main use of Heat exchanger lies in providing the working fluid in the vaporized and overheated state, which one Relax at the expansion device of the closed fluid circuit with high efficiency allows.

Eine besonders kompakte Fluidenergiemaschinenanordnung ist realisierbar, wenn der Luftvorwärmer in den Wärmetauscher integriert ist. Der Wärmetauscher ist dann als Dreistrom-Kombinationswärmetauscher ausgebildet, welcher zusätzlich zu dem Verdampfer und dem Überhitzer den Luftvorwärmer umfasst. Ein solcher platzsparender Dreistrom-Wärmetauscher ermöglicht ein besonders effizientes Nutzen der Wärme des Gasturbinenabgases.A particularly compact fluid energy machine arrangement can be realized, when the air preheater is integrated in the heat exchanger is. The heat exchanger is then as a three-stream combination heat exchanger formed, which in addition to the evaporator and the superheater includes the air preheater. Such a space-saving three-stream heat exchanger allows a particularly efficient use of heat of the gas turbine exhaust gas.

Die Expansionseinrichtung umfasst bevorzugt wenigstens eine Turbine, insbesondere wenigstens eine Varioturbine. Dies ermöglicht es, Drehzahlen der Turbine des geschlossenen Fluidkreislaufs besonders gut auf Drehzahlen der Strömungsmaschine abzustimmen. Varioturbinen ermöglichen ein Anpassen der jeweiligen Turbinengeometrie an unterschiedliche Betriebsbedingungen des Fluidkreislaufs bzw. des Brenners, so dass bei diesen unterschiedlichen Betriebsbedingungen jeweils ein in Bezug auf den Wirkungsgrad optimiertes Umwandeln von Wärmeenergie in mechanische Energie mittels der Varioturbine ermöglicht ist.The Expansion device preferably comprises at least one turbine, in particular at least one Varioturbine. this makes possible es, speeds of the turbine of the closed fluid circuit especially good to tune to speeds of the turbomachine. Vario turbines allow an adjustment of the respective turbine geometry to different operating conditions of the fluid circuit or of the burner, so that under these different operating conditions each one with respect to the efficiency optimized conversion of Heat energy into mechanical energy by means of the Varioturbine is possible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Expansionseinrichtung einen von dem Arbeitsfluid durchströmbaren effektiven Querschnitt auf, welcher mit einem Eintrittsdruck des Arbeitsfluids von weniger als 5 bar, insbesondere von weniger als 2 bar bis 0,8 bar, korreliert. Dadurch sind Rad- und Schaufelkanalgrößen der als Expansionseinrichtung in dem des geschlossenen Fluidkreislaufs dienenden Turbine besonders gut auf Rad- und Schaufelkanalgrößen der Gasturbine abstimmbar. So ist insbesondere eine Drehzahlgleichheit von Gasturbine und Turbine des Fluidkreislaufs mit optimalen Komponentenwirkungsgraden zustande zu bringen, die auf eine geometrische Abstimmung der Abmessungen der Turbine des Fluidkreislaufs an die Gasturbinenseite einhergeht.In a further advantageous embodiment, the expansion device an effective cross section through which the working fluid can flow, which with an inlet pressure of the working fluid of less than 5 bar, in particular less than 2 bar to 0.8 bar, correlated. As a result, wheel and vane channel sizes are the as an expansion device in the closed fluid circuit Serving turbine particularly well on wheel and vane channel sizes the gas turbine tuned. So is in particular a speed equality gas turbine and turbine of the fluid circuit with optimum component efficiencies to bring about, on a geometrical adjustment of the dimensions the turbine of the fluid circuit is associated with the gas turbine side.

Aufgrund des Abwärmeangebots der Gasturbine, welches bei dem Fahrzeug naturgemäß begrenzt ist, ist in dem geschlossenen Fluidkreislauf in der Regel lediglich ein vergleichsweise geringer Massenstrom des Arbeitsfluids thermodynamisch sinnvoll verwertbar. Dieser geringe Massenstrom wird in dem Fluidkreislauf so eingestellt, dass an der Expansionseinrichtung die genannten, mit dem vergleichsweise großen engsten effektiven Querschnitt des geschlossenen Systems korrelierenden niedrigen Eintrittsdrücke, bzw. hohen Volumenströme vorliegen.by virtue of the waste heat supply of the gas turbine, which in the vehicle is naturally limited, is in the closed Fluid circuit usually only a comparatively lower Mass flow of the working fluid thermodynamically useful. This low mass flow is set in the fluid circuit so that at the expansion means the said, with the comparatively big narrowest effective cross-section of the closed System correlating low inlet pressures, or high volume flows are present.

Der engste effektive Querschnitt ist hierbei ein Kennwert der Expansionseinrichtung, welcher die Durchströmbarkeit der Expansionseinrichtung durch das Arbeitsfluid beschreibt. Die tatsächliche Durchströmbarkeit der Expansionseinrichtung kann im Falle einer Turbine als Expansionseinrichtung von einem Durchmesser im Übertrittsbereich des strömenden Mediums auf die Turbinenschaufeln bestimmt sein und/oder von den Abmessungen eines Leitgitters und/oder von Strömungsquerschnitten in den Radkanälen zwischen den Turbinenschaufeln. Ist die Expansionseinrichtung als Kolbenmaschine, als Schraubenmaschine oder als Spiralexpander ausgebildet, so beschreibt auch hier der effektive engste Querschnitt die Durchströmbarkeit der Expansionseinrichtung in analoger Weise.Of the Closest effective cross-section is a characteristic of the expansion device, which the flowability of the expansion device describes by the working fluid. The actual flowability the expansion device can in the case of a turbine as an expansion device of a diameter in the crossing area of the flowing Be determined on the turbine blades and / or of the Dimensions of a guide grid and / or flow cross sections in the wheel channels between the turbine blades. Is the expansion device as a piston machine, as a screw machine or as a spiral expander The most effective narrow cross-section is also described here the flowability of the expansion device in analog Wise.

Je größer der engste effektive Querschnitt der Expansionseinrichtung ist, desto geringer ist der Eintrittsdruck an der Expansionseinrichtung, welcher sich bei einem gegebenem Massenstrom des Arbeitsfluids durch die Expansionseinrichtung einstellt. Bei niedrigen Eintrittsdrücken sind also Abmessungen von Strömungsquerschnitten der Expansionseinrichtung, insbesondere der Turbine, erreichbar, welche mit geringeren Strömungsverlusten aufgrund der dadurch reduzierbaren relativen Funktionsspalte behaftet sind.ever greater the narrowest effective cross-section of the expansion device is, the lower the inlet pressure at the expansion device, which is at a given mass flow of the working fluid through adjusts the expansion device. At low inlet pressures are thus dimensions of flow cross sections of the expansion device, especially the turbine, achievable, which with lower flow losses due to the thereby reducible relative function gaps afflicted are.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Expansionseinrichtung dazu ausgelegt ist, das Arbeitsfluid auf einen Austrittsdruck zu entspannen, welcher geringer ist als der atmosphärische Druck. Der Unterdruck des geschlossenen Fluidkreislaufs wird also genutzt, um die relativen geometrischen Größenabstimmungen zwischen den Komponenten der Strömungsmaschine und der Dampfturbine so zu bewerkstelligen, dass hohe Komponentenwirkungsgrade bei den betreffenden Massendurchsätzen erzielbar sind. Darüber hinaus sind durch das Vorsehen des vergleichsweise geringen Eintrittsdrucks des Arbeitsfluids an der Expansionseinrichtung des Fluidkreislaufs und des Unterdrucks als Austrittsdruck absolute geometrische Abmessungen erreichbar, welche zu einem besonders hohen Wirkungsgrad der Expansionseinrichtung führen. Wenn also das Arbeitsfluid in dem geschlossenen Fluidkreislauf weitgehend einen Druck unterhalb des atmosphärischen Drucks aufweist, sind Wirkungsgrade der Expansionseinrichtung des geschlossenen Fluidkreislaufs von mehr als 50%, insbesondere Wirkungsgrade von mehr als 60%, bei besonders günstiger Auslegung sogar von über 70% erreichbar.As further advantageous, it has been found that the expansion device is designed to relax the working fluid to an outlet pressure which is less than the atmospheric pressure. The negative pressure of the closed fluid circuit is thus used to accomplish the relative geometric size adjustments between the components of the turbomachine and the steam turbine so that high component efficiencies at the respective mass flow rates can be achieved. In addition, are absolute geometrical dimensions can be achieved by providing the comparatively low inlet pressure of the working fluid at the expansion device of the fluid circuit and the negative pressure as outlet pressure, which leads to a particularly high efficiency of the expansion device. Thus, if the working fluid in the closed fluid circuit has substantially a pressure below the atmospheric pressure, efficiencies of the expansion device of the closed fluid circuit of more than 50%, in particular efficiencies of more than 60%, with a particularly favorable design even over 70% achievable.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Fluidenergiemaschinenanordnung ist der Fluidkreislauf mit einer weiteren Pumpeinrichtung gekoppelt, mittels welcher stromabwärts der Expansionseinrichtung, insbesondere im Bereich des Kühlers, ein geringerer Druck als der atmosphärische Druck einstellbar ist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es zum Aufrechterhalten eines Unterdrucks stromabwärts der Expansionseinrichtung auch bei weitgehend druckdichter Auslegung des geschlossenen Fluidkreislaufs zu Leckagen kommen kann. Solche Leckageverluste sind durch ein Inbetriebnehmen der weiteren Pumpeinrichtung kompensierbar. Die weitere Pumpeinrichtung kann insbesondere dann in Betrieb genommen werden, wenn der Druck stromabwärts der Expansionseinrichtung, insbesondere der Druck im Bereich des Kühlers, einen Soll-Unterdruck überschreitet.at a further advantageous embodiment of the fluid energy machine arrangement if the fluid circuit is coupled to a further pump device, by means of which downstream of the expansion device, especially in the area of the cooler, a lower pressure when the atmospheric pressure is adjustable. That is Understanding that it is necessary to maintain a negative pressure downstream of the expansion device also at largely Pressure-tight design of the closed fluid circuit to leaks can come. Such leakage losses are due to commissioning the further pumping device compensated. The further pumping device can be put into operation especially when the pressure downstream of the expansion device, in particular the Pressure in the area of the radiator exceeds a set vacuum.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Fluidenergiemaschinenanordnung wenigstens ein Antriebsaggregat des Fahrzeugs umfasst, welches mit, insbesondere in einem Energiespeicher speicherbarer, elektrischer Energie beaufschlagbar ist. Das wenigstens eine Antriebsaggregat dient somit der Umsetzung der Technik eines stationären Kombinationskraftwerks für den mobilen Einsatz im Fahrzeug mit entsprechend geringen Abmessungen. Bevorzugt ist ein solches elektrisches Antriebsaggregat, etwa in Form eines Radnabenmotors, als alleiniger Antriebsaggregatetyp im Fahrzeug vorgesehen. Zur Verbesserung der Dynamik des Fahrzeugs können selbstverständlich mehrere Radnabenmotoren vorgesehen sein. Durch das Vorsehen des Energiespeichers können Trägheiten der Gasturbine und insbesondere der Expansionseinrichtung des Fluidkreislaufs abgepuffert werden, so dass stets ein dynamisches Fahrverhalten des das Antriebsaggregat aufweisenden Fahrzeugs gewährleistete ist.After all it has been shown to be advantageous if the fluid energy machine arrangement comprises at least one drive unit of the vehicle, which with, in particular storable in an energy storage, electrical Energy can be acted upon. The at least one drive unit thus serves to implement the technology of a stationary combined power plant for mobile use in the vehicle with correspondingly low Dimensions. Preferred is such an electric drive unit, in the form of a wheel hub motor, for example, as the only drive unit type provided in the vehicle. To improve the dynamics of the vehicle Of course, several wheel hub motors can be provided be. By providing the energy storage can be inertias the gas turbine and in particular the expansion device of the fluid circuit be buffered, so that always a dynamic driving of the drive unit having the vehicle ensured is.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine besonders kompakte Fluidenergiemaschinenanordnung bei einem Verfahren einsetzbar, bei welchem in einem geschlossenen Fluidkreislauf thermische Energie in mechanische Energie gewandelt wird. Bei diesem Verfahren zum Betreiben einer Fluidenergiemaschinenanordnung für ein Fahrzeug wird in dem Fluidkreislauf ein Arbeitsfluid mittels eines Kühlers gekühlt und das gekühlte Arbeitsfluid mittels einer Pumpeinrichtung zu einem Wärmetauscher gefördert. Das Arbeitsfluid wird in dem Wärmetauscher mit der thermischen Energie beaufschlagt und mittels einer stromabwärts des Wärmetauschers angeordneten Expansionseinrichtung entspannt. Hierbei stellen die Expansionseinrichtung des geschlossenen Fluidkreislaufs und eine weitere Fluidenergiemaschine mechanische Energie über eine gemeinsame Welle bereit.According to one Another aspect is a particularly compact fluid energy machine arrangement can be used in a method in which in a closed Fluid circuit thermal energy converted into mechanical energy becomes. In this method of operating a fluid energy machine assembly for a vehicle, a working fluid becomes in the fluid circuit cooled by means of a cooler and the cooled Working fluid by means of a pumping device to a heat exchanger promoted. The working fluid is in the heat exchanger subjected to the thermal energy and by means of a downstream the expander arranged expander relaxed. Here are the expansion device of the closed fluid circuit and another fluid energy machine via mechanical energy a common wave ready.

Die für die erfindungsgemäße Fluidenergiemaschinenanordnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Fluidenergiemaschinenanordnung.The for the fluid energy machine assembly according to the invention described preferred embodiments and advantages also apply to the invention A method of operating a fluid energy machine assembly.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the below mentioned in the figure description and / or in the figures alone shown features and feature combinations are not only in the specified combination, but also usable in other combinations or in isolation, without to leave the scope of the invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the claims, the following description is more preferred Embodiments and with reference to the drawings. Showing:

1 eine erste Ausführungsform einer Fluidenergiemaschinenanordnung, bei welcher eine mit Abgas eines Brenners beaufschlagbare Gasturbine auf derselben Welle angeordnet ist wie eine Dampfturbine, welche einem geschlossenen Fluidkreislauf zugeordnet ist; und 1 a first embodiment of a fluid energy engine assembly in which a gas turbine acted upon with exhaust gas of a burner is arranged on the same shaft as a steam turbine, which is associated with a closed fluid circuit; and

2 eine zweite Ausführungsform einer Fluidenergiemaschinenanordnung mit einem besonders kompakten Wärmetauscher. 2 a second embodiment of a fluid energy machine assembly with a particularly compact heat exchanger.

1 zeigt eine hybride Fluidenergiemaschinenanordnung 10 einer Gas- und Dampfturbine. Hierbei stellt ein Brenner 12, welcher aus einem Gas- oder Flüssigkeitstank 14 mit einem gas-/flüssigkeitsförmigen Brennstoff, beispielsweise mit Wasserstoffgas, versorgt wird, Abgas bereit, mit welchem eine Gasturbine 16 beaufschlagbar ist. 1 shows a hybrid fluid energy machine assembly 10 a gas and steam turbine. Here is a burner 12 which consists of a gas or liquid tank 14 is supplied with a gas / liquid fuel, for example, with hydrogen gas, exhaust gas ready, with which a gas turbine 16 can be acted upon.

Die Gasturbine 16 besteht im Kern aus einer als Abgasturbolader 18 ausgebildeten Strömungsmaschine, wobei auf einer Welle 20 des Abgasturboladers 18 ein Verdichter 22 und eine Turbine 16 angeordnet ist. Auf der Welle 20 ist zudem ein Generator 24 angeordnet, mittels welchem die mechanische Energie der von dem Abgasstrom des Brenners 12 angetriebenen Gasturbine 16 in elektrische Energie wandelbar ist.The gas turbine 16 basically consists of one as exhaust gas turbocharger 18 trained turbomachine, being on a shaft 20 the exhaust gas turbocharger 18 a compressor 22 and a turbine 16 is arranged. On the wave 20 is also a genera gate 24 arranged, by means of which the mechanical energy of the exhaust gas stream of the burner 12 driven gas turbine 16 is convertible into electrical energy.

Auf einem der Gasturbine 16 entgegengesetzten Ende der Welle 20 ist eine Dampfturbine 26 angeordnet, welche in einem geschlossenen Wasser-Dampfkreislauf 28 als Expansionseinrichtung zum Entspannen von überhitztem Wasserdampf dient. In dem Wasser-Dampfkreislauf 28 wird Wasser – oder ein anderes Arbeitsfluid – in einem Rankine-Kreisprozess geführt.On one of the gas turbine 16 opposite end of the shaft 20 is a steam turbine 26 arranged in a closed water-steam cycle 28 serves as an expansion device for relaxing superheated steam. In the water-steam cycle 28 Water - or another working fluid - is routed in a Rankine cycle.

Vorliegend wird in dem Kreisprozess mittels einer Speisepumpe 30 flüssiges Wasser einem Wärmetauscher 32 zugeführt, welcher einen Verdampfer 34 und einen stromabwärts des Verdampfers 34 angeordneten Überhitzer 36 umfasst. Das Wasser als Arbeitsfluid wird hierbei gegenstromig zur Strömungsrichtung von Abgas durch den Wärmetauscher 32 geführt, wobei das Abgas durch einen Abgasstrang 38 der Brenners 12 strömt, in welchen die Gasturbine 16 eingebunden ist.In the present case is in the cycle by means of a feed pump 30 liquid water a heat exchanger 32 fed, which is an evaporator 34 and one downstream of the evaporator 34 arranged superheater 36 includes. The water as the working fluid is in this case countercurrent to the flow direction of exhaust gas through the heat exchanger 32 guided, wherein the exhaust gas through an exhaust line 38 the burner 12 flows into which the gas turbine 16 is involved.

Der überhitzte Wasserdampf steht eingangsseitig der Dampfturbine 26 zum Verrichten von mechanischer Arbeit zur Verfügung. Austrittsseitig der Dampfturbine 26 liegt der Wasserdampf mit einem Druck vor, welcher geringer ist als der atmosphärische Druck und beispielsweise 0,1 bar absolut beträgt. Zum Aufrechterhalten des Unterdrucks in dem Wasser-Dampfkreislauf 28 ist eine Vakuumpumpe 50 vorgesehen, die dem Druckanstieg von Leckageströmen oder den bei Unterdruck gelösten Gasen des flüssigen Mediums entgegenwirkt.The superheated steam is on the input side of the steam turbine 26 to perform mechanical work. Outlet side of the steam turbine 26 the water vapor is at a pressure which is lower than the atmospheric pressure and, for example, 0.1 bar absolute. To maintain the negative pressure in the water-steam cycle 28 is a vacuum pump 50 provided, which counteracts the pressure increase of leakage flows or the dissolved gases at negative pressure of the liquid medium.

Der den Unterdruck aufweisende entspannte Wasserdampf wird in dem Wasser-Dampfkreislauf 28 mittels eines Kondensators 40 verflüssigt, so dass in dem Kondensator 40 verflüssigtes Wasser anschließend wieder mittels der Speisepumpe 30 in dem geschlossenen Wasser-Dampfkreislauf 28 förderbar ist.The vacuum having relaxed steam is in the water-steam cycle 28 by means of a capacitor 40 liquefied, so that in the condenser 40 then liquefied water again by means of the feed pump 30 in the closed water-steam cycle 28 is eligible.

Mittels der Speisepumpe 30 wird das Druckniveau des flüssigen Wassers geringfügig, etwa auf einen Druck von weniger als 2 bar bis 0,8 bar absolut, erhöht. Dieses flüssige Wasser wird dann in dem Verdampfer 34 isobar verdampft und anschließend in dem Überhitzer 36 isobar überhitzt. Dadurch, dass der Rankine-Kreisprozess auf einem sehr geringen Druckniveau geführt wird, kann die Dampfturbine 26, wie vorliegend realisiert, einen vergleichsweise großen effektiven Querschnitt aufweisen.By means of the feed pump 30 the pressure level of the liquid water is slightly increased, for example to a pressure of less than 2 bar to 0.8 bar absolute. This liquid water is then in the evaporator 34 Isobar evaporates and then in the superheater 36 isobar overheated. The fact that the Rankine cycle is performed at a very low pressure level, the steam turbine 26 , as realized in the present case, have a comparatively large effective cross-section.

Der große effektive Querschnitt der Dampfturbine 26 bewirkt, dass die Dampfturbine 26 mit einem höheren Wirkungsgrad betreibbar ist, da mit großen Abmessungen wesentlich geringere Strömungsverluste einhergehen als mit zum Einstellen von hohen Turbineneintrittsdrücken einhergehenden geringen effektiven Querschnitten.The large effective section of the steam turbine 26 causes the steam turbine 26 can be operated with a higher efficiency, as associated with large dimensions significantly lower flow losses than with accompanying for setting high turbine inlet pressures low effective cross-sections.

Vorliegend sind sowohl die Gasturbine 16 als auch die Dampfturbine 26 als Varioturbinen ausgebildet, wobei eine jeweilige Varioeinrichtung mittels einer Regelungseinrichtung 42 ansteuerbar ist. Die Regelungseinrichtung 42 steuert vorliegend ebenfalls die Speisepumpe 30 und ein Ventil 44 an, wobei mittels des Ventils 44 ein Massenstrom des zu verbrennenden Gases aus dem Gastank 14 zu dem Brenner 12 einstellbar ist.In the present case are both the gas turbine 16 as well as the steam turbine 26 designed as Varioturbinen, wherein a respective Varioeinrichtung means of a control device 42 is controllable. The control device 42 in the present case also controls the feed pump 30 and a valve 44 on, by means of the valve 44 a mass flow of the gas to be combusted from the gas tank 14 to the burner 12 is adjustable.

In dem die Gasturbine 16 und den Brenner 12 umfassenden offenen Kreisprozess sind vorliegend als weitere Komponenten ein Luftmassenstrommesser 46 und ein Luftvorwärmer 48 vorgesehen. Der Luftmassenstrommesser 46 misst den vom Verdichter 22 angesaugten Massenstrom der Zuluft. Die mittels des Verdichters 22 verdichtete Zuluft wird stromaufwärts des Brenners 12 mittels des Luftvorwärmers 48 durch im Gegenstrom zu der Zuluft geführtes Abgas erwärmt. Dadurch ist ein Brennstoffverbrauch des Brenners 12 verringerbar. Das Vorwärmen der Zuluft des Brenners 12 mittels des Luftvorwärmers 48 dient also einer Entlastung des Brenners 12, bzw. Steigerung des thermischen Wirkungsgrades.In which the gas turbine 16 and the burner 12 Comprehensive open cycle process are in the present case as additional components an air mass flow meter 46 and an air preheater 48 intended. The air mass flow meter 46 measures the compressor 22 sucked mass flow of supply air. The means of the compressor 22 compressed supply air is upstream of the burner 12 by means of the air preheater 48 heated by flowing in countercurrent to the supply air exhaust gas. This is a fuel consumption of the burner 12 reducible. Preheating the supply air of the burner 12 by means of the air preheater 48 thus serves to relieve the burner 12 , or increase the thermal efficiency.

Die mittels des Generators 24 gewonnene elektrische Energie wird über eine elektronische Steuereinrichtung 52 einem Energiespeicher 54, etwa in Form eines Akkumulators, zugeführt. Ein Elektromotor 56, beispielsweise ein Radnabenmotor, nutzt die elektrische Energie zum Antreiben des Elektrofahrzeugs. Vorliegend ist lediglich ein Elektromotor 56 gezeigt, es können jedoch mehrere derartige Antriebsaggregate vorgesehen sein, insbesondere kann jeweils einem auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Rad jeweils ein Radnabenmotor zugeordnet sein. Auch kann die mittels des Generators 24 bereitgestellte elektrische Energie unter Umgehung des Energiespeichers 54 dem Elektromotor 56 direkt zugeführt werden.The means of the generator 24 obtained electrical energy is via an electronic control device 52 an energy store 54 , in the form of a rechargeable battery, for example. An electric motor 56 For example, a wheel hub motor, uses the electrical energy to drive the electric vehicle. In the present case is only an electric motor 56 shown, however, it can be provided a plurality of such drive units, in particular one wheel hub motor can be assigned in each case one arranged on a common axis wheel. Also, by means of the generator 24 provided electrical energy bypassing the energy storage 54 the electric motor 56 be fed directly.

Die Regelungseinrichtung 42 erfasst vorliegend eine Last des Elektromotors 56 sowie eine Stellung eines Gaspedals 58, so dass auf eine erhöhte Leistungsanforderung, etwa zum Beschleunigen des Elektrofahrzeugs, rasch reagiert werden kann. Insbesondere zum Überbrücken einer verzögerten Leistungsbereitstellung durch die Gasturbine 16 und vor allem durch die Dampfturbine 26 dient jedoch die in dem Energiespeicher 54 zwischengespeicherte elektrische Energie.The control device 42 in the present case detects a load of the electric motor 56 and a position of an accelerator pedal 58 so that an increased power requirement, such as for accelerating the electric vehicle, can be reacted quickly. In particular for bridging a delayed power delivery by the gas turbine 16 and above all by the steam turbine 26 However, the serves in the energy storage 54 cached electrical energy.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Fluidenergiemaschinenanordnung 10, bei welcher der Wärmetauscher 28 besonders kompakt ausgebildet ist, welche ansonsten jedoch der in 1 gezeigten Fluidenergiemaschinenanordnung 10 entspricht. Der Wärmetauscher 28 umfasst hierbei den Verdampfer 34, den Überhitzer 36 und den Luftvorwärmer 48. Der Wärmetauscher 28 ist also als Dreistrom-Kombinationswärmetauscher ausgebildet. Dadurch ist die Fluidenergiemaschinenanordnung 10 besonders bauraumsparend realisierbar. 2 shows another embodiment of a fluid energy machine assembly 10 in which the heat exchanger 28 is designed to be particularly compact, but which otherwise in 1 shown fluid energy machine assembly 10 equivalent. The heat exchanger 28 this includes the evaporator 34 , the superheater 36 and the air preheater 48 , The heat exchanger 28 So it is designed as a three-flow combination heat exchanger. This is the fluid energy machine arrangement 10 particularly space-saving feasible.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- WO 2007/014942 A2 [0002]

Claims

Fluid energy engine assembly for a vehicle having a fluid energy machine ( 18 ) and with a closed fluid circuit ( 28 ), by means of which thermal energy is convertible into mechanical energy, wherein the fluid circuit ( 28 ) a cooler ( 40 ) for cooling a working fluid, a pumping device ( 30 ) for conveying the working fluid to a heat exchanger which can be acted upon by the thermal energy ( 32 ) and one downstream of the heat exchanger ( 32 ) arranged expansion device ( 26 ) for expanding the working fluid, and wherein the expansion device ( 26 ) with the fluid energy machine ( 18 ), characterized in that the expansion device ( 26 ) of the closed fluid circuit ( 28 ) on a wave ( 20 ) of the fluid energy machine ( 18 ) is arranged.

Fluid energy machine arrangement according to claim 1, characterized in that the fluid energy machine ( 18 ) a turbine ( 16 ), in particular a Varioturbine comprises.

Fluid energy machine arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the shaft ( 20 ) with a generator ( 24 ) by means of which mechanical energy of the fluid energy machine ( 18 ) and / or the expansion device ( 26 ) of the closed fluid circuit ( 28 ) is convertible into electrical energy.

Fluid energy machine arrangement according to claim 2 and 3, characterized in that the expansion device ( 26 ) of the closed fluid circuit ( 28 ) closer to the generator ( 24 ) is arranged as the turbine ( 16 ), in particular Varioturbine, the fluid energy machine ( 18 ).

Fluid energy machine arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fluid energy machine ( 18 ) one on the common wave ( 20 ) arranged compressors ( 22 ).

Fluid energy machine arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that a burner ( 12 ) for charging the fluid energy machine ( 18 ) is provided with exhaust gas, wherein by means of the burner ( 12 ) chemical energy of a fuel in the thermal energy is implemented.

Fluid energy machine arrangement according to claim 6, characterized in that the fluid energy machine arrangement ( 10 ) an air preheater ( 48 ) for heating the burner ( 12 ) supply air.

Fluid energy machine arrangement according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the heat exchanger designed to absorb thermal energy ( 32 ) an evaporator ( 34 ) and a superheater ( 36 ) for overheating the working fluid.

Fluid energy machine arrangement according to claim 7 and 8, characterized in that the air preheater ( 48 ) in the heat exchanger ( 32 ) is integrated.

Fluid energy machine arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the expansion device at least one turbine ( 26 ), in particular at least one Varioturbine comprises.

Fluid energy machine arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that the expansion device ( 26 ) has an effective cross section through which the working fluid can pass, which correlates with an inlet pressure of the working fluid of less than 5 bar, in particular less than 2 bar to 0.8 bar.

Fluid energy machine arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the expansion device ( 26 ) is adapted to relax the working fluid to an outlet pressure which is less than the atmospheric pressure.

Fluid energy machine arrangement according to one of claims 1 to 12, characterized in that the fluid circuit ( 28 ) with a further pumping device ( 50 ), by means of which downstream of the expansion device ( 26 ), in particular in the area of the cooler ( 40 ), a lower pressure than the atmospheric pressure is adjustable.

Fluid energy machine arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the fluid energy machine arrangement ( 10 ) at least one drive unit ( 56 ) of the vehicle, which with, in particular in an energy store ( 54 ) storable, electrical energy can be acted upon.

Method for operating a fluid energy machine arrangement ( 10 ) for a vehicle in which in a closed fluid circuit ( 28 ) thermal energy is converted into mechanical energy, wherein a) in the fluid circuit ( 28 ) a working fluid by means of a cooler ( 40 ) is cooled, b) the cooled working fluid by means of a pumping device ( 30 ) to a heat exchanger ( 32 c) the working fluid in the heat exchanger ( 32 ) With the thermal energy is applied, and d) the working fluid by means of a downstream of the heat exchanger ( 32 ) arranged expansion device ( 26 ), e) and wherein the expansion device ( 26 ) of the closed fluid circuit and another fluid energy machine ( 18 ) provide mechanical energy, characterized in that the further fluid energy machine ( 18 ) and the expansion device ( 26 ) of the closed fluid circuit ( 28 ) according to step e) the mechanical energy via a common wave ( 20 ) provide.

A method according to claim 15, characterized in that the method by means of a fluid energy machine arrangement ( 10 ) is carried out according to one of claims 1 to 14.