DE102009028235A1

DE102009028235A1 - Method for use of waste heat from internal combustion engine with air conditioner for temperature control of vehicle interior, involves compressing heat-loaded working medium, which emits heat in periphery in condensation unit

Info

Publication number: DE102009028235A1
Application number: DE102009028235A
Authority: DE
Inventors: Stefan Loesch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2011-02-17

Abstract

The method involves compressing the heat-loaded working medium (20), which emits the heat in a periphery (28) in a condensation unit (18). A compression machine is inversely operated as expansion machine during deactivation of air conditioner (46). A load is emitted in an internal combustion engine (34). An independent claim is also included for a device for execution of the method in a circuit of an air conditioner for a working medium of a vehicle air conditioning device.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus der Zeitschrift Auto Motor und Sport, Ausgabe 26/2005, Seite 10 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine enthaltene Wärme dazu eingesetzt wird, eine Dampfturbine zu betreiben, die auf die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine einwirkt. Aus der Veröffentlichung in der Zeitschrift Auto Motor und Sport 26/2005, Seite 10, Artikel „Motor mit Turbine” geht hervor, dass rund zwei Drittel der im Kraftstoff enthaltenen Energie eine fremdgezündete Verbrennungskraftmaschine ungenutzt in Abwärme verwandelt, die vom Kühlsystem aufgenommen wird oder durch die Abgasanlage in die Umgebung eingeleitet wird. Ein Teil dieser Wärmeenergie soll gemäß der Veröffentlichung dazu genutzt werden, die Effizienz der Verbrennungskraftmaschine um bis zu 15% zu steigern. Es wird vorgeschlagen, eine 1,8 Liter 4-Zylinder Verbrennungskraftmaschine mit einer zweistufigen Dampfturbine zu koppeln, die wiederum auf die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine wirkt. Der Heißdampf wird durch zwei Wärmetauscher erzeugt, die im Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angebracht sind. Über einen zweiten Wasserkreislauf wird dem Kühlkreislauf Wärme entzogen. Mit dem System lässt sich entweder Leistung und Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine steigern oder der Verbrauch senken. Gemäß einem vorgenommenen Testlauf wurden an der Verbrennungskraftmaschine eine Leistungssteigerung um etwa 10 kW und ein um 20 Newtonmeter angestiegenes Drehmoment gemessen. Realisierbar wäre, ohne dass die zusätzliche Leistungssteigerung bzw. das gesteigerte Drehmoment realisiert würde, ein um ca. 1,5 l verringerter Kraftstoffverbrauch einer derartig ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine.From the magazine Auto Motor und Sport, issue 26/2005, page 10 a device is known in which the heat contained in the exhaust gas of an internal combustion engine is used to operate a steam turbine, which acts on the crankshaft of the internal combustion engine. From the publication in the journal Auto Motor und Sport 26/2005, page 10, Article "Engine with Turbine" It can be seen that about two-thirds of the energy contained in the fuel unused converts a spark-ignition internal combustion engine into waste heat, which is absorbed by the cooling system or introduced into the environment through the exhaust system. Part of this heat energy will be used according to the publication to increase the efficiency of the internal combustion engine by up to 15%. It is proposed to couple a 1.8 liter 4-cylinder internal combustion engine with a two-stage steam turbine, which in turn acts on the crankshaft of the internal combustion engine. The hot steam is generated by two heat exchangers which are mounted in the exhaust tract of the internal combustion engine. Heat is removed from the cooling circuit via a second water cycle. The system can either increase the power and torque of the internal combustion engine or reduce fuel consumption. According to a test run performed on the internal combustion engine, a power increase of about 10 kW and a torque increased by 20 Newton meters were measured. It would be feasible, without the additional increase in performance or the increased torque would be realized, a reduced by about 1.5 l fuel consumption of such a fitted internal combustion engine.

Aufgrund steigender Kraftstoffpreise wird eine Vielzahl von Maßnahmen vorgeschlagen, die allesamt die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs von Fahrzeugen zum Thema haben und wirtschaftlich zunehmend interessanter erscheinen. Des Weiteren tragen die Einsparung von Kraftstoff und der damit verringerte Ausstoß an CO₂ zu einem Imagegewinn der Kraftfahrzeughersteller bei. Es wird jedoch angestrebt, das hohe Komfortniveau heutiger Kraftfahrzeuge beizubehalten, um den ständig steigenden Kundenwünschen nach wie vor Rechnung zu tragen und diesen zu genügen. So werden in einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen heutzutage Klimaanlagen eingesetzt, die bei hohen Außentemperaturen der Kühlung des Fahrzeuginnenraums dienen und eine Komfortverbesserung für die Insassen bieten.Due to rising fuel prices, a large number of measures are proposed, all of which focus on reducing the fuel consumption of vehicles and which are becoming increasingly interesting in economic terms. Furthermore, the saving of fuel and the resulting reduced emission of CO _{2 contribute} to an image gain of the motor vehicle manufacturer. However, it is desirable to maintain the high level of comfort of today's motor vehicles in order to continue to meet and meet the ever-increasing customer demands. For example, in a large number of motor vehicles, air conditioning systems are nowadays used which, at high outside temperatures, serve to cool the vehicle interior and offer improved comfort for the occupants.

Aktuell werden verschiedene Antriebssysteme wie z. B. Verbrennungskraftmaschinen und Elektromaschinen kombiniert, um durch solche Art ausgebildeten Hybridantrieb durch Rückgewinnung eines Teils der Bremsenergie den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen zu reduzieren. Die Hybridantriebe erfordern in der Regel jedoch zusätzliche Komponenten so sei z. B. mindestens ein Elektroantrieb sowie mindestens eine Kupplung sowie eine Batterie zu nennen, was einerseits finanziellen Mehraufwand darstellt, andererseits aber auch zusätzliches Gewicht für ein entsprechend ausgestattetes Fahrzeug bedeutet. Ein höheres Fahrzeuggewicht wirkt jedoch der Kraftstoffersparnis entgegen.Current be different drive systems such. B. internal combustion engines and electric machines combined to be trained by such kind Hybrid drive by recovering part of the braking energy to reduce the fuel consumption of motor vehicles. The hybrid drives usually require additional components like that be z. B. at least one electric drive and at least one clutch as well as to name a battery, which on the one hand represents financial overhead, on the other hand, but also additional weight for a suitably equipped vehicle means. A higher one Vehicle weight, however, counteracts the fuel economy.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, in Lösung der obenstehenden Aufgabenstellung, bei einem Fahrzeug, welches mit einer Klimaanlage ausgestattet ist, den Kompressor der Klimaanlage in seiner Funktionsweise umzukehren. Dies erfolgt jedoch nur zu Zeiten, in denen auf eine Kühlung des Fahrzeuginnenraums verzichtet wird. Die umgekehrt, d. h. invers betriebene Kompressionseinheit verrichtet in diesem Betriebsmodus – bei Verzicht auf eine Kühlung des Fahrzeuginnenraums – als Expansionsmaschine Arbeit. Die Leistung wird über einen Riementrieb oder andere Transmissionseinheit an die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine abgegeben.According to the invention proposed, in solution of the above problem, in a vehicle equipped with air conditioning, to reverse the compressor of the air conditioning in its operation. However, this occurs only at times when cooling on the vehicle interior is omitted. The reverse, d. H. inverse operated compression unit performs in this operating mode - at Waiver of cooling the vehicle interior - as Expansion machine work. The power is over one Belt drive or other transmission unit to the crankshaft the internal combustion engine delivered.

Durch die Nutzung des Klimaanlagenkreises wird bei dessen inversem Betrieb ein zusätzlicher zur Verbrennungskraftmaschine weiterer thermodynamischer Kreisprozess geschaffen, innerhalb dessen in einer geeigneten Maschine, d. h. im vorliegenden Fall des invers betriebenen Klimakompressors, d. h. einer Expansionsmaschine, Abwärme der Verbrennungskraftmaschine in Nutzarbeit umgewandelt werden kann. Dies ist in der Technik beispielsweise aus Dampfturbinen oder Organic Rankine Cycle(ORC)-Anlagen bekannt, auch bei Turbinen oder Verdrängermotoren, die thermodynamisch ebenfalls nach einem Dampfprozess arbeiten.By the use of the air conditioning circuit is in its inverse operation an additional to the internal combustion engine another Thermodynamic cycle created within which in one suitable machine, d. H. in the present case the inverse operated Air conditioning compressors, d. H. an expansion machine, waste heat the internal combustion engine can be converted into useful work. This is in the art, for example, steam turbines or Organic Rankine Cycle (ORC) systems, also for turbines or positive displacement motors, which also work thermodynamically after a steam process.

Im Gegensatz zum Wasserdampfprozess wird/werden bei ORC-Anlagen kein Wasser sondern Kohlenwasserstoffverbindungen verwendet, so dass der Prozess bei geringen Temperaturen möglich ist. Auch bei Klimaanlagen von Fahrzeugen kommen als Kältemittel Kohlenstoff-Wasser-Verbindungen in Frage, so dass die Abwärmenutzung der Verbrennungskraftmaschine prinzipiell in einem sehr weiten Betriebsbereich möglich ist.in the Contrary to the water vapor process will / will be no ORC systems Water but hydrocarbon compounds used so the Process at low temperatures is possible. Also at Air conditioning systems of vehicles come as refrigerant carbon-water compounds in question, so that the waste heat utilization of the internal combustion engine in principle possible in a very wide operating range is.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, wird durch die Umkehrung der Funktionsweise eines Klimakompressors, d. h. das inverse Betreiben des Klimakompressors als Expansionsmaschine der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs gesenkt. Wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, wird der vorhandene Klimakompressor der Klimaanlage des Fahrzeugs als Motor betrieben, dessen Leistung an die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine übertragen wird. Dies bedeutet, dass ein Hybridantrieb geschaffen wird, der kein zusätzliches Antriebsaggregat umfasst, sondern lediglich ein bereits im Fahrzeug verbautes Aggregat, in diesem Falle den invers betriebenen Klimakompressor der Fahrzeugklimaanlage als zusätzlichen Antrieb nutzt. Dadurch ist wie bei herkömmlichen Hybridantrieben, die in der Regel eine Verbrennungskraftmaschine sowie mindestens einen weiteren Antrieb, in der Regel einen Elektroantrieb umfassen, ein Verzicht auf eben diesen weiteren zusätzlichen Antrieb möglich, was zur Gewichtsersparnis beiträgt. Im Vergleich zu Hybridantrieben kann bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung erreicht werden, Arbeit an die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine zu übertragen und gleichzeitig auf den zusätzlichen Antrieb, die mindestens eine zusätzliche weitere Kupplung und eine Lithiumionenbatterie, die als Zwischenspeicher für die elektrische Energie, die beim Brennen gewonnen wird, dient, verzichtet werden. Alle aufgezählten Komponenten tragen zu einer Gewichtserhöhung von Kraftfahrzeugen bei, die dem Ziel, den Kraftstoffverbrauch zu senken, diametral entgegenstehen.Following the solution proposed according to the invention, the inverse operation of the air conditioning compressor, ie the inverse operation of the air conditioning compressor as an expansion engine, reduces the fuel consumption of a vehicle. As proposed by the invention, the existing air conditioning compressor of the air conditioner of the vehicle operated as a motor whose power is transmitted to the crankshaft of the internal combustion engine. This means that a hybrid drive is created, which does not include an additional drive unit, but only an aggregate already installed in the vehicle, in this case uses the inversely operated air conditioning compressor of the vehicle air conditioning system as an additional drive. As a result, as with conventional hybrid drives, which generally include an internal combustion engine and at least one further drive, usually an electric drive, a waiver of just this additional additional drive possible, which contributes to weight savings. Compared to hybrid drives can be achieved in the proposed solution according to the invention to transfer work to the crankshaft of the internal combustion engine and at the same time to the additional drive, the at least one additional additional clutch and a lithium-ion battery, which is used as a buffer for the electrical energy obtained during firing will, serve, be waived. All listed components contribute to an increase in the weight of motor vehicles, which are diametrically opposed to the goal of reducing fuel consumption.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann ein Hybridantrieb dargestellt werden, der ohne den mindestens einen zusätzlichen Elektroantrieb auskommt. Wenngleich im Kreislauf der Klimaanlage in der Regel ein Kältemittel wie z. B. Kohlenwasserstoffverbindungen oder CO₂ eingesetzt werden, ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung nicht auf diese Arbeitsmedien begrenzt, sondern es ließen sich auch andere Arbeitsmedien denken. So sind z. B. Pentan, Propan und Butan als Arbeitsmedien einsetzbar, die jedoch allesamt entflammbar sind. Weiterhin käme Ammoniak oder ein Ammoniak-Wasser-Gemisch als Arbeitsmedium in Frage ebenso wie ein Benzol-Wasser-Gemisch.The inventively proposed solution, a hybrid drive can be displayed, which manages without the at least one additional electric drive. Although in the cycle of the air conditioning usually a refrigerant such. As hydrocarbon compounds or CO ₂ are used, the proposed solution according to the invention is not limited to these working media, but it could think of other working media. So z. As pentane, propane and butane can be used as working media, but all of which are flammable. Furthermore, ammonia or an ammonia-water mixture would come as a working medium in question, as well as a benzene-water mixture.

Hinsichtlich des Wirkungsgrades und der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs kann unter der Annahme, dass bei einem thermodynamischen Prozess in der Expansionsmaschine Energie bei einem Temperaturniveau von ca. 150°C aufgenommen und bei 40°C an die Umgebung abgegeben wird, ein Wirkungsgrad von ca. 13% zu erwarten ist. Diesem Wirkungsgrad liegt die Annahme zugrunde, dass der temperaturabhängige Carnot-Wirkungsgrad zu 50% erreicht wird. Bei einer Leistung der Verbrennungskraftmaschine von beispielsweise 10 KW bei Fahrt mit einer konstanten mittleren Geschwindigkeit fallen ca. 10 KW als Wärmeverlust an. Dies resultiert aus dem ca. 33%-igen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine. Vorausgesetzt bei etwa 20 KW als Wärmeverlust der Verbrennungskraftmaschine und unter der Annahme, dass davon die Hälfte, d. h. 10 KW, der Expansionsmaschine zugeleitet wird, ließe sich eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs erreichen, die in der Größenordnung von 0,5 bis 0,7 l/100 km oder 30 g/kWh liegt.Regarding the efficiency and the reduction of fuel consumption can assume that in a thermodynamic process in the expansion machine energy at a temperature level of 150 ° C recorded and at 40 ° C to the environment is released, an efficiency of about 13% is expected. this Efficiency is based on the assumption that the temperature-dependent Carnot efficiency is achieved at 50%. At a performance of Internal combustion engine, for example, 10 KW when driving with a constant average speed will drop about 10 KW as Heat loss. This results from the approximately 33% efficiency the internal combustion engine. Provided at about 20 KW as heat loss the internal combustion engine and assuming that of it half, d. H. 10 KW, the expansion machine fed is, could be a reduction in fuel consumption reach in the order of 0.5 to 0.7 l / 100 km or 30 g / kWh.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.Based In the drawings, the invention will be described in more detail below.

Es zeigt:It shows:

1 den Betrieb eines Kreislaufs einer Klimaanlage einer Verbrennungskraftmaschine im Betriebsmodus Klimatisierung des Innenraums und 1 the operation of a circuit of an air conditioning system of an internal combustion engine in the operating mode air conditioning of the interior and

2 den inversen Betrieb des in 1 dargestellten Kreislauf der Klimaanlage, bei dem der Klimaanlagenkompressor invers betrieben, d. h. als Expansionsmotor betrieben wird. 2 the inverse operation of the in 1 illustrated cycle of the air conditioner, in which the air conditioning compressor operated inversely, that is operated as an expansion engine.

Ausführungsvariantenvariants

Der Darstellung gemäß 1 ist der Betrieb der Klimaanlage eines Fahrzeugs im normalen Klimaanlagenbetriebsmodus zu entnehmen, wie er in der wärmeren Jahreszeit durchgeführt wird.The representation according to 1 the operation of the air conditioning system of a vehicle in the normal air conditioning operating mode, as it is carried out in the warmer season.

Im in 1 dargestellten Kreislauf einer Klimaanlage zirkuliert ein Arbeitsmedium, bei dem es sich bei Fahrzeugklimaanlagen in der Regel um Kohlenwasserstoffverbindungen oder um CO₂ handelt. Das Arbeitsmedium zirkuliert durch die Komponenten des Klimaanlagenkreises im durch Bezugszeichen 30 bezeichneten Uhrzeigersinn. Bei höheren Außentemperaturen erfolgt ein Abtransport der Wärme gemäß Bezugszeichen 12 aus dem Fahrzeuginnenraum 10 des Fahrzeugs zu einer Verdampfereinheit 14. In der Verdampfereinheit 14 wird die Wärme aus dem Fahrzeuginnenraum 10 ausgekoppelt und an das durch die Verdampfereinheit 14 im Uhrzeigersinn 30 zirkulierende Arbeitsmedium des Kreislaufs der Klimaanlage abgegeben. Die in diesem Fall als Klimaanlagenkompressor 16 arbeitende Maschine nimmt Energie auf, d. h. wird über die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. Das verdichtete Arbeitsmedium, welches im Uhrzeigersinn 30 zirkuliert, gelangt austrittsseitig des Klimaanlagenkompressors in eine Verflüssigereinheit (Kondensator) und gibt die Wärme an die Umgebung ab. Nach Wärmeabgabe an die Umgebung gelangt das nun in flüssiger Phase vorliegende Arbeitsmedium 20 über eine als Expansionsventil dienende Drossel wieder zurück zur Verdampfereinheit 14, wo das Arbeitsmedium 20 die aus dem Fahrzeuginnenraum 10 ausgekoppelte und über den Wärmetransport 12 zugeführte Wärme wieder aufnimmt. Mit Bezugszeichen 24 ist der reguläre Betriebsmodus einer Klimaanlage in einem Fahrzeug bezeichnet. Mit Bezugszeichen 26 ist kenntlich gemacht, dass das Arbeitsmedium 20 im Gegenstrom in Bezug auf den Wärmetransport 12 aus dem Fahrzeuginnenraum 10 verläuft.Im in 1 illustrated circuit of an air conditioner circulates a working fluid, which is usually in vehicle air conditioners to hydrocarbon compounds or CO ₂ . The working medium circulates through the components of the air conditioning circuit in by reference numeral 30 designated clockwise. At higher ambient temperatures, the heat is removed according to the reference symbol 12 from the vehicle interior 10 of the vehicle to an evaporator unit 14 , In the evaporator unit 14 gets the heat out of the vehicle interior 10 decoupled and to the through the evaporator unit 14 clockwise 30 circulating working medium of the circulation of the air conditioning delivered. Which in this case as air conditioning compressor 16 working machine absorbs energy, ie is driven by the crankshaft of the internal combustion engine. The compressed working medium, which is clockwise 30 circulates, enters the outlet side of the air conditioning compressor in a condenser unit (condenser) and releases the heat to the environment. After heat is released to the environment, the working medium, which is now in the liquid phase, arrives 20 via a throttle serving as an expansion valve back to the evaporator unit 14 where the working medium 20 the from the vehicle interior 10 decoupled and via the heat transport 12 absorbs added heat again. With reference number 24 is the regular operating mode of an air conditioner in a vehicle. With reference number 26 is indicated that the working medium 20 in countercurrent with respect to the heat transfer 12 from the vehicle interior 10 ver running.

In Bezug auf die Verflüssigereinheit 18 (Kondensator) wird Energie an die Umgebung, im vorliegenden Fall an eine Umgebungsluftströmung 28 abgegeben, welche die Verflüssigereinheit 18 ebenfalls im Gegenstrom 26 durchströmt.Regarding the condenser unit 18 (Condenser) is energy to the environment, in the present case to an ambient air flow 28 delivered, which the condenser unit 18 also in countercurrent 26 flows through.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass im in 1 dargestellten normalen Betriebsmodus einer Klimaanlage der Verdichter die Kompressionsmaschine 16 von der Verbrennungskraftmaschine 34 aus angetrieben wird, was durch den mit Bezugszeichen 35 identifizierten Antriebsfluss dargestellt ist, der für den Modus Klimaanlagenbetrieb des Kreislaufes 46 steht.For completeness, it should be mentioned that in 1 illustrated normal operating mode of an air conditioner of the compressor the compression machine 16 from the internal combustion engine 34 is driven out, which by the reference numeral 35 identified drive flow is shown, for the mode air conditioning operation of the circuit 46 stands.

Der Darstellung gemäß 2 ist die Nutzung der Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine 34 durch einen invers betriebenen Kreislauf der Klimaanlage zu entnehmen.The representation according to 2 is the use of the waste heat of an internal combustion engine 34 to be taken by an inverse operated circuit of the air conditioner.

Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass das Arbeitsmedium 20, bei dem es sich um Kohlenwasserstoffverbindungen oder CO₂ oder ein anderes geeignetes Arbeitsmedium zum Betrieb eines Kreislaufs der Klimaanlage 46 handeln kann, den in 2 dargestellten Kreislauf im Gegenuhrzeigersinn 48 durchströmt. Das Arbeitsmedium 20 durchströmt die Verdampfereinheit 14. Die Verdampfereinheit 14 wird außer vom Arbeitsmedium 20 vom Abgasstrom 40 der Verbrennungskraftmaschine 34 durch strömt. Der Wärmeübergang vom Abgas 40 an das im Gegenuhrzeigersinn 48 den Kreislauf der Klimaanlage 46 durchströmende Arbeitsmedium 20 erfolgt bei einem Temperaturniveau zwischen 120°C und 200°C, insbesondere in einem Temperaturbereich von ca. 150°C. Wie aus der Darstellung gemäß 2 hervorgeht, wird die Verdampfereinheit 14 im inversen Betriebsmodus der Kompressionsmaschine 16 im Gegenuhrzeigersinn durchströmt.From the illustration according to 2 it turns out that the working medium 20 which is hydrocarbon compounds or CO ₂ or other suitable working medium for operating a cycle of the air conditioning system 46 can act in the 2 illustrated circuit in the counterclockwise direction 48 flows through. The working medium 20 flows through the evaporator unit 14 , The evaporator unit 14 is out of the working medium 20 from the exhaust gas flow 40 the internal combustion engine 34 flows through. The heat transfer from the exhaust gas 40 in the counterclockwise direction 48 the cycle of air conditioning 46 flowing working medium 20 takes place at a temperature level between 120 ° C and 200 ° C, in particular in a temperature range of about 150 ° C. As shown in the illustration 2 shows, the evaporator unit 14 in the inverse operating mode of the compression machine 16 flows through in the counterclockwise direction.

Das erwärmte Arbeitsmedium 20, welches die Verdampfereinheit 14 austrittsseitig verlässt, durchströmt die in diesem Falle invers betriebene Kompressionsmaschine 16, die nun als Expansionsmaschine 42 dient, in der das erwärmte Arbeitsmedium 20 entspannt wird. Durch die Expansionsmaschine 42, d. h. die invers betriebene Kompressionsmaschine 16, erfolgt ein Antriebsfluss 49 im Betriebsmodus Abwärmenutzung der Verbrennungskraftmaschine, wie in 2 dargestellt, an die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 34.The heated working medium 20 which is the evaporator unit 14 Leaves the outlet side, flows through the inverse in this case operated compression machine 16 , now as an expansion machine 42 serves in which the heated working medium 20 is relaxed. Through the expansion machine 42 ie the inverse operated compression machine 16 , there is a drive flow 49 in the operating mode waste heat utilization of the internal combustion engine, as in 2 shown, to the crankshaft of the internal combustion engine 34 ,

Das ausgangsseitig die invers betriebene Kompressionsmaschine 16 verlassende Arbeitsmedium 20 wird in einer Verflüssigungseinheit 18 (Kondensator) abgekühlt. Das Kühlmedium stellt in dem in 2 beschriebenen Betriebsmodus einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges die Umgebungsluftströmung 28 dar. Analog zur Verdampfereinheit 14 durchströmen das entspannte Arbeitsmedium 20 und die Umgebungsluftströmung 28 die Verflüssigereinheit 18 im Gegenstromprinzip. Dabei erfolgt eine Abkühlung des Arbeitsmediums 20 an die Umgebung auf einem Temperaturniveau zwischen 30°C und 60°C, bevorzugt bei einer Temperatur von ca. 40°C.On the output side, the inverse-operated compression machine 16 leaving working medium 20 is in a liquefaction unit 18 (Condenser) cooled. The cooling medium is in the in 2 described operating mode of an air conditioning system of a motor vehicle, the ambient air flow 28 dar. Analog to the evaporator unit 14 flow through the relaxed working medium 20 and the ambient air flow 28 the condenser unit 18 in countercurrent principle. This causes a cooling of the working medium 20 to the environment at a temperature level between 30 ° C and 60 ° C, preferably at a temperature of about 40 ° C.

Das nun in flüssiger Form vorliegende Arbeitsmedium 20 wird durch eine im Kreislauf 46 der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs vorgesehene Druckerhöhungspumpe 44 wieder auf den erhöhten Druck gebracht, bevor das Arbeitsmedium 20 entsprechend des Gegenuhrzeigersinns 48 wieder der Verdampfereinheit 14 zuströmt.The now in liquid form working medium 20 gets through one in the cycle 46 the air conditioning of the motor vehicle provided booster pump 44 brought back to the elevated pressure before the working fluid 20 in the counterclockwise direction 48 again the evaporator unit 14 flows in.

Im Unterschied zum Kreislauf der Klimaanlage 46 gemäß der Darstellung in 1, in dem eine als Expansionsventil dienende Drossel 22 vorgesehen ist, befindet sich im Kreislauf der Klimaanlage 46 gemäß 2 anstelle der als Expansionsventil 22 dienenden Drossel die Druckerhöhungspumpe 44. Mit der Druckerhöhungspumpe 44 wird das Arbeitsmedium 20 von einem niedrigeren auf ein höheres Druckniveau gepumpt, so dass der Kreislauf der Klimaanlage 46 gemäß der Darstellung in 2 wieder geschlossen ist. Die zum Antrieb der Druckerhöhungspumpe 44 benötigte Arbeit ist gering im Vergleich zu der beim Entspannen abgegebenen Arbeit gemäß dem Arbeitsfluss 49 an die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 34.In contrast to the cycle of air conditioning 46 as shown in 1 , in which serving as an expansion valve throttle 22 is provided is in the circuit of the air conditioning 46 according to 2 instead of as an expansion valve 22 Serving throttle the booster pump 44 , With the booster pump 44 becomes the working medium 20 pumped from a lower to a higher pressure level, so that the circulation of the air conditioning 46 as shown in 2 is closed again. To drive the booster pump 44 the work required is small in comparison to the work given out when relaxing according to the work flow 49 to the crankshaft of the internal combustion engine 34 ,

Wenn in beiden Betriebsweisen des Kreislaufs der Klimaanlage 46 gemäß den Darstellungen in 1 und 2 wie vorstehend erläutert, ein und dieselben Wärmetauscher, d. h. die Verdampfereinheit 14 bzw. die Verflüssigereinheit 18 zum Einsatz kommen sollen, ist die Luftführung durch diese Wärmetauscher beim Umschalten der Betriebsweise „Normalbetrieb der Klimaanlage” auf „Nutzung der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine 34” entsprechend zu ändern.If in both modes of operation of the air conditioning 46 according to the illustrations in 1 and 2 As explained above, one and the same heat exchangers, ie the evaporator unit 14 or the condenser unit 18 are to be used, the air flow through these heat exchangers when switching the mode of operation "normal operation of the air conditioning" to "use of waste heat of the internal combustion engine 34 "Change accordingly.

Während in dem in 1 dargestellten Betriebsmodus der Klimaanlage die Luft vom Fahrzeuginnenraum 10 in die Verdampfungseinheit 14 abgekühlt wird, wird in der Funktionsweise „Nutzung der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine 34” ein und derselbe Wärmetauscher, d. h. der Verdampfer 14 von der Umgebungsluft 28 gekühlt. Der Wärmetauscher, der bei der Betriebsweise gemäß 1 als Kondensator dient und von der Umgebungsluft gekühlt wird, d. h. die Verflüssigungseinheit 18, wird bei der Betriebsweise „Nutzung der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine 34” gemäß der Darstellung in 2 über das Abgas 40, d. h. bzw. Abwärme der Verbrennungskraftmaschine über Abgas oder Heißluft beheizt.While in the in 1 illustrated operating mode of the air conditioning system, the air from the vehicle interior 10 in the evaporation unit 14 is cooled, is functioning "use of the waste heat of the internal combustion engine 34 "One and the same heat exchanger, ie the evaporator 14 from the ambient air 28 cooled. The heat exchanger used in the operation according to 1 serves as a condenser and is cooled by the ambient air, ie the liquefaction unit 18 , is in the mode of operation "use of waste heat of the internal combustion engine 34 "As shown in 2 over the exhaust 40 , ie, or heated waste heat of the internal combustion engine via exhaust gas or hot air.

Vorraussetzung für das erfindungsgemäß vorgeschlagene Betreiben der Kompressionsmaschine 16 im Kreislauf der Klimaanlage 46 ist die Nicht-Nutzung des Kreislaufs der Klimaanlage 46, d. h. eine Nicht-Nutzung der Kühlfunktion für den Fahrzeuginnenraum. Gängige Arbeitsmedien 20, die im Kreislauf der Klimaanlage 46 umgewälzt werden, sind z. B. R134a und verwandte Kältemittel. Bei der praktischen Umsetzung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können zwei Wärmetauscher eingesetzt werden. Von diesen dient einer als Verdampfer und einer als Überhitzer. Wird als Arbeitsmedium 20 das Kältemittel R134a eingesetzt, so kann die Verdampfung über Kühlwasser erfolgen und die Überhitzung mittels der Abgasenergie. Die Verdampfung in der Verdampfereinheit 14 erfolgt z. B. für das eingesetzte Kältemittel R134a als Arbeitsmedium 20 auf einem Temperaturniveau von 90°C oder 100°C. damit kann die dem Kühlwasserkreis der Verbrennungskraftmaschine innenwohnende Energie eingesetzt werden. Eine Überhitzung kann mittels Abgasenergie erfolgen, wobei bei dem eingesetzten Arbeitsmedium 20 R134a die Überhitzung bei einem Temperaturniveau zwischen 200°C und 250°C erfolgt. Die Wärmeaufnahme erfolgt innerhalb eines Temperaturbereichs, der sowohl von der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung gestellt werden kann und andererseits in Kombination mit dem verwendeten Arbeitsmedium 20 geeignet ist, um über den thermodynamischen Kreisprozess Nutzarbeit abzugeben; im Fall des Arbeitsmediums 20 R134a in einem Temperaturbereich zwischen 90°C und 200°C.Prerequisite for the invention proposed operation of the compression machine 16 in the cycle of air conditioning 46 is the non-use of the circuit of the air conditioning 46 , ie a non-use of the cooling function for the vehicle interior. Common working media 20 that are in the cycle of air conditioning 46 are circulated, z. R134a and related refrigerants. In the practical implementation of the proposed solution according to the invention, two heat exchangers can be used. Of these, one serves as an evaporator and one superheater. Used as a working medium 20 the refrigerant R134a used, the evaporation can be done via cooling water and the overheating by means of the exhaust gas energy. The evaporation in the evaporator unit 14 takes place for. B. for the refrigerant used R134a as the working medium 20 at a temperature level of 90 ° C or 100 ° C. thus, the internal energy of the cooling water circuit of the internal combustion engine can be used. Overheating can be done by means of exhaust gas energy, wherein in the working medium used 20 R134a overheating occurs at a temperature level between 200 ° C and 250 ° C. The heat absorption takes place within a temperature range that can be provided both by the internal combustion engine and on the other hand in combination with the working medium used 20 is suitable for delivering useful work via the thermodynamic cycle; in the case of the working medium 20 R134a in a temperature range between 90 ° C and 200 ° C.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- Auto Motor und Sport, Edition 26/2005, page 10 [0001]
- Auto Motor und Sport 26/2005, page 10, Article "Motor with turbine" [0001]

Claims

Method for using waste heat of an internal combustion engine ( 34 ) with air conditioning ( 46 ) for controlling the temperature of a vehicle interior, which is a compression machine ( 16 ), in which a heat-laden working medium ( 20 ), which in a liquefaction unit ( 18 ) Heat to the environment ( 28 ), characterized in that the compression machine ( 16 ) with deactivated air conditioning ( 46 ) inverse as an expansion machine ( 42 ) and power to the internal combustion engine ( 34 ).

Method according to claim 1, characterized in that the working medium ( 20 ) of the air conditioner ( 46 ) in an evaporation unit ( 18 ) Heat from the exhaust gas ( 40 ) and / or the cooling water of the internal combustion engine ( 34 ).

Method according to claim 2, characterized in that the evaporator unit ( 18 ) from the exhaust gas ( 40 ) or the cooling water of the internal combustion engine ( 34 ) and the working medium ( 20 ) in countercurrent ( 26 ) is flowed through.

Method according to claim 1, characterized in that expanded working medium ( 20 ) after relaxation in the inverse as an expansion machine ( 42 ) operated compression machine ( 16 ) in a liquefaction unit ( 18 ) Heat to the environment ( 28 ).

Method according to claim 1, characterized in that the pressure of the working medium ( 20 ) of the air conditioner ( 46 ) by a booster pump ( 44 ) is increased.

A method according to claim 2, characterized in that the heat absorption in the evaporator unit ( 14 ) at a temperature level of between 90 ° C and 200 ° C.

A method according to claim 4, characterized in that the heat release in the condenser unit ( 18 ) at a temperature level between 30 ° C and 60 ° C.

Device for carrying out the method according to one or more of the preceding claims in a circuit of the air conditioning system ( 46 ) for a working medium ( 20 ) of a vehicle air conditioning system, with an evaporation unit ( 14 ), a condenser unit ( 18 ) and an inversely operable compression machine ( 16 ), characterized in that the cycle ( 46 ) a booster pump ( 44 ).

Device according to claim 8, characterized in that the booster pump ( 44 ) between the liquefier unit ( 18 ) and the evaporator unit ( 14 ) is arranged.

Device according to claim 8, characterized in that the working medium ( 20 ) CO ₂ or hydrocarbon compounds is / are.