DE102009050263A1 - Heat recovery system for recovering heat from Clausius-Rankine processes in motor vehicle, has Rankine-cycle with working medium, and exhaust system thermally connected to Rankine-cycle by heat exchangers - Google Patents

Heat recovery system for recovering heat from Clausius-Rankine processes in motor vehicle, has Rankine-cycle with working medium, and exhaust system thermally connected to Rankine-cycle by heat exchangers Download PDF

Info

Publication number
DE102009050263A1
DE102009050263A1 DE102009050263A DE102009050263A DE102009050263A1 DE 102009050263 A1 DE102009050263 A1 DE 102009050263A1 DE 102009050263 A DE102009050263 A DE 102009050263A DE 102009050263 A DE102009050263 A DE 102009050263A DE 102009050263 A1 DE102009050263 A1 DE 102009050263A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
working medium
heat exchanger
rankine
rankine cycle
partial flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102009050263A
Other languages
German (de)
Inventor
Jürgen Grünwald
Roland Burk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Priority to DE102009050263A priority Critical patent/DE102009050263A1/en
Publication of DE102009050263A1 publication Critical patent/DE102009050263A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/28—Layout, e.g. schematics with liquid-cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/25—Layout, e.g. schematics with coolers having bypasses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

The system has an exhaust system (9) for an internal combustion engine (1), and a Rankine-cycle (2) with a working medium. The exhaust system is thermally connected to the Rankine-cycle by heat exchangers (4, 5, 6), where a total exhaust gas flow (10) of the exhaust system is branched into a recycled exhaust gas flow (12) and a rest exhaust gas flow (13). The recycled exhaust gas flow is diverted to a high pressure side of an exhaust gas charging air compressor (14). The rest exhaust gas flow is connected with an evaporation region of the working medium. An independent claim is also included for a method for operating a heat recovery system.

Description

Die Erfindung betrifft ein System, insbesondere für Kraftfahrzeuge, aufweisend ein Abgasrückführsystem und einen Rankine-Kreislauf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The Invention relates to a system, in particular for motor vehicles, comprising an exhaust gas recirculation system and a Rankine cycle according to the preamble of claim 1.

Zunehmend wird der Einsatz von Systemen zur Wärmerückgewinnung, etwa von Clausius-Rankine Prozessen angedacht.Increasingly is the use of systems for heat recovery, for example, Clausius-Rankine processes.

Der Clausius-Rankine Prozess ist seit langem als geschlossener Dampfkraftprozess bekannt. Eine Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsgemisch wird unter Druck verdampft, in der Regel auch überhitzt und einer Expansionsmaschine zugeführt, die mechanische Arbeit leistet. Das entspannte Arbeitsmittel wird unter Wärmeabgabe vollständig kondensiert und mittels Pumpe wieder auf Verdampfungsdruck gebracht.Of the Clausius-Rankine process has long been considered a closed steam power process known. A liquid or a liquid mixture is vaporized under pressure, usually also overheated and fed to an expansion machine, the mechanical work guaranteed. The relaxed work equipment is under heat completely condensed and returned to evaporating pressure by pump.

Aufgrund der jüngeren Anstrengungen beim Klimaschutz und der Verknappung fossiler Energieträger ist diese Technologie in jüngerer Zeit wieder verstärkt für den Einsatz in Kraftfahrzeugen im Gespräch.by virtue of recent efforts on climate change and scarcity fossil fuel, this technology is more recent Time again reinforced for use in motor vehicles in conversation.

Um einen möglichst hohen Anteil der Abwärme eines Fahrzeuges für den Prozess zu gewinnen und dessen Leistung zu erhöhen, werden verschiedene Wärmequellen im Fahrzeug genutzt, insbesondere die Abwärme des Motorkühlkreislaufes oder des Abgassystems. Aufgrund seiner hohen Temperatur stellt das Abgassystem eine bevorzugte Wärmequelle dar, wobei insbesondere die Abgasrückfürung (AGR) in Frage kommt, da der zum Motor zurückgeführte Abgasteilstrom nach Stand der Technik einen Kühlungsbedarf aufweist, was üblicherweise in wenigstens einem Abgasrückführkühler (AGR-Kühler) bewerkstelligt wird.Around the highest possible proportion of the waste heat of a Vehicle for the process to win and its performance To increase, different heat sources are in the Vehicle used, in particular the waste heat of the engine cooling circuit or the exhaust system. Due to its high temperature, this represents Exhaust system is a preferred heat source, in particular the exhaust gas recirculation (EGR) comes into question, since the returned to the engine exhaust partial flow to state The art has a cooling requirement, which is usually in at least one exhaust gas recirculation cooler (EGR cooler) is accomplished.

Die JP 2007332853 A offenbart ein Abwärmerückgewinnungssystem, wobei genau ein Heizer die vom Abgas aufgenommene Abwärme an einen Rankine Kreislauf abgibt. Das Medium im Rankine Kreislauf verdampft und expandiert anschließend in einer Expansionsmaschine, um thermische in mechanische Energie umzuwandeln.The JP 2007332853 A discloses a waste heat recovery system, wherein exactly one heater emits the waste heat absorbed by the exhaust gas to a Rankine cycle. The medium in the Rankine cycle then vaporizes and expands in an expansion machine to convert thermal to mechanical energy.

1 zeigt ein schematisches Temperatur-Enthalpie Diagramm für ein derartiges System, in dem durch einen Wärmeübertrager Wärme, beispielsweise die Wärme eines Abgases, auf einen Rankine Kreislauf übertragen wird. Hierbei zeigt die durchgezogene Linie den Temperaturverlauf des Rankine-Mediums und die strichlierte Linie den Temperaturverlauf des Abgases. 1 shows a schematic temperature-enthalpy diagram for such a system in which heat is transferred by a heat exchanger, such as the heat of an exhaust gas, to a Rankine cycle. Here, the solid line shows the temperature profile of the Rankine medium and the dashed line the temperature profile of the exhaust gas.

Die Verdampfung eines Fluids, bestehend aus ausschließlich einer Substanz oder eines azeotropen Gemisches, findet unter näherungsweise isobaren Bedingungen und gleichzeitig näherungsweise isotherm statt. Daraus ergibt sich folgender Temperaturverlauf für das Rankine-Medium:
Temperaturanstieg während der Vorwärmphase 101, konstante Temperatur während der Verdampfung 102 und wiederum Temperaturanstieg in der Überhitzungsphase 103. Sofern das wärmeabgebende Fluid über der gesamten Wärmeübertragungsphase einphasig bleibt, ergibt sich ein annähernd linearer Temperaturabfall desselben. Daraus resultieren folgende Nachteile:
Der Wärmeübergang wird beim Übergang von der Vorwärmphase 101 zur Verdampfung 102 behindert, da in diesem Bereich die größtmögliche Annäherung der Temperaturen der wärmeaustauschenden Fluide erfolgt. Diese Annäherung wird auch als „pinch point” 104 bezeichnet. Zur Überwindung dieses Bereiches wird daher eine große Wärmeübertragungsfläche benötigt.The evaporation of a fluid consisting of only one substance or an azeotropic mixture takes place under approximately isobaric conditions and at the same time approximately isothermal. This results in the following temperature profile for the Rankine medium:
Temperature increase during the preheating phase 101 , constant temperature during evaporation 102 and again temperature increase in the overheating phase 103 , If the heat-emitting fluid remains single-phase over the entire heat transfer phase, the result is an approximately linear temperature drop of the same. This results in the following disadvantages:
The heat transfer is at the transition from the preheat phase 101 for evaporation 102 impeded, since in this area the maximum approximation of the temperatures of the heat-exchanging fluids takes place. This approach is also called "pinch point" 104 designated. To overcome this range, therefore, a large heat transfer area is needed.

Wie aus 1 gefolgert werden kann, stellt der „pinch-point” 104 auch ein Limit für den maximalen Massenstrom des Rankine-Mediums dar, wobei die Pfeilrichtung 105 höhere Massenströme bedeutet. Somit ist eine schlechte Ausnutzung der Wärmequelle gegeben, da der „pinch-point” 104 die maximal übertragbare Wärmemenge limitiert, selbst wenn die Abgasaustrittstemperatur noch erheblich über der Rankine-Medium Eintrittstemperatur liegt.How out 1 can be inferred, the "pinch-point" represents 104 also a limit for the maximum mass flow of the Rankine medium, wherein the direction of the arrow 105 means higher mass flows. Thus, a poor utilization of the heat source is given, since the "pinch-point" 104 limits the maximum amount of heat transferable, even if the exhaust gas outlet temperature is still significantly higher than the Rankine medium inlet temperature.

Ausgehend von diesem Stand der Technik, ist es Aufgabe der Erfindung, die Effizienz von Wärmeübertragern bei der Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung zu verbessern, die spezifische Wärmeübertragerfläche zu reduzieren und die mögliche Leistung des Dampfkraftprozesses, insbesondere des Rankine Prozesses zu erhöhen.outgoing From this prior art, it is an object of the invention that Efficiency of heat exchangers during preheating, Evaporation and overheating improve, the specific To reduce heat transfer surface and the possible performance of the steam power process, in particular the Rankine process increase.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.These Task is solved by a system with the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of Dependent claims.

Gemäß eines Grundgedankens der Erfindung weist ein System zur Abwärmenutzung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ein Abgassystem, insbesondere mit einer Abgasrückführung, mit einem ersten Arbeitsmedium und zumindest einen Rankine-Kreislauf mit einem zweiten Arbeitsmedium auf, wobei das Abgassystem durch einen ersten Wärmeübertrager und zumindest einen zweiten Wärmeübertrager thermisch an den Rankine-Kreislauf koppelbar ist.According to one The basic idea of the invention is a system for using waste heat, in particular for a motor vehicle, an exhaust system, in particular with an exhaust gas recirculation, with a first working medium and at least one Rankine cycle with a second working medium on, wherein the exhaust system by a first heat exchanger and at least a second heat exchanger thermally can be coupled to the Rankine cycle.

Durch die Koppelung des Abgassystems an den Rankine-Kreislauf durch mindestens zwei Wärmeübertrager werden die lokalen Wärmekapazitätenströme des Abgases an die lokalen Wärmekapazitätenströme des Rankine-Mediums besser angeglichen. Somit wird ebenfalls eine verstärkte Angleichung des Temperaturgangs beider Ströme erzielt. Dadurch kann die eingangs erwähnte „pinch-point” Problematik entschärft, die Wärmeübertragerfläche reduziert und in Folge auch Kosten und Gewicht eingespart werden.By coupling the exhaust system to the Rankine cycle through at least two heat exchangers, the local heat capacity flows of the exhaust gas to the local heat capacity streams of the Rankine medium are better angegli chen. Thus, an increased equalization of the temperature response of both streams is also achieved. As a result, the aforementioned "pinch-point" problem can be mitigated, the heat transfer surface can be reduced and costs and weight can be saved as a result.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist im Abgassystem abströmseitig des ersten Wärmeübertragers eine Verzweigungsstelle vorgesehen, die das erste Arbeitsmedium in einen ersten und zweiten Teilstrom aufteilt, wobei der erste Teilstrom bevorzugt durch den zweiten Wärmeübertrager und der zweite Teilstrom an die Umgebung abgegeben wird. Durch die Aufteilung des Abgasstromes in einen ersten und zweiten Teilstrom, ist die Temperatur des zweiten Teilstromes, der an die Umgebung abgegeben wird, immer noch hoch genug, um in relevanten Betriebspunkten die Funktionsfähigkeit der meisten Abgasreinigungsverfahren, insbesondere nach einer instationären Aufwärmehase, sicher zu stellen.In An alternative embodiment of the invention is in the exhaust system downstream of the first heat exchanger a branch point provided, which is the first working medium divided into a first and second partial flow, wherein the first Partial flow preferred by the second heat exchanger and the second partial flow is discharged to the environment. By the Division of the exhaust gas flow into a first and second partial flow, is the temperature of the second partial flow, which is released to the environment is still high enough to operate in relevant operating points Functioning of most emission control methods, especially after a transient warm-up hare, to make sure.

Der Rankine-Kreislauf weist zumindest einen Kondensator, eine Pumpe und eine Expansionsmaschine auf, wobei die Expansionsmaschine bevorzugt als volumetrische Expansionsmaschine ausgebildet ist.Of the Rankine cycle has at least one capacitor, a pump and an expansion machine, the expansion machine being preferred is designed as a volumetric expansion machine.

In einer alternativen Ausgestaltung ist im Rankine-Kreislauf der erste Wärmeübertrager abströmseitig des zweiten Wärmeübertragers und zuströmseitig des Expanders angeordnet. Somit wird durch den zweiten Wärmeübertrager eine Vorwärmung und im ersten Wärmeübertrager eine Verdampfung und Überhitzung des Rankine-Mediums erzielt. Somit wird insgesamt eine bessere Angleichung der Wärmekapazitätenströme der beiden Arbeitsmedien erzielt.In an alternative embodiment is the first in the Rankine cycle Heat exchanger downstream of the second Heat exchanger and upstream of the Expander arranged. Thus, by the second heat exchanger a preheating and in the first heat exchanger evaporation and overheating of the Rankine medium. Thus, overall, a better alignment of the heat capacity flows of the two working media.

Alternativ ist in einer weiteren Ausführungsform der erste und der zweite Wärmeübertrager zu einer Baueinheit integriert. Somit kann neben den bereits angeführten Vorteilen zusätzlich auch noch Bauraum eingespart werden.alternative In a further embodiment, the first and the integrated second heat exchanger to form a unit. Thus, in addition to the benefits already mentioned in addition also space can be saved.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Abgassystem abströmseitig des zweiten Wärmeübertragers eine Verzweigungsstelle vorgesehen, die den ersten Teilstrom mit dem zweiten Teilstrom zusammenführt. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn in gewissen Betriebsbereichen keine Abgasrückführung notwendig ist. Durch die Verzweigungsstelle kann der erste Teilstrom direkt in den zweiten Teilstrom geführt und an die Umgebung abgegeben werden. Die Abgasrückführung kann durch entsprechende Vorrichtungen, beispielsweise ein Ventil, versperrt werden.In A further embodiment of the invention is in the exhaust system downstream the second heat exchanger a branch point provided, which merges the first partial flow with the second partial flow. Such a configuration is particularly useful if In certain operating areas no exhaust gas recirculation necessary is. Through the branch point, the first partial flow led directly into the second partial flow and to the environment be delivered. The exhaust gas recirculation can through corresponding devices, such as a valve, locked become.

Alternativ ist es in Betriebsbereichen in denen keine Abgasrückführung benötigt wird auch möglich, dass im Rankine Kreislauf eine Bypassleitung um den zweiten Wärmeübertrager vorgesehen ist, so dass das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes gänzlich durch die Bypassleitung geleitet werden kann Hierzu sind Mittel vorgesehen, die es ermöglichen, den Strömungszweig durch den zweiten Wärmeübertrager bei Bedarf zu versperren.alternative it is in operating areas where there is no exhaust gas recirculation It is also possible that in the Rankine cycle a bypass line around the second heat exchanger is provided so that the working medium of the Rankine cycle can be passed entirely through the bypass line for this purpose Means are provided which allow the flow branch if necessary through the second heat exchanger block.

Das System eignet sich besonders für anorganische Rankine-Medien einschließlich der Zugabe von Additiven, insbesondere eignet es sich für das Rankine-Medium Wasser. Alternativ können jedoch auch organische Medien verwendet werden, so dass der Kreislauf als Organischer Rankine Kreislauf (ORC) betrieben wird.The System is particularly suitable for inorganic Rankine media including the addition of additives, in particular it is for the Rankine medium water. Alternatively you can However, organic media can also be used, so the circulation operated as Organic Rankine cycle (ORC).

Erfindungsgemäß ist weiter ein Verfahren zum Betreiben zumindest einer Expansionsmaschine eines Rankine-Kreislaufes mit folgenden Verfahrensschritten vorgesehen:

  • – das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes wird in einem Kondensator verflüssigt,
  • – das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes wird mittels einer Pumpe auf einen höheren Druck gebracht,
  • – das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes wird in einem zweiten Wärmeübertrager vorgewärmt,
  • – das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes wird in einem ersten Wärmeübertrager verdampft und überhitzt,
  • – das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes durchströmt eine Expansionsmaschine und verrichtet Arbeit.
According to the invention, a method is also provided for operating at least one expansion machine of a Rankine cycle with the following method steps:
  • The working medium of the Rankine cycle is liquefied in a condenser,
  • The working medium of the Rankine cycle is brought to a higher pressure by means of a pump,
  • The working medium of the Rankine cycle is preheated in a second heat exchanger,
  • The working medium of the Rankine cycle is evaporated in a first heat exchanger and superheated,
  • - The working medium of the Rankine cycle flows through an expansion machine and performs work.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist es möglich, dass das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes zuströmseitig des zweiten Wärmeübertragers in einen ersten Teilstrom durch den zweiten Wärmeübertrager und einen zweiten Teilstrom durch die Bypassleitung aufgeteilt wird. Eine derartige Alternative hat den Vorteil, dass durch eine Verringerung des Massenstroms durch den zweiten Wärmeübertrager die Temperaturgänge des ersten und zweiten Arbeitsmediums angeglichen werden können. Somit kann ein Auftreten eines „pinch-points” in der Vorwärmphase verhindert werden.According to one further advantageous embodiment of the invention, it is possible that the working medium of the Rankine cycle on the inflow side of the second heat exchanger in a first partial flow the second heat exchanger and a second Partial flow is divided by the bypass line. Such Alternative has the advantage that by reducing the mass flow through the second heat exchanger, the temperature gradients of the first and second working medium can be adjusted. Thus, an occurrence of a "pinch-point" in the preheating be prevented.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden der erste und zweite Teilstrom des Rankine-Kreislaufs abströmseitig des zweiten Wärmeübertragers zusammengeführt und durch den ersten Wärmeübertrager geleitet.According to one Another advantageous embodiment of the invention, the first and second sub-stream of the Rankine cycle downstream the second heat exchanger merged and passed through the first heat exchanger.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the combination given, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Weitere wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und den Zeichnungen.Further important features of the present invention will become apparent from the following detailed description in conjunction with the claims and the drawings.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Systems zur Abwärmenutzung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.following Be preferred embodiments of an inventive Waste heat recovery system described and based on the adjacent Drawings explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines Temperatur-Enthalpiestrom Diagramms gemäß dem Stand der Technik; 1 a schematic representation of a temperature enthalpy flow diagram according to the prior art;

2 eine erste Ausführungsform eines Systems zur Abwärmenutzung eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung; 2 a first embodiment of a system for waste heat utilization of an internal combustion engine according to the present invention;

3 eine schematische Darstellung eines Temperatur-Enthalpiestrom Diagramms gemäß der vorliegenden Erfindung; 3 a schematic representation of a temperature enthalpy flow diagram according to the present invention;

4 eine zweite Ausführungsform eines Systems zur Abwärmenutzung eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung; 4 a second embodiment of a system for waste heat utilization of an internal combustion engine according to the present invention;

5 eine dritte Ausführungsform eines Systems zur Abwärmenutzung eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung; 5 a third embodiment of a system for waste heat utilization of an internal combustion engine according to the present invention;

6 eine schematische Darstellung eines Temperatur-Enthalpie Diagramms gemäß der vorliegenden Erfindung; 6 a schematic representation of a temperature-enthalpy diagram according to the present invention;

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zur Abwärmenutzung. Das System 1 weist ein Abgassystem 2 mit einer Abgasrückführung 2a und einen Rankine-Kreislauf 3 auf, die durch einen ersten 4 und zweiten Wärmeübertrager 5 thermisch aneinander gekoppelt sind. Abgase eines Verbrennungsmotors 14 werden hierbei zuerst durch den ersten Wärmeübertrager 4 geleitet. Abströmseitig des ersten Wärmeübertragers 4 weist das Abgassystem eine Verzweigungsstelle 6 auf, die den Abgasstrom in einen ersten Teilstrom 7 und einen zweiten Teilstrom 8 aufteilt. Der zweite Teilstrom 8 wird beispielsweise durch ein nicht dargestelltes Abgasreinigungssystem geleitet und anschließend an die Umgebung abgeführt. Der erste Teilstrom 7 wird zuerst durch einen zweiten Wärmeübertrager 5 und anschließend in nicht näher dargestellter Weise durch die Abgasrückführung 2a an den Verbrennungsmotor 14 zurückgeführt. 2 shows a first embodiment of a system according to the invention for waste heat recovery. The system 1 has an exhaust system 2 with an exhaust gas recirculation 2a and a Rankine cycle 3 on, by a first 4 and second heat exchanger 5 thermally coupled to each other. Exhaust gases of an internal combustion engine 14 are here first by the first heat exchanger 4 directed. Outflow side of the first heat exchanger 4 the exhaust system has a branch point 6 on that the exhaust gas flow into a first partial flow 7 and a second partial flow 8th divides. The second partial flow 8th is passed for example by an unillustrated emission control system and then discharged to the environment. The first partial flow 7 is first through a second heat exchanger 5 and then in a manner not shown by the exhaust gas recirculation 2a to the internal combustion engine 14 recycled.

Der Rankine-Kreislauf 3 weist neben dem ersten 4 und zweiten Wärmeübertrager 5 eine Kondensator 9, eine Pumpe 10 und eine Expansionsmaschine 11 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel als volumetrische Expansionsmaschine ausgeführt ist. In der Expansionsmaschine wird das Arbeitsmedium des Rankine Kreislaufes entspannt und verrichtet mechanische Arbeit, welche bevorzugt dem Antriebsstrang (mit oder ohne zwischengeschaltetem Übersetzungsgetriebe) zugeführt wird. Beliebige andere Anwendungen und Aggregate im Fahrzeug, die mechanische Antriebsleistung benötigen, sind ebenfalls mit oder ohne Übersetzungsstufe denkbar, etwa ein Generator zur Stromerzeugung.The Rankine cycle 3 points next to the first 4 and second heat exchanger 5 a capacitor 9 , a pump 10 and an expansion machine 11 which, in this embodiment, is designed as a volumetric expansion machine. In the expansion machine, the working medium of the Rankine cycle is relaxed and performs mechanical work, which is preferably the drive train (with or without intermediate transmission gear) is supplied. Any other applications and units in the vehicle that require mechanical drive power are also conceivable with or without gear ratio, such as a generator for power generation.

Die Erfindung funktioniert nun wie folgt: Im Rankine Kreislauf 3 durchläuft das Arbeitsmedium Wasser zuerst den zweiten Wärmeübertrager 5 und anschließend den ersten Wärmeübertrager 4, wobei im zweiten Wärmeübertrager 5 die Vorwärmung bis auf Siedetemperatur bewerkstelligt wird, während der nachfolgende erste Wärmeübertrager 4 die Verdampfung und Überhitzung des Rankine Arbeitsmediums vollzieht. Der erste Wärmeübertrager 4 ist mit seiner Abgasseite stromaufwärts der Verzweigungsstelle 6, also relativ nah zum Verbrennungsmotor 14, angeordnet. Der hohe Massenstrom des an dieser Stelle noch nicht aufgeteilten Abgasstromes bewirkt einen hohen Wärmekapazitätenstrom, dieser führt zu einem verhältnismäßig schwachen Temperaturgradienten des Abgases bezogen auf seine abgegebene Wärmemenge (siehe 3, Bereich 102 und 103). Dies gleicht die lokalen Temperaturgänge beider Ströme näher an, da die Verdampfung des Rankine Arbeitsmediums näherungsweise isotherm erfolgt. Der geringere Massenstrom des ersten Teilstroms 7 durch den zweiten Wärmeübertrager 5 bewirkt einen geringeren Wärmekapazitätenstrom und führt zu einem steileren Temperaturgradienten des Abgases (siehe 3, Bereich 101). Dies gleicht die lokalen Temperaturgänge beider Ströme ebenfalls näher an, da auch die Medienseite des Rankine Kreislaufs aufgrund der Unterkühlung einphasig vorliegt und einen steilen Temperaturgradienten aufweist. Die ein gangs genannten Nachteile der „pinch-point” Problematik, insbesondere eine größere Wärmeübertragungsfläche zwischen den beiden Kreisläufen, können somit verringert werden, auch der Ausnutzungsgrad der Abgaswärme aus dem Abgasrückführsystem wird dadurch erhöht.The invention works as follows: In the Rankine cycle 3 the working medium water first passes through the second heat exchanger 5 and then the first heat exchanger 4 , wherein in the second heat exchanger 5 the preheating is accomplished up to boiling temperature, while the subsequent first heat exchanger 4 evaporation and overheating of the Rankine working medium. The first heat exchanger 4 is with its exhaust side upstream of the branching point 6 So relatively close to the combustion engine 14 arranged. The high mass flow of the exhaust gas stream not yet divided at this point causes a high heat capacity flow, this leads to a relatively weak temperature gradient of the exhaust gas relative to its emitted heat quantity (see 3 , Area 102 and 103 ). This closely approximates the local temperature fluctuations of both streams, since the evaporation of the Rankine working medium takes place approximately isothermally. The lower mass flow of the first partial flow 7 through the second heat exchanger 5 causes a lower heat capacity flow and leads to a steeper temperature gradient of the exhaust gas (see 3 , Area 101 ). This also compensates for the local temperature fluctuations of both streams closer, since the media side of the Rankine cycle is also present in a single phase due to the supercooling and has a steep temperature gradient. The initially mentioned disadvantages of the "pinch-point" problem, in particular a larger heat transfer surface between the two circuits, can thus be reduced, and the degree of utilization of the exhaust gas heat from the exhaust gas recirculation system is thereby increased.

Weiterhin gewährleistet dieses Prinzip, insbesondere die Aufteilung des Abgasstromes in einen ersten 7 und zweiten Teilstrom 8 eine stärkere Abkühlung des Abgases in Teilstrom 7 das an den Verbrennungsmotor 14 rückgeführt wird. Der Vorteil einer tieferen Abgasrückführ-Temperatur liegt in der Erhöhung der motorischen Effizienz und Verringerung primärer Emissionen. Eventuell kann auch auf einen nachfolgenden Niedertemperatur- Abgaskühler verzichtet werden, da mit dem erfindungsgemäßen Prinzip die Zieltemperatur der Abgasrückführung auch ohne zweiten Kühler erreicht werden kann.Furthermore, this principle ensures, in particular the distribution of the exhaust gas flow in a first 7 and second partial flow 8th a stronger cooling of the exhaust gas in partial flow 7 that to the internal combustion engine 14 is returned. The advantage of a lower exhaust gas recirculation temperature is in increasing engine efficiency and reducing primary emissions. Possibly, can also be dispensed with a subsequent low-temperature exhaust gas cooler, as with the inventive Principle the target temperature of the exhaust gas recirculation can be achieved without a second cooler.

Dieses Prinzip gewährleistet zudem, dass aufgrund der Nutzung der Wärme der Abgasrückführung die Temperatur in Teilstrom 8 nicht so sehr absinkt, als dies der Fall wäre, wenn die gesamte Wärme für Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung des Rankine-Mediums aus dem Abgas stromauf der Abzweigung 6 oder zum Teil auch aus Teilstrom 8 entnommen werden würde. Dies ist wichtig für Abgasreinigungsverfahren in Teilstrom 8, welche zur Funktion möglichst hohe Temperaturen benötigen.This principle also ensures that due to the use of the heat of the exhaust gas recirculation the temperature in partial flow 8th not so much as would be the case if all the heat for preheating, evaporation and overheating of the Rankine medium from the exhaust gas upstream of the branch 6 or partly from partial flow 8th would be taken. This is important for exhaust gas purification in partial flow 8th , which need to function as high temperatures.

4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Systems zur Abwärmenutzung gemäß vorliegender Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass im Abgasrückführsystem 2 abströmseitig des zweiten Wärmeübertragers 5 eine Verzweigungsstelle 12 vorgesehen ist, so dass der erste Teilstrom 7 mit dem zweiten Teilstrom 8 wieder zusammengeführt werden kann. Eine derartige Ausführungsform eignet sich insbesondere dann, wenn keine Abgasrückrührung zum Verbrennungsmotor 14 benötigt wird. Beispielsweise kann die Abgasrückführung zur Brennkraftmaschine durch ein nicht dargestelltes Ventil versperrt werden. Es stehen dann trotzdem beide Wärmeübertrager 4 und 5 für das Rankine-Arbeitsmedium zur Verfügung. 4 shows a second embodiment of a system for waste heat utilization according to the present invention. This embodiment differs from the first embodiment in that in the exhaust gas recirculation system 2 downstream of the second heat exchanger 5 a branch point 12 is provided so that the first partial flow 7 with the second partial flow 8th can be brought together again. Such an embodiment is particularly suitable when no Abgasrückrührung to the engine 14 is needed. For example, the exhaust gas recirculation to the internal combustion engine can be blocked by a valve, not shown. There are then still both heat exchangers 4 and 5 for the Rankine working medium.

Eine alternative Lösungsmöglichkeit besteht in einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß 5 darin, den Rankine Kreislauf 3 wahlweise durch den zweiten Wärmeübertrager 5 oder bei Abschaltung der Abgasrückführung das gesamte Arbeitsmedium des Rankine Kreislaufes über eine Bypassleitung 13 direkt in den ersten Wärmeübertrager 4 zu leiten. Hierzu sind an einer Verzweigungsstelle 15 zuströmseitig des zweiten Wärmeübertragers 5 Mittel vorgesehen (nicht dargestellt), die es ermöglichen, das gesamte Arbeitsmedium durch die Bypassleitung 13 zu leiten.An alternative solution is a further embodiment according to 5 in it, the Rankine cycle 3 optionally by the second heat exchanger 5 or when switching off the exhaust gas recirculation, the entire working fluid of the Rankine cycle via a bypass line 13 directly into the first heat exchanger 4 to lead. These are at a branching point 15 upstream of the second heat exchanger 5 Means provided (not shown), which allow the entire working fluid through the bypass line 13 to lead.

6 zeigt in einem Temperatur-Enthalpie Diagramm einen weiteren Vorteil der vorliegenden Erfindung. Nimmt man eine größere Wärmeübertragerfläche der beiden Kreisläufe in Kauf, so erlaubt die erfindungsgemäße Prozessführung, insbesondere die Anordnung von Wärmeübertrager 4 aus 2 stromauf der Abzweigung 6 unter Ausnutzung des gesamten Massenstromes des ersten Arbeitsmediums (Abgas), eine Anhebung des Druck- beziehungsweise Temperaturniveaus 106 im Nassgebiet 102, was den Gesamtwirkungsgrad des Prozesses durch weitere Annäherung an den idealen Carnot-Prozess signifikant erhöht. 6 shows in a temperature-enthalpy diagram a further advantage of the present invention. If one accepts a larger heat exchanger surface of the two circuits, then the process control according to the invention allows, in particular the arrangement of heat exchangers 4 out 2 upstream of the junction 6 taking advantage of the entire mass flow of the first working medium (exhaust), an increase in the pressure or temperature levels 106 in the wet area 102 , which significantly increases the overall efficiency of the process by further approaching the ideal Carnot process.

Bei der Prozessführung gemäß dem Stand der Technik wird die Möglichkeit des Anhebens von Verdampfungsdruck beziehungsweise Temperatur aufgrund des „pinch-point” versperrt.at the litigation according to the state of Technique becomes the possibility of raising evaporation pressure or temperature due to the "pinch-point" blocked.

7 zeigt das Auftreten eines weiteren „pinch-points” 104 in der Vorwärmphase 101; nämlich dann, wenn die beiden Temperaturgänge des ersten (Abgas) und zweiten Arbeitsmediums (Wasser) unterschiedliche Temperaturgänge aufweisen, insbesondere wenn die Temperatur des Rankine-Mediums nach der Pumpe 10 in 2 nahe bei der Temperatur des über Wärmeübertrager 5 in 2 gekühlten ersten Arbeitsmediums (Abgas) liegt. Um das Auftreten eines derartigen „pinch-points” gemäß 7 zu vermeiden ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes gemäß 5 an einer Verzweigungsstelle 15 in einen ersten Teilstrom durch den zweiten Wärmeübertrager 5 und einen zweiten Teilstrom durch die Bypassleitung 13 aufzuteilen. Diese Aufteilung wird beispielsweise durch ein nicht dargestelltes Verteilerventil erreicht. 7 shows the occurrence of another "pinch-point" 104 in the preheating phase 101 ; namely, when the two temperature ranges of the first (exhaust) and second working medium (water) have different temperature responses, in particular when the temperature of the Rankine medium after the pump 10 in 2 close to the temperature of the heat exchanger 5 in 2 cooled first working medium (exhaust) is located. To the occurrence of such a "pinch-points" according to 7 to avoid is inventively provided, the working fluid of the Rankine cycle according to 5 at a branching point 15 in a first partial flow through the second heat exchanger 5 and a second partial flow through the bypass line 13 divide. This division is achieved for example by a distribution valve, not shown.

Durch diese Aufteilung des Arbeitsmediums wird die Möglichkeit gegeben:

  • a) Die Exergieaufnahme zu maximieren (beispielsweise einen höheren Rankine-Medium-Durchsatz zu ermöglichen, in dem die Enthalpieentnahme aus dem Rohabgas erhöht wird)
  • b) Nach Bedarf die AGR-Temperatur stufenlos zu steuern
  • c) Nach Bedarf die Rohabgas-Temperatur stufenlos zu steuern
By this division of the working medium, the possibility is given:
  • a) Maximize exergy intake (for example, to allow higher Rankine medium throughput by increasing the enthalpy removal from the raw exhaust gas)
  • b) steplessly control the EGR temperature as needed
  • c) steplessly control the raw exhaust gas temperature as needed

Eine entsprechende Darstellung der verschiedenen Temperaturgänge ist in 8 dargestellt, wobei der Temperaturgang 801 die Temperatur des Abgases ohne Aufteilung des Rankine Arbeitsmediums zeigt (und somit dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 entspricht) und die Bezugsziffer 802 einen Temperaturgang darstellt, bei dem das Rankine Arbeitsmedium in einen ersten und zweiten Teilstrom aufgeteilt wird.A corresponding representation of the different temperature responses is in 8th shown, the temperature response 801 the temperature of the exhaust gas without dividing the Rankine working medium shows (and thus the embodiment according to 2 corresponds) and the reference number 802 represents a temperature response, in which the Rankine working fluid is divided into a first and second partial flow.

Da bei einer Aufteilung der beiden Teilströme des Rankine Arbeitsmediums die Enthalpie nicht mehr dargestellt werden kann, ist in der 8 auf der Abszisse eine dimensionslose Ortskoordinate aufgetragen.Since in a division of the two streams of Rankine working medium, the enthalpy can no longer be represented, is in the 8th plotted on the abscissa a dimensionless location coordinate.

8 zeigt einen möglichen Temperaturgang des Rankine-Arbeitsmediums. Hierbei wird im zweiten Wärmeübertrager 5 das Arbeitsmedium vorgewärmt 101a und teilweise verdampft 102a und durch Zugabe aus der Bypassleitung 13 wieder unterkühlt, woraus sich im ersten Wärmeübertrager 4 eine zweite Vorwärmphase 101b und eine anschließende vollständige Verdampfung 102b und anschließende Überhitzung 103 des Rankine Arbeitsmediums ergibt. 8th shows a possible temperature gradient of the Rankine working medium. This is in the second heat exchanger 5 preheated the working medium 101 and partially evaporated 102 and by adding from the bypass line 13 again subcooled, resulting in the first heat exchanger 4 a second preheating phase 101b and a subsequent complete evaporation 102b and subsequent overheating 103 of the Rankine working medium.

Prinzipiell sind jedoch für sämtliche Ausführungsbeispiele auch andere Temperaturgänge des Rankine-Mediums denkbar ohne die Vorteile der Erfindung negativ zu beeinflussen. Beispielsweise ist es auch möglich, dass die Vorwärmung beim Eintritt in den ersten Wärmeübertrager 4 noch nicht abgeschlossen ist oder dass, wie bereits erwähnt eine teilweise Verdampfung im zweiten Wärmeübertrager 5 stattfindet.In principle, however, other temperature gradients of the Rankine medium are conceivable without adversely affecting the advantages of the invention for all embodiments. For example, it is also possible that the preheating when entering the first heat exchanger 4 not yet completed or that, as already mentioned, a partial evaporation in the second heat exchanger 5 takes place.

Insgesamt ist ferner festzustellen, dass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren sich besonders in Kombination mit einem Niederdruck-Abgasrückführ-System (ND-AGR-System) eignet.All in all It should also be noted that the inventive Device or the invention Process especially in combination with a low-pressure exhaust gas recirculation system (ND-EGR system) is suitable.

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 PatentliteraturCited patent literature

  • - JP 2007332853 A [0006] - JP 2007332853 A [0006]

Claims (15)

System (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest ein Abgassystem (2), insbesondere mit einer Abgasrückführung (2a), mit einem ersten Arbeitsmedium und zumindest einen Rankine-Kreislauf (3) mit einem zweiten Arbeitsmedium, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem (2) durch einen ersten Wärmeübertrager (4) und zumindest einen zweiten Wärmeübertrager (5) thermisch an den Rankine-Kreislauf (3) koppelbar ist.System ( 1 ), in particular for a motor vehicle, having at least one exhaust system ( 2 ), in particular with exhaust gas recirculation ( 2a ), with a first working medium and at least one Rankine cycle ( 3 ) with a second working medium, characterized in that the exhaust system ( 2 ) by a first heat exchanger ( 4 ) and at least one second heat exchanger ( 5 ) thermally to the Rankine cycle ( 3 ) can be coupled. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgassystem (2) abströmseitig des ersten Wärmeübertragers (4) eine Verzweigungsstelle (6) vorgesehen ist, die das erste Arbeitsmedium in einen ersten (7) und zweiten Teilstrom (8) aufteilt.System according to claim 1, characterized in that in the exhaust system ( 2 ) downstream of the first heat exchanger ( 4 ) a branch point ( 6 ) is provided, the first working medium in a first ( 7 ) and second substream ( 8th ). System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom (7) durch den zweiten Wärmeübertrager (5) geleitet wird.System according to claim 2, characterized in that the first partial flow ( 7 ) through the second heat exchanger ( 5 ). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rankine-Kreislauf zumindest einen Kondensator (9), eine Pumpe (10) und eine Expansionsmaschine (11) aufweist.System according to one of the preceding claims, characterized in that the Rankine cycle at least one capacitor ( 9 ), a pump ( 10 ) and an expansion machine ( 11 ) having. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (11) als eine volumetrische Expansionsmaschine ausgebildet ist.System according to claim 4, characterized in that the expansion machine ( 11 ) is designed as a volumetric expansion machine. System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Rankine-Kreislauf der erste Wärmeübertrager (4) abströmseitig des zweiten Wärmeübertragers (5) und zuströmseitig der Expansionsmaschine (11) angeordnet ist.System according to claim 4 or 5, characterized in that in the Rankine cycle of the first heat exchanger ( 4 ) downstream of the second heat exchanger ( 5 ) and upstream of the expansion machine ( 11 ) is arranged. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasrückrührsystem (2) abströmseitig des zweiten Wärmeübertragers eine Verzweigungsstelle (12) vorgesehen ist, die den ersten Teilstrom (7) mit dem zweiten Teilstrom (8) zusammenführt.System according to one of the preceding claims, characterized in that in Abgasrückührührsystem ( 2 ) downstream of the second heat exchanger a branch point ( 12 ) is provided which the first partial flow ( 7 ) with the second partial flow ( 8th ) merges. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rankine Kreislauf (3) eine Verzweigungsstelle (15) vorgesehen ist, die das zweite Arbeitsmedium in einen ersten Teilstrom durch den zweiten Wärmeübertrager (5) und einen zweiten Teilstrom durch eine Bypassleitung (13) aufteilt.System according to one of the preceding claims, characterized in that in the Rankine cycle ( 3 ) a branch point ( 15 ) is provided, the second working medium in a first partial flow through the second heat exchanger ( 5 ) and a second partial flow through a bypass line ( 13 ). System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Verzweigungsstelle (15) Mittel vorgesehen sind, die es ermöglichen, das zweite Arbeitsmedium durch den zweiten Wärmeübertrager (5) oder die Bypassleitung (13) zu leiten.System according to claim 8, characterized in that at the branching point ( 15 ) Means are provided which make it possible for the second working medium through the second heat exchanger ( 5 ) or the bypass line ( 13 ). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (4) und zweite Wärmeübertrager (5) zu einer Baueinheit integriert sind.System according to one of the preceding claims, characterized in that the first ( 4 ) and second heat exchangers ( 5 ) are integrated into a structural unit. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Arbeitsmedium Abgas eines Verbrennungsmotors (14) und das zweite Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes Wasser ist.System according to one of the preceding claims, characterized in that the first working medium exhaust gas of an internal combustion engine ( 14 ) and the second working medium of the Rankine cycle is water. Verfahren zum Betreiben zumindest einer Expansionsmaschine eines Rankine-Kreislaufes (3), aufweisend folgende Verfahrensschritte: – das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes (3) wird in einem Kondensator (9) verflüssigt, – das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes (3) wird mittels einer Pumpe (10) auf einen höheren Druck gebracht, – das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes (3) wird in einem zweiten Wärmeübertrager (5) vorgewärmt, – das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes (3) wird in einem ersten Wärmeübertrager (4) verdampft und überhitzt, – das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes (3) durchströmt eine Expansionsmaschine (11) und verrichtet Arbeit.Method for operating at least one expansion machine of a Rankine cycle ( 3 ), comprising the following process steps: - the working medium of the Rankine cycle ( 3 ) is placed in a condenser ( 9 ), - the working medium of the Rankine cycle ( 3 ) is by means of a pump ( 10 ) to a higher pressure, - the working medium of the Rankine cycle ( 3 ) is in a second heat exchanger ( 5 ) preheated, - the working medium of the Rankine cycle ( 3 ) is in a first heat exchanger ( 4 ) evaporates and overheats, - the working medium of the Rankine cycle ( 3 ) flows through an expansion machine ( 11 ) and do work. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufes (3) an einer Verzweigungsstelle (15) in einen ersten Teilstrom durch den zweiten Wärmeübertrager (5) und einen zweiten Teilstrom durch eine Bypassleitung (13) aufgeteilt wird.A method according to claim 12, characterized in that the working medium of the Rankine cycle ( 3 ) at a branching point ( 15 ) in a first partial flow through the second heat exchanger ( 5 ) and a second partial flow through a bypass line ( 13 ) is divided. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Teilstrom des Rankine-Kreislaufs abströmseitig des zweiten Wärmeübertragers zusammengeführt und durch den ersten Wärmeübertrager geleitet werden.Method according to claim 13, characterized in that that the first and second partial flow of the Rankine cycle downstream the second heat exchanger merged and passed through the first heat exchanger become. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teilstrom (7) des ersten Arbeitsmediums durch ein Abgasrückführsystem (2a) einem Verbrennungsmotor (14) zugeführt wird und ein zweiter Teilstrom (8) in die Umwelt abgeführt wird.Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that a first partial flow ( 7 ) of the first working medium by an exhaust gas recirculation system ( 2a ) an internal combustion engine ( 14 ) and a second partial flow ( 8th ) is discharged into the environment.
DE102009050263A 2008-10-24 2009-10-21 Heat recovery system for recovering heat from Clausius-Rankine processes in motor vehicle, has Rankine-cycle with working medium, and exhaust system thermally connected to Rankine-cycle by heat exchangers Ceased DE102009050263A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009050263A DE102009050263A1 (en) 2008-10-24 2009-10-21 Heat recovery system for recovering heat from Clausius-Rankine processes in motor vehicle, has Rankine-cycle with working medium, and exhaust system thermally connected to Rankine-cycle by heat exchangers

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008053067 2008-10-24
DE102008053067.0 2008-10-24
DE102009050263A DE102009050263A1 (en) 2008-10-24 2009-10-21 Heat recovery system for recovering heat from Clausius-Rankine processes in motor vehicle, has Rankine-cycle with working medium, and exhaust system thermally connected to Rankine-cycle by heat exchangers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009050263A1 true DE102009050263A1 (en) 2010-06-10

Family

ID=42145824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009050263A Ceased DE102009050263A1 (en) 2008-10-24 2009-10-21 Heat recovery system for recovering heat from Clausius-Rankine processes in motor vehicle, has Rankine-cycle with working medium, and exhaust system thermally connected to Rankine-cycle by heat exchangers

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009050263A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120222420A1 (en) * 2011-03-03 2012-09-06 Peter Geskes Internal combustion engine
EP2527635A3 (en) * 2011-05-27 2013-02-13 Liebherr-Machines Bulle SA Energy recovery system
DE102011056902A1 (en) 2011-12-22 2013-06-27 Benteler Automobiltechnik Gmbh Exhaust heat exchanger arrangement for internal combustion engine in motor vehicle, has working medium in working medium channel is used for Rankine process, where working medium channel is formed by swirl tube with swirl element
WO2013117296A1 (en) * 2012-02-11 2013-08-15 Daimler Ag Machine for recovering energy from a waste heat flow of an internal combustion engine in a vehicle having a working medium circuit
EP2803834A1 (en) * 2013-03-27 2014-11-19 Scania CV AB Arrangement for recovery of thermal energy from exhaust gases from a combustion engine
EP2623761A4 (en) * 2010-09-30 2016-01-06 Sanden Corp Waste heat utilization apparatus for internal combustion engine
EP3985233A1 (en) * 2020-10-16 2022-04-20 Siemens Gamesa Renewable Energy GmbH & Co. KG Heat recovery steam generator with mass flow adaption

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007332853A (en) 2006-06-14 2007-12-27 Denso Corp Waste heat utilization apparatus

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007332853A (en) 2006-06-14 2007-12-27 Denso Corp Waste heat utilization apparatus

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2623761A4 (en) * 2010-09-30 2016-01-06 Sanden Corp Waste heat utilization apparatus for internal combustion engine
US20120222420A1 (en) * 2011-03-03 2012-09-06 Peter Geskes Internal combustion engine
DE102011005072A1 (en) * 2011-03-03 2012-09-06 Behr Gmbh & Co. Kg internal combustion engine
EP2495422A3 (en) * 2011-03-03 2013-02-06 Behr GmbH & Co. KG Combustion engine
US9109532B2 (en) * 2011-03-03 2015-08-18 MAHLE Behr GmbH & Co. KG Internal combustion engine
EP2527635A3 (en) * 2011-05-27 2013-02-13 Liebherr-Machines Bulle SA Energy recovery system
DE102011056902A1 (en) 2011-12-22 2013-06-27 Benteler Automobiltechnik Gmbh Exhaust heat exchanger arrangement for internal combustion engine in motor vehicle, has working medium in working medium channel is used for Rankine process, where working medium channel is formed by swirl tube with swirl element
WO2013117296A1 (en) * 2012-02-11 2013-08-15 Daimler Ag Machine for recovering energy from a waste heat flow of an internal combustion engine in a vehicle having a working medium circuit
CN104106201A (en) * 2012-02-11 2014-10-15 戴姆勒股份公司 Machine for recovering energy from a waste heat flow of an internal combustion engine in a vehicle having a working medium circuit
EP2803834A1 (en) * 2013-03-27 2014-11-19 Scania CV AB Arrangement for recovery of thermal energy from exhaust gases from a combustion engine
EP3985233A1 (en) * 2020-10-16 2022-04-20 Siemens Gamesa Renewable Energy GmbH & Co. KG Heat recovery steam generator with mass flow adaption
WO2022078795A1 (en) 2020-10-16 2022-04-21 Siemens Gamesa Renewable Energy Gmbh & Co. Kg Heat recovery steam generator with mass flow adaption

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009006959B4 (en) Energy recovery system
DE102008045450B4 (en) Method for operating a thermodynamic cycle and thermodynamic cycle
EP1925806B1 (en) System with an organic Rankine cycle for operating at least one expansion machine, heat exchanger for operating one expansion machine, method for operating at least one expansion machine
DE102009050263A1 (en) Heat recovery system for recovering heat from Clausius-Rankine processes in motor vehicle, has Rankine-cycle with working medium, and exhaust system thermally connected to Rankine-cycle by heat exchangers
EP3159506B1 (en) Functional synergies in the integration of orc systems in combustion engines
EP2180171B1 (en) System with a Rankine cycle
DE102007057164A1 (en) Expansion machine e.g. scroll expander, driving system, has organic rankine-cylce including two preheat exchanger stages, where cooling agent flows through two preheat exchanger stages
DE102007062598A1 (en) Use of heat loss of an internal combustion engine
DE102008064015A1 (en) Waste heat recovery device for utilization of waste heat of internal combustion engine of motor vehicle, has working fluid circuit connected with coolant heat exchanger, and coolant circuit fluid coupled with engine cooling circuit
DE102010003906A1 (en) internal combustion engine
DE102010033124A1 (en) Internal combustion engine with a heat recovery device and method for operating an internal combustion engine
DE102010033659A1 (en) Method for recovering energy from exhaust stream of e.g. petrol engine in motor car, involves supplying exhaust gas stream to secondary side of working medium, where working medium is held in joule cyclic circuit
DE102015016783A1 (en) Device for recovering energy from waste heat of an internal combustion engine of a motor vehicle
DE102009024772A1 (en) Fluid energy machine arrangement for motor vehicle, has fluid circuit with expansion device exhibiting closest effective cross section, which correlates with inlet pressure of fluid of less than five bars
DE102013208701A1 (en) Liquefied natural gas (LNG) evaporation system
DE102016112601A1 (en) Device for power generation according to the ORC principle, geothermal system with such a device and operating method
DE102015012673A1 (en) Apparatus for waste heat recovery
DE102018107388B4 (en) Internal combustion engine with evaporative cooling and waste heat utilization
WO2011000548A2 (en) Method for operating a power plant using a gas turbine system
WO2019121542A1 (en) Assembly for converting thermal energy of dissipated heat of an internal combustion engine
DE102010038314A1 (en) Drive system for a vehicle
DE102013021394A1 (en) Waste heat recovery arrangement used for utilizing waste heat of e.g. diesel engine, has working medium circuit that is provided with an air-cooled condenser, and heat exchanger whose output side is connected to downstream of expander
DE102010025185A1 (en) Waste heat utilization device for use in piston engine of motor vehicle, has preheater arranged between compression machine and evaporator for preheating operating medium and removing heat from cooling circuit that cools engine
DE102010024186A1 (en) Method for controlling waste heat utilization device of internal combustion engine, particularly in motor vehicle, involves controlling expansion ratio of Organic Rankine Cycle as function of output of internal combustion engine
DE102016220634A1 (en) Waste heat power plant with gradual heat supply

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: GRAUEL, ANDREAS, DIPL.-PHYS. DR. RER. NAT., DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: MAHLE INTERNATIONAL GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: BEHR GMBH & CO. KG, 70469 STUTTGART, DE

Effective date: 20150220

R082 Change of representative

Representative=s name: GRAUEL, ANDREAS, DIPL.-PHYS. DR. RER. NAT., DE

Effective date: 20150220

R012 Request for examination validly filed
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final