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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine mit einer derartigen Abwärmenutzungsvorrichtung ausgestattete Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie ein mit einer Brennkraftmaschine und einer derartigen Abwärmenutzungsvorrichtung ausgestattetes Kraftfahrzeug.
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Aus der
DE 10 2007 062 580 A1 ist eine Abwärmenutzungsvorrichtung bekannt, die einen Abwärmenutzungskreis aufweist, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert. In diesem Abwärmenutzungskreis ist ein Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums angeordnet, der hierzu Abwärme der Brennkraftmaschine nutzt. Im Abwärmenutzungskreis ist stromab des Verdampfers eine Expansionsmaschine zum Entspannen des Arbeitsmediums auf einen Niederdruck angeordnet. Ferner ist im Abwärmenutzungskreis stromab der Expansionsmaschine ein Kondensator zum Verflüssigen des Arbeitsmediums angeordnet. Schließlich enthält der Abwärmenutzungskreis stromab des Kondensators eine Kompressionsmaschine zum Komprimieren des Arbeitsmediums auf einen Hochdruck. Die Abwärmenutzungsvorrichtung beruht somit insbesondere auf einem Clausius-Rankine-Kreisprozess.
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Aus der
DE 10 2009 024 778 A1 ist eine Fluidenergiemaschinenanordnung für ein Elektrofahrzeug bekannt, bei der mit Hilfe eines Brenners heiße Abgase erzeugt werden, die in einer Gasturbine entspannt werden, um einen Verdichter sowie einen Generator anzutreiben. Mit dem Generator wird elektrische Energie zur Versorgung eines Elektroantriebs des Elektrofahrzeugs erzeugt. Mit dem Verdichter wird die dem Brenner zugeführte Luft komprimiert. Dieser Gasturbinenprozess ist als offener Kreisprozess konzipiert, da die für die Verbrennung benötigte Luft der Umgebung entnommen und die entspannten Verbrennungsabgase wieder der Umgebung zugeführt werden.
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Die bekannte Fluidenergiemaschinenanordnung umfasst außerdem einen Dampfturbinenprozess, der als geschlossener Kreisprozess ausgestaltet ist. Er umfasst eine Dampfturbine, die ebenfalls den vorgenannten Generator antreibt, während sie Dampf entspannt. In einem Kondensator wird der Dampf verflüssigt. Das flüssige Arbeitsmedium wird dann über eine Pumpe durch einen Wärmeübertrager gefördert und darin verdampft und anschließend der Dampfturbine zur Entspannung zugeführt. Der Wärmeübertrager ist dabei einerseits mit der Ladeluft zur Versorgung des Brenners und andererseits mit den entspannten Verbrennungsabgasen wärmeübertragend gekoppelt. Bei der bekannten Fluidenergiemaschinenanordnung ist der Kondensator mit einer Pumpeinrichtung gekoppelt, mit deren Hilfe im Kondensator ein Druck einstellbar ist, der kleiner als der atmosphärische Umgebungsdruck ist. Ziel ist es dabei, Leckagen auszugleichen, um einen unerwünschten Druckanstieg im Kondensator zu vermeiden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Abwärmenutzungsvorrichtung der Eingangs genannten Art bzw. für eine damit ausgestattete Brennkraftmaschine bzw. für ein damit ausgestattetes Fahrzeug eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen erhöhten Wirkungsgrad auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Abwärmenutzungsvorrichtung mit einer separaten Druckeinstelleinrichtung auszustatten, mit deren Hilfe der Niederdruck im Abwärmenutzungskreis gezielt eingestellt werden kann. Die Druckeinstelleinrichtung ist dabei zusätzlich zur Expansionsmaschine vorgesehen, die auf den Niederdruck entspannt und diesbezüglich auch eine Variation des Niederdrucks ermöglichen könnte. Die Erfindung beruht hierbei auf der Überlegung, mit Hilfe der Druckeinstelleinrichtung den Niederdruck abhängig von Umgebungsbedingungen, wie z. B. Umgebungstemperatur, gezielt einzustellen. Die Einstellung des Niederdrucks erfolgt vorzugsweise so, dass im Wesentlichen der kleinstmögliche Niederdruck eingestellt wird, zu dem eine ausreichende Kondensation im Kondensator noch gewährleistet ist. Hierdurch wird für variierende Umgebungsbedingungen, insbesondere Umgebungstemperatur, ein maximales Enthalpiegefälle bereitgestellt. Das Enthalpiegefälle an der jeweiligen Expansionsmaschine wirkt sich auf deren Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Enthalpie in Arbeit aus. Je größer die Enthalpiedifferenz zwischen Eingang und Ausgang der Expansionsmaschine, desto höher ist der mit Hilfe der Expansionsmaschine bzw. mit Hilfe des gesamten Abwärmenutzungskreises realisierbare energetische Wirkungsgrad.
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Im Unterschied zu einer konventionellen Auslegung der Abwärmenutzungsvorrichtung, bei welcher der im System einzuhaltende Niederdruck auf die maximal zu erwartende Umgebungstemperatur abgestimmt ist, die bspw. bei +40°C liegen kann, führt der erfindungsgemäße Vorschlag zu einer signifikanten Wirkungsgradsteigerung, da diese maximale Umgebungstemperatur nur vergleichsweise selten vorliegt, sodass hinsichtlich der vom Niederdruck abhängigen Kondensationstemperatur (Taupunkt) Reserven vorliegen, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Vorschlag ausgenutzt werden, um den Taupunkt abzusenken bzw. anzupassen, um die Druckdifferenz und letztlich auch die Enthalpiedifferenz im System zu vergrößern.
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Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher die Druckeinstelleinrichtung so ausgestaltet ist, dass sie den Niederdruck unter den Umgebungsdruck absenken kann. Hierdurch lässt sich für die jeweilige Umgebungstemperatur die niedrigst mögliche Kondensationstemperatur einstellen. Eine Absenkung des Niederdrucks unter Umgebungsdruck ist auf konventionellem Weg mit der Expansionsmaschine nicht möglich.
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Vorteilhaft kann die Druckeinstelleinrichtung mit einem Temperatursensor zum Messen der aktuellen Umgebungstemperatur gekoppelt, sodass die Druckeinstelleinrichtung dann abhängig von der aktuellen Umgebungstemperatur den Niederdruck einstellt. Ziel ist dabei die Einstellung eines Niederdrucks, bei dem gerade noch eine ausreichende Kondensation gewährleistet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Druckeinstelleinrichtung zum Ermitteln des einzustellenden Niederdrucks auf eine Kennlinie zugreifen, die der Umgebungstemperatur den einzustellenden Niederdruck zuordnet. Alternativ kann auch ein entsprechender Algorithmus hinterlegt sein, der den physikalischen Zusammenhang zwischen Umgebungstemperatur und einzustellendem Niederdruck beschreibt. Je nach Rechenleistung einer zugehörigen Steuereinrichtung der Druckeinstelleinrichtung kann zwischen der rechnerischen und der kennfeldbasierten Ermittlung des Niederdrucks gewählt werden. Die kennfeldbasierte Ermittlung des Niederdrucks zeichnet sich durch eine vergleichsweise hohe Ausfallsicherheit aus.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Druckeinstelleinrichtung den einzustellenden Niederdruck beim Start der Abwärmenutzungsvorrichtung oder beim Start der damit ausgestatteten Brennkraftmaschine einstellen. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Druckeinstelleinrichtung während des Betriebs der Abwärmenutzungsvorrichtung oder der Brennkraftmaschine den Niederdruck einstellt oder nachstellt. Zum einen lassen sich dadurch variierende Umgebungstemperaturen während eines Stillstands der Abwärmenutzungsvorrichtung bzw. der Brennkraftmaschine berücksichtigen. Zum anderen kann sich auch während des Betriebs der Abwärmenutzungsvorrichtung bzw. der Brennkraftmaschine eine Veränderung der Umgebungstemperatur ergeben, die dann entsprechend berücksichtigt werden kann.
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Das Einstellen bzw. das Nachstellen des Niederdrucks abhängig von der Umgebungstemperatur kann dabei im Sinne einer Steuerung oder im Sinne einer Regelung realisiert werden. Bspw. kann die Druckeinstelleinrichtung mit einem Drucksensor zum Messen des aktuellen Niederdrucks gekoppelt sein, wodurch es insbesondere möglich ist, einen Regelkreis zum Einregeln oder Nachregeln des gewünschten Niederdrucks zu verwirklichen.
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Zweckmäßig kann die Druckeinstelleinrichtung einen Unterdruckerzeuger aufweisen, mit dem der Niederdruck unter den Umgebungsdruck absenkbar ist. Bspw. handelt es sich hierbei um eine geeignete Saugeinrichtung, wie z. B. eine Unterdruckpumpe oder eine Saugstrahlpumpe. Eine Unterdruckpumpe kann quasi beliebig positioniert werden, was vielfältige Einbausituationen ermöglicht. Eine Saugstrahlpumpe dagegen muss an eine geeignete Fluidströmung angeschlossen werden, um die gewünschte Saugwirkung zu erzeugen. Zweckmäßig kann die Saugstrahlpumpe bei einer Abwärmenutzungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine an eine Frischluftanlage der Brennkraftmaschine angeschlossen werden, derart, dass im Betrieb der Brennkraftmaschine ein z. B. in einem Frischluftstrang der Frischluftanlage strömender Frischluftstrom die Saugstrahlpumpe antreibt.
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Mit Hilfe des Unterdruckerzeugers kann der aktuelle Niederdruck im Abwärmenutzungskreis gesenkt werden. Um den Niederdruck im Abwärmenutzungskreis anzuheben, kann bspw. ein Ventil vorgesehen sein, mit dem eine Art Belüftung durchführbar ist. Über dieses Ventil kann der Abwärmenutzungskreis bspw. mit der Umgebung verbunden werden.
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Grundsätzlich kann der jeweilige Unterdruckerzeuger den Niederdruck über einen Gasdruck in einer Gasphase auf der Flüssigseite des Abwärmenutzungskreises, insbesondere im Kondensator, einstellen. Hierbei kann die abgesaugte Gasphase in die Umgebung entlassen werden. Zur Druckerhöhung kann Luft aus der Umgebung in die Gasphase eingebracht werden. Eine derartige Bauweise eignet sich dann, wenn das Arbeitsmedium hinreichend umweltverträglich ist.
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Alternativ dazu kann die Druckeinstelleinrichtung einen Speicher aufweisen, der eine mit der Niederdruckseite, insbesondere mit der Flüssigseite, des Abwärmenutzungskreises fluidisch verbundene Speicherkammer und eine mit Gas, vorzugsweise Luft, gefüllte Druckeinstellkammer aufweist, die druckübertragend und mediengetrennt miteinander gekoppelt sind. Der Unterdruckerzeuger kann nun den Niederdruck in der Speicherkammer und somit im Abwärmenutzungskreis über einen Gasdruck in der Druckeinstellkammer einstellen. Beim Gas kann es sich hierbei um Luft handeln, die zur Druckerhöhung aus der Umgebung entnommen und der Druckeinstellkammer zugeführt wird, z. B. über ein entsprechendes Ventil, und die zur Druckabsenkung aus der Druckeinstellkammer abgesaugt und der Umgebung zugeführt wird.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit Abwärmenutzungsvorrichtung
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2 eine Ansicht wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
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3 ein Detail einer Druckeinstelleinrichtung bei einer weiteren Ausführungsform.
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Entsprechend den 1 und 2 kann eine Brennkraftmaschine 1, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, eine Abwärmenutzungsvorrichtung 2 aufweisen, um Abwärme der Brennkraftmaschine 1 in nutzbare Energie zu wandeln. Die Abwärmenutzungsvorrichtung 2 umfasst einen Abwärmenutzungskreis 3, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums ist innerhalb des Abwärmenutzungskreises 3 durch Pfeile angedeutet. Die Abwärmenutzungsvorrichtung 2 umfasst außerdem einen Verdampfer 4, zumindest eine Expansionsmaschine 5, 6, einen Kondensator 7 sowie eine Kompressionsmaschine 8. Der Verdampfer 4 ist im Abwärmenutzungskreis 3 angeordnet und dient zum Verdampfen des Arbeitsmediums. Hierzu nutzt der Verdampfer 4 Abwärme der Brennkraftmaschine 1. Zweckmäßig kann der Verdampfer 4 als Wärmeübertrager ausgestaltet sein. Im Beispiel ist der Verdampfer 4 in einen Abgassammler 9 einer Abgasanlage 10 der Brennkraftmaschine 1 integriert. Somit nutzt der Verdampfer 4 die in den Abgasen mitgeführte Abwärme der Brennkraftmaschine 1.
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Stromab des Verdampfers 4 ist im Abwärmenutzungskreis 3 die jeweilige Expansionsmaschine 5, 6 angeordnet. Im Beispiel sind zwei derartige Expansionsmaschinen 5, 6 vorgesehen, nämlich eine Hochdruckexpansionsmaschine 5 und eine Niederdruckexpansionsmaschine 6. Die jeweilige Expansionsmaschine 5, 6 dient zum Entspannen des Arbeitsmediums, wobei hier die Hochdruckexpansionsmaschine 5 auf einen Zwischendruck entspannt, während die Niederdruckexpansionsmaschine 6 auf einen Niederdruck entspannt. Im hier gezeigten Beispiel umfasst der Abwärmenutzungskreis 3 einen Zwischenüberhitzungspfad 11, um das in der Hochdruckexpansionsmaschine 5 auf den Zwischendruck entspannte Arbeitsmedium erneut zu überhitzen, um es dann der Niederdruckexpansionsmaschine 6 zuzuführen. Die Zwischenüberhitzung erfolgt im Beispiel ebenfalls im Verdampfer 4 bzw. im Abgassammler 9.
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Beide Expansionsmaschinen 5, 6 treiben im Beispiel über eine gemeinsame, durchgehende Welle 12 einen Generator 13 an, der in 1 und 2 außerdem mit G bezeichnet ist.
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Der Kondensator 7, der in den 1 und 2 außerdem mit K bezeichnet ist, ist im Abwärmenutzungskreis 3 stromab der Expansionsmaschinen 5, 6 angeordnet und dient zum Verflüssigen des Arbeitsmediums. Die Kompressionsmaschine 8, die in den 1 und 2 außerdem mit P bezeichnet ist, ist im Abwärmenutzungskreis 3 stromab des Kondensators 7 und stromauf des Verdampfers 4 angeordnet und dient zum Komprimieren des Arbeitsmediums auf einen Hochdruck. Die Kompressionsmaschine 8 ist hier mit Hilfe eines Motors 14 angetrieben, der in den 1 und 2 außerdem mit M bezeichnet ist. Der Motor 14 kann ein Elektromotor sein. Ebenso kann es sich um einen Hydraulikmotor handeln. Alternativ kann die Kompressionsmaschine 8 auch unmittelbar mit einem Antriebsstrang der Brennkraftmaschine 1 antriebsverbunden sein, bspw. über einen Kettentrieb oder einen Riementrieb.
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Die hier gezeigte Abwärmenutzungsvorrichtung 2 besitzt außerdem einen Rekuperator 15, mit dessen Hilfe eine Wärmerückgewinnung innerhalb des Abwärmenutzungskreises 3 realisierbar ist. Der Rekuperator 15 bewirkt eine wärmeübertragende Kopplung zwischen dem heißen Niederdruckdampf des Arbeitsmediums zwischen Niederdruckexpansionsmaschine 6 und Kondensator 7 einerseits und der kalten Hochdruckflüssigkeit des Arbeitsmediums zwischen der Kompressionsmaschine 8 und dem Verdampfer 4 andererseits. Grundsätzlich handelt es sich beim Rekuperator 15 um einen Wärmeübertrager, der die genannten Bereiche des Abwärmenutzungskreises 3 wärmeübertragend miteinander koppelt. Dies ist energetisch äußerst sinnvoll, da auf diese Weise mit Hilfe des Rekuperators 15 einerseits eine Vorkühlung des heißen Niederdruckdampfs stromauf des Kondensators 7 realisiert wird, während andererseits gleichzeitig eine Vorheizung der kalten Hochdruckflüssigkeit stromauf des Verdampfers 4 realisiert wird.
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Die hier vorgestellte Abwärmenutzungsvorrichtung 2 ist außerdem mit einer Druckeinstelleinrichtung 16 ausgestattet, mit deren Hilfe der Niederdruck im Abwärmenutzungskreis 3 eingestellt werden kann. Die Druckeinstelleinrichtung 16 ist hierbei so ausgestaltet, dass sie den Niederdruck unter einen atmosphärischen Umgebungsdruck der Abwärmenutzungsvorrichtung 2 bzw. der Brennkraftmaschine 1 absenken kann.
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Zweckmäßig weist die Druckeinstelleinrichtung 16 zumindest einen Temperatursensor 17 auf, der in den 1 und 2 außerdem mit T bezeichnet ist. Mit Hilfe des Temperatursensors 17 kann die aktuelle Umgebungstemperatur gemessen werden. Eine Steuereinrichtung 18 der Druckeinstelleinrichtung 16 ist mit diesem Temperatursensor 17 auf geeignete Weise, bspw. mittels wenigstens einer Steuerleitung 19 gekoppelt. Somit kann die Druckeinstelleinrichtung 16 den Niederdruck abhängig von der aktuellen Umgebungstemperatur einstellen. Zweckmäßig kann die Druckeinstelleinrichtung 16 hierzu auf eine Kennlinie 20 zugreifen, die der Umgebungstemperatur den einzustellenden Niederdruck zuordnet. Bspw. kann eine derartige Kennlinie 20 empirisch ermittelt werden oder berechnet werden. Sie ist bspw. in der Steuereinrichtung 18 abgelegt. Zumindest hat die Steuereinrichtung 18 Zugriff auf die Kennlinie 20. Alternativ ist es grundsätzlich ebenso möglich, anstelle einer Kennlinie 20 einen physikalischen oder mathematischen Algorithmus zu hinterlegen, der als Eingangsgröße die aktuelle Umgebungstemperatur benötigt und als Ausgangsgröße den einzustellenden Niederdruck liefert.
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Die Druckeinstelleinrichtung 16 kann beim Start der Abwärmenutzungsvorrichtung 2 bzw. beim Start der Brennkraftmaschine 1 den einzustellenden Niederdruck im Abwärmenutzungskreis 3 einstellen. Während des Betriebs der Abwärmenutzungsvorrichtung 2 bzw. der Brennkraftmaschine 1 kann die Druckeinstelleinrichtung 16 permanent den Niederdruck nachstellen, um sich ändernde Umgebungstemperaturen zu berücksichtigen.
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Im gezeigten Beispiel ist die Druckeinstelleinrichtung 16 außerdem mit einem Drucksensor 21 ausgestattet, der in den 1 und 2 außerdem mit p bezeichnet ist. Dieser Drucksensor 21 kann bspw. wieder über eine Signalleitung 19 mit der Steuereinrichtung 18 gekoppelt sein. Der Drucksensor 21 misst den aktuellen Niederdruck im Abwärmenutzungskreis 3. Mit Hilfe dieses Drucksensors 21 kann die Steuereinrichtung 18 einen Regelkreis aufbauen, um den ermittelten, gewünschten Niederdruck einzuregeln. Diese Regelung arbeitet im Unterschied zu einer Steuerung mit einem Soll-Ist-Abgleich zwischen dem abhängig von der Umgebungstemperatur einzustellenden Soll-Niederdruck und dem im Abwärmenutzungskreis 3 tatsächlich herrschenden Ist-Niederdruck.
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Um der gewünschten Niederdruck im Abwärmenutzungskreis 3 erzeugen zu können, weist die Druckeinstelleinrichtung 16 einen Unterdruckerzeuger 22 auf. Im Beispiel der 1 ist dieser Unterdruckerzeuger 22 durch eine Unterdruckpumpe 23 gebildet, die saugseitig ein Medium ansaugt und dieses druckseitig der Umgebung oder einem Speicher zuführt.
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Im Unterschied dazu wird bei der in 2 gezeigten Ausführungsform der Unterdruckerzeuger 22 durch eine Saugstrahlpumpe 24 gebildet. Im Beispiel ist die Saugstrahlpumpe 24 in einen Frischluftstrang 25 einer Frischluftanlage 26 zur Versorgung der Brennkraftmaschine 1 mit Frischluft eingebunden, sodass ein im Frischluftstrang 25 strömender Frischluftstrom die Saugstrahlpumpe 24 antreibt, um deren Saugleistung bzw. Saugwirkung zu erzeugen. Das mit Hilfe der Saugstrahlpumpe 24 angesaugte Medium wird dabei dem Frischluftstrom der Frischluftanlage 26 zugeführt.
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Bei den hier gezeigten Beispielen der 1 und 2 ist der jeweilige Unterdruckerzeuger 22 saugseitig über eine entsprechende Saugleitung 27 unmittelbar im Niederdruckbereich an den Abwärmenutzungskreis 3 angeschlossen. Die Kopplung erfolgt dabei so, dass die Druckeinstelleinrichtung 16 letztlich den Niederdruck über einen Gasdruck in einer Gasphase auf der Flüssigseite des Abwärmenutzungskreis 3 einstellt. Die Flüssigseite des Abwärmenutzungskreises 3 beginnt im Kondensator 7 und endet im Verdampfer 4. Die Niederdruckseite des Abwärmenutzungskreises 3 endet bzgl. der Strömungsrichtung des Arbeitsmediums an der Kompressionsmaschine 8. Eine niederdruckseitige Gasphase innerhalb der Flüssigseite des Abwärmenutzungskreises 3 tritt vor allem im Kondensator 7 auf, sodass die Druckeinstellung zweckmäßig am Kondensator 7 erfolgt. Hierzu ist die Saugleitung 27 bei den Ausführungsformen der 1 und 2 an den Kondensator 7 angeschlossen.
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Die jeweilige Saugleitung 27 enthält ein erstes Ventil 28, mit dem die Saugleitung 27 geöffnet und gesperrt werden kann. Das erste Ventil 28 ist über eine entsprechende Steuerleitung 29 mit der Steuereinrichtung 18 gekoppelt und somit über bzw. durch die Steuereinrichtung 18 betätigbar. Des Weiteren ist eine Zuführleitung 30 vorgesehen, die zweckmäßig ebenfalls an den Kondensator 7 angeschlossen ist und ein zweites Ventil 31 enthält, das ebenfalls über eine entsprechende Steuerleitung 29 mit der Steuereinrichtung 18 gekoppelt und durch diese betätigbar ist. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist zusätzlich auch die Unterdruckpumpe 23 über eine solche Steuerleitung 29 mit der Steuereinrichtung 18 gekoppelt, sodass die Steuereinrichtung 18 auch die Unterdruckpumpe 23 betätigen kann.
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Für den Normalbetrieb der Abwärmenutzungsvorrichtung 2 sind das erste Ventil 28 und das zweite Ventil 31 geschlossen. Soll nun der Niederdruck im Abwärmenutzungskreis 3 abgesenkt werden, wird das erste Ventil 28 geöffnet, während das zweite Ventil 31 geschlossen bleibt. Ggf. wird die Unterdruckpumpe 23 in Betrieb genommen. Sobald der gewünschte Niederdruck erreicht ist, kann das erste Ventil 28 wieder geschlossen werden. Die Unterdruckpumpe 23 kann ggf. wieder ausgeschaltet werden. Soll dagegen der Niederdruck im Abwärmenutzungskreis 3 erhöht werden, wird das zweite Ventil 31 geöffnet, während das erste Ventil 28 geschlossen bleibt. Hierdurch kann Medium dem Kondensator 7 bzw. dem Abwärmenutzungskreis 3 zugeführt werden, was zur gewünschten Druckerhöhung führt. Bei dem zur Druckabsenkung abgesaugten Medium und bei dem zur Druckerhöhung zugeführten Medium handelt es sich zweckmäßig um das Arbeitsmedium, wozu einerseits die Unterdruckpumpe 23 in einen entsprechenden, hier nicht gezeigten Speicher fördern kann, während andererseits die Zuführleitung 30 mit besagtem Speicher oder mit einem entsprechenden anderen Speicher verbunden sein kann.
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3 zeigt nun eine alternative Ausführungsform, bei der die Druckeinstelleinrichtung 16 mit einem Speicher 32 ausgestattet ist, der eine Speicherkammer 33 und eine Druckeinstellkammer 34 aufweist. Die Speicherkammer 33 ist über eine Verbindungsleitung 35 mit dem Niederdruckbereich des Abwärmenutzungskreises 3 fluidisch verbunden. Diese Verbindungsleitung 35 kann somit quasi beliebig an einen Bereich des Abwärmenutzungskreises 3 angeschlossen werden, der am Auslass der Niederdruckexpansionsmaschine 6 beginnt und bei der Kompressionsmaschine 8 endet. Insbesondere kann diese Verbindungsleitung 35 auch an den Kondensator 7 angeschlossen sein. Die Speicherkammer 33 kommuniziert bevorzugt mit der flüssigen Niederdruckseite des Abwärmenutzungskreises 3, die im Kondensator 7 beginnt und an der Kompressionsmaschine 8 endet. Die Druckeinstellkammer 34 ist druckübertragend und mediengetrennt mit der Speicherkammer 33 gekoppelt. Diese Kopplung kann bspw. mittels einer Membran 36 realisiert werden. Alternativ kann auch ein entsprechender, verstellbarer Kolben oder dergleichen vorgesehen sein. Mit Hilfe einer Federeinrichtung 37 kann eine Vorspannung bzw. Positionierung der Membran 36 bzw. des jeweiligen Kolbens realisiert werden.
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Der jeweilige Unterdruckerzeuger 22 kann nun mit seiner Saugleitung 27 an diese Druckeinstellkammer 34 angeschlossen sein. Auch die Zuführleitung 30 ist zweckmäßig an diese Druckeinstellkammer 34 angeschlossen. Hierdurch ist es bspw. besonders einfach möglich, mit Hilfe des Unterdruckerzeugers 22 Luft aus der Druckeinstellkammer 34 abzusaugen, um den Niederdruck in der Druckeinstellkammer 34 und somit auch in der Speicherkammer 33, also im Arbeitsmedium zu reduzieren. Über die Zuführleitung 30 kann der Druck in der Druckeinstellkammer 34 durch die Zuführung von Luft erhöht werden, wodurch gleichermaßen auch der Druck in der Speicherkammer 33 und somit auch der Niederdruck im Arbeitsmedium erhöht wird.
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Alternativ ist es grundsätzlich ebenso möglich, die Speicherkammer 33 über die Verbindungsleitung 35 im Niederdruckbereich an die Dampfseite oder an die Gasseite des Abwärmenutzungskreises 3 anzuschließen, um den Niederdruck einzustellen. Hierzu ist jedoch ein vergleichsweise großes Volumen erforderlich, sodass eine Kopplung mit der Flüssigseite hier bevorzugt ist.
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Während bei den Ausführungsformen der 1 und 2 der Unterdruckerzeuger 22 direkt das Arbeitsmedium des Abwärmenutzungskreises 3 fördert, kann bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ein beliebiges Medium, z. B. Luft, gefördert werden, um den Niederdruck im Abwärmenutzungskreis 3 einzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007062580 A1 [0002]
- DE 102009024778 A1 [0003]
