DE102010028013A1

DE102010028013A1 - Device for waste heat utilization

Info

Publication number: DE102010028013A1
Application number: DE201010028013
Authority: DE
Inventors: Ilona Krinn; Juergen Stegmaier; Manfred Schmitt; Bernd Banzhaf; Patrick Glaser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2011-10-27
Also published as: WO2011131482A2; WO2011131482A3

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Abwärmenutzung umfasst einen Dampfkreis (3), einen Fluidspeicher (26), der mit dem Dampfkreis (3) verbunden ist, und eine Pumpeneinheit (17). Hierbei ist durch eine Betätigung der Pumpeneinheit (17) in einer Gegenrichtung (29) zu einer gewöhnlichen Durchlaufrichtung (10, 14) durch den Dampfkreis (3) Arbeitsfluid aus dem Dampfkreis (3) in den Fluidspeicher (26) förderbar. Hierdurch kann ein Betrieb des Dampfkreises (3) optimiert werden.A device (1) for utilizing waste heat comprises a steam circuit (3), a fluid reservoir (26) which is connected to the steam circuit (3), and a pump unit (17). By actuating the pump unit (17) in a direction opposite (29) to a normal flow direction (10, 14) through the steam circuit (3), working fluid can be conveyed from the steam circuit (3) into the fluid reservoir (26). In this way, operation of the steam circuit (3) can be optimized.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abwärmenutzung. Speziell betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Abwärmenutzung, die bei einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine oder einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine zum Einsatz kommt.The invention relates to a device for waste heat recovery. Specifically, the invention relates to a device for waste heat recovery, which is used in an air-compressing, self-igniting internal combustion engine or a mixture-compression, spark-ignited internal combustion engine.

Bei einem Dampfkreis zur Abwärmenutzung ist es denkbar, dass eine festgelegte und somit konstante Menge eines Arbeitsfluids über den Dampfkreis läuft. Während der Aufheizphase des Dampfkreises muss die gesamte Fluidmenge erwärmt werden. Dies führt dazu, dass das System bei einem Kaltstart eine hohe Anlaufzeit benötigt.In a steam cycle for waste heat recovery, it is conceivable that a fixed and thus constant amount of a working fluid passes over the steam cycle. During the heating phase of the steam cycle, the entire amount of fluid must be heated. As a result, the system requires a long startup time during a cold start.

Auch im Betrieb reagiert solch ein System träge auf Veränderungen im Betriebspunkt des Dampfkreises.Even in operation, such a system reacts slowly to changes in the operating point of the steam cycle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abwärmenutzung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Funktionsweise des Dampfkreises verbessert ist. Speziell kann eine verkürzte Aufheizung im Warmlauf sowie eine höhere Dynamik bei Lastpunktwechseln erzielt werden.The inventive device for waste heat recovery with the features of claim 1 has the advantage that the operation of the steam cycle is improved. In particular, a shortened heating in warm-up and a higher dynamics can be achieved at load point changes.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung zur Abwärmenutzung möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements of the device specified in claim 1 for the use of waste heat are possible.

Bei der Vorrichtung zur Abwärmenutzung kann durch den Einsatz des Fluidspeichers eine bedarfsgerechte Anpassung der Fluidmenge im Dampfkreis erreicht werden. Hierdurch kann die Fluidmenge im Dampfkreis bedarfsgerecht eingestellt werden. Speziell kann zu Beginn des Warmlaufs das sich im Dampfkreis befindende Arbeitsfluid in den Fluidspeicher abgepumpt werden. Die Pumpeneinheit führt dann den Dampfkreis im Betrieb vorzugsweise nur so viel Fluid zu, wie auf Grund des aktuellen Wärmeeintrags verdampft werden kann.In the apparatus for waste heat utilization can be achieved by the use of the fluid storage needs-based adjustment of the amount of fluid in the steam circuit. As a result, the amount of fluid in the steam circuit can be adjusted as needed. Specifically, at the beginning of the warm-up, the working fluid in the steam circuit can be pumped into the fluid reservoir. The pump unit then supplies the steam cycle in operation preferably only as much fluid as can be evaporated due to the current heat input.

Vorteilhaft ist es, dass die Pumpeneinheit auch zum Fördern des Arbeitsfluids über den Dampfkreis dient. Hierdurch kann die Pumpeneinheit zum Fördern des Arbeitsfluids in den Fluidspeicher dienen, was beispielsweise zu Beginn des Warmlaufs erfolgt, und außerdem kann die Pumpeneinheit zugleich die Funktion übernehmen, das Arbeitsfluid über den Dampfkreis zu fördern. Hierdurch kann die Anzahl der benötigten Komponenten reduziert werden. Ferner ist es vorteilhaft, dass die Pumpeneinheit hierbei im Dampfkreis angeordnet ist. Vorteilhaft ist es hierbei auch, dass die Pumpeneinheit genau eine Pumpe mit veränderbarer Förderrichtung aufweist.It is advantageous that the pump unit also serves to convey the working fluid via the steam circuit. As a result, the pump unit can serve to convey the working fluid into the fluid reservoir, which takes place, for example, at the beginning of the warm-up, and in addition the pump unit can simultaneously perform the function of conveying the working fluid via the steam circuit. As a result, the number of required components can be reduced. Furthermore, it is advantageous that the pump unit is arranged in this case in the steam circuit. It is also advantageous here that the pump unit has exactly one pump with a variable delivery direction.

Vorteilhaft ist es, dass ein im Dampfkreis angeordneter Abgaswärmetauscher vorgesehen ist, dass der Abgaswärmetauscher eine untenliegende Eingangsöffnung aufweist, über die die Pumpeneinheit das Arbeitsfluid in den Abgaswärmetauscher fördert, und dass die Pumpeneinheit zum Fördern eines Teils des Arbeitsfluids in den Fluidspeicher Arbeitsfluid aus dem Abgaswärmetauscher über die Eingangsöffnung in einer Gegenrichtung zu dem Fluidspeicher fördert. Hierdurch kann beispielsweise zu Beginn des Warmlaufs die Pumpeneinheit invers angesteuert werden, um das Arbeitsfluid aus dem Abgaswärmetauscher in den Fluidspeicher abzupumpen. Der Fluidspeicher dient hierbei als Reservoir, aus dem während des Betriebs Arbeitsfluid in den Dampfkreis zurückgeführt werden kann.It is advantageous that an exhaust gas heat exchanger arranged in the steam circuit is provided, that the exhaust gas heat exchanger has an underlying inlet opening, via which the pump unit conveys the working fluid into the exhaust gas heat exchanger, and that the pump unit for conveying a portion of the working fluid into the fluid reservoir from the exhaust gas heat exchanger conveys the inlet opening in a direction opposite to the fluid reservoir. As a result, for example, at the beginning of the warm-up, the pump unit can be controlled inversely in order to pump the working fluid out of the exhaust gas heat exchanger into the fluid reservoir. The fluid reservoir serves as a reservoir from which working fluid can be returned to the steam circuit during operation.

Ferner ist es vorteilhaft, dass in dem Dampfkreis ein Ventil angeordnet ist, dass der Dampfkreis zwischen dem Ventil und der Pumpeneinheit eine Abzweigung aufweist und dass der Fluidspeicher an der Abzweigung mit dem Dampfkreis verbunden ist. Beim Fördern der Pumpeneinheit in der Gegenrichtung kann hierdurch das Arbeitsfluid in den Fluidspeicher geführt werden. Hierdurch wird auch verhindert, dass das Arbeitsfluid in weitere Komponenten, insbesondere einen Kondensator, des Dampfkreises zurückgedrückt wird. Das Ventil ist vorzugsweise als Richtungsventil ausgestaltet. Vorteilhaft ist es auch, dass das Ventil als Magnetventil ausgebildet ist.Further, it is advantageous that in the steam circuit, a valve is arranged, that the steam circuit between the valve and the pump unit has a branch and that the fluid reservoir is connected to the branch with the steam circuit. When conveying the pump unit in the opposite direction, the working fluid can thereby be guided into the fluid reservoir. This also prevents the working fluid from being pushed back into further components, in particular a condenser, of the steam circuit. The valve is preferably designed as a directional valve. It is also advantageous that the valve is designed as a solenoid valve.

Vorteilhaft ist es hierbei auch, dass in der Verbindung zwischen der Abzweigung und dem Fluidspeicher ein schaltbares Sperrventil angeordnet ist und dass bei einer Betätigung der Pumpeneinheit zum Fördern des Arbeitsfluids in den Fluidspeicher das Sperrventil in einen geöffneten Zustand geschaltet wird. Hierdurch kann gezielt ein Fördern des Arbeitsfluids in den Fluidspeicher beziehungsweise eine Entnahme des Arbeitsfluids aus dem Fluidspeicher gesteuert werden. Bei geschlossenem Zustand des Sperrventils bleibt die Menge des Arbeitsfluids im Dampfkreis konstant.It is also advantageous here that a switchable shut-off valve is arranged in the connection between the branch and the fluid reservoir, and that upon actuation of the pump unit for conveying the working fluid into the fluid reservoir, the shut-off valve is switched to an open state. In this way, it is possible to specifically control a delivery of the working fluid into the fluid reservoir or a removal of the working fluid from the fluid reservoir. When the shut-off valve is closed, the amount of working fluid in the steam circuit remains constant.

Alternativ ist es auch möglich, dass die Verbindung zwischen der Abzweigung und dem Fluidspeicher durch eine Verbindungsleitung gebildet ist. In Abhängigkeit von dem Druck des Arbeitsfluids nimmt dann der Fluidspeicher gegebenenfalls eine weitere Menge des Arbeitsfluids aus dem Dampfkreis auf, bis die Pumpeneinheit weiteres Arbeitsfluid in den Abgaswärmetauscher fördert. Der Fluidspeicher kann bei dieser Ausgestaltung auch die Funktion eines Puffers übernehmen.Alternatively, it is also possible that the connection between the branch and the fluid reservoir is formed by a connecting line. Depending on the pressure of the working fluid, the fluid reservoir then optionally takes up a further amount of the working fluid from the steam circuit until the pump unit delivers further working fluid into the exhaust gas heat exchanger. The fluid reservoir can also assume the function of a buffer in this embodiment.

In vorteilhafter Weise ist der Fluidspeicher als Federspeicher oder Gasdruckspeicher ausgestaltet. Hierbei kann der Fluidspeicher über den steigenden Druck weiter gefüllt werden. Außerdem kann der Fluidspeicher durch Betätigen der Pumpeneinheit gegebenenfalls das gesamte Arbeitsfluid aus dem Abgaswärmetauscher aufnehmen. Advantageously, the fluid reservoir is configured as a spring accumulator or gas pressure accumulator. In this case, the fluid reservoir can be further filled by the increasing pressure. In addition, by operating the pump unit, the fluid reservoir may optionally receive the entire working fluid from the exhaust gas heat exchanger.

Vorteilhaft ist es, dass im Betrieb des Dampfkreises die Pumpeneinheit so betätigt wird, dass zumindest im Wesentlichen die Menge des Arbeitsfluids aus dem Fluidspeicher in den Dampfkreis geführt wird, die bei einem momentanen Wärmeeintrag in dem Abgaswärmetauscher verdampft wird. Hierdurch kann immer nur so viel Arbeitsfluid in den Dampfkreis eingespeist werden wie bei dem aktuellen Wärmeeintrag durch das Abgas gerade verdampft werden kann. Hierdurch ergibt sich ein optimierter Wirkungsgrad sowohl zu Beginn als auch im Betrieb bei Veränderungen des Betriebspunktes des Dampfkreises. Hierbei ist es auch von Vorteil, dass zu Beginn des Warmlaufs des Dampfkreises die Pumpeneinheit so betätigt wird, dass das Arbeitsfluid aus dem im Dampfkreis angeordneten Abgaswärmetauscher zumindest weitgehend in den Fluidspeicher gefördert wird.It is advantageous that during operation of the steam circuit, the pump unit is actuated so that at least substantially the amount of working fluid from the fluid reservoir is fed into the steam circuit, which is evaporated in a momentary heat input in the exhaust gas heat exchanger. As a result, only so much working fluid can be fed into the steam circuit as can be just evaporated by the exhaust gas in the current heat input. This results in an optimized efficiency both at the beginning and during operation with changes in the operating point of the steam cycle. It is also advantageous that at the beginning of the warm-up of the steam cycle, the pump unit is actuated so that the working fluid from the arranged in the steam circuit exhaust gas heat exchanger is at least largely promoted in the fluid reservoir.

In vorteilhafter Weise ist eine Expansionsmaschine, insbesondere eine Turbine, in dem Dampfkreis angeordnet, über die dampfförmiges Arbeitsfluid geführt wird, das im Abgaswärmetauscher verdampft worden ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass hinter der Expansionsmaschine ein Kondensator im Dampfkreis angeordnet ist, durch den das Arbeitsfluid zum Verflüssigen geführt wird. Die Expansionsmaschine kann hierbei zum Antreiben einer beliebigen Last dienen. Beispielsweise kann die über den Dampfkreis aus einem Abgas gewonnene Energie einem Antriebsstrang zugeführt werden, zum Antreiben eines elektrischen Generators dienen oder eine Pumpe antreiben.Advantageously, an expansion machine, in particular a turbine, is arranged in the steam circuit, is passed over the vaporous working fluid which has been evaporated in the exhaust gas heat exchanger. Furthermore, it is advantageous that behind the expansion machine, a capacitor is arranged in the steam circuit through which the working fluid is led to liquefy. The expansion machine can serve to drive any load. For example, the energy obtained via the steam cycle from an exhaust gas can be supplied to a drive train, used to drive an electric generator or drive a pump.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:Preferred embodiments of the invention are explained in more detail in the following description with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 eine Vorrichtung zur Abwärmenutzung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 a device for waste heat recovery in a schematic representation according to an embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine 2 in einer schematischen Darstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung 1 zur Abwärmenutzung weist hierbei einen Dampfkreis 3 auf, über den ein Fluid geführt wird. Die Brennkraftmaschine 2 kann insbesondere als luftverdichtende, selbstzündende oder gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine 2 ausgestaltet sein. Speziell eignet sich die Vorrichtung 1 zur Abwärmenutzung für Anwendungen bei Kraftfahrzeugen. Die Vorrichtung 1 zur Abwärmenutzung der Erfindung eignet sich allerdings auch für andere Anwendungsfälle. 1 shows a device 1 for waste heat utilization of an internal combustion engine 2 in a schematic representation according to an embodiment of the invention. The device 1 for waste heat use here has a steam cycle 3 on, over which a fluid is passed. The internal combustion engine 2 can in particular be used as an air-compressing, self-igniting or mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engine 2 be designed. Specifically, the device is suitable 1 for waste heat utilization for automotive applications. The device 1 for waste heat utilization of the invention, however, is also suitable for other applications.

Die Brennkraftmaschine 2 verbrennt Brennstoff, um mechanische Energie zu erzeugen. Die hierbei entstehenden Abgase werden über eine Abgasanlage 4, in der ein Abgaskatalysator 5 angeordnet sein kann, ausgestoßen. Ein Abschnitt 6 der Abgasanlage 4 ist durch einen Abgaswärmetauscher 7 geführt. Durch die heißen Abgase wird Wärme an das im Abgaswärmetauscher 7 vorgesehene Arbeitsfluid abgegeben, so dass das Arbeitsfluid im Abgaswärmetauscher 7 verdampft wird.The internal combustion engine 2 burns fuel to generate mechanical energy. The resulting exhaust gases are via an exhaust system 4 in which a catalytic converter 5 can be arranged, ejected. A section 6 the exhaust system 4 is through an exhaust gas heat exchanger 7 guided. The hot exhaust gases heat to the exhaust heat exchanger 7 provided working fluid, so that the working fluid in the exhaust gas heat exchanger 7 is evaporated.

Der Abgaswärmetauscher 7 des Dampfkreises 3 ist über eine Leitung 8 mit einer Expansionsmaschine 9 verbunden. Die Expansionsmaschine 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Turbine 9 ausgestaltet. Über die Leitung 8 strömt das verdampfte Arbeitsfluid in einer Richtung 10 zu der Turbine 9. Das verdampfte Arbeitsfluid treibt die Turbine 9 an. Die Turbine 9 weist eine Abtriebswelle 11 auf, über die die Turbine 9 mit einer Last 12 verbunden ist. Hierdurch kann beispielsweise mechanische Energie an einen Antriebsstrang übertragen werden oder zum Antreiben eines elektrischen Generators, einer Pumpe oder dergleichen dienen. Nach dem Durchströmen der Turbine 9 wird das Arbeitsfluid durch einen Kondensator 13 geführt. Das über die Turbine 9 entspannte Arbeitsfluid wird im Kondensator 13 abgekühlt und im flüssigen Zustand in einer Richtung 14 durch eine Leitung 15 geführt. In der Leitung 15 ist ein als Rückschlagventil ausgestaltetes Richtungsventil 16 angeordnet. Über die Leitung 15 gelangt das Arbeitsfluid zu einer Pumpeneinheit 17 des Dampfkreises 3. Durch Betätigen der Pumpeneinheit 17 kann das Arbeitsfluid durch eine untenliegende Eingangsöffnung 18 des Abgaswärmetauschers 7 wieder in den Abgaswärmetauscher 7 gefördert werden. Die Eingangsöffnung 18 ist vorzugsweise relativ weit unten, insbesondere im Bereich eines Bodens 19 des Abgaswärmetauschers 7, angeordnet. Durch die Richtungen 10, 14 ist eine gewöhnliche Durchlaufrichtung des Arbeitsfluids durch den Dampfkreis 3 gegeben. Somit kann den durch die Abgasanlage 4 abgestoßenen heißen Abgasen der Brennkraftmaschine 2 über den geschlossenen Dampfkreis 3 fortwährend Wärme entzogen werden, die in Form von mechanischer Energie an die Last 12 abgegeben wird.The exhaust gas heat exchanger 7 of the steam circuit 3 is over a line 8th with an expansion machine 9 connected. The expansion machine 9 is in this embodiment as a turbine 9 designed. About the line 8th the vaporized working fluid flows in one direction 10 to the turbine 9 , The vaporized working fluid drives the turbine 9 at. The turbine 9 has an output shaft 11 on, over which the turbine 9 with a load 12 connected is. As a result, for example, mechanical energy can be transmitted to a drive train or used to drive an electric generator, a pump or the like. After flowing through the turbine 9 the working fluid is passed through a condenser 13 guided. That about the turbine 9 Relaxed working fluid is in the condenser 13 cooled and in the liquid state in one direction 14 through a pipe 15 guided. In the line 15 is designed as a check valve directional valve 16 arranged. About the line 15 the working fluid reaches a pump unit 17 of the steam circuit 3 , By actuating the pump unit 17 the working fluid can pass through an inlet below 18 the exhaust gas heat exchanger 7 back into the exhaust gas heat exchanger 7 be encouraged. The entrance opening 18 is preferably relatively far below, especially in the area of a floor 19 the exhaust gas heat exchanger 7 arranged. Through the directions 10 . 14 is a common flow direction of the working fluid through the steam circuit 3 given. Thus, by the exhaust system 4 rejected hot exhaust gases of the internal combustion engine 2 over the closed steam circuit 3 Heat is constantly being extracted, in the form of mechanical energy to the load 12 is delivered.

An der Leitung 15 des Dampfkreises 3 ist eine Abzweigung 25 vorgesehen. Die Vorrichtung 1 zur Abwärmenutzung 1 weist einen Fluidspeicher 26 auf, der über eine Verbindungsleitung 27 an der Abzweigung 25 mit der Leitung 15 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist in der Verbindungsleitung 27 ein Sperrventil 28 angeordnet.On the line 15 of the steam circuit 3 is a turnoff 25 intended. The device 1 for waste heat utilization 1 has a fluid reservoir 26 on that over a connecting line 27 at the junction 25 with the line 15 connected is. In this embodiment, in the connection line 27 a check valve 28 arranged.

Der Fluidspeicher 26 kann als Federspeicher 26, als Gasdruckspeicher 26 oder dergleichen ausgestaltet sein.The fluid reservoir 26 can be used as spring storage 26 , as a gas pressure accumulator 26 or the like.

Wenn die Brennkraftmaschine 2 in Betrieb genommen wird, dann kann das Fluid im Dampfkreis 3 eine niedrige Temperatur aufweisen. Die Wärmekapazität des Fluids und der weiteren Komponenten des Dampfkreises 3 bedingt eine gewisse Anlaufzeit. Außerdem wird das Arbeitsfluid im inaktiven Zustand vorzugsweise im Abgaswärmetauscher 7 gesammelt. Zur schnellen Dampfkreisaufheizung im Warmlauf wird das Fluid zu Beginn des Warmlaufs weitestgehend aus dem Abgaswärmetauscher 7 in den Fluidspeicher abgepumpt. Hierfür wird die Pumpeneinheit 17 so betätigt, dass das Arbeitsfluid in einer Gegenrichtung 29 gefördert wird. Die Gegenrichtung 29 ist hierbei entgegengesetzt zu dem durch die Richtungen 10, 14 gegebenen gewöhnlichen Durchlauf durch den Dampfkreis 3. Beim Pumpen des Arbeitsfluids in der Gegenrichtung 29 sperrt das Richtungsventil 16, so dass das Arbeitsfluid in den Fluidspeicher 26 gepumpt wird. Hierbei wird gleichzeitig das Sperrventil 28 betätigt, so dass die Verbindungsleitung 27 geöffnet ist. Da die Eingangsöffnung 18 vorzugsweise an der tiefsten Stelle des Abgaswärmetauschers 7 angebracht ist, kann der Abgaswärmetauscher 7 auch vollständig geleert werden. Anschließend wird immer gerade so viel Arbeitsfluid aus dem Fluidspeicher 26 in den Dampfkreis 3 eingespeist, wie bei dem aktuellen Wärmeeintrag durch die Abgase gerade im Abgaswärmetauscher 7 verdampft werden kann. Zum Zuführen von Fluid aus dem Fluidspeicher 26 in den Dampfkreis 3 wird das Sperrventil 28 betätigt, während die Pumpeneinheit 17 in der gewöhnlichen Richtung entsprechend den Richtungen 10, 14 fördert. Gegebenenfalls kann auch während des Betriebs ein Teil des Arbeitsfluids wieder zurück in den Fluidspeicher 26 gefördert werden. Die Pumpeneinheit 17 sitzt vorzugsweise in ähnlicher Höhe wie die Eingangsöffnung 18 des Abgaswärmetauschers 7.When the internal combustion engine 2 is put into operation, then the fluid in the steam circuit 3 have a low temperature. The heat capacity of the fluid and the other components of the steam circuit 3 requires a certain start-up time. In addition, the working fluid in the inactive state is preferably in the exhaust gas heat exchanger 7 collected. For rapid Dampfkreisaufheizung in warm-up, the fluid at the beginning of the warm-up largely from the exhaust gas heat exchanger 7 pumped out into the fluid reservoir. For this, the pump unit 17 so actuated that the working fluid in a reverse direction 29 is encouraged. The opposite direction 29 is opposite to that by the directions 10 . 14 given ordinary pass through the steam circle 3 , When pumping the working fluid in the opposite direction 29 locks the directional valve 16 , so that the working fluid in the fluid reservoir 26 is pumped. This is the same time the check valve 28 operated, leaving the connection line 27 is open. Because the entrance opening 18 preferably at the lowest point of the exhaust gas heat exchanger 7 is attached, the exhaust gas heat exchanger 7 also completely emptied. Subsequently, just as much working fluid from the fluid reservoir 26 in the steam circle 3 fed, as in the current heat input through the exhaust gases just in the exhaust gas heat exchanger 7 can be evaporated. For supplying fluid from the fluid reservoir 26 in the steam circle 3 becomes the check valve 28 pressed while the pump unit 17 in the ordinary direction according to the directions 10 . 14 promotes. Optionally, even during operation, a portion of the working fluid back into the fluid reservoir 26 be encouraged. The pump unit 17 preferably sits at a similar height as the entrance opening 18 the exhaust gas heat exchanger 7 ,

Der Fluidspeicher 26 kann auch als Reservoir im Kondensator 13, als Tank oder als Reservoir in der Leitung 15 zu der Pumpeneinheit 17 ausgestaltet sein. Ferner ist es möglich, dass die Verbindungsleitung 27 ohne ein Sperrventil 28 ausgestaltet ist und den Fluidspeicher 26 direkt mit der Abzweigung 25 verbindet. In Abhängigkeit von dem an der Abzweigung 25 anstehenden Druck des Arbeitsfluids an die Pumpeneinheit 17 erfolgt hierbei eine Füllung und Entleerung des Fluidspeichers 26. Durch die Pumpeneinheit 17 kann jeweils nur so viel Fluid in den Abgaswärmetauscher 7 gefördert werden, wie bei dem aktuellen Betriebspunkt zur thermischen Leistungsübertragung erforderlich ist.The fluid reservoir 26 can also act as a reservoir in the condenser 13 , as a tank or as a reservoir in the pipe 15 to the pump unit 17 be designed. Furthermore, it is possible that the connecting line 27 without a shut-off valve 28 is configured and the fluid reservoir 26 directly with the branch 25 combines. Depending on the at the branch 25 pending pressure of the working fluid to the pump unit 17 This is done filling and emptying of the fluid reservoir 26 , Through the pump unit 17 can only do so much fluid in the exhaust gas heat exchanger 7 be promoted, as required at the current operating point for thermal power transmission.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des Federspeichers 26 kann ein Kolben 29 auf der dem Arbeitsfluid abgewandten Seite mit dem Umgebungsdruck beaufschlagt sein.In a further embodiment of the spring accumulator 26 can be a piston 29 be acted upon on the working fluid side facing away from the ambient pressure.

Sofern bei einem als Federspeicher ausgestalteten Fluidspeicher 26 nicht nur einmalig im Warmlauf, sondern fortlaufend im Normalbetrieb der Fluidfüllstand dem aktuellen Bedarf angepasst werden soll, ist vorzugsweise in der Verbindungsleitung 27 das ansteuerbare Sperrventil 28 vorgesehen. Zum Erhöhen der Fluidmenge im Dampfkreis 3 kann dann das Sperrventil 28 bei normaler Förderrichtung der Pumpeneinheit 17 solange geöffnet werden, bis die gewünschte Fluidmenge zugeströmt ist. Soll hingegen der Fluidfüllstand im Abgaswärmetauscher 7 verringert werden, dann wird die Förderrichtung der Pumpeneinheit 17 bei geöffnetem Sperrventil 28 kurzzeitig umgekehrt, bis die gewünschte Fluidmenge in den Fluidspeicher 26 gepumpt ist. Wenn die Fluidmenge im Dampfkreis 3 konstant gehalten werden soll, dann bleibt das Sperrventil 28 bei dieser Ausgestaltung geschlossen.If in a designed as a spring accumulator fluid storage 26 not only once in warm-up, but continuously in normal operation, the fluid level should be adapted to the current needs, is preferably in the connecting line 27 the controllable shut-off valve 28 intended. To increase the amount of fluid in the steam circuit 3 then can the check valve 28 in normal conveying direction of the pump unit 17 be opened until the desired amount of fluid has flowed. On the other hand, should the fluid level in the exhaust gas heat exchanger 7 are reduced, then the conveying direction of the pump unit 17 with the shut-off valve open 28 briefly reversed until the desired amount of fluid in the fluid reservoir 26 is pumped. When the amount of fluid in the steam circuit 3 should be kept constant, then the check valve remains 28 closed in this embodiment.

Je nach der Ausgestaltung der Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung kann somit nur so viel Fluid in den Abgaswärmetauscher 7 gepumpt werden, wie bei dem aktuellen Wärmeeintrag durch das Abgas auch verdampft werden kann. Da außerdem zu Beginn, insbesondere bei einem Kaltstart, das Fluid aus dem Abgaswärmetauscher 7 in den Fluidspeicher 26 gepumpt werden kann, ist das System nach einer kurzen Anlaufzeit bereits optimal einsetzbar. Ferner kann auch im Betrieb auf Veränderungen des Betriebspunktes des Dampfkreises 3 reagiert werden. Dadurch ist ein vorteilhafter Wirkungsgrad erzielbar. Hierdurch kann die Vorrichtung 1 zur Abgaswärmenutzung eine bedarfsgerechte Fluidmassensteuerung des Dampfkreises 3 zur Abwärmenutzung realisieren.Depending on the configuration of the device for exhaust gas heat so only so much fluid in the exhaust gas heat exchanger 7 be pumped, as in the current heat input by the exhaust gas can also be evaporated. In addition, since at the beginning, especially during a cold start, the fluid from the exhaust gas heat exchanger 7 in the fluid storage 26 can be pumped, the system is already optimally usable after a short start-up time. Furthermore, in operation, changes in the operating point of the steam cycle 3 be reacted. As a result, an advantageous efficiency can be achieved. This allows the device 1 for exhaust heat utilization a demand-based fluid mass control of the steam cycle 3 to realize waste heat utilization.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.The invention is not limited to the described embodiments.

Claims

Contraption ( 1 ) for waste heat use with a steam cycle ( 3 ), at least one fluid reservoir ( 26 ), with the steam circle ( 3 ), and a pump unit ( 17 ), wherein by an actuation of the pump unit ( 17 ) at least a part of a working fluid from the steam cycle ( 3 ) into the fluid reservoir ( 26 ) is eligible.

Waste heat recovery device according to claim 1, characterized in that the pump unit ( 17 ) also for conveying the working fluid over the steam circle ( 3 ) and / or that the pump unit ( 17 ) in the steam circuit ( 3 ) is arranged.

Device for utilizing waste heat according to claim 1 or 2, characterized in that one in the steam cycle ( 3 ) arranged exhaust gas heat exchanger ( 7 ) is provided that the exhaust gas heat exchanger ( 7 ) an underlying entrance opening ( 18 ), via which the pump unit ( 17 ) the working fluid in the exhaust gas heat exchanger ( 7 ), and that the pump unit ( 17 ) for conveying the working fluid into the fluid reservoir ( 26 ) Working fluid from the exhaust gas heat exchanger ( 7 ) via the entrance opening ( 18 ) in a reverse direction ( 29 ) to the fluid reservoir ( 26 ) promotes.

Device for utilizing exhaust gas according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the steam circuit ( 3 ) a valve ( 16 ), preferably as a directional valve ( 16 ) and / or as a solenoid valve ( 16 ) is arranged, it is arranged that the steam cycle ( 3 ) between the valve ( 16 ) and the pump unit ( 17 ) a branch ( 25 ) and that the fluid reservoir ( 26 ) at the junction ( 25 ) with the steam circuit ( 3 ) connected is.

Waste heat recovery device according to claim 4, characterized in that in the connection between the branch ( 25 ) and the fluid reservoir ( 26 ) a switchable check valve ( 28 ) and that upon actuation of the pump unit ( 17 ) for conveying the working fluid into the fluid reservoir ( 26 ) the check valve ( 28 ) is switched to an open state or that the connection between the branch ( 25 ) and the fluid reservoir ( 26 ) by a connecting line ( 27 ) is formed.

Waste heat recovery device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pump unit ( 17 ) a pump ( 17 ) having a variable conveying direction.

Waste heat recovery device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the fluid reservoir ( 26 ) as a spring store ( 26 ) or gas pressure accumulator ( 26 ) is configured.

Device for utilizing waste heat according to one of claims 1 to 7, characterized in that during operation of the steam cycle ( 3 ) the pump unit ( 17 ) is operated so that at least substantially the amount of the working fluid from the fluid reservoir ( 26 ) into the steam circuit ( 3 ), which is at a momentary heat input into an exhaust gas heat exchanger ( 7 ) is evaporated.

Waste heat recovery device according to one of claims 1 to 8, characterized in that at the beginning of a warm-up of the steam cycle ( 3 ) the pump unit ( 17 ) is operated so that the working fluid from a steam cycle ( 3 ) arranged exhaust gas heat exchanger ( 7 ) at least substantially into the fluid reservoir ( 26 ).

Waste heat recovery device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the steam cycle ( 3 ) an expansion machine ( 9 ), in particular a turbine ( 9 ), over which the vaporous working fluid is passed, and one behind the expansion machine ( 9 ) arranged capacitor ( 13 ), through which the working fluid is led to liquefy.