DE102010042401A1 - Device and method for waste heat utilization of an internal combustion engine - Google Patents

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Achim Brenk
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine (2) vorgeschlagen, wobei in einem Leitungskreis (4), in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert, eine Speisepumpe (6), ein Wärmetauscher (8), eine Expansionsmaschine (10) und ein Kondensator (12) angeordnet sind. Im Leitungskreis (4) ist weiterhin ein Dampfspeicher (40) zur Speicherung des dampfförmigen Arbeitsmediums angeordnet.The invention relates to a device and a method for using waste heat from an internal combustion engine (2), a feed pump (6), a heat exchanger (8), an expansion machine (10) and a condenser in a line circuit (4) in which a working medium circulates (12) are arranged. A steam accumulator (40) for storing the vaporous working medium is also arranged in the line circuit (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abwärmenutzung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device and a method for waste heat recovery according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Aus DE 10 2006 057 247 A1 ist bereits eine Aufladeeinrichtung bekannt, die zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine dient. Im Abgastrakt der Brennkraftmaschine ist mindestens ein Wärmetauscher eines Kreislaufes eines Arbeitsmediums untergebracht. In dem Kreislauf sind außerdem ein Turbinenteil und ein Förderaggregat angeordnet. Über das Turbinenteil wird ein im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnetes Verdichterteil angetrieben.Out DE 10 2006 057 247 A1 a charging device is already known, which is used for waste heat utilization of an internal combustion engine. In the exhaust tract of the internal combustion engine, at least one heat exchanger of a circuit of a working medium is housed. In the circuit also a turbine part and a delivery unit are arranged. A compressor part arranged in the intake tract of the internal combustion engine is driven via the turbine part.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine und das zugehörige erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass Dampf, der zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht benötigt wird, gespeichert wird und erst bei Bedarf oder einer Lastanforderung an die Expansionsmaschine weitergeleitet wird.The inventive device for waste heat utilization of an internal combustion engine and the associated method according to the invention with the features of the independent claims has the advantage that steam that is not needed at a certain time, is stored and forwarded to the expansion machine only when needed or a load request.

Bei einer kurzfristigen Laständerungen der Brennkraftmaschine, wie sie beispielsweise beim Abbremsen eines Kraftfahrzeuges auftritt, kann die über das Abgassystem abgegebene Wärme nicht vollständig an den Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges zurückgeführt werden, da in diesem Moment keine Lastanforderung vorliegt. Die über das Abgassystem abgegebene Wärmeenergie würde verloren gehen, wenn kein geeignetes Speichersystem zur Verfügung steht. Durch den Dampfspeicher kann die Wärmeenergie gespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt wieder genutzt werden.In a short-term load changes of the internal combustion engine, such as occurs when braking a motor vehicle, the heat emitted via the exhaust system heat can not be fully attributed to the drive train of the motor vehicle, since there is no load request at this moment. The heat energy released via the exhaust system would be lost if no suitable storage system is available. Through the steam storage, the heat energy can be stored and used again at a later date.

Ein anderes Beispiel für eine kurzfristige Laständerung der Brennkraftmaschine ist der Überholvorgang eines Kraftfahrzeuges nach vorhergehendem Abbremsen. Hier benötigt die Brennkraftmaschine kurzfristig eine sehr hohe Energie, die aus dem Dampfspeicher entnommen werden kann.Another example of a short-term load change of the internal combustion engine is the overtaking of a motor vehicle after previous deceleration. Here, the internal combustion engine requires a very short time, a very high energy that can be removed from the steam storage.

Die Wärmeenergie der Abgase und der Abgasrückführung steht der Expansionsmaschine aufgrund der thermischen Trägheiten des mindestens einen Wärmetauschers und der thermischen Trägheit des Wärmeüberganges immer zeitlich verzögert zur Verfügung. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Wärmeenergie durch den Dampfspeicher gespeichert werden kann und bei einer kurzfristigen Lastanforderung wieder zur Verfügung steht.The heat energy of the exhaust gases and the exhaust gas recirculation is the expansion machine due to the thermal inertia of the at least one heat exchanger and the thermal inertia of the heat transfer always delayed in time available. An advantage of the invention is that heat energy can be stored by the steam accumulator and is available again upon a short-term load request.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben.In the dependent claims advantageous refinements and developments of the method and apparatus of the invention are given.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Anordnung des Dampfspeichers in einer Leitung des Leitungskreises zwischen Wärmetauscher und Expansionsmaschine, da der Dampfspeicher zwischen Dampferzeuger und Dampfverbraucher angeordnet ist und somit keine weiteren Verluste über lange Wegstrecken entstehen.Another advantage results from the arrangement of the vapor storage in a line of the line circuit between the heat exchanger and expansion machine, since the steam storage between steam generator and steam consumer is arranged and thus no further losses over long distances arise.

Durch eine Anordnung, bei der der Dampfspeicher über eine Abzweigleitung direkt mit dem Wärmetauscher verbunden ist, ergibt sich der Vorteil, dass durch die räumliche Nähe zwischen Wärmetaucher und Dampfspeicher eine gemeinsame Isolierung oder ein gemeinsamer Bauraum genutzt werden kann.By an arrangement in which the steam storage is connected via a branch line directly to the heat exchanger, there is the advantage that a common insulation or a common space can be used by the spatial proximity between the heat exchanger and steam storage.

Vorteilhaft ist eine Verbindung von Expansionsmaschine und Dampfspeicher über eine Abzweigleitung, da bei einer kurzfristigen Lastanforderung über die Expansionsmaschine sofort Dampf zum Betreiben der Expansionsmaschine zur Verfügung steht und keine Zeitverluste über lange Wegstrecken entstehen.Advantageously, a connection of the expansion machine and steam storage via a branch line, as at a short-term load request on the expansion machine immediately steam for operating the expansion machine is available and no time losses over long distances arise.

Eine weitere vorteilhafte Anordnung des Dampfspeicher ist, wenn dieser über eine Abzweigleitung mit einer Leitung zwischen dem Wärmetauscher und der Expansionsmaschine verbunden ist, da der vom Wärmetauscher erzeugte Dampf nicht zwangsläufig durch den Dampfspeicher auf den Weg zur Expansionsmaschine strömt.A further advantageous arrangement of the steam accumulator is when it is connected via a branch line to a line between the heat exchanger and the expansion machine, since the steam generated by the heat exchanger does not necessarily flow through the steam accumulator on the way to the expansion machine.

Besonders Vorteilhaft zeigt sich ein regelbares Ventil in einer der bisher genannten Abzweigleitungen, da die Aufnahme und Abgabe von Dampf bewusst über das regelbare Ventil gesteuert werden kann und somit in die Regelung des thermodynamischen Kreislaufes den das Arbeitsmedium durchläuft eingegriffen werden kann. Durch ein gezieltes Öffnen und Schließen des Ventils können Druckschwankungen im Wärmetauscher und den anschließenden Leitungen reduziert werden. Des Weiteren lässt sich durch die Aufnahme und Abgabe von Dampf aus dem Leitungskreis die Verdampfungstemperatur beeinflussen.Particularly advantageous shows a controllable valve in one of the previously mentioned branch lines, since the absorption and release of steam can be controlled deliberately via the controllable valve and thus in the control of the thermodynamic cycle through which the working fluid passes can be intervened. By deliberately opening and closing the valve, pressure fluctuations in the heat exchanger and the subsequent lines can be reduced. Furthermore, can be influenced by the absorption and release of steam from the line circuit, the evaporation temperature.

Die Anordnung des Dampfspeichers in einer Bypassverbindung parallel zur Expansionsmaschine ist von Vorteil, da Dampf aus dem Dampfspeicher über die Bypassverbindung an der Expansionsmaschine vorbeigeleitet werden kann und somit auch Wärmeenergie über den Kondensator an einen angeschlossenen Kühlkreislauf abgegeben werden kann.The arrangement of the vapor accumulator in a bypass connection parallel to the expansion machine is advantageous since steam can be conducted past the steam accumulator via the bypass connection to the expansion machine and thus heat energy can also be released via the condenser to a connected cooling circuit.

Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung des Dampfspeichers in einer Bypassverbindung, wenn der Dampfspeicher über ein Mehrwegventil mit der Bypassverbindung verbunden ist, da dies eine sichere Möglichkeit ist die Aufnahme und Abgabe des Dampfes in alle möglichen Richtungen zu steuern. Des Weiteren kann durch das Mehrwegventil der Dampf direkt vom Wärmetauscher am Dampfspeicher vorbei zum Kondensator geleitet werden. Dies ist von Vorteil, wenn der Dampfspeicher keinen Dampf aufnehmen kann oder der Dampf keine ausreichende Qualität durch eine zu geringe Überhitzung hat. Particularly advantageous is an arrangement of the steam accumulator in a bypass connection when the steam accumulator is connected via a multi-way valve with the bypass connection, since this is a sure way to control the absorption and release of the steam in all possible directions. Furthermore, the steam can be routed directly from the heat exchanger on the steam storage to the condenser through the multi-way valve. This is advantageous if the steam storage can not absorb steam or the steam is not sufficient quality due to low overheating.

Als besonders kostengünstige Lösung für einen Dampfspeicher in einer Bypassverbindung parallel zur Expansionsmaschine zeigen sich der Einsatz eines regelbaren Ventils auf der dem Wärmetauscher zugewandten Seite und der Einsatz eines Überströmventils auf der gegenüberliegenden Seite. Durch das regelbare Ventil kann der Dampf gezielt vom Dampfspeicher aufgenommen und abgegeben werden, während das Überströmventil verhindert, dass im Dampfspeicher ein zu hoher Druck entsteht.As a particularly cost-effective solution for a steam accumulator in a bypass connection parallel to the expansion machine, the use of a controllable valve on the side facing the heat exchanger and the use of a spill valve on the opposite side. The adjustable valve allows the steam to be picked up and discharged in a targeted manner by the steam accumulator, while the overflow valve prevents the steam accumulator from generating too high a pressure.

Vorteilhaft ist die Reduzierung von Druckpulsationen und Druckschwingungen, indem Dampf aus dem Dampfspeicher abgegeben und/oder vom Dampfspeicher aufgenommen wird, da keine Kosten durch weitere Bauteile zur Unterdrückung von Druckschwingungen entstehen.Advantageously, the reduction of pressure pulsations and pressure oscillations by steam is discharged from the steam accumulator and / or absorbed by the steam accumulator, since no costs are incurred by other components to suppress pressure oscillations.

Durch die Aufnahme und Abgabe von Dampf über den Dampfspeicher durch das regelbare Ventil zur Regelung des Verdampfungsdruckes können weiter Bauteile wie z. B. zusätzliche Speichervolumen für das Arbeitsmedium im dampfförmigen oder flüssigen Zustand eingespart werden.By receiving and delivery of steam through the steam storage through the controllable valve to control the evaporation pressure further components such. B. additional storage volume for the working medium can be saved in the vapor or liquid state.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. Show it:

1 eine Vorrichtung zur Abwärmenutzung in einer schematischen Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 a device for waste heat recovery in a schematic representation according to a first embodiment,

2 eine Vorrichtung zur Abwärmenutzung in einer schematischen Darstellung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 2 a device for waste heat recovery in a schematic representation according to a second embodiment,

3 eine Vorrichtung zur Abwärmenutzung in einer schematischen Darstellung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und 3 a device for waste heat recovery in a schematic representation according to a third embodiment and

4 eine Vorrichtung zur Abwärmenutzung in einer schematischen Darstellung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. 4 a device for waste heat recovery in a schematic representation according to a fourth embodiment.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments

Die 1 bis 4 zeigen eine Vorrichtung zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine 2 mit einem Leitungskreis 4, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert. Im Leitungskreis 4 sind mindestens ein Wärmetauscher 8, eine Expansionsmaschine 10, ein Kondensator 12 und eine Speisepumpe 6 angeordnet. Weiterhin ist im Leitungskreis 4 ein Dampfspeicher 40 zum Speichern eines dampfförmigen Arbeitsmediums vorgesehen, wie später in der Beschreibung der einzelnen Ausführungsbeispiele näher erläutert wird.The 1 to 4 show a device for waste heat utilization of an internal combustion engine 2 with a circuit 4 , in which circulates a working medium. In the circuit circle 4 are at least one heat exchanger 8th , an expansion machine 10 , a capacitor 12 and a feed pump 6 arranged. Furthermore, in the circuit circle 4 a steam storage 40 provided for storing a vaporous working medium, as will be explained later in the description of the individual embodiments.

Die Brennkraftmaschine 2 kann insbesondere als luftverdichtende, selbstzündende oder gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine 2 ausgestaltet sein. Speziell eignet sich die Vorrichtung zur Abwärmenutzung für Anwendungen bei Kraftfahrzeugen. Die Vorrichtung zur Abwärmenutzung der Erfindung eignet sich allerdings auch für andere Anwendungsfälle.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 for waste heat utilization for applications in motor vehicles. However, the device for waste heat utilization of the invention is also suitable for other applications.

Die Brennkraftmaschine 2 verbrennt Brennstoff, um mechanische Energie zu erzeugen. Die hierbei entstehenden Abgase werden über eine Abgasanlage, in der ein Abgaskatalysator angeordnet sein kann, ausgestoßen. Ein Leitungsabschnitt 22 der Abgasanlage ist durch den Wärmetauscher 8 geführt. Wärme aus den Abgasen oder der Abgasrückführung wird über den Leitungsabschnitt 22 an das im Wärmetauscher 8 vorgesehene Arbeitsmedium abgegeben, so dass das Arbeitsmedium im Wärmetauscher 8 verdampft und überhitzt werden kann.The internal combustion engine 2 burns fuel to generate mechanical energy. The resulting exhaust gases are discharged via an exhaust system in which an exhaust gas catalyst can be arranged. A line section 22 the exhaust system is through the heat exchanger 8th guided. Heat from the exhaust gases or exhaust gas recirculation is via the line section 22 to the in the heat exchanger 8th provided working fluid, so that the working fluid in the heat exchanger 8th can be vaporized and overheated.

Der Wärmetauscher 8 des Leitungskreises 4 ist über eine Leitung 26 mit der Expansionsmaschine 10 verbunden. Die Expansionsmaschine 10 kann als Turbine oder Kolbenmaschine ausgestaltet sein. Über die Leitung 26 strömt das verdampfte Arbeitsmedium zur Expansionsmaschine 10 und treibt diese an. Die Expansionsmaschine 10 weist eine Abtriebswelle 11 auf, über die die Expansionsmaschine 10 mit einer Last 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 Expansionsmaschine 10 wird das Arbeitsmedium über eine Leitung 28 zu dem Kondensator 12 geführt. Das über die Expansionsmaschine 10 entspannte Arbeitsmedium wird im Kondensator 12 abgekühlt. Der Kondensator 12 kann mit einem Kühlkreislauf 20 verbunden sein. Bei diesem Kühlkreislauf 20 kann es sich um einen Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine 2 handeln. Das im Kondensator 12 verflüssigte Arbeitsmedium wird über die Leitung 29 von einer Speisepumpe 6 in die Leitung 24 transportiert.The heat exchanger 8th of the management circle 4 is over a line 26 with the expansion machine 10 connected. The expansion machine 10 can be configured as a turbine or piston engine. About the line 26 the vaporized working medium flows to the expansion machine 10 and drives them. The expansion machine 10 has an output shaft 11 on, about which the expansion machine 10 connected to a load. 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 expansion machine 10 is the working fluid over a line 28 to the capacitor 12 guided. The about the expansion machine 10 relaxed working fluid is in the condenser 12 cooled. The capacitor 12 can with a cooling circuit 20 be connected. In this cooling circuit 20 it can be a cooling circuit of the internal combustion engine 2 act. That in the condenser 12 liquefied working medium is over the line 29 from a feed pump 6 into the pipe 24 transported.

In der Leitung 24 befindet sich ein Druckregelventil 27, welches zur Druckregelung im Zulauf zum Wärmetauscher 8 dient. Mit Hilfe des vorgegebenen Druckes im Zulauf zum Wärmetauscher 8 lässt sich die Verdampfungstemperatur des Arbeitsmediums kontrollieren. Des Weiteren kann eine Bypassverbindung 31 parallel zur Speisepumpe 6 vorgesehen werden, in der sich ein Überdruckventil 30 befindet. Durch das Überdruckventil 30 lässt sich der maximal zulässige Druck des Arbeitsmediums zwischen Speisepumpe 6 und Wärmetauscher 8 einstellen.In the line 24 there is a pressure control valve 27 , which for pressure control in the inlet to the heat exchanger 8th serves. With the help of the specified pressure in the inlet to the heat exchanger 8th the evaporation temperature of the working fluid can be controlled. Furthermore, a bypass connection 31 parallel to the feed pump 6 be provided, in which there is a pressure relief valve 30 located. Through the pressure relief valve 30 can be the maximum allowable pressure of the working medium between feed pump 6 and heat exchangers 8th to adjust.

Die Leitung 24 führt direkt in den Wärmetauscher 8, in dem das Arbeitsmedium verdampft und überhitzt wird. Über die Leitung 26 gelangt das verdampfte Arbeitsmedium erneut zur Expansionsmaschine 10 und das Arbeitsmedium durchströmt erneut den Leitungskreis 4. Durch die Speisepumpe 6 und die Expansionsmaschine 10 ist eine Durchlaufrichtung des Arbeitsmediums durch den Leitungskreis 4 gegeben. Somit kann den Abgasen und der Abgasrückführung der Brennkraftmaschine 2 über den Wärmetauscher 8 fortwährend Wärmeenergie entzogen werden, die in Form von mechanischer Energie an die Last 11 abgegeben wird.The administration 24 leads directly into the heat exchanger 8th , in which the working medium is evaporated and overheated. About the line 26 the vaporized working medium returns to the expansion machine 10 and the working medium flows through the circuit again 4 , Through the feed pump 6 and the expansion machine 10 is a passage direction of the working medium through the line circuit 4 given. Thus, the exhaust gases and the exhaust gas recirculation of the internal combustion engine 2 over the heat exchanger 8th continuously heat energy is withdrawn, in the form of mechanical energy to the load 11 is delivered.

Als Arbeitsmedium kann Wasser eingesetzt werden oder eine andere Flüssigkeit, die den thermodynamischen Anforderungen entspricht. Das Arbeitsmedium erfährt beim durchströmen des Leitungskreises 4 thermodynamische Zustandsänderungen. In der flüssigen Phase wird das Arbeitsmedium durch die Speisepumpe 6 auf das Druckniveau für die Verdampfung gebracht. Anschließend wird die Wärmeenergie des Abgases über den Wärmetauscher 8 an das Arbeitsmedium abgegeben. Dabei wird das Arbeitsmedium isobar verdampft und anschließend überhitzt. Danach wird der Dampf in der Expansionsmaschine 10 adiabat entspannt. Dabei wird mechanische Energie gewonnen und auf die Welle 11 übertragen. Das Arbeitsmedium wird dann im Kondensator 12 abgekühlt und wieder der Speisepumpe 6 zugeführt.As a working medium, water can be used or another liquid that meets the thermodynamic requirements. The working fluid experiences when flowing through the line circuit 4 thermodynamic state changes. In the liquid phase, the working medium through the feed pump 6 brought to the pressure level for evaporation. Subsequently, the heat energy of the exhaust gas through the heat exchanger 8th delivered to the working medium. The working medium is isobarically evaporated and then overheated. Thereafter, the steam in the expansion machine 10 adiabatic relaxes. This mechanical energy is gained and on the shaft 11 transfer. The working medium is then in the condenser 12 cooled and again the feed pump 6 fed.

Beim Ausführungsbeispiel in 1 befindet sich der Dampfspeicher 40 in der Leitung 26 des Leitungskreises 4 zwischen Wärmetauscher 8 und Expansionsmaschine 10.In the embodiment in 1 is the steam storage 40 in the pipe 26 of the management circle 4 between heat exchangers 8th and expansion machine 10 ,

Vom Wärmetauscher 8 gelieferter Dampf kann vom Dampfspeicher 40 aufgenommen werden und bei einer Lastanforderung an die Expansionsmaschine 10 aus dem Dampfspeicher 40 wieder abgegeben werden.From the heat exchanger 8th supplied steam can from the steam storage 40 be received and at a load request to the expansion machine 10 from the steam storage 40 be delivered again.

2 zeigt eine zweites Ausführungsbeispiel bei der der Dampfspeicher 40 über eine Abzweigleitung 44 mit dem Leitungskreis 4 verbunden ist. Die Abzweigleitung 44 mündet in die Leitung 26 des Leitungskreises 4 zwischen Wärmetauscher 8 und Expansionsmaschine 10. In der Abzweigleitung 44 kann ein steuerbares Ventil 42 angeordnet sein durch welches Dampf gezielt abgegeben oder aufgenommen werden kann. 2 shows a second embodiment in which the steam storage 40 via a branch line 44 with the circuit circle 4 connected is. The branch line 44 flows into the line 26 of the management circle 4 between heat exchangers 8th and expansion machine 10 , In the branch line 44 can be a controllable valve 42 be arranged by which steam can be selectively delivered or absorbed.

Die Abzweigleitung 44 kann als weitere Ausführungsform alternativ auch direkt mit dem Wärmetauscher 8 oder mit der Expansionsmaschine 10 verbunden sein, so dass eine räumliche Nähe zum Dampferzeuger oder Dampfverbraucher gegeben ist. Die beiden Alternativen sind in 2 durch die gestrichelte Abzweigleitung 44 angedeutet. Dabei können auch hier in der Abzweigleitung 44 steuerbare Ventile 42 angeordnet sein.The branch line 44 Alternatively, as a further embodiment, it can also be used directly with the heat exchanger 8th or with the expansion machine 10 be connected, so that a spatial proximity to the steam generator or steam consumer is given. The two alternatives are in 2 through the dashed branch line 44 indicated. Here also in the branch line 44 controllable valves 42 be arranged.

In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Dampfspeicher 40 befindet sich in einer Bypassverbindung 14, welche parallel zur Expansionsmaschine 10 geschaltet ist. Der Dampfspeicher 40 ist über ein Mehrwegventil 46 mit der Bypassverbindung 14 verbunden. Das Mehrwegventil 46 weist mehrere Schaltungsmöglichkeiten auf über die Dampf auf- bzw. abgegeben werden kann oder am Dampfspeicher 40 vorbeigeleitet werden kann.In 3 a third embodiment is shown. The steam storage 40 is in a bypass connection 14 , which are parallel to the expansion machine 10 is switched. The steam storage 40 is via a multi-way valve 46 with the bypass connection 14 connected. The multiway valve 46 has several circuit options on the steam on or can be issued or the steam storage 40 can be bypassed.

Um Dampf aufzunehmen kann das Mehrwegventil 46 eine Verbindung zwischen einer Leitung 13 der Bypassverbindung 14, der dem Wärmetauscher 8 zugewandt ist, und dem Dampfspeicher 40 herstellen. In dieser Stellung des Mehrwegventils 46 strömt im Wärmetauscher 8 erzeugter Dampf über die Leitung 26 und die Leitung 13 in den Dampfspeicher 40.To take up steam, the multi-way valve 46 a connection between a line 13 the bypass connection 14 of the heat exchanger 8th facing, and the steam storage 40 produce. In this position of the returnable valve 46 flows in the heat exchanger 8th generated steam over the pipe 26 and the line 13 in the steam storage 40 ,

Falls eine Lastanforderung der Expansionsmaschine 10 anliegt kann das Mehrwegventil 46 erneut eine Verbindung zwischen der Leitung 13 der Bypassverbindung 14, der dem Wärmetauscher 8 zugewandt ist, und dem Dampfspeicher 40 herstellen. In diesem Fall strömt Dampf aus dem Dampfspeicher 40 über die Leitung 13 und die Leitung 26 zur Expansionsmaschine 10.If a load request of the expansion machine 10 is applied, the multi-way valve 46 again a connection between the line 13 the bypass connection 14 of the heat exchanger 8th facing, and the steam storage 40 produce. In this case, steam flows out of the steam accumulator 40 over the line 13 and the line 26 to the expansion machine 10 ,

Falls keine Lastanforderung der Expansionsmaschine 10 vorliegt kann das Mehrwegventil 46 eine Verbindung zwischen Dampfspeicher 40 und einer Leitung 15 der Bypassverbindung 14, die dem Kondensator 12 zugewandt ist, herstellen. Der Dampf strömt über die Leitung 15 und die Leitung 28 zum Kondensator 12. Der erwärmte Dampf kann über den Kondensator 12 Wärme an den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine 2 oder an ein anderen Kühlkreislauf im Fahrzeug abgegeben.If no load request of the expansion machine 10 the multi-way valve can be present 46 a connection between steam storage 40 and a line 15 the bypass connection 14 that the capacitor 12 facing, manufacture. The steam flows over the pipe 15 and the line 28 to the condenser 12 , The heated steam can pass through the condenser 12 Heat to the cooling circuit of the internal combustion engine 2 or delivered to another cooling circuit in the vehicle.

Soll der erwärmte Dampf an der Expansionsmaschine 10 vorbeigeleitet werden, aber nicht vom Dampfspeicher 40 aufgenommen werden, so kann das Mehrwegventil 46 eine direkte Verbindung zwischen der Leitung 13 und der Leitung 15 der Bypassverbindung 14 herstellen. Liegt keine Lastanforderung der Expansionsmaschine 10 vor, wird aber weiterhin erwärmter Dampf im Wärmetauscher 8 produziert, so kann dieser über die Bypassverbindung 14 an der Expansionsmaschine 10 vorbeigeleitet werden.Should the heated steam on the expansion machine 10 are passed, but not from the steam storage 40 can be included, so can the multi-way valve 46 a direct connection between the line 13 and the line 15 the bypass connection 14 produce. Is no load request of the expansion machine 10 before, but still heated steam in the heat exchanger 8th produced, this can over the bypass connection 14 at the expansion machine 10 be led past.

4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem der Dampfspeicher 40, wie bei 3, in der Bypassverbindung 14 angeordnet ist. Der Dampfspeicher 40 ist über ein regelbares Ventil 48 mit der Leitung 13 der Bypassverbindung verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite weist der Dampfspeicher 40 ein Überströmventil 50 auf, über das der Dampfspeicher 40 mit der Leitung 15 der Bypassverbindung 14 verbunden ist. 4 shows a fourth embodiment, in which the steam storage 40 , as in 3 , in the bypass connection 14 is arranged. The steam storage 40 is via a controllable valve 48 with the line 13 connected to the bypass connection. On the opposite side is the steam storage 40 an overflow valve 50 on, over that the steam storage 40 with the line 15 the bypass connection 14 connected is.

Über das regelbare Ventil 48 lassen sich die Aufnahme und die Abgabe von Dampf über die Leitung 13 steuern. Wird vom Wärmetauscher 8 mehr Dampf als von der Expansionsmaschine 10 benötigt produziert, so kann dieser über das regelbare Ventil 48 vom Dampfspeicher 40 aufgenommen werden. Benötigt die Expansionsmaschine 10 kurzfristig Dampf oder hat sie eine besonders hohe Lastanforderung kann Dampf aus dem Dampfspeicher 40 über das regelbare Ventil 48 und die Leitung 13 und die Leitung 26 zur Expansionsmaschine 10 gelangen.Via the controllable valve 48 let the intake and discharge of steam through the pipe 13 Taxes. Is from the heat exchanger 8th more steam than from the expansion machine 10 If required, this can be done via the controllable valve 48 from the steam storage 40 be recorded. Requires the expansion machine 10 Short term steam or if it has a particularly high load requirement can vapor out the steam storage 40 via the controllable valve 48 and the line 13 and the line 26 to the expansion machine 10 reach.

Wird über das regelbare Ventil 48 eine größere Menge an Dampf aufgenommen als der Dampfspeicher 40 aufnehmen kann, so kann dieser Dampf über das Überströmventil 50 bei Überschreitung eines vorgebenden Druckes abgesteuert werden.Is via the controllable valve 48 taken in a larger amount of steam than the steam storage 40 can absorb this vapor through the overflow valve 50 be shut down when exceeding a specified pressure.

Alle dargestellten Ausführungsformen der Erfindung können vom Wärmetauscher 8 gelieferten Dampf im Dampfspeicher 40 aufnehmen und bei einer Lastanforderung an die Expansionsmaschine 10 abgeben.All illustrated embodiments of the invention may be used by the heat exchanger 8th supplied steam in the steam storage 40 and at a load request to the expansion machine 10 submit.

Die Dampfaufnahme und Dampfentnahme aus dem Dampfspeicher 40 kann durch den Einsatz eines regelbaren Ventils 42, 46, 48 wie es bei den Ausführungsformen in den 2–4 gezeigt ist, aktiv gesteuert werden. Durch das Öffnen des regelbaren Ventils 42, 46, 48 kann Dampf vom Dampfspeicher 40 aufgenommen oder abgegeben werden. Ist das regelbare Ventil 42, 46, 48 geschlossen, so wird der Dampf am Dampfspeicher 40 vorbeigeleitet.The steam intake and steam extraction from the steam storage 40 can through the use of a controllable valve 42 . 46 . 48 as with the embodiments in the 2 - 4 shown is actively controlled. By opening the adjustable valve 42 . 46 . 48 can vapor from steam storage 40 be taken or submitted. Is the controllable valve 42 . 46 . 48 closed, so the steam at the steam storage 40 bypasses.

Durch die aktive Kontrolle der Dampfaufnahme und Dampfabgabe des Dampfspeichers 40 über das regelbare Ventil 42, 46, 48 können Druckschwingungen oder Druckpulsationen im Leitungskreis 4 reduziert werden. Indem Dampf aus dem Dampfspeicher 40 abgegeben und/oder vom Dampfspeicher 40 aufgenommen wird, können Druckschwingungen im Wärmetauscher 8 und in den anschließenden Leitungen 24, 26 reduziert werden.Through the active control of steam absorption and steam delivery of the steam storage 40 via the controllable valve 42 . 46 . 48 can pressure oscillations or pressure pulsations in the line circuit 4 be reduced. By taking steam from the steam storage 40 discharged and / or from the steam storage 40 is absorbed, pressure oscillations in the heat exchanger 8th and in the subsequent lines 24 . 26 be reduced.

Durch die aktive Kontrolle der Dampfaufnahme und Dampfabgabe des Dampfspeichers 40 über das regelbare Ventil 42, 46, 48 kann auch das Volumen des Arbeitsmediums im Leitungskreis 4 verändert werden und damit in die Regelung des Verdampfungsdruckes eingegriffen werden.Through the active control of steam absorption and steam delivery of the steam storage 40 via the controllable valve 42 . 46 . 48 can also the volume of the working medium in the circuit 4 be changed and thus intervene in the regulation of the evaporation pressure.

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Claims (12)

Vorrichtung zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine (2) mit einem Leitungskreis (4), in dem eine Speisepumpe (6), mindestens ein Wärmetauscher (8), eine Expansionsmaschine (10) und ein Kondensator (12) angeordnet sind, wobei im Leitungskreis (4) ein Arbeitsmedium zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dampfspeicher (40) zur Speicherung des dampfförmigen Arbeitsmediums im Leitungskreis (4) angeordnet ist.Device for using waste heat of an internal combustion engine ( 2 ) with a line circuit ( 4 ), in which a feed pump ( 6 ), at least one heat exchanger ( 8th ), an expansion machine ( 10 ) and a capacitor ( 12 ) are arranged, wherein in the line circuit ( 4 ) circulates a working medium, characterized in that a steam storage ( 40 ) for storing the vaporous working medium in the circuit ( 4 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Dampfspeicher (40) in einer Leitung (26) des Leitungskreises (4) zwischen Wärmetauscher (8) und Expansionsmaschine (10) befindet.Apparatus according to claim 1, characterized in that the steam storage ( 40 ) in a line ( 26 ) of the management circuit ( 4 ) between heat exchangers ( 8th ) and expansion machine ( 10 ) is located. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfspeicher (40) über eine Abzweigleitung (44) direkt mit dem Wärmetauscher (8) verbunden ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the steam storage ( 40 ) via a branch line ( 44 ) directly to the heat exchanger ( 8th ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfspeicher (40) über eine Abzweigleitung (44) direkt mit der Expansionsmaschine (10) verbunden ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the steam storage ( 40 ) via a branch line ( 44 ) directly with the expansion machine ( 10 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfspeicher (40) über eine Abzweigleitung (44) mit der Leitung (26) zwischen dem Wärmetauscher (8) und der Expansionsmaschine (10) verbunden ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the steam storage ( 40 ) via a branch line ( 44 ) with the line ( 26 ) between the heat exchanger ( 8th ) and the expansion machine ( 10 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein regelbares Ventil (42) in der Abzweigleitung (44) angeordnet ist.Apparatus according to claim 3, 4 or 5, characterized in that a controllable valve ( 42 ) in the branch line ( 44 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Dampfspeicher (40) in einer Bypassverbindung (14) befindet, welche parallel zur Expansionsmaschine (10) geschaltet ist.Apparatus according to claim 2, characterized in that the steam storage ( 40 ) in a bypass connection ( 14 ), which are parallel to the expansion machine ( 10 ) is switched. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfspeicher (40) über ein Mehrwegventil (46) mit der Bypassverbindung (14) verbunden ist, über welches Dampf aufgenommen wird oder Dampf an Leitungen (13, 26) zur Expansionsmaschine (10) oder über Leitungen (15, 28) an den Kondensator (12) abgegeben wird.Apparatus according to claim 7, characterized in that the steam storage ( 40 ) via a multi-way valve ( 46 ) with the bypass connection ( 14 ), via which steam is taken up or steam on lines ( 13 . 26 ) to the expansion machine ( 10 ) or via lines ( 15 . 28 ) to the capacitor ( 12 ) is delivered. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfspeicher (40) auf der dem Wärmetauscher (8) zugewandten Seite ein regelbares Ventil (48) und auf der gegenüberliegenden Seite ein Überströmventil (50) aufweist.Apparatus according to claim 7, characterized in that the steam storage ( 40 ) on the heat exchanger ( 8th ) facing side a controllable valve ( 48 ) and on the opposite side an overflow valve ( 50 ) having. Verfahren zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine (2) für eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Wärmetauscher (8) gelieferter Dampf im Dampfspeicher (40) aufgenommen wird und bei einer Lastanforderung an die Expansionsmaschine (10) aus dem Dampfspeicher (40) abgegeben wird.Method for using waste heat of an internal combustion engine ( 2 ) for a device according to one of the preceding claims, characterized in that of the heat exchanger ( 8th ) delivered steam in the steam storage ( 40 ) and at a load request to the expansion machine ( 10 ) from the steam storage ( 40 ) is delivered. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Druckpulsationen und Druckschwingungen reduziert werden, indem Dampf aus dem Dampfspeicher (40) abgegeben und/oder vom Dampfspeicher (40) aufgenommen wird.A method according to claim 10, characterized in that pressure pulsations and pressure oscillations are reduced by steam from the steam storage ( 40 ) and / or from the steam storage ( 40 ) is recorded. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die aktive Aufnahme und Abgabe von Dampf an den Dampfspeicher (40) über ein regelbares Ventil (42, 46, 48) in die Regelung des Verdampfungsdruckes eingegriffen wird.A method according to claim 10 or 11, characterized in that by the active absorption and release of steam to the steam reservoir ( 40 ) via a controllable valve ( 42 . 46 . 48 ) is intervened in the regulation of the evaporation pressure.
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