-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsvorrichtung, einen Axialkolbenexpander für eine derartige Abwärmenutzungsvorrichtung sowie eine Verwendung eines Axialkolbenkompressors.
-
Eine konventionelle Abwärmenutzungsvorrichtung ist bspw. aus der
EP 1 533 494 A2 bekannt. Sie umfasst einen Abwärmenutzungskreis, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert. Im Abwärmenutzungskreis ist eine Fördereinrichtung zum Antreiben des flüssigen Arbeitsmediums angeordnet. Stromab dieser Fördereinrichtung ist im Abwärmenutzungskreis ein Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums angeordnet. Ferner ist im Abwärmenutzungskreis stromab des Verdampfers eine Expansionsmaschine zum Entspannen des Arbeitsmediums vorgesehen. Stromab dieser Expansionsmaschine befindet sich ein Kondensator zum Kondensieren des Arbeitsmediums. Bei der bekannten Abwärmenutzungsvorrichtung treibt die Expansionsmaschine einen Generator zum Erzeugen elektrischer Energie an. Der Verdampfer ist mit Hilfe eines Brenners beheizt, der in einem Kraftfahrzeug zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
-
Eine derartige Abwärmenutzungsvorrichtung arbeitet üblicherweise nach dem Prinzip des Clausius-Rankine-Kreisprozesses.
-
Aus der
DE 10 2007 051 127 A1 ist eine Klimaanlage bekannt, die in einem Kühlmittelkreis einen Axialkolbenkompressor zum Antreiben des gasförmigen Kühlmittels enthält. Der Axialkolbenkompressor besitzt ein variables Hubvolumen, so dass die Förderleistung, insbesondere Fördervolumen und/oder Förderdruck, unabhängig von einer Drehzahl einer Antriebswelle des Axialkolbenkompressors eingestellt werden kann.
-
Axialkolbenkompressoren mit verstellbarem Hub sind bspw. aus der
DE 101 24 033 B4 , aus der
DE 101 24 034 A1 , aus der
DE 101 24 031 B4 , aus der
EP 0 964 997 B1 und aus der
DE 103 43 570 A1 bekannt. Üblicherweise umfasst ein derartiger Axialkolbenkompressor eine Antriebswelle, die um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist und in die zum Antreiben des Axialkolbenkompressors mechanische Antriebsleistung einleitbar ist. Ferner sind mehrere Zylinder vorgesehen, die parallel zur Rotationsachse orientiert sind und in Umfangsrichtung verteilt um die Rotationsachse angeordnet sind. In jedem dieser Zylinder ist je ein Kolben parallel zur Rotationsachse hubverstellbar angeordnet. Des Weiteren ist eine Kopplungsscheibe vorgesehen, die mit allen Kolben und mit der Antriebswelle antriebsverbunden ist und deren Neigung gegenüber der Rotationsachse den Hub der Kolben bestimmt. Ein Niederdruckeinlass ist fluidisch mit den Zylindern verbunden. Ein Hochdruckauslass ist ebenfalls mit den Zylindern fluidisch verbunden. Ferner kann eine Ventileinrichtung zum Steuern der fluidischen Verbindungen zwischen den Zylindern und dem Niederdruckeingang sowie dem Hochdruckausgang vorgesehen sein. Um die Förderleistung des Axialkolbenkompressors unabhängig von der Drehzahl der Antriebswelle einstellen zu können, kann eine Hubeinstelleinrichtung vorgesehen sein, mit deren Hilfe der Hub der Kolben einstellbar ist. Beispielsweise kann hierzu die Neigung der Kopplungsscheibe relativ zur Rotationsachse verstellt werden, wodurch eine Variation des Hubs der Kolben erfolgt.
-
Mit Hilfe einer Abwärmenutzungsvorrichtung kann bei einer Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, Wärme genutzt werden, um den energetischen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bzw. des Fahrzeugs zu verbessern. Hierzu wird mit Hilfe der Expansionsmaschine der Abwärmenutzungsvorrichtung Wärme in mechanische Antriebsleistung gewandelt, die dann in eine weitere, von Wärme abweichende Energieform gewandelt wird, z. Bsp. in elektrische Energie. Die so gewonnene elektrische Energie kann auf unterschiedliche Weise genutzt werden, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine bzw. des damit ausgestatteten Fahrzeugs verbessert.
-
Erwünscht ist bei Fahrzeuganwendungen häufig eine Unterstützung der Antriebsleistung der Brennkraftmaschine durch die Abwärmenutzungsvorrichtung. Sofern mit Hilfe der Abwärmenutzungsvorrichtung zunächst aus der Abwärme elektrische Energie gewonnen wird und diese anschließend über wenigstens einen Elektromotor in mechanische Antriebsleistung gewandelt wird, um die Brennkraftmaschine zu unterstützen, ergibt sich nur ein vergleichsweise kleiner Nutzen, da die mit Hilfe der Expansionsmaschine bereitgestellte mechanische Arbeit unter Verlusten in elektrische Energie und anschließend unter weiteren Verlusten wieder zurück in mechanische Arbeit gewandelt wird. Eine direkte Nutzung der von der Expansionsmaschine bereitgestellten mechanischen Leistung zur Unterstützung der Brennkraftmaschine ist bei Fahrzeuganwendungen problematisch, da bei Fahrzeugen die Brennkraftmaschine häufig Betriebszustände mit unterschiedlicher Last und/oder Drehzahl aufweist. Eine Unterstützung der Antriebsleistung der Brennkraftmaschine durch die Abwärmenutzungsvorrichtung bringt es daher mit sich, dass sich auch die Drehzahl der Expansionsmaschine entsprechend mitändert. Eine Drehzahländerung der Expansionsmaschine führt in der typischerweise als Clausius-Rankine-Kreisprozess ausgebildeten Abwärmenutzungsvorrichtung zu Veränderungen. Beispielsweise kann sich der Durchsatz de Expansionsmaschine ändern, die Wärmeaufnahme im Verdampfer, der Wert des Hochdrucks und/oder des Niederdrucks, die Druckdifferenz am Expander und vieles mehr. Dabei können sich innerhalb der Abwärmenutzungsvorrichtung auch Betriebszustände einstellen, die außerhalb geeignet abgestimmter Parameter liegen, für welche die Abwärmenutzungsvorrichtung ausgelegt ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Axialkolbenexpander und eine Abwärmenutzungsvorrichtung anzugeben, die eine verbesserte mechanische Unterstützung der Brennkraftmaschine durch die Abwärmenutzungsvorrichtung ermöglicht. Weiteres Ziel ist es, damit den Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine zu verbessern.
-
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die Erfindung betrifft einen Axialkolbenexpander für eine Abwärmenutzungsvorrichtung eines Kraftfahrzeuges mit einer Abtriebswelle, die um eine Rotationsachse drehbar. gelagert ist und an der mechanische Antriebsleistung abgreifbar ist, mit mehreren Zylindern, die parallel zur Rotationsachse orientiert sind und in Umfangsrichtung verteilt um die Rotationsachse angeordnet sind, mit mehreren Kolben, die jeweils in einem der Zylinder parallel zur Rotationsachse hubverstellbar angeordnet sind, mit einer Kopplungsscheibe, die mit allen Kolben und mit der Abtriebswelle antriebsverbunden ist, mit einem Hochdruckeinlass, der fluidisch mit den Zylindern verbunden ist, mit einem Niederdruckauslass, der fluidisch mit den Zylindern verbunden ist, mit einer Ventileinrichtung zum Steuern der fluidischen Verbindungen zwischen den Zylindern und dem Hochdruckeinlass sowie dem Niederdruckauslass.
-
Erfindungsgemäß weist der Axialkolbenexpander für eine Abwärmenutzungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs eine Hubeinstelleinrichtung auf, wobei der Hub der Kolben über eine Regelung des Druckes in einem Triebraum einstellbar ist.
-
Die Hubsteuerung für die Kolben kann bspw. dadurch realisiert werden, dass auf der Hochdruckseite des Abwärmenutzungskreises stromauf des Hochdruckeinlasses des Axialkolbenexpanders ein Teilstrom des Arbeitsmediums, der vorzugsweise weniger als 10% des Gesamtstroms beträgt, über eine erste Drossel in einen Triebraum des Axialkolbenexpanders geleitet wird und dann über eine zweite Drossel auf die Niederdruckseite des Abwärmenutzungskreises stromab des Niederdruckauslasses rückgeführt wird. Eine der beiden Drosseln ist als steuerbares Element realisiert, z. Bsp. als Taktventil, wodurch es möglich ist, den Druck im Triebraum einzustellen. Über eine derartige Triebraumdrucksteuerung kann der Hub der Kolben eingestellt werden. Die Hubregelung erfolgt somit über eine Triebraumdruckregelung. Die Triebraumdruckregelung erfolgt somit durch eine Regelung des Hochdrucks im Bypass bzw. des Niederdrucks im Bypass, wobei der Bypass der durch den Triebraum geführte Strömungspfad für den Teilstrom ist. Zweckmäßig besitzt der Bypass eine Konstantdrossel und eine einstellbare Drossel, wie z. Bsp. ein Taktventil. Auf diese Weise kann der Triebraumdruck auf einen Druckwert eingestellt werden, der zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck des Abwärmenutzungskreises liegt.
-
Hierdurch ist es möglich, die Expansionsmaschine unmittelbar mechanisch mit einem Triebstrang der Brennkraftmaschine zu koppeln. Variierende Betriebszustände der Brennkraftmaschine, die zu unterschiedlichen Drehzahlen im Triebstrang führen, stellen kein Problem für die Expansionsmaschine dar, da die Drehzahl der Abtriebswelle des Axialkolbenexpanders über den Durchtrieb zur Brennkraftmaschine zwangsgeführt ist. Bei einer Veränderung der Drehzahl der Abtriebswelle verändern sich die Hubzeiten der Kolben. Eine Veränderung der Drehzahl der Abtriebswelle verändert auch den Massenstrom am Expander und damit die Wärmeaufnahme im Verdampfer. Dabei kann die Abwärmenutzungsvorrichtung an Wirkungsgrad verlieren. Durch die erfindungsgemäße Veränderung des Kolbenhubs kann der Abwärmenutzungskreis hinreichend schnell angepasst werden. Dabei kann der Massenstrom nachgeregelt werden, z. B. mit dem Ziel die die Druckverhältnisse gleich zu halten oder die Abwärmenutzungsvorrichtung kann in einen günstigen Betriebspunkt geregelt werden.
-
Hierdurch die lassen sich die Verluste vermeiden, die durch die Mehrfachumwandlung der Energieform von thermischer Energie über kinetische in elektrische Energie und ggf. wieder in kinetische Energie bzw. durch einen Betrieb des Abwärmenutzungskreises außerhalb optimierter Randbedingungen auftreten können.
-
Der Begriff „Kolbenhub” bezeichnet dabei die Hubstrecke des Kolbens zwischen seinen Wendepunkten, also zwischen einem dem minimalen Zylindervolumen zugeordneten oberen Totpunkt und einem dem maximalen Zylindervolumen zugeordneten unteren Totpunkt Damit lässt sich eine Hubregelung darstellen, deren Grenzen von den aktuellen Druckverhältnissen in der Abwärmenutzungsvorrichtung bestimmt sind.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist der Axialkolbenexpander dadurch gekennzeichnet, dass der Triebraum mit einem Hochdruck-Bypass des Hochdruckauslasses zur Einstellung des Triebraumdrucks verbindbar ist.
-
Damit kann der Triebraumdruck maximal einen Wert annehmen, der dem in den Kolbenraum eingebrachten Hochdruck entspricht.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist der Triebraum des Axialkolbenexpanders mit einem Niederdruck-Bypass des Niederdruckauslasses zur Einstellung des Triebraumdrucks verbindbar.
-
Damit kann der Triebraumdruck minimal einen Wert annehmen, der dem Niederdruck entspricht, mit dem das expandierte Arbeitsmedium dem Kolbenraum entströmt. Darüber hinaus wird das abgezweigte Arbeitsmedium über den Niederdruck-Bypass wieder in den Kreislauf der Abwärmenutzungsvorrichtung eingespeist und geht diesem nicht als Arbeitsmedium verloren.
-
Gemäß einer Ausführungsform weist mindestens ein Bypass eine Druckeinstelleinrichtung auf.
-
Mittels dieser Druckeinstelleinrichtung kann der Triebraumdruck bzw. der dem Triebraum zugeführte Druck eingestellt werden. Der Triebraumdruck wirkt vom Triebraum aus auch auf die Kolben. Entgegengerichtet dazu wirkt auf die Kolben auch der im Kolbenraum anstehende Druck. Es ergibt sich ein Differenzdruck, mit dem der Kolben entlang seiner Kolbenstange an der Neigungseinstellungseinrichtung des Axialkolbenexpanders zieht oder drückt.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Druckeinstelleinrichtung als ein Taktventil, als eine Konstantdrossel oder sonstige Drossel ausgebildet.
-
Diese Regeleinrichtungen sind besonders geeignet, eine Druckzufuhr oder Druckreduzierung so fein zu regeln, dass sich der gewünschte Druck im Triebraum schnell und genügend genau einstellt.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Druckeinstelleinrichtung in dem einen Bypass als Taktventil und in dem anderen Bypass als Drossel ausgebildet. Dabei kann z. B. über eine im Niederdruck-Bypass angeordnete Drossel die angestrebte obere Druckschwelle festgelegt werden, oberhalb der Der Druck in den Niederdruck-Bypass abgelassen werden soll. Das im Hochdruckbypassangeordnete Taktventil führt dann so lange pulsweise Hochdruckarbeitsmedium zu bis die Drossel im Niederdruck-Bypass abbläst. Dann ist der Triebraumdruck auf den mit der Drossel vorgegebenen Wert eingestellt.
-
Besonders vorteilhaft kann eine derartige Hubeinstelleinrichtung eine Neigungseinstelleinrichtung sein oder umfassen, mit deren Hilfe die Neigung der Kopplungsscheibe relativ zur Rotationsachse einstellbar ist. Da die Neigung der Kopplungsscheibe relativ zur Rotationsachse über die mechanische Kopplung zwischen der Kopplungsscheibe und den Kolben den Kolbenhub bestimmt, kann durch Verändern der Neigung zwischen Kopplungsscheibe und Rotationsachse der Kolbenhub einfach variiert werden.
-
Bei einer anderen Ausführungsform kann eine Ventileinrichtung, die zum Steuern der fluidischen Verbindungen zwischen den Zylindern und dem Hochdruckeinlass sowie dem Niederdruckauslass vorgesehen ist, je Zylinder ein Einlassventil zum Steuern der fluidischen Verbindung zwischen dem jeweiligen Zylinder und dem Hochdruckeinlass aufweisen, das vom zugehörigen Kolben im Bereich des oberen Totpunkts (minimales Zylindervolumen) zum Öffnen betätigt wird. Mit anderen Worten, der jeweilige Kolben betätigt das zugehörige Einlassventil selbst, und zwar stets im Bereich seines oberen Totpunkts, also bei minimalem Zylindervolumen. Hierdurch wird erreicht, dass das Einlassventil stets bei der gleichen, optimierten Kolbenstellung geöffnet wird, was zu einer erhöhten Funktionssicherheit führt.
-
Besonders vorteilhaft kann dabei vorgesehen sein, dass der jeweilige Kolben ein Betätigungselement aufweist, das im Bereich des oberen Totpunkts das jeweilige Einlassventil zum Öffnen betätigt. Insbesondere kann es sich beim jeweiligen Betätigungselement um einen axial vom Kolben abstehenden Vorsprung handeln, z. Bsp. in Form eines Fingers oder einer Nase, wobei der Vorsprung zum Öffnen des jeweiligen Einlassventils ein Ventilelement des Einlassventils in eine Offenstellung bewegt. Durch diese Merkmale wird eine mechanische Betätigung des jeweiligen Einlassventils erzielt, die sich durch eine besonders hohe Zuverlässigkeit auszeichnet.
-
Insbesondere kann das jeweilige Einlassventil als Flatterventil ausgestaltet sein, das sich dadurch charakterisiert, dass es als verstellbares Ventilelement eine um eine Schwenkachse verschwenkbare Klappe aufweist. Insbesondere erstreckt sich diese Schwenkachse dabei quer zur Hubrichtung des Kolbens, was eine Betätigung der Klappe zum Öffnen durch mechanische Kontaktierung, insbesondere mit Hilfe des Betätigungselements, vereinfacht.
-
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Ventileinrichtung zum Steuern der fluidischen Verbindung zwischen den Zylindern und dem Niederdruckauslass eine um die Rotationsachse rotierende Steuerscheibe aufweisen, die zumindest einen die Steuerscheibe axial durchsetzenden Steuerschlitz aufweist. Die fluidische Verbindung zwischen dem Niederdruckauslass und dem jeweiligen Zylinder ist dann geöffnet, wenn der Steuerschlitz axial zum jeweiligen Zylinder fluchtet. Im übrigen Drehbereich der Steuerscheibe ist die fluidische Verbindung zwischen dem Niederdruckauslass und dem jeweiligen Zylinder dagegen geschlossen. Mit Hilfe einer derartigen Steuerscheibe kann ebenfalls eine zuverlässige Steuerung für die Auslassseite der Zylinder realisiert werden. Insbesondere kann durch die Geometrie, wie z. Bsp. Breite in Radialrichtung und/oder Länge in Umfangsrichtung, des Steuerschlitzes eine Steuercharakteristik für die Auslassseite der Zylinder realisiert werden, die bspw. die Zeitpunkte für das Auslassöffnen und das Auslassschließen sowie die Länge des Auslasszeitfensters bestimmt.
-
Besonders vorteilhaft kann sich der Steuerschlitz kreisbogenförmig bezüglich der Rotationsachse erstrecken. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerscheibe drehfest an der Antriebswelle angebracht sein, wodurch eine einfache und funktionssichere Bauweise realisiert wird. Zusätzlich oder alternativ kann der jeweilige Zylinder eine Auslassöffnung aufweisen, die mit der Steuerscheibe direkt gesteuert ist. Dies begünstigt einen preiswerten und kompakten Aufbau.
-
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Abwärmenutzungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abwärmenutzungskreis, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert, mit einer im Abwärmenutzungskreis angeordneten Fördereinrichtung zum Antreiben des flüssigen Arbeitsmediums, mit einem im Abwärmenutzungskreis stromab der Fördereinrichtung angeordneten Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums unter Nutzung von Abwärme der Brennkraftmaschine, mit einer im Abwärmenutzungskreis stromab des Verdampfers angeordneten Expansionsmaschine zum Entspannen des Arbeitsmediums, mit einem im Abwärmenutzungskreis stromab der Expansionsmaschine angeordneten Kondensator zum Kondensieren des Arbeitsmediums, wobei die Expansionsmaschine zur Übertragung mechanischer Antriebsleistung mit einem Triebstrang der Brennkraftmaschine gekoppelt oder koppelbar ist.
-
Erfindungsgemäß ist die Expansionsmaschine ein mittels eines Triebraumdrucks hubregelbarer Axialkolbenexpander nach einer der beschriebenen Ausführungsformen, dessen Abtriebswelle zur Übertragung mechanischer Antriebsleistung mit dem Triebstrang der Brennkraftmaschine gekoppelt oder koppelbar ist.
-
Bei einer Abwärmenutzungsvorrichtung, die mit einem Axialkolbenexpander der hier vorgestellten Art ausgestattet ist, bzw. bei einer Brennkraftmaschine, die mit einer derartigen Abwärmenutzungsvorrichtung ausgestattet ist, kann zweckmäßig eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, welche im Normalbetrieb den Betriebszustand der Brennkraftmaschine überwacht und davon abhängig die Hubeinstelleinrichtung des Axialkolbenexpanders so regelt, dass die Abwärmenutzungsvorrichtung die Brennkraftmaschine in ihrer Antriebsleistung unterstützt. Hierdurch ist es möglich, dass die Abwärmenutzungsvorrichtung in allen Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine über ihren Axialkolbenexpander Antriebsleistung in den Triebstrang der Brennkraftmaschine einbringen kann.
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die den Axialkolbenexpander bei einem Kaltstart der Abwärmenutzungsvorrichtung als Axialkolbenkompressor betreibt. Dabei wird der Axialkolbenexpander als Axialkolbenkompressor verwendet, mit der Abtriebswelle als einer Antriebswelle, einem Niederdruckeinlass und einem Hochdruckauslass, die Hubverstelleinrichtung arbeitet als eine Förderleistungseinstelleinrichtung, mit der beim Axialkolbenkompressor die Förderleistung (Volumen und/oder Druck) unabhängig von der Drehzahl der Antriebswelle gesteuert werden kann. Bei einem Kaltstart der Abwärmenutzungsvorrichtung befinden sich alle Komponenten der Abwärmenutzungsvorrichtung im Wesentlichen auf Umgebungstemperatur, die deutlich unterhalb der üblichen Betriebstemperatur der Komponenten der Abwärmenutzungsvorrichtung liegt. In der Folge besitzt das Arbeitsmedium innerhalb des Abwärmenutzungskreises einen überhöhten Gasanteil. Die zum Fördern des flüssigen Arbeitsmediums gegen einen vergleichsweise hohen Hochdruck ausgelegte Fördereinrichtung der Abwärmenutzungsvorrichtung kann bei derartigen niedrigen Drücken bzw. Temperaturen Kavitätsprobleme zeigen, die zu Beschädigungen führen können. Durch die Verwendung des Axialkolbenexpanders als Axialkolbenkompressor kann das Arbeitsmedium auch bei einem hohen Gasanteil einfach gefördert werden, wodurch es möglich ist, im Verdampfer vorgewärmtes Arbeitsmedium einfach im Abwärmenutzungskreis zirkulieren zu lassen, um sämtliche Komponenten der Abwärmenutzungsvorrichtung rascher aufwärmen zu können. Die Fördereinrichtung wird dabei entlastet. Gleichzeitig wird die Zeit zur Inbetriebnahme der Abwärmenutzungsvorrichtung verkürzt.
-
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Abtriebswelle mit einem Teil des Triebstrangs gekoppelt sein, der wenigstens ein Hilfsaggregat antreibt, wie z. Bsp. eine Lichtmaschine, einen Generator oder eine Pumpe. Dieser Teil des Triebstrangs ist vom übrigen Triebstrang mittels einer steuerbaren Kopplungseinrichtung entkoppelbar. Eine Steuereinrichtung kann nun so ausgestaltet sein, dass sie in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine und/oder in einem Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine die Kopplungseinrichtung zum Entkoppeln des mit der Abtriebswelle gekoppelten Teils des Triebstrangs vom übrigen Triebstrang betätigt. Bei geöffneter Kopplungseinrichtung kann die Abwärmenutzungsvorrichtung über den Axialkolbenexpander beim Schubbetrieb der Brennkraftmaschine dazu genutzt werden, das wenigstens eine Hilfsaggregat anzutreiben. Somit kann die ohnehin über den Axialkolbenexpander zur Verfügung gestellte mechanische Antriebsleistung sinnvoll genutzt werden. Sofern ein mit der Brennkraftmaschine ausgestattetes Kraftfahrzeug mit einer Rekuperationseinrichtung ausgestattet ist, kann während des Schubbetriebs mehr Energie in eine speicherbare Energieform, vorzugsweise Elektrizität, gewandelt werden, da die Brennkraftmaschine während des Schubbetriebs keine Antriebsleistung zum Antreiben des jeweiligen Hilfsaggregats aufbringen muss.
-
Die Ventilsteuerzeiten können einlassseitig und/oder auslassseitig zweckmäßig so gewählt sein, dass der Axialkolbenexpander keinen Flüssigkeitsschlag erleidet. Gerade bei einem Kaltstart der Abwärmenutzungsvorrichtung kann auch auf der Hochdruckseite flüssiges Arbeitsmedium auftreten. Da dieses vergleichsweise inkompressibel ist, müssen Maßnahmen zur Vermeidung einer Beschädigung realisiert werden, falls es in der Expansionsmaschine zu einer Kompression des Arbeitsmediums kommen kann. Beim hier vorgestellten Axialkolbenexpander kann insbesondere über das Flatterventil ein übermäßiger Druckanstieg im jeweiligen Zylinder vermieden werden.
-
Zweckmäßig kann der Axialkolbenexpander ölgeschmiert sein, wobei das hierzu erforderliche Schmieröl in einem Kreislauf umgepumpt werden kann. Insbesondere kann auch ein schmierfähiges Arbeitsmedium wie z. Bsp. Silikonöl verwendet werden.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Abtriebswelle des Axialkolbenexpanders an zwei voneinander abgewandten Stirnseiten aus dem Axialkolbenexpander herausgeführt sein, so dass die Abtriebswelle zwei Wellenausgänge ausweist, wobei der eine Wellenausgang, insbesondere über eine Kopplungseinrichtung, mit dem Triebstrang der Brennkraftmaschine antriebsmäßig gekoppelt ist, während der andere Wellenausgang mit einem Generator antriebsmäßig verbunden sein kann.
-
Der Axialkolbenexpander kann unter anderem als Taumelscheibenexpander oder Schwenkringexpander oder Schwenkscheibenexpander oder Wobbelplattenexpander ausgestaltet sein.
-
Damit der Axialkolbenexpander während des Kaltstartbetriebs als Axialkolbenverdichter verwendet werden kann, kann es erforderlich sein, die Öffnungszeiten und/oder Schließzeiten der Einlassventile und/oder der Auslassventile der einzelnen Zylinder zu verändern, um die gewünschte Pumpfunktion für den Kaltstartbetrieb realisieren zu können.
-
Der Axialkolbenexpander kann auf ein Druckverhältnis von 1:50 bis 1:3 ausgelegt sein. Die Zylinderzahl des Axialkolbenexpanders beträgt bevorzugt drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, elf Zylinder. Die Kopplung der Abtriebswelle des Axialkolbenexpanders mit dem Triebstrang der Brennkraftmaschine erfolgt zweckmäßig über einen Zahnriemen oder über einen Kettenantrieb oder über einen Zahnradantrieb.
-
Zur Schwingungsdämpfung bzw. Schwingungsentkopplung können Drehschwingungsdämpfer oder Gummielemente vorgesehen sein. Zur Isolation des Heißgaskanals im Expandereinlass bis zum Verdichter können Keramikscheiben, insbesondere Siliziumscheiben, oder Kunststoffscheiben vorgesehen sein. Des Weiteren kann um den gesamten Axialkolbenexpander bzw. um eine Einheit aus Axialkolbenexpander und damit antriebsverbundenem Generator eine Ummantelung vorgesehen sein, um diese Komponente bzw. Einheit, thermisch zu isolieren.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
-
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.
-
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.
-
Es zeigen, jeweils schematisch,
-
1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit Abwärmenutzungsvorrichtung,
-
2 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Axialkolbenexpanders mit einer erfindungsgemäßen triebraumdruckgeführten Hubregelung,
-
3 eine stark vereinfachte, prinzipielle Detailansicht des Axialkolbenexpanders im Bereich eines Zylinders,
-
4 eine stark vereinfachte, prinzipielle Draufsicht auf eine Steuerscheibe des Axialkolbenexpanders.
-
Entsprechend 1 kann eine Brennkraftmaschine 1, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, mit einer Abwärmenutzungsvorrichtung 2 ausgestattet sein, mit deren Hilfe Abwärme genutzt werden kann, die in 1 durch einen Pfeil 3 angedeutet ist. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst einen Motorblock 4, eine Frischluftanlage 5 und eine Abgasanlage 6. Die Brennkraftmaschine 1 treibt einen Triebstrang 7 an, der übliche Komponenten wie eine Kurbelwelle, ein Getriebe, ein Schwungrad und dgl. umfassen kann.
-
Die Abwärmenutzungsvorrichtung 2 umfasst einen Abwärmenutzungskreis 8, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert. In diesem Abwärmenutzungskreis 8 sind in der Fließrichtung des Arbeitsmediums hintereinander eine Fördereinrichtung 9, ein Verdampfer 10, eine Expansionsmaschine 11 und ein Kondensator 12 angeordnet. Die Fördereinrichtung 9, die bevorzugt als volumetrische Pumpe ausgestaltet sein kann, treibt das flüssige Arbeitsmedium an. Zum Antrieb der Fördereinrichtung 9 kann diese mit einem Antriebsmotor 13 ausgestattet sein.
-
Der Verdampfer 10 dient zum Verdampfen des Arbeitsmediums, wobei der Verdampfer 10 die Abwärme 3 der Brennkraftmaschine 1 nutzt. Im Beispiel ist der Verdampfer 10 wärmeübertragend mit der Abgasanlage 6 gekoppelt. Insbesondere kann der Verdampfer 10 als Wärmeübertrager ausgestaltet sein, der mehr oder weniger in die Abgasanlage 6 integriert sein kann. Weitere Beispiele für geeignete Wärmequellen ist die Nutzung von Abwärme aus einem Kühlwasserkreis, aus Motor- oder Getriebeöl, die abzuführende Wärme eines Kältemittels einer Klimaanlage oder sonstiger im Kraftfahrzeug anfallender Restwärme.
-
Die Expansionsmaschine 11 dient zum Entspannen des Arbeitsmediums, wobei die Expansionsmaschine 11 eine Abtriebswelle 14 antreibt. Diese Abtriebswelle 14 ist in 1 mit dem Triebstrang 7 gekoppelt und zwar derart, dass mechanische Antriebsleistung von der Abtriebswelle 14 auf den Triebstrang 7 übertragen werden kann.
-
Der Kondensator 12 dient zum Kondensieren des Arbeitsmediums. Hierzu kann der Kondensator 13 an einen Kühlkreis 15 angeschlossen sein, bei dem es sich insbesondere um einen Kühlkreis der Brennkraftmaschine 1 handeln kann.
-
Die Expansionsmaschine 11 ist bei der hier vorgestellten Abwärmenutzungsvorrichtung 2 als Axialkolbenexpander ausgestaltet, der im Folgenden ebenfalls mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet wird. Dieser Axialkolbenexpander 11 ist mit einer Neigungseinstelleinrichtung 16 ausgestattet, mit der es möglich ist, den Hub des Axialkolbenexpanders 11 einzustellen.
-
Die Neigungseinstelleinrichtung 16 bildet zusammen mit einer Triebraumdruckregeleinrichtung eine Hubeinstelleinrichtung des Axialkolbenexpanders 11.
-
Die Triebraumdruckregeleinrichtung weist mindestens einen Hochdruck-Bypass 41 mit einer Druckregeleinrichtung 42, mindestens einen Niederdruck-Bypass 44 mit einer Druckregeleinrichtung 45, einen Triebraum 43 des Axialkolbenexpander 11 und eine Steuereinrichtung 19 auf. Dazu zweigt von der Verbindung zwischen Verdampfer 10 und Axialkolbenexpander 11 vor jedem Einlassventil 31 eines Zylinders 26 ein Bypass 41 ab, der den Triebraum 43 des Axialkolbenexpander 11 über eine Druckregeleinrichtung 42 mit dem Hochdruck des Abwärmenutzungskreis 8 am Expandereinlass 17 verbindet. Des weiteren ist jeder Auslass 18 eines Zylinders 26 mit einem Bypass 44 verbunden der den Triebraum 43 über eine Druckregeleinrichtung 45 mit dem Niederdruck des Expanderauslasses 18 verbindet. Über die Steuereinrichtung 19 kann mittels der Druckregeleinrichtung 42 und/oder 45 der Triebraumdruck geregelt werden, wobei dieser mindestens den am Auslass 18 anliegenden Niederdruck und höchstens den am Einlass 17 anstehenden Hochdruck annehmen kann.
-
Der Druck im Triebraum 43 wirkt im ganzen Triebraum 43 und damit auch von der Triebraumseite aus auf die Kolben 27. Dabei wirkt auf alle Kolben zu gleicher Zeit auch der gleiche Triebraumdruck. Dem auf den Kolben 27 wirkenden Druck im Triebraum 43 wirkt von Seiten des Arbeitsraums 40 her ein Arbeitsdruck entgegen. Dieser Arbeitsdruck ist je nach Arbeitsphase an jedem Kolben 27 ein anderer. Dies führt für jeden Kolben 27 zu einem anderen Differenzdruck und diese Unterschiede verändern die Neigung und die Lage der Kopplungsscheibe 28, also der Neigungseinstelleinrichtung 16, und damit den Kolbenhub der einzelnen Kolben 27. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kopplungsscheibe 28 auf der Achse 14 über einen Mechanismus in definierten Grenzen verschiebbar angeordnet ist. Darüber hinaus beeinflussen Fliehkräfte die Position der Kopplungsscheibe 28.
-
Typischerweise ist die Drehzahl des Axialkolbenexpanders 11 durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 vorgegeben. Bevorzugt wird der Axialkolbenexpander 11 über die Verbindung seiner Antriebswelle 14 mit der Brennkraftmaschine 1 zwangsgeführt. Dabei führen Drehzahländerungen der Brennkraftmaschine zu Drehzahländerungen des Axialkolbenexpanders 11, wodurch sich das Expansionsverhältnis und/oder der Durchfluss des Axialkolbenexpanders 11 ändern kann. Die sich aus ergebenden Änderung im Abwärmenutzungskreis 8 können dabei die Effektivität des Abwärmenutzungskreis 8 beeinflussen. Dem regelt die Hubverstellung entgegen.
-
Die Abwärmenutzungsvorrichtung 2 ist mit einer Steuereinrichtung 19 ausgestattet, welche die Hubeinstelleinrichtung nach Maßgabe des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 1 steuert. Typischerweise wird der Betriebszustand anhand festlegbarer Betriebsparameter erfasst, wobei es sich bei den erfassten Betriebsparametern bevorzugt um die Drehzahl und die Last der Brennkraftmaschine 1 handelt.
-
Dazu erfasst die Steuereinrichtung 19 den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1, ordnet diesen aus einem Expanderkennfeld den geeigneten Sollhub zu und regelt diesen über die Hubeinstelleinrichtung ein. Die Steuereinrichtung 19 kann damit die Neigungseinstelleinrichtung 16 der Hubeinstelleinrichtung des Axialkolbenexpanders 11 abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 betätigen. Somit kann der Axialkolbenexpander 11 so angesteuert werden, dass er im Normalbetrieb bei jeder Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 Antriebsleistung in den Triebstrang 7 der Brennkraftmaschine 1 übertragen kann.
-
Typischerweise ist die Steuereinrichtung 19 dazu mit der Brennkraftmaschine 1, insbesondere mit einem nicht gezeigten Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine 1, und mit dem Axialkolbenexpander 11 bzw. mit der Hubeinstelleinrichtung bzw. der Neigungseinstelleinrichtung 16 gekoppelt.
-
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 19 anhand des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 1 die zu erwartende Wärmelast am Verdampfer 3 und/oder die Drehzahl am Expander ermittelt.
-
Der Teil 20 des Triebstrangs 7, mit dem die Abtriebswelle 14 gekoppelt ist, treibt im Beispiel zumindest ein Hilfsaggregat 21, z. Bsp. eine Pumpe 22 oder einen Generator 23 bzw. eine Lichtmaschine 23, an und ist über eine steuerbare Kopplungseinrichtung 24 mit dem übrigen Triebstrang 7 gekoppelt. Die Steuereinrichtung 19 kann die Kopplungseinrichtung 24 zum Entkoppeln des Triebstrangteils 20 vom übrigen Triebstrang 7 betätigen. Hierzu überwacht die Steuereinrichtung 19 den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1. Stellt die Steuereinrichtung 19 einen Schubbetrieb oder einen Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 1 fest, betätigt sie die Kopplungseinrichtung 24 zum Entkoppeln des mit der Abtriebswelle 14 gekoppelten Teils 20 des Triebstrangs 7 vom übrigen Triebstrang 7. In der Folge treibt der Axialkolbenexpander 11 nur noch das jeweilige Hilfsaggregat 21 an, während die Brennkraftmaschine 1 ohne Antriebsleistung betrieben werden kann. Insbesondere kann dadurch die Energie, die in einem Rekuperator rückgewonnen werden kann, vergrößert werden.
-
Ebenso kann eine direkte Ankopplung zwischen der Abtriebswelle 14 und dem mit der Brennkraftmaschine 1 direkt verbundenen Teil des Triebstrangs 7 über eine steuerbare Kopplungseinrichtung 24 vorgesehen sein.
-
Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung 19 auch so ausgestaltet sein, dass sie bei einem Kaltstart der Abwärmenutzungsvorrichtung 2 den Axialkolbenexpander 11 als Axialkolbenkompressor betreibt, um das Arbeitsmedium vom Verdampfer 10 in Richtung Kondensator 12 zu fördern. Hierdurch können die Komponenten des Abwärmenutzungskreises 8 rascher auf Betriebstemperatur gebracht werden. Ferner kann die Gefahr einer Beschädigung der Fördereinrichtung 9, insbesondere durch Kavitätsbildung, reduziert werden. Für den Betrieb des Axialkolbenexpanders 11 als Axialkolbenkompressor kann der Generator 23 als Elektromotor betrieben werden, wobei gleichzeitig die Kopplungseinrichtung 24 zum Öffnen angesteuert werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Steuereinrichtung 19 Betriebszustände der Abwärmenutzungsvorrichtung 2 hinterlegt, die einem Kaltstartbetrieb, einem Normalbetrieb und einem Schubbetrieb entsprechen. Die Steuereinrichtung 19 erkennt welcher Betriebszustand vorliegt und steuert den Axialkolbenexpander 11 bzw. die Hubeinstelleinrichtung nach Maßgabe dieser Betriebszustände.
-
Entsprechend 2 umfasst der Axialkolbenexpander 11 die Abtriebswelle 14, die um eine Rotationsachse 25 drehbar gelagert ist und an der mechanische Antriebsleistung abgegriffen werden kann. Ferner umfasst der Axialkolbenexpander 11 mehrere Zylinder 26, die parallel zur Rotationsachse 25 orientiert sind, also axial ausgerichtet sind. Ferner sind die Zylinder 26 bezogen auf die Rotationsachse 25 in der Umfangsrichtung verteilt um die Rotationsachse 25 angeordnet. Im Beispiel sind nur zwei Zylinder 26 dargestellt. Es ist klar, dass der Axialkolbenexpander 11 auch mehr als zwei Zylinder 26 aufweisen kann. Ferner ist je Zylinder 26 ein Kolben 27 vorgesehen, der im jeweiligen Zylinder 26 parallel zur Rotationsachse 25 hubverstellbar angeordnet ist. Eine Kopplungsscheibe 28 ist mit den Kolben 27 und mit der Abtriebswelle 14 antriebsverbunden. Eine Neigung 29 der Kopplungsscheibe 28 gegenüber der Rotationsachse 25 bestimmt den Hub der Kolben 27. In 2 befindet sich der obere Kolben 27 in seinem unteren Totpunkt, bei dem der zugehörige Zylinder 26 sein maximales Zylindervolumen 40 besitzt, während der untere Kolben 27 in seinem oberen Totpunkt liegt, in dem der zugehörige Zylinder 26 sein minimales Zylindervolumen aufweist. Der Kolbenhub ist definiert durch den Weg des Kolbens 27 zwischen oberem Totpunkt und unterem Totpunkt.
-
Innerhalb des Axialkolbenexpanders 11 sind die einzelnen Zylinder 26 einerseits mit dem Hochdruckeinlass 17 und andererseits mit dem Niederdruckauslass 18 jeweils fluidisch verbunden. Zum Steuern dieser fluidischen Verbindungen zwischen den Zylindern 26 und dem Hochdruckeinlass 17 und dem Niederdruckauslass 18 ist eine Ventileinrichtung 30 vorgesehen.
-
Des Weiteren ist der Axialkolbenexpander 11 mit der zuvor genannten Hubeinstelleinrichtung ausgestattet. Mit besagter Hubeinstelleinrichtung kann der Hub der Kolben 27 eingestellt werden. Dazu weist die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Hubeinstelleinrichtung einen von der Verbindung zwischen Verdampfer 10 und Expander 11 abzweigenden Hochdruck-Bypass 41 auf, in dem, gemäß der dargestellten Ausführungsform, eine Druckregeleinrichtung 42 angeordnet ist. In einer Ausführungsform ist diese Druckregeleinrichtung 42 als Konstantdrossel ausgeführt.
-
Des Weiteren weist die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Hubeinstelleinrichtung einen von der Verbindung zwischen Kondensator 12 und Expander 11 abzweigenden Niederdruck-Bypass 44 auf, in dem gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform eine Druckregeleinrichtung 45 angeordnet ist. In einer Ausführungsform ist diese Druckregeleinrichtung 42 als Taktventil ausgeführt.
-
Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei der besagte Hubeinstelleinrichtung eine Neigungseinstelleinrichtung aufweist, die im Folgenden mit 16 bezeichnet wird. Mit Hilfe dieser Neigungseinstelleinrichtung 16 kann die Neigung 29 der Kopplungsscheibe 28 relativ zur Rotationsachse 25 eingestellt werden. Da besagte Neigung 29 mit dem Hub der Kolben 27 korreliert, führt die Neigungsverstellung der Kopplungsscheibe 28 zu einer Hubverstellung der Kolben 27.
-
Die Ventileinrichtung 30 weist je Zylinder 26 ein Einlassventil 31 und je ein Auslassventil 32 auf. Das jeweilige Einlassventil 31 steuert die fluidische Verbindung zwischen dem jeweiligen Zylinder 26 und dem Hochdruckeinlass 17. Im Unterschied dazu steuert das jeweilige Auslassventil 32 die fluidische Verbindung zwischen dem jeweiligen Zylinder 26 und dem Niederdruckauslass 18.
-
Entsprechend 3 kann das jeweilige Einlassventil 31 so ausgestaltet sein, dass es vom zugehörigen Kolben 27 im Bereich des oberen Totpunkts zum Öffnen betätigt werden kann. Beispielsweise kann der jeweilige Kolben 27 hierzu mit einem Betätigungselement 33 ausgestattet sein, das im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 27 das zugehörige Einlassventil 31 zum Öffnen betätigt. Beispielsweise handelt es sich beim Betätigungselement 33 um einen Vorsprung, der axial, also parallel zur Rotationsachse 25 vom Kolben 27 absteht. In diesem Fall umfasst das jeweilige Einlassventil 31 ein Ventilelement 34, das zwischen einer in 3 gezeigten Schließstellung und einer Offenstellung verstellbar ist. Der Vorsprung 33 kontaktiert im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 27 das Ventilelement 34 und bewegt dieses in dessen Offenstellung. Beispielsweise ist das Einlassventil 31 als Flatterventil ausgestaltet, so dass das Ventilelement 34 eine Klappe ist, die im Folgenden ebenfalls mit 34 bezeichnet wird und die um eine Schwenkachse 35 verschwenkbar ist. Die Schwenkachse 35 erstreckt sich dabei in einer Ebene, die senkrecht zur Rotationsachse 25 verläuft. Die Klappe 34 ist an einer vom Kolben 27 abgewandten Seite einer Einlassöffnung 36 des Zylinders 26 angeordnet. Auf diese Weise wird die Klappe 34 vom einlassseitigen Hochdruck in ihre Schießstellung vorgespannt.
-
Zur Realisierung des jeweiligen Auslassventils 32 kann die Ventileinrichtung 30 eine Steuerscheibe 37 aufweisen, die um die Rotationsachse 25 rotiert und mit der die fluidische Verbindung zwischen dem jeweiligen Zylinder 26 und dem Niederdruckauslass 18 gesteuert werden kann. Hierzu weist die Steuerscheibe 37 gemäß 4 zumindest einen Steuerschlitz 38 auf, der die Steuerscheibe 37 axial, also parallel zur Rotationsachse 25 durchsetzt. Der Steuerschlitz 38 erstreckt sich bspw. kreisbogenförmig bezüglich der Rotationsachse 25.
-
Gemäß 3 kann die Steuerscheibe 37 zweckmäßig drehfest an der Abtriebswelle 14 angebracht sein. Ferner kann die Steuerscheibe 37 relativ zum jeweiligen Zylinder 26 so positioniert sein, dass sie eine Auslassöffnung 39 des jeweiligen Zylinders 26 direkt steuern kann. Das jeweilige Auslassventil 32 arbeitet so, dass die fluidische Verbindung zwischen dem jeweiligen Zylinder 26 und dem Niederdruckauslass 18 stets dann geöffnet ist, wenn der Steuerschlitz 38 aufgrund der relativen Drehlage der Steuerscheibe 37 bezüglich des jeweiligen Zylinders 26 axial zur jeweiligen Auslassöffnung 39 des jeweiligen Zylinders 26 fluchtet. Befindet sich die Steuerscheibe 37 dagegen in einer Drehlage, in welcher der Steuerschlitz 38 nicht mit der zugehörigen Auslassöffnung 39 des betroffenen Zylinders 26 fluchtet, verschließt die Steuerscheibe 37 die besagte Auslassöffnung 39.
-
Der hier verwendete Axialkolbenexpander 11 lässt sich besonders einfach als Axialkolbenkompressor verwenden, wenn der Hochdruckeinlass 17 als Niederdruckeinlass verwendet wird, wenn der Niederdruckauslass 18 als Hochdruckauslass verwendet wird und wenn die Abtriebswelle 14 als Antriebswelle zum Antreiben des Axialkolbenkompressors verwendet wird. Die Neigungseinstelleinrichtung 16 lässt sich beim Axialkolbenkompressor dann als Förderleistungseinstelleinrichtung verwenden, mit deren Hilfe die Förderleistung, insbesondere Volumen und/oder Druck, unabhängig von der Drehzahl der Antriebswelle (Abtriebswelle 14) gesteuert werden kann.
-
Verwendung eines Axialkolbenkompressors als Axialkolbenexpander 11, insbesondere in einer Abwärmenutzungsvorrichtung 2. Dabei umfasst der Axialkolbenkompressor: eine Antriebswelle 14, die um eine Rotationsachse 25 drehbar gelagert ist, und in die zum Antreiben des Axialkolbenkompressors mechanische Antriebsleistung einleitbar ist, mehrere Zylinder 26, die parallel zur Rotationsachse 25 orientiert sind und in Umfangsrichtung verteilt um die Rotationsachse 25 angeordnet sind, mehrere Kolben 27, die jeweils in einem der Zylinder 26 parallel zur Rotationsachse 25 hubverstellbar angeordnet sind, eine Kopplungsscheibe 28, die mit allen Kolben 27 und mit der Antriebswelle 14 antriebsverbunden ist und deren Neigung 29 gegenüber der Rotationsachse 25 den Hub der Kolben 27 bestimmt, mit einem Niederdruckeinlass 17, der fluidisch mit den Zylindern 26 verbunden ist, mit einem Hochdruckauslass 18, der fluidisch mit den Zylindern 26 verbunden ist, mit einer Ventileinrichtung 30 zum Steuern der fluidischen Verbindungen zwischen den Zylindern 26 und dem Niederdruckeinlass 17 sowie dem Hochdruckauslass 18, eine Förderleistungseinstelleinrichtung/Neigungseinstelleinrichtung 16 zum Steuern der Förderleistung, wobei die Antriebswelle des Axialkolbenkompressors als Abtriebswelle 14 des Axialkolbenexpanders 11 verwendet wird, an der mechanische Antriebsleistung abgreifbar ist, wobei der Niederdruckeinlass des Axialkolbenkompressors als Hochdruckeinlass 17 des Axiakolbenexpanders 11 verwendet wird, wobei der Hochdruckauslass des Axialkolbenkompressors als Niederdruckauslass 18 des Axialkolbenexpanders verwendet wird, wobei die Förderleistungseinstelleinrichtung des Axialkolbenkompressors als Hubeinstelleinrichtung des Axialkolbenexpanders 11 verwendet wird, mit der der Hub der Kolben 27 unabhängig von der Drehzahl und einer Druckdifferenz zwischen Hochdruck und Niederdruck steuerbar ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 1533494 A2 [0002]
- DE 102007051127 A1 [0004]
- DE 10124033 B4 [0005]
- DE 10124034 A1 [0005]
- DE 10124031 B4 [0005]
- EP 0964997 B1 [0005]
- DE 10343570 A1 [0005]
