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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsanordnung einer Brennkraftmaschine, mit einem, ein Arbeitsmedium führenden, geschlossenen Kreislauf, in welchem zwei, parallel zueinander angeordnete Verdampfungsbereiche für das Arbeitsmedium vorgesehen sind, wobei ein erster Verdampfungsbereich durch einen Wärmetauscher gebildet ist, über welchen ein zugehöriger, erster Teilstrom des Arbeitsmediums in thermischen Energieaustausch mit einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine bringbar ist.
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Stand der Technik
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Im Allgemeinen ist eine Abwärmenutzungsanordnung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher in einem geschlossenen Kreislauf zwei parallel zueinander vorgesehene Verdampfungsbereiche in Form von Wärmetauschern vorgesehen sind. Stromaufwärts stehen die beiden Wärmetauscher mit einem gemeinsamen Kondensationsbereich in Verbindung, indem eine, vom Kondensationsbereich kommende Zulaufleitung in zwei Zuführleitungen zu den Wärmetauschern aufzweigt. In den Zuführleitungen ist dabei jeweils je eine einstellbare Fördereinrichtung in Form einer Verstellpumpe vorgesehen, wobei diese Fördereinrichtungen dem jeweiligen Wärmetauscher einen je zugeordneten Teilstrom eines, in dem geschlossenen Kreislauf zirkulierenden Arbeitsmediums zuführen. Stromabwärts des Kondensationsbereichs liegt dieses Arbeitsmedium dabei weitgehend in einem flüssigen Aggregatzustand vor und wird bei Führen über die Wärmetauscher jeweils in einen thermischen Energieaustausch mit einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine gebracht, um Verlustwärme des Abgastrakts zur Überführung des Arbeitsmediums von dem flüssigen Aggregatzustand in einen gasförmigen Aggregatzustand zu nutzen. Stromabwärts der beiden parallelen Wärmetauscher sind dann Abführleitungen vorgesehen, welche jeweils mit dem je zugehörigen Wärmetauscher in Verbindung stehen und in eine gemeinsame, zum Kondensationsbereich zurückführende Ablaufleitung übergehen.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abwärmenutzungsanordnung zur Verfügung zu stellen, bei welcher bei einer parallelen Anordnung zweier Verdampfungsbereiche die Abwärme einer Brennkraftmaschine besser genutzt werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Gemäß der Erfindung weist eine Abwärmenutzungsanordnung einer Brennkraftmaschine einen geschlossenen Kreislauf auf, in welchem ein Arbeitsmedium geführt ist und in dem ferner zwei, parallel zueinander angeordnete Verdampfungsbereiche für dieses Arbeitsmedium vorgesehen sind. Insbesondere zweigt stromaufwärts der beiden Verdampfungsbereiche eine, von einem Kondensationsbereich kommende Zulaufleitung in zwei Zuführleitungen auf, welche jeweils mit je einem der Verdampfungsbereiche verbunden sind. Des Weiteren stehen die Verdampfungsbereiche bevorzugt jeweils stromabwärts mit je einer Abführleitung in Verbindung, die in eine gemeinsame, zum Kondensationsbereich zurückführende Ablaufleitung übergehen. Des Weiteren ist ein erster Verdampfungsbereich durch einen Wärmetauscher gebildet, über welchen ein zugehöriger, erster Teilstrom des Arbeitsmediums in thermischen Energieaustausch mit einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine gebracht werden kann.
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Im Sinne der Erfindung liegt der Abwärmenutzungsanordnung der Clausius-Rankine-Prozess als thermodynamischer Prozess zugrunde. Bei diesem Prozess wird das Arbeitsmedium den beiden Verdampfungsbereichen zugeführt und erhitzt, so dass es von einem weitestgehend flüssigen Aggregatzustand in einen weitgehend gasförmigen Aggregatzustand überführt wird, also verdampft.
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Anschließend wird der Dampf in einer adiabatischen Expansion entspannt und dem Kondensationsbereich zugeführt, in welchem das dampfförmige Arbeitsmedium isobar und aufgrund des Verlaufs der Isobaren im Nassdampfgebiet auch isotherm kondensiert und dabei von dem gasförmigen Aggregatzustand in einen flüssigen Aggregatzustand überführt wird. Schließlich wird eine adiabate Druckerhöhung des Arbeitsmediums herbeigeführt, wobei im Folgenden eine Zuführung des Arbeitsmediums wiederum zu den beiden Verdampfungsbereichen erfolgt.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass ein zweiter Verdampfungsbereich im Bereich eines Motorblocks der Brennkraftmaschine vorgesehen und ein zweiter, dem zweiten Verdampfungsbereich zugeordneter Teilstrom des Arbeitsmediums in thermischen Energieaustausch mit dem Motorblock bringbar ist. Mit anderen Worten ist also ein weiterer Verdampfungsbereich an einem Motorblock der Brennkraftmaschine ausgestaltet, so dass über diesen zweiten Verdampfungsbereich geführtes Arbeitsmedium im Wärmeaustausch mit dem Motorblock steht. Hierdurch kann im Hinblick auf den allgemeinen Stand der Technik die Abwärme der Brennkraftmaschine insgesamt besser genutzt werden, da auch eine Abwärme des Motorblocks zur Verdampfung von Arbeitsmedium verwendet wird.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Verdampfungsbereich als mindestens ein, den Motorblock der Brennkraftmaschine durchdringender Kanal ausgeführt, über welchen die Brennkraftmaschine über den zweiten, dem zweiten Verdampfungsbereich zugeordneten Teilstrom des Arbeitsmediums kühlbar ist. Mit anderen Worten ist der zweite Verdampfungsbereich also als mindestens ein Kühlkanal ausgestaltet, welcher zur Kühlung des Motorblocks der Brennkraftmaschine durch diesen Motorblock verläuft und mit Arbeitsmedium durchströmt werden kann. Durch Verdampfen des, über den Kanal strömenden Arbeitsmediums wird dabei eine entsprechende Kühlung des Motorblocks der Brennkraftmaschine dargestellt.
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Eine derartige Ausgestaltung hat dabei den Vorteil, dass somit ein konventioneller Kühlwasserkreislauf zur Motorblockkühlung entfallen kann, da eine entsprechende Kühlung über das, in dem mindestens einen Kanal strömende Arbeitsmedium vorgenommen wird. In Folge dessen ist ein Herstellungsaufwand zur Realisierung der erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsanordnung reduziert. Des Weiteren kann der Druck des Arbeitsmediums in dem, den Motorblock durchdringenden Kanal so eingestellt werden, dass gegenüber einer konventionellen Motorblockkühlung eine höhere Temperatur des vorbeiströmenden Arbeitsmediums erreicht wird, was für den Wärmerückgewinnungsprozess eine besser verwertbare, da höhere Prozesstemperatur darstellt. Insgesamt ist die erfindungsgemäße Abwärmenutzungsanordnung daher hinsichtlich der Nutzung der Abwärme eines Motorblocks energetisch verbessert.
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Alternativ dazu ist der zweite Verdampfungsbereich als Wärmetauscher ausgeführt ist, an welchem der zweite, dem zweiten Verdampfungsbereich zugeordnete Teilstrom des Arbeitsmediums im Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium eines Kühlkreislaufs der Brennkraftmaschine steht. Hierbei wird also die Abwärme des Motorblocks nicht direkt durch das Arbeitsmedium aufgenommen, sondern zunächst in Kühlmittel eines Kühlkreislaufs eingebracht und anschließend im Bereich des Wärmetauschers an das Arbeitsmedium des zweiten Teilstroms abgegeben. Hierdurch lässt sich die erfindungsgemäße Abwärmenutzungsanordnung im Bereich einer Brennkraftmaschine mit bestehendem, konventionellen Kühlsystem eines Motorblocks problemlos verwirklichen. Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen einem Kondensationsbereich und den Verdampfungsbereichen eine Fördereinheit vorgesehen, über welche die Verdampfungsbereiche mit Arbeitsmedium in einem zumindest weitgehend flüssigen Aggregatzustand versorgbar sind. Bevorzugt handelt es sich im Sinne der Erfindung hierbei bei der Fördereinheit um eine einstellbare Pumpe. In Weiterbildung dieser Erfindung ist stromabwärts dieser Fördereinheit und in einer Zuführ- oder einer Abführleitung des ersten Verdampfungsbereichs und/oder des zweiten Verdampfungsbereichs je eine einstellbare Drossel vorgesehen. Vorteilhafterweise kann hierbei im Zusammenspiel mit der vorgeschalteten Fördereinheit das Arbeitsmedium auf einfache Art und Weise den Zuführleitungen der beiden Verdampfungsbereiche zudosiert werden. Denn durch Veränderung des jeweiligen Strömungsquerschnitts über die jeweilige, einstellbare Drossel kann ein Verhältnis des, über den ersten Verdampfungsbereich strömenden Teilstroms zu dem, über den zweiten Verdampfungsbereich geleiteten Teilstrom des Arbeitsmediums vorgegeben werden. Die jeweilige einstellbare Drossel kann dabei stromaufwärts oder stromabwärts des jeweiligen Verdampfungsbereichs platziert sein.
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Entsprechend einer hierzu alternativen Ausführungsform ist stromabwärts der Fördereinheit an einer Aufzweigung einer gemeinsamen Zulaufleitung in die Zuführleitungen zu den Verdampfungsbereichen ein Proportionalventil vorgesehen, über welches die beiden Teilströme des Arbeitsmediums einstellbar sind. Dieses Proportionalventil ist hierbei mit drei Anschlüssen ausgestattet, von welchen ein erster Anschluss mit der gemeinsamen Zulaufleitung, sowie ein zweiter und ein dritter Anschluss jeweils mit je einer der Zuführleitungen verbunden sind, so dass das Arbeitsmedium aus der Zulaufleitung entsprechend einer jeweiligen Schaltstellung des Proportionalventils auf die beiden Zuführleitungen der Verdampfungsbereiche aufgeteilt wird.
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Weiter alternativ dazu ist die Fördereinheit an einer Aufzweigung einer gemeinsamen Zulaufleitung in die Zuführleitungen zu den Verdampfungsbereichen platziert, wobei die Zuführleitung des ersten Verdampfungsbereichs mit einer, einen Enddruck der Fördereinheit führenden Ablaufseite der Fördereinheit verbunden ist, wohingegen die Zuführleitung des zweiten Verdampfungsbereichs mit einer Entnahmestelle der Fördereinheit in Verbindung steht, an der ein geringerer Druck als der Enddruck abgreifbar ist. Mit anderen Worten findet also innerhalb der Fördereinheit eine Abzweigung von Arbeitsmedium für die Zuführleitung des zweiten Verdampfungsbereichs an einer Stelle statt, an welcher der Druckaufbau noch nicht abgeschlossen ist, sondern der entnommene Druck des Arbeitsmediums in Relation zum Enddruck dem gewünschten Druckverhältnis zwischen den beiden Teilströmen des Arbeitsmediums entspricht.
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Im Allgemeinen kann jedoch auch eine Aufteilung des Massenstroms über die Wahl der Strömungsquerschnitte der Zuführleitungen zu den Verdampfungsbereichen vorgenommen werden, wobei ein Verhältnis zwischen den Teilströmen dann allerdings nicht variierbar ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist in den Zuführleitungen zu den beiden Verdampfungsbereichen jeweils je eine einstellbare Fördereinheit vorgesehen. Mittels einer derartigen Ausführungsform kann der Massenstrom des Arbeitsmediums ebenfalls problemlos auf die beiden Verdampfungsbereiche aufgeteilt werden, indem der jeweils gewünschte Teilstrom über die je zugehörige Fördereinheit eingeregelt wird.
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Entsprechend einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen den Verdampfungsbereichen und dem Kondensationsbereich mindestens eine Expandereinheit vorgesehen, in welcher das Arbeitsmedium unter Abfuhr von Nutzarbeit expandiert. Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei dieser mindestens einen Expandereinheit dabei insbesondere um eine Dampfturbine, in welcher das Arbeitsmedium in zumindest einer Turbinenstufe entspannt wird. Des Weiteren kann diese Turbine mit einer festen oder variablen Turbinengeometrie, d.h. einer Leitschaufelverstellung, ausgestattet sein. Alternativ dazu kann es sich bei der mindestens einen Expandereinheit aber auch um einen Dampfkolbenmotor handeln.
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In Weiterbildung der vorgenannten Variante ist in einer Abführleitung des ersten Verdampfungsbereichs eine erste Expandereinheit platziert, wobei die Abführleitung des ersten Verdampfungsbereichs stromabwärts der ersten Expandereinheit gemeinsam mit einer Abführleitung des zweiten Verdampfungsbereichs in eine Ablaufleitung zum Kondensationsbereich übergeht, in der eine zweite Expandereinheit vorgesehen ist. Bei einem derartigen Aufbau können die beiden Teilströme stromabwärts der Verdampfungsbereiche unter geringen Energieverlusten miteinander vermischt werden, indem der, über den ersten Verdampfungsbereich geführte Teilstrom zunächst in der ersten Expandereinheit näherungsweise auf einen Druck des, über den zweiten Verdampfungsbereich geleiteten Teilstroms entspannt wird und erst anschließend beide Teilströme zusammengeführt werden. Im Folgenden wird der dann wiederum gebildete Gesamtmassenstrom über die zweite Expanderstufe geführt.
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Alternativ dazu ist eine Expandereinheit im Übergang der Abführleitungen in die Ablaufleitung platziert, wobei die Abführleitungen innerhalb der Expandereinheit in einem Bereich zusammengeführt sind, in welchem Drücke des Arbeitsmediums beider Teilströme einander im Wesentlichen entsprechen. Bei Ausführung der Expandereinheit als Dampfturbine werden die einzelnen Teilströme dabei an geeigneten Stellen zwischen Turbinenstufen eingeleitet, wobei der, über den zweiten Verdampfungsbereich geführte Teilstrom an einer Stelle eingeleitet wird, an welcher der, über den ersten Verdampfungsbereich geführte Teilstrom bereits auf einen niedrigeren Druck im Bereich des vorherrschenden Drucks des Teilstroms des zweiten Verdampfungsbereichs entspannt worden ist.
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Weiter alternativ sind die Abführleitungen der beiden Verdampfungsbereiche in einer Strahlpumpe zusammengeführt, welcher stromabwärts eine Expandereinheit nachgeschaltet ist. Auch bei einem derartigen Aufbau können die beiden Teilströme wiederum stromabwärts der Verdampfungsbereiche unter geringen Energieverlusten miteinander vermischt werden.
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Es ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, dass sich je ein Querschnitt des mindestens einen Kanals in Strömungsrichtung erweitert. Vorteilhafterweise wird hierdurch eine Ausdehnung des dampfförmigen Arbeitsmediums gegenüber der eintretenden Flüssigkeitsphase ohne zu hohe Druckverluste ermöglicht. Bei mehreren, parallel zueinander geschalteten Kanälen ist mit einer Erweiterung des Querschnitts hierbei die Summe aller Kanalquerschnitte gemeint.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder aus den nachfolgenden Figuren hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt. Ausführungsbeispiele
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Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsanordnung einer Brennkraftmaschine;
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2A–2G schematische Darstellungen von Ausgestaltungsmöglichkeiten eines Förderbereichs der Abwärmenutzungsanordnung aus 1;
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3A und 3B schematische Darstellungen unterschiedlicher Ausführungen eines Expansionsbereichs der Abwärmenutzungsanordnung aus 1; und
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4 eine schematische Darstellung einer Abwärmenutzungsanordnung einer Brennkraftmaschine entsprechend einer alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung.
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Aus 1 geht eine schematische Ansicht einer Abwärmenutzungsanordnung gemäße einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor. Diese Abwärmenutzungsanordnung weist dabei einen geschlossenen Kreislauf auf, in dem Arbeitsmedium, bevorzugt Kühlwasser, zirkuliert. Wie zu erkennen ist, ist in diesem Kreislauf dabei ein Kondensationsbereich 1 vorgesehen, welcher als Kondensator ausgeführt ist und stromabwärts über eine Zulaufleitung 2 mit einem Förderbereich 3 verbunden ist. Der Förderbereich 3 ist vorliegend nur als Blackbox dargestellt und nimmt eine Aufteilung eines, über die Zulaufleitung 2 zugeführten Massenstromes an Arbeitsmedium auf zwei Teilströme vor, die über je zugehörige Zuführleitung 4 und 5 zwei Verdampfungsbereichen 6 und 7 zugeleitet werden. Vorliegend ist dabei über die Zuführleitung 4 eine Verbindung zwischen dem Förderbereich 3 und dem ersten Verdampfungsbereich 6 hergestellt, wohingegen die Zuführleitung 5 den Förderbereich 3 und den zweiten Verdampfungsbereich 7 miteinander koppelt. Stromabwärts der beiden Verdampfungsbereiche 6 und 7 sind dann Abführleitungen 8 und 9 vorgesehen, über welche die, den Verdampfungsbereichen 6 und 7 je zugeordneten Teilströme des Arbeitsmediums in einem – in 1 ebenfalls als Blackbox dargestellten – Expansionsbereichs 10 wieder zusammengeführt werden. Dabei gehen die, dem ersten Verdampfungsbereich 6 zugeordnete Abführleitung 8 und die, dem zweiten Verdampfungsbereich 7 zugehörige Abführleitung 9 in eine gemeinsame Ablaufleitung 11 über, die wiederum zum Kondensationsbereich 1 zurückführt.
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Der erste Verdampfungsbereich 6 ist im vorliegenden Fall als Wärmetauscher 12 ausgeführt, der benachbart zu einem Abgastrakt 13 einer Brennkraftmaschine platziert ist, so dass Wärme des über den Abgastrakt 13 strömenden Abgases der Brennkraftmaschine auf das, über den Wärmetauscher 12 strömende Arbeitsmedium der Abwärmenutzungsanordnung übertragen wird. Der Abgastrakt 13 steht dabei, auf dem Fachmann bekannte Art und Weise mit einem Motorblock 14 der Brennkraftmaschine in Verbindung, welcher dabei von mehreren, den zweiten Verdampfungsbereich 7 ausbildenden Kanälen 15 durchzogen ist. Über diese Kanäle 15 strömt dabei das, über die Zuführleitung 5 zugeführte Arbeitsmedium und nimmt zur Kühlung des Motorblocks 14 Wärme auf.
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Dem geschlossenen Kreislauf der erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsanordnung ist im Wesentlichen der Clausius-Rankine-Prozess als thermodynamischer Grundprozess zugrundegelegt. Hierbei wird über den Förderbereich 3 zunächst der Druck des Arbeitsmediums im Rahmen einer adiabaten, isentropen Druckerhöhung erhöht und anschließend über die Zuführleitungen 4 und 5 den beiden Verdampfungsbereichen 6 und 7 zugeführt, wo eine isobare Wärmezufuhr stattfindet und das Arbeitsmedium des jeweiligen Teilstroms von einem, zumindest weitgehend flüssigen Aggregatzustand in einen überwiegend gasförmigen Aggregatzustand verdampft wird. Am Wärmetauscher 12 findet dies durch Erwärmung des Arbeitsmediums über vorbeiströmendes Abgas statt, während das, in den Kanälen 15 strömende Arbeitsmedium über eine, bei Befeuerung von Zylindern der Brennkraftmaschine auftretende Abwärme aufgeheizt wird. Hierbei ist ein Druck im Wärmetauscher 12 höher als in den Kanälen 15, so dass hier auch eine höhere Temperatur des Arbeitsmediums erreicht wird und der Motorblock 14 geringeren Temperaturen ausgesetzt ist. Im Anschluss daran werden die beiden Teilströme im Expansionsbereich 10 zusammengeführt und adiabat expandiert. Schließlich erfolgt wiederum eine Zuführung des Arbeitsmediums zum Kondensationsbereich 1, wo eine isobare Kondensation des Arbeitsmediums im Kondensator durch Kühlung stattfindet, welche im Nass-Dampf-Gebiet isotherm verläuft.
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Für den Förderbereich 3 gibt es nun im Sinne der Erfindung mehrere, in den 2A bis 2G dargestellte Ausführungsmöglichkeiten, um eine Zudosierung des Arbeitsmediums zu den beiden Verdampfungsbereichen 6 und 7 in einer Form zu gewährleisten, dass eine stromabwärts stattfindende Mischung der beiden Teilströme mit nahezu gleichem Druck des Arbeitsmediums und damit bei niedrigen Energieverlusten stattfindet: Entsprechend einer ersten, in 2A dargestellten Ausführungsmöglichkeit des Förderbereichs 3 ist hierbei in der Zulaufleitung 2 eine Fördereinheit 16 in Form einer einstellbaren Pumpe vorgesehen, welche das Arbeitsmedium in die beiden Zuführleitungen 4 und 5 fördert. Um hierbei die besagte Aufteilung des Massenstroms des Arbeitsmediums auf gewünschte Teilströme vorzunehmen, ist in der Zuführleitung 5 eine einstellbare Drossel 17 vorgesehen, über welche das über die Zuführleitung 5 strömende Arbeitsmedium gedrosselt werden kann.
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Das Gegenstück zu der Ausführung nach 2A stellt die Ausführungsform nach 2B dar, bei welcher der Fördereinheit 16 eine, in der Zuführleitung 4 vorgesehene, einstellbare Drossel 18 vorgesehen ist, über welche eine entsprechende Drosselung des Arbeitsmediums in der Zuführleitung 4 möglich ist. Entsprechend einer Einstellung der Drossel 18 erfolgt hierbei eine Aufteilung des Arbeitsmediums auf die beiden Zuführleitungen 4 und 5. Des Weiteren ist in 2C eine Kombination der beiden Ausgestaltungen gemäß der 2A und 2B zu sehen, indem in diesem Fall in beiden Zuführleitungen 4 und 5 je eine einstellbare Drossel 17 und 18 vorgesehen ist.
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Im Fall der Ausgestaltung nach 2D ist der einen Fördereinheit 16 hingegen ein Proportionalventil 19 stromabwärts nachgeschaltet, welches an einem Arbeitsanschluss mit der Zulaufleitung 2 und der Fördereinheit 16 in Verbindung steht, während es an zwei weiteren Arbeitsanschlüssen mit den Zuführleitungen 4 und 5 gekoppelt ist. Über das Proportionalventil 19 wird dabei in Abhängigkeit einer Ansteuerung eine Aufteilung des Massenstroms des Arbeitsmediums in die jeweils gewünschten Teilströme vorgenommen.
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Ferner geht aus 2E eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des Förderabschnitts 3 hervor. Wie hierbei zu erkennen ist, ist in diesem Fall eine Fördereinheit 20 an eine Aufzweigung der Zulaufleitung 2 in die Zuführleitungen 4 und 5 vorgesehen. Eine Zulaufseite 21 dieser Fördereinheit 20, welche als einstellbare Pumpe ausgestaltet ist, ist dabei mit der Zulaufleitung 2 verbunden, während eine Ablaufseite 22 der Fördereinheit 20 in die Zuführleitung 4 übergeht. Hingegen ist die Zuführleitung 5 mit einer seitlichen Entnahmestelle 23 der Fördereinheit 20 verbunden, an welcher Arbeitsmedium vor Erreichen eines, über die Fördereinheit 20 darstellbaren Enddrucks abgegriffen werden kann. Folglich kann also über diese seitliche Entnahmestelle 23 Arbeitsmedium mit einem geringeren Druck und damit ein, im Vergleich zur Ablaufseite 22 niedrigerer Teilstrom des Arbeitsmediums entnommen werden.
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Die, in 2F dargestellte, weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des Förderbereichs 3 stellt die einfachste Ausführung des Förderbereichs 3 dar, indem die eine Fördereinheit 16 ohne weitere Maßnahmen in die Zuführleitungen 4 und 5 fördert. Eine Aufteilung des Massenstroms des Arbeitsmediums erfolgt daher entsprechend der konstruktiv vorgegebenen Strömungsverhältnisse stromaufwärts und auch stromabwärts der beiden Verdampfungsbereiche 6 und 7 vor erneuter Vereinigung der Teilströme in der Ablaufleitung 11. In diesem Fall kann also ein Massenstromverhältnis nicht verstellt werden.
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Schließlich geht aus 2G noch eine weitere Ausführung eines Förderbereichs 3 hervor. Wie zu erkennen ist, ist in jeder der Zuführleitungen 4 und 5 je eine Fördereinheit 24, die im Einzelnen als einstellbare Pumpen ausgeführt sind. Die Fördereinheiten 24 und 25 sind dabei unabhängig voneinander einstellbar, so dass auch die, über die Zuführleitungen 4 und 5 strömenden Teilströme jeweils unabhängig voneinander eingestellt werden können.
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Ausgestaltungsmöglichkeiten des Expansionsbereichs 10 aus 1 gehen nun ferner aus den 3A und 3B hervor: Im Falle einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit, welche in 3A zu sehen ist, ist vor einer Zusammenführung der beiden Abführleitungen 8 und 9 in die Ablaufleitung 11 in der Abführleitung 8 eine erste Expandereinheit 26 vorgesehen, die als Dampfturbine ausgestaltet ist und in welcher der, über den ersten Verdampfungsbereich geführte Teilstrom des Arbeitsmediums auf einen Druck entspannt wird, der im Wesentlichen dem in der Abführleitung 9 vorherrschenden Druck entspricht. Anschließend werden die beiden Teilströme bei Zusammenführung in der Ablaufleitung 11 gemischt und anschließend über eine weitere, zweite Expandereinheit 27 geführt, wobei dann eine weitere Entspannung des Arbeitsmediums vor erneuter Zuführung zum Kondensationsbereich 1 stattfindet.
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Hingegen ist im Falle der Ausgestaltung nach 3B nur eine Expandereinheit 28 in Form einer Dampfturbine vorgesehen, welche dabei im Übergang der Abführleitungen 8 und 9 in die Ablaufleitung 11 platziert ist. Diese Dampfturbine weist dabei mehrere Turbinenstufen auf, wobei der über die Abführleitung 8 strömende Teilstrom des Arbeitsmediums vor einer ersten Turbinenstufe zugeführt wird, wohingegen eine Zuführung des Teilstromes der Abführleitung 9 erst später zwischen zwei Turbinenstufen stattfindet, an deren Stelle der Teilstrom der Abführleitung 8 bereits auf einen Druck im Bereich des, in der Abführleitung 9 vorherrschenden Druckes entspannt worden ist. Anschließend wird der dann vermischte Gesamtstrom über die weiteren Turbinenstufen entspannt und in die Ablaufleitung 11 überführt, von wo aus eine erneute Zuführung zum Kondensationsbereich 1 stattfindet.
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In beiden Ausführungen der 3A und 3B wird die Expansion des Arbeitsmediums zur Erzeugung mechanischer Energie verwendet. Die Dampfturbinen können dabei mit einer festen oder variablen Turbinengeometrie, beispielsweise in Form einer Leitschaufelverstellung, ausgestattet sein.
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Schließlich geht noch aus 4 eine alternative Ausgestaltungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsanordnung hervor. Im Unterschied zu der Variante nach 1 ist der zweite Verdampfungsbereich 7 hierbei als Wärmeaustauscher 29 ausgestaltet, an welchem ein über den zweiten Verdampfungsbereich geführter Teilstrom von Arbeitsmedium in Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium eines Kühlmittelkreislaufs 30 gebracht wird. Über den Kühlmittelkreislauf 30 wiederum wird auf konventionelle Art und Weise eine Kühlung des Motorblocks 14 dargestellt. Als weiterer Unterschied sind die Abführleitungen 8 und 9 der beiden Verdampfungsbereiche 6 und 7 in einer Strahlpumpe 31 zusammengeführt, die stromabwärts mit einer Expandereinheit 32, sowie im weiteren Verlauf mit dem Kondensationsbereich 1 verbunden ist. In der Zulaufleitung 2 und der Zuführleitung 4 ist dann ferner je eine regelbare Fördereinheit 33 bzw. 34 vorgesehen.
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Mittels der einzelnen Ausführungen einer erfindungsgemäßen Abwärmenutzungsanordnung einer Brennkraftmaschine ist es somit möglich, bei einfachem Aufbau der Abwärmenutzungsanordnung eine Abwärme der Brennkraftmaschine weitestgehend auszunutzen.
