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Die Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsvorrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Abwärmenutzungsanordnung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 10 2011 117 058 A1 beschrieben, eine Abwärmenutzungsvorrichtung bekannt. Die Abwärmenutzungsvorrichtung umfasst einen Rankine-Kreis und einem Kühl-Kreis, welcher der Unterstützung eines Rankine-Kondensators des Rankine-Kreises dient. Hierzu ist ein Heiz-Wärmeübertrager des Kühl-Kreises mit dem Rankine-Kondensator des Rankine-Kreises Wärme übertragend gekoppelt. Der Kühl-Kreis weist einen Sammler auf, der stromauf des Heizwärmeübertragers angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Abwärmenutzungsvorrichtung und eine Abwärmenutzungsanordnung mit einer solchen Abwärmenutzungsvorrichtung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Abwärmenutzungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Abwärmenutzungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Abwärmenutzungsvorrichtung weist einen Rankine-Kreislauf nach Art eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses auf, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert, umfassend eine Fördereinrichtung zum Antreiben des Arbeitsmediums, einen stromab der Fördereinrichtung angeordneten ersten Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums, einen stromab des ersten Verdampfers angeordneten Expander zum Entspannen des Arbeitsmediums und zur Erzeugung mechanischer Energie und einen stromab des Expanders angeordneten Kondensator zum Kühlen des Arbeitsmediums.
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Erfindungsgemäß ist im Rankine-Kreislauf zwischen dem ersten Verdampfer und dem Expander eine Phasentrennungseinrichtung zur Trennung einer flüssigen Phase des Arbeitsmediums von einer gasförmigen Phase des Arbeitsmediums angeordnet und des Weiteren ist im Rankine-Kreislauf zwischen dem ersten Verdampfer und der Phasentrennungseinrichtung oder zwischen der Fördereinrichtung und dem ersten Verdampfer eine Saugstrahlfördereinrichtung angeordnet, wobei ein Flüssigphasenbereich der Phasentrennungseinrichtung über eine Nebenkreisleitung eines Nebenkreislaufs mit einem Saugmediumeingang der Saugstrahlfördereinrichtung verbunden ist und wobei im Nebenkreislauf zwischen der Phasentrennungseinrichtung und der Saugstrahlfördereinrichtung ein zweiter Verdampfer angeordnet ist.
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Insbesondere bei mobilen Anwendungen aus dem Stand der Technik bekannter Abwärmenutzungsvorrichtungen, beispielsweise im Kraftfahrtbereich und im Schifffahrtsbereich, ist es, bedingt durch die Prozessführung, nicht immer möglich, das Arbeitsmedium im Verdampfer des Rankine-Kreislaufs vollständig zu überhitzen. Dadurch tritt das Arbeitsmedium abhängig vom Betriebspunkt zweiphasig und unter Umständen mit einem sehr niedrigen Dampfgehalt in den Expander, auch als Expansionsmaschine bezeichnet, ein. Je nach Art des Expanders, welcher beispielsweise als Turbine, als Schraubenexpansionsmaschine, als Kolbenexpansionsmaschine oder als Scrollexpansionsmaschine ausgebildet ist, kann ein Betrieb unter diesen Randbedingungen zu Schädigungen des Expanders führen, beispielsweise durch den so genannten Tröpfchenschlag, d. h. eine Beschädigung des Expanders durch Wassertröpchen im Arbeitsmedium aufgrund des als flüssige Phase vorhandenen Anteils des Arbeitsmediums.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird dies vermieden, da durch die Phasentrennungseinrichtung die flüssige Phase des Arbeitsmediums, oder zumindest ein Teil davon, von der gasförmigen Phase des Arbeitsmediums getrennt wird. Die gasförmige Phase wird an den Expander weitergeleitet, während die flüssige Phase im Nebenkreislauf durch den zweiten Verdampfer geleitet wird. Aufgrund der Saugwirkung der Saugstrahlfördereinrichtung, deren Saugmediumeingang bzw. Saugseite mit dem Zwischenkrauslauf verbunden ist, und des dadurch im Nebenkreislauf herrschenden Niederdrucks, lässt sich die durch die Phasentrennungseinrichtung abgeschiedene flüssige Phase des Arbeitsmediums bereits auf niedrigem Temperaturniveau verdampfen und in dampfförmigem Zustand dem Rankine-Kreislauf zuführen. Daher ist der im Nebenkreislauf angeordnete zweite Verdampfer bzw. dessen Wärmetauscher beispielsweise mit einem Kühlmittelkreislauf einer Wärmekraftmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, thermisch gekoppelt, da dessen Temperaturen bereits zum Verdampfen der flüssigen Phase des Arbeitsmediums im Nebenkreislauf ausreichen. Der im Rankine-Kreislauf angeordnete erste Verdampfer bzw. dessen Wärmetauscher ist beispielsweise mit einem Abgasstrang der Wärmekraftmaschine, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, thermisch gekoppelt.
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Durch das Trennen der flüssigen Phase von der gasförmigen Phase des Arbeitsmediums sowie der Verdampfung der flüssigen Phase im Nebenkreislauf und Rückführung des so erzeugten Dampfes in den Rankine-Kreislauf wird der Dampfgehalt am Austritt der Saugstrahlfördereinrichtung erhöht. Die abgetrennte flüssige Phase wird auf diese Weise nicht beispielsweise ungenutzt in einen Niederdruckteil des Rankine-Kreislaufs geleitet, sondern dem zweiten Verdampfer zugeführt. Da es aufgrund des niedrigen Druckniveaus im Nebenkreislauf möglich ist, die abgetrennte flüssige Phase mit Hilfe einer zweiten Wärmequelle, beispielsweise des Kühlmittels der Verbrennungskraftmaschine, auf einem niedrigen Temperaturniveau zu verdampfen, ist es mittels der erfindungsgemäßen Lösung ermöglicht, dem Rankine-Kreislauf zusätzliche Wärme auf einem geringen Temperaturniveau zuzuführen. Es sind somit mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung zwei Wärmequellen auf unterschiedlichem Temperaturniveau, beispielsweise das Abgas und das Kühlmittel der Verbrennungskraftmaschine, für den Betrieb des Rankine-Kreislaufs nutzbar.
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Des Weiteren wird durch das Abtrennen der flüssigen Phase des Arbeitsmediums in der Phasentrennungseinrichtung und das Verdampfen dieser flüssigen Phase im Nebenkreislauf und durch das Zuführen des auf diese Weise erzeugten Dampfes zurück in den Rankine-Kreislauf sichergestellt, dass das Arbeitsmedium, genauer gesagt der Teil des Arbeitsmediums, welcher in den Expander einströmt, vollständig überhitzt und frei von Wassertröpfchen ist. Dadurch werden die oben beschriebenen Beschädigungen des Expanders vermieden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Abwärmenutzungsanordnung, und
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2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Abwärmenutzungsanordnung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsbeispiele einer Abwärmenutzungsanordnung 1. Diese Abwärmenutzungsanordnung 1 umfasst eine Abwärmenutzungsvorrichtung 2 und eine als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Wärmekraftmaschine 3, deren Abwärme von der Abwärmenutzungsvorrichtung 2 genutzt wird, um diese Abwärme beispielsweise in elektrische Energie umzuwandeln.
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Hierzu weist die Abwärmenutzungsvorrichtung 2 einen Rankine-Kreislauf 4 nach Art eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses auf, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert, beispielsweise Wasser, Ethanol, ein Wasser-Ethanol-Gemisch oder ein anderer Stoff. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums im Rankine-Kreislauf 4 ist durch erste Strömungspfeile P1 dargestellt.
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Der Rankine-Kreislauf 4 umfasst eine Fördereinrichtung 5, auch als Pumpe bezeichnet, zum Antreiben des Arbeitsmediums, einen stromab der Fördereinrichtung 5 angeordneten ersten Verdampfer 6 zum Verdampfen des Arbeitsmediums, einen stromab des ersten Verdampfers 6 angeordneten Expander 7, auch als Expansionsvorrichtung oder Expansionsmaschine bezeichnet, zum Entspannen des Arbeitsmediums unter Erzeugung mechanischer Energie und einen stromab des Expanders 7 angeordneten Kondensator 8 zum Kühlen des Arbeitsmediums. Der Expander 7 ist beispielsweise als eine Turbine, als eine Schraubenexpansionsmaschine, als eine Kolbenexpansionsmaschine oder als eine Scrollexpansionsmaschine ausgebildet, welche vom dampfförmigen oder gasförmigen Arbeitsmedium des Rankine-Kreislaufs 4 angetrieben wird und beispielsweise einen elektrischen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt. Ebenso kann vorgesehen sein, die erzeugte mechanische Energie direkt zu nutzen, beispielsweise als Antriebsenergie für ein Nebenaggregat oder für den Fahrzeugantrieb.
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In beiden dargestellten Ausführungsbeispielen ist im Rankine-Kreislauf 4 zwischen dem ersten Verdampfer 6 und dem Expander 7 eine Phasentrennungseinrichtung 9 zur Trennung einer flüssigen Phase des Arbeitsmediums von einer gasförmigen Phase, auch als dampfförmige Phase bezeichnet, des Arbeitsmediums angeordnet. Dadurch und durch die im Folgenden weiter beschriebene Ausbildung der Abwärmenutzungsvorrichtung 2 werden aus dem Stand der Technik bekannte Probleme behoben. Im Stand der Technik ist es insbesondere bei mobilen Anwendungen, beispielsweise im Kraftfahrtbereich und im Schifffahrtsbereich, bedingt durch die Prozessführung, nicht immer möglich, das Arbeitsmedium im Rankine-Verdampfer vollständig zu überhitzen. Dadurch tritt das Arbeitsmedium abhängig vom Betriebspunkt zweiphasig und unter Umständen mit einem sehr niedrigen Dampfgehalt in den Expander 7 ein. Je nach Art des Expanders 7 kann ein Betrieb unter diesen Randbedingungen zu Schädigungen des Expanders 7 führen, beispielsweise durch den so genannten Tröpfchenschlag, d. h. eine Beschädigung des Expanders 7 durch Wassertröpfchen im Arbeitsmedium aufgrund des als flüssige Phase vorhandenen Anteils des Arbeitsmediums. Durch das mittels der in den 1 und 2 dargestellten Abwärmenutzungsvorrichtung 2 erreichte Abtrennen der flüssigen Phase des Arbeitsmediums in der Phasentrennungseinrichtung 9 ist sichergestellt, dass das Arbeitsmedium, genauer gesagt der Teil des Arbeitsmediums, welcher in den Expander 7 einströmt, vollständig überhitzt und frei von Wassertröpfchen ist. Dadurch werden solche Beschädigungen des Expanders 7 vermieden.
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In der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Abwärmenutzungsvorrichtung 2 ist im Rankine-Kreislauf 4 zwischen dem ersten Verdampfer 6 und der Phasentrennungseinrichtung 9 eine Saugstrahlfördereinrichtung 10 angeordnet, auch als Strahlpumpe bezeichnet. In der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform ist diese Saugstrahlfördereinrichtung 10 zwischen der Fördereinrichtung 5 und dem ersten Verdampfer 6 angeordnet. D. h. der erste Verdampfer 6 ist in der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform vor einem Treibmediumeingang 10.1 der Saugstrahlfördereinrichtung 10 im Rankine-Kreislauf 4 angeordnet und in der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform nach einem Ausgang 10.2 der Saugstrahlfördereinrichtung 10.
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Die Saugstrahlfördereinrichtung 10 ist beispielsweise als ein Ejektor ausgebildet. Da in der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform das Arbeitsmedium bereits mittels des ersten Verdampfers 6 verdampft ist und somit in dampfförmigem Zustand in den Treibmediumeingang 10.1 des Ejektors eintritt, ist der Ejektor in dieser ersten Ausführungsform als ein Dampfstrahlejektor ausgebildet. In der in 2 dargestellten Ausführungsform, in welcher der Ejektor hinter der Fördereinrichtung 5 und noch vor dem ersten Verdampfer 6 im Rankine-Kreislauf 4 angeordnet ist, tritt das Arbeitsmedium im flüssigen Zustand in den Treibmediumeingang 10.1 des Ejektors ein, so dass der Ejektor in dieser zweiten Ausführungsform als ein Flüssigstrahlejektor ausgebildet ist.
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In beiden in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen weist die Phasentrennungseinrichtung 9 einen Gasphasenbereich 9.1 und einen Flüssigphasenbereich 9.2 auf. Ein Ausgang des Gasphasenbereichs 9.1 mündet in den Rankine-Kreislauf 4, um die gasförmige Phase des Arbeitsmediums an den Expander 7 weiterzuleiten. Der Flüssigphasenbereich 9.2 der Phasentrennungseinrichtung 9, genauer gesagt dessen Ausgang, ist über eine Nebenkreisleitung eines Nebenkreislaufs 11 mit einem Saugmediumeingang 10.3, auch als Saugseite bezeichnet, der Saugstrahlfördereinrichtung 10 verbunden, so dass die mittels der Phasentrennungseinrichtung 9 abgeschiedene flüssige Phase des Arbeitsmediums mittels der Saugwirkung der Saugstrahlfördereinrichtung 10 durch diesen Nebenkreislauf 11 gefördert wird. Die Strömungsrichtung im Nebenkreislauf 11 ist durch zweite Strömungspfeile P2 dargestellt.
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Im Nebenkreislauf 11 ist zwischen der Phasentrennungseinrichtung 9 und der Saugstrahlfördereinrichtung 10 ein zweiter Verdampfer 12 angeordnet. Des Weiteren ist im Nebenkreislauf 11 vorzugsweise, wie in den 1 und 2 dargestellt, zwischen der Phasentrennungseinrichtung 9 und dem zweiten Verdampfer 12 ein Drosselventil 13 angeordnet.
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In beiden in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen ist der im Rankine-Kreislauf 4 angeordnete erste Verdampfer 6 mit einem Abgasstrang 14 der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Wärmekraftmaschine 3 thermisch gekoppelt, während der im Nebenkreislauf 11 angeordnete zweite Verdampfer 12 mit einem Kühlmittelkreislauf 15 der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Wärmekraftmaschine 3 thermisch gekoppelt ist.
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Im in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel wird im Betrieb der Abwärmenutzungsanordnung 1 und deren Abwärmenutzungsvorrichtung 2 das Arbeitsmedium von der Fördereinrichtung 5 gefördert und durchströmt den ersten Verdampfer 6, in welchem es mittels der Wärme des Abgases der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Wärmekraftmaschine 3 verdampft wird. Dies erfolgt jedoch nur unvollständig, so dass das Arbeitsmedium am Ausgang des ersten Verdampfers 6 zweiphasig vorliegt, d. h. ein Teil des Arbeitsmediums liegt in der gasförmigen Phase vor und ein anderer Teil des Arbeitsmediums liegt in der flüssigen Phase vor.
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Anschließend strömt dieses zweiphasige Arbeitsmedium als Treibmedium in den Treibmediumeingang 10.1, auch als Treibseite bezeichnet, der Saugstrahlfördereinrichtung 10 ein und durch diese hindurch und danach zur Phasentrennungseinrichtung 9, in welcher die flüssige Phase des Arbeitsmediums von der gasförmigen Phase des Arbeitsmediums getrennt wird. Die gasförmige Phase des Arbeitsmediums strömt im Rankine-Kreislauf 4 weiter zum Expander 7, in welchem sie entspannt wird und dabei den Expander 7 antreibt, welcher beispielsweise einen elektrischen Generator zur elektrischen Energieerzeugung antreibt, wie oben bereits beschrieben.
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Während des oben beschriebenen Durchströmens des dampfförmigen Arbeitsmediums als Treibmedium durch die Saugstrahlfördereinrichtung 10, in welcher es entspannt und beschleunigt wird, entsteht eine Saugwirkung am Saugmediumeingang 10.3 der Saugstrahlfördereinrichtung 10. Dadurch strömt die flüssige Phase in den Nebenkreislauf 11 ein, angesaugt vom Saugmediumeingang 10.3 der Saugstrahlfördereinrichtung 10. Die flüssige Phase durchströmt das Drosselventil 13 und den zweiten Verdampfer 12, in welchem sie mittels der Wärme des Kühlmittels der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Wärmekraftmaschine 3 verdampft wird. Der auf diese Weise erzeugte Dampf tritt als Saugmedium über den Saugmediumeingang 10.3 in die Saugstrahlfördereinrichtung 10 ein und wird über diese wieder in den Rankine-Kreislauf 4 eingespeist, indem sich in der Saugstrahlfördereinrichtung 10 das Treibmedium, d. h. das zweiphasige Arbeitsmedium, und das Saugmedium, d. h. der aus der flüssigen Phase im Nebenkreislauf 11 erzeugte Dampf, zu einem Gesamtmassenstrom vermischen. Dieser Gesamtmassenstrom strömt wieder durch die Phasentrennungseinrichtung 9, in welcher die flüssige Phase von der gasförmigen Phase getrennt wird. Die flüssige Phase strömt wieder in den Nebenkreislauf 11 ein, während die gasförmige Phase zum Expander 7 strömt, wie oben beschrieben.
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Im in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel wird im Betrieb der Abwärmenutzungsanordnung 1 und deren Abwärmenutzungsvorrichtung 2 das Arbeitsmedium von der Fördereinrichtung 5 gefördert und strömt im flüssigen Zustand als Treibmedium in den Treibmediumeingang 10.1, auch als Treibseite bezeichnet, der Saugstrahlfördereinrichtung 10 ein und durch diese hindurch und danach durch den ersten Verdampfer 6, in welchem das Arbeitsmedium mittels der Wärme des Abgases der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Wärmekraftmaschine 3 verdampft wird. Dies erfolgt jedoch nur unvollständig, so dass das Arbeitsmedium am Ausgang des ersten Verdampfers 6 zweiphasig vorliegt, d. h. ein Teil des Arbeitsmediums liegt in der gasförmigen Phase vor und ein anderer Teil des Arbeitsmediums liegt in der flüssigen Phase vor.
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Anschließend strömt dieses zweiphasige Arbeitsmedium zur Phasentrennungseinrichtung 9, in welcher die flüssige Phase des Arbeitsmediums von der gasförmigen Phase des Arbeitsmediums getrennt wird. Die gasförmige Phase des Arbeitsmediums strömt im Rankine-Kreislauf 4 weiter zum Expander 7, in welchem sie entspannt wird und dabei den Expander 7 antreibt, welcher beispielsweise einen elektrischen Generator zur elektrischen Energieerzeugung antreibt, wie oben bereits beschrieben.
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Während des oben beschriebenen Durchströmens des flüssigen Arbeitsmediums als Treibmedium durch die Saugstrahlfördereinrichtung 10, in welcher es entspannt und beschleunigt wird, entsteht eine Saugwirkung am Saugmediumeingang 10.3 der Saugstrahlfördereinrichtung 10. Dadurch strömt die flüssige Phase in den Nebenkreislauf 11 ein, angesaugt vom Saugmediumeingang 10.3 der Saugstrahlfördereinrichtung 10. Die flüssige Phase durchströmt das Drosselventil 13 und den zweiten Verdampfer 12, in welchem sie mittels der Wärme des Kühlmittels der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Wärmekraftmaschine 3 verdampft wird. Der auf diese Weise erzeugte Dampf tritt als Saugmedium über den Saugmediumeingang 10.3 in die Saugstrahlfördereinrichtung 10 ein und wird über diesen wieder in den Rankine-Kreislauf 4 eingespeist, zu dem dort noch in flüssigem Zustand vorliegenden anderen Teil des Arbeitsmediums, indem sich in der Saugstrahlfördereinrichtung 10 das Treibmedium, d. h. das flüssige Arbeitsmedium, und das Saugmedium, d. h. der aus der flüssigen Phase im Nebenkreislauf 11 erzeugte Dampf, zu einem Gesamtmassenstrom vermischen. Dieser Gesamtmassenstrom strömt wieder durch den ersten Verdampfer 6, in welchem ein weiterer Teil des flüssigen Arbeitsmediums verdampft wird. Anschließend strömt das zweiphasige Arbeitsmedium wieder durch die Phasentrennungseinrichtung 9, in welcher die flüssige Phase von der gasförmigen Phase getrennt wird. Die flüssige Phase strömt wieder in den Nebenkreislauf 11 ein, während die gasförmige Phase zum Expander 7 strömt, wie oben beschrieben.
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In beiden in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen wird aufgrund der Saugwirkung der Saugstrahlfördereinrichtung 10 im Nebenkreislauf 11 ein Vakuum bzw. zumindest ein Unterdruck erzeugt. Aufgrund dieses geringen Drucks im Nebenkreislauf 11 wird es ermöglicht, das Arbeitsmedium, genauer gesagt den Teil des Arbeitsmediums, welcher von der Phasentrennungseinrichtung 9 als flüssige Phase abgetrennt wird, schon bei geringen Temperaturen, welche im Bereich der Kühlmitteltemperatur des Kühlmittelkreislaufs 15 der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Wärmekraftmaschine 3 liegen, zu verdampfen und somit Wärme aus dem Kühlmittel auf das Arbeitsmedium zu übertragen. Hierdurch stellt sich im Nebenkreislauf 11 Dampfdruck des entsprechenden Arbeitsmediums ein. Das verdampfte Arbeitsmedium wird auf die oben beschriebene Weise über die Saugstrahlfördereinrichtung 10 wieder dem Rankine-Kreislauf 4 zugeführt, wobei in der Saugstrahlfördereinrichtung 10 eine Verdichtung auf Austrittsdruck stattfindet. Dadurch wird mit Hilfe dieses Nebenkreislaufs 11 eine Erhöhung des Dampfgehalts im Rankine-Kreislauf 4 nach der Saugstrahlfördereinrichtung 10 erreicht. Die Expansion im Expander 7 und die Kondensation im Kondensator 8, laufen, wie oben beschrieben, analog zum herkömmlichen Rankine-Kreisprozess ab.
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Mittels des Nebenkreislaufs 11 wird somit kontinuierlich flüssiges Arbeitsmedium, d. h. die flüssige Phase des die Phasentrennungseinrichtung 9 durchströmenden Arbeitsmediums, vom Rankine-Kreislauf 4 abgezweigt, im Nebenkreislauf 11 und dessen zweitem Verdampfer 12 verdampft und in den Rankine-Kreislauf 4 zurückgeführt. Dies ermöglicht einerseits das Verwenden zweier Wärmequellen auf unterschiedlichen Temperaturniveaus, in diesem Beispiel des Abgases und des Kühlmittels der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Wärmekraftmaschine 3, und andererseits eine Erhöhung des Dampfgehalts im Rankine-Kreislauf 4 vor dem Expander 7.
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Die Abwärmenutzungsvorrichtung 2 und die Abwärmenutzungsanordnung 1 sind für mobile und besonders bevorzugt für stationäre oder zumindest überwiegend stationäre Anwendungen geeignet. Ein Anwendungsgebiet sind beispielsweise so genannte Range-Extender, d. h. eine mit einem elektrischen Generator gekoppelte Verbrennungskraftmaschine zur Erzeugung elektrischer Energie als Antriebsenergie in einem Fahrzeug. Diese Verbrennungskraftmaschine ist dann ein Bestandteil der Abwärmenutzungsanordnung 1, um dadurch auch die Abwärme der Verbrennungskraftmaschine mittels der Abwärmenutzungsvorrichtung 2 der Abwärmenutzungsanordnung 1 zur Erzeugung elektrischer Energie nutzen zu können.
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Weitere Anwendungsgebiete sind beispielsweise Verwendungen in nicht straßengebundenen Fahrzeugen, beispielsweise in Lokomotiven, insbesondere auch dieselelektrisch betriebene Lokomotiven, bei welchen ein Dieselmotor oder alternativ eine andere Wärmekraftmaschine 3, insbesondere Verbrennungskraftmaschine, einen elektrischen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie zum Antrieb der Lokomotive antreibt, oder stationäre Anwendungen, beispielsweise so genannte Genset-Anwendungen, d. h. stationäre elektrische Generatoren zur elektrischen Energieerzeugung, welche mittels Wärmekraftmaschinen 3, insbesondere Verbrennungskraftmaschinen, Gasturbinen und dergleichen angetrieben werden. Des Weiteren kommen auch Anwendungen im maritimen Bereich in Betracht, d. h. auf Schiffen. Zudem ist die Abwärmenutzungsanordnung 1 und deren Abwärmenutzungsvorrichtung 2 auch zur Anwendung in Fahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen, geeignet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abwärmenutzungsanordnung
- 2
- Abwärmenutzungsvorrichtung
- 3
- Wärmekraftmaschine
- 4
- Rankine-Kreislauf
- 5
- Fördereinrichtung
- 6
- erster Verdampfer
- 7
- Expander
- 8
- Kondensator
- 9
- Phasentrennungseinrichtung
- 9.1
- Gasphasenbereich
- 9.2
- Flüssigphasenbereich
- 10
- Saugstrahlfördereinrichtung
- 10.1
- Treibmediumeingang
- 10.2
- Ausgang
- 10.3
- Saugmediumeingang
- 11
- Nebenkreislauf
- 12
- zweiter Verdampfer
- 13
- Drosselventil
- 14
- Abgasstrang
- 15
- Kühlmittelkreislauf
- P1
- erster Strömungspfeil
- P2
- zweiter Strömungspfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011117058 A1 [0002]
