DE102015009185A1

DE102015009185A1 - Apparatus for recovering energy from waste heat of an internal combustion engine of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102015009185A1
Application number: DE102015009185.9A
Authority: DE
Inventors: Ottmar Gehring; Christian Gürlich; Wilhelmus Kok; Steffen Maus; Axel Zuschlag
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2016-01-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Rückgewinnung von Energie aus Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine (12) eines Kraftwagens, mit einer Energierückgewinnungseinrichtung (18), welche einen von einem Arbeitsmedium, mittels welchem zur Rückgewinnung von Energie ein thermodynamischer Kreisprozess durchführbar ist, durchströmbaren Rückgewinnungskreislauf (20) und eine in dem Rückgewinnungskreislauf (20) angeordnete Expansionseinrichtung (22) aufweist, und mit wenigstens einer Pumpe (26) zum Fördern des Arbeitsmediums, wobei die Verbrennungskraftmaschine (12) und wenigstens ein Kühler (24) zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine (12) fluidisch mit dem Rückgewinnungskreislauf (20) gekoppelt und von dem Arbeitsmedium durchströmbar sind, wobei wenigstens eine zweite Pumpe (28) zum Fördern des Arbeitsmediums vorgesehen ist.The invention relates to a device (10) for recovering energy from waste heat of an internal combustion engine (12) of a motor vehicle, having an energy recovery device (18) which can be flowed through by a recovery medium (by means of which a thermodynamic cyclic process can be carried out for recovering energy) (FIG. 20) and in the recovery circuit (20) arranged expansion device (22), and with at least one pump (26) for conveying the working medium, wherein the internal combustion engine (12) and at least one cooler (24) for cooling the internal combustion engine (12) fluidly coupled to the recovery circuit (20) and can be flowed through by the working medium, wherein at least one second pump (28) is provided for conveying the working medium.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie aus Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 beziehungsweise 4.The invention relates to a device for recovering energy from waste heat of an internal combustion engine of a motor vehicle according to the preamble of patent claims 1 and 4, respectively.

Eine solche Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie aus Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens ist beispielsweise bereits der DE 10 2008 005 040 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Vorrichtung umfasst eine Energierückgewinnungseinrichtung, welche einen von einem Arbeitsmedium durchströmbaren Rückgewinnungskreislauf aufweist. Mittels des Arbeitsmediums ist zur Rückgewinnung von Energie aus der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine ein thermodynamischer Kreisprozess, beispielsweise der Rankine-Kreisprozess, durchführbar. Dieser Rankine-Kreisprozess wird üblicherweise auch als Clausius-Rankine-Kreisprozess bezeichnet. Die Energierückgewinnungseinrichtung weist ferner eine in dem Rückgewinnungskreislauf angeordnete Expansionseinrichtung auf, mittels welcher das Arbeitsmedium expandiert wird. Die Expansionseinrichtung wird auch als Expander bezeichnet und ist beispielsweise als eine Turbine ausgebildet, welche unter Entspannen beziehungsweise Expandieren des Arbeitsmediums antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird.Such a device for recovering energy from waste heat of an internal combustion engine of a motor vehicle is already the example DE 10 2008 005 040 A1 to be known as known. The device comprises an energy recovery device, which has a recoverable from a working medium recovery circuit. By means of the working medium is for recovering energy from the waste heat of the internal combustion engine, a thermodynamic cycle, such as the Rankine cycle, feasible. This Rankine cycle is commonly referred to as the Clausius-Rankine cycle. The energy recovery device further comprises an expansion device arranged in the recovery circuit, by means of which the working medium is expanded. The expansion device is also referred to as an expander and is designed, for example, as a turbine which can be driven or driven while the working medium is being expanded or expanded.

Ferner umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Pumpe, mittels welcher das Arbeitsmedium gefördert wird beziehungsweise zu fördern ist. Dabei sind die Verbrennungskraftmaschine und wenigstens ein Kühler zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine fluidisch mit dem Rückgewinnungskreislauf gekoppelt und somit von dem Arbeitsmedium durchströmbar. Hierdurch kann beispielsweise ein Wärmeübergang von der Verbrennungskraftmaschine an das Arbeitsmedium erfolgen, wodurch die Verbrennungskraftmaschine gekühlt und das Arbeitsmedium erwärmt wird.Furthermore, the device comprises at least one pump, by means of which the working medium is conveyed or is to be conveyed. In this case, the internal combustion engine and at least one cooler for cooling the internal combustion engine are fluidically coupled to the recovery circuit and thus can be flowed through by the working medium. As a result, for example, a heat transfer from the internal combustion engine to the working medium, whereby the internal combustion engine is cooled and the working fluid is heated.

Ferner kann ein Wärmeübergang von dem den Kühler durchströmenden Arbeitsmedium an den Kühler und beispielsweise von dem Kühler an ein den Kühler umgebendes, insbesondere umströmendes, Medium wie beispielsweise Luft erfolgen, wodurch das Arbeitsmedium gekühlt wird. In der Folge ist die Verbrennungskraftmaschine mittels des Kühlers zu kühlen. Der Kühler ist dabei beispielsweise ein Wärmetauscher.Furthermore, heat transfer from the working medium flowing through the cooler to the cooler and, for example, from the cooler to a medium surrounding the cooler, in particular flowing around it, such as, for example, air can take place, whereby the working medium is cooled. As a result, the internal combustion engine is to be cooled by means of the cooler. The cooler is for example a heat exchanger.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhafte Rückgewinnung von Energie realisieren lässt.Object of the present invention is to develop a device of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous recovery of energy can be realized.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a device having the features of patent claim 1 and by a device having the features of patent claim 4. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie aus Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Rückgewinnung von Energie darstellbar ist, ist wenigstens eine zweite Pumpe zum Fördern des Arbeitsmediums vorgesehen. Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn wenigstens eine dritte Pumpe zum Fördern des Arbeitsmediums vorgesehen ist.In order to develop a device for recovering energy from waste heat of an internal combustion engine of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1 such that a particularly advantageous recovery of energy can be represented, at least a second pump for conveying the working medium is provided. Furthermore, it has proven to be particularly advantageous if at least a third pump is provided for conveying the working medium.

Durch die fluidische Verbindung der Verbrennungskraftmaschine und des Kühlers mit dem Rückgewinnungskreislauf kann ferner im Gegensatz zu einer fluidischen Trennung ein insbesondere als Kondensator fungierender Wärmetauscher eingespart werden, sodass die Teileanzahl, das Gewicht und der Bauraumbedarf der Vorrichtung gering gehalten werden können. Da ferner sowohl der Rückgewinnungskreislauf als auch die Verbrennungskraftmaschine von dem Arbeitsmedium durchströmt werden können, kann durch die Abwärme der Verbrennungskraftmaschine das Arbeitsmedium für den thermodynamischen Kreisprozess vorgewärmt werden. Als der thermodynamische Kreisprozess wird beispielsweise ein Rankine-Prozess mittels des Arbeitsmediums durchgeführt, welches somit beispielsweise als Rankine-Fluid ausgebildet ist. Ferner birgt die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, dass das Arbeitsmedium zumindest in bestimmten Situationen nach der Expansionseinrichtung weiter heruntergekühlt werden kann als dies in einem in sich geschlossenen System möglich ist. Ferner können bei geeigneter Verschaltung Pumpen eingespart werden. Darüber hinaus kann durch den Einsatz von wenigstens zwei Pumpen eine bedarfsgerechte Förderung des Arbeitsmediums realisiert werden.As a result of the fluidic connection of the internal combustion engine and the cooler with the recovery circuit, in contrast to a fluidic separation, a heat exchanger functioning in particular as a condenser can be saved, so that the number of parts, the weight and the space requirement of the device can be kept low. Further, since both the recovery circuit and the internal combustion engine can be flowed through by the working fluid can be preheated by the waste heat of the internal combustion engine, the working fluid for the thermodynamic cycle. As the thermodynamic cycle, for example, a Rankine process is performed by means of the working medium, which is thus designed, for example, as a Rankine fluid. Furthermore, the device according to the invention has the advantage that the working medium can be cooled down further, at least in certain situations after the expansion device than is possible in a self-contained system. Furthermore, pumps can be saved with suitable interconnection. In addition, can be realized by the use of at least two pumps needs-based promotion of the working medium.

Um eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 4 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Rückgewinnung von Energie aus Abwärme der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine und der Kühler in einem fluidisch mit dem Rückgewinnungskreislauf verbundenen und parallel zum Rückgewinnungskreislauf angeordneten und somit parallel zum Rückgewinnungskreislauf von dem Arbeitsmedium durchströmbaren Kühlkreislauf angeordnet sind. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Durch die parallele Anordnung des Rückgewinnungskreislaufs und des Kühlkreislaufs und durch deren fluidische Kopplung können die Teileanzahl, der Bauraumbedarf, das Gewicht und die Kosten der Vorrichtung besonders gering gehalten werden, da beispielsweise bis zu zwei Pumpen im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen eingespart werden können. Darüber hinaus kann ein als Kondensator fungierender Wärmetauscher eingespart werden.In order to develop a device specified in the preamble of claim 4 type such that a particularly advantageous recovery of energy from waste heat of the internal combustion engine can be realized, it is inventively provided that the internal combustion engine and the radiator in a fluidically connected to the recovery circuit and parallel to the recovery cycle arranged and thus arranged parallel to the recovery cycle of the working medium can be flowed through the cooling circuit. Advantages and advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the second aspect of the invention, and vice versa. Due to the parallel arrangement of the recovery circuit and the cooling circuit and by their fluidic coupling, the number of parts, the space requirement, the weight and the cost of the device can be kept particularly low because, for example, up to two pumps can be saved compared to conventional devices. In addition, a functioning as a condenser heat exchanger can be saved.

Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei gezeigt, wenn in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums durch den Kühlkreislauf zwischen jeweiligen Verbindungsstellen, an denen der Rückgewinnungskreislauf mit dem Kühlkreislauf fluidisch verbunden ist, ein Drosselelement, insbesondere ein Drosselventil, angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Drosselelement als einstellbares Drosselelement ausgebildet, dessen von dem Arbeitsmedium durchströmbarer Strömungsquerschnitt variabel einstellbar ist.It has proven to be particularly advantageous if a throttle element, in particular a throttle valve, is arranged in the direction of flow of the working medium through the cooling circuit between respective connection points at which the recovery circuit is fluidically connected to the cooling circuit. Preferably, the throttle element is designed as an adjustable throttle element whose flow cross-section through which the working fluid can flow is variably adjustable.

Hintergrund der Erfindung ist, dass als Abwärmerückgewinnungssysteme ausgebildete Vorrichtungen für Kraftfahrzeuge üblicherweise über vier Hauptkomponenten verfügen. Ein solches Abwärmerückgewinnungssystem nutzt einen thermodynamischen Kreisprozess, insbesondere einen Rankine-Zyklus oder Rankine-Prozess, um Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine zu nutzen und aus der Abwärme Energie rückzugewinnen. Dabei wird der thermodynamische Kreisprozess mittels des Arbeitsmediums durchgeführt. Eine erste der vier Hauptkomponenten ist eine Pumpe, mittels welcher das Arbeitsmedium gefördert und insbesondere verdichtet wird. Eine zweite der Hauptkomponenten ist ein Verdampfer, mittels welchem das Medium verdampft und gegebenenfalls überhitzt wird. Eine dritte der Hauptkomponenten ist eine Expansionseinrichtung insbesondere in Form einer Expansionsmaschine, mittels welcher das Arbeitsmedium expandiert wird. Die vierte Hauptkomponente ist beispielsweise ein als Kondensator fungierender Wärmetauscher, mittels welchem das Arbeitsmedium wieder kondensiert wird, um es erneut der Pumpe zuzuführen. Üblicherweise ist der thermodynamische Kreisprozess in sich geschlossen, das heißt das Arbeitsmedium hat keinen Kontakt mit anderen Komponenten oder Flüssigkeitskreisläufen des Kraftwagens. Insbesondere ist es üblicherweise vorgesehen, dass der Rückgewinnungskreislauf von dem Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine getrennt ist. In diesem Fall gibt es als Schnittstellen Wärmetauscher in Form des Verdampfers und des Kondensators sowie über die Expansionseinrichtung eine elektrische beziehungsweise mechanische Rückkopplung der aus der Abwärme gewonnenen Energie in den Kraftwagen beziehungsweise in andere Komponenten des Kraftwagens. Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist nun, den Rückgewinnungskreislauf mit dem Kühlkreislauf des Kraftwagens zu koppeln. Dies bedeutet, es gibt keine Trennung von Arbeitsfluiden durch einen Wärmetauscher beziehungsweise der Rückgewinnungskreislauf und der Kühlkreislauf verwenden denselben Wärmetauscher. Dies hat zur Folge, dass im Rückgewinnungskreislauf und im Kühlkreislauf dasselbe Arbeitsmedium zum Einsatz kommt beziehungsweise zirkuliert. Somit können der Kühlkreislauf und der Rückgewinnungskreislauf einen gemeinsamen und insbesondere als Kondensator beziehungsweise Kühler wirkenden Wärmetauscher nutzen, sodass ein zusätzlicher, dezidierter Kondensator für den Rückgewinnungskreislauf nicht mehr notwendig ist.Background of the invention is that devices designed as waste heat recovery systems for motor vehicles usually have four main components. Such a waste heat recovery system utilizes a thermodynamic cycle, in particular a Rankine cycle or Rankine process, to utilize waste heat from an internal combustion engine and recover energy from the waste heat. The thermodynamic cycle is carried out by means of the working medium. A first of the four main components is a pump, by means of which the working medium is conveyed and in particular compressed. A second of the main components is an evaporator, by means of which the medium is evaporated and optionally superheated. A third of the main components is an expansion device, in particular in the form of an expansion machine, by means of which the working medium is expanded. The fourth main component is, for example, a heat exchanger acting as a condenser, by means of which the working medium is condensed again in order to supply it again to the pump. Usually, the thermodynamic cycle is self-contained, that is, the working medium has no contact with other components or fluid circuits of the motor vehicle. In particular, it is usually provided that the recovery cycle is separated from the cooling circuit of the internal combustion engine. In this case, there are as interfaces heat exchanger in the form of the evaporator and the condenser as well as the expansion device, an electrical or mechanical feedback of the energy recovered from the waste heat in the car or in other components of the motor vehicle. The idea underlying the invention is now to couple the recovery cycle with the cooling circuit of the motor vehicle. This means that there is no separation of working fluids through a heat exchanger or the recovery circuit and the cooling circuit use the same heat exchanger. As a result, the same working medium is used or circulated in the recovery cycle and in the cooling circuit. Thus, the cooling circuit and the recovery circuit can use a common and acting in particular as a condenser or cooler heat exchanger, so that an additional, dedicated condenser for the recovery cycle is no longer necessary.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zur Rückgewinnung von Energie aus Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einer Energierückgewinnungseinrichtung, welche einen von einem Arbeitsmedium, mittels welchem zur Rückgewinnung von Energie ein thermodynamischer Kreisprozess durchführbar ist, durchströmbaren Rückgewinnungskreislauf und eine in dem Rückgewinnungskreislauf angeordnete Expansionseinrichtung aufweist, wobei die Verbrennungskraftmaschine und wenigstens ein Kühler zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine fluidisch mit dem Rückgewinnungskreislauf gekoppelt und von dem Arbeitsmedium durchströmbar sind, und wobei zwei Pumpen zum Fördern des Arbeitsmediums vorgesehen sind; 1 a schematic representation of an apparatus according to a first embodiment for recovering energy from waste heat of an internal combustion engine of a motor vehicle, with an energy recovery device, which is one of a working medium, by means of which to recover energy a thermodynamic cyclic process can be performed, flowed through the recovery circuit and arranged in the recovery circuit Expansion device, wherein the internal combustion engine and at least one cooler for cooling the internal combustion engine fluidly coupled to the recovery circuit and are flowed through by the working medium, and wherein two pumps are provided for conveying the working medium;

2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei drei Pumpen zum Fördern des Arbeitsmediums vorgesehen sind; und 2 a schematic representation of the device according to a second embodiment, wherein three pumps are provided for conveying the working medium; and

3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei genau eine Pumpe zum Fördern des Arbeitsmediums vorgesehen ist. 3 a schematic representation of the device according to a third embodiment, wherein exactly one pump for conveying the working medium is provided.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zur Gewinnung von Energie aus Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine 12 eines Kraftwagens. Der Kraftwagen ist beispielsweise als Personenkraftwagen oder Nutzkraftwagen ausgebildet und von der Verbrennungskraftmaschine 12 antreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine 12 umfasst ein Zylindergehäuse 14 mit einer Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern 16, in denen Verbrennungsvorgänge ablaufen. Das Zylindergehäuse 14 weist einen in 1 nicht erkennbaren Wassermantel auf, welcher von einem Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmbar ist. 1 shows a schematic representation of a generally designated 10 device according to a first embodiment for recovering energy from waste heat of an internal combustion engine 12 a motor vehicle. The motor vehicle is designed for example as a passenger car or commercial vehicle and of the internal combustion engine 12 drivable. The internal combustion engine 12 includes a cylinder housing 14 with a plurality of combustion chambers in the form of cylinders 16 in which combustion processes take place. The cylinder housing 14 has an in 1 unrecognizable water jacket, which can be flowed through by a cooling medium, in particular a cooling liquid.

Die Vorrichtung 10 weist eine Energierückgewinnungseinrichtung 18 auf, mittels welcher Energie aus Abwärme der Verbrennungskraftmaschine 12 rückgewonnen werden kann. Hierzu umfasst die Energierückgewinnungseinrichtung 18 einen von einem Arbeitsmedium durchströmbaren Rückgewinnungskreislauf 20. Mittels des zuvor genannten Arbeitsmediums ist zur Rückgewinnung von Energie aus der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine 12 ein thermodynamischer Kreisprozess insbesondere in Form eines Rankine-Prozesses durchführbar, sodass das Arbeitsmedium als Rankine-Fluid oder Rankine-Medium ausgebildet ist. Die Energierückgewinnungseinrichtung 18 umfasst eine in dem Rückgewinnungskreislauf 20 angeordnete Expansionseinrichtung 22, welche auch als Expander oder Expansionsmaschine bezeichnet wird. Beispielsweise ist die Expansionseinrichtung 22 eine Turbine, mittels welcher das Arbeitsmedium unter Antreiben der Turbine entspannt beziehungsweise expandiert wird. Mit anderen Worten wird die Turbine mittels des Arbeitsmediums angetrieben, wodurch das Arbeitsmedium entspannt wird. Mittels der Turbine wird somit in dem Arbeitsmedium enthaltene Energie rückgewonnen und dabei in mechanische Energie umgewandelt, wobei die Turbine diese mechanische Energie, insbesondere über eine Welle, bereitstellen kann. Über die Welle ist beispielsweise ein Generator mittels der mechanischen Energie antreibbar, sodass mittels des Generators zumindest ein Teil der bereitgestellten mechanischen Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Turbine wird dabei mittels des Arbeitsmediums in einem Zustand des Arbeitsmediums angetrieben, wobei dieser Zustand durch Abwärme der Verbrennungskraftmaschine 12 herbeigeführt wird. Dadurch kann zumindest ein Teil der Abwärme in elektrische Energie umgewandelt werden.The device 10 has an energy recovery device 18 on, by means of which energy from waste heat of the internal combustion engine 12 can be recovered. This includes the energy recovery device 18 a flow-through from a working medium recovery circuit 20 , By means of the aforementioned working medium is for the recovery of energy from the waste heat of the internal combustion engine 12 a thermodynamic cycle in particular in the form of a Rankine process feasible, so that the working medium is designed as a Rankine fluid or Rankine medium. The energy recovery device 18 includes one in the recovery cycle 20 arranged expansion device 22 , which is also referred to as an expander or expansion machine. For example, the expansion device 22 a turbine, by means of which the working medium is expanded or expanded while driving the turbine. In other words, the turbine is driven by means of the working medium, whereby the working medium is expanded. By means of the turbine thus contained in the working medium energy is recovered and thereby converted into mechanical energy, the turbine can provide this mechanical energy, in particular via a shaft. For example, a generator can be driven by means of the mechanical energy via the shaft, so that at least part of the mechanical energy provided is converted into electrical energy by means of the generator. The turbine is driven by the working medium in a state of the working medium, this state by waste heat of the internal combustion engine 12 is brought about. As a result, at least part of the waste heat can be converted into electrical energy.

Die Vorrichtung 10 umfasst ferner die Verbrennungskraftmaschine 12 sowie einen Kühler, welcher als Fahrzeugkühler 24 bezeichnet wird. Aus 1 ist erkennbar, dass die Verbrennungskraftmaschine 12, insbesondere das Zylindergehäuse 14, und der Fahrzeugkühler 24 mit dem Rückgewinnungskreislauf 20 fluidisch verbunden und demzufolge von dem Arbeitsmedium durchströmbar sind. Der Fahrzeugkühler 24 ist beispielsweise ein Wärmetauscher und von dem Arbeitsmedium durchströmbar. Durchströmt das Arbeitsmedium die Verbrennungskraftmaschine 12, insbesondere das Zylindergehäuse 14 und beispielsweise den genannten Kühlmantel, so kann ein Wärmeübergang von der Verbrennungskraftmaschine 12, insbesondere dem Zylindergehäuse 14, an das Arbeitsmedium erfolgen. Hierdurch wird die Verbrennungskraftmaschine 12 gekühlt und das Arbeitsmedium erwärmt. Ferner kann ein Wärmeübergang von dem Arbeitsmedium an den Fahrzeugkühler 24 und von dem Fahrzeugkühler 24 an ein den Fahrzeugkühler 24 umgebendes, insbesondere umströmendes, Medium wie beispielsweise Luft erfolgen, sodass das Arbeitsmedium mittels des Fahrzeugkühlers 24 gekühlt wird. In der Folge ist es möglich, mittels des Fahrzeugkühlers 24 die Verbrennungskraftmaschine 12 zu kühlen.The device 10 further includes the internal combustion engine 12 and a radiator, which as a vehicle radiator 24 referred to as. Out 1 it can be seen that the internal combustion engine 12 , in particular the cylinder housing 14 , and the vehicle radiator 24 with the recovery cycle 20 fluidly connected and therefore can be flowed through by the working medium. The vehicle radiator 24 For example, a heat exchanger and can be flowed through by the working medium. The working medium flows through the internal combustion engine 12 , in particular the cylinder housing 14 and, for example, the said cooling jacket, so can a heat transfer from the internal combustion engine 12 , in particular the cylinder housing 14 , done to the working medium. As a result, the internal combustion engine 12 cooled and heated the working medium. Furthermore, a heat transfer from the working fluid to the vehicle radiator 24 and from the vehicle radiator 24 to a vehicle radiator 24 surrounding, in particular flowing around, medium such as air, so that the working medium by means of the vehicle radiator 24 is cooled. As a result, it is possible by means of the vehicle radiator 24 the internal combustion engine 12 to cool.

Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine erste Pumpe 26, welche vorliegend der Energierückgewinnungseinrichtung 18 zugeordnet und dabei im Rückgewinnungskreislauf 20 angeordnet ist. Mittels der ersten Pumpe 26 wird das Arbeitsmedium gefördert und insbesondere verdichtet. Um eine besonders vorteilhafte Rückgewinnung von Energie zu realisieren, umfasst die Vorrichtung 10 eine zweite Pumpe 28 zum Fördern des Arbeitsmediums. Die Verbrennungskraftmaschine 12 und der Fahrzeugkühler 24 sind dabei in einem fluidisch mit dem Rückgewinnungskreislauf 20 verbundenen und parallel zum Rückgewinnungskreislauf 20 angeordneten und demzufolge parallel zum Rückgewinnungskreislauf 20 von dem Arbeitsmedium durchströmbaren Kühlkreislauf 30 der Vorrichtung 10 angeordnet. Die zweite Pumpe 28 ist dabei in dem Kühlkreislauf 30 angeordnet und dient dem Fördern des Arbeitsmediums durch den Kühlkreislauf 30. Aus 1 ist erkennbar, dass der Rückgewinnungskreislauf 20 an Verbindungsstellen V1 und V2 fluidisch mit dem Kühlkreislauf 30 verbunden ist.The device 10 further includes a first pump 26 , which in this case the energy recovery device 18 assigned and thereby in the recovery cycle 20 is arranged. By means of the first pump 26 the working medium is conveyed and in particular compressed. In order to realize a particularly advantageous recovery of energy, the device comprises 10 a second pump 28 for conveying the working medium. The internal combustion engine 12 and the vehicle radiator 24 are in fluidic with the recovery circuit 20 connected and parallel to the recovery cycle 20 arranged and therefore parallel to the recovery circuit 20 from the working medium flow-through cooling circuit 30 the device 10 arranged. The second pump 28 is doing in the cooling circuit 30 arranged and serves to convey the working fluid through the cooling circuit 30 , Out 1 it can be seen that the recovery cycle 20 at connection points V1 and V2 fluidly with the cooling circuit 30 connected is.

Das Arbeitsmedium, welches auch als Arbeitsfluid bezeichnet wird, wird mittels der zweiten Pumpe 28 zunächst durch den Fahrzeugkühler 24 gefördert, um das Arbeitsfluid mittels des Fahrzeugkühlers 24 zu kühlen. Danach dient das Arbeitsmedium der Kühlung der Verbrennungskraftmaschine 12. Mit anderen Worten strömt das Arbeitsmedium durch die Verbrennungskraftmaschine 12, nachdem es durch den Fahrzeugkühler 24 geströmt ist. Dies bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine 12, insbesondere das Zylindergehäuse 14 beziehungsweise der Kühlmantel, in Strömungsrichtung des Fluids durch den Kühlkreislauf 30 stromab des Fahrzeugkühlers 24 angeordnet ist. Stromab der Verbrennungskraftmaschine 12 wird der gesamte Massenstrom des Arbeitsmediums oder lediglich ein Teilmassenstrom beziehungsweise ein Teil des Arbeitsmediums dem Rückgewinnungskreislauf 20 und somit der Energierückgewinnungseinrichtung 18 zugeführt. Dies bedeutet, dass das Arbeitsmedium an der stromab der zweiten Pumpe 28 angeordneten Verbindungsstelle V2 aus dem Kühlkreislauf 30 aus- und in den Rückgewinnungskreislauf 20 einströmt. Stromab der Verbindungsstelle V2 ist die erste Pumpe 26 angeordnet. Stromab der Pumpe 26 ist in dem Rückgewinnungskreislauf 20 ein Verdampfer 32 der Energierückgewinnungseinrichtung 18 angeordnet, wobei das Arbeitsmedium mittels des Verdampfers 32 verdampft und gegebenenfalls überhitzt wird. In diesem Zustand kann die Turbine besonders vorteilhaft mittels des Arbeitsmediums angetrieben werden. Stromab des Verdampfers 32 ist die Expansionseinrichtung 22 angeordnet, mittels welcher das Arbeitsmedium expandiert beziehungsweise entspannt wird. Nachdem das Arbeitsmedium den Rankine-Prozess durchlaufen hat, wird es wieder direkt dem Kühlkreislauf 30 des Kraftwagens zugeführt. Dies bedeutet, dass die Verbindungsstelle V1 in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums durch den Rückgewinnungskreislauf 20 stromab der Expansionseinrichtung 22 angeordnet ist, sodass das Arbeitsmedium nach der Expansionseinrichtung 22 an der Verbindungsstelle V1 wieder in den Kühlkreislauf 30 einströmt. Dabei strömt das aus dem Rückgewinnungskreislauf 20 kommende Arbeitsmedium nach der Verbindungsstelle V1 durch den Fahrzeugkühler 24 und wird mittels des Fahrzeugkühlers 24 gekühlt und dabei vorzugsweise kondensiert, sodass der Fahrzeugkühler 24 als Kondensator fungiert.The working medium, which is also referred to as working fluid, by means of the second pump 28 first through the vehicle radiator 24 promoted to the working fluid by means of the vehicle radiator 24 to cool. Thereafter, the working medium of the cooling of the internal combustion engine 12 , In other words, the working fluid flows through the internal combustion engine 12 after passing through the vehicle radiator 24 has flowed. This means that the internal combustion engine 12 , in particular the cylinder housing 14 or the cooling jacket, in the flow direction of the fluid through the cooling circuit 30 downstream of the vehicle radiator 24 is arranged. Downstream of the internal combustion engine 12 is the total mass flow of the working medium or only a partial mass flow or a part of the working medium the recovery circuit 20 and thus the energy recovery device 18 fed. This means that the working fluid is at the downstream of the second pump 28 arranged connection point V2 from the cooling circuit 30 off and into the recovery cycle 20 flows. Downstream of junction V2 is the first pump 26 arranged. Downstream of the pump 26 is in the recovery cycle 20 an evaporator 32 the energy recovery device 18 arranged, wherein the working medium by means of the evaporator 32 evaporated and optionally superheated. In this state, the turbine can be driven by the working medium particularly advantageous. Downstream of the evaporator 32 is the expansion device 22 arranged, by means of which the working medium is expanded or relaxed. After the working medium has passed through the Rankine process, it is again directly to the cooling circuit 30 supplied to the motor vehicle. This means that the connection point V1 in the flow direction of the working medium through the recovery circuit 20 downstream of the expansion device 22 is arranged so that the working fluid after the expansion device 22 at the junction V1 back into the cooling circuit 30 flows. This flows from the recovery circuit 20 coming working fluid to the junction V1 through the vehicle radiator 24 and is by means of the vehicle radiator 24 cooled and preferably condensed, so that the vehicle radiator 24 acts as a capacitor.

In einer anderen Ausführungsform kann das Arbeitsmedium erst den Rankine-Prozess durchlaufen beziehungsweise erst der Energierückgewinnungseinrichtung 18 zugeführt werden und erst danach zur Kühlung der Verbrennungskraftmaschine 12 verwendet werden. Dies erscheint jedoch energetisch ungünstiger als der zuvor beschriebene Ablauf.In another embodiment, the working medium may first pass through the Rankine process or first the energy recovery device 18 be supplied and only then for cooling the internal combustion engine 12 be used. However, this appears energetically less favorable than the procedure described above.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung 10. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der ersten Ausführungsform, dass zusätzlich zu den Pumpen 26 und 28 eine dritte Pumpe 34 zum Fördern des Arbeitsmediums vorgesehen ist. Die dritte Pumpe 34 ist beispielsweise eine Zusatzpumpe für den Kühlkreislauf 30 und kann das Fördern des Arbeitsmediums unterstützen. 2 shows a second embodiment of the device 10 , The second embodiment differs in particular from the first embodiment that in addition to the pumps 26 and 28 a third pump 34 is provided for conveying the working medium. The third pump 34 is for example an additional pump for the cooling circuit 30 and can assist in conveying the working fluid.

Schließlich zeigt 3 eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung 10. Bei der dritten Ausführungsform ist genau eine Pumpe in Form der im Kühlkreislauf 30 angeordneten Pumpe 28 vorgesehen. Ferner ist in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums, insbesondere durch den Kühlkreislauf 30, zwischen den Verbindungsstellen V1 und V2 ein Drosselelement in Form eines Drosselventils 36 angeordnet. Das Drosselventil 36 ist als regelbare Drossel ausgebildet und weist einen von dem Arbeitsmedium durchströmbaren und variabel einstellbaren Strömungsquerschnitt auf. Insgesamt ist aus 1 bis 3 erkennbar, dass sich mittels der Vorrichtung 10 eine besonders effektive und effiziente Energierückgewinnung mit einer nur geringen Teileanzahl realisieren lässt, sodass der Bauraumbedarf, die Kosten und das Gewicht der Vorrichtung 10 besonders gering gehalten werden können.Finally shows 3 a third embodiment of the device 10 , In the third embodiment, exactly one pump is in the form of the one in the cooling circuit 30 arranged pump 28 intended. Furthermore, in the flow direction of the working medium, in particular by the cooling circuit 30 , between the connection points V1 and V2, a throttle element in the form of a throttle valve 36 arranged. The throttle valve 36 is designed as a controllable throttle and has a flow-through of the working medium and variably adjustable flow cross-section. Overall is off 1 to 3 recognizable that by means of the device 10 To realize a particularly effective and efficient energy recovery with only a small number of parts, so that the space requirement, the cost and the weight of the device 10 can be kept very low.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Vorrichtungcontraption
1212: VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
1414: Zylindergehäusecylinder housing
1616: Zylindercylinder
1818: EnergierückgewinnungseinrichtungEnergy recovery device
2020: RückgewinnungskreislaufRecovery cycle
2222: Expansionseinrichtungexpander
2424: Fahrzeugkühlervehicle radiator
2626: erste Pumpefirst pump
2828: zweite Pumpesecond pump
3030: KühlkreislaufCooling circuit
3232: VerdampferEvaporator
3434: dritte Pumpethird pump
3636: Drosselventilthrottle valve
V1V1: Verbindungsstellejunction
V2V2: Verbindungsstellejunction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008005040 A1 [0002]

Claims

Contraption ( 10 ) for recovering energy from waste heat of an internal combustion engine ( 12 ) of a motor vehicle, with an energy recovery device ( 18 ), which one of a working medium, by means of which for the recovery of energy, a thermodynamic cycle is feasible durchströmbaren recovery circuit ( 20 ) and one in the recovery cycle ( 20 ) arranged expansion device ( 22 ), and with at least one pump ( 26 ) for conveying the working medium, wherein the internal combustion engine ( 12 ) and at least one cooler ( 24 ) for cooling the internal combustion engine ( 12 ) fluidly with the recovery circuit ( 20 ) and can be flowed through by the working medium, characterized in that at least one second pump ( 28 ) is provided for conveying the working medium.

Contraption ( 10 ) according to claim 1, characterized in that a third pump ( 34 ) is provided for conveying the working medium.

Contraption ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the energy recovery device ( 18 ) at least one of the internal combustion engine ( 12 ) and in the recovery cycle ( 20 ) arranged evaporator ( 32 ) having.

Contraption ( 10 ) for recovering energy from waste heat of an internal combustion engine ( 12 ) of a motor vehicle, with an energy recovery device ( 18 ), which is one of a working medium, by means of which for the recovery of energy a thermodynamic cyclic process can be performed, flowed through recovery circuit ( 20 ) and one in the recovery cycle ( 20 ) arranged expansion device ( 22 ), and with a pump ( 26 ) for conveying the working medium, wherein the internal combustion engine ( 12 ) and at least one cooler ( 24 ) for cooling the internal combustion engine ( 12 ) fluidly with the recovery circuit ( 20 ) and can be flowed through by the working medium, characterized in that the internal combustion engine ( 12 ) and the radiator ( 24 ) in a fluidic with the recovery circuit ( 20 ) and parallel to the recovery cycle ( 20 ) can be flowed through by the working fluid cooling circuit ( 30 ) are arranged.

Contraption ( 10 ) according to claim 4, characterized in that in the flow direction of the working medium through the cooling circuit ( 30 ) between respective connection points (V1, V2) at which the recovery circuit ( 20 ) with the cooling circuit ( 30 ) is fluidically connected, a throttle element, in particular a throttle valve ( 36 ) is arranged.

Contraption ( 10 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the pump ( 26 ) in the cooling circuit ( 30 ) is arranged.

Contraption ( 10 ) according to one of claims 4 to 6, characterized in that at least one second pump ( 28 ) is provided for conveying the working medium.

Contraption ( 10 ) according to claim 7, characterized in that a third pump ( 34 ) is provided for conveying the working medium.

Contraption ( 10 ) according to one of claims 4 to 8, characterized in that the energy recovery device ( 18 ) at least one of the internal combustion engine ( 12 ) and in the recovery cycle ( 20 ) arranged evaporator ( 32 ) having.