DE102015112704A1

DE102015112704A1 - Steam cycle

Info

Publication number: DE102015112704A1
Application number: DE102015112704.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Bucher; Michael Hötger
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-08-04
Also published as: DE102015112704B4

Abstract

Ein Dampfkreisprozess mit einem Hochdruckbereich und einem Niederdruckbereich enthaltend eine Pumpe zum Erzeugen eines erhöhten Arbeitsmittel-Drucks im Hochdruckbereich; einen im Hochdruckbereich angeordneten Dampferzeuger zur Erzeugung von energiereichem Arbeitsmitteldampf; eine Expansionsmaschine zur Expansion des Arbeitsmitteldampfes unter Arbeitsleistung auf den Druck des Niederdruckbereichs; einen im Niederdruckbereich angeordneten Kondensator zum Kondensieren des expandierten Arbeitsmitteldampfes; und ein im Niederdruckbereich angeordnetes Arbeitsmittelreservoir; gekennzeichnet, durch ein Sicherheitsventil, über welches Arbeitsmittel abgeführt werden kann; und ein Auffangmittel für abgeführtes Arbeitsmittel, welches zusätzlich zu dem Arbeitsmittel auch den überwiegenden Teil der Energie des abgeführten Arbeitsmittels auffängt.A steam cycle having a high pressure region and a low pressure region including a pump for generating an increased working fluid pressure in the high pressure region; a steam generator arranged in the high-pressure area for generating high-energy medium vapor; an expansion machine for expanding the working fluid vapor under work to the pressure of the low pressure region; a low pressure area condenser for condensing the expanded working medium vapor; and a working medium reservoir arranged in the low-pressure region; characterized by a safety valve, via which working fluid can be removed; and a collecting means for discharged working fluid, which in addition to the working fluid also absorbs the majority of the energy of the discharged working fluid.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die Erfindung betrifft einen Dampfkreisprozess mit einem Hochdruckbereich und einem Niederdruckbereich enthaltend

(a) eine Pumpe zum Erzeugen eines erhöhten Arbeitsmittel-Drucks im Hochdruckbereich;
(b) einen im Hochdruckbereich angeordneten Dampferzeuger zur Erzeugung von energiereichem Arbeitsmitteldampf;
(c) eine Expansionsmaschine zur Expansion des Arbeitsmitteldampfes unter Arbeitsleistung auf den Druck des Niederdruckbereichs;
(d) einen im Niederdruckbereich angeordneten Kondensator zum Kondensieren des expandierten Arbeitsmitteldampfes; und
(e) ein im Niederdruckbereich angeordnetes Arbeitsmittelreservoir.

The invention relates to a steam cycle process comprising a high-pressure region and a low-pressure region

(A) a pump for generating an increased working fluid pressure in the high pressure region;
(b) a steam generator arranged in the high-pressure area for generating high-energy medium vapor;
(c) an expansion machine for expanding the working fluid vapor under operating power to the pressure of the low pressure region;
(d) a low pressure area condenser for condensing the expanded working medium vapor; and
(e) a working medium reservoir arranged in the low-pressure region.

Ein solcher Dampfkreisprozess kann beispielsweise die Abwärme eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug nutzen. Ein Dampferzeuger wird mit der Abwärme beaufschlagt. Dabei wird das in dem Dampfkreisprozess umlaufende Arbeitsmittel erwärmt, verdampft und überhitzt. Das heiße und unter hohem Druck stehende Arbeitsmittel wird dann in einer Expansionsmaschine expandiert und leistet Arbeit, die beispielsweise als zusätzlicher Fahrzeugantrieb oder zum Antrieb eines Generators oder einer Klimaanlage genutzt werden kann. Such a steam cycle process can, for example, use the waste heat of an internal combustion engine in a motor vehicle. A steam generator is charged with the waste heat. In this case, the working medium circulating in the steam cycle process is heated, evaporated and superheated. The hot and high pressure work equipment is then expanded in an expansion machine and does work that can be used for example as an additional vehicle drive or to drive a generator or air conditioning.

Üblicherweise wird der Dampferzeuger von einem Wärmeübertrager gebildet, durch welchen ein Arbeitsmittel zur Aufnahme von Wärme leitbar ist. Das Arbeitsmittel liegt in Form eines Fluids vor. Das Fluid, beispielsweise Wasser, wird durch einen oder mehrere Kanäle geleitet, der von einem Heißgasstrom umströmt ist. Der Heißgasstrom kann das heiße Rauchgas eines Brenners sein, bei dem Brennstoff exotherm verbrannt wird, oder die Abwärme eines Verbrennungsmotors. Beim Umströmen der fluiddurchstömten Kanäle wird Wärme auf das Fluid übertragen, wobei dieses verdampft und überhitzt wird. Es hat bei Verlassen des Dampferzeugers ein hohes Druck- und Temperaturniveau in der Größenordnung von einigen hundert °C. Usually, the steam generator is formed by a heat exchanger through which a working fluid for receiving heat can be conducted. The working fluid is in the form of a fluid. The fluid, for example, water, is passed through one or more channels, which is flowed around by a hot gas stream. The hot gas stream may be the hot flue gas of a burner in which fuel is exothermally burned, or the waste heat of an internal combustion engine. As the fluid passages flow around, heat is transferred to the fluid, which is vaporized and overheated. It has a high pressure and temperature level in the order of a few hundred ° C when leaving the steam generator.

In der Expansionsmaschine, beispielsweise einer Axialkolbenmaschine, wird das Arbeitsmittel von dem hohen ersten Druckniveau auf ein niedrigeres zweites Druckniveau unter Arbeitsleistung expandiert. Dabei treiben die Kolben eine Welle an, welche beispielsweise zum Bewegen eines Fahrzeugs dient. Das expandierte Fluid wird in einem Kondensator gekühlt und verflüssigt und dem Fluidkreislauf über eine Pumpe erneut zugeführt. Je höher die Druck- und Temperaturdifferenz, um so höher ist der Wirkungsgrad der Anlage. In the expansion machine, for example an axial piston machine, the working fluid is expanded from the high first pressure level to a lower second pressure level under working power. The pistons drive a shaft, which serves for example for moving a vehicle. The expanded fluid is cooled in a condenser and liquefied and recycled to the fluid circuit via a pump. The higher the pressure and temperature difference, the higher the efficiency of the system.

Als Arbeitsmittel kann Wasser verwendet werden, dessen Dampf unter Abgabe von Arbeit entspannt wird. Es können aber auch beispielsweise organische Arbeitsmittel oder Wasser mit Zusätzen verwendet werden, die wertvoll oder umweltschädlich sein können. Dann ist ein Austreten des Arbeitsmittels unerwünscht. Eine im Dampfkreisprozess hinter der Expansionsmaschine angeordnete Kondensatoranordnung dient zur Verflüssigung des expandierten Arbeitsmittels. Typische Temperaturen des Arbeitsmittels liegen bei einigen hundert °C für den energiereichen Dampfzustand und bei Wasser bei 100°C als Kondenstationstemperatur. Das kondensierte Arbeitsmittel wird einem Arbeitsmittelreservoir zugeführt, wo es ohne Verluste wieder für den Dampfkreisprozess zur Verfügung steht. As a working medium, water can be used, the steam is released while leaving work. But it can also be used, for example, organic work equipment or water with additives that can be valuable or harmful to the environment. Then leakage of the working fluid is undesirable. A arranged in the steam cycle process behind the expansion machine capacitor assembly is used for liquefaction of the expanded working fluid. Typical temperatures of the working fluid are a few hundred ° C for the high-energy vapor state and water at 100 ° C as Kondenstationstemperatur. The condensed working fluid is fed to a working fluid reservoir where it is available again for the steam cycle process without losses.

Stand der Technik State of the art

Ein Dampfkreisprozess ist zum Beispiel aus der DE 10226445 C1 oder WO 2005/001248 A1 bekannt. Dort wird ein Kreislauf der eingangs genannten Art beschrieben. Als Arbeitsmittel wird Speisewasser verwendet. Das Wasser wird in einem Verdampfer verdampft. Der Dampf wird in einer Expansionsmaschine unter Arbeitsleistung expandiert. Nach der Expansion wird der Dampf in einem Kondensator kondensiert und mittels einer elektrisch oder mechanisch betriebenen Pumpe einem Reservoir zugeführt, aus welchem es für den Kreislauf erneut zur Verfügung steht. Die beschriebene Arbeitsmaschine wird zum Beispiel als Hilfsaggregat in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Für den Einsatz auch im Winter ist es bekannt, dem Arbeitsmittel Frostschutzmittel hinzuzufügen. Es ist ferner bekannt, dem Arbeitsmittel Schmiermittel, etwa Öl, beizufügen. Je nach Temperatur im Dampferzeuger werden auch organische Arbeitsmittel, mit geringerem Siedepunkt und/oder brennbare Arbeitsmittel verwendet. A steam cycle process is for example from the DE 10226445 C1 or WO 2005/001248 A1 known. There, a cycle of the type mentioned is described. The working fluid used is feedwater. The water is evaporated in an evaporator. The steam is expanded in an expansion machine under work. After expansion, the vapor is condensed in a condenser and fed by means of an electrically or mechanically operated pump to a reservoir, from which it is again available for the circulation. The work machine described is used for example as an auxiliary unit in motor vehicles. For use in winter, it is known to add antifreeze to the work equipment. It is also known to attach the working fluid lubricant, such as oil. Depending on the temperature in the steam generator, organic working fluids with a lower boiling point and / or flammable working fluid are also used.

Die beschriebenen Anordnungen können überhitzen, wenn dem Dampfkreisprozess beispielsweise zuviel Wärme zugeführt wird. Dann können die Komponenten des Dampfkreisprozesses Schaden nehmen. The described arrangements can overheat if, for example, too much heat is supplied to the steam cycle. Then the components of the steam cycle process can be damaged.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Dampfkreisprozess zu schaffen, der einschließlich seiner Umgebung vor Überhitzen und Überdruck sicher geschützt ist It is an object of the invention to provide a steam cycle process, which is safely protected including its environment from overheating and overpressure

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch

(f) ein Sicherheitsventil, über welches Arbeitsmittel abgeführt werden kann; und
(g) ein Auffangmittel für abgeführtes Arbeitsmittel, welches zusätzlich zu dem Arbeitsmittel auch den überwiegenden Teil der Energie des abgeführten Arbeitsmittels auffängt.

According to the invention the problem is solved by

(f) a safety valve, via which working fluid can be discharged; and
(G) a collecting means for discharged working fluid, which in addition to the working fluid also absorbs the majority of the energy of the discharged working fluid.

Als Sicherheitsventil ist insbesondere ein passives und selbsttätiges Sicherheitsorgan vorteilhaft. Mit dem Sicherheitsventil kann bei Überdruck oder zu hoher Temperatur Arbeitsmittel aus dem Dampfkreisprozess entfernt werden. Dann sinkt der Druck im Dampfkreisprozess oder wird auf einem definierten Druck gehalten. Die Erfindung ermöglicht es, auch umweltschädliches oder wertvolles Arbeitsmittel aus dem Dampfkreisprozess über ein Sicherheitsventil zu entfernen, ohne dass es verloren geht oder die Umwelt gestört wird. Das Auffangmittel fängt das Arbeitsmittel auf. Das Auffangmittel ist aber nicht nur ein bloßer Behälter, sondern nimmt auch zumindest den überwiegenden Teil der Energie aus dem Arbeitsmittel auf. Unter einem überwiegenden Teil der Energie wird soviel Energie verstanden, dass die Umgebung nicht beeinflusst oder geschädigt wird. Die Umgebung, etwa der Motorraum eines Kraftfahrzeugs, wird also nicht zusätzlich erwärmt, wenn das Sicherheitsventil anspricht. Insbesondere ist es mit der erfindungsgemäßen Anordnung auch möglich gasförmiges Arbeitsmittel aufzunehmen. As a safety valve in particular a passive and automatic safety device is advantageous. With the safety valve working fluid can be removed from the steam cycle process at overpressure or too high temperature. Then the pressure in the steam cycle process drops or is kept at a defined pressure. The invention makes it possible to remove environmentally harmful or valuable work equipment from the steam cycle process via a safety valve without it being lost or the environment is disturbed. The catching agent catches the work equipment. The catching agent is not only a mere container, but also absorbs at least the greater part of the energy from the work equipment. By a predominant part of the energy is meant so much energy that the environment is not affected or damaged. The environment, such as the engine compartment of a motor vehicle, so is not additionally heated when the safety valve responds. In particular, it is also possible with the arrangement according to the invention to take up gaseous working medium.

Das Arbeitsmittel kann in die Abgasanlage des Verbrennungsmotors vor der Abgasnachbehandlung geleitet werden. Es kann auch in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors geleitet werden. Bei diesen Aufnahmemitteln wird das Arbeitsmittel einschließlich der mitgeführten Energie vollständig beispielsweise in Wasser und CO₂ umgewandelt und in die Umgebung entsorgt. So werden Umweltschäden und Schäden an den Komponenten des Dampfkreisprozesses vermieden. Es kann ferner in den Abgasschalldämpfer nach der Abgasnachbehandlung geleitet werden, wenn das Arbeitsmittel für die Umwelt unschädlich ist. The working fluid can be passed into the exhaust system of the internal combustion engine before the exhaust aftertreatment. It can also be directed into the intake tract of the internal combustion engine. In these recording means, the working fluid including the entrained energy is completely converted, for example, into water and CO ₂ and disposed of in the environment. This avoids environmental damage and damage to the components of the steam cycle process. It can also be passed into the exhaust muffler after the exhaust aftertreatment, if the working fluid is harmless to the environment.

Zum Erreichen eines hohen Wirkungsgrades zur Optimierung der Kosten ist es besonders vorteilhaft, wenn das Arbeitsmittel aufgefangen und mit der Energie temporär oder dauerhaft gespeichert wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Auffangen in einer Weise geschieht, die eine Rückgewinnung des Arbeitsmittels und/oder der Energie ermöglicht. To achieve a high degree of efficiency for optimizing the costs, it is particularly advantageous if the working medium is collected and stored temporarily or permanently with the energy. It is advantageous if the collection is done in a manner that allows recovery of the working fluid and / or energy.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sicherheitsventil im Hochdruckbereich vor oder in der Expansionsmaschine angeordnet ist und das Auffangmittel von dem Niederdruckbereich hinter der Expansionsmaschine gebildet ist. Das Arbeitsmittel bleibt also im Dampfkreisprozess. Das Arbeitsmittel bleibt erhalten und kann ohne Aufwand weiter verwendet werden. Vorteilhafterweise wird das Arbeitsmittel vor dem Kondensator in den Niederdruckbereich eingespeist. Dann wird der Arbeitsmitteldampf kondensiert, bevor er in das Reservoir und den nachfolgenden Dampferzeuger geleitet wird. Dabei werden alle Komponenten des Niederdruckbereichs geschont. In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the safety valve is arranged in the high-pressure region in front of or in the expansion machine and the collecting means is formed by the low-pressure region behind the expansion machine. The working fluid thus remains in the steam cycle. The work equipment is retained and can be used without further effort. Advantageously, the working fluid is fed to the condenser in the low-pressure region. Then the working medium vapor is condensed before being directed into the reservoir and the subsequent steam generator. All components of the low pressure range are spared.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Sicherheitsventil im Niederdruckbereich angeordnet ist und ein Auffangmittel in Form eines zusätzlichen Behälters zur Aufnahme von Arbeitsmittel und zum Speichern des überwiegenden Teils der Energie des Arbeitsmittels vorgesehen ist. Das Sicherheitsventil kann allein oder zusätzlich zu einem Sicherheitsventil im Hochdruckbereich vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung, bei der ein Sicherheitsventil in beiden Bereichen vorgesehen ist. Dann kann das Sicherheitsventil im Hochdruckbereich das Arbeitsmittel in den Niederdruckbereich abgeben und das Sicherheitsventil im Niederdruckbereich das Arbeitsmittel in den zusätzlichen Behälter. In a further embodiment of the invention it is provided that a safety valve is arranged in the low-pressure region and a collecting means in the form of an additional container for receiving working fluid and for storing the major part of the energy of the working fluid is provided. The safety valve may be provided alone or in addition to a safety valve in the high pressure area. Particularly advantageous is the embodiment in which a safety valve is provided in both areas. Then, the safety valve in the high pressure area, the working fluid in the low pressure range and deliver the safety valve in the low pressure area, the working fluid in the additional container.

Arbeitsmittel können nicht nur umweltverträgliches Wasser sondern bei Verwendung eines Behälters auch Amorol, Ethanol, Cyclopentan, R245fa und Mischungen dieser Flüssigkeiten sein. Dabei kann die Pumpe Drücke im Hochdruckbereich zwischen 30 und 50 bar erzeugen. Die Expansionsmaschine kann auf Drücke im Niederdruckbereich zwischen 0.02 und 10bar entspannen. Bei diesen Bedingungen ist es sinnvoll Auffangbehälter mit einem Volumen zwischen 10 und 50 l zu verwenden. Diese können zwischen 2 und 10 kg Arbeitsmittel mit einer Wärme von 500 bis 10000 kJ aufnehmen. Working materials can not only be environmentally compatible water but, when using a container, amorole, ethanol, cyclopentane, R245fa and mixtures of these liquids. The pump can generate pressures in the high pressure range between 30 and 50 bar. The expansion machine can relax to pressures in the low pressure range between 0.02 and 10bar. In these conditions, it makes sense to use collecting containers with a volume between 10 and 50 l. These can absorb between 2 and 10 kg of working fluid with a heat of 500 to 10,000 kJ.

Vorteilhafterweise ist das Sicherheitsventil im Niederdruckbereich hinter dem Kondensator und vor dem Arbeitsmittelreservoir angeordnet. Dadurch wird das Arbeitsmittelreservoir geschützt. Advantageously, the safety valve is arranged in the low pressure region behind the condenser and in front of the working medium reservoir. This protects the working fluid reservoir.

Zum Aufnehmen des Arbeitsmittels und der Energie sind verschiedene Alternativen möglich. Welche der Alternativen sinnvoll ist, hängt von den äußeren und wirtschaftlichen Bedingungen ab. For taking up the working medium and the energy, various alternatives are possible. Which of the alternatives makes sense depends on the external and economic conditions.

Bei einer ersten Alternative ist vorgesehen, dass das Auffangmittel eine Flüssigkeit enthält, in der das Arbeitsmittel lösbar ist. Dabei kann die Flüssigkeit Wärme aus dem Arbeitsmittel aufnehmen. Wenn ein flüssiges Auffangmittel zum Lösen des Arbeitsmittels verwendet wird, ist es vorteilhaft ein polares Auffangmittel für polare Arbeitsmittel und ein unpolares Auffangmittel für unpolare Arbeitsmittel zu verwenden. Für polare Arbeitsmittel wie beispielsweise Ethanol oder Amorol ist entsprechend Wasser als Auffangmittel sehr gut geeignet. Für unpolare Arbeitsmittel wie beispielsweise Cyclopentan ist Öl sehr gut als Auffangmittel geeignet. In a first alternative it is provided that the collecting means contains a liquid in which the working medium is releasable. The liquid can absorb heat from the working fluid. When a liquid scavenger is used to dissolve the working fluid, it is advantageous to use a polar scavenger for polar work equipment and a non-polar scavenger for nonpolar work equipment. For polar working agents such as ethanol or amorole, water is very suitable as a collecting agent. For non-polar working materials such as cyclopentane, oil is very suitable as a catching agent.

Bei einer weiteren Alternative ist vorgesehen, das Auffangmittel eine Flüssigkeit oder ein festes Medium mit hoher Wärmekapazität und hoher Leitfähigkeit enthält. Das Arbeitsmittel kann Wärme an das Medium abgeben und kondensieren. Je höher die Wärmekapazität des Mediums, um so höher ist die Wärmeaufnahmefähigkeit. Je höher die Leitfähigkeit, um so schneller kondensiert das Arbeitsmittel. Beispiele für solche Materialien sind Wasser, Siliziumcarbid oder Metallschwämme aus Kupfer, Aluminium oder Eisen, deren Legierungen und Mischungen aus diesem Materialien. In a further alternative it is provided that the collecting means contains a liquid or a solid medium with high heat capacity and high conductivity. The working fluid can release heat to the medium and condense. The higher the heat capacity of the medium, the higher the heat absorption capacity. The higher the conductivity, the faster the working fluid condenses. Examples of such materials are water, silicon carbide or metal sponges of copper, aluminum or iron, their alloys and mixtures of these materials.

Bei einer weiteren Alternative der Erfindung ist vorgesehen, dass das Auffangmittel ein umweltverträgliches, bei Wärmezufuhr verdampfbares Medium und ein Ventil für verdampftes Medium nach außen enthält. Dabei kann ein für die Umwelt unkritisches Medium mit geringerem Siededruck als das Arbeitsmittel verwendet werden. Das Arbeitsmittel überträgt Wärme auf das verdampfbare Medium, dabei kann das Arbeitsmittel mit dem verdampfbaren Medium stofflich getrennt bleiben oder stofflich gemischt werden. Das verdampfbare Medium verdampft und kann über das Ventil nach außen entweichen. Dabei wird nur das Arbeitsmittel im Behälter gehalten. Ein Beispiel für ein solches umweltverträgliches Medium ist Wasser. In a further alternative of the invention it is provided that the collecting means contains an environmentally friendly, vaporizable on heating medium and a valve for evaporated medium to the outside. In this case, a medium that is not critical for the environment can be used with a lower boiling pressure than the working medium. The working fluid transfers heat to the vaporizable medium, while the working fluid with the vaporizable medium can remain materially separated or materially mixed. The vaporizable medium evaporates and can escape via the valve to the outside. Only the working fluid is held in the container. An example of such an environmentally friendly medium is water.

Bei einer weiteren Alternative ist vorgesehen, dass das Auffangmittel ein Medium enthält, welches bei Wärmezufuhr den Aggregatzustand ändert. Für die Änderung des Aggregatzustands ist zusätzliche Energie erforderlich. Ein festes Medium schmilzt oder sublimiert also, wenn das Sicherheitsventil anspricht und energiereiches Arbeitsmittel in den Bereich des festen Mediums geleitet wird. Eine Flüssigkeit verdampft, wenn energiereiches Arbeitsmittel eingeleitet wird. Beispiele für derartige Medien sind Salzlösungen als Flüssigkeit oder Wachse in Form von Kugelschüttungen oder Granulat. Es kann auch nur ein Wärmeübertrag ohne Stoffaustausch stattfinden. In a further alternative it is provided that the collecting means contains a medium which changes the state of aggregation when heat is applied. Changing the state of the aggregate requires additional energy. A solid medium melts or sublimes so when the safety valve responds and high-energy equipment is directed into the area of the solid medium. A liquid evaporates when energetic working fluid is introduced. Examples of such media are salt solutions as liquid or waxes in the form of pebbles or granules. It can also take place only a heat transfer without mass transfer.

Bei einer weiteren Alternative der Erfindung ist vorgesehen, dass das Auffangmittel ein Medium enthält, welches mit dem Arbeitsmittel eine endotherme Verbindung eingeht oder welches das Arbeitsmittel adsorbiert und die Wärme aufnimmt. Beispiele für derartige Medien sind Kohle und Zeolithe. Die in dem Medium enthaltene Wärme wird überwiegend auf das Material übertragen und ein kleiner Teil wird an die Umgebung abgegeben. In a further alternative of the invention it is provided that the collecting means contains a medium which forms an endothermic compound with the working fluid or which adsorbs the working fluid and absorbs the heat. Examples of such media are carbon and zeolites. The heat contained in the medium is predominantly transferred to the material and a small portion is released to the environment.

Vorzugsweise ist der Behälter bei diesem Ausführungsbeispiel geschlossen und das gasförmige Arbeitsmittel wird unter Druck in dem Auffangmittel adsorbiert und drucklos desorbiert. Das Arbeitsmittel steht dann einer Rückführung auch außerhalb der Werkstatt zur Verfügung. Preferably, the container is closed in this embodiment and the gaseous working fluid is adsorbed under pressure in the collecting means and desorbed without pressure. The work equipment is then available for recycling also outside the workshop.

Vorzugsweise ist das Auffangmittel derart ausgebildet, dass das Arbeitsmittel reversibel aufgenommen und wieder abgegeben werden kann. Dann kann es bei Bedarf dem Dampfkreisprozess wieder zugeführt oder auf andere Weise recycelt werden. Die Rückführung kann bei einer endothermen Verbindung dadurch erfolgen, dass das Medium erhitzt wird. Dann wird die Verbindung gelöst und das Arbeitsmittel kann verdampfen. Preferably, the collecting means is designed such that the working fluid can be reversibly taken up and discharged again. Then, if needed, it can be returned to the steam cycle or recycled in some other way. The recycling can be carried out in an endothermic compound in that the medium is heated. Then the connection is released and the working fluid can evaporate.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Arbeitsmittelreservoir als Membran-Ausdehnungsgefäß mit einem Gaskissen ausgebildet ist, dessen Gasdruck von außen steuerbar ist. Wenn ein geringer Druck im Gaskissen herrscht, kann viel Arbeitsmittel in das Arbeitsmittelreservoir gelangen. Umgekehrt kann der Druck im Gaskissen erhöht werden, wenn zu wenig Arbeitsmittel im Kreislauf umläuft. Auf diese Weise kann der Druck im Niederdruckbereich gesteuert werden um so einen vorteilhaften Einfluss auf den Kondensationsdruck auszuüben um bei verschiedenen Kühlbedingungen eine Kondensation und somit eine Wärmeabfuhr aus dem Dampfkreisprozess sicher zu stellen. In one embodiment of the invention it is provided that the working fluid reservoir is designed as a membrane expansion vessel with a gas cushion, the gas pressure is controlled from the outside. If there is a slight pressure in the gas cushion, much working fluid can get into the working fluid reservoir. Conversely, the pressure in the gas cushion can be increased if too little working fluid circulates in the circuit. In this way, the pressure in the low-pressure region can be controlled so as to exert an advantageous influence on the condensation pressure in order to ensure condensation and thus heat removal from the steam cycle process at different cooling conditions.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Inertgasquelle zum Spülen des Dampfkreisprozesses mit Inertgas an den Dampfkreisprozess anschließbar. Sauerstoff im Dampfkreisprozess führt zu unerwünschten chemischen Reaktionen bei dessen Betrieb. Dadurch können die Komponenten beschädigt werden. Zur Erstbefüllung des Dampfkreisprozesses ist es daher sinnvoll, eventuell vorhandenen Sauerstoff zu entfernen. Bevor der Dampfkreisprozess mit Arbeitsmittel befüllt wird, kann er aus einer Inertgasquelle mit Inertgas gespült werden. Das Inertgas kann über das Sicherheitsventil oder einen geeigneten Auslass nach außen abgegeben werden. In a particularly preferred embodiment of the invention, an inert gas source for purging the steam cycle process with inert gas to the steam cycle process can be connected. Oxygen in the steam cycle process leads to undesired chemical reactions during its operation. This can damage the components. For Erstbefüllung the steam cycle, it is therefore useful to remove any existing oxygen. Before the steam cycle process is filled with working fluid, it can be purged from an inert gas source with inert gas. The inert gas can be released via the safety valve or a suitable outlet to the outside.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein absperrbarer Anschluss vorgesehen zum Befüllen der Komponenten des Dampfkreisprozesses mit Arbeitsmittel aus einer Arbeitsmittelquelle. Die Arbeitsmittelquelle zum Befüllen der Komponenten des Dampfkreisprozesses kann insbesondere von dem Auffangmittel gebildet sein. Hierfür kann eine weitere Pumpe vorgesehen sein. In a further embodiment of the invention, a closable connection is provided for filling the components of the steam cycle process with working fluid from a working fluid source. The working medium source for filling the components of the steam cycle process can be formed in particular by the collecting means. For this purpose, a further pump may be provided.

Wenn das Arbeitsmittel erwärmt wird, dehnt es sich aus. Bei normalem Betrieb nimmt der Membrantank das vergrößerte Volumen auf. Bei unzureichender Kühlung des Dampfkreisprozesses wird das Aufnahmevermögen des Membrantanks überschritten und eserhöht sich der Druck. Bei Überschreiten eines Grenzwertes öffnet das Sicherheitsventil. Dann wird Arbeitsmittel in das Auffangmittel abgegeben. Wenn der Dampfkreisprozess abgeschaltet wird und erkaltet, sinkt der Druck wieder ab. Wenn ein Grenzwert unterschritten wird, kann Arbeitsmittel aus dem Auffangmittel wieder nachgefüllt werden. When the working fluid is heated, it expands. During normal operation, the membrane tank absorbs the increased volume. With insufficient cooling of the steam cycle process, the capacity of the membrane tank is exceeded and the pressure increases. When a limit value is exceeded, the safety valve opens. Then working fluid is released into the collecting means. When the steam cycle process is turned off and cooled, the pressure drops again. When a Limit value is exceeded, working fluid can be refilled from the collecting means.

Vorzugsweise ist eine Inertgasquelle zum Spülen des Dampfkreisprozesses vor dem Befüllen mit Arbeitsmittel vorgesehen. Dadurch wird Sauerstoff aus den Leitungen und Komponenten ausgetrieben, der zu Korrosion oder unerwünschten chemischen Reaktionen führen kann. Preferably, an inert gas source is provided for purging the steam cycle process prior to filling with working fluid. This expels oxygen from the lines and components, which can lead to corrosion or unwanted chemical reactions.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Befüllpumpe zum Befüllen der Anordnung aus einem temporär an den Dampfkreisprozess anschließbaren Arbeitsmittelreservoir vorgesehen. Diese pumpt das Arbeitsmittel bis zur Pumpe des Dampfkreisprozesses. In a further embodiment of the invention, a filling pump for filling the arrangement of a temporarily connectable to the steam cycle process working fluid reservoir is provided. This pumps the working fluid to the pump of the steam cycle process.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Entlüftungsventil vorgesehen, über welches Gase aus der Anordnung entlüftet werden können. In a preferred embodiment of the invention, a vent valve is provided, via which gases can be vented from the arrangement.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ausführungsbeispiele sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. Embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

1 zeigt schematisch einen Dampfkreisprozess mit einer Expansionsmaschine als Hilfsaggregat für Kraftfahrzeuge mit Auffangflüssigkeit in einem Auffangbehälter zum Auffangen von Arbeitsmittel, das aus einem Sicherheitsventil austritt. 1 shows schematically a steam cycle process with an expansion engine as an auxiliary unit for motor vehicles with collecting liquid in a collecting container for collecting working fluid, which emerges from a safety valve.

2 zeigt den Dampfkreisprozess aus 1 mit einem Granulat in einem Auffangbehälter zum Auffangen von Arbeitsmittel, das aus einem Sicherheitsventil austritt. 2 shows the steam cycle process 1 with a granulate in a collecting container for collecting working fluid, which emerges from a safety valve.

3 zeigt den Dampfkreisprozess aus 1 ohne Auffangbehälter, bei dem Arbeitsmittel, das aus einem Sicherheitsventil austritt, in die Abgasnachbehandlungseinheit überführt wird. 3 shows the steam cycle process 1 without collecting container, in which working fluid, which emerges from a safety valve, is transferred into the exhaust-gas aftertreatment unit.

4 zeigt den Dampfkreisprozess aus 1 ohne Auffangbehälter, bei dem Arbeitsmittel, das aus einem Sicherheitsventil austritt, in die Verbrennungsluft eines Motors überführt wird. 4 shows the steam cycle process 1 without collecting container, in which working fluid, which emerges from a safety valve, is transferred into the combustion air of an engine.

5 zeigt den Dampfkreisprozess aus 1 ohne Auffangbehälter, bei dem Arbeitsmittel, das aus einem Sicherheitsventil austritt, in die Umgebung abgegeben wird. 5 shows the steam cycle process 1 without a collecting container, in which working fluid escaping from a safety valve is released into the environment.

6 zeigt den Dampfkreisprozess aus 1 mit einem in der Expansionsmaschine angeordneten Überdruckventil. 6 shows the steam cycle process 1 with a pressure relief valve arranged in the expansion machine.

7 zeigt den Dampfkreisprozess aus 1 mit einem umweltverträglichen, bei Wärmezufuhr verdampfenden Medium in einem Auffangbehälter, welches über ein Ventil in die Umgebung abgegeben wird. 7 shows the steam cycle process 1 with an environmentally friendly, evaporating with heat medium in a collection container, which is discharged through a valve in the environment.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments

1. Ausführungsbeispiel: Auffangbehälter mit Auffangflüssigkeit 1st embodiment: collecting container with collecting liquid

1 ist eine schematische Darstellung eines von der Abwärme eines mit 10 bezeichneten Verbrennungsmotors beaufschlagten Dampfkreisprozesses 12. Ein solcher Dampfkreisprozess kann beispielsweise als Hilfsaggregat in Kraftfahrzeugen oder anderen Fahrzeugen und Maschinen eingesetzt werden. Als Verbrennungsmotor ist jeder Motor geeignet, etwa ein Diesel- oder Ottomotor. In einem Verbrennungsmotor 10 wird Treibstoff mit Verbrennungsluft 47 unter Erzeugung von Abwärme 16 verbrannt. Dabei wird Arbeit an einer Welle 14 geleistet. Das Abgas 16 wird durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 48 geleitet. 1 is a schematic representation of one of the waste heat with a 10 designated internal combustion engine acted steam cycle process 12 , Such a steam cycle process can be used for example as an auxiliary unit in motor vehicles or other vehicles and machines. As internal combustion engine, every engine is suitable, such as a diesel or gasoline engine. In an internal combustion engine 10 becomes fuel with combustion air 47 while generating waste heat 16 burned. This is work on a wave 14 done. The exhaust 16 is through an exhaust aftertreatment device 48 directed.

Ein hinter der Abgasnachbehandlungseinrichtung 48 angeordneter Dampferzeuger 18 ist mit der Abwärme 16 des Verbrennungsmotors 10 beaufschlagt. Der Dampferzeuger 18 wird von einem Arbeitsmittel in Form von Cyclopentan durchflossen. Das Arbeitsmittel enthält ferner Schmiermittel. Es ist umweltschädlichund brennbar. In dem Dampferzeuger 18 wird die Abwärme 16, d.h. die Wärme aus dem Abgas des Verbrennungsmotors 10, auf das Arbeitsmittel übertragen. Das Arbeitsmittel verdampft und wird überhitzt. Das im Dampferzeuger 18 abgekühlte Abgas wird nach außen abgegeben. Dies ist durch einen Pfeil 20 repräsentiert. A behind the exhaust aftertreatment device 48 arranged steam generator 18 is with the waste heat 16 of the internal combustion engine 10 applied. The steam generator 18 is traversed by a working medium in the form of cyclopentane. The working fluid also contains lubricant. It is harmful to the environment and combustible. In the steam generator 18 is the waste heat 16 ie the heat from the exhaust gas of the internal combustion engine 10 , transferred to the work equipment. The working fluid evaporates and is overheated. That in the steam generator 18 cooled exhaust gas is discharged to the outside. This is by an arrow 20 represents.

Das heiße, energiereiche Arbeitsmittel fließt in Richtung des Pfeils 22 zu einer Expansionsmaschine, im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form eines Axialkolbenexpanders 24. In dem Axialkolbenexpander 24 wird das Arbeitsmittel unter Arbeitsleistung an der Welle 15 expandiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Arbeitsleistung über einen Riementrieb 50 an der gleichen Welle 14, die auch vom Verbrennungsmotor 10 angetrieben wird. Es versteht sich aber, dass der Axialkolbenexpander 24 auch unabhängig einen Klimakompressor, einen Generator oder dergleichen antreiben kann. The hot, high-energy work fluid flows in the direction of the arrow 22 to an expansion machine, in the present embodiment in the form of an axial piston expander 24 , In the axial piston expander 24 The work equipment is under work on the shaft 15 expanded. In the present embodiment, the work done via a belt drive 50 on the same wave 14 that also from the internal combustion engine 10 is driven. It is understood, however, that the Axialkolbenexpander 24 can also independently drive a climate compressor, a generator or the like.

Das expandierte Arbeitsmittel fließt in Richtung des Pfeils 26 zu einem Kondensator 28 und kondensiert. Das kondensierte Arbeitsmittel fließt in Richtung des Pfeils 30 zu einem Arbeitsmittelreservoir 32 und steht dort wieder für den Dampfkreisprozess 12 zur Verfügung. Eine Pumpe 40 pumpt das Arbeitsmittel vom Reservoir 32 zum Dampferzeuger 18. Dies ist durch Pfeil 34 repräsentiert. The expanded working fluid flows in the direction of the arrow 26 to a capacitor 28 and condenses. The condensed working fluid flows in the direction of the arrow 30 to a working fluid reservoir 32 and stands there again for the steam cycle 12 to disposal. A pump 40 pumps the working fluid from the reservoir 32 to the steam generator 18 , This is by arrow 34 represents.

Der Dampfkreisprozess 12 weist einen Hochdruckbereich und einen Niederdruckbereich auf. Der Hochdruckbereich ist der Bereich hinter der Pumpe 40 bis zum Expander 24. Entsprechend herrscht auch im Dampferzeuger 18 ein erhöhter Druck. Demgegenüber wird das Arbeitsmittel in der Expansionsmaschine 24 auf einen niedrigeren Druck entspannt. Der Bereich hinter der Expansionsmaschine 24 bis zur Pumpe 40 ist der Niederdruckbereich. Der Kondensator 28 und das Arbeitsmittelreservoir 32 liegen im Niederdruckbereich. The steam cycle process 12 has a high pressure area and a low pressure area. The high pressure area is the area behind the pump 40 until the expander 24 , Accordingly also prevails in the steam generator 18 an increased pressure. In contrast, the work equipment in the expansion machine 24 relaxed to a lower pressure. The area behind the expansion machine 24 to the pump 40 is the low pressure area. The capacitor 28 and the working fluid reservoir 32 lie in the low pressure range.

Für den Fall, dass der Druck im Hochdruckbereich über einen Schwellwert von 40 bar steigt, spricht ein Sicherheitsventil 42 an. Andere Ausführungsbeispiele haben andere Schwellwerte. Das Sicherheitsventil 42 ist zwischen Dampferzeuger 18 und Kondensator 28 angeordnet. Bei dem in 6 dargestellten, alternativen Ausführungsbeispiel ist das Sicherheitsventil 42 in der Expansionsmaschine 24 angeordnet. Über das Sicherheitsventil 42 wird Arbeitsmittel aber nicht in die Umwelt, sondern direkt in den Niederdruckbereich vor den Kondensator 28 abgelassen. Die Expansionsmaschine 24 wird dadurch entlastet. Gleichzeitig kann das gasförmige Arbeitsmittel im Kondensator 28 kondensieren. In the event that the pressure in the high pressure range rises above a threshold value of 40 bar, a safety valve will respond 42 at. Other embodiments have different thresholds. The safety valve 42 is between steam generator 18 and capacitor 28 arranged. At the in 6 illustrated, alternative embodiment is the safety valve 42 in the expansion machine 24 arranged. About the safety valve 42 However, working fluid is not released into the environment, but directly into the low pressure area in front of the condenser 28 drained. The expansion machine 24 is relieved thereby. At the same time, the gaseous working fluid in the condenser 28 condense.

Zwischen Kondensator 28 und Arbeitsmittelreservoir 32 ist ein weiteres Sicherheitsventil 44 angeordnet. Das Sicherheitsventil 44 sichert den Niederdruckbereich des Dampfkreisprozesses 12. Wenn das Sicherheitsventil 44 bei zu hohem Druck oberhalb eines Schwellwerts von 4 bar anspricht, tritt flüssiges und ggf. auch gasförmiges Arbeitsmittel aus und wird in ein Auffangmittel in Form eines Behälters 46 abgelassen. Der Behälter 46 hat ein Volumen von 10 l. In dem Behälter befindet sich eine Auffangflüssigkeit in Form von Öl 52, in dem das unpolare Arbeitsmittel Cyclopentan sehr gut lösbar ist. Gasförmiges Cyclopentan bildet anfänglich Blasen, die aber ebenfalls im Öl gelöst werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen mit polaren Arbeitsmitteln, wie Wasser, Ethanol oder Amorol wird eine polare Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, verwendet. Durch die Auffangflüssigkeit kann eine Wärme im Bereich von 500 kJ aufgenommen werden. Between capacitor 28 and working fluid reservoir 32 is another safety valve 44 arranged. The safety valve 44 secures the low pressure area of the steam cycle process 12 , If the safety valve 44 when the pressure is too high above a threshold of 4 bar, liquid and possibly also gaseous working fluid escapes and becomes a collecting agent in the form of a container 46 drained. The container 46 has a volume of 10 l. In the container there is a collecting liquid in the form of oil 52 , in which the non-polar working agent cyclopentane is very easily solvable. Gaseous cyclopentane initially forms bubbles, but they are also dissolved in the oil. In other embodiments with polar working agents, such as water, ethanol or amorole, a polar liquid, preferably water, is used. The collecting liquid can absorb heat in the range of 500 kJ.

Mit der Anordnung wird eine zweistufige Überdruck-Sicherung verwirklicht. Überdruck im Hochdruckbereich wird durch Ansprechen des Sicherheitsventils 42 vermieden. Überdruck im Niederdruckbereich wird durch das Sicherheitsventil 44 vermieden. Der Vorteil dieser zweistufigen Sicherung ist, dass Arbeitsmittel zunächst nicht verloren geht, sondern im Kreislauf 12 bleibt. Nur, wenn auch der Druck im Niederdruckbereich einen Schwellwert überschreitet, wird Arbeitsmittel abgelassen. Dieses Arbeitsmittel wird jedoch nicht an die Umgebung abgegeben, sondern im Behälter 46 durch das Öl 52 aufgenommen. With the arrangement, a two-stage overpressure fuse is realized. Overpressure in the high-pressure area is triggered by the response of the safety valve 42 avoided. Overpressure in the low pressure range is through the safety valve 44 avoided. The advantage of this two-stage backup is that work equipment is initially not lost, but in the circulation 12 remains. Only if the pressure in the low pressure range exceeds a threshold, working fluid is drained. However, this working fluid is not released to the environment, but in the container 46 through the oil 52 added.

Durch Pumpen und/oder Heizen, beispielsweise in einer Werkstatt, kann das Arbeitsmittel aus der Auffangflüssigkeit zurückgewonnen werden. Dann kann es wiederverwendet werden. By pumping and / or heating, for example in a workshop, the working fluid can be recovered from the collecting liquid. Then it can be reused.

Zum Befüllen des Dampfkreisprozesses 12 wird das System zunächst mit Stickstoff oder einem anderen geeigneten Inertgas aus einer Inertgasquelle 54 gespült. Zu diesem Zweck wird ein Entlüftungs-Schaltventil 56 am Auffangbehälter 46 geöffnet. Außerdem wird ein Anfahrventil 58 zwischen Dampferzeuger 18 und Expansionsmaschine 24 geöffnet und ein Kugelhahn 53 in Leitung 30 geschlossen. Anschließend wird ein Regelventil 60 hinter der Inertgasquelle 54 und vor einem Rückschlagventil 62 geöffnet. Bei geöffneten Ventilen 60 und 62 wird Inertgas in den Bereich zwischen dem Kondensator und dem Kugelhahn 53 in den Kreisprozess 12 eingelassen. Durch das Spülen mit Inertgas wird eventuell in Leitungen und Komponenten vorhandener Sauerstoff aus der Anordnung ausgetrieben. Nach kurzer Spülung werden die Ventile 60 und 62 wieder geschlossen. Dann ist praktisch kein Sauerstoff mehr vorhanden und das System kann befüllt werden. For filling the steam cycle process 12 The system is first nitrogen or other suitable inert gas from an inert gas source 54 rinsed. For this purpose, a vent switching valve 56 at the collecting container 46 open. In addition, a start-up valve 58 between steam generator 18 and expansion machine 24 opened and a ball valve 53 in line 30 closed. Subsequently, a control valve 60 behind the inert gas source 54 and in front of a check valve 62 open. With open valves 60 and 62 inert gas is in the area between the condenser and the ball valve 53 in the cycle 12 admitted. By purging with inert gas, any oxygen present in lines and components is expelled from the assembly. After a short flush, the valves will turn 60 and 62 closed again. Then there is virtually no oxygen left and the system can be filled.

Zum Befüllen mit Arbeitsmittel bleiben das Entlüftungs-Schaltventil 56 und das Anfahrventil 58 sowie der Kugelhahn 53 geöffnet. Pumpe 40 und eine Befüllpumpe 64 zwischen Arbeitsmittelreservoir 32 und Pumpe 40 werden eingeschaltet. Die Befüllpumpe 64 befördert Arbeitsmittel aus einem Reservoir zur Erstbefüllung vor der Pumpe 40 in den Kreisprozess 12. Die Pumpe 40 pumpt das Arbeitsmittel weiter durch den Kreisprozess 12. Die Befüllpumpe 64 wird betätigt, bis flüssiges Arbeitsmittel in den Auffangbehälter 46 eintritt. Das Reservoir zur Erstbefüllung kann nach beendeter Befüllung entfernt werden. For filling with working fluid remain the vent switching valve 56 and the starting valve 58 as well as the ball valve 53 open. pump 40 and a filling pump 64 between working fluid reservoir 32 and pump 40 are turned on. The filling pump 64 conveys working fluid from a reservoir for initial filling in front of the pump 40 in the cycle 12 , The pump 40 continues to pump the work equipment through the cycle 12 , The filling pump 64 is actuated until liquid working fluid in the collecting container 46 entry. The reservoir for initial filling can be removed after completion of filling.

Das Arbeitsmittelreservoir 32 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Membran-Ausdehnungsgefäß ausgebildet. Dabei ist ein Gaskissen 66 zwischen Membran 67 und Außenwand des Arbeitsmittelreservoir 32 angeordnet. Das Arbeitsmittel befindet sich in dem Bereich 68 innerhalb der Membran 67. Je nach Gasdruck in dem Gaskissen 66 kann das Ausdehnungsgefäß mehr oder weniger Flüssigkeitsvolumen aufnehmen. Über ein Ventil 70 kann der Gasdruck im Gaskissen 66 gesteuert werden. Mit der Steuerung wird der Kondensationsdruck und somit die Unterkühlungstemperatur geregelt um Kavitation an der Saugseite der Pumpe 40 zu vermeiden. Die Pumpe 40 wird geregelt um auf unterschiedliche Wärmezufuhr im Dampferzeuger 18 zu reagieren. Der Druck im Gaskissen 66 und dadurch der Kondensationsdruck wird geregelt auf unterschiedliche Wärmeabfuhr. An Bord eines Lastkraftwagens, beispielsweise, befindet sich standardmäßig eine Druckluftversorgung mit Regelventilen. Diese kann zur Regelung des Druck des Gaskissen 66 genutzt werden. Zum Befüllen wird durch das Regelventil 70 ein Vordruck auf das Gaskissen 66 gegeben um das Volumen im Arbeitsmittelreservoir auf ein Minimum zu bringen. Dadurch wird erreicht, dass der Membrantank definiert befüllt wird und ein ausreichendes Ausgleichsvolumen für den Betrieb bereit steht. The working fluid reservoir 32 is formed in the present embodiment as a membrane expansion vessel. There is a gas cushion 66 between membrane 67 and outer wall of the working fluid reservoir 32 arranged. The work equipment is in the area 68 within the membrane 67 , Depending on the gas pressure in the gas cushion 66 The expansion vessel can accommodate more or less fluid volume. About a valve 70 can the gas pressure in the gas cushion 66 to be controlled. With the control, the condensation pressure and thus the subcooling temperature are controlled for cavitation on the suction side of the pump 40 to avoid. The pump 40 is regulated to different heat input in the steam generator 18 to react. The pressure in the gas cushion 66 and thereby the condensation pressure is regulated to different heat dissipation. On board a lorry, for example, there is a standard compressed air supply with control valves. This can be used to regulate the pressure of the gas cushion 66 be used. For filling is through the control valve 70 a form on the gas cushion 66 given to the volume in the working fluid reservoir to a minimum. This ensures that the membrane tank is filled in a defined manner and that sufficient compensation volume is available for operation.

Zur Aufnahme des Betriebs wird der Kreisprozess 12 ggf. nochmals anschließend entlüftet und restliches Gas aus dem Kreisprozess entfernt. Dies erfolgt durch Öffnen des Ventils 56 bis flüssiges Arbeitsmittel in den Auffangbehälter 46 eintritt, wobei der Druck im Gaskissen 66 des Arbeitsmittelreservoirs 32 geringfügig höher als der Druck in Leitung 30 gewählt wird damit das im Bereich 68 innerhalb der Membran 67 angesammelte Inertgas ausgetrieben wird. To start the operation, the cycle process 12 if necessary, then vented again and removed residual gas from the cycle. This is done by opening the valve 56 to liquid working fluid in the collecting container 46 enters, with the pressure in the gas cushion 66 of the working fluid reservoir 32 slightly higher than the pressure in line 30 is chosen so that in the area 68 within the membrane 67 accumulated inert gas is expelled.

Wenn das Sicherheitsventil 44 Arbeitsmittel aus dem System entlassen hat, kann dieser Verlust durch Arbeitsmittel aus dem Membrantank ausgeglichen werden. Im kalten Zustand ist das Volumen im Arbeitsmittelreservoir 32 um die entsprechende Menge geringer. Wenn soviel ausgetreten ist, dass im kalten Zustand kein Arbeitsmittel mehr im Arbeitsmittelreservoir 32 vorliegt, entsteht im System Unterdruck. Dabei strömt Inertgas aus der Inertgasquelle 54 über das Regelventil 60 und das passive Rückschlagventil 62 in Richtung Leitung zwischen Kondensator 28 und Kugelhahn 53. Der Vordruck durch das Regelventil 60 ist dabei geringfügig höher als der Öffnungsdruck des passiven Rückschlagventils 62. If the safety valve 44 If equipment has been released from the system, this loss can be compensated by means of working fluid from the membrane tank. When cold, the volume in the working fluid reservoir 32 lower by the corresponding amount. When so much has leaked that in cold condition no more working fluid in the working fluid reservoir 32 is present, the system creates negative pressure. At this time, inert gas flows out of the inert gas source 54 via the control valve 60 and the passive check valve 62 in the direction of the line between the condenser 28 and ball valve 53 , The pre-pressure through the control valve 60 is slightly higher than the opening pressure of the passive check valve 62 ,

2. Ausführungsbeispiel: Auffangbehälter mit Granulat 2nd embodiment: collecting container with granules

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich wie das in 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein geschlossener Auffangbehälter 146 vorgesehen, in den bei Überdruck Arbeitsmittel über ein Sicherheitsventil 44 abgeleitet wird. Statt Flüssigkeit ist in diesem Auffangbehälter jedoch festes Material 152 aus Siliziumcarbid, Metallschwämmen aus Kupfer, Aluminium oder Eisen oder eine Mischung daraus vorhanden. Das Material hat eine hohe Wärmekapazität und eine hohe Leitfähigkeit und ist zur Aufnahme des Arbeitsmittels und der Wärme besonders gut geeignet. Statt eines festen Materials kann aber auch ein flüssiges Material, etwa Wasser verwendet werden. 2 shows an embodiment similar to that in 1 , In this embodiment, a closed collection container 146 provided in the case of overpressure work equipment via a safety valve 44 is derived. Instead of liquid is in this receptacle, however, solid material 152 silicon carbide, metal sponges of copper, aluminum or iron, or a mixture thereof. The material has a high heat capacity and a high conductivity and is particularly well suited for receiving the working medium and the heat. Instead of a solid material but also a liquid material, such as water can be used.

3. Ausführungsbeispiel 3rd embodiment

Der Aufbau des 3. Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des zweiten Ausführungsbeispiels in 2. Statt eines Materials mit hoher Wärmekapazität und hoher Leitfähigkeit wird aber insbesondere ein flüssiges oder festes Material in Form von Kugelschüttungen oder Granulat verwendet, das bei Eintrag des Arbeitsmittels den Aggregatzustand ändert, d.h. schmilzt, verdampft oder sublimiert. Solche Materialien sind Salzlösungen und Wachse. Durch die Änderung des Aggregatzustands wird besonders viel Wärme vom Material aufgenommen. The construction of the third embodiment is the same as that of the second embodiment in FIG 2 , Instead of a material with high heat capacity and high conductivity but in particular a liquid or solid material in the form of pebbles or granules is used, which changes the physical state of entry of the working fluid, ie, melts, evaporated or sublimated. Such materials are saline solutions and waxes. By changing the state of aggregation, a lot of heat is absorbed by the material.

4. Ausführungsbeispiel 4th embodiment

Der Aufbau des 4. Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des zweiten Ausführungsbeispiels in 2. Statt eines Materials mit hoher Wärmekapazität und hoher Leitfähigkeit wird aber insbesondere ein Material in Form von Kugelschüttungen oder Granulat verwendet, das mit dem Arbeitsmittel eine endotherme Verbindung eingeht oder das Arbeitsmittel adsorbiert. Solche Materialien sind Aktivkohle oder Zeolithe. Neben der Wärmeabfuhr durch Bildung einer endothermen Verbindung kann Wärme auch vom Material selber aufgenommen werden. Bei der endothermen Verbindung kann das Material auch in flüssiger Form vorliegen. The structure of the 4th embodiment is the same as that of the second embodiment in FIG 2 , Instead of a material with high heat capacity and high conductivity but in particular a material in the form of pebbles or granules is used, which enters into an endothermic compound with the working fluid or adsorbs the working fluid. Such materials are activated carbon or zeolites. In addition to the heat dissipation by forming an endothermic compound, heat can also be absorbed by the material itself. In the endothermic compound, the material may also be in liquid form.

Idealerweise ist der Behälter geschlossen und das gasförmige Arbeitsmittel wird unter Druck in einem geeigneten Mittel eingelagert oder adsorbiert und drucklos desorbiert. Ein Beispiel hierfür ist Ethanol als Arbeitsmittel und Aktivkohle als Auffangmittel 152 in dem Auffangbehälter 146. Das Arbeitsmittel steht dann einer Rückführung aufgrund unterschiedlicher Druckniveaus oder mittels einer zusätzlichen Pumpe (nicht dargestellt) auch außerhalb der Werkstatt zur Verfügung. Ideally, the container is closed and the gaseous working fluid is stored under pressure in a suitable means or adsorbed and desorbed without pressure. An example of this is ethanol as a working medium and activated carbon as a catching agent 152 in the collection container 146 , The working fluid is then available for recirculation due to different pressure levels or by means of an additional pump (not shown) also outside the workshop.

5. Ausführungsbeispiel 5th embodiment

Der Aufbau des 5. Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des zweiten Ausführungsbeispiels in 1 und in 3 dargestellt. Statt eines Auffangbehälters mit einer Auffangflüssigkeit ist jedoch eine Leitung vorgesehen, die das Arbeitsmittel, das durch das Sicherheitsventil 44 austritt, in die Abgasnachbehandlungseinrichtung 48 überführt. Dabei wird das Arbeitsmittel zu umweltverträglichem Wasser und CO₂ verbrannt. Die Wärme kann im Dampferzeuger 18 wieder genutzt werden. The construction of the fifth embodiment is the same as that of the second embodiment in FIG 1 and in 3 shown. Instead of a collecting container with a collecting liquid, however, a line is provided, which is the working fluid passing through the safety valve 44 exits, in the exhaust aftertreatment device 48 transferred. The working fluid is burned to environmentally friendly water and CO ₂ . The heat can be in the steam generator 18 be used again.

6. Ausführungsbeispiel 6th embodiment

Der Aufbau des 6. Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des zweiten Ausführungsbeispiels in 1 und in 4 dargestellt. Statt eines Auffangbehälters mit einer Auffangflüssigkeit ist jedoch eine Leitung 154 vorgesehen, die das Arbeitsmittel, das durch das Sicherheitsventil 44 austritt, in die Verbrennungsluft 47 des Motors 10 überführt. Im Motor 10 wird das Arbeitsmittel zu umweltverträglichem Wasser und CO₂ verbrannt. Die Wärme kann im Dampferzeuger 18 wieder genutzt werden. The construction of the 6th embodiment is the same as that of the second embodiment in FIG 1 and in 4 shown. However, instead of a collecting container with a collecting liquid is a conduit 154 provided the work equipment passing through the safety valve 44 exit, into the combustion air 47 of the motor 10 transferred. In the engine 10 The working fluid is burned to environmentally friendly water and CO ₂ . The heat can be in the steam generator 18 be used again.

7. Ausführungsbeispiel 7th embodiment

In allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen 1 bis 6 wird der gesamte Arbeitsmittelstrom und die darin enthaltene Wärme mit einem Auffangmittel aufgefangen. Das Auffangemittel für das Sicherheitsventil 42 wird vom Niederdruckbereich des Dampfkreisprozesses gebildet und das Auffangmittel für das Sicherheitsventil 44 von einem Auffangbehälter, der Verbrennungsluft oder der Abgasnachbehandlung. In all of the embodiments 1 to 6 described above, the entire working fluid flow and the heat contained therein are collected with a collecting means. The collecting means for the safety valve 42 is formed by the low-pressure region of the steam cycle process and the collecting means for the safety valve 44 from a collecting container, the combustion air or the exhaust aftertreatment.

Das 7. Ausführungsbeispiel sieht demgegenüber nur ein Auffangmittel für das Sicherheitsventil 42 vor. Der Aufbau des 7. Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des zweiten Ausführungsbeispiels in 1 und ist in 5 dargestellt. Dabei wird umweltverträgliches reines Wasser ohne Zusätze als Arbeitsmittel verwendet. Arbeitsmittel, das durch das zweite Sicherheitsventil 44 austritt, wird über die Leitung 156 an die Umgebung abgegeben. The 7th embodiment, however, sees only a catching means for the safety valve 42 in front. The construction of the seventh embodiment is the same as that of the second embodiment in FIG 1 and is in 5 shown. This environmentally friendly pure water is used without additives as a working fluid. Work equipment passing through the second safety valve 44 exit is over the line 156 delivered to the environment.

8. Ausführungsbeispiel 8th embodiment

Der Aufbau des 8. Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des zweiten Ausführungsbeispiels in 2 und in 7 dargestellt. Statt eines Materials mit hoher Wärmekapazität und hoher Leitfähigkeit wird aber insbesondere ein nicht umweltschädliches flüssiges oder festes Material in Form von Kugelschüttungen oder Granulat verwendet, das bei Eintrag des Arbeitsmittels verdampft und über ein Ventil an die Umgebung abgegeben wird. The structure of the eighth embodiment is the same as that of the second embodiment in FIG 2 and in 7 shown. Instead of a material with high heat capacity and high conductivity but in particular a non-polluting liquid or solid material in the form of pebbles or granules is used, which is evaporated at entry of the working fluid and discharged through a valve to the environment.

Vorteilhafterweise ist das zu verdampfende Medium stofflich vom Arbeitsmedium getrennt und es wird nur die Wärme übertragen. Somit steht das Arbeitsmedium ohne eine spezielle Aufbereitung dem Dampfkreisprozess wieder zur Verfügung. Advantageously, the medium to be evaporated is materially separated from the working medium and only the heat is transferred. Thus, the working medium is without a special treatment the steam cycle again available.

Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele nur einen Teil der Möglichkeiten darstellen, die mit der Erfindung möglich sind. So ist es für die Erfindung nicht immer erforderlich, eine Abgasnachbehandlung durchzuführen oder ein Membran-Ausdehnungsgefäß als Arbeitsmittelreservoir zu verwenden. Auch können die Ventile und Kugelhähne an anderer Stelle oder in anderer Ausgestaltung eingesetzt werden. Inertgasquelle und Arbeitsmittelquelle können sowohl dauerhaft, als auch temporär angeschlossen werden. Eines oder beide Sicherheitsventile kann separat vorgesehen sein oder in die Expansionsmaschine integriert werden. Die Erfindung kann mit jeder beliebigen Expansionsmaschine verwirklicht werden und ist nicht auf die Verwendung einer Axialkolbenmaschine beschränkt. Während es vorteilhaft ist, zwei Sicherheitsventile vorzusehen, kann es im Einzelfall auch ausreichend sein, nur ein Sicherheitsventil in einem der Bereiche vorzusehen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung umfasst entsprechend eine Vielzahl von Varianten, die sich dem Fachmann in naheliegender Weise ergeben und wird ausschließlich durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt. It is understood that the embodiments described above represent only a part of the possibilities that are possible with the invention. Thus, it is not always necessary for the invention to carry out an exhaust gas aftertreatment or to use a membrane expansion vessel as the working fluid reservoir. Also, the valves and ball valves can be used elsewhere or in another embodiment. Inert gas source and source of working fluid can be connected both permanently and temporarily. One or both safety valves may be provided separately or integrated into the expansion machine. The invention can be practiced with any expansion machine and is not limited to the use of an axial piston machine. While it is advantageous to provide two safety valves, in individual cases it may also be sufficient to provide only one safety valve in one of the areas. Accordingly, the scope of the present invention includes a variety of variations which will be obvious to those skilled in the art and are limited only by the scope of the appended claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10226445 C1 [0006]
WO 2005/001248 A1 [0006]

Claims

Steam cycle process ( 12 ) with a high-pressure region and a low-pressure region containing (a) a pump ( 40 ) for generating an increased working fluid pressure in the high pressure region; (b) a steam generator arranged in the high-pressure area ( 18 ) for generating high-energy working medium vapor; (c) an expansion machine ( 24 ) for expansion of the working medium vapor under working power to the pressure of the low pressure region; (d) a capacitor arranged in the low-pressure region ( 28 ) for condensing the expanded working agent vapor; and (e) a working medium reservoir arranged in the low-pressure region ( 32 ); characterized by (f) a safety valve ( 42 ; 44 ), over which working fluid can be removed; and (g) a catching agent ( 32 ; 46 ; 10 . 47 ; 48 ; 146 . 152 ) for discharged working fluid, which in addition to the working fluid also absorbs the majority of the energy of the discharged working fluid.

Steam cycle process ( 12 ) according to claim 1, characterized in that the safety valve ( 42 ) in the high-pressure region before or in the expansion machine ( 24 ) and the collecting means from the low pressure area in front of the condenser ( 28 ) is formed.

Steam cycle process ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a safety valve ( 44 ) is arranged in the low-pressure region and a collecting means in the form of an additional container ( 46 ; 146 ) for receiving working fluid and for storing the major part of the energy of the working fluid.

Steam cycle process ( 12 ) according to claim 3, characterized in that the safety valve ( 44 ) in the low pressure area behind the condenser ( 28 ) and in front of the working fluid reservoir ( 32 ) is arranged.

Steam cycle process ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting means ( 46 ; 146 ) a liquid ( 52 ) contains, in which the working fluid is solvable.

Steam cycle process ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting means is a liquid ( 52 ) or a solid medium ( 152 ) with high heat capacity and high conductivity.

Steam cycle process ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting means contains an environmentally friendly, vaporizable on heating medium and a valve for evaporated medium to the outside.

Steam cycle process ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting means contains a medium which changes the state of aggregation when heat is applied.

Steam cycle process ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting means contains a medium which forms an endothermic compound with the working fluid or which adsorbs the working fluid.

Steam cycle process ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting means is designed such that the working fluid can be reversibly absorbed and fed back to the steam cycle process.

Steam cycle process ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the working fluid reservoir ( 32 ) as a membrane expansion vessel with a gas cushion ( 66 ) is formed, whose gas pressure is externally controllable.

Steam cycle process ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an inert gas source ( 54 ) is connected to flush the steam cycle process with inert gas.

Steam cycle process ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized by a lockable connection for filling the components of the steam cycle process with working fluid from a working fluid source.

Steam cycle process ( 12 ) according to claim 13, characterized in that the source of working fluid for filling the components of the steam cycle process from the collecting means ( 46 . 146 ) is formed.

Steam cycle process according to claim 14, characterized in that a pump for filling the components of the steam cycle process is provided with working fluid from the collecting means.