DE102015118519A1 - Abwärme-Rückgewinnungssystem - Google Patents

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Abstract

Ein Abwärme-Rückgewinnungssystem weist auf eine Abgasleitung, durch welche sich ein von einem Motor ausgegebenes Abgas bewegt, einen Wärmetauscher (400), welcher in der Abgasleitung angebracht ist und einen Wärmetausch zwischen dem Abgas und einem Arbeitsfluid, welches darin strömt, durchführt, eine Mehrzahl von Reservoirs (60), welche dem Wärmetauscher (400) Arbeitsfluide zuführen, und Kanal-Einstellventile (V1, V2), welche es irgendeinem von der Mehrzahl von Reservoirs (60) gestattet, mit dem Wärmetauscher (400) in Kommunikation zu sein.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldung
  • Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2014-0161763 , eingereicht am 19. November 2014, deren gesamter Inhalt durch diese Bezugnahme für alle Zwecke hierin mitaufgenommen ist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abwärme-Rückgewinnungssystem, und insbesondere ein Abwärme-Rückgewinnungssystem, welches in der Lage ist, ein Flüssigphase-Arbeitsfluid einem Wärmetauscher zuzuführen, ohne gestoppt zu werden.
  • Beschreibung der bezogenen Technik
  • Ein Verbrennungsmotor wird häufig in einem Fahrzeug (z.B. einem Kraftfahrzeug), einem Schiff, einem kleinen Generator und dergleichen verwendet, und ein Bestreben, eine Effizienz des Verbrennungsmotors zu verbessern, wurde kontinuierlich verfolgt. In einem Verbrennungsmotor wird gewöhnlich eine große Menge Wärme als Abwärme ausgegeben, und zahlreiche Systeme zur Steigerung der Gesamteffizienz des Verbrennungsmotors durch Rückgewinnung der Abwärme wurden entwickelt.
  • Wenn Vorrichtungen und Komponenten betrachtet werden, welche zur Konfiguration eines Abwärme-Rückgewinnungssystems erforderlich sind, ist es effizienter, ein Abwärme-Rückgewinnungssystem in einem großen Fahrzeug anzubringen, welches einen großen Hubraum hat und welches viele Personen oder Ladung transportieren kann, als das Abwärme-Rückgewinnungssystem in einem kleinen Fahrzeug anzubringen, welches einen kleinen Hubraum hat und welches leicht ist.
  • In dem Fall eines Fahrzeugs weist ein typisches Beispiel eines Systems zur Rückgewinnung der Abwärme ein System, welches einen Turbosatz (z.B. einen Turbolader) verwendet, und ein System auf, welches ein thermoelektrisches Element verwendet.
  • Das System, welches den Turbosatz verwendet, nutzt ein Prinzip des Erhaltens einer Ausgangsleistung durch Anbringen einer Abgasturbine an einer Abgasleitung und Drehen der Abgasturbine durch einen Abgasdruck. Bei diesem Prinzip kann eine thermische Effizienz eines Gesamtsystems, in welchem der Verbrennungsmotor installiert ist, verbessert werden; jedoch wird die Abgasturbine als ein Abgaswiderstand betrieben, sodass eine Ausgabeleistung des Motors selbst verringert ist.
  • Das System, welches ein thermoelektrisches Element verwendet, nutzt ein Prinzip des Aufladens (z.B. einer Batterie) mit Elektrizität unter Verwendung des thermoelektrischen Elements, welches die Elektrizität durch eine Temperaturdifferenz erzeugt, oder des Antreibens eines Hilfsmotors durch die Elektrizität, um den Motor zu unterstützen. Jedoch können die Kosten für ein thermoelektrisches Element selbst nicht vernachlässigt werden, und ein Raum, in welchem das thermoelektrische Element angebracht werden kann, ist schmal/klein, sodass es nicht einfach ist, die thermische Effizienz des Motors bedeutend zu verbessern, obwohl das thermoelektrische Element tatsächlich in Fahrzeugen der Massenproduktion angebracht ist.
  • Die in diesem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung“ offenbarten Informationen dienen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrundes der Erfindung und sollen nicht als eine Bestätigung oder irgendeine Form von Vorschlag verstanden werden, dass diese Informationen den Stand der Technik bilden, der dem Fachmann schon bekannt ist.
  • Erläuterung der Erfindung
  • Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, ein Abwärme-Rückgewinnungssystem bereitzustellen, welches in der Lage ist, eine verbesserte Effizienz zu haben durch Erlauben, dass eine Flüssigphase-Arbeitsfluid einem Wärmetauscher zugeführt wird, ohne gestoppt zu werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist ein Abwärme-Rückgewinnungssystem auf: eine Auslassleitung/Abgasleitung (z.B. ein Abgasrohr), durch welche sich ein Abgas bewegt, das von einem Motor (z.B. einem Verbrennungsmotor) ausgeben wird, einen Wärmetauscher (z.B. einen Verdampfer), welcher in/an der Auslassleitung/Abgasleitung angeordnet ist und einen Wärmetausch zwischen dem Abgas und einem Arbeitsfluid, welches darin strömt, durchführt, eine Mehrzahl von Reservoirs, welche dem Wärmetauscher Arbeitsfluide zuführt, und Kanal-Einstellventile (z.B. Rohrleitungsventile), welche es irgendwelchen von der Mehrzahl von Reservoirs gestatten, mit dem Wärmetauscher in (Fluid-)Kommunikation zu sein.
  • Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlich werden oder darin detaillierter ausgeführt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines Abwärme-Rückgewinnungssystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht von Hauptteilen des Abwärme-Rückgewinnungssystems von 1.
  • 3 ist eine Ablaufansicht eines Verfahrens zum Betreiben des Abwärme-Rückgewinnungssystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 4 ist ein Steuerungsblockdiagramm des Verfahrens zum Betreiben des Abwärme-Rückgewinnungssystems von 3.
  • 5 ist eine Querschnittansicht eines Wärmetauschers, welcher im Abwärme-Rückgewinnungssystem von 1 vorgesehen ist.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht von Hauptteilen des Wärmetauschers von 5.
  • 7 ist eine beispielhafte Ansicht einer Art des Wärmetauschs des Wärmetauschers von 5.
  • 8 ist eine beispielhafte Ansicht der Anbringung einer Turbine im Abwärme-Rückgewinnungssystem von 1.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht von Hauptteilen der Turbine von 7.
  • 10 ist eine Ablaufansicht eines Verfahrens zum Steuern der Turbine des Abwärme-Rückgewinnungssystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht eines Überhitzers und eines Abgasrückführungskühlers (AGR-Kühlers), welche im Abwärme-Rückgewinnungssystem von 1 vorgesehen sind.
  • 12 ist eine Querschnittansicht des Überhitzers und des AGR-Kühlers von 11.
  • 13 ist ein Graph, welcher eine Änderung eines Innendrucks des Wärmetauschers darstellt, der im Abwärme-Rückgewinnungssystem von 1 vorgesehen ist.
  • 14 ist eine beispielhafte Ansicht eines Verbindungszustands zwischen dem Wärmetauscher und der Turbine des Abwärme-Rückgewinnungssystems von 1.
  • 15 ist eine Ablaufansicht eines Verfahrens zum Steuern einer Verbindung zwischen dem Wärmetauscher und der Turbine des Abwärme-Rückgewinnungssystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 16 ist eine schematische Ansicht einer Struktur, in welcher ein Thermoelektrischer-Generator-Kondensator (TEG-Kondensator) und ein Reservoir, welche im Abwärme-Rückgewinnungssystem von 1 vorgesehen sind, ein Kühlmittel miteinander teilen.
  • 17 ist eine perspektivische Ansicht des Reservoirs von 16.
  • 18 ist eine weitere perspektivische Ansicht des Reservoirs von 16.
  • 19 ist eine perspektivische Ansicht von Hauptteilen einer Verbindungsstruktur zwischen dem TEG-Kondensator und dem Reservoir von 16.
  • 20 ist eine schematische Ansicht eines Reservoirtanks des Abwärme-Rückgewinnungssystems, welches in der 1 gezeigt ist.
  • 21 ist eine Ablaufansicht eines Verfahrens zum Betreiben des Reservoirtanks des Abwärme-Rückgewinnungssystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Es sollte klar sein, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellungsweise von verschiedenen Merkmalen darstellen, welche die Grundprinzipien der Erfindung aufzeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, unter anderem z.B. konkrete Abmessungen, Richtungen, Positionen und Formen, wie sie hierin offenbart sind, werden teilweise von der jeweiligen geplanten Anwendung und Nutzungsumgebung vorgegeben.
  • Durchgehend in den zahlreichen Figuren der Zeichnung bezeichnen Bezugszeichen in den Figuren die gleichen oder wesensgleichen Teile der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben ist, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüchen definiert, enthalten sein können.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, weist ein Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf: eine Auslassleitung/Abgasleitung 404, durch welche sich Abgas bewegt, das von einem Motor (z.B. einem Verbrennungsmotor) ausgegeben wird, einen Hauptkanal (z.B. eine (Rohr-)Leitung) 100, durch welchen sich ein Arbeitsfluid bewegt, eine Turbine 340, welche durch das Arbeitsfluid, das vom Hauptkanal 100 ausgegeben wird, gedreht wird, um elektrische und mechanische Energie zu erzeugen, eine Abgas-Rezirkulationsleitung (AGR-Leitung) 200, welche etwas von dem Abgas, das vom Motor ausgegeben wird, zu einem Einlasskrümmer 2 (re-)zirkuliert, und Kanalsteuerventile S1 und S2, welche im Hauptkanal 100 angeordnet sind und eine Bewegung des Arbeitsfluids steuern, sodass das Abgas, welches sich entlang der AGR-Leitung 200 bewegt, und das Arbeitsfluid, welches sich entlang des Hauptkanals 100 bewegt, miteinander Wärme tauschen.
  • Darüber hinaus weist das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform weiter auf: ein Reservoir 60, welches ein Flüssigphase-Arbeitsfluid darin speichert/bereithält, einen Wärmetauscher (z.B. einen Verdampfer) 400, welcher in/an der Abgasleitung 404 bereitgestellt ist, um das Flüssigphase-Arbeitsfluid vom Reservoir 60 zu empfangen und um das Flüssigphase-Arbeitsfluid zu verdampfen, und einen Überhitzer 310, welcher mit einem AGR-Kühler 300 verbunden ist, um vom Wärmetauscher 400 das verdampfte Arbeitsfluid abhängig von Betätigungen der Kanalsteuerventile zu empfangen und um Wärme des Abgases, welches zum Einlasskrümmer (re-)zirkuliert, an das verdampfte Arbeitsfluid zu übertragen, um das verdampfte Arbeitsfluid zu heizen (z.B. zu überhitzen).
  • Das Arbeitsfluid, welches dem Wärmetauscher 400 ausgehend vom Reservoir 60 zugeführt wird, wird durch eine Pumpe 70 unter Druck gesetzt. Die Turbine 340 empfängt selektiv das Arbeitsfluid vom Wärmetauscher 400 oder vom Überhitzer 310 abhängig von den Betätigungen der Kanalsteuerventile S1 und S2.
  • Eine Nachbehandlungsvorrichtung 402, welche Partikel (PM) regeneriert/filtert, die vom Motor ausgegeben werden, ist in der Abgasleitung 404 angeordnet. Das Abwärme-Rückgewinnungssystem weist weiter einen Thermoelektrischen-Generator-Kondensator (TEG-Kondensator) 370, welcher das Arbeitsfluid, das von der Turbine 340 ausgegeben wird, kondensiert, und einen Rekuperator 50 auf, welcher thermische Energie vom Arbeitsfluid, das sich von der Turbine 340 zum Kondensator 370 bewegt, absorbiert/aufnimmt und die (absorbierte/aufgenommene) thermische Energie an das Arbeitsfluid überträgt, welches ausgehend vom Reservoir 60 in den Wärmetauscher 400 zugeführt wird.
  • Der Überhitzer 310 ist mit dem AGR-Kühler 300 verbunden und überträgt Wärme des Abgases, welches in den AGR-Kühler 300 eingegeben wird, an ein Gasphase-Arbeitsfluid, welches durch den Wärmetauscher 400 empfangen wird. Die Turbine 340 ist selektiv in (Fluid-)Kommunikation mit dem Überhitzer 310 und dem Wärmetauscher 400 und empfängt ein Drehmoment von dem empfangenen Gasphase-Arbeitsfluid (bzw. erzeugt ein Drehmoment aus innerer Energie des Arbeitsfluids), um elektrische Leistung zu erzeugen.
  • Der Hauptkanal 100 ist in einen Erster-Zweig-Kanal 110, welcher mit einem Überhitzereinlass 315 verbunden ist, der am/im Überhitzer 310 geformt ist, und in einen Zweiter-Zweig-Kanal 120 verzweigt, welcher sich in Richtung zur Turbine 340 erstreckt, und der Zweiter-Zweig-Kanal 120 ist in einen Dritter-Zweig-Kanal 130, der mit einem Überhitzerauslass verbunden ist, der am/im Überhitzer 310 geformt ist, und in einen Vierter-Zweig-Kanal 140 verzweigt, der mit einem Turbineneinlass verbunden ist, der an/in der Turbine 340 geformt ist. Verbindungsbeziehungen zwischen dem Hauptkanal 100 und den Zweigkanälen 110, 120, 130 und 140 sind basierend auf einem Zustand beschrieben, in welchem eine Strömung des Arbeitsfluids nicht stattfindet, und der Hauptkanal 100 und die Zweigkanäle 110, 120, 130 und 140 sind einfach/einzeln angeordnet.
  • Die Kanalsteuerventile S1 und S2 sind an einem ersten Verzweigungspunkt, an welchem sich der Hauptkanal 100 in den Erster-Zweig-Kanal 110 und in den Zweiter-Zweig-Kanal 120 verzweigt, bzw. an einem zweiten Verzweigungspunkt angeordnet, an welchem sich der Zweiter-Zweig-Kanal 120 in den Dritter-Zweig-Kanal 130 und in den Vierter-Zweig-Kanal 140 verzweigt.
  • Genauer gesagt weisen die Kanalsteuerventile S1 und S2 ein Erster-Kanal-Steuerventil S1, welches am ersten Verzweigungspunkt bereitgestellt ist, an dem sich der Hauptkanal 100 in den Erster-Zweig-Kanal 110 und in den Zweiter-Zweig-Kanal 120 verzweigt, und ein Zweiter-Kanal-Steuerventil S2 auf, welches am zweiten Verzweigungspunkt bereitgestellt ist, an dem sich der Zweiter-Zweig-Kanal 120 in den Dritter-Zweig-Kanal 130 und in den Vierter-Zweig-Kanal 140 verzweigt.
  • Wie es in den 3 und 4 gezeigt ist, weist ein Verfahren des Betreibens des Abwärme-Rückgewinnungssystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf: Betreiben des Motors (S110) und Betätigen der Kanalsteuerventile S1 und S2, sodass der Hauptkanal 100 und der Überhitzer 310 Wärme miteinander tauschen (S120), wenn ein AGR-Ventil 210 betätigt ist.
  • Wenn der Motor 1 betrieben wird und das AGR-Ventil 210 betätigt ist, sind/werden die Kanalsteuerventile betätigt, sodass der Hauptkanal 100 und der Überhitzer 310 miteinander in (Fluid-)Kommunikation sind (S121). Wenn der Hauptkanal 100 und der Überhitzer 310 miteinander in Kommunikation sind, wird eine Menge des Arbeitsfluids gesteigert (S122), welches durch die Pumpe 70 zugeführt wird, die das Arbeitsfluid des Reservoirs 60, in welchem das Arbeitsfluid gespeichert ist, unter Druck setzt und die das unter Druck gesetzte Arbeitsfluid dem Wärmetauscher 400 zuführt.
  • Wenn das AGR-Ventil 210 nicht betätigt ist, sind/werden die Kanalsteuerventile betätigt, sodass der Hauptkanal 100 und die Turbine 340 miteinander in Kommunikation sind (S123), und eine Menge des Arbeitsfluids wird beibehalten (S124), welches durch die Pumpe 70 zugeführt wird, die das Arbeitsfluid des Reservoirs 60, in welchem das Arbeitsfluid gespeichert ist, unter Druck setzt und die das unter Druck gesetzte Arbeitsfluid dem Wärmetauscher 400 zuführt.
  • Wie es in den 5 bis 7 gezeigt ist, weist der Wärmetauscher 400, welcher ein Wärmetauscher 400 des Abwärme-Rückgewinnungssystems ist, der thermische Energie von der Abgasleitung 404 absorbiert/aufnimmt und diese thermische Energie dem Arbeitsfluid zuführt, um ein Gasphase-Arbeitsmittel der Turbine 340, die Energie erzeugt, zuzuführen, gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Düse / ein Mundstück 411 (z.B. allgemein: einen Zerstäuber) auf, welche/s das eingeleitete Arbeitsfluid zerstäubt.
  • Darüber hinaus weist der Wärmetauscher 400 einen Wärmetauschpfad auf, welcher mit einem Wärmetauschereinlass 410, durch welchen das Flüssigphase-Arbeitsfluid eingeleitet wird, und einem Wärmetauscherauslass 420 bereitgestellt ist, durch welchen das verdampfte Arbeitsfluid als Abgas (z.B. als Gasphase-Arbeitsfluid, welches im Wärmetauscher 400 durch das Abgas verdampft wird) ausgegeben wird, und die Düse 411 ist im Wärmetauschereinlass 410 bereitgestellt.
  • Der Wärmetauschpfad ist in einem Wärmetauschergehäuse aufgenommen, welches an der Nachbehandlungsvorrichtung 402, durch welche sich das Abgas hindurch bewegt, angebracht ist. Der Wärmetauscherpfad weist auf: eine Kammer 430, welche sich ausgehend vom Wärmetauschereinlass erstreckt und das Arbeitsfluid durch die Düse 411 einsprüht / eingesprüht bekommt, um es zu zerstäuben, ein Kammer-Erweiterungsrohr 440, welches eine Mehrzahl von Wärmetauschleitungen 441 hat, die mit einem gleichen Intervall angeordnet sind und an der Kammer 430 befestigt sind, sodass das zerstäubte Arbeitsfluid in die Wärmetauschleitungen 441 hinein eingeleitet wird, und Erweiterungsrohre 460, die an einer Seite des Kammer-Erweiterungsrohrs 440 positioniert sind und welche eine Mehrzahl von Wärmetauschleitungen 441 haben, die mit dem gleichen Intervall angeordnet sind und miteinander durch (z.B. horizontale) Verbindungselemente 450 verbunden sind, sodass das Arbeitsfluid ausgehend vom Kammer-Erweiterungsrohr 440 eingeleitet wird, wobei die Erweiterungsrohre 460 mit dem Wärmetauscherauslass 420 verbunden sind.
  • Eine Mehrzahl von Erweiterungsrohren 460 ist mit dem gleichen Intervall bereitgestellt und ist durch eine Mehrzahl von (z.B. horizontalen) Verbindungselementen 450 miteinander verbunden, sodass der Wärmetauschereinlass und der Wärmetauscherauslass miteinander in (Fluid-)Kommunikation sind. Abgasrippen/Abgaslamellen 442, welche mit dem Abgas in Kontakt sind, sind zwischen der Mehrzahl von Wärmetauschleitungen 441 bereitgestellt, und Arbeitsfluidrippen/Arbeitsfluidlamellen, welche mit dem Arbeitsfluid in Kontakt sind, sind in den Wärmetauschleitungen 441 bereitgestellt.
  • Der Wärmetauschereinlass ist mit der Pumpe 70, welche das Flüssigphase-Arbeitsfluid unter Druck setzt und einleitet (z.B. einspritzt), und mit einem Reservoir 60 verbunden, welches das Arbeitsfluid der Pumpe 70 zugeführt, und der Wärmetauscherauslass ist selektiv mit der Turbine 340, welcher das Gasphase-Arbeitsfluid ausgehend vom Wärmetauscherauslass zugeführt wird, oder mit dem Überhitzer 310 verbunden. Der Hauptkanal 100, welcher den Wärmetauscherauslass und die Turbine 340 miteinander verbindet, ist mit den Kanalsteuerventilen bereitgestellt, welche eine Kommunikation zwischen dem Wärmetauscherauslass und der Turbine 340 verhindern (z.B. den Hauptkanal 100 blockieren), und welche es dem Wärmetauscherauslass und dem Überhitzer 310 erlauben, miteinander in Kommunikation zu sein.
  • Wie es in den 8 und 9 gezeigt ist, weist die Turbine 340 eine Leistungserzeugungsturbine 342, eine Kupplung, einen Motorgenerator (welcher z.B. als Elektromotor wie auch als elektrischer Generator verwendet werden kann) 341 und eine Riemenscheibe 343 auf.
  • Ein jeweiliger Rotor der Energieerzeugungsturbine 342 und des Motorgenerators 341 sind miteinander auf derselben Achse verbunden, und die Kupplung steuert mechanisch die Leistungserzeugungsturbine 342 und die Riemenscheibe 343 (z.B. verbindet die Kupplung die Leistungserzeugungsturbine 342 und die Riemenscheibe 343 mechanisch miteinander).
  • Die Turbine 340 kann eine Welle, welche in einem Verbrennungsmotor (z.B. dem Motor 1) installiert ist, unter Verwendung von Drehenergie der Leistungserzeugungsturbine 342 direkt antreiben. Hier kann die Welle, welche im Verbrennungsmotor installiert ist, eine Kurbelwelle des Motors 1 sein, welche eine Leistung zu einem Rad (z.B. einem Antriebsrad des Fahrzeugs) überträgt, aber sie ist nicht darauf beschränkt. Die Welle, welche im Verbrennungsmotor installiert ist, kann beispielsweise eine Welle sein, welche zusätzlich im Motor 1 angebracht ist und Vorrichtungen unter Verwendung eines Drehmoments antreibt, wie beispielsweise eine Klimaanlagenpumpe / einen Klimaanlagenkompressor, eine Kühlmittelpumpe und dergleichen. Die Drehenergie der Leistungserzeugungsturbine 342 kann mittels eines Riemens an die Welle übertragen werden. Hier kann eine Kette oder ein Zahnrad/Zahnradgetriebe anstatt des Riemens verwendet werden.
  • Der Motorgenerator 341 kann eine Drehenergie der Energieerzeugungsturbine 342 in elektrische Energie und mechanische Energie umwandeln, und die elektrische Energie, welche wie oben beschrieben umgewandelt wird, kann in einer Batterie 20 (z.B. einer Fahrzeugbatterie, bspw. einer Starter- oder Traktionsbatterie) gespeichert werden. In dem Fall, in welchem die Kupplung die Leistungserzeugungsturbine 342 und die Riemenscheibe 343 voneinander trennt, wird ein Drehmoment der Leistungserzeugungsturbine 342 nur zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet, und in dem Fall, in welchem die Kupplung die Leistungserzeugungsturbine 342 und die Riemenscheibe 343 miteinander verbindet, wird ein Drehmoment der Leistungserzeugungsturbine 342 verwendet, um der Welle, welche im Verbrennungsmotor installiert ist, Leistung zuzuführen, und ebenso, um elektrische Leistung zu erzeugen. Der Motorgenerator 341 kann elektrische Leistung von der Batterie empfangen, um die Welle, welche im Verbrennungsmotor installiert ist, anzutreiben.
  • Ein Leistungsübertragungsteil 40 (z.B. ein elektrischer Anlasser, z.B. allgemein: ein elektrischer Hilfsmotor) kann in einem Getriebezug (z.B. einer Getriebestufe) 7 des Motors 1 installiert sein, um mit dem Getriebezug 7 im Eingriff zu sein. Das Leistungsübertragungsteil 40 kann die elektrische Leistung ausgehend von der Batterie 20 durch einen Inverter 30 empfangen, um dadurch verwendet zu werden, um den Motor 1 anzulassen / zu starten, oder kann als eine Antriebsquelle dienen, welche dem Motor 1 assistiert, um dabei zu helfen eine Ausgabeleistung des Motors 1 zu erhöhen oder eine Belastung des Motors 1 zu senken, wodurch eine Kraftstoffeffizienz des Motors 1 verbessert wird.
  • Die Turbine 340 kann weiter eine zweite Kupplung aufweisen, welche mechanisch die Leistungserzeugungsturbine 342 und den Motorgenerator 341 steuern kann (z.B. diese selektiv verbinden kann). In dem Fall, in welchem das Arbeitsfluid die Leistungserzeugungsturbine 342 dreht, wenn eine Dauer, während der ein Drehmoment der Leistungserzeugungsturbine 342 in elektrische Energie umgewandelt wird, exzessiv lang ist, kann die Batterie 20 überladen werden.
  • In diesem Fall kann die zweite Kupplung mechanisch die Leistungserzeugungsturbine 342 und den Motorgenerator 341 voneinander trennen, und die Leistungserzeugungsturbine 342 dreht sich kontinuierlich in einem Zustand, in welchem sie mechanisch vom Motorgenerator 341 getrennt ist. In diesem Fall kann eine Drehenergie der Leistungserzeugungsturbine 342 ohne verschwendet zu werden maximal verwendet werden durch Erlauben, dass die Leistungserzeugungsturbine 342 die Welle 7 antreibt, welche im Verbrennungsmotor angeordnet ist, ohne dass sich die Leistungserzeugungsturbine 342 im Leerlauf befindet.
  • Wenn eine Spannung der Batterie 20 auf eine vorbestimmte Ladestart-Referenzspannung fällt, während einer Dauer, in welcher das Arbeitsfluid die Leistungserzeugungsturbine 342 dreht, kann ein Rückgewinnungssystem eingerichtet sein, sodass die zweite Kupplung wieder mechanisch die Leistungserzeugungsturbine 342 und den Motorgenerator 341 miteinander verbindet, um die Batterie 20 zu laden.
  • In der wie oben beschriebenen und konfigurierten Turbine 340, nachdem das Anlassen des Fahrzeugs gestoppt wird, wird das Arbeitsfluid nicht von der Turbine 340 ausgegeben, sondern verbleibt in der Turbine 340. Das Arbeitsfluid, welches in der Turbine 340 verbleibt, wird gekühlt, sodass ein Aggregatzustand davon von einer Gasphase in eine Flüssigphase geändert/überführt wird, und das Flüssigphase-Arbeitsfluid und/oder das Gasphase-Arbeitsfluid koexistieren zum Zeitpunkt des Wiederbetreibens/Wiederanlassens des Motors 1 in der Turbine 340, sodass ein Kavitationsphänomen auftreten kann und die Leistungserzeugungsturbine 342 aufgrund des Flüssigphase-Arbeitsfluids und von Luftblasen/Gasphase-Arbeitsfluidblasen beschädigt werden kann.
  • Deshalb steuert gemäß einem Verfahren, welches in der 10 gezeigt ist, das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Turbine 340, um nach dem (z.B. Stoppen des) Starten(s) des Motors 1 zwangsgetrieben rückwärts zu drehen, wodurch das Arbeitsfluid, welches in der Arbeitsturbine 340 verbleibt, rückwärts in dem Wärmetauscher 400 eingeleitet wird.
  • Ein Verfahren des Steuerns der Turbine des Abwärme-Rückgewinnungssystems ist weiter unten im Detail beschrieben. Das Verfahren des Steuerns der Turbine des Abwärme-Rückgewinnungssystem, welches ein Verfahren des Steuerns der Turbine des Abwärme-Rückgewinnungssystems ist, in welchem die Wärme des Abgases das Arbeitsfluid durch den Wärmetauscher 400, der in der Abgasleitung 404 bereitgestellt ist, verdampft und das (verdampfte) Arbeitsfluid der Turbine 340 zugeführt wird, weist auf: Einschalten/Beginnen des Anlassens (S210), Messen einer Innentemperatur des Wärmetauschers 400 (S211) und Drehen der Turbine 340 in eine Rückwärtsrichtung (S212), wenn die gemessene Innentemperatur eine vorbestimmte Temperatur ist oder weniger ist.
  • Nach dem Anlassen wird die Innentemperatur des Wärmetauschers 400 gemessen und wird die Turbine 340 rückwärts betrieben, wenn die gemessene Temperatur niedriger ist als ein angemessener Wert (50 °C). Wenn der gemessene Wert der angemessene Wert ist oder größer ist, wird die Turbine 340 normal betrieben und wird die Innentemperatur des Wärmetauschers erneut gemessen (S214).
  • Wenn die Turbine 340 rückwärts betrieben wird, wird bestätigt, ob eine Flussrate des Arbeitsfluids, welches rückwärts/umgekehrt ausgehend von der Turbine 340 in den Wärmetauscher 400 eingeleitet wird, vorliegt (S213). Wenn die Flussrate des Arbeitsfluids, welches rückwärts ausgehend von der Turbine 340 in den Wärmetauscher 400 eingeleitet wird, vorliegt, wird der Rückwärtsbetrieb der Turbine 340 fortgesetzt. Dann wird bestätigt, ob die Innentemperatur des Wärmetauschers 400 einen Schwellenwert überschreitet (250 °C) (S215).
  • Wenn die Flussrate des Arbeitsfluids, welches rückwärts ausgehend von der Turbine 340 in den Wärmetauscher 400 eingeleitet wird, nicht vorliegt und wenn die Innentemperatur des Wärmetauschers 400 den Schwellenwert (250 °C) überschreitet, wird die Pumpe 70 betrieben, welche das Arbeitsfluid unter Druck setzt und das unter Druck gesetzte Arbeitsfluid in den Wärmetauscher 400 einleitet/einspritzt, und empfängt die Turbine 340 ein Drehmoment vom Arbeitsfluid (bzw. erzeugt mittels des Arbeitsfluids ein Drehmoment), um elektrische Leistung zu erzeugen (S216).
  • Wenn die Flussrate des Arbeitsfluids, welches rückwärts ausgehend von der Turbine 340 in den Wärmetauscher 400 eingeleitet wird, nicht vorliegt und die Innentemperatur des Wärmetauschers 400 niedriger ist als der Schwellenwert, wird die Pumpe 70, welche das Arbeitsfluid unter Druck setzt und das unter Druck gesetzte Arbeitsfluid in den Wärmetauscher 400 hinein einleitet/einspritzt, nicht betrieben (S217).
  • Der Überhitzer 310 ist mit dem AGR-Kühler 300 verbunden, um vom AGR-Kühler separierbar/lösbar zu sein, wie es in den 11 und 12 gezeigt ist. In der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung befindet sich der Überhitzer 310, welcher an einer Seite des AGR-Kühlers 300 geformt ist, um die Wärme des Abgases, welches durch die Abgasleitung 404 ausgegeben wird, zurückzugewinnen, um das verdampfte Arbeitsfluid zu heizen, stromaufwärts des AGR-Kühlers 300 im Hauptkanal 100, und ist mit dem AGR-Kühler 300 verbunden, um vom AGR-Kühler separierbar/trennbar zu sein.
  • Der Überhitzer 310 und der AGR-Kühler 300 sind miteinander durch ein Halteteil 317 an Verbindungsabschnitten verbunden, welche zwischen/an diesen bereitgestellt sind, sodass ein Kupplungszustand zwischen diesen beibehalten wird. Ein thermischer Einfluss des Überhitzers 310 auf den AGR-Kühler 300 (und umgekehrt) wird verringert, und ein Schaden am Überhitzer 310 und am AGR-Kühler 300 wird durch das Halteteil 317 verhindert.
  • Ein separierbarer Überhitzer 310, welcher im Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angebracht ist, ist nachfolgend im Detail beschrieben.
  • Das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist auf: die AGR-Leitung 200, welche das Abgas kühlt, das vom Motor 1 ausgegeben wird, und welche das gekühlte Abgas zum Einlasskrümmer (re-)zirkuliert, die Turbine 340, welche durch das Arbeitsfluid gedreht wird, das durch den Wärmetausch mit der Abgasleitung 404 verdampft, um Energie zu erzeugen, den Überhitzer 310, welcher an/in der AGR-Leitung 200 angeordnet ist und Wärme mit dem (Abgas und mit dem) Arbeitsfluid, welches sich zur Turbine 340 bewegt, tauscht, und den AGR-Kühler 300, welcher geformt ist, um vom Überhitzer 310 separierbar zu sein und welcher an/in der AGR-Leitung 200 angeordnet ist, um Wärme mit dem Abgas, welches sich zum Einlasskrümmer bewegt, zu tauschen.
  • Der AGR-Kühler 300 weist ein AGR-Kühlergehäuses 301 auf, welches eine Außengestalt formt, und der Überhitzer 310 weist ein Überhitzergehäuse 311 auf, welches eine Außengestalt formt und mit dem AGR-Kühlergehäuse 301 verbunden ist und welches Überhitzer-Innenkanäle 312 darin geformt hat.
  • Ein Rezirkulationsgaseinlass 313, in welchen das Abgas ausgehend von der AGR-Leitung 200 eingeleitet wird, bzw. ein Rezirkulationsgasauslass 314, durch welchen das Abgas zum AGR-Kühler 300 ausgegeben wird, sind in einer Längsrichtung an beiden Enden des Überhitzergehäuses 311 geformt.
  • Die Überhitzer-Innenkanäle 312 stehen an einer Seitenfläche des Überhitzergehäuses 311 (z.B. nach innen) vor und sind mit einem Überhitzereinlass 315, welchem das Arbeitsfluid zugeführt wird, und mit einem Überhitzerauslass 316, durch welchen das Arbeitsfluid von den Überhitzer-Innenkanälen 312 ausgegeben wird, bereitgestellt. Wie es oben beschrieben ist, empfängt die Turbine 340 das Arbeitsfluid vom Wärmetauscher 400 oder von Überhitzer 310, um elektrische Leistung zu erzeugen. Der Überhitzereinlass 315 ist mit dem Wärmetauscher 400 verbunden und der Überhitzerauslass 316 ist mit der Turbine 340 verbunden.
  • Der AGR-Kühler 300 weist auf: das AGR-Kühlergehäuse 301, welches mit dem Überhitzergehäuse 311 des Überhitzers 310 verbunden ist, Kühlmittelkanäle 302, welche im AGR-Kühlergehäuse 301 angebracht sind, einen AGR-Kühlereinlass 303, welcher ausgehend vom AGR-Kühlergehäuse 301 vorsteht und durch welchen ein Kühlmittel in die Kühlmittelkanäle 302 hinein eingeleitet wird, und einen AGR-Kühlerauslass 304, welcher ausgehend vom AGR-Kühlergehäuse 301 vorsteht und das Kühlmittel von den Kühlmittelkanälen 302 ausgibt.
  • Wärme des Abgases ist bei frühen Phasen des Anlassens niedriger als beim Fahren (z.B. des Fahrzeugs), und das Arbeitsfluid im Wärmetauscher 400 wird bei den frühen Phasen des Anlassens weniger verdampft als beim Fahren. Deshalb ist bei den frühen Phasen des Anlasses ein Druck des Arbeitsfluids, welches in die Turbine 340 hinein eingeleitet wird, niedrig, sodass ein geringes Drehmoment in der Turbine 340 durch das Einleiten des Arbeitsfluids erzeugt wird. In diesem Hinblick weist eine Verbindungsstruktur zwischen dem Wärmetauscher 400 und der Turbine 340 des Abwärme-Rückgewinnungssystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf: den Wärmetauscher 400, welcher in/an der Abgasleitung 404 bereitgestellt ist und die Wärme des Abgases an das Arbeitsfluid überträgt, die Turbine 340, welche mit dem Wärmetauscher 400 durch den Hauptkanal 100 verbunden ist und das verdampfte Arbeitsfluid, welches durch den Hauptkanal 100 zugeführt wird, empfängt, und ein Druckeinstellventil S3, welches im Hauptkanal 100 angebracht ist und es dem Wärmetauscher 400 und der Turbine 340 gestattet, selektiv miteinander in Kommunikation zu sein, wie es in den 13 und 14 gezeigt ist.
  • Darüber hinaus weist die Verbindungsstruktur weiter auf: das Reservoir 60, in welchem das Flüssigphase-Arbeitsfluid gespeichert ist, und die Pumpe 70, welche das Arbeitsfluid unter Druck setzt und das unter Druck gesetzte Arbeitsfluid in den Wärmetauscher 400 hinein einleitet/einspritzt, und das Arbeitsfluid wird von der Turbine 340 zum Reservoir 60 zurückgeführt. Der Rekuperator 50, welcher die Wärme des Arbeitsfluids zurückgewinnt, und der TEG-Kondensator 370 sind zwischen der Turbine 340 und dem Reservoir 60 bereitgestellt. Der Wärmetauscher 400 hat einen Drucksensor an einem Auslass davon angebracht.
  • In dem Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welches die Verbindungsstruktur zwischen dem Wärmetauscher 400 und der Turbine 340 hat, wie es oben beschrieben und in der 14 (bzw. 15) gezeigt ist, wenn ein Innendruck des Wärmetauschers 400 ein festgelegter Wert ist oder mehr ist, wird das Druckeinstellventil S3 betätigt und sind der Wärmetauscher 400 und die Turbine 340 miteinander in (Fluid-)Kommunikation (S330).
  • Bevor der Innendruck des Wärmetauschers 400 gemessen wird, wird das Fahrzeug, in welchem der Wärmetauscher 400 und die Turbine 340 angeordnet sind, angelassen und wird die Pumpe 70, welche das Arbeitsfluid dem Wärmetauscher 400 zuführt, betrieben (S310). Der Innendruck des Wärmetauschers 400 wird gemessen, und es wird entschieden, ob der Innendruck ein festgelegter Wert ist oder mehr ist (S320). Das Arbeitsfluid wird durch/innerhalb die/der Pumpe 70, den Wärmetauscher 400 / des Wärmetauschers 400 und die/der Turbine 340 durch das Druckeinstellventil S3 zirkuliert.
  • Das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welches wie oben beschrieben ist, ist nachfolgend im Detail beschrieben.
  • Wenn eine Temperatur des Abgases niedrig ist, beispielsweise, wenn der Motor anfänglich startet/angelassen wird, tritt Rezirkulationsabgas, d.h. AGR-Gas, nicht durch den AGR-Kühler 300 hindurch, sondern wird direkt in den Einlasskrümmer 2 unter Verwendung eines AGR-Umgehungsventils 220 eingeleitet, wodurch es ermöglicht wird, den Motor 1 schnell zu wärmen, und nachdem eine Temperatur des Abgases ausreichend erhöht ist, wird das Abgas dem AGR-Kühler 300 zugeführt, wodurch es ermöglicht wird, NOx zu verringern.
  • Der Überhitzer 310 kann basierend auf einer Strömung, durch welchen das AGR-Gas eingeleitet wird, stromaufwärts des AGR-Kühlers 300 angeordnet sein. In diesem Fall kann das AGR-Gas eine große Wärmemenge auf das Arbeitsfluid übertragen, während es durch den Überhitzer 310 hindurchtritt, und das AGR-Gas, welches eine Wärmemenge hat, die nicht auf das Arbeitsfluid übertragen wird, wird durch den AGR-Kühler 300 gekühlt, sodass das Arbeitsfluid eine maximale Wärme vom AGR-Gas zurückgewinnen kann.
  • Das Arbeitsfluid wird der Pumpe 70 durch einen Auslass 64 des Reservoirs 60, welches das Flüssigphase-Arbeitsfluid darin speichert und welches einen Einlass 62 und den Auslass 64 hat, zugeführt, und das Arbeitsfluid, welches durch die Pumpe 70 gepumpt wird, wird während des Hindurchtretens durch den Rekuperator 50 geheizt.
  • Das Arbeitsfluid, welches durch den Rekuperator 50 hindurchtritt, wird dem Wärmetauscher 400 zugeführt, um wieder die Wärme zu empfangen, und empfängt die Wärme durch den Überhitzer 310, welcher in/am AGR-Kühler 300 bereitgestellt ist. Das Flüssigphase-Arbeitsfluid, welches nicht verdampft wird, sogar wenn es durch den Überhitzer 310 hindurchtritt, wird durch einen Gas-Flüssigkeit-Separator 330 separiert, und nur das Gasphase-Arbeitsfluid, welches durch den Überhitzer 310 hindurchtritt, wird der Turbine 340 zugeführt.
  • Das heißt, das Arbeitsfluid empfängt die Wärme vom Rekuperator 50, und der Wärmetauscher 400 ist stromaufwärts des AGR-Kühlers 300 im Hauptkanal 100 angeordnet, sodass das Arbeitsfluid zusätzlich die Wärme empfängt, während es nacheinander durch den Wärmetauscher 400 und den Überhitzer 310 hindurchtritt.
  • Das Gasphase-Arbeitsfluid wird der Turbine 340 zugeführt, um die Turbine 340 zu drehen, und das Arbeitsfluid, welches durch die Drehung der Turbine 340 Energie verliert, tritt durch den Rekuperator 50 hindurch und kehrt dann zum Einlass 62 des Reservoirs 60 zurück.
  • Das durch den wie oben beschriebenen Pfad zirkulierte Arbeitsfluid kann eine Rankine-Zyklus-Bedingung erfüllen. Hier bezeichnet ein Rankine-Zyklus, welcher ein Zyklus ist, der aus zwei adiabaten Änderungen und zwei isobaren Änderungen gebildet ist, einen Zyklus, in welchem das Arbeitsfluid von Aggregatszustandsänderungen in/zwischen Dampf und Flüssigkeit begleitet wird. Da der Rankine-Zyklus ein gutbekannter Zyklus ist, wird eine detaillierte Beschreibung davon ausgelassen.
  • Der Rekuperator 50 ist mit sowohl dem Einlass 62 als auch dem Auslass 64 des Reservoirs 60 verbunden, um die Wärme zwischen dem Arbeitsfluid, welches in das Reservoir 60 hinein eingeleitet wird, und dem Arbeitsfluid, welches aus dem Reservoir 60 heraus strömt, zu tauschen.
  • In Bezug auf das Arbeitsfluid, welches aus dem Auslass 64 des Reservoirs 60 herausströmt, wird das Arbeitsfluid durch Empfangen von Wärme vom Arbeitsfluid, welches durch die Turbine 340 hindurchtritt und dann in den Rekuperator 50 hinein eingeleitet wird, geheizt. Im Gegensatz dazu, in Bezug auf das Arbeitsfluid, welches durch die Turbine 340 hindurchtritt und dann in den Rekuperator 50 hinein eingeleitet wird, wird das Arbeitsfluid durch das Arbeitsfluid gekühlt, welches aus dem Auslass 64 des Reservoirs 60 herausströmt. Wie es oben beschrieben ist, ist der Rekuperator 50 basierend auf dem Einlass 62 des Reservoirs 60 stromaufwärts des Reservoirs 60 angeordnet und ist basierend auf dem Auslass 64 des Reservoirs 60 stromabwärts des Reservoirs 60 angeordnet, wodurch es ermöglicht wird, das Arbeitsfluid verlässlich/sicher in der Flüssigphase dem Reservoir 60 zuzuführen und das Arbeitsfluid vorzuwärmen, bevor es dem Wärmetauscher 400 zugeführt wird, um die Effizienz des Abwärme-Rückgewinnungssystems zu verbessern.
  • Der TEG-Kondensator 370 ist zwischen dem Einlass 62 des Reservoirs 60 und dem Rekuperator 50 angeordnet und führt eine vorbestimmte Rolle beim Entnehmen einer Menge von Wärme von/aus dem Arbeitsfluid durch, um das Arbeitsfluid, welches in das Reservoir 60 hineinströmt, in einem Flüssigzustand zu überführen/zu halten. Darüber hinaus kann ein Rohr zwischen dem Rekuperator 50 und den TEG-Kondensator 370 als ein Arbeitsfluidkühler geformt sein, welches einige Male gekrümmt/gebogen ist (z.B. mäanderförmig gestaltet ist), um die Kühleffizienz zu verbessern. Der Arbeitsfluidkühler kann durch ein Kühlgebläse 360 gekühlt werden.
  • Ein Endabschnitt des Arbeitsfluidkühlers ist mit dem TEG-Kondensator 370 verbunden, sodass das Arbeitsfluid, welches durch die Wirkung des Arbeitsfluidkühlers und das Kühlgebläse 360 gekühlt wird, zusätzlich durch den TEG-Kondensator 370 gekühlt werden kann.
  • Die Pumpe 70 ist zwischen dem Reservoir 60 und dem Rekuperator 50 angeordnet, und in dem Fall, in welchem das Arbeitsfluid, das durch ein Rohr strömt, welches das Reservoir 60 und die Pumpe 70 miteinander verbindet, die Wärme der Umgebung absorbiert, um dadurch verdampft zu werden, kann die Pumpeffizienz verringert sein. Um die oben beschriebene Verringerung in der Pumpeffizienz zu verhindern, kann das Rohr, welches das Reservoir 60 und die Pumpe 70 miteinander verbindet, einer Wärmeisolierungsbehandlung ausgesetzt sein (z.B. kann das Rohr isoliert sein).
  • Im Hauptkanal 100 sind eine Stelle zwischen dem Überhitzer 310 und der Turbine 340 und eine Stelle zwischen der Turbine 340 und dem Rekuperator 50 miteinander durch eine Arbeitsfluidumgehung 350 verbunden, und ein Arbeitsfluid-Umgehungsventil 352, welches selektiv das Arbeitsfluid zum Rekuperator 50 umleitet, ist in der Arbeitsfluidumgehung 350 installiert.
  • In dem Fall, in welchem das Arbeitsfluid eine bestimmte Temperatur und einen bestimmten Druck überschreitet, wird eine Molekülstruktur des Arbeitsfluids zerstört, sodass eine einzigartige Stoffeigenschaft des Arbeitsfluids verloren sein kann. In dem Fall, in welchem die einzigartige Stoffeigenschaft des Arbeitsfluids verloren sein kann, so wie es oben beschrieben ist, wird das Arbeitsfluid dem Rekuperator 50 unter Verwendung des Arbeitsfluid-Umgehungsventils 352 zugeführt, um das Arbeitsfluid wieder in einen Normalzustand zu überführen, bevor das Arbeitsfluid durch die Turbine 340 hindurchtritt. Das Arbeitsfluid, welches zum Rekuperator 50 umgeleitet wird, wird in den Normalzustand überführt, während es durch den Rekuperator 50 hindurchtritt.
  • Es ist ideal, dass nur das Arbeitsfluid im Hauptkanal 100 zirkuliert. Jedoch muss ein Hochtemperatur-Arbeitsfluid die Turbine 340 drehen, und die Turbine 340 ist durch ein Turbinenschmiermittel geschmiert, um zu verhindern, dass die Turbine 340 beschädigt wird, während sie sich mit einer hohen Geschwindigkeit dreht. Deshalb kann das Turbinenschmiermittel mit dem Arbeitsfluid, welches durch die Turbine 340 hindurchtritt, gemischt werden, und ein Ölseparator/Ölabscheider 320 zum Separieren von Fluiden des Hauptkanals 100, welche andere Fluide als das Arbeitsfluid sind, inklusive des Turbinenschmiermittels, welches von der Turbine 340 ausgegeben wird, kann in einem Rohr zwischen der Turbine 340 und dem Rekuperator 50 geformt sein.
  • Der TEG-Kondensator 370 und das Reservoir 60 sind mit einem Kühlmittelkanal L1, durch welchen ein Kühlmittel zum Kühlen des Arbeitsfluids strömt, bzw. mit einer Kühlmittelpumpe P1 bereitgestellt, welche Bewegungsenergie zum Zirkulieren des Kühlmittels durch den Kühlmittelkanal L1 zuführt. Deshalb ist eine Gestaltung eines Rohrs, welches mit dem TEG-Kondensator 370 und dem Reservoir 60 verbunden ist, besonders schwierig.
  • Im Hinblick darauf sind im Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie sie in den 16 bis 19 gezeigt ist, der TEG-Kondensator 370 und das Reservoir 60 eingerichtet, um miteinander das Kühlmittel zu teilen.
  • Das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist auf: den TEG-Kondensator 370 und das Reservoir 60, zu welchen/m hin sich der Kühlmittelkanal L1 erstreckt, durch den das Kühlmittel zum Kühlen des Arbeitsfluids, das die Wärme des Abgases empfängt, strömt. Darüber hinaus ist der Kühlmittelkanal L1 mit einer Kühlmittelpumpe P1 zum Zirkulieren des Kühlmittels bereitgestellt.
  • Eine detaillierte Beschreibung ist nachfolgend bereitgestellt. Wie es in den 16 bis 19 gezeigt ist, weist das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung den TEG-Kondensator 370, welcher das Arbeitsfluid darin eingeleitet bekommt und welcher die Wärme des eingeleiteten Arbeitsfluids zurückgewinnt, das Arbeitsfluid, welches die Wärme des Abgases durch den Wärmetauscher 400 empfängt, der in/an der Abgasleitung 404 bereitgestellt ist, und das Reservoir 60 auf, welches das Arbeitsfluid vom TEG-Kondensator 370 empfängt, wobei der TEG-Kondensator 370 und das Reservoir 60 mit dem Kühlmittelkanal L1 bereitgestellt sind, durch welchen das Kühlmittel zum Kühlen des Arbeitsfluids strömt.
  • Der Kühlmittelkanal L1 ist zusammen mit der Kühlmittelpumpe P1 angebracht, sodass das Kühlmittel im TEG-Kondensator 370 und in dem Reservoir 60 durch den Kühlmittelkanal L1 zirkuliert werden kann. Das Reservoir 60 weist einen Kühlmantel 61 auf, welcher im Reservoir 60 angebracht ist, und ist mit einem Kühlmittelmanteleinlass 63 und einem Kühlmittelmantelauslass 68, welche/welcher mit dem Kühlmittelkanal L1 verbunden ist, bereitgestellt.
  • Der Kühlmittelmantel 61 weist auf: eine Kühlmitteleinlasskammer 65, welche den Kühlmittelmanteleinlass 63 darin geformt hat, eine Kühlmittelauslasskammer 67, welche (z.B. zumindest im Wesentlichen) parallel zur Kühlmitteleinlasskammer 65 angeordnet ist und welche den Kühlmittelmantelauslass 68 darin geformt hat, und eine Mehrzahl von Kühlmittelmantel-Innenpfaden 66, welche die Kühlmitteleinlasskammer 65 und die Kühlmittelauslasskammer 67 miteinander verbinden. Die Kühlmittelmantel-Innenpfade 66 sind (z.B. zumindest im Wesentlichen) senkrecht zur Kühlmitteleinlasskammer 65 und zur Kühlmittelauslasskammer 67 geformt.
  • Das Reservoir 60 ist mit der Pumpe 70 verbunden, welche das Arbeitsfluid unter Druck setzt und das unter Druck gesetzte Arbeitsfluid dem Wärmetauscher 400 zuführt. Der Wärmetauscher 400 ist mit dem Überhitzer 310 verbunden, welcher das verdampfte Arbeitsfluid empfängt und heizt. Der Überhitzer 310 ist an einem vorderen Ende des AGR-Kühlers 300, welcher das rezirkulierte Abgas kühlt, angebracht.
  • Der TEG-Kondensator 370 ist mit der Turbine 340 verbunden, welche das Arbeitsfluid vom Wärmetauscher 400 empfängt. Der Rekuperator 50, welcher die Wärme des Arbeitsfluids, das von der Turbine 340 in den TEG-Kondensator 370 eingeleitet wird, auf das Arbeitsfluid überträgt, welches vom TEG-Kondensator 370 dem Reservoir 60 eingeleitet wird, ist zwischen der Turbine 340 und dem TEG-Kondensator 370 bereitgestellt.
  • Wenn eine Arbeitslast der Turbine 340 groß wird, steigt eine Innentemperatur des Reservoirs 60. Wenn die Innentemperatur des Reservoirs 60 steigt, steigt eine Temperatur des Arbeitsfluids, welches in dem Reservoir 60 aufgenommen ist, sodass ein Verdampfungsphänomen auftritt, dass das Arbeitsfluid im Reservoir 60 vom Flüssigphasenzustand in den Gasphasenzustand geändert/überführt wird. Da das Arbeitsfluid von der Flüssigphase in die Gasphase geändert/überführt wird, kann ein Zustand nicht auftreten, in welchem die Pumpe 70, die das Flüssigphase-Arbeitsfluid unter Druck setzt und das unter Druck gesetzte Flüssigphase-Arbeitsfluid dem Wärmetauscher 400 zuführt, betrieben wird, sodass letztendlich ein Zustand auftritt, in welchem das Flüssigphase-Arbeitsfluid dem Wärmetauscher 400 nicht zugeführt werden kann.
  • Im Hinblick darauf sind im Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie es in der 20 gezeigt ist, eine Mehrzahl von Reservoirs 60, 60‘ bereitgestellt, und nur Reservoirs 60, 60‘ unter der Mehrzahl von Reservoirs 60, 60‘, von welchen Innentemperaturen niedriger als ein bestimmter Wert sind, sind mit dem Wärmetauscher 400 in (Fluid-)Kommunikation, um das Arbeitsfluid / die Arbeitsfluide dem Wärmetauscher 400 durch die Pumpe 70 zuzuführen.
  • Das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist auf: die Abgasleitung 404, durch welche sich hindurch das Abgas bewegt, das vom Motor 1 ausgegeben wird, den Wärmetauscher 400, welcher in/an der Abgasleitung 404 angebracht ist und den Wärmetausch zwischen dem Abgas und dem Arbeitsfluid, welches darin strömt, durchführt, die Mehrzahl von Reservoirs 60, 60‘, die dem Wärmetauscher 400 die Arbeitsfluide zuführen, und Kanal-Einstellventile V1 und V2, welche es irgendeinem von der Mehrzahl von Reservoirs 60, 60‘ erlauben, mit dem Wärmetauscher 400 in Kommunikation zu sein.
  • Darüber hinaus weist das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weiter auf: die Pumpe 70, welche die Arbeitsfluide von der Mehrzahl von Reservoirs 60, 60‘ unter Druck setzt und die unter Druck gesetzten Arbeitsfluide dem Wärmetauscher 400 zuführt, die Turbine 340, welche das verdampfte Arbeitsfluid vom Wärmetauscher 400 empfängt, um die elektrische Leistung zu erzeugen, und den TEG-Kondensator 370, welcher das Arbeitsfluid von der Turbine 340 empfängt, um die Wärme des Arbeitsfluids zurückzugewinnen.
  • Die Kanal-Einstellventile V1 und V2 weisen auf: ein erstes Kanal-Einstellventil V1, welches in einem ersten Verbindungskanal bereitgestellt ist, der einen TEG-Kondensatorauslass, durch welchen hindurch das Flüssigphase-Arbeitsfluid vom TEG-Kondensator 370 ausgegeben wird, und die Mehrzahl von Reservoirs 60, 60‘ miteinander verbindet, und ein zweites Kanal-Einstellventil V2, welches in einem zweiten Verbindungskanal bereitgestellt ist, der die Mehrzahl von Reservoirs 60, 60‘ und die Pumpe 70 miteinander verbindet.
  • Jedes der Reservoirs 60, 60‘ ist mit einem Temperatursensor und einem Drucksensor bereitgestellt. Das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist weiter auf: den Wärmetauscher 400, welcher das Arbeitsfluid empfängt, das von der Pumpe 70 unter Druck gesetzt wird und (diesem) zugeführt wird, und die Turbine 340, die das Arbeitsfluid vom Wärmetauscher 400 empfängt, um die elektrische Leistung zu erzeugen und um das Arbeitsfluid zum TEG-Kondensator 370 zu übertragen. Das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist weiter auf: den Rekuperator 50, welcher es der Wärme des Arbeitsfluids, das von der Turbine 340 zum TEG-Kondensator 370 überführt wird, erlaubt, auf die Arbeitsfluide, die von der Mehrzahl von Reservoirs 60, 60‘ dem Wärmetauscher 400 zugeführt werden, übertragen zu werden.
  • Der Rekuperator 50 ist zwischen einer Zuführleitung, welche die Pumpe 70 und den Wärmetauscher 400 miteinander verbindet, und einer Rückführleitung, welche die Turbine 340 und den TEG-Kondensator 370 miteinander verbindet, angebracht.
  • Wie es in der 21 gezeigt ist, weist ein Verfahren des Betreibens des Reservoirs (z.B. eines Reservoirtanks oder eines Reservoirverbundes aus mehreren miteinander verbundenen Reservoirs) des Abwärme-Rückgewinnungssystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welches wie oben beschrieben eingerichtet ist, auf: Messen von Innentemperaturen und Innendrücken der Mehrzahl von Reservoirs 60, 60‘ durch die Temperatursensoren und die Drucksensoren, welche in der Mehrzahl von Reservoirs 60 enthalten sind (S410), Entscheiden, ob die Arbeitsfluide, welche in der Mehrzahl von Reservoirs 60, 60‘ gespeichert sind, in der Flüssigphase oder der Gasphase vorliegen (S420), und Erlauben der Reservoirs 60 unter der Mehrzahl von Reservoirs 60 60‘, in welchen die Flüssigphase-Arbeitsfluide gespeichert sind, und der Pumpe 70, miteinander in Kommunikation zu sein (S430).
  • In dem Fall, in welchem alle Arbeitsfluide, welche in der Mehrzahl von Reservoirs 60, 60‘ gespeichert sind, in der Gasphase vorliegen, wird ein Betrieb der Pumpe 70 gestoppt (S440). Wenn die Anzahl von Reservoirs 60 unter der Mehrzahl von Reservoirs 60, 60‘, in welcher die Flüssigphase-Arbeitsfluide gespeichert ist, zwei oder mehr ist, sind irgendwelche Reservoirverbunde/Reservoirzusammenstellungen 60 unter der Mehrzahl von Reservoirs 60, 60‘ und die Pumpe 70 miteinander verbunden.
  • Zum Zeitpunkt des anfänglichen Startens/Anlassens sind irgendein Reservoirverbund 60 / irgendeine Reservoirzusammenstellung 60, 60‘ unter der Mehrzahl von Reservoirs 60 und die Pumpe 70 miteinander in (Fluid-)Kommunikation.
  • Wie es oben beschrieben ist, wird im Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung das Flüssigphase-Arbeitsfluid dem Wärmetauscher zugeführt, ohne gestoppt zu werden, sodass eine Effizienz des Abwärme-Rückgewinnungssystems verbessert ist.
  • Die vorhergehenden Beschreibungen von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienten dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Änderungen und Abwandlungen vor dem Hintergrund der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und ihre praktische Anwendbarkeit zu beschreiben, um es dadurch dem Fachmann zu erlauben, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie verschiedene Alternativen und Abwandlungen davon, herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motor
    2
    Einlasskrümmer
    7
    Getriebezug/Getriebestufe
    20
    Batterie
    30
    Inverter
    40
    Leistungsübertragungsteil
    50
    Rekuperator
    60
    Reservoir
    61
    Kühlmantel
    62
    Einlass
    64
    Auslass
    65
    Kühlmitteleinführungskammer
    66
    Kühlmantel-Innenpfade
    67
    Kühlmittelauslasskammer
    68
    Kühlmantelauslass
    70
    Pumpe
    100
    Hauptkanal
    110
    Erster-Zweig-Kanal
    120
    Zweiter-Zweig-Kanal
    130
    Dritter-Zweig-Kanal
    140
    Vierter-Zweig-Kanal
    200
    Abgas-Rezirkulationsleitung (AGR-Leitung)
    210
    AGR-Ventil
    220
    AGR-Umgehungsventil
    300
    AGR-Kühler
    301
    AGR-Kühlergehäuse
    302
    Kühlmittelkanäle
    303
    AGR-Kühlereinlass
    304
    AGR-Kühlerauslass
    310
    Überhitzer
    311
    Überhitzergehäuse
    312
    Überhitzer-Innenkanäle
    313
    Rezirkulationsgaseinlass
    314
    Rezirkulationsgasauslass
    315
    Überhitzereinlass
    316
    Überhitzerauslass
    317
    Halteteil
    320
    Ölseparator
    330
    Gas-Flüssigkeit-Separator
    340
    Turbine
    341
    Motorgenerator
    342
    Energieerzeugungsturbine
    343
    Riemenscheibe
    350
    Arbeitsfluidumgehung
    352
    Arbeitsfluid-Umgehungsventil
    360
    Kühlgebläse
    370
    TEG-Kondensator
    400
    Wärmetauscher
    402
    Nachbehandlungsvorrichtung
    404
    Abgasleitung
    410
    Wärmetauschereinlass
    411
    Düse
    420
    Wärmetauscherauslass
    430
    Kammer
    440
    Kammererweiterungsrohr
    441
    Wärmetauschleitungen
    442
    Abgasrippen
    450
    Horizontalverbindungselemente
    460
    Erweiterungsrohre
    S1
    Erster-Kanal-Steuerventil
    S2
    Zweiter-Kanal-Steuerventil
    S3
    Druckeinstellventil
    L1
    Kühlmittelkanal
    P1
    Kühlmittelpumpe
    V1
    Erster-Kanal-Einstellventil
    V2
    Zweiter-Kanal-Einstellventil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 10-2014-0161763 [0001]

Claims (10)

  1. Ein Abwärme-Rückgewinnungssystem, aufweisend: eine Abgasleitung (404), durch welche sich ein von einem Motor (1) ausgegebenes Abgas bewegt, einen Wärmetauscher (400), welcher in der Abgasleitung (404) angebracht ist und einen Wärmetausch zwischen dem Abgas und einem Arbeitsfluid, welches darin strömt, durchführt, eine Mehrzahl von Reservoirs (60), welche dem Wärmetauscher (400) Arbeitsfluide zuführen, und Kanal-Einstellventile (V1, V2), welche es irgendeinem von der Mehrzahl von Reservoirs (60) gestattet, mit dem Wärmetauscher (400) in Kommunikation zu sein.
  2. Das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß Anspruch 1, weiter aufweisend: eine Pumpe (70), welche die Arbeitsfluide von der Mehrzahl von Reservoirs (60) unter Druck setzt und welche die unter Druck gesetzten Arbeitsfluide dem Wärmetauscher (400) zuführen, eine Turbine (340), welche ein verdampftes Arbeitsfluid vom Wärmetauscher (400) empfängt, um elektrische Leistung zu erzeugen, und einen Kondensator (370), welcher das Arbeitsfluid von der Turbine (340) empfängt, um die Wärme des Arbeitsfluids zurückzugewinnen.
  3. Das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß Anspruch 2, wobei die Kanal-Einstellventile (V1, V2) aufweisen: ein Erster-Kanal-Einstellventil (V1), welches in einem ersten Verbindungskanal bereitgestellt ist, der einen Kondensatorauslass (420), durch welchen hindurch ein Flüssigphase-Arbeitsfluid vom Kondensator (370) ausgegeben wird, und die Mehrzahl von Reservoirs (60) miteinander verbindet, und ein Zweiter-Kanal-Einstellventil (V2), welches in einem zweiten Verbindungskanal bereitgestellt ist, der die Mehrzahl von Reservoirs (60) und die Pumpe (70) miteinander verbindet.
  4. Das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes von der Mehrzahl von Reservoirs (60) mit einem Temperatursensor und einem Drucksensor bereitgestellt ist.
  5. Das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, weiter einen Rekuperator (50) aufweisend, welcher es der Wärme des Arbeitsfluids, das von der Turbine (340) zum Kondensator (370) überführt wird, erlaubt, auf die Arbeitsfluide übertragen zu werden, welche dem Wärmetauscher (400) von der Mehrzahl von Reservoirs (60) zugeführt werden.
  6. Das Abwärme-Rückgewinnungssystem gemäß Anspruch 5, wobei der Rekuperator (50) zwischen einer Zuführleitung, die die Pumpe (70) und den Wärmetauscher (400) miteinander verbindet, und einer Rückführleitung angebracht ist, die die Turbine (340) und den Kondensator (370) miteinander verbindet.
  7. Ein Verfahren des Betreibens eines Abwärme-Rückgewinnungssystems, aufweisend: Messen (S410) von Innentemperaturen und Innendrücken einer Mehrzahl von Reservoirs (60) durch Temperatursensoren und Drucksensoren, welche in der Mehrzahl von Reservoirs (60) enthalten sind, Entscheiden (S420), ob sich Arbeitsfluide, welche in der Mehrzahl von Reservoirs (60) gespeichert sind, in einer Flüssigphase oder einer Gasphase befinden, und Gestatten (S430), dass Reservoirs (60) unter der Mehrzahl von Reservoirs (60), in welchen Flüssigphase-Arbeitsfluide gespeichert sind, und eine Pumpe (70) miteinander in Kommunikation sind.
  8. Das Verfahren des Betreibens des Abwärme-Rückgewinnungssystems gemäß Anspruch 7, wobei in einem Fall, in welchem sich alle Arbeitsfluide, die in der Mehrzahl von Reservoirs (60) gespeichert sind, in der Gasphase befinden, ein Betrieb der Pumpe (70) gestoppt wird (S440).
  9. Das Verfahren des Betreibens des Abwärme-Rückgewinnungssystems gemäß Anspruch 7, wobei, wenn die Anzahl von Reservoirs (60) unter der Mehrzahl von Reservoirs, in welchen Flüssigphase-Arbeitsfluide gespeichert sind, zwei oder mehr ist, ein Reservoirverbund unter der Mehrzahl von Reservoirs (60) und die Pumpe (70) miteinander in Kommunikation sind.
  10. Das Verfahren des Betreibens des Abwärme-Rückgewinnungssystems gemäß Anspruch 7 oder 9, wobei zu einem Zeitpunkt eines anfänglichen Startens ein Reservoirverbund unter der Mehrzahl von Reservoirs (60) und die Pumpe (70) miteinander in Kommunikation sind.
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