DE102015209379A1 - System for carrying out a thermodynamic cycle, arrangement with such a system, and motor vehicle with such an arrangement - Google Patents

System for carrying out a thermodynamic cycle, arrangement with such a system, and motor vehicle with such an arrangement Download PDF

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (5) zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, mit einem Arbeitsfluid-Kreislauf (7), in dem der thermodynamische Kreisprozess durchführbar ist. Dabei ist eine Wärmespeichereinrichtung (9) vorgesehen, die eingerichtet ist, um in einem ersten Betriebszustand Wärme aus einer Wärmequelle (3) aufzunehmen, und in einem zweiten Betriebszustand Wärme an den Arbeitsfluid-Kreislauf (7) abzugeben.The invention relates to a system (5) for carrying out a thermodynamic cycle, with a working fluid circuit (7), in which the thermodynamic cycle is feasible. In this case, a heat storage device (9) is provided which is adapted to receive heat from a heat source (3) in a first operating state, and to deliver heat to the working fluid circuit (7) in a second operating state.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, eine Anordnung mit einer Wärmequelle und einem solchen System, und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Anordnung. The invention relates to a system for carrying out a thermodynamic cycle, an arrangement with a heat source and such a system, and a motor vehicle with such an arrangement.

Zur Nutzung von Wärme aus Wärmequellen, insbesondere zur Abwärmenutzung, werden Systeme zur Durchführung von thermodynamischen Kreisprozessen eingesetzt. Damit diese wirkungsgradoptimal betrieben werden können, sind sie typischerweise auf einen bestimmten Auslegungspunkt hin optimiert, der an eine von der Wärmequelle abgegebene Wärmeleistung angepasst ist. Dies ist unproblematisch, solange die Wärmequelle eine gleichmäßige und zeitlich homogene Wärmeleistung abgibt. Dies ist beispielsweise bei stationären Anwendungen, insbesondere bei stationären Brennkraftmaschinen, die dauerhaft zum Antrieb stationärer Einrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise von Generatoren zur Stromerzeugung oder dauerhaft arbeitenden Pumpen, der Fall. Bei Übersee-Schiffsanwendungen kommen teilweise sehr große Systeme zum Einsatz, die quasi-stationär arbeiten. Probleme ergeben sich allerdings dann, wenn die Wärmequelle ein zeitlich inhomogenes, insbesondere schwankendes Lastprofil und somit insbesondere eine inhomogene, zeitlich schwankende Wärmeleistungsabgabe aufweist. Der Auslegungspunkt eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, welches mit der Wärmequelle gekoppelt wird, muss dann typischerweise zumindest nahe an eine maximale Wärmeleistung der Wärmequelle heran verlegt werden, um eine Überhitzung und eine damit verbundene Beschädigung oder Zerstörung des Systems zu vermeiden. Bei niedrigerer Wärmeleistung der Wärmequelle ergibt sich aber in der Folge ein Betrieb des Systems mit deutlich reduziertem Wirkungsgrad. Erschwerend kommt hinzu, dass auch die Nutzung der von der Wärmequelle gewonnenen Leistung – beispielsweise in Form von mechanischer oder elektrischer Energie – typischerweise ebenfalls einer Zeitabhängigkeit unterliegt, wobei diese nicht synchron zum Angebot thermischer Energie aus der Wärmequelle liegen muss. Dies hat zur Folge, dass das System zur Durchführung des thermodynamischen Kreisprozesses einerseits einer hochdynamischen Regelung bedarf, wobei andererseits auf einen Teil der Energienutzung aus der Wärmequelle verzichtet werden muss. In diesem Fall geht also von der Wärmequelle abgegebene Wärmeleistung als Abwärme an die Umwelt verloren, weil beispielsweise zu einem bestimmten Zeitpunkt kein Bedarf an entsprechend rekuperierter Leistung besteht. For the use of heat from heat sources, in particular for the use of waste heat, systems for carrying out thermodynamic cycles are used. In order to be able to operate them with optimum efficiency, they are typically optimized for a specific design point, which is adapted to a heat output output by the heat source. This is not a problem as long as the heat source gives a uniform and temporally homogeneous heat output. This is the case, for example, in stationary applications, in particular in stationary internal combustion engines, which are permanently used for driving stationary devices, for example of generators for power generation or permanently operating pumps. In overseas ship applications sometimes very large systems are used, which operate quasi-stationary. Problems arise, however, when the heat source has a temporally inhomogeneous, in particular fluctuating load profile and thus in particular an inhomogeneous, temporally fluctuating heat output. The design point of a system for performing a thermodynamic cycle which is coupled to the heat source must then typically be moved at least close to a maximum heat output of the heat source to avoid overheating and consequent damage or destruction of the system. At lower heat output of the heat source but results in an operation of the system with significantly reduced efficiency. To make matters worse, that the use of the power obtained from the heat source - for example in the form of mechanical or electrical energy - typically also subject to a time dependence, which must not be in sync with the supply of thermal energy from the heat source. This has the consequence that the system for carrying out the thermodynamic cycle process on the one hand requires a highly dynamic control, on the other hand, must be dispensed with part of the energy from the heat source. In this case, therefore, heat output from the heat source is lost as waste heat to the environment because, for example, at a certain point in time there is no need for correspondingly recuperated power.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, eine Anordnung mit einer Wärmequelle und einem solchen System, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Anordnung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. The invention has for its object to provide a system for performing a thermodynamic cycle, an arrangement with a heat source and such a system, as well as a motor vehicle with such an arrangement, said disadvantages do not occur.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object is achieved by providing the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses geschaffen wird, welches einen Arbeitsfluid-Kreislauf aufweist, in welchem der thermodynamische Kreisprozess durchführbar ist. Das System zeichnet sich durch eine Wärmespeichereinrichtung aus, die eingerichtet ist, um in einem ersten Betriebszustand Wärme aus einer Wärmequelle aufzunehmen, wobei die Wärmespeichereinrichtung weiter eingerichtet ist, um in einem zweiten Betriebszustand Wärme an den Arbeitsfluid-Kreislauf abzugeben. Die Wärmespeichereinrichtung wirkt somit als Puffer, wobei sie insbesondere ein Überangebot an Wärmeleistung seitens der Wärmequelle, welches von dem Arbeitsfluid-Kreislauf nicht aufgenommen werden kann, speichern und andererseits Wärme an den Arbeitsfluid-Kreislauf insbesondere dann abgeben kann, wenn die Wärmequelle eine reduzierte Wärmeleistung – insbesondere unter einem Auslegungspunkt des Systems – aufweist. Somit wird das Wärme-Angebot zur Abwärmenutzung für das System zeitlich durch die Wärmespeichereinrichtung vergleichmäßigt und insbesondere von einem momentanen Zustand der Wärmequelle entkoppelt. Eine Wärmeleistung der Wärmequelle oberhalb des Auslegungspunkts des Systems kann in der Wärmespeichereinrichtung zwischengespeichert werden. Dadurch wird es möglich, den Auslegungspunkt für das System keiner zu wählen, als es der maximalen Wärmeleistungsabgabe der Wärmequelle entspricht. Hierdurch ist eine kleinere Auslegung des Systems möglich, was Energie, Herstellungsaufwand und Kosten spart. Weiterhin entfallen Anforderungen an eine hochdynamische Regelung des Systems bei schwankendem Energieangebot, da dieses vergleichmäßigt wird. Zugleich wir die Energieabgabe des Systems – insbesondere in Form von elektrischer oder mechanischer Energie – vergleichmäßigt, was ein Energiemanagement in einem Gesamtsystem, welches das System aufweist, erleichtert. Zudem wird ein stets bedarfsgerechter Betrieb des Systems möglich. Die Wärmespeichereinrichtung kann darüber hinaus auch genutzt werden, um eine bedarfsgerechte Versorgung von Wärme auch an anderer Stelle zu gewährleisten, beispielsweise zur Entlastung einer Bordheizung eines Kraftfahrzeugs. Der Optimal-Betrieb des Systems in seinem Auslegungspunkt wird nicht oder nur in seltenen Zeitpunkten verlassen, da überschüssige Wärmeleistung von der Wärmespeichereinrichtung aufgenommen werden kann, wobei im Fall eines Unterangebots von Wärmeleistung die zusätzlich zum Erreichen des Auslegungspunkts notwendige Wärmeleistung aus der Wärmespeichereinrichtung aufgebracht werden kann. Höchstens langfristige Schwankungen im Wärmeleistungsangebot, die entweder zu einem vollständigen Ausschöpfen der Kapazität des Wärmespeichers oder zu einer vollständigen Entleerung des Wärmespeichers führen, haben zur Folge, dass der Auslegungspunkt des Systems verlassen werden muss. The object is achieved in particular by providing a system for carrying out a thermodynamic cycle which has a working fluid circuit in which the thermodynamic cycle can be carried out. The system is characterized by a heat storage device configured to receive heat from a heat source in a first operating state, the heat storage device being further configured to deliver heat to the working fluid circuit in a second operating state. The heat storage device thus acts as a buffer, in particular, it can store an excess of heat output from the heat source, which can not be absorbed by the working fluid circuit, and on the other hand can give off heat to the working fluid circuit, especially if the heat source, a reduced heat output - especially at a design point of the system. Thus, the heat supply for waste heat utilization for the system is made uniform in time by the heat storage device and in particular decoupled from a current state of the heat source. A heat output of the heat source above the design point of the system can be temporarily stored in the heat storage device. This makes it possible to choose the design point for the system none, as it corresponds to the maximum heat output of the heat source. As a result, a smaller design of the system is possible, which saves energy, manufacturing costs and costs. Furthermore, there are no requirements for a highly dynamic control of the system with fluctuating energy supply, as this is made uniform. At the same time we equalize the energy output of the system - especially in the form of electrical or mechanical energy - which facilitates energy management in an overall system comprising the system. In addition, an always needs-based operation of the system is possible. The heat storage device can also be used to ensure a demand-based supply of heat elsewhere, for example, to relieve a board heater of a motor vehicle. The optimal operation of the system at its design point is not or only rarely leave because excess heat output can be absorbed by the heat storage device, wherein in the case of Unterangebots of thermal output which can be applied in addition to reaching the design point necessary heat output from the heat storage device. At most long-term fluctuations in the heat output, which lead either to a complete exhaustion of the capacity of the heat accumulator or to a complete emptying of the heat accumulator, have the consequence that the design point of the system must be left.

Der Arbeitsfluid-Kreislauf weist vorzugsweise – entlang einer Strömungsrichtung des Arbeitsfluids in dem Arbeitsfluid-Kreislauf gesehen in der folgenden Reihenfolge – eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Pumpe, zur Förderung des Arbeitsfluids entlang des Arbeitsfluid-Kreislaufs, einen Heiz-Wärmetauscher zum Eintrag von Wärme in den Arbeitsfluid-Kreislauf, eine Expansionsmaschine, die eingerichtet ist zur Umwandlung von Wärme in mechanische Energie, und einen Kühl-Wärmetauscher zur Kühlung des Arbeitsfluids auf. Insoweit ist der Aufbau eines solchen Arbeitsfluid-Kreislaufs dem Fachmann bekannt, sodass hier nicht weiter im Detail darauf eingegangen wird. Die Expansionsmaschine ist vorzugsweise mit einem Generator wirkverbunden, in welchem mechanische Leistung in elektrische Leistung wandelbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann insbesondere an einer Welle der Expansionsmaschine auch mechanische Energie entnommen und genutzt werden. Die Expansionsmaschine ist vorzugsweise als Kolbenmaschine, als Turbine oder als Schraubenmaschine, insbesondere als Scroll-Expander, ausgebildet. The working fluid circuit preferably comprises a conveyor, in particular a pump for conveying the working fluid along the working fluid circuit, along a flow direction of the working fluid in the working fluid circuit in the following order, a heating heat exchanger for introducing heat into the working fluid Working fluid circuit, an expansion machine, which is adapted for the conversion of heat into mechanical energy, and a cooling heat exchanger for cooling the working fluid on. In that regard, the structure of such a working fluid circuit is known in the art, so will not be discussed in detail here. The expansion machine is preferably operatively connected to a generator in which mechanical power is convertible into electrical power. Alternatively or additionally, mechanical energy can also be extracted and used in particular on a shaft of the expansion machine. The expansion machine is preferably designed as a piston engine, as a turbine or as a screw machine, in particular as a scroll expander.

Unter einer Wärmespeichereinrichtung wird generell eine Einrichtung verstanden, die eingerichtet ist, um Wärme aufnehmen, halten und abgeben zu können. Die Wärmespeichereinrichtung ist insbesondere eingerichtet, um in einem dritten Betriebszustand Wärme zu halten. Under a heat storage device is generally understood a device that is set up to absorb heat, hold and can deliver. The heat storage device is in particular designed to hold heat in a third operating state.

Es wird ein Ausführungsbeispiel des Systems bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Wärmespeichereinrichtung schaltbar ausgebildet ist. Dabei ist die Wärmespeichereinrichtung bevorzugt von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand und zurück schaltbar. Es ist möglich, dass die Wärmespeichereinrichtung in digitaler Weise zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand schaltbar ist. Alternativ ist es möglich, dass wenigstens ein Betriebszustand zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand existiert, in welchem die Wärmespeichereinrichtung einerseits Wärme aus der Wärmequelle aufnimmt und andererseits Wärme an den Arbeitsfluid-Kreislauf abgibt, vorzugsweise ist eine Mehrzahl solcher Zwischenzustände vorgesehen, wobei es insbesondere möglich ist, dass die Wärmespeichereinrichtung ein Kontinuum von Zuständen zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand annehmen kann. In Betriebszuständen zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand wird vorzugsweise ein bestimmter Anteil der von der Wärmespeichereinrichtung ausgetauschten Wärme aus der Wärmequelle aufgenommen und ein anderer Anteil an den Arbeitsfluid-Kreislauf abgegeben. Vorzugsweise ist die Wärmespeichereinrichtung steuer- oder regelbar ausgebildet, wobei insbesondere der konkrete Betriebszustand der Wärmespeichereinrichtung gesteuert oder geregelt werden kann. Alternativ ist es auch möglich, dass der Betriebszustand der Wärmespeichereinrichtung durch externe Parameter getrieben wird, insbesondere von einem Wärmeangebot aus der Wärmequelle und von einer Wärmenachfrage aus dem System, und/oder von einer Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle einerseits und dem Arbeitsfluid-Kreislauf des Systems andererseits. Vorzugsweise ist die Wärmequelle in den dritten Betriebszustand – und zurück – schaltbar, um Wärme zu halten. An embodiment of the system is preferred, which is characterized in that the heat storage device is designed to be switchable. In this case, the heat storage device is preferably switchable from the first operating state into the second operating state and back. It is possible that the heat storage device is switchable in a digital manner between the first operating state and the second operating state. Alternatively, it is possible that at least one operating state exists between the first operating state and the second operating state, in which the heat storage device on the one hand absorbs heat from the heat source and on the other hand gives off heat to the working fluid circuit, preferably a plurality of such intermediate states is provided, in particular it is possible for the heat storage device to assume a continuum of states between the first operating state and the second operating state. In operating states between the first operating state and the second operating state, a certain portion of the heat exchanged by the heat storage device heat is preferably taken from the heat source and another part of the working fluid cycle delivered. Preferably, the heat storage device is designed to be controllable or controllable, wherein in particular the concrete operating state of the heat storage device can be controlled or regulated. Alternatively, it is also possible that the operating state of the heat storage device is driven by external parameters, in particular a heat supply from the heat source and a heat demand from the system, and / or a temperature difference between the heat source on the one hand and the working fluid circuit of the system on the other , Preferably, the heat source is in the third operating state - and back - switchable to hold heat.

Die Wärmespeichereinrichtung ist bevorzugt in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter schaltbar. Der wenigstens eine Parameter kann beispielsweise das Wärmeangebot der Wärmequelle, insbesondere eine momentane Leistung der Wärmequelle, sein. Besonders bevorzugt wird als Parameter eine Differenzwärmeleistung verwendet, die sich als Differenz aus dem Wärmeangebot, also der momentanen Wärmeleistung der Wärmequelle, abzüglich eines Auslegungspunkts des Arbeitsfluid-Kreislaufs ergibt. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die Wärmespeichereinrichtung bei positiver Differenzwärmeleistung in dem ersten Betriebszustand betrieben wird, wobei sie bei negativer Differenzwärmeleistung in dem zweiten Betriebszustand betrieben wird. Insbesondere ist aber auch eine kontinuierliche Steuerung oder Regelung möglich, wobei die Wärmespeichereinrichtung insbesondere abhängig von der Differenzwärmeleistung zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand verstellt wird. The heat storage device is preferably switchable in dependence on at least one parameter. The at least one parameter may be, for example, the heat supply of the heat source, in particular an instantaneous power of the heat source. Particularly preferably, a differential heat output is used as the parameter, which results as the difference between the heat supply, ie the instantaneous heat output of the heat source minus a design point of the working fluid circuit. In this case, it is possible, in particular, for the heat storage device to be operated in the first operating state when the differential heat output is positive, and it is operated in the second operating state for a negative differential heat output. In particular, however, a continuous control or regulation is possible, wherein the heat storage device is adjusted in particular depending on the differential heat output between the first operating state and the second operating state.

Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die Wärmeleistung der Wärmequelle aufteilbar ist auf die Wärmespeichereinrichtung einerseits und den Arbeitsfluid-Kreislauf andererseits. Es kann also vorgesehen sein, dass eine thermische Verbindung von der Wärmequelle zu der Wärmespeichereinrichtung einerseits und zu dem Arbeitsfluid-Kreislauf andererseits besteht, wobei die von der Wärmequelle abgegebene Wärme auf die Wärmespeichereinrichtung einerseits und den Arbeitsfluid-Kreislauf andererseits aufgeteilt werden kann. Additionally or alternatively, it is possible that the heat output of the heat source is divisible to the heat storage device on the one hand and the working fluid circuit on the other. It can therefore be provided that a thermal connection from the heat source to the heat storage device on the one hand and to the working fluid circuit on the other hand, wherein the heat emitted from the heat source heat can be divided on the one hand and the working fluid circuit on the other hand.

Insgesamt ist mittels einer schaltbaren Wärmespeichereinrichtung eine sehr flexible, optimal vergleichmäßigte Nutzung der Abwärme von der Wärmequelle in dem System möglich. Overall, by means of a switchable heat storage device, a very flexible, optimally uniformed utilization of the waste heat from the heat source in the system is possible.

Es wird ein Ausführungsbeispiel des Systems bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Arbeitsfluid-Kreislauf als Primärkreislauf ausgebildet ist, wobei ein Heiz-Wärmetauscher des Arbeitsfluid-Kreislaufs mit einem Sekundärkreislauf in Fluidverbindung ist, der einen Sekundärkreislauf-Heizwärmetauscher aufweist, der mit der Wärmequelle thermisch verbindbar ist, wobei die Wärmespeichereinrichtung in dem Sekundärkreislauf angeordnet ist. Das System weist also zwei Kreisläufe auf, nämlich einen ersten Kreislauf, der als Primärkreislauf bezeichnet wird, und welcher der Arbeitsfluid-Kreislauf ist. Es weist einen zweiten Kreislauf auf, der als Sekundärkreislauf bezeichnet wird, wobei der Sekundärkreislauf einerseits einen Sekundärkreislauf-Heizwärmetauscher aufweist, in welchem dem Sekundärkreislauf Wärme von der Wärmequelle zuführbar ist, wobei der Sekundärkreislauf auch den Heiz-Wärmetauscher des Primärkreislaufs umfasst, wobei in dem Heiz-Wärmetauscher des Primärkreislaufs Wärme von dem Sekundärkreislauf auf den Primärkreislauf übertragbar ist. Während in dem Primärkreislauf das Arbeitsfluid strömt, strömt in dem Sekundärkreislauf bevorzugt ein Thermoöl oder ein anderes geeignetes Wärmeübertragermedium. Dabei wird Wärme von der Wärmequelle vermittelt über den Sekundärkreislauf auf den Primärkreislauf übertragen. Somit sind die Wärmequelle einerseits und der Arbeitsfluid-Kreislauf andererseits durch den Sekundärkreislauf fluidisch voneinander getrennt, jedoch thermisch miteinander verbunden. Die Anordnung der Wärmespeichereinrichtung in dem Sekundärkreislauf stellt eine besonders einfache und zugleich funktionssichere Ausgestaltung des Systems dar. An embodiment of the system is preferred, which is characterized in that the working fluid circuit is formed as a primary circuit, wherein a heating heat exchanger of the working fluid circuit is in fluid communication with a secondary circuit having a secondary circuit heating heat exchanger with the heat source is thermally connectable, wherein the heat storage device is arranged in the secondary circuit. The system thus has two circuits, namely a first circuit, which is referred to as a primary circuit, and which is the working fluid circuit. It has a second circuit, which is referred to as a secondary circuit, wherein the secondary circuit on the one hand has a secondary circuit heating heat exchanger in which the secondary circuit heat can be supplied from the heat source, wherein the secondary circuit also includes the heating heat exchanger of the primary circuit, wherein in the heating Heat exchanger of the primary circuit heat from the secondary circuit to the primary circuit is transferable. While the working fluid is flowing in the primary circuit, a thermal oil or another suitable heat transfer medium preferably flows in the secondary circuit. Heat is transferred from the heat source via the secondary circuit to the primary circuit. Thus, the heat source on the one hand and the working fluid circuit on the other hand fluidly separated from each other by the secondary circuit, but thermally connected to each other. The arrangement of the heat storage device in the secondary circuit is a particularly simple and at the same time functionally reliable embodiment of the system.

Die Wärmespeichereinrichtung ist vorzugsweise fluidisch parallel zu dem Heiz-Wärmetauscher in dem Sekundärkreislauf angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist die Wärmespeichereinrichtung vorzugsweise in dem Sekundärkreislauf parallel zu dem Sekundärkreislauf-Heizwärmetauscher angeordnet. Diese Parallelschaltung ermöglicht es, bedarfsgerecht Wärme entweder von dem Sekundärkreislauf-Heizwärmetauscher in die Wärmespeichereinrichtung einzutragen, oder aber Wärme aus der Wärmespeichereinrichtung auszuspeichern und in den Heiz-Wärmetauscher des Primärkreislaufs einzutragen. The heat storage device is preferably arranged fluidically parallel to the heating heat exchanger in the secondary circuit. Additionally or alternatively, the heat storage device is preferably arranged in the secondary circuit parallel to the secondary cycle heating heat exchanger. This parallel connection makes it possible to enter heat either from the secondary circuit heating heat exchanger in the heat storage device as needed, or to save heat from the heat storage device and enter into the heating heat exchanger of the primary circuit.

Vorzugsweise weist die Wärmespeichereinrichtung wenigstens eine ansteuerbare Ventileinrichtung auf, durch welche ein Schalten zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand – und vorzugsweise in den dritten Betriebszustand und zurück – möglich ist. Die wenigstens eine Ventileinrichtung ist vorzugsweise als Dreiwegeventil ausgebildet. Insbesondere ist es möglich, dass die parallel zu dem Heizwärmetauscher angeordnete Wärmespeichereinrichtung zwei ansteuerbare Ventileinrichtungen, insbesondere zwei Dreiwegeventile aufweist, wobei jeweils eine Ventileinrichtung mit einem Fluidanschluss der Wärmespeichereinrichtung verbunden ist, und wobei die Wärmespeichereinrichtung über die Ventileinrichtungen mit dem Sekundärkreislauf fluidisch verbunden ist. Preferably, the heat storage device has at least one controllable valve device, by means of which switching between the first operating state and the second operating state - and preferably in the third operating state and back - is possible. The at least one valve device is preferably designed as a three-way valve. In particular, it is possible for the heat storage device arranged parallel to the heating heat exchanger to have two controllable valve devices, in particular two three-way valves, one valve device each being connected to a fluid connection of the heat storage device, and the heat storage device being fluidically connected to the secondary circuit via the valve devices.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Systems ist in dem Sekundärkreislauf eine Sekundärkreislauf-Fördereinrichtung, insbesondere eine Pumpe, angeordnet, um das in dem Sekundärkreislauf strömende Wärmeübertragermedium, insbesondere das Thermoöl, entlang des Sekundärkreislaufs zu fördern. In a preferred embodiment of the system, a secondary circulation conveyor, in particular a pump, is arranged in the secondary circuit in order to convey the heat transfer medium flowing in the secondary circuit, in particular the thermal oil, along the secondary circuit.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Systems bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Wärmespeichereinrichtung einen Wärmespeicher aufweist, der ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem sensiblen Wärmespeicher, einem latenten Wärmespeicher, einem sorptiven Wärmespeicher, und einem chemischen Wärmespeicher. Dabei handelt es sich um besonders geeignete Wärmespeicher, die in vorteilhafter Weise bei dem System einsetzbar sind. An exemplary embodiment of the system is also preferred, which is characterized in that the heat storage device has a heat store which is selected from a group consisting of a sensitive heat store, a latent heat store, a sorptive heat store, and a chemical heat store. These are particularly suitable heat storage, which can be used advantageously in the system.

Unter einem sensiblen Wärmespeicher wird ein Wärmespeicher verstanden, der bei einem Lade- oder Entladevorgang, also bei einem Einspeichern oder Ausspeichern von Wärme, seine Temperatur ändert. Als Speichermedien oder -materialien kommen flüssige oder feste Medien infrage, insbesondere Wasser, Salzschmelzen, Thermoöle, Metalle, Beton und/oder Erdboden. Under a sensitive heat storage, a heat storage is understood that changes its temperature during a charging or discharging, ie when storing or removing heat. Suitable storage media or materials are liquid or solid media, in particular water, molten salts, thermal oils, metals, concrete and / or soil.

Unter einem latenten Wärmespeicher oder Latentwärmespeicher wird ein Wärmespeicher verstanden, welcher bei einem Lade- oder Entladevorgang seine Temperatur nicht oder nur unwesentlich ändert, wobei jedoch ein von dem Wärmespeicher umfasstes Speichermedium seinen Aggregatzustand ändert. Die in den Speicher eingespeicherte Wärme wird dabei zur Änderung es Aggregatzustands von einem ersten Aggregatzustand zu einem zweiten Aggregatzustand, beispielsweise von fest zu flüssig, verwendet, wobei beim Ausspeichern von Wärme aus dem Wärmespeicher Wärme aus dem Übergang von dem zweiten Aggregatzustand zurück in den ersten Aggregatzustand, beispielsweise von flüssig nach fest, gewonnen wird. Als Speichermedien kommen insbesondere anorganische Materialien, wie beispielsweise Salzhydrate, oder organische Materialien, wie beispielsweise Paraffine, infrage. A latent heat accumulator or latent heat accumulator is understood to mean a heat accumulator which does not change its temperature or only insignificantly during a charging or discharging process, although a storage medium encompassed by the heat accumulator changes its state of aggregation. The heat stored in the memory is thereby used to change the state of matter from a first state of aggregation to a second state of aggregation, for example from solid to liquid, wherein when heat is expelled from the heat storage heat from the transition from the second state of aggregation back to the first state of aggregation , for example, from liquid to solid, is obtained. Suitable storage media are, in particular, inorganic materials, such as, for example, salt hydrates, or organic materials, such as, for example, paraffins.

Unter einem sorptiven Wärmespeicher wird ein Wärmespeicher verstanden, welcher Wärme in Form von Sorptionsenergie speichern kann. Beispielsweise können hierzu Lösungen von wenigstens einem ersten Stoff als Gelöstes in wenigstens einem zweiten Stoff als Lösemittel verwendet werden, deren Konzentration beim Ein- und Ausspeichern von Wärme geändert wird. Weiterhin kann ein Adsorptionsspeicher als sorptiver Wärmespeicher verwendet werden, bei welchem Wärme in Form von Oberflächenadsorptionsenergie gespeichert wird. Ein Beispiel für ein solches System ist Wasser, welches in einem Zeolithen adsorbiert wird, wobei Adsorptionswärme frei wird. Das Wasser kann aus dem Zeolithen ausgetrieben werden, indem diesem Wärme zugeführt wird. Auch Absorption kommt als Mechanismus infrage. A sorptive heat storage means a heat storage, which can store heat in the form of sorption energy. For example, solutions of at least one first substance as dissolved in at least one second substance can be used as solvent, their concentration during storage and withdrawal of Heat is changed. Furthermore, an adsorption storage can be used as a sorptive heat storage, in which heat is stored in the form of surface adsorption. An example of such a system is water, which is adsorbed in a zeolite, releasing heat of adsorption. The water can be expelled from the zeolite by supplying heat to it. Absorption is also a possible mechanism.

Unter einem chemischen Wärmespeicher wird ein Wärmespeicher verstanden, welcher eine reversible chemische Reaktion zur Wärmespeicherung verwendet. Dabei kann die chemische Reaktion beim Einspeichern von Wärme in den Wärmespeicher in einer ersten Richtung ablaufen, wobei die Reaktion zur Entnahme von Wärme aus dem Wärmespeicher in eine zweite, entgegengesetzte Richtung ablaufen kann. Letztlich wird beim Einspeichern also Wärme in Form von chemischer Energie gebunden. A chemical heat storage means a heat storage, which uses a reversible chemical reaction for heat storage. In this case, the chemical reaction can take place when heat is stored in the heat accumulator in a first direction, wherein the reaction for removing heat from the heat accumulator can take place in a second, opposite direction. In the end, heat is thus stored in the form of chemical energy during storage.

Als Speichermedium für latente Wärmespeicher werden vorzugsweise Phasenwechselmaterialien verwendet. Diese sind insbesondere aufgrund ihrer sehr hohen Energiedichte besonders geeignet für eine Verwendung in dem hier vorgeschlagenen System. Insbesondere führt die hohe Energiedichte dazu, dass der Wärmespeicher bei einer gegebenen Wärmespeicherkapazität vergleichsweise klein und leicht ausgebildet sein kann, was insbesondere bei Kraftfahrzeuganwendungen des Systems zu Gewichts- und damit Kraftstoffeinsparungen führt. Außerdem kann der Wärmespeicher bauraumsparend ausgelegt sein. As a storage medium for latent heat storage phase change materials are preferably used. These are particularly suitable because of their very high energy density for use in the system proposed here. In particular, the high energy density means that the heat accumulator for a given heat storage capacity can be made comparatively small and light, which leads to weight and thus fuel savings, especially in automotive applications of the system. In addition, the heat storage can be designed to save space.

Die Wärmespeichereinrichtung, insbesondere der Wärmespeicher, weist vorzugsweise eine Speicherkapazität für Wärme auf, die abgestimmt ist auf den Auslegungspunkt des Arbeitsfluid-Kreislaufs. Es ist möglich, dass die Speicherkapazität so bestimmt ist, dass der thermodynamische Kreisprozess für eine vorbestimmte Zeit allein mit aus der Wärmespeichereinrichtung ausgespeicherter Wärme ohne Zufuhr von Wärme aus der Wärmequelle betreibbar ist. Die vorbestimmte Zeit ist vorzugsweise auf zu erwartende Stand- oder Ausfallzeiten einer Wärmequelle, mit welcher das System betrieben werden soll, abgestimmt. Es ist auch möglich, dass die Speicherkapazität der Wärmespeichereinrichtung, insbesondere des Wärmespeichers, abgestimmt ist auf eine zu erwartende, vorzugsweise über eine vorbestimmte Zeit gemittelte oder maximale Wärmemenge, die in einer Betriebsphase der Wärmequelle mit positiver Differenzwärmeleistung über dem Auslegungspunkt des Arbeitsfluid-Kreislaufs akkumuliert wird. Dieser Auslegung der Speicherkapazität ist günstig, weil dann gewährleistet ist, dass zumindest in einer Mehrzahl von Fällen die gesamte während einer Phase positiver Differenzwärmeleistung anfallende Wärme in der Wärmespeichereinrichtung gespeichert werden kann. The heat storage device, in particular the heat accumulator, preferably has a storage capacity for heat, which is matched to the design point of the working fluid circuit. It is possible that the storage capacity is determined so that the thermodynamic cycle is operable for a predetermined time only with heat expelled from the heat storage device without supplying heat from the heat source. The predetermined time is preferably matched to expected downtime or downtime of a heat source with which the system is to be operated. It is also possible that the storage capacity of the heat storage device, in particular of the heat accumulator, is tuned to an expected, preferably averaged over a predetermined time or maximum amount of heat accumulated in an operating phase of the heat source with positive differential heat output above the design point of the working fluid circuit , This design of the storage capacity is favorable because it is then ensured that, at least in a majority of cases, the total heat arising during a phase of positive differential heat output can be stored in the heat storage device.

Das System ist vorzugsweise eingerichtet zur Durchführung eines organischen Rankine-Kreisprozesses (ORC). Dieser zeichnet sich insbesondere durch ein organisches Arbeitsfluid aus, welches bereits bei einem im Vergleich zu Wasser als Arbeitsfluid niedrigem Temperaturniveau mit hoher Effizienz und hohem Wirkungsgrad Wärmeleistung in mechanische und/oder elektrische Leistung wandeln kann. Daher ist ein zur Durchführung eines organischen Rankine-Kreisprozesses eingerichtetes System in besonderer Weise geeignet zur Abwärmenutzung und insbesondere zur Rekuperation von Abwärme, die ansonsten frei in die Umgebung abgegeben würde. The system is preferably set up to perform an organic Rankine cycle (ORC) process. This is characterized in particular by an organic working fluid, which can convert heat output into mechanical and / or electrical power already at a low temperature level compared with water as a working fluid with high efficiency and high efficiency. Therefore, a system adapted for carrying out an organic Rankine cycle process is particularly suitable for the use of waste heat and in particular for recuperation of waste heat which would otherwise be released freely into the environment.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Anordnung geschaffen wird, welche eine Wärmequelle und ein System nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Dabei ergeben sich in Zusammenhang mit der Anordnung die Vorteile, welche bereits in Zusammenhang mit dem System beschrieben wurden. The object is also achieved by providing an arrangement comprising a heat source and a system according to one of the previously described embodiments. This results in connection with the arrangement, the advantages that have already been described in connection with the system.

Es wird ein Ausführungsbeispiel der Anordnung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Wärmequelle im Betrieb eine zeitlich fluktuierende Wärmeleistung aufweist. Dabei verwirklichen sich in besonderer Weise die Vorteile des Systems, weil die fluktuierende Wärmeleistung der Wärmequelle durch die Wärmespeichereinrichtung des Systems zeitlich vergleichmäßigt und homogenisiert werden kann, sodass das System möglichst durchgängig bei einem optimalen Betriebspunkt, insbesondere einem Auslegungspunkt, betrieben werden kann. An exemplary embodiment of the arrangement is preferred, which is characterized in that the heat source has a temporally fluctuating heat output during operation. In this case, the benefits of the system are realized in a special way, because the fluctuating heat output of the heat source can be homogenized and homogenized by the heat storage device of the system, so that the system as consistently as possible at an optimal operating point, in particular a design point, can be operated.

Die Wärmequelle ist vorzugsweise mit dem Sekundärkreislauf des Systems, insbesondere mit dem Sekundärkreislauf-Heizwärmetauscher des Systems thermisch verbunden, sodass Abwärme der Wärmequelle über den Sekundärkreislauf-Heizwärmetauscher in den Sekundärkreislauf eingetragen werden kann. Auf diese Weise ist die Wärme aus der Wärmequelle dem System zuführbar. The heat source is preferably thermally connected to the secondary circuit of the system, in particular to the secondary circuit heating heat exchanger of the system, so that waste heat of the heat source can be entered via the secondary circuit heating heat exchanger in the secondary circuit. In this way, the heat from the heat source to the system can be fed.

Es wird ein Ausführungsbeispiel der Anordnung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Wärmequelle als Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Somit ist in dem System Abwärme der Brennkraftmaschine nutzbar, insbesondere in mechanische und/oder elektrische Leistung wandelbar. An embodiment of the arrangement is preferred, which is characterized in that the heat source is designed as an internal combustion engine. Thus, in the system waste heat of the internal combustion engine can be used, in particular in mechanical and / or electrical power convertible.

Besonders bevorzugt ist die Wärmequelle als mobile Brennkraftmaschine ausgebildet. Die Brennkraftmaschine dient dabei insbesondere dem Antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Landfahrzeugs, eines Wasserfahrzeugs oder eines Luftfahrzeugs. Dabei ergeben sich insbesondere bei mobilen Brennkraftmaschinen schwankende Lastprofile mit zeitlich inhomogenem Wärmeangebot. Somit verwirklichen sich hier in besonderer Weise die Vorteile des Systems. Particularly preferably, the heat source is designed as a mobile internal combustion engine. The internal combustion engine serves in particular to drive a motor vehicle, in particular a land vehicle, a watercraft or an aircraft. This results especially in mobile combustion engines fluctuating load profiles with temporally inhomogeneous heat supply. Thus, the advantages of the system are realized in a special way.

Handelt es sich bei der Wärmequelle um eine Brennkraftmaschine, ist diese vorzugsweise über eine Abgasleitung mit dem System thermisch verbunden, sodass in dem System Abwärme aus dem Abgas der Brennkraftmaschine zur Durchführung des thermodynamischen Kreisprozesses genutzt werden kann. Zusätzlich oder alternativ ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine über eine Kühlmittelleitung mit dem System thermisch verbunden ist. In diesem Fall kann Abwärme der Brennkraftmaschine aus einem Kühlmittelkreislauf in dem System zur Durchführung des thermodynamischen Kreisprozesses verwendet werden. If the heat source is an internal combustion engine, it is preferably thermally connected to the system via an exhaust gas line, so that waste heat from the exhaust gas of the internal combustion engine can be used to carry out the thermodynamic cycle in the system. Additionally or alternatively, it is preferably provided that the internal combustion engine is thermally connected to the system via a coolant line. In this case, waste heat of the engine from a coolant circuit may be used in the system for performing the thermodynamic cycle.

Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet. The internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. It is possible that the internal combustion engine is arranged to drive a passenger car, a truck or a commercial vehicle. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is used to drive in particular heavy land or water vehicles, such as mine vehicles, trains, the internal combustion engine is used in a locomotive or a railcar, or ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank. An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, used for stationary power supply in emergency operation, continuous load operation or peak load operation, the internal combustion engine in this case preferably drives a generator. A stationary application of the internal combustion engine for driving auxiliary equipment, such as fire pumps on oil rigs, is possible. Furthermore, an application of the internal combustion engine in the field of promoting fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas, possible. It is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator. The internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas. In particular, when the internal combustion engine is designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.

Es wird ein Ausführungsbeispiel der Anordnung bevorzugt, das sich durch eine Steuereinrichtung auszeichnet, die eingerichtet ist zur Ansteuerung der Wärmespeichereinrichtung in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter. Mithilfe der Steuereinrichtung ist es möglich, die Wärmespeichereinrichtung stets so zu betreiben, dass eine Homogenisierung und zeitliche Vergleichmäßigung des Wärmeeintrags in das System erreicht wird, sodass dieses nach Möglichkeit dauerhaft in einem optimalen Betriebspunkt, insbesondere in seinem Auslegungspunkt, betrieben werden kann. An exemplary embodiment of the arrangement is preferred, which is characterized by a control device which is set up to control the heat storage device as a function of at least one parameter. By means of the control device, it is possible to always operate the heat storage device so that a homogenization and temporal equalization of the heat input is achieved in the system so that it can be permanently operated if possible at an optimal operating point, in particular in its design point.

Es wird ein Ausführungsbeispiel der Anordnung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass als Parameter eine Differenzwärmeleistung verwendet wird, wobei die Differenzwärmeleistung definiert ist als momentane Wärmeleistung der Wärmequelle abzüglich des Auslegungspunkts des Systems, insbesondere des Auslegungspunkts des Arbeitsfluid-Kreislaufs. Dabei ist die Steuereinrichtung bevorzugt eingerichtet, um die Wärmespeichereinrichtung in dem ersten Betriebszustand zu betreiben, wenn die Differenzwärmeleistung positiv ist, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um die Wärmespeichereinrichtung in dem zweiten Betriebszustand zu betreiben, wenn die Differenzwärmeleistung negativ ist. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um die Wärmespeichereinrichtung kontinuierlich zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand anzusteuern, insbesondere abhängig von einem momentanen Wert der Differenzwärmeleistung. An exemplary embodiment of the arrangement is preferred, which is characterized in that a differential heat output is used as the parameter, the differential heat output being defined as the instantaneous heat output of the heat source less the design point of the system, in particular the design point of the working fluid circuit. In this case, the control device is preferably configured to operate the heat storage device in the first operating state when the differential heat output is positive, wherein the control device is set up to operate the heat storage device in the second operating state if the differential heat output is negative. Preferably, the control device is set up to control the heat storage device continuously between the first operating state and the second operating state, in particular depending on a current value of the differential heat output.

Die Steuereinrichtung ist weiterhin vorzugsweise eingerichtet, um die Wärmespeichereinrichtung in dem dritten Betriebszustand zu betreiben, wenn die Differenzwärmeleistung Null ist. In diesem Fall entspricht die momentane Wärmeleistung der Wärmequelle gerade dem Auslegungspunkt, sodass die in der Wärmespeichereinrichtung gespeicherte Wärme gehalten werden kann, wobei die von der Wärmequelle abgegebene Leistung vollständig in den Arbeitsfluidkreislauf eingespeist werden kann, vorzugsweise ohne dass Wärme- oder Wirkungsgradverluste eintreten. The control device is further preferably configured to operate the heat storage device in the third operating state when the differential heat output is zero. In this case, the instantaneous heat output of the heat source just corresponds to the design point, so that the heat stored in the heat storage device can be maintained, whereby the power output from the heat source can be completely fed into the working fluid circuit, preferably without heat or efficiency losses.

Die Steuereinrichtung ist bevorzugt mit der wenigstens einen Ventileinrichtung, vorzugsweise mit den beiden Ventileinrichtungen, insbesondere mit dem wenigstens einen Dreiwegeventil oder den wenigstens zwei Dreiwegeventilen, der Wärmespeichereinrichtung wirkverbunden, wobei die Wärmespeichereinrichtung durch Ansteuerung der wenigstens einen Ventileinrichtung zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand schaltbar, insbesondere kontinuierlich ansteuerbar, ist. Die Wärmespeichereinrichtung ist weiterhin vorzugsweise durch die Steuereinrichtung mittels Ansteuerung der wenigstens einen Ventileinrichtung in den dritten Betriebszustand schaltbar, insbesondere indem die beiden Ventileinrichtungen gesperrt werden, sodass die Wärmespeichereinrichtung von dem Sekundärkreislauf getrennt ist. The control device is preferably operatively connected to the at least one valve device, preferably to the two valve devices, in particular to the at least one three-way valve or the at least two three-way valves of the heat storage device, wherein the heat storage device can be switched between the first operating state and the second operating state by controlling the at least one valve device , in particular continuously controllable, is. The heat storage device is furthermore preferably switchable into the third operating state by the control device by means of activation of the at least one valve device, in particular by the two valve devices being blocked be so that the heat storage device is separated from the secondary circuit.

Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Kraftfahrzeug geschaffen wird, welches ein System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und/oder eine Anordnung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Insbesondere weist das Kraftfahrzeug vorzugsweise eine Leistungserzeugungseinrichtung, vorzugsweise eine Antriebseinrichtung, insbesondere eine Brennkraftmaschine auf, die mit einem System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele thermisch zur Nutzung von Abwärme der Antriebseinrichtung wirkverbunden ist. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit dem Kraftfahrzeug die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem System und der Anordnung erläutert wurden. Insbesondere eine Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs weist typischerweise ein zeitlich schwankendes Lastprofil auf, sodass sich hier in besonderer Weise die Vorteile des Systems und der Anordnung verwirklichen. Finally, the object is also achieved by providing a motor vehicle which has a system for carrying out a thermodynamic cyclic process according to one of the exemplary embodiments described above and / or an arrangement according to one of the exemplary embodiments described above. In particular, the motor vehicle preferably has a power generating device, preferably a drive device, in particular an internal combustion engine, which is thermally operatively connected to a system for carrying out a thermodynamic cycle according to one of the embodiments described above for the use of waste heat of the drive device. In this case, realized in connection with the motor vehicle, the advantages that have already been explained in connection with the system and the arrangement. In particular, a drive device of a motor vehicle typically has a time-varying load profile, so that realize the advantages of the system and the arrangement in a special way here.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass dieses eine Leistungserzeugungseinrichtung aufweist, welche nicht als Antriebseinrichtung ausgebildet ist, wobei die nicht als Antriebseinrichtung ausgebildete Leistungserzeugungseinrichtung thermisch mit einem System nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele verbunden ist. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Hilfs-Leistungserzeugungseinrichtung, insbesondere eine sogenannte APU (Auxiliary Power Unit) handeln. Es ist möglich, dass die nicht als Antriebseinrichtung ausgebildete Leistungserzeugungseinrichtung als Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich. In diesem Fall ist Abwärme der nicht als Antriebseinrichtung ausgebildeten Leistungserzeugungseinrichtung in dem System rekuperierbar. An exemplary embodiment of the motor vehicle is also preferred, which is characterized in that it has a power generating device which is not designed as a drive device, wherein the non-formed as a drive means power generating device is thermally connected to a system according to one of the embodiments described above. This may be, for example, an auxiliary power generation device, in particular a so-called APU (Auxiliary Power Unit). It is possible that the power generating device, which is not designed as a drive device, is designed as an internal combustion engine. Other embodiments are possible. In this case, waste heat of the power generating device, which is not designed as a drive device, can be recuperated in the system.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Showing:

1 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß dem Stand der Technik; 1 a schematic representation of an arrangement according to the prior art;

2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung mit einer Wärmequelle und einem System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses; 2 a schematic representation of an embodiment of an arrangement with a heat source and a system for performing a thermodynamic cycle process;

3 eine schematische, diagrammatische Darstellung einer Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels des Systems, und 3 a schematic, diagrammatic representation of an operation of an embodiment of the system, and

4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs mit einer Anordnung und insbesondere einem Ausführungsbeispiel des Systems. 4 a schematic representation of an embodiment of a motor vehicle with an arrangement and in particular an embodiment of the system.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 1 gemäß dem Stand der Technik, welche eine Wärmequelle 3 sowie ein System 5 zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses aufweist. Dabei ist die Wärmequelle 3 mit dem System 5 – wie hier schematisch durch einen ersten Pfeil P1 dargestellt – thermisch mit dem System 5 verbunden. Die Wärmequelle weist eine zeitlich fluktuierende Wärmeleistung auf, was dem schematisch in 1 dargestellten Diagramm D zu entnehmen ist, in welchem eine momentane Wärmeleistung P der Wärmequelle 3 gegen die Zeit t aufgetragen ist. 1 shows a schematic representation of an arrangement 1 according to the prior art, which is a heat source 3 as well as a system 5 to carry out a thermodynamic cycle. This is the heat source 3 with the system 5 - As shown schematically here by a first arrow P 1 - thermally with the system 5 connected. The heat source has a temporally fluctuating heat output, which is schematically shown in 1 can be seen in which a current heat output P of the heat source 3 plotted against time t.

Das System 5 ist eingerichtet, um die von der Wärmequelle 3 an es gelieferte Wärmeleistung P umzuwandeln in eine andere Leistungsform, insbesondere in mechanische und/oder elektrische Leistung, welche von dem System 5 über geeignete Schnittstellen wieder abgegeben wird, was hier schematisch durch einen zweiten Pfeil P2 dargestellt ist. The system 5 is set to the one from the heat source 3 converted to it heat output P in another form of performance, in particular in mechanical and / or electrical power, by the system 5 is released again via suitable interfaces, which is shown schematically here by a second arrow P 2 .

Um die von der Wärmequelle 3 gelieferte Wärmeleistung P möglichst vollständig nutzen zu können, ohne dabei beschädigt zu werden, muss ein Auslegungspunkt des Systems 5 möglichst bei einem Spitzenwert, also einem globalen Maximum, der Wärmeleistung P der Wärmequelle 3 gewählt werden. Dies bedeutet aber umgekehrt, dass das System 5 stets dann bei suboptimalem Wirkungsgrad betrieben wird, wenn von der Wärmequelle 3 eine geringere Wärmeleistung P abgegeben wird. Weiterhin benötigt das System 5 aufgrund der zeitlich stark fluktuierenden Wärmeleistung P der Wärmequelle 3 eine hochdynamische Regelung. Erschwerend kommt hinzu, dass der Bedarf an von dem System 5 rekuperierter mechanischer und/oder elektrischer Leistung ebenfalls einer Zeitabhängigkeit unterliegt, die keinesfalls synchron zu der Wärmeleistungsabgabe der Wärmequelle 3 liegen muss. Dies bedeutet wiederum, dass ein Teil der Wärmeleistung P der Wärmequelle 3 nicht genutzt werden kann. To the from the heat source 3 To be able to use the supplied heat output P as completely as possible, without being damaged, must be a design point of the system 5 if possible at a peak value, ie a global maximum, the heat output P of the heat source 3 to get voted. But this in turn means that the system 5 is always operated at suboptimal efficiency, if from the heat source 3 a lower heat output P is delivered. Furthermore, the system needs 5 due to the temporally strongly fluctuating heat output P of the heat source 3 a highly dynamic control. To make matters worse, the need for the system 5 recuperated mechanical and / or electrical power also subject to a time dependence, which in no way in sync with the heat output of the heat source 3 must lie. This in turn means that part of the heat output P of the heat source 3 can not be used.

Die Wärmequelle 3 kann bevorzugt als Brennkraftmaschine ausgebildet sein. Insbesondere wenn die Wärmequelle 3 als mobile Brennkraftmaschine, beispielsweise zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs oder als auch als Hilfs-Leistungserzeugungseinrichtung an Bord eines Kraftfahrzeugs, eingerichtet ist, weist diese ein stark schwankendes zeitliches Lastprofil und somit auch eine zeitlich stark fluktuierende Wärmeleistung auf. The heat source 3 may preferably be designed as an internal combustion engine. Especially if the heat source 3 As a mobile internal combustion engine, for example, to drive a motor vehicle or as an auxiliary power generating device on board a motor vehicle, is set up, this has a greatly fluctuating temporal load profile and thus a temporally strong fluctuating heat output.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Das System 5 weist hier einen Arbeitsfluidkreislauf 7 auf – wie im übrigen auch das System 5 gemäß dem Stand der Technik nach 1 –, und zusätzlich eine Wärmespeichereinrichtung 9, die eingerichtet ist, um in einem ersten Betriebszustand Wärme – wie durch den ersten Pfeil P1 dargestellt – aus der Wärmequelle 3 aufzunehmen, und in einem zweiten Betriebszustand Wärme – wie durch einen dritten Pfeil P3 dargestellt – an den Arbeitsfluid-Kreislauf 7 abzugeben. Die Wärmespeichereinrichtung 9 wirkt quasi als Puffer, als Filter und/oder als thermisches Dämpfungsglied, und vergleichmäßigt den Wärmeeintrag in den Arbeitsfluidkreislauf 7. 2 shows a schematic representation of an embodiment of an arrangement 1 , Same and functionally identical elements are the same Reference numerals provided so that reference is made to the preceding description. The system 5 here has a working fluid circuit 7 on - as well as the rest of the system 5 according to the prior art according to 1 -, and in addition a heat storage device 9 , which is arranged to heat in a first operating state - as shown by the first arrow P 1 - from the heat source 3 and, in a second operating condition, heat - as indicated by a third arrow P 3 - to the working fluid circuit 7 leave. The heat storage device 9 acts as a buffer, as a filter and / or as a thermal attenuator, and evened out the heat input into the working fluid circuit 7 ,

Wie wiederum in dem Diagramm D dargestellt, weist die Wärmequelle 3 eine zeitlich stark fluktuierende Wärmeleistung P auf. Es ist nun aber möglich, den Auslegungspunkt des Systems 5 und insbesondere des Arbeitsfluid-Kreislaufs 7 deutlich kleiner zu wählen, als es der maximalen Wärmeleistung P der Wärmequelle 3 entspricht. Wärmeleistungsspitzen der Wärmequelle 3 oberhalb des Auslegungspunkts können dann von der Wärmespeichereinrichtung 9 aufgenommen werden, wobei in dem Fall, in welchem die Wärmeleistung P der Wärmequelle 3 unter den Auslegungspunkt des Systems 5 sinkt, Wärme aus der Wärmespeichereinrichtung 9 ausgespeichert und dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 – insbesondere zusätzlich zu der Wärme von der Wärmequelle 3 – zugeführt werden kann. Dies führt, wie dies in dem zweiten Diagramm D2 dargestellt ist, welches eine dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 zugeführte Wärmeleistung P‘ aufgetragen gegen die Zeit t zeigt, zu einem vergleichmäßigten Wärmeeintrag in den Arbeitsfluid-Kreislauf 7, wobei der Wärmeeintrag vorzugsweise bei dem Auslegungspunkt des Systems 5 stabilisiert wird. Dies hat zur Folge, dass auf eine hochdynamische Regelung des Systems 5 verzichtet werden kann, wobei dieses zugleich über möglichst lange Zeiten, vorzugsweise dauerhaft, bei einem optimierten Wirkungsgrad und insbesondere in seinem Auslegungspunkt betrieben werden kann. As shown again in the diagram D, the heat source 3 a temporally strongly fluctuating heat output P on. It is now possible, the design point of the system 5 and in particular the working fluid circuit 7 to choose much smaller than the maximum heat output P of the heat source 3 equivalent. Heat output peaks of the heat source 3 above the design point can then from the heat storage device 9 in the case where the heat output P of the heat source 3 under the design point of the system 5 decreases, heat from the heat storage device 9 Stored and the working fluid circuit 7 - In particular, in addition to the heat from the heat source 3 - Can be supplied. This leads, as shown in the second diagram D 2 , which one the working fluid circuit 7 supplied heat output P 'plotted against the time t, to a uniform heat input into the working fluid circuit 7 wherein the heat input is preferably at the design point of the system 5 is stabilized. This has the consequence that on a highly dynamic scheme of the system 5 can be dispensed with, which at the same time over long periods, preferably permanently, can be operated at an optimized efficiency and in particular in its design point.

3 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung der prinzipiellen Funktionsweise des Systems 5 und der Anordnung 3. Dabei ist auch hier die von der Wärmequelle 3 abgegebene Wärmeleistung P aufgetragen gegen die Zeit t. Die momentane Wärmeleistung P der Wärmequelle 3 ist als eine durchgezogene Kurve K dargestellt. Ein Auslegungspunkt PA des Systems 5 ist durch eine gestrichelte, horizontale Linie gekennzeichnet. 3 shows a schematic, diagrammatic representation of the basic operation of the system 5 and the arrangement 3 , Here, too, is the heat source 3 delivered heat output P plotted against the time t. The instantaneous heat output P of the heat source 3 is shown as a solid curve K. A design point P A of the system 5 is indicated by a dashed, horizontal line.

Ausgehend von dem Ursprung des Diagramms bis zu einem ersten Zeitpunkt t1 weist die Wärmequelle 3 eine Wärmeleistung auf, die ausgehend von dem Auslegungspunkt PA ansteigt und in der Folge größer ist als der Auslegungspunkt PA. In diesem Fall wird die Wärmespeichereinrichtung 9 in der ersten Betriebsart betrieben, und die überschüssige Wärme, welche durch Wärmeleistung P oberhalb des Auslegungspunkts PA bereitgestellt wird, und welche hier durch eine erste schraffierte Fläche F1 dargestellt ist, wird in der Wärmespeichereinrichtung 9 gespeichert. Zugleich wird dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 des Systems 5 von der Wärmequelle 3 Wärmeleistung zugeführt, welche dem Auslegungspunkt PA entspricht. Starting from the origin of the diagram until a first time t 1 , the heat source 3 a heat output, which increases from the design point P A and is consequently greater than the design point P A. In this case, the heat storage device 9 operated in the first mode, and the excess heat provided by heat output P above the design point P A , which is represented here by a first hatched area F 1 , becomes in the heat storage device 9 saved. At the same time, the working fluid cycle 7 of the system 5 from the heat source 3 Heat output supplied, which corresponds to the design point P A.

In einem zweiten Zeitabschnitt zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und einem zweiten Zeitpunkt t2 liefert die Wärmequelle 3 eine momentane Wärmeleistung P, welche unterhalb des Auslegungspunkts PA liegt. In diesem Fall wird die Wärmespeichereinrichtung 9 in ihrem zweiten Betriebszustand betrieben, und es wird bevorzugt gerade so viel Wärme aus der Wärmespeichereinrichtung 9 ausgespeichert und dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 zugeführt, wie nötig ist, um die Differenz der momentanen Wärmeleistung P der Wärmequelle 3 zu dem Auslegungspunkt PA auszugleichen. Die derart aus der Wärmespeichereinrichtung 9 entnommene und dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 zusätzlich zu der von der Wärmequelle 3 stammenden Wärme zugeführte Wärme ist hier durch eine zweite schraffierte Fläche F2 zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und dem zweiten Zeitpunkt t2 dargestellt. Auch in diesem Betriebszustand wird also dem System 5 eine Wärmeleistung zugeführt, welche dem Auslegungspunkt PA entspricht. Somit können Teillastverluste und insbesondere ein Betrieb des Systems 5 bei einem suboptimalen Wirkungsgrad, vermieden werden. In a second period of time between the first time t 1 and a second time t 2 , the heat source delivers 3 an instantaneous heat output P, which lies below the design point P A. In this case, the heat storage device 9 operated in their second operating state, and it is preferred just as much heat from the heat storage device 9 Stored and the working fluid circuit 7 supplied, as necessary, by the difference of the instantaneous heat output P of the heat source 3 to compensate for the design point P A. The thus from the heat storage device 9 removed and the working fluid circuit 7 in addition to that of the heat source 3 The heat supplied to the heat produced here is represented by a second hatched area F 2 between the first time t 1 and the second time t 2 . Also in this operating condition so the system 5 supplied a heat output, which corresponds to the design point P A. Thus, partial load losses and in particular operation of the system 5 at a suboptimal efficiency, be avoided.

In einem dritten Zeitabschnitt zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und einem dritten Zeitpunkt t3 liefert die Wärmequelle 3 keine Wärmeleistung P. Insbesondere ist es in diesem Fall möglich, dass eine als Brennkraftmaschine ausgebildete Wärmequelle 3 still steht. In diesem Fall wird bevorzugt – eine ausreichende Füllung der Wärmespeichereinrichtung 9 vorausgesetzt – die komplette, dem Auslegungspunkt PA des Systems 5 entsprechende Wärmeleistung aus der Wärmespeichereinrichtung 9 gewonnen. Die insoweit aus der Wärmespeichereinrichtung 9 ausgespeicherte Wärme ist hier durch eine dritte schraffierte Fläche F3 zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und dem dritten Zeitpunkt t3 dargestellt. In a third time period between the second time t 2 and a third time t 3 , the heat source delivers 3 no heat output P. In particular, it is possible in this case that a trained as an internal combustion engine heat source 3 stands still. In this case, it is preferred to have sufficient filling of the heat storage device 9 provided - the complete, the design point P A of the system 5 appropriate heat output from the heat storage device 9 won. The extent of the heat storage device 9 stored heat is shown here by a third hatched area F 3 between the second time t 2 and the third time t 3 .

In einem vierten Zeitabschnitt zwischen dem dritten Zeitpunkt t3 und einem vierten Zeitpunkt t4 wird die Wärmequelle 3 wieder angefahren, ihre Wärmeleistung steigt hier von 0 bis zu dem Auslegungspunkt PA. Auch hier wird jeweils – insbesondere zu jeder Zeit – die Differenz zwischen der momentanen Wärmeleistung P der Wärmequelle 3 und dem Auslegungspunkt PA des Systems 5 aus der Wärmespeichereinrichtung 9 entnommen, wobei die Wärmeentnahme aus der Wärmespeichereinrichtung 9 mit zunehmender Zeit verringert wird und insoweit an die zunehmende Wärmeleistung P der Wärmequelle 3 angepasst wird. Die insoweit der Wärmespeichereinrichtung 9 entnommene Wärme ist hier durch eine vierte schraffierte Fläche F4 zwischen dem dritten Zeitpunkt t3 und dem vierten Zeitpunkt t4 dargestellt. Auch auf diese Weise wird dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 stets eine Wärmeleistung zugeführt, die dem Auslegungspunkt PA entspricht. Somit können Anfahrverluste beim Anfahren der Wärmequelle 3 ausgeglichen und insbesondere vermieden werden. In a fourth period between the third time t 3 and a fourth time t 4 , the heat source 3 approached again, their heat output increases here from 0 to the design point P A. Again, in each case - especially at any time - the difference between the instantaneous heat output P of the heat source 3 and the design point P A of the system 5 from the heat storage device 9 taken, the heat removal from the heat storage device 9 With Increasing time is reduced and so far to the increasing heat output P of the heat source 3 is adjusted. The extent of the heat storage device 9 taken heat is shown here by a fourth hatched area F 4 between the third time t 3 and the fourth time t 4 . Also in this way is the working fluid cycle 7 always supplied a heat output corresponding to the design point P A. Thus, startup losses when starting the heat source 3 balanced and avoided in particular.

Anhand von 3 zeigt sich auch noch, dass der Auslegungspunkt PA vorzugsweise als mittlere, insbesondere zeitlich gemittelte Wärmeleistung der Wärmequelle 3 gewählt wird. Somit gleichen sich Phasen mit über dem Auslegungspunkt PA liegender Wärmeleistung P und unter dem Auslegungspunkt PA zurückbleibender Wärmeleistung P der Wärmequelle 3 im Zeitmittel möglichst aus, wobei zugleich ein Erreichen einer Speicherkapazitätsgrenze der Wärmespeichereinrichtung 9 und/oder ein Leerlaufen der Wärmespeichereinrichtung 9 bevorzugt vermieden werden kann. Dabei ist die Speicherkapazität der Wärmespeichereinrichtung 9 bevorzugt auf die auftretenden Differenzwärmeleistungen, insbesondere auf eine maximale integrale Wärmemenge, abgestimmt. Based on 3 also shows that the design point P A preferably as a mean, in particular temporally averaged heat output of the heat source 3 is selected. Thus, phases are similar to above the design point P A lying heat output P and below the design point P A remaining heat output P of the heat source 3 in the time average as possible, while at the same time reaching a storage capacity limit of the heat storage device 9 and / or emptying the heat storage device 9 can preferably be avoided. In this case, the storage capacity of the heat storage device 9 preferably tuned to the differential heat outputs occurring, in particular to a maximum integral amount of heat.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs 11, welches eine Brennkraftmaschine 13 aufweist, die hier als Wärmequelle 3 fungiert. Diese ist mit einem System 5 zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, insbesondere eines organischen Rankine-Kreisprozesses, thermisch verbunden. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. 4 shows a schematic representation of an embodiment of a motor vehicle 11 which is an internal combustion engine 13 which is here as a heat source 3 acts. This is with a system 5 for carrying out a thermodynamic cycle, in particular an organic Rankine cycle, thermally connected. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description.

Es ist möglich, aber nicht zwingend vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine 13 mit einem Generator 15 zur Erzeugung elektrischer Leistung antriebswirkverbunden ist. Dabei kann die Brennkraftmaschine 13 als stationäre Brennkraftmaschine ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Brennkraftmaschine 13 als mobile Brennkraftmaschine ausgebildet ist, wobei sie beispielsweise einem dieselelektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise einer Lokomotive, dienen kann. Die Brennkraftmaschine 13 kann aber auch als Hilfs-Leistungserzeugungseinrichtung des Kraftfahrzeugs 11 ausgebildet sein und insbesondere elektrische Leistung für eine Bordstromversorgung des Kraftfahrzeugs 11 bereitstellen. It is possible, but not mandatory, for the internal combustion engine 13 with a generator 15 is drivingly connected to generate electrical power. In this case, the internal combustion engine 13 be designed as a stationary internal combustion engine. But it is also possible that the internal combustion engine 13 is designed as a mobile internal combustion engine, where it can serve, for example, a diesel-electric drive of a motor vehicle, such as a locomotive. The internal combustion engine 13 but also as an auxiliary power generating device of the motor vehicle 11 be formed and in particular electrical power for an on-board power supply of the motor vehicle 11 provide.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des Systems 5 ist der Arbeitsfluid-Kreislauf 7 als Primärkreislauf 17 ausgebildet. In dem Primärkreislauf 17 strömt ein Arbeitsfluid, insbesondere ein organisches Fluid. Entlang des Primärkreislaufs 17 sind – in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids gesehen – eine Fördereinrichtung 19, ein Heiz-Wärmetauscher 21, eine Expansionsmaschine 23 und ein Kühl-Wärmetauscher 25 angeordnet. Die Expansionsmaschine 23 ist vorzugsweise mit einem System-Generator 27 antriebswirkverbunden, sodass der System-Generator 27 zur Erzeugung elektrischer Leistung durch die Expansionsmaschine 23 antreibbar ist. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass der Expansionsmaschine 23 mechanische Leistung entnommen wird. In the embodiment of the system shown here 5 is the working fluid circuit 7 as a primary circuit 17 educated. In the primary circuit 17 flows a working fluid, in particular an organic fluid. Along the primary circuit 17 are - seen in the flow direction of the working fluid - a conveyor 19 , a heating heat exchanger 21 , an expansion machine 23 and a cooling heat exchanger 25 arranged. The expansion machine 23 is preferably with a system generator 27 drive-connected, so the system generator 27 for generating electrical power by the expansion machine 23 is drivable. Additionally or alternatively, it is possible for the expansion machine 23 mechanical power is taken.

Das System 5 weist außerdem einen Sekundärkreislauf 29 auf, wobei der Heiz-Wärmetauscher 21 mit dem Sekundärkreislauf 29 in Fluidverbindung ist, sodass in dem Heiz-Wärmetauscher 21 Wärme von einem in dem Sekundärkreislauf 29 strömenden Wärmeübertragermedium, insbesondere einem Thermoöl, auf das Arbeitsfluid des Arbeitsfluid-Kreislaufs 7 übertragen werden kann. Der Sekundärkreislauf 29 weist außerdem einen Sekundärkreislauf-Heizwärmetauscher 31 auf, der einerseits von dem Wärmeübertragermedium des Sekundärkreislaufs 29 und andererseits von einem von der Wärmequelle 3 kommenden Heizmedium durchströmt wird, sodass in dem Sekundär-Heizwärmetauscher 31 Wärme von dem Heizmedium an das Wärmeübertragermedium übertragbar ist. Bei dem Heizmedium handelt es sich vorzugsweise um Abgas der Brennkraftmaschine 13, und/oder um Kühlmittel der Brennkraftmaschine 13. The system 5 also has a secondary circuit 29 on, where the heating heat exchanger 21 with the secondary circuit 29 is in fluid communication so that in the heating heat exchanger 21 Heat from one in the secondary circuit 29 flowing heat transfer medium, in particular a thermal oil, on the working fluid of the working fluid circuit 7 can be transferred. The secondary circuit 29 also has a secondary cycle heating heat exchanger 31 on the one hand by the heat transfer medium of the secondary circuit 29 and, on the other hand, one of the heat source 3 flowing through the heating medium, so that in the secondary heating heat exchanger 31 Heat from the heating medium to the heat transfer medium is transferable. The heating medium is preferably exhaust gas of the internal combustion engine 13 , and / or coolant of the internal combustion engine 13 ,

Der Sekundärkreislauf 29 weist außerdem eine Sekundärkreislauf-Fördereinrichtung 33 auf, welche der Förderung des Wärmeübertragermediums entlang des Sekundärkreislaufs 29 dient. The secondary circuit 29 also has a secondary circuit conveyor 33 on which the promotion of the heat transfer medium along the secondary circuit 29 serves.

Die Wärmespeichereinrichtung 9 weist einen Wärmespeicher 35 auf, der in dem Sekundärkreislauf 29 angeordnet ist, wobei der Wärmespeicher 35 fluidisch parallel einerseits zu dem Heiz-Wärmetauscher 21 und andererseits zu dem Sekundärkreislauf-Heizwärmetauscher 31 angeordnet ist. Weiterhin weist die Wärmespeichereinrichtung 9 hier zwei ansteuerbare Ventileinrichtungen 37, 37‘ auf, welche hier als Dreiwegeventile ausgebildet sind. Die ansteuerbaren Ventileinrichtungen 37, 37‘ sind dabei einerseits mit dem Sekundärkreislauf 39 und andererseits mit Anschlüssen 39, 39‘ des Wärmetauschers 35 fluidverbunden. Besonders bevorzugt sind die ansteuerbaren Ventileinrichtungen 37, 37‘ kontinuierlich schaltbar, sodass jeweils ein durch die Ventileinrichtung 37, 37‘ strömender Wärmeübertragermedienstrom aufteilbar ist in einen Teilstrom, welcher in dem Wärmespeicher 35 und/oder aus dem Wärmespeicher 35 strömt, und einen Teilstrom, welcher weiter entlang des Sekundärkreislaufs 29 strömt. Dabei kann ein Verhältnis zwischen diesen Teilströmen vorzugsweise kontinuierlich variiert werden. The heat storage device 9 has a heat storage 35 up in the secondary circuit 29 is arranged, wherein the heat storage 35 fluidly parallel on the one hand to the heating heat exchanger 21 and, on the other hand, to the secondary cycle heating heat exchanger 31 is arranged. Furthermore, the heat storage device 9 here two controllable valve devices 37 . 37 ' on, which are designed here as three-way valves. The controllable valve devices 37 . 37 ' are on the one hand with the secondary circuit 39 and on the other hand with connections 39 . 39 ' of the heat exchanger 35 fluidly connected. Particularly preferred are the controllable valve devices 37 . 37 ' continuously switchable, so each one through the valve device 37 . 37 ' streaming heat exchanger media stream is divisible into a partial stream, which in the heat storage 35 and / or from the heat storage 35 flows, and a partial flow, which continues along the secondary circuit 29 flows. In this case, a ratio between these partial flows can preferably be varied continuously.

Die Wärmespeichereinrichtung 9 ist somit insgesamt schaltbar ausgebildet. Sie ist vorzugsweise steuer- oder regelbar. Hierfür ist bevorzugt eine Steuereinrichtung 41 vorgesehen, die eingerichtet ist zur parameterabhängigen Ansteuerung der Wärmespeichereinrichtung 9. Als Parameter wird vorzugsweise eine Differenzwärmeleistung verwendet, die insbesondere definiert ist als eine Differenz zwischen der momentanen Wärmeleistung P der Wärmequelle 3 und dem Auslegungspunkt PA des Systems 5, insbesondere des Arbeitsfluid-Kreislauf 7. Die Steuereinrichtung 41 ist vorzugsweise wirkverbunden mit der Wärmequelle 3, um deren momentane Wärmeleistung P zu erfassen. Der Auslegungspunkt PA des Systems 5, insbesondere des Arbeitsfluid-Kreislaufs 7, ist vorzugsweise in der Steuereinrichtung 41 hinterlegt. Weiterhin ist die Steuereinrichtung 41 vorzugsweise mit den ansteuerbaren Ventileinrichtung 37, 37‘ wirkverbunden, um diese abhängig von der momentanen Differenzwärmeleistung anzusteuern. The heat storage device 9 is thus formed switchable total. It is preferably controllable or controllable. For this purpose, a control device is preferred 41 provided, which is set up for parameter-dependent control of the heat storage device 9 , The parameter used is preferably a differential heat output, which is defined in particular as a difference between the instantaneous heat output P of the heat source 3 and the design point P A of the system 5 , in particular the working fluid circuit 7 , The control device 41 is preferably operatively connected to the heat source 3 to detect their instantaneous heat output P. The design point P A of the system 5 , in particular the working fluid circuit 7 , is preferably in the control device 41 deposited. Furthermore, the control device 41 preferably with the controllable valve device 37 . 37 ' operatively connected, in order to control these depending on the current differential heat output.

Dabei ist es möglich, die Ventileinrichtung 37, 37‘ dann, wenn die von der Wärmequelle 3 abgegebene Wärmeleistung P den Auslegungspunkt PA des Systems 5 übersteigt, derart anzusteuern, dass die in Bezug zu dem Auslegungspunkt PA überschüssige Wärme in dem Wärmespeicher 35 gespeichert wird. In einem Fall, in welchem die von der Wärmequelle 3 abgegebene Wärmeleistung P den Auslegungspunkt PA unterschreitet, können die Ventileinrichtungen 37, 37‘ derart angesteuert werden, dass eine zu dem Auslegungspunkt PA bestehende Differenz durch Ausspeicherung von Wärme aus dem Wärmespeicher 35 ausgeglichen werden kann, wobei diese Wärme zusätzlich oder alternativ zu der in dem Sekundär-Heizwärmetauscher 31 rekuperierten Wärme dem Heiz-Wärmetauscher 21 und somit dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 zugeführt werden kann. It is possible, the valve device 37 . 37 ' then, if that from the heat source 3 output thermal power P the design point P A of the system 5 exceeds, to control such that the excess in relation to the design point P A heat in the heat accumulator 35 is stored. In a case where the heat source 3 discharged heat output P below the design point P A , the valve devices 37 . 37 ' be controlled such that an existing at the design point P A difference by removing heat from the heat storage 35 can be compensated, this heat additionally or alternatively to that in the secondary heating heat exchanger 31 recuperated heat the heating heat exchanger 21 and thus the working fluid circuit 7 can be supplied.

Der Wärmespeicher 35 ist vorzugsweise ausgebildet als sensibler Wärmespeicher, als latenter Wärmespeicher, insbesondere auf der Basis von mindestens einem Phasenwechselmaterial, als sorptiver Wärmespeicher, oder als chemischer Wärmespeicher. The heat storage 35 is preferably designed as a sensitive heat storage, as a latent heat storage, in particular on the basis of at least one phase change material, as a sorptive heat storage, or as a chemical heat storage.

Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des hier vorgeschlagenen Systems 5, der Anordnung 1 und dem Kraftfahrzeug 11 auch bei zeitlich fluktuierendem Lastprofil einer Wärmequelle 3 eine dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 zugeführte Wärmeleistung P‘ zeitlich vergleichmäßigt und homogenisiert werden kann, sodass Teillastverluste vermieden und ein möglichst optimaler Wirkungsgrad des Systems 5 über lange Zeiten, besonders bevorzugt zu jeder Zeit, erreicht werden kann. Overall, it shows that using the system proposed here 5 , the arrangement 1 and the motor vehicle 11 even with temporally fluctuating load profile of a heat source 3 a working fluid circuit 7 supplied heat output P 'can be homogenized in time and homogenized, so that partial load losses avoided and the best possible efficiency of the system 5 over long periods, particularly preferably at any time, can be achieved.

Claims (10)

System (5) zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, mit einem Arbeitsfluid-Kreislauf (7), in dem der thermodynamische Kreisprozess durchführbar ist, gekennzeichnet durch eine Wärmespeichereinrichtung (9), die eingerichtet ist, um in einem ersten Betriebszustand Wärme aus einer Wärmequelle (3) aufzunehmen, und in einem zweiten Betriebszustand Wärme an den Arbeitsfluid-Kreislauf (7) abzugeben. System ( 5 ) for carrying out a thermodynamic cycle, with a working fluid circuit ( 7 ), in which the thermodynamic cycle is feasible, characterized by a heat storage device ( 9 ) arranged to receive heat from a heat source in a first operating state ( 3 ), and in a second operating condition heat to the working fluid circuit ( 7 ). System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichereinrichtung (9) schaltbar, vorzugsweise steuer- oder regelbar, ausgebildet ist. System according to claim 1, characterized in that the heat storage device ( 9 ) switchable, preferably controllable or adjustable, is formed. System (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsfluid-Kreislauf (7) als Primärkreislauf (17) ausgebildet ist, wobei ein Heiz-Wärmetauscher (21) des Arbeitsfluid-Kreislaufs (7) mit einem Sekundärkreislauf (29) in Fluidverbindung ist, wobei der Sekundärkreislauf (29) einen Sekundärkreislauf-Heizwärmetauscher (31) aufweist, der mit der Wärmequelle (3) thermisch verbindbar ist, wobei die Wärmespeichereinrichtung (9) in dem Sekundärkreislauf (29) angeordnet ist. System ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the working fluid circuit ( 7 ) as the primary circuit ( 17 ), wherein a heating heat exchanger ( 21 ) of the working fluid circuit ( 7 ) with a secondary circuit ( 29 ) is in fluid communication with the secondary circuit ( 29 ) a secondary cycle heating heat exchanger ( 31 ) connected to the heat source ( 3 ) is thermally connectable, wherein the heat storage device ( 9 ) in the secondary circuit ( 29 ) is arranged. System (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichereinrichtung (9) einen Wärmespeicher (35) aufweist, der ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem sensiblen Wärmespeicher, einem latenten Wärmespeicher, einem sorptiven Wärmespeicher, und einem chemischen Wärmespeicher. System ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat storage device ( 9 ) a heat storage ( 35 ), which is selected from a group consisting of a sensitive heat storage, a latent heat storage, a sorptive heat storage, and a chemical heat storage. Anordnung (1), mit einer Wärmequelle (3) und einem System (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4. Arrangement ( 1 ), with a heat source ( 3 ) and a system ( 5 ) according to one of claims 1 to 4. Anordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (3) eine zeitlich fluktuierende Wärmeleistung (P) aufweist. Arrangement ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the heat source ( 3 ) has a temporally fluctuating heat output (P). Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (3) als Brennkraftmaschine (13), insbesondere als mobile Brennkraftmaschine (13) ausgebildet ist. Arrangement ( 1 ) according to one of claims 5 and 6, characterized in that the heat source ( 3 ) as an internal combustion engine ( 13 ), in particular as a mobile internal combustion engine ( 13 ) is trained. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (41), die eingerichtet ist zur Ansteuerung der Wärmespeichereinrichtung (9) in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter. Arrangement ( 1 ) according to one of claims 5 to 7, characterized by a control device ( 41 ), which is set up to control the heat storage device ( 9 ) depending on at least one parameter. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (41) ausgebildet ist, um als wenigstens einen Parameter eine Differenzwärmeleistung zu verwenden, die definiert ist als momentane Wärmeleistung (P) der Wärmequelle (3) abzüglich eines Auslegungspunkts (PA) des Arbeitsfluid-Kreislaufs (7). Arrangement ( 1 ) according to one of claims 5 to 8, characterized in that the control device ( 41 ) is configured to use a differential heat output as at least one parameter that is defined as instantaneous Heat output (P) of the heat source ( 3 ) minus a design point (P A ) of the working fluid circuit ( 7 ). Kraftfahrzeug (11), mit einer Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9. Motor vehicle ( 11 ), with an arrangement ( 1 ) according to any one of claims 5 to 9.
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