DE102016004754A1 - Exhaust heat utilization device for a drive device of a motor vehicle, drive device and method for operating an exhaust heat utilization device - Google Patents

Exhaust heat utilization device for a drive device of a motor vehicle, drive device and method for operating an exhaust heat utilization device Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgaswärmenutzungseinrichtung (1) für eine Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgaseinlass (2) und einem Abgasauslass (3), die über eine, insbesondere durch einen Abgasschalldämpfer (5) verlaufende, Abgasleitung (4) miteinander in Strömungsverbindung stehen und mit einem thermisch mit der Abgasleitung (4) verbundenen Wärmespeicher (7). Dabei ist vorgesehen, dass der Wärmespeicher (7) als Hochtemperaturwärmespeicher ausgebildet ist und ein erstes Speichermedium (8) aufweist, das in einem Hochtemperaturwärmespeichergehäuse (11) vorliegt, und dass das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse (11) zumindest bereichsweise in einem ein zweites Speichermedium (15) aufweisenden Niedertemperaturwärmespeicher (14) angeordnet sind, wobei dem Niedertemperaturwärmespeicher (14) ein Niedertemperaturwärmetauscher (16) zur Zuführung und/oder Entnahme von Wärme aus dem zweiten Speichermedium (15) zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Abgaswärmenutzungseinrichtung (1).The invention relates to an exhaust heat utilization device (1) for a drive device of a motor vehicle, having an exhaust gas inlet (2) and an exhaust gas outlet (3) which are in fluid communication with one another via an exhaust gas line (4), in particular through an exhaust silencer (5) a thermally connected to the exhaust pipe (4) heat storage (7). It is provided that the heat storage (7) is designed as a high-temperature heat storage and a first storage medium (8), which is present in a high-temperature heat storage housing (11), and that the high-temperature heat storage housing (11) at least partially in a second storage medium (15) Low-temperature heat accumulator (14) are arranged, wherein the low-temperature heat accumulator (14) is associated with a low-temperature heat exchanger (16) for supplying and / or removal of heat from the second storage medium (15). The invention further relates to a drive device for a motor vehicle and to a method for operating an exhaust heat utilization device (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgaswärmenutzungseinrichtung für eine Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgaseinlass und einem Abgasauslass, die über eine, insbesondere durch einen Abgasschalldämpfer verlaufende, Abgasleitung miteinander in Strömungsverbindung stehen, und mit einem thermisch mit der Abgasleitung verbundenen Wärmespeicher. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Abgaswärmenutzungseinrichtung.The invention relates to an exhaust heat utilization device for a drive device of a motor vehicle, having an exhaust gas inlet and an exhaust gas outlet, which are in fluid communication with one another, in particular by an exhaust muffler, and with a heat storage device thermally connected to the exhaust gas line. The invention further relates to a drive device and a method for operating an exhaust heat utilization device.

Die Antriebseinrichtung dient beispielsweise dem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments. Während des Betriebs der Antriebseinrichtung fallen sowohl Abgas als auch Wärme an, wobei letztere zumindest teilweise von dem Abgas aus der Antriebseinrichtung ausgetragen wird. Das aus der Antriebseinrichtung kommende heiße Abgas wird der Abgaswärmenutzungseinrichtung zugeführt, nämlich durch den Abgaseinlass. Nachfolgend durchläuft das Abgas die Abgasleitung bis hin zu dem Abgasauslass und tritt durch diesen wieder aus der Abgaswärmenutzungseinrichtung aus. Stromabwärts der Abgaswärmenutzungseinrichtung kann das Abgas beispielsweise durch ein Endrohr in eine Außenumgebung austreten.The drive device serves, for example, for driving the motor vehicle, insofar as it provides the provision of a torque directed to driving the motor vehicle. During the operation of the drive device, both exhaust gas and heat accumulate, the latter being at least partially discharged from the exhaust gas from the drive device. The hot exhaust gas coming from the drive device is supplied to the exhaust heat utilization device, namely through the exhaust gas inlet. Subsequently, the exhaust gas passes through the exhaust pipe to the exhaust outlet and exits through this again from the exhaust heat utilization device. Downstream of the exhaust heat utilization device, the exhaust gas can escape, for example through a tailpipe in an outdoor environment.

Die Abgaswärmenutzungseinrichtung weist nun den Wärmespeicher sowie optional den Abgasschalldämpfer auf. Beispielsweise verläuft die Abgasleitung durch den Abgasschalldämpfer zur Verminderung von Schallemissionen, welche insbesondere von der Antriebseinrichtung ausgehen, hindurch. Der Abgasschalldämpfer liegt beispielsweise als Vorschalldämpfer oder als Endschalldämpfer vor. Die Abgasleitung ist thermisch mit dem Wärmespeicher verbunden. Dieser dient der Zwischenspeicherung der in dem Abgas enthaltenen Wärme. Beispielsweise verläuft die Abgasleitung durch den Wärmespeicher hindurch. Sie kann jedoch auch lediglich wärmeleitend mit ihm verbunden sein.The exhaust heat utilization device now has the heat storage and optionally the exhaust muffler. For example, the exhaust pipe extends through the exhaust muffler for reducing noise emissions, which emanate in particular from the drive means through. The exhaust silencer is available, for example, as a front silencer or as a rear silencer. The exhaust pipe is thermally connected to the heat storage. This serves to temporarily store the heat contained in the exhaust gas. For example, the exhaust pipe passes through the heat storage through. However, it can also be connected only thermally conductive with him.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Abgaswärmenutzungseinrichtung vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Abgaswärmenutzungseinrichtungen Vorteile aufweist, insbesondere eine effizientere Nutzung der in dem Abgas enthaltenen Wärme ermöglicht.It is an object of the invention to propose an exhaust heat utilization device which has advantages over known exhaust heat utilization devices, in particular allows a more efficient use of the heat contained in the exhaust gas.

Dies wird erfindungsgemäß mit einer Abgaswärmenutzungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Wärmespeicher als Hochtemperaturwärmespeicher ausgebildet ist und ein erstes Speichermedium aufweist, das in einem Hochtemperaturwärmespeichergehäuse vorliegt, und dass das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse zumindest bereichsweise in einem ein zweites Speichermedium aufweisenden Niedertemperaturwärmespeicher angeordnet sind, wobei dem Niedertemperaturwärmespeicher ein Niedertemperaturwärmetauscher zur Zuführung und/oder Entnahme von Wärme aus dem zweiten Speichermedium zugeordnet ist.This is achieved according to the invention with an exhaust heat utilization device having the features of claim 1. It is provided that the heat storage is designed as a high-temperature heat storage and has a first storage medium, which is present in a high-temperature heat storage housing, and that the high-temperature heat storage housing are at least partially disposed in a second storage medium having low-temperature heat storage, the low-temperature heat storage a low-temperature heat exchanger for feeding and / or removal is associated with heat from the second storage medium.

Die Abgaswärmenutzungseinrichtung weist insoweit nicht lediglich einen einzigen Wärmespeicher, sondern vielmehr mehrere Wärmespeicher auf, nämlich den Hochtemperaturwärmespeicher und den Niedertemperaturwärmespeicher. Während der Hochtemperaturwärmespeicher über das erste Speichermedium verfügt, ist dem Niedertemperaturwärmespeicher das zweite Speichermedium zugeordnet. Bevorzugt ist das zweite Speichermedium von dem ersten Speichermedium verschieden beziehungsweise weist ein anderes Wärmespeichermaterial auf. Grundsätzlich ist es jedoch vorstellbar, dass das zweite Speichermedium dem ersten Speichermedium entspricht beziehungsweise die beiden Speichermedien das gleiche Wärmespeichermaterial aufweisen beziehungsweise aus diesem bestehen.The exhaust heat utilization device has so far not only a single heat storage, but rather a plurality of heat storage, namely the high-temperature heat storage and the low-temperature heat storage. While the high-temperature heat store has the first storage medium, the second storage medium is assigned to the low-temperature heat store. Preferably, the second storage medium is different from the first storage medium or has another heat storage material. In principle, however, it is conceivable that the second storage medium corresponds to the first storage medium or the two storage media have the same heat storage material or consist of this.

Der Unterschied zwischen den beiden Wärmespeichern liegt in dem Temperaturniveau, für welches sie ausgelegt sind. Der Hochtemperaturwärmespeicher ist für die Speicherung von Wärme bei höheren Temperaturen ausgelegt als der Niedertemperaturwärmespeicher. Beispielsweise werden also die beiden Speichermedien derart gewählt, dass das erste Speichermedium für den Einsatz bei höheren Temperaturen geeignet ist als das zweite Speichermedium.The difference between the two heat accumulators lies in the temperature level for which they are designed. The high-temperature heat storage is designed for the storage of heat at higher temperatures than the low-temperature heat storage. For example, therefore, the two storage media are selected such that the first storage medium is suitable for use at higher temperatures than the second storage medium.

Das erste Speichermedium ist in dem Hochtemperaturwärmespeichergehäuse angeordnet, insbesondere ist es vollständig von diesem eingeschlossen. Analog kann der Abgasschalldämpfer ein Schalldämpfergehäuse aufweisen, durch welches die Abgasleitung verläuft. Der Abgasschalldämpfer, insbesondere sein Schalldämpfergehäuse und/oder das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse sind nun zumindest bereichsweise, vorzugsweise jedoch vollständig, in dem Niedertemperaturwärmespeicher angeordnet, insbesondere in einem Niedertemperaturwärmespeichergehäuse des Niedertemperaturwärmespeichers, in welchem das zweite Speichermedium vorliegt. Es ist also vorgesehen, dass entweder das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse, der Abgasschalldämpfer oder beide zumindest bereichsweise in dem Niedertemperaturwärmespeicher vorliegen.The first storage medium is arranged in the high-temperature heat storage housing, in particular it is completely enclosed by this. Similarly, the exhaust muffler may have a muffler housing through which the exhaust pipe extends. The exhaust muffler, in particular its muffler housing and / or the high-temperature heat storage housing are now at least partially, but preferably completely, arranged in the low-temperature heat storage, in particular in a low-temperature heat storage housing of the low-temperature heat storage in which the second storage medium is present. It is therefore provided that either the high-temperature heat storage housing, the exhaust muffler or both present at least partially in the low-temperature heat storage.

Mit einer derartigen Ausgestaltung der Abgaswärmenutzungseinrichtung wird die Nutzung von zwischengespeicherter Wärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus ermöglicht. Beispielsweise kann die in dem Hochtemperaturwärmespeicher zwischengespeicherte Wärme zum Vorheizen des die Abgasleitung durchströmenden Abgases herangezogen werden oder umgekehrt die in dem Abgas enthaltene Wärme in dem Hochtemperaturwärmespeicher zwischengespeichert werden.With such a configuration of the exhaust heat utilization device, the use of cached heat at different temperature levels is made possible. For example, the cached in the high-temperature heat storage heat for preheating the Exhaust gas flowing through the exhaust gas are used or vice versa, the heat contained in the exhaust gas are temporarily stored in the high-temperature heat storage.

Der Niedertemperaturwärmespeicher kann von Wärme, die von dem Abgasschalldämpfer und/oder dem Hochtemperaturwärmespeicher abgegeben wird, aufgeladen werden. Umgekehrt können selbstverständlich der Abgasschalldämpfer und/oder der Hochtemperaturwärmespeicher mithilfe der in dem Niedertemperaturwärmespeicher zwischengespeicherten Wärme erwärmt werden. Zudem ist es vorgesehen, dass dem Niedertemperaturwärmespeicher der Niedertemperaturwärmetauscher zugeordnet ist. Mithilfe des Niedertemperaturwärmetauschers kann dem zweiten Speichermedium Wärme zugeführt und/oder entnommen werden. Der Niedertemperaturwärmetauscher liegt beispielsweise als Rohrwärmetauscher vor, wobei eine Rohrleitung des Niedertemperaturwärmetauschers in dem zweiten Speichermedium angeordnet, also von diesem eingeschlossen ist.The low-temperature heat accumulator can be charged by heat emitted by the exhaust silencer and / or the high-temperature heat accumulator. Conversely, of course, the exhaust muffler and / or the high-temperature heat storage can be heated using the cached heat in the low-temperature heat storage. In addition, it is provided that the low-temperature heat accumulator is associated with the low-temperature heat exchanger. With the aid of the low-temperature heat exchanger, heat can be supplied to and / or removed from the second storage medium. The low-temperature heat exchanger is present, for example, as a tube heat exchanger, wherein a pipeline of the low-temperature heat exchanger arranged in the second storage medium, that is enclosed by this.

Eine derartige Ausgestaltung der Abgaswärmenutzungseinrichtung ermöglicht eine flexible Nutzung der in dem Abgas der Antriebseinrichtung enthaltenen Wärme. Dies gilt insbesondere, falls stromabwärts des Hochtemperaturwärmetauschers und/oder der Abgasleitung und/oder des Abgasschalldämpfers eine Abgasreinigungseinrichtung, insbesondere in Form eines Katalysators, beispielsweise eines Oxidationskatalysators, angeordnet ist. Die Abgasreinigungseinrichtung kann in einem Gehäuse der Abgaswärmenutzungseinrichtung mit angeordnet sein, wobei sie strömungstechnisch zwischen dem Abgaseinlass, insbesondere dem Abgasschalldämpfer, und dem Abgasauslass der Abgaswärmenutzungseinrichtung vorliegt. Die Abgasreinigungseinrichtung kann wenigstens bereichsweise in den Abgasschalldämpfer integriert vorliegen, also beispielsweise in das Schalldämpfergehäuse zumindest bereichsweise hineinragen.Such a configuration of the exhaust heat utilization device allows flexible use of the heat contained in the exhaust gas of the drive device. This is especially true if downstream of the high-temperature heat exchanger and / or the exhaust pipe and / or the exhaust muffler, an exhaust gas purification device, in particular in the form of a catalyst, for example an oxidation catalyst, is arranged. The exhaust gas purification device can be arranged in a housing of the exhaust gas heat recovery device, wherein it is fluidly present between the exhaust gas inlet, in particular the exhaust muffler, and the exhaust gas outlet of the exhaust gas heat recovery device. The exhaust gas purification device can be present at least partially integrated in the exhaust muffler, so for example, at least partially protrude into the muffler housing.

Wird die Antriebseinrichtung abgeschaltet, wenn bereits Wärme in einem der Wärmespeicher, insbesondere dem Hochtemperaturwärmespeicher, zwischengespeichert ist, so kann nach einem Wiederstart der Antriebseinrichtung das von dieser kommende Abgas mithilfe der, zwischengespeicherten Wärme vorgeheizt werden, sodass auch die Abgasreinigungseinrichtung schneller auf ihre Betriebstemperatur gebracht wird. Entsprechend kann die Menge der in Richtung der Außenumgebung abgeführten Schadstoffe deutlich verringert werden.If the drive device is switched off when heat is already temporarily stored in one of the heat accumulators, in particular the high-temperature heat accumulator, the exhaust gas coming from the latter can be preheated by means of the temporarily stored heat after a restart of the drive device so that the exhaust gas purification device is brought to its operating temperature more quickly , Accordingly, the amount of pollutants discharged toward the outside environment can be significantly reduced.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Niedertemperaturwärmespeicher ein Niedertemperaturwärmespeichergehäuse aufweist, in dem der Abgasschalldämpfer und/oder das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse und das zweite Speichermedium vorliegen. Das Niedertemperaturwärmespeichergehäuse schließt insoweit den Abgasschalldämpfer und/oder das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse und das zweite Speichermedium vollständig ein. Auch der Niedertemperaturwärmetauscher ist wenigstens bereichsweise in dem Niedertemperaturwärmespeichergehäuse angeordnet. Das Niedertemperaturwärmespeichergehäuse weist beispielsweise eine Wärmeisolierung auf, welche lediglich von der Abgasleitung und/oder Anschlüssen des Niedertemperaturwärmetauschers durchgriffen wird.A further embodiment of the invention provides that the low-temperature heat accumulator has a low-temperature heat storage housing in which the exhaust silencer and / or the high-temperature heat storage housing and the second storage medium are present. The low-temperature heat storage housing includes insofar the exhaust muffler and / or the high-temperature heat storage housing and the second storage medium completely. Also, the low-temperature heat exchanger is arranged at least partially in the low-temperature heat storage housing. The low-temperature heat storage housing has, for example, a thermal insulation, which is penetrated only by the exhaust pipe and / or connections of the low-temperature heat exchanger.

Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Speichermedium ein Latentspeichermedium und/oder das zweite Speichermedium ein weiteres Latentspeichermedium oder ein thermochemisches Speichermedium ist, wobei das Latentspeichermedium eine höhere Phasenübergangstemperatur aufweist als das weitere Latentspeichermedium. Wie bereits vorstehend erläutert, können die Speichermedien grundsätzlich beliebig gewählt sein. Bevorzugt wird jedoch als erstes Speichermedium das Latentspeichermedium eingesetzt. Zum Einsatz kommt dabei beispielsweise eine Metalllegierung oder ein Wachs.In an advantageous development of the invention, it is provided that the first storage medium is a latent storage medium and / or the second storage medium is another latent storage medium or a thermochemical storage medium, wherein the latent storage medium has a higher phase transition temperature than the further latent storage medium. As already explained above, the storage media can basically be chosen arbitrarily. Preferably, however, the latent storage medium is used as the first storage medium. For example, a metal alloy or a wax is used.

Bevorzugt weist das Latentspeichermedium eine Phasenübergangstemperatur auf, welche der während eines stationären Betriebs der Antriebseinrichtung in der Abgaswärmenutzungseinrichtung vorliegenden Temperatur des Abgases entspricht. Es kann jedoch auch vorgesehen, dass die Phasenübergangstemperatur geringfügig niedriger ist als diese Abgastemperatur, beispielsweise bezogen auf diese mindestens 75%, mindestens 80%, mindestens 85%, mindestens 90% oder mindestens 95% beträgt.The latent storage medium preferably has a phase transition temperature which corresponds to the temperature of the exhaust gas present in the exhaust heat utilization device during stationary operation of the drive device. However, it can also be provided that the phase transition temperature is slightly lower than this exhaust gas temperature, for example based on at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90% or at least 95%.

Das zweite Speichermedium kann ebenfalls in Form eines Latentspeichermediums vorliegen, welches hier als weiteres Latentspeichermedium bezeichnet wird. Weil die Wärmespeicher zur Zwischenspeicherung von Wärme bei unterschiedlichen Temperaturniveaus ausgelegt sind, soll das weitere Latentspeichermedium eine geringere Phasenübergangstemperatur aufweisen als das Latentspeichermedium des Hochtemperaturwärmespeichers. Alternativ kann als zweites Speichermedium jedoch auch ein thermochemisches Speichermedium verwendet werden, beispielsweise Natriumacetat.The second storage medium can likewise be in the form of a latent storage medium, which is referred to here as a further latent storage medium. Because the heat accumulators are designed for temporarily storing heat at different temperature levels, the additional latent storage medium should have a lower phase transition temperature than the latent storage medium of the high-temperature heat accumulator. Alternatively, however, as a second storage medium, a thermochemical storage medium may also be used, for example sodium acetate.

Die Phasenübergangstemperatur des weiteren Latentspeichermediums kann beispielsweise einer im stationären Betrieb der Antriebseinrichtung auftretenden Kühlwassertemperatur einer elektrischen Maschine und/oder einer Brennkraftmaschine entsprechen oder geringfügig niedriger sein. Beispielsweise beträgt die Phasenübergangstemperatur bezogen auf die Kühlwassertemperatur mindestens 75%, mindestens 80%, mindestens 85%, mindestens 90% oder mindestens 95%. Kommt das thermochemische Speichermedium zum Einsatz, so kann es notwendig sein, diesem einen Aktor zuzuordnen, mittels welchem ein mechanischer Impuls auf das Speichermedium aufgeprägt werden kann. Auf diese Art und Weise kann zum Beispiel eine Kristallisation des Speichermediums bewirkt werden. Der Aktor kann beispielsweise in Form eines Ultraschallaktors vorliegen.The phase transition temperature of the further latent storage medium may correspond, for example, to a cooling water temperature of an electrical machine and / or an internal combustion engine occurring during stationary operation of the drive device or may be slightly lower. For example, the phase transition temperature based on the cooling water temperature is at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90% or at least 95%. If the thermochemical storage medium is used, it may be necessary to assign an actuator to it by means of which a mechanical impulse can be impressed on the storage medium. In this way, for example, a crystallization of the storage medium can be effected. The actuator may be in the form of an ultrasonic actuator, for example.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Niedertemperaturwärmespeicher mehrere Speicherbereiche aufweist, in welchen jeweils das zweite Speichermedium vorliegt. Bevorzugt ist jedem der Speicherbereiche ein Teilwärmetauscher des Niedertemperaturwärmespeichers zugeordnet, sodass jedem der Speicherbereiche separat Wärme zugeführt und/oder entnommen werden kann. Die Speicherbereiche sind bevorzugt vollständig voneinander separiert, die Speichermedien der Speicherbereiche sind insoweit fluidtechnisch voneinander getrennt.In the context of a further embodiment of the invention, it can be provided that the low-temperature heat storage has a plurality of storage areas, in each of which the second storage medium is present. Each of the storage areas is preferably associated with a partial heat exchanger of the low-temperature heat storage, so that heat can be separately supplied to each of the storage areas and / or removed. The storage areas are preferably completely separated from each other, the storage media of the storage areas are so far fluidly separated from each other.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Abgasschalldämpfer in einem Schalldämpfergehäuse angeordnet ist, das außerhalb des Hochtemperaturwärmespeichergehäuses vorliegt. Das Schalldämpfergehäuse ist separat von dem Hochtemperaturwärmespeichergehäuse ausgebildet und wird von diesem nicht eingeschlossen. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse wenigstens bereichsweise an dem Schalldämpfergehäuse anliegt, dieses insbesondere bereichsweise sogar umgreift. Beispielsweise liegt das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse an einer langen Seite des Schalldämpfergehäuses durchgehend an und erstreckt sich zudem über einen Teil der an die lange Seite anschließenden kurzen Seiten des Schalldämpfergehäuses, sodass das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse insgesamt U-förmig ist.A preferred embodiment of the invention provides that the exhaust muffler is arranged in a muffler housing, which is present outside of the high-temperature heat storage housing. The muffler housing is formed separately from the high-temperature heat storage housing and is not included by this. However, it may be provided that the high-temperature heat storage housing rests at least partially on the muffler housing, this in particular even partially encompasses. For example, the high-temperature heat storage housing is continuously applied to a long side of the muffler housing and also extends over part of the adjoining the long side short sides of the muffler housing, so that the high-temperature heat storage is a total of U-shaped.

Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abgasschalldämpfer, insbesondere das Schalldämpfergehäuse, eine Wärmeisolation aufweist. Die Wärmeisolation liegt beispielsweise in Form von Dämmwolle vor. Es kann vorgesehen sein, dass die Wärmeisolation, insbesondere die Dämmwolle, von dem von dem Abgaseinlass hin zu dem Abgasauslass strömenden Abgas durchströmt wird, sodass sie eine thermische Isolierung in Richtung des Abgasauslasses beziehungsweise des Endrohrs bewirkt.Within the scope of a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the exhaust muffler, in particular the muffler housing, has a heat insulation. The thermal insulation is present for example in the form of insulating wool. It can be provided that the heat insulation, in particular the insulating wool, is flowed through by the exhaust gas flowing from the exhaust gas inlet to the exhaust gas outlet, so that it effects a thermal insulation in the direction of the exhaust gas outlet or of the tail pipe.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Abgasleitung stromaufwärts des Abgasschalldämpfers durch das erste Speichermedium verläuft, insbesondere einen in dem ersten Speichermedium angeordneten Hochtemperaturwärmetauscher aufweist. Das in die Abgaswärmenutzungseinrichtung einströmende Abgas wird insoweit zunächst durch den Hochtemperaturwärmespeicher geführt, bevor es anschließend stromabwärts des Hochtemperaturwärmetauschers in den Abgasschalldämpfer eintritt. Vorzugsweise ist die Abgasleitung abschnittsweise vollständig in das erste Speichermedium eingebettet. Um den Wärmeübergang zwischen der Abgasleitung beziehungsweise dem Abgas einerseits und dem ersten Speichermedium zu verbessern, kann der Hochtemperaturwärmetauscher vorgesehen sein.A development of the invention provides that the exhaust pipe runs upstream of the exhaust muffler through the first storage medium, in particular has a arranged in the first storage medium high-temperature heat exchanger. The exhaust gas flowing into the exhaust-gas heat utilization device is initially guided through the high-temperature heat accumulator before it then enters the exhaust-gas silencer downstream of the high-temperature heat exchanger. Preferably, the exhaust pipe is partially embedded completely in the first storage medium. In order to improve the heat transfer between the exhaust pipe or the exhaust gas on the one hand and the first storage medium, the high-temperature heat exchanger may be provided.

Zur Ausbildung des Hochtemperaturwärmetauschers kann beispielsweise der in dem Hochtemperaturwärmespeicher verlaufende Abschnitt der Abgasleitung mehrere parallele Leitungsstränge aufweisen. Zusätzlich kann eine Verrippung außenseitig an der Abgasleitung beziehungsweise den Leitungssträngen ausgebildet sein. Insbesondere liegt die Abgasleitung als Wellrohr beziehungsweise liegen die Leitungsstränge als Wellrohre vor.To form the high-temperature heat exchanger, for example, the portion of the exhaust gas line running in the high-temperature heat accumulator may have a plurality of parallel line strands. In addition, a ribbing on the outside of the exhaust pipe or the line strands may be formed. In particular, the exhaust pipe is located as a corrugated pipe or the strands are as corrugated pipes.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wärmeübergang zwischen dem Hochtemperaturwärmespeicher und/oder dem Abgasschalldämpfer einerseits und dem zweiten Speichermedium andererseits einstellbar ist, insbesondere mittels Dichteänderung in einer Trennschicht und/oder mittels einer schaltbarer Heatpipe. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass der Hochtemperaturwärmespeicher und/oder der Abgasschalldämpfer wenigstens bereichsweise, insbesondere vollständig, in dem zweiten Speichermedium vorliegen beziehungsweise in dieses eingebettet sind. Entsprechend kann Wärmeübergang zwischen dem Hochtemperaturwärmespeicher beziehungsweise dem Abgasschalldämpfer sowie dem zweiten Speichermedium auftreten. Dieser Wärmeübergang soll einstellbar sein.A development of the invention provides that the heat transfer between the high-temperature heat storage and / or the exhaust muffler on the one hand and the second storage medium on the other hand is adjustable, in particular by means of density change in a release layer and / or by means of a switchable heat pipe. It has already been explained above that the high-temperature heat accumulator and / or the exhaust silencer are present in the second storage medium or are embedded in the second storage medium at least regionally, in particular completely. Accordingly, heat transfer between the high-temperature heat storage or the exhaust muffler and the second storage medium can occur. This heat transfer should be adjustable.

Hierzu kann beispielsweise die Trennschicht vorliegen, welche den Hochtemperaturwärmespeicher und/oder den Abgasschalldämpfer von dem zweiten Speichermedium separiert. In der Trennschicht kann ein Trennschichtmedium vorliegen, dessen Dichte veränderbar ist. Beispielsweise ist hierzu der Druck in der Trennschicht beziehungsweise der Druck des Trennschichtmediums einstellbar. Als Trennschichtmedium wird bevorzugt Luft verwendet. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Trennschichtmedien verwendbar, die beispielsweise eine andere, insbesondere eine höhere oder niedrigere, Wärmeleitfähigkeit aufweisen als Luft. Zusätzlich oder alternativ ist die schaltbare Heatpipe vorgesehen, über welche der Wärmeübergang in einer ersten Schaltstellung freigegeben und in einer zweiten Schaltstellung unterbrochen ist.For this purpose, for example, the separation layer may be present, which separates the high-temperature heat storage and / or the exhaust muffler from the second storage medium. In the separation layer may be present a separation layer medium whose density is variable. For example, for this purpose, the pressure in the separating layer or the pressure of the separating layer medium is adjustable. Air is preferably used as the separation layer medium. Of course, however, other interface media can be used, for example, have a different, especially a higher or lower, thermal conductivity than air. Additionally or alternatively, the switchable heat pipe is provided, via which the heat transfer is released in a first switching position and interrupted in a second switching position.

Schließlich kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der Niedertemperaturwärmetausche wenigstens eine durch das zweite Speichermedium verlaufende Fluidleitung aufweist. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Die Fluidleitung ist besonders bevorzugt in das zweite Speichermedium eingebettet. Liegen mehrere Speicherbereiche in dem Niedertemperaturwärmespeicher vor, so kann jedem der Speicherbereiche wenigstens eine derartige Fluidleitung zugeordnet sein.Finally, it can be provided in a further embodiment of the invention that the low-temperature heat exchange has at least one fluid line extending through the second storage medium. This has already been pointed out above. The fluid line is particularly preferably embedded in the second storage medium. If there are several storage areas in the low-temperature heat store, then each of the storage areas can be assigned at least one such fluid line.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine und einer Abgaswärmenutzungseinrichtung, insbesondere einer Abgaswärmenutzungseinrichtung gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Abgaswärmenutzungseinrichtung einen an die Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgaseinlass und einen Abgasauslass, die über eine, insbesondere durch einen Abgasschalldämpfer verlaufende, Abgasleitung miteinander in Strömungsverbindung stehen, und einen thermisch mit der Abgasleitung verbundenen Wärmespeicher aufweist.The invention further relates to a drive device for a motor vehicle, with an internal combustion engine and an exhaust heat utilization device, in particular an exhaust heat utilization device according to the above embodiments, wherein the exhaust heat utilization device connected to the internal combustion engine exhaust inlet and an exhaust outlet, via a, in particular by an exhaust muffler extending exhaust pipe with each other are in flow communication, and having a thermally connected to the exhaust pipe heat storage.

Dabei ist vorgesehen, dass der Wärmespeicher als Hochtemperaturwärmespeicher ausgebildet ist und ein erstes Speichermedium aufweist, das in einem Hochtemperaturwärmespeichergehäuse vorliegt, und dass das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse zumindest bereichsweise in einem ein zweites Speichermedium aufweisenden Niedertemperaturwärmespeicher angeordnet sind, wobei dem Niedertemperaturwärmespeicher ein Niedertemperaturwärmetauscher zur Zuführung und/oder Entnahme von Wärme aus dem zweiten Speichermedium zugeordnet ist, der an eine Temperiereinrichtung für eine elektrische Maschine der Antriebseinrichtung angeschlossen ist.It is provided that the heat storage is designed as a high-temperature heat storage and has a first storage medium, which is present in a high-temperature heat storage housing, and that the high-temperature heat storage housing are at least partially disposed in a second storage medium having low-temperature heat storage, the low-temperature heat storage a low-temperature heat exchanger for feeding and / or removal is associated with heat from the second storage medium, which is connected to a temperature control device for an electrical machine of the drive device.

Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Abgaswärmenutzungseinrichtung beziehungsweise der Antriebseinrichtung wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch die Abgaswärmenutzungseinrichtung können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.The advantages of such an embodiment of the exhaust heat utilization device or the drive device has already been pointed out. Both the drive device and the exhaust heat utilization device can be developed according to the above explanations, so that reference is made to this extent.

Die Abgaswärmenutzungseinrichtung ist an die Brennkraftmaschine angeschlossen. Insbesondere ist dies für ihren Abgaseinlass der Fall. Dem Abgaseinlass wird insoweit von der Brennkraftmaschine erzeugtes Abgas zugeführt. Neben der Brennkraftmaschine verfügt die Antriebseinrichtung über die elektrische Maschine. Diese weist die Temperiereinrichtung auf, welche zum Kühlen und/oder Erwärmen der elektrischen Maschine ausgestaltet ist. Die Temperiereinrichtung ist an den Niedertemperaturwärmetauscher angeschlossen, beispielsweise wird ein in der Temperiereinrichtung verwendeten Wärmeübertragungsmedium auch dem Niedertemperaturwärmetauscher zugeführt, um Wärme an das zweite Speichermedium abzugeben oder von diesem aufzunehmen.The exhaust heat utilization device is connected to the internal combustion engine. In particular, this is the case for their exhaust gas inlet. The exhaust gas inlet is supplied so far produced by the internal combustion engine exhaust gas. In addition to the internal combustion engine, the drive device has the electric machine. This has the temperature control, which is designed for cooling and / or heating of the electrical machine. The tempering device is connected to the low-temperature heat exchanger, for example, a heat transfer medium used in the tempering is also supplied to the low-temperature heat exchanger to deliver heat to the second storage medium or to receive from this.

Zusätzlich oder alternativ kann ein Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine an den Niedertemperaturwärmetauscher angeschlossen sein, sodass dieser nicht lediglich mittelbar über den Hochtemperaturwärmetauscher mit Wärme der Brennkraftmaschine beaufschlagt werden kann, sondern auch unmittelbar. Ebenso kann es selbstverständlich vorgesehen sein, dem Kühlkreislauf Wärme aus dem Niedertemperaturspeicher zuzuführen.Additionally or alternatively, a cooling circuit of the internal combustion engine may be connected to the low-temperature heat exchanger, so that it can be acted upon not only indirectly via the high-temperature heat exchanger with heat of the internal combustion engine, but also directly. Likewise, it may of course be provided to supply the cooling circuit heat from the low-temperature storage.

Die in der Abgaswärmenutzungseinrichtung, also dem Hochtemperaturwärmespeicher und dem Niedertemperaturwärmespeicher, zwischengespeicherte Wärme kann beispielsweise verwendet werden, um eine elektrische Komponente, beispielsweise eine Batterie, und/oder eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs, zu erwärmen, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen.The heat stored in the exhaust heat utilization device, that is, the high-temperature heat storage and the low-temperature heat storage, for example, can be used to heat an electrical component, such as a battery, and / or a passenger compartment of the motor vehicle, especially at low outdoor temperatures.

Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zum Betreiben einer Abgaswärmenutzungseinrichtung, insbesondere einer Abgaswärmenutzungseinrichtung gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Abgaswärmenutzungseinrichtung einen Abgaseinlass und einen Abgasauslass, die über eine, insbesondere durch einen Abgasschalldämpfer verlaufende, Abgasleitung miteinander in Strömungsverbindung stehen, und einen thermisch mit der Abgasleitung verbundenen Wärmespeicher aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass der Wärmespeicher als Hochtemperaturwärmespeicher ausgebildet ist und ein erstes Speichermedium aufweist, das in einem Hochtemperaturwärmespeichergehäuse vorliegt, und dass das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse zumindest bereichsweise in einem ein zweites Speichermedium aufweisenden Niedertemperaturwärmespeicher angeordnet sind, wobei dem Niedertemperaturwärmespeicher ein Niedertemperaturwärmetauscher zum Zuführen und/oder Entnehmen von Wärme aus dem zweiten Speichermedium zugeordnet ist.Finally, the invention relates to a method for operating an exhaust heat utilization device, in particular an exhaust heat utilization device according to the preceding embodiments, wherein the exhaust heat utilization device is an exhaust inlet and an exhaust outlet, which are in fluid communication with one another, in particular by an exhaust muffler, and a thermally connected to the exhaust pipe having associated heat storage. It is provided that the heat storage is designed as a high-temperature heat storage and having a first storage medium, which is present in a high-temperature heat storage housing, and that the high-temperature heat storage housing are at least partially disposed in a second storage medium having low-temperature heat storage, the low-temperature heat storage a low-temperature heat exchanger for supplying and / or removal is associated with heat from the second storage medium.

Erneut wird hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen des Verfahrens und der Abgaswärmenutzungseinrichtung auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.Again, with regard to advantageous embodiments of the method and the exhaust gas heat utilization device, reference is made to the above statements.

Während des Betriebs der Abgaswärmenutzungseinrichtung kann es nun beispielsweise vorgesehen sein, den Hochtemperaturwärmespeicher mit Wärme aus dem von der Antriebseinrichtung kommenden Abgas aufzuladen. Unter bestimmten Bedingungen kann zudem der Niedertemperaturwärmespeicher aufgeladen werden, beispielsweise wenn die Temperatur des Hochtemperaturwärmespeichers einen bestimmten Grenzwert überschritten hat und/oder eine Temperatur des Niedertemperaturwärmespeichers unterhalb eines Grenzwerts liegt. Das Aufladen mittels der in dem Abgas enthaltenen Wärme kann vorgenommen werden, solange die Brennkraftmaschine der Antriebseinrichtung läuft.During operation of the exhaust heat utilization device, it can now be provided, for example, to charge the high-temperature heat accumulator with heat from the exhaust gas coming from the drive device. Under certain conditions, in addition, the low-temperature heat storage can be charged, for example, when the temperature of the high-temperature heat storage has exceeded a certain limit and / or a temperature of Low temperature heat storage is below a threshold. The charging by means of the heat contained in the exhaust gas can be made as long as the internal combustion engine of the drive device is running.

Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, den Niedertemperaturwärmespeicher mit von der elektrischen Maschine erzeugter Wärme aufzuladen. Auch hier kann es vorgesehen sein, dass die in dem Niedertemperaturwärmespeicher gespeicherte Wärme zum Aufheizen des Hochtemperaturwärmespeichers herangezogen wird, insbesondere falls die Temperatur des Niedertemperaturwärmespeichers einen Grenzwert überschritten hat und/oder die Temperatur des Hochtemperaturwärmespeichers unter einem Grenzwert liegt.Additionally or alternatively, it can be provided to charge the low-temperature heat storage with heat generated by the electrical machine. Again, it may be provided that the stored heat in the low-temperature heat storage is used to heat the high-temperature heat storage, especially if the temperature of the low-temperature heat storage has exceeded a limit and / or the temperature of the high-temperature heat storage is below a threshold.

Das Aufheizen des Hochtemperaturwärmespeichers über den Niedertemperaturwärmespeicher hat den Vorteil, dass ein zur Kühlung der elektrischen Maschine dienender Kühler deaktiviert bleiben kann, solange Wärme von dem Niedertemperaturwärmespeicher auf den Hochtemperaturwärmespeicher übertragen werden kann. Entsprechend können Kühlerjalousien des Kraftfahrzeugs, welche zum Betreiben des Kühlers ansonsten geöffnet werden müssten, geschlossen bleiben.The heating of the high-temperature heat accumulator via the low-temperature heat accumulator has the advantage that a radiator serving to cool the electric machine can remain deactivated as long as heat can be transferred from the low-temperature heat accumulator to the high-temperature heat accumulator. Accordingly, radiator shutters of the motor vehicle, which otherwise would have to be opened to operate the radiator, remain closed.

Sowohl die in dem Niedertemperaturwärmespeicher als auch die in dem Hochtemperaturwärmespeicher gespeicherte Wärme kann zur Temperierung von an den Niedertemperaturwärmetauscher angeschlossenen Einrichtungen dienen. Beispielsweise kann die Antriebseinrichtung, insbesondere die Brennkraftmaschine und/oder die elektrische Maschine, temperiert werden, insbesondere auf ihre Betriebstemperatur gebracht werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Wärme zum Temperieren einer Fahrgastzelle oder eines Energiespeichers, insbesondere einer Batterie, herangezogen werden.Both the stored in the low-temperature heat storage and in the high-temperature heat storage heat can be used for temperature control of devices connected to the low-temperature heat exchanger. For example, the drive device, in particular the internal combustion engine and / or the electric machine, can be tempered, in particular brought to their operating temperature. Additionally or alternatively, the heat for tempering a passenger compartment or an energy storage device, in particular a battery, are used.

In dem Niedertemperaturspeicher kann Wärme über einen sehr langen Zeitraum zwischengespeichert werden, insbesondere wenn der Wärmeübergang zwischen dem Hochtemperaturwärmespeicher und/oder dem Abgasschalldämpfer einerseits und dem zweiten Speichermedium andererseits auf einen geringeren Wert eingestellt ist. Dieser Wert wird beispielsweise eingestellt, sobald die Temperatur des Hochtemperaturwärmespeichers die Temperatur des Niedertemperaturwärmespeichers unterschreitet, beispielsweise weil die Brennkraftmaschine abgeschaltet ist.In the low-temperature storage heat can be stored for a very long time, especially if the heat transfer between the high-temperature heat storage and / or the exhaust muffler on the one hand and the second storage medium on the other hand is set to a lower value. This value is set, for example, as soon as the temperature of the high-temperature heat accumulator falls below the temperature of the low-temperature heat accumulator, for example because the internal combustion engine is switched off.

Wird nachfolgend die Brennkraftmaschine wieder deaktiviert, so kann der Wärmeübergang auf einen höheren Wert eingestellt werden, sodass über den Hochtemperaturwärmespeicher das von der Brennkraftmaschine kommende Abgas mittels der in dem Niedertemperaturwärmespeicher zwischengespeicherten Wärme vorgewärmt werden kann. Auf diese Art und Weise wird – wie bereits vorstehend erläutert, die Effizienz von, insbesondere stromabwärts des Abgasschalldämpfers vorliegenden, Abgasreinigungseinrichtungen verbessert.If the internal combustion engine is subsequently deactivated again, the heat transfer can be set to a higher value, so that the exhaust gas coming from the internal combustion engine can be preheated by means of the heat temporarily stored in the low-temperature heat accumulator via the high-temperature heat accumulator. In this way - as already explained above, the efficiency of, in particular downstream of the exhaust muffler present, exhaust gas purification devices improved.

Die Abgaswärmenutzungseinrichtung kann auch genutzt werden, um die elektrische Maschine bei mitgeschleppter Brennkraftmaschine, beispielsweise aufgrund einer Bergabfahrt, zuverlässig zu kühlen. Aufgrund der mitgeschleppten Brennkraftmaschine wird die Abgasleitung und mithin der Hochtemperaturwärmespeicher von einem kalten Luftmassenstrom durchströmt, welcher dem Hochtemperaturwärmespeicher Wärme entzieht. Soll gleichzeitig die elektrische Maschine gekühlt werden, ist die Temperatur des Niedertemperaturwärmespeichers jedoch zu hoch, beispielsweise weil sie über einem Grenzwert liegt, so kann der Wärmeübergang zwischen dem Hochtemperaturwärmespeicher und dem zweiten Speichermedium auf den höheren Wert eingestellt werden, sodass der Niedertemperaturwärmespeicher Wärme an den Hochtemperaturwärmespeicher abgibt, welche nachfolgend von dem kalten Luftmassenstrom in Richtung der Außenumgebung abgeführt wird.The exhaust heat utilization device can also be used to reliably cool the electric machine with entrained internal combustion engine, for example due to a downhill. Due to the entrained internal combustion engine, the exhaust pipe and thus the high-temperature heat storage is flowed through by a cold air mass flow, which deprives the high-temperature heat storage heat. If at the same time the electric machine to be cooled, the temperature of the low-temperature heat storage is too high, for example, because it is above a limit, the heat transfer between the high-temperature heat storage and the second storage medium can be set to the higher value, so that the low-temperature heat storage heat to the high-temperature heat storage which is subsequently discharged from the cold air mass flow in the direction of the outside environment.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings, without any limitation of the invention. Showing:

1 eine teilgeschnittene Darstellung einer Abgaswärmenutzungseinrichtung für eine Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, sowie 1 a partially sectioned view of an exhaust heat utilization device for a drive device of a motor vehicle, and

2 eine Teilschnittdarstellung der Abgaswärmenutzungseinrichtung. 2 a partial sectional view of the exhaust heat utilization device.

Die 1 zeigt eine Teilschnittdarstellung einer Abgaswärmenutzungseinrichtung 1 für eine nicht näher dargestellte Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Abgaswärmenutzungseinrichtung 1 weist einen Abgaseinlass 2 sowie einen Abgasauslass 3 auf. Der Abgaseinlass 2 und der Abgasauslass 3 sind über eine Abgasleitung 4 miteinander strömungsverbunden, die durch einen Abgasschalldämpfer 5 verläuft. Stromabwärts des Abgasschalldämpfers 5, also strömungstechnisch zwischen dem Abgasschalldämpfer 5 und dem Abgasauslass 3 ist eine Abgasreinigungseinrichtung 6 angeordnet. Bevorzugt liegt die Abgasreinigungseinrichtung 6 in Form eines Katalysators, insbesondere eines Oxidationskatalysators, vor. Die Abgasreinigungseinrichtung 6 ist jedoch optional.The 1 shows a partial sectional view of an exhaust heat utilization device 1 for a drive device, not shown, of a motor vehicle. The exhaust heat utilization device 1 has an exhaust inlet 2 and an exhaust outlet 3 on. The exhaust inlet 2 and the exhaust outlet 3 are over an exhaust pipe 4 fluidly connected to each other through an exhaust muffler 5 runs. Downstream of the exhaust silencer 5 , So fluidly between the exhaust muffler 5 and the exhaust outlet 3 is an exhaust gas purification device 6 arranged. Preferably, the exhaust gas purification device is located 6 in the form of a catalyst, in particular an oxidation catalyst. The exhaust gas purification device 6 is optional.

Die Abgaswärmenutzungseinrichtung 1 weist neben dem Abgasschalldämpfer 5 einen Wärmespeicher 7 auf, der als Hochtemperaturwärmespeicher ausgestaltet ist. In dem Wärmespeicher 7 ist ein erstes Speichermedium 8 angeordnet, durch welches die Abgasleitung 4 hindurch verläuft. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abgasleitung 4 im Bereich des Hochtemperaturwärmespeichers 7 als Hochtemperaturwärmetauscher 9 ausgebildet. Hierzu verzweigt sie sich in mehrere, strömungstechnisch parallel verlaufende Leitungsstränge 10, von welchen hier zwei erkennbar sind. Die Leitungsstränge 10 weisen auf ihrer dem Speichermedium 8 zugewandten Seite, also auf ihrer Außenseite, eine oberflächenvergrößernde Berippung auf.The exhaust heat utilization device 1 points next to the exhaust silencer 5 a heat storage 7 on, which is designed as a high-temperature heat storage. In the heat storage 7 is a first storage medium 8th arranged through which the exhaust pipe 4 passes through. In the embodiment shown here, the exhaust pipe 4 in the area of high temperature heat storage 7 as a high-temperature heat exchanger 9 educated. For this purpose, it branches into several, flow-parallel running strands 10 of which two are recognizable here. The cable strands 10 point to their storage medium 8th facing side, so on its outside, a Oberflächenvergrößernde ribbing on.

Das erste Speichermedium 8 des Hochtemperaturwärmespeichers 7 liegt in einem Hochtemperaturwärmespeichergehäuse 11 vor. Dieses ist separat zu einem Schalldämpfergehäuse 12 ausgebildet, liegt jedoch wenigstens bereichsweise an diesem an, insbesondere in einem Bereich, in welchem die Abgasleitung 4 aus dem Hochtemperaturwärmespeichergehäuse 11 austritt und in das Schalldämpfergehäuse 12 eintritt. Der Abgasschalldämpfer 5 beziehungsweise das Schalldämpfergehäuse 12 weist wenigstens bereichsweise eine Wärmeisolation 13 auf, die in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in Form von Dämmwolle vorliegt. Die Wärmeisolation 13 kann zudem schalldämpfend sein, also als schalldämpfendes Element vorliegen. Die Dämmwolle kann in diesem Fall als Schalldämpfwolle bezeichnet werden.The first storage medium 8th the high temperature heat storage 7 lies in a high-temperature heat storage housing 11 in front. This is separate to a muffler housing 12 formed, but at least partially applied to this, in particular in a region in which the exhaust pipe 4 from the high-temperature heat storage housing 11 exit and into the muffler housing 12 entry. The exhaust silencer 5 or the muffler housing 12 has at least partially a heat insulation 13 on, which is present in the embodiment shown here in the form of insulating wool. The heat insulation 13 can also be sound-absorbing, so be present as a sound-absorbing element. The insulating wool can be referred to in this case as Schalldämpfwolle.

Der Abgasschalldämpfer 5, insbesondere sein Schalldämpfergehäuse 12, und das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse 11 sind zumindest bereichsweise in einem Niedertemperaturwärmespeicher 14 angeordnet, der ein zweites Speichermedium 15 aufweist. Bevorzugt umgreift das zweite Speichermedium 15 den Abgasschalldämpfer 5 und den Hochtemperaturwärmetauscher 9 beziehungsweise das Schalldämpfergehäuse 12 und das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse 11 größtenteils, insbesondere nahezu vollständig, besonders bevorzugt mit Ausnahme des Abgaseinlasses 2 und des Abgasauslasses 3 vollständig. Letzteres hat den Vorteil, dass von dem Abgasschalldämpfer 5 und/oder dem Hochtemperaturwärmespeicher 11 abgegebene Wärme in dem zweiten Speichermedium 15 beziehungsweise dem Niedertemperaturwärmespeicher 14 zwischengespeichert und insoweit nutzbar gemacht werden kann. Dem Niedertemperaturwärmespeicher 14 ist ein Niedertemperaturwärmetauscher 16 zugeordnet, der wenigstens eine Fluidleitung 17 aufweist, die durch das zweite Speichermedium 15 hindurchverläuft. Die Fluidleitung 17 verfügt endseitig über einen Einlass 18 und einen Auslass 19.The exhaust silencer 5 , in particular its muffler housing 12 , and the high-temperature heat storage housing 11 are at least partially in a low-temperature heat storage 14 arranged, which is a second storage medium 15 having. Preferably, the second storage medium surrounds 15 the exhaust silencer 5 and the high-temperature heat exchanger 9 or the muffler housing 12 and the high temperature heat storage housing 11 for the most part, in particular almost completely, particularly preferably with the exception of the exhaust gas inlet 2 and the exhaust outlet 3 Completely. The latter has the advantage that of the exhaust muffler 5 and / or the high temperature heat storage 11 emitted heat in the second storage medium 15 or the low-temperature heat storage 14 cached and can be made usable insofar. The low-temperature heat storage 14 is a low temperature heat exchanger 16 associated, the at least one fluid line 17 having, through the second storage medium 15 hindurchverläuft. The fluid line 17 has an inlet at the end 18 and an outlet 19 ,

Es kann vorgesehen sein, dass der Niedertemperaturwärmespeicher 14 mehrere Speicherbereiche 20 und 21 aufweist. In beiden Speicherbereichen 20 und 21 liegt jeweils das zweite Speichermedium 15 vor. Die Speicherbereiche 20 und 21 können hinsichtlich des Speichermediums 15 strömungstechnisch voneinander getrennt sein, also nicht miteinander in Fluidverbindung stehen. Liegen mehrere Speicherbereiche 20 und 21 vor, so weist der Niedertemperaturwärmetauscher 16 bevorzugt ebenso viele Fluidleitungen 17 auf, wie Speicherbereiche 20 und 21 vorliegen. Entsprechend sind ebenso viele Einlässe 18 und Auslässe 19 vorhanden.It can be provided that the low-temperature heat storage 14 several storage areas 20 and 21 having. In both memory areas 20 and 21 is in each case the second storage medium 15 in front. The storage areas 20 and 21 can with regard to the storage medium 15 be fluidly separated, so do not be in fluid communication with each other. Are several storage areas 20 and 21 before, so has the low-temperature heat exchanger 16 prefers as many fluid lines 17 on how storage areas 20 and 21 available. Accordingly, there are just as many inlets 18 and outlets 19 available.

In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird als erstes Speichermedium 8 ein Latentspeichermedium und als zweites Speichermedium ein thermochemisches Speichermedium verwendet. Aus diesem Grund ist dem Niedertemperaturwärmespeicher 14 für jeden der Speicherbereiche 20 und 21 jeweils ein Aktor 22 zugeordnet, mittels welchem ein mechanischer Impuls auf das Speichermedium 15 des jeweiligen Speicherbereichs 20 beziehungsweise 21 aufgeprägt werden kann.In the embodiment shown here is the first storage medium 8th a latent storage medium and used as a second storage medium, a thermochemical storage medium. For this reason, the low-temperature heat storage 14 for each of the storage areas 20 and 21 one actor each 22 assigned, by means of which a mechanical impulse to the storage medium 15 of the respective memory area 20 respectively 21 can be imprinted.

Der Abgasschalldämpfer 5 und der Hochtemperaturwärmespeicher 7 sind mittels einer Trennschicht 23 von dem zweiten Speichermedium 15 des Niedertemperaturwärmespeichers 14 separiert. In der Trennschicht 23 kann ein beliebiges Medium vorliegen, welches beispielsweise als Trennschichtmedium bezeichnet werden kann. Beispielsweise durch Druckänderung des Trennschichtmediums kann dessen Dichte beeinflusst werden. Dies hat wiederum Einfluss auf den Wärmeübergang zwischen dem Hochtemperaturwärmespeicher 7 und/oder dem Abgasschalldämpfer 5 einerseits und dem zweiten Speichermedium 15 andererseits. Entsprechend kann der Wärmeübergang durch die Dichteänderung in der Trennschicht 23 eingestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Wärmeübergang über wenigstens eine schaltbare Heatpipe einstellbar sein.The exhaust silencer 5 and the high temperature heat storage 7 are by means of a separating layer 23 from the second storage medium 15 the low-temperature heat storage 14 separated. In the separation layer 23 may be any medium, which may be referred to as a separation layer medium, for example. For example, by changing the pressure of the separation layer medium whose density can be influenced. This in turn has an influence on the heat transfer between the high-temperature heat storage 7 and / or the exhaust muffler 5 on the one hand and the second storage medium 15 on the other hand. Accordingly, the heat transfer by the density change in the separation layer 23 be set. Additionally or alternatively, the heat transfer via at least one switchable heat pipe can be adjusted.

Der Niedertemperaturwärmespeicher 14 verfügt über ein Niedertemperaturwärmespeichergehäuse 24, in dem der Abgasschalldämpfer 5, das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse 11 sowie das zweite Speichermedium 15 vorliegen. Das Niedertemperaturwärmespeichergehäuse 24 ist außenseitig mit einer Wärmeisolierung 25 versehen.The low temperature heat storage 14 has a low-temperature heat storage housing 24 in which the exhaust silencer 5 , the high temperature heat storage housing 11 as well as the second storage medium 15 available. The low-temperature heat storage housing 24 is outside with a thermal insulation 25 Mistake.

Die 2 zeigt eine weitere Teilschnittdarstellung eines Bereichs der Abgaswärmenutzungseinrichtung, wobei der Niedertemperaturwärmespeicher 14 sowie die Trennschicht 23 nicht dargestellt sind. Es ist erkennbar, dass der Abgasschalldämpfer als Endschalldämpfer vorliegt und dabei als Reflexions- und/oder Absorptionsschalldämpfer ausgestaltet ist.The 2 shows a further partial sectional view of a portion of the exhaust heat utilization device, wherein the low-temperature heat storage 14 as well as the separating layer 23 are not shown. It can be seen that the exhaust muffler is present as a rear muffler and is designed as a reflection and / or absorption muffler.

Mithilfe der beschriebenen Abgaswärmenutzungseinrichtung 1 kann ein äußerst flexibler Betrieb der Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs realisiert werden. Insbesondere kann eine Temperierung von Antriebsaggregaten der Antriebseinrichtung, beispielsweise einer Brennkraftmaschine und/oder einer elektrischen Maschine, bedarfsgerecht erfolgen.Using the described exhaust heat utilization device 1 an extremely flexible operation of the drive device of the motor vehicle can be realized. In particular, a temperature control of drive units of the drive device, for example an internal combustion engine and / or an electric machine, can be made as required.

Claims (10)

Abgaswärmenutzungseinrichtung (1) für eine Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgaseinlass (2) und einem Abgasauslass (3), die über eine, insbesondere durch einen Abgasschalldämpfer (5) verlaufende, Abgasleitung (4) miteinander in Strömungsverbindung stehen und mit einem thermisch mit der Abgasleitung (4) verbundenen Wärmespeicher (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (7) als Hochtemperaturwärmespeicher ausgebildet ist und ein erstes Speichermedium (8) aufweist, das in einem Hochtemperaturwärmespeichergehäuse (11) vorliegt, und dass das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse (11) zumindest bereichsweise in einem ein zweites Speichermedium (15) aufweisenden Niedertemperaturwärmespeicher (14) angeordnet sind, wobei dem Niedertemperaturwärmespeicher (14) ein Niedertemperaturwärmetauscher (16) zur Zuführung und/oder Entnahme von Wärme aus dem zweiten Speichermedium (15) zugeordnet ist.Exhaust heat utilization device ( 1 ) for a drive device of a motor vehicle, with an exhaust gas inlet ( 2 ) and an exhaust outlet ( 3 ), in particular via an exhaust muffler ( 5 ) running, exhaust pipe ( 4 ) are in fluid communication with each other and with a thermally connected to the exhaust pipe ( 4 ) associated heat storage ( 7 ), characterized in that the heat storage ( 7 ) is designed as a high-temperature heat storage and a first storage medium ( 8th ), which in a high-temperature heat storage housing ( 11 ), and that the high-temperature heat storage housing ( 11 ) at least partially in a second storage medium ( 15 ) having low-temperature heat storage ( 14 ) are arranged, wherein the low-temperature heat storage ( 14 ) a low-temperature heat exchanger ( 16 ) for supplying and / or removing heat from the second storage medium ( 15 ) assigned. Abgaswärmenutzungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperaturwärmespeicher (14) ein Niedertemperaturwärmespeichergehäuse (24) aufweist, in dem der Abgasschalldämpfer (5) und/oder das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse (11) und das zweite Speichermedium (15) vorliegen.Exhaust heat utilization device according to claim 1, characterized in that the low-temperature heat storage ( 14 ) a low-temperature heat storage housing ( 24 ), in which the exhaust muffler ( 5 ) and / or the high-temperature heat storage housing ( 11 ) and the second storage medium ( 15 ) are present. Abgaswärmenutzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Speichermedium (8) ein Latentspeichermedium und/oder das zweite Speichermedium (15) ein weiteres Latentspeichermedium oder ein thermochemisches Speichermedium ist, wobei das Latentspeichermedium eine höhere Phasenübergangstemperatur aufweist als das weitere Latentspeichermedium.Exhaust heat utilization device according to one of the preceding claims, characterized in that the first storage medium ( 8th ) a latent storage medium and / or the second storage medium ( 15 ) is a further latent storage medium or a thermochemical storage medium, wherein the latent storage medium has a higher phase transition temperature than the further latent storage medium. Abgaswärmenutzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasschalldämpfer (5) in einem Schalldämpfergehäuse (12) angeordnet ist, das außerhalb des Hochtemperaturwärmespeichergehäuses (9) vorliegt.Exhaust heat utilization device according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust muffler ( 5 ) in a muffler housing ( 12 ) is arranged outside the high-temperature heat storage housing ( 9 ) is present. Abgaswärmenutzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasschalldämpfer (5), insbesondere das Schalldämpfergehäuse (12), eine Wärmeisolation (13) aufweist.Exhaust heat utilization device according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust muffler ( 5 ), in particular the silencer housing ( 12 ), a thermal insulation ( 13 ) having. Abgaswärmenutzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (4) stromaufwärts des Abgasschalldämpfers (5) durch das erste Speichermedium (8) verläuft, insbesondere einen in dem ersten Speichermedium (8) angeordneten Hochtemperaturwärmetauscher (9) aufweist.Exhaust gas utilization device according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas line ( 4 ) upstream of the exhaust muffler ( 5 ) through the first storage medium ( 8th ), in particular one in the first storage medium ( 8th ) arranged high temperature heat exchanger ( 9 ) having. Abgaswärmenutzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübergang zwischen dem Hochtemperaturwärmespeicher (7) und/oder dem Abgasschalldämpfer (5) einerseits und dem zweiten Speichermedium (15) andererseits einstellbar ist, insbesondere mittels Dichteänderung in einer Trennschicht (23) und/oder mittels einer schaltbaren Heatpipe.Exhaust heat utilization device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat transfer between the high-temperature heat storage ( 7 ) and / or the exhaust muffler ( 5 ) on the one hand and the second storage medium ( 15 ) is adjustable on the other hand, in particular by means of density change in a separating layer ( 23 ) and / or by means of a switchable heat pipe. Abgaswärmenutzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperaturwärmetauscher (16) wenigstens eine durch das zweite Speichermedium (15) verlaufende Fluidleitung (17) aufweist.Exhaust heat utilization device according to one of the preceding claims, characterized in that the low-temperature heat exchanger ( 16 ) at least one by the second storage medium ( 15 ) extending fluid line ( 17 ) having. Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine und einer Abgaswärmenutzungseinrichtung (1), insbesondere einer Abgaswärmenutzungseinrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgaswärmenutzungseinrichtung (1) einen an die Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgaseinlass (2) und einen Abgasauslass (3), die über eine, insbesondere durch einen Abgasschalldämpfer (5) verlaufende, Abgasleitung (4) miteinander in Strömungsverbindung stehen, und einen thermisch mit der Abgasleitung (4) verbundenen Wärmespeicher (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (7) als Hochtemperaturwärmespeicher ausgebildet ist und ein erstes Speichermedium (8) aufweist, das in einem Hochtemperaturwärmespeichergehäuse (11) vorliegt, und das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse (11) zumindest bereichsweise in einem ein zweites Speichermedium (15) aufweisenden Niedertemperaturwärmespeicher (14) angeordnet sind, wobei dem Niedertemperaturwärmespeicher (14) an jedem Temperaturwärmetauscher (16) zur Zuführung und/oder Entnahme von Wärme aus dem zweiten Speichermedium (15) zugeordnet ist, der an eine Temperiereinrichtung für eine elektrische Maschine der Antriebseinrichtung angeschlossen ist.Drive device for a motor vehicle, with an internal combustion engine and an exhaust heat utilization device ( 1 ), in particular an exhaust heat utilization device ( 1 ) according to one or more of the preceding claims, wherein the exhaust heat utilization device ( 1 ) an exhaust gas inlet connected to the internal combustion engine ( 2 ) and an exhaust outlet ( 3 ), in particular via an exhaust muffler ( 5 ) running, exhaust pipe ( 4 ) are in fluid communication with each other, and a thermal with the exhaust pipe ( 4 ) associated heat storage ( 7 ), characterized in that the heat storage ( 7 ) is designed as a high-temperature heat storage and a first storage medium ( 8th ), which in a high-temperature heat storage housing ( 11 ), and the high-temperature heat storage housing ( 11 ) at least partially in a second storage medium ( 15 ) having low-temperature heat storage ( 14 ) are arranged, wherein the low-temperature heat storage ( 14 ) at each temperature heat exchanger ( 16 ) for supplying and / or removing heat from the second storage medium ( 15 ), which is connected to a tempering device for an electrical machine of the drive device. Verfahren zum Betreiben einer Abgaswärmenutzungseinrichtung (1), insbesondere einer Abgaswärmenutzungseinrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgaswärmenutzungseinrichtung (1) einen Abgaseinlass (2) und einen Abgasauslass (3), die über eine, insbesondere durch einen Abgasschalldämpfer (5) verlaufende, Abgasleitung (4) miteinander in Strömungsverbindung stehen, und einen thermisch mit der Abgasleitung (4) verbundenen Wärmespeicher (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (7) als Hochtemperaturwärmespeicher ausgebildet ist und ein erstes Speichermedium (8) aufweist, das in einem Hochtemperaturwärmespeichergehäuse (11) vorliegt, und dass das Hochtemperaturwärmespeichergehäuse (9) zumindest bereichsweise in einem ein zweites Speichermedium (15) aufweisenden Niedertemperaturwärmespeicher (14) angeordnet sind, wobei dem Niedertemperaturwärmespeicher (14) ein Niedertemperaturwärmetauscher (16) zum Zuführen und/oder Entnehmen von Wärme aus dem zweiten Speichermedium (15) zugeordnet ist.Method for operating an exhaust heat utilization device ( 1 ), in particular an exhaust heat utilization device ( 1 ) according to one or more of the preceding claims, wherein the exhaust heat utilization device ( 1 ) an exhaust inlet ( 2 ) and an exhaust outlet ( 3 ), in particular via an exhaust muffler ( 5 ) running, exhaust pipe ( 4 ) are in fluid communication with each other, and a thermally connected to the exhaust pipe ( 4 ) associated heat storage ( 7 ), characterized in that the heat storage ( 7 ) is designed as a high-temperature heat storage and a first storage medium ( 8th ), which in a high-temperature heat storage housing ( 11 ), and that the high-temperature heat storage housing ( 9 ) at least partially in a second storage medium ( 15 ) having low-temperature heat storage ( 14 ) are arranged, wherein the low-temperature heat storage ( 14 ) a low-temperature heat exchanger ( 16 ) for supplying and / or removing heat from the second storage medium ( 15 ) assigned.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS57157994A (en) * 1981-03-24 1982-09-29 Nissan Motor Co Ltd Heat accumulator
US4851015A (en) * 1987-08-21 1989-07-25 Donaldson Company, Inc. Muffler apparatus with filter trap and method of use

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