DE102016007186A1

DE102016007186A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems

Info

Publication number: DE102016007186A1
Application number: DE102016007186.9A
Authority: DE
Inventors: Moritz Brunschier; Christof Bunz; Ottmar Gehring; Oliver Sawodny; Daniel Seitz
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-12-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems (2) in einem Kraftfahrzeug, wobei das Abwärmenutzungssystem (2) einen Dampfkreis mit einer Fördereinheit (2.1), einen Regelkreis (5) zu einer Regelung der Fördereinheit (2.1) zur Einstellung eines Massenstromes (ṁF) eines Arbeitsmediums und eine Vorsteuerung (6) zur Steuerung des Massenstromes (ṁF) des Arbeitsmediums am Verdampfereingang anhand eines Verdampfermodells umfasst, wobei eine Summe aus einem mittels der Vorsteuerung (6) gebildeten Sollwert des Massenstromes (ṁF) und einer Rückführung eines Reglers (5.1) des Regelkreises (5) die Stellgröße des Regelkreises (5) bildet. Erfindungsgemäß umfasst das Verdampfermodell als Parameter zur Ermittlung des Sollwertes des Massenstromes (ṁF) zumindest einen Wärmeübergangskoeffizienten (αa) zur Beschreibung eines Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer (2.2) und einem die Abwärme führenden Bauteil (4) und/oder zumindest einen Wärmeübergangskoeffizienten (αamb) zur Beschreibung eines Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer (2.2) und einer Umgebung und es ist eine Parameteradaptions-Einheit (7) vorgesehen, welche zumindest einen der Parameter anhand von simulierten und/oder gemessenen und/oder berechneten Größen des Abwärmenutzungssystems (2) und/oder der Abwärmequelle (3) fortlaufend adaptiert. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems (2) in einem Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Aus der DE 10 2013 001 569 A1 sind eine Abwärmenutzungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Abwärmenutzungsvorrichtung bekannt. Die Abwärmenutzungsvorrichtung beinhaltet einen Abwärmenutzungskreis, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert, eine im Abwärmenutzungskreis angeordnete Fördermaschine zum Fördern des flüssigen Arbeitsmediums gegen einen Hochdruck und einen im Abwärmenutzungskreis stromab der Fördermaschine angeordneten Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums. Weiterhin beinhaltet die Abwärmenutzungsvorrichtung eine im Abwärmenutzungskreis stromab des Verdampfers angeordnete Expansionsmaschine zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expandieren des gasförmigen Arbeitsmediums auf einen Niederdruck, einen im Abwärmenutzungskreis stromab der Expansionsmaschine angeordneten Kondensator zum Kondensieren des gasförmigen Arbeitsmediums, einen Sammler zum Bevorraten des kondensierten Arbeitsmediums und einen Kühlkreis zum Kühlen des Kondensators. Die Fördermaschine und die Expansionsmaschine sind regelbar ausgebildet, wobei eine Grundregeleinrichtung mit einer Steuereinrichtung, die mit der Fördermaschine und der Expansionsmaschine zur Steuerung oder Regelung der Abwärmenutzungsvorrichtung verbunden ist, vorgesehen ist. Die Grundregeleinrichtung stellt in Abhängigkeit eines Wärmeeintrags in das Arbeitsmedium den Massenstrom an der Fördermaschine und das Verhältnis zwischen Hochdruck und Niederdruck an der Expansionsmaschine ein und führt eine langsame Grundregelung aus. Ferner ist eine Vorsteuereinrichtung zur Vorsteuerung der Kondensationsleistung des Kondensators mit einer Steuereinrichtung, die auf eine Kühlleistungsregeleinrichtung wirkt und bei einem Wechsel des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine die Kondensationsleistung des Kondensators nach Maßgabe einer auf den neuen Betriebspunkt optimierten Massenverteilung des Arbeitsmediums im Abwärmenutzungskreis steuert, vorgesehen. Die Vorsteuereinrichtung führt dabei eine Lastwechsel-Regelung oder Lastwechsel-Vorsteuerung aus.
Weiterhin ist aus der DE 10 2015 007 104 A1 eine Abwärmenutzungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Die Abwärmenutzungsvorrichtung umfasst einen Rankine-Kreislauf nach Art eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses, in welchem ein Arbeitsmedium zirkuliert. Der Rankine-Kreislauf umfasst eine Arbeitsmediumfördereinrichtung, mindestens einen Verdampfer, einen Expander und einen Kondensator, wobei der zumindest eine Verdampfer mit einem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine thermisch gekoppelt oder koppelbar ist und der Kondensator mit einem Kühlkreislauf thermisch gekoppelt oder koppelbar ist. Die Arbeitsmediumfördereinrichtung ist in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter eines Antriebsstrangs und zumindest einer Bremsvorrichtung und einer Navigationsvorrichtung des Fahrzeugs steuerbar oder regelbar. Die Abwärmenutzungsvorrichtung umfasst hierzu einen Regelkreis und eine innerhalb des Regelkreislaufs integrierte Vorsteuerung. Regelgrößen des Regelkreislaufs sind dabei ein Dampfdruck und eine Dampftemperatur am Ausgang des Verdampfers. Mittels der Vorsteuerung wird in Abhängigkeit aktueller Abgastemperaturen und Abgasmassenströme sowie von Arbeitsmediumtemperaturen und -drücken ein Zielwert für einen Arbeitsmediummassenstrom berechnet und dem Regelkreis als Eingangsgröße zugeführt. Zusätzlich wird ein Verfahren zum Betrieb der Abwärmenutzungsvorrichtung beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems in einem Kraftfahrzeug anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 9 angegeben Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Vorrichtung ist zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei das Abwärmenutzungssystem eine Fördereinheit zur Förderung eines flüssigen Arbeitsmediums, zumindest einen Verdampfer zur Verdampfung des Arbeitsmediums mittels Abwärme einer Abwärmequelle, zumindest eine Expansionsmaschine zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expandieren des verdampften Arbeitsmediums und einen Kondensator zum Kondensieren des expandierten Arbeitsmediums umfasst. Die Vorrichtung umfasst einen Regelkreis zu einer Regelung der Fördereinheit zur Einstellung eines Massenstromes des Arbeitsmediums an einem Verdampfereingang des zumindest einen Verdampfers in Abhängigkeit einer innerhalb des zumindest einen Verdampfers zu der Verdampfung zur Verfügung stehenden Wärmemenge und eine Vorsteuerung zur Steuerung des Massenstromes des Arbeitsmediums am Verdampfereingang anhand eines Verdampfermodells, wobei eine Summe aus einem mittels der Vorsteuerung gebildeten Sollwert des Massenstromes und einer Rückführung eines Reglers des Regelkreises die Stellgröße des Regelkreises bildet.
Erfindungsgemäß umfasst das Verdampfermodell als Parameter zur Ermittlung des Sollwertes des Massenstromes zumindest einen Wärmeübergangskoeffizient zur Beschreibung eines Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer und einem die Abwärme führenden Bauteil und/oder zumindest einen Wärmeübergangskoeffizient zur Beschreibung eines Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer und einer Umgebung. Dabei ist eine Parameteradaptions-Einheit vorgesehen, welche zumindest einen der Parameter anhand von simulierten und/oder gemessenen und/oder berechneten Größen des Abwärmenutzungssystems und/oder der Abwärmequelle fortlaufend adaptiert.
Mittels der Vorrichtung ist eine verbesserte Steuerung und Regelung des Abwärmenutzungssystems, welches auf einem thermodynamischen Kreisprozess, beispielsweise auf einem so genannten Clausius-Rankine-Kreisprozess, basiert, durchführbar. Insbesondere ist es möglich, einen Zustand des Arbeitsmediums am Verdampferausgang und somit am Eingang der zumindest einen Expansionsmaschine unabhängig von Schwankungen der zur Verdampfung zur Verfügung stehenden Wärmemenge auf einem bestimmten Wert zu halten. Mittels der Vorsteuerung wird dabei der Regelkreis, mittels welchem insbesondere eine so genannte PID-Regelung realisiert wird, entlastet und somit die Zielerreichung signifikant verbessert, da die Vorsteuerung aufgrund des Modellwissens bereits a-priori agieren kann.
Die Qualität der Vorsteuerung ist dabei abhängig von einer Güte des Verdampfermodells. Eine Realisierung eines Verdampfermodells mit einer hohen Güte wird jedoch dadurch erschwert, dass das Abwärmenutzungssystem und insbesondere der Verdampfer einen großen Arbeitsbereich aufweisen, wodurch eine gute Modellbeschreibung für alle Arbeitsbereiche schwierig ist. Weiterhin sind nicht alle möglichen Phänomene mit vertretbarem Aufwand in einem mathematischen Modell darstellbar, so dass aufgrund von Vereinfachungen und Approximationen des Verdampfermodells Modellfehler auftreten können. Ferner ändert sich aufgrund von Alterung, Abnutzung und/oder Verschmutzung von Komponenten des Abwärmenutzungssystems ein Verhalten der realen Komponenten über die Lebensdauer, welche nicht vorab im Verdampfermodell abgebildet werden können oder nicht bekannt sind.
Aufgrund der Parameteradaption wird ein verbessertes Verhalten auf Störgrößen und eine verbesserte Regelung auch bei großen Zustandsschwankungen innerhalb des Abwärmenutzungssystems und/oder der Abwärmequelle durch ein verbessertes Führungsverhalten des Regelkreises erreicht. Hierbei wird eine stetige Anpassung der veränderlichen und für den Betrieb des Abwärmenutzungssystems einflussreichen Parameter sichergestellt, indem das Verdampfermodell durch die Parameteradaption ständig an die Realität angepasst wird. Hierbei werden insbesondere auch die Modellfehler und die vorab nicht berechenbaren Veränderungen des realen Abwärmenutzungssystems, wie die Alterung, Abnutzung und/oder Verschmutzung von Komponenten des Abwärmenutzungssystems, berücksichtigt und ausgeglichen.
In einer möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Parameteradaptions-Einheit zumindest einen Schätzer zur Schätzung des zumindest einen Parameters. Die Schätzung ermöglicht dabei eine einfache und schnelle Ermittlung des zumindest einen Parameters.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung umfassen die simulierten Größen zumindest

– eine Wandtemperatur des Verdampfers und/oder
– eine Temperatur des die Abwärme führenden Bauteils an einem Verdampferausgang und/oder
– eine Temperatur eines die Abwärme führenden Mediums am Verdampferausgang.

Diese Größen sind mit geringem Aufwand simulierbar und geben zuverlässig einen Zustand des Abwärmenutzungssystems wieder.
In einer möglichen Weiterbildung der Vorrichtung umfassen die gemessenen Größen zumindest

– einen Massenstrom eines die Abwärme führenden Mediums am Verdampfereingang und/oder
– eine Temperatur des die Abwärme führenden Mediums am Verdampfereingang und/oder
– eine Temperatur des die Abwärme führenden Mediums am Verdampferausgang und/oder
– eine Temperatur des die Abwärme führenden Bauteils am Verdampfereingang und/oder
– eine Temperatur des die Abwärme führenden Bauteils an einem Verdampferausgang und/oder
– den Massenstrom des Arbeitsmediums am Verdampfereingang und/oder
– eine Temperatur des Arbeitsmediums am Verdampfereingang und/oder
– ein Druck des Arbeitsmediums am Verdampfereingang und/oder
– eine Temperatur des Arbeitsmediums am Verdampferausgang und/oder
– ein Druck des Arbeitsmediums am Verdampferausgang und/oder
– eine Umgebungstemperatur.

Eine mögliche Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die berechneten Größen zumindest

– eine aus einem Druck und einer Temperatur des Arbeitsmediums am Verdampfereingang berechnete spezifische Enthalpie des Arbeitsmediums am Verdampfereingang und/oder
– eine aus einem Druck und einer Temperatur des Arbeitsmediums an einem Verdampferausgang berechnete spezifische Enthalpie des Arbeitsmediums am Verdampferausgang umfassen.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass das Verdampfermodell ein nicht-lineares und dynamisches mathematisches Modell ist, welches auf einer Diskretisierung einer partiellen Differentialgleichung der Energieerhaltung anhand eines Finite-Volumen-Verfahrens basiert. Die Differentialgleichung resultiert dabei aus einer anhand der Kontinuitätsgleichung gebildeten Massenbilanz des Arbeitsmediums und einer Energiebilanz innerhalb des Abwärmenutzungssystems. Mittels eines solchen Modells ist der Verdampfer sehr einfach und realitätsnah abbildbar, wobei die Parameteradaption mit besonders geringem Aufwand durchführbar ist.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung der Vorrichtung ist die Abwärmequelle eine Verbrennungskraftmaschine und die Abwärme Verlustwärme der Verbrennungskraftmaschine. Durch die Nutzung der Verlustwärme der Verbrennungskraftmaschine zum Betrieb der Expansionsmaschine ist ein Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine erhöht und ein Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs verringert.
Beispielsweise ist die Abwärme in einem Abgas der Verbrennungskraftmaschine geführt, wobei das die Abwärme führende Bauteil Bestandteil einer Abgasleitung ist. Hierbei ist die Abwärme besonders einfach auf das Arbeitsmedium übertragbar. Weiterhin ist ein einfacher Aufbau des Verdampfers möglich.
Das Verfahren ist zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei das Abwärmenutzungssystem eine Fördereinheit zur Förderung eines flüssigen Arbeitsmediums, zumindest einen Verdampfer zur Verdampfung des Arbeitsmediums mittels Abwärme einer Abwärmequelle, zumindest eine Expansionsmaschine zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expandieren des verdampften Arbeitsmediums und einen Kondensator zum Kondensieren des expandierten Arbeitsmediums umfasst. Die Fördereinheit wird zur Einstellung eines Massenstromes des Arbeitsmediums an einem Verdampfereingang des zumindest einen Verdampfers mittels eines Regelkreises in Abhängigkeit einer innerhalb des zumindest einen Verdampfers zu der Verdampfung zur Verfügung stehenden Wärmemenge geregelt und der Massenstrom des Arbeitsmediums wird am Verdampfereingang in einer Vorsteuerung anhand eines Verdampfermodells gesteuert, wobei eine Summe aus einem mittels der Vorsteuerung gebildeten Sollwert des Massenstromes und einer Rückführung eines Reglers des Regelkreises dem Regelkreis als Stellgröße zugeführt wird.
Erfindungsgemäß umfasst das Verdampfermodell als Parameter zur Ermittlung des Sollwertes des Massenstromes zumindest einen Wärmeübergangskoeffizient zur Beschreibung eines Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer und einem die Abwärme führenden Bauteil und/oder zumindest einen Wärmeübergangskoeffizient zur Beschreibung eines Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer und einer Umgebung und zumindest einer der Parameter wird anhand von simulierten und gemessenen Größen des Abwärmenutzungssystems und/oder der Abwärmequelle fortlaufend adaptiert.
Mittels des Verfahrens kann eine verbesserte Steuerung und Regelung des Abwärmenutzungssystems, welches auf einem thermodynamischen Kreisprozess, beispielsweise auf einem so genannten Clausius-Rankine-Kreisprozess, basiert, durchgeführt werden. Insbesondere ist es möglich, einen Zustand des Arbeitsmediums am Verdampferausgang und somit am Eingang der zumindest einen Expansionsmaschine unabhängig von Schwankungen der zur Verdampfung zur Verfügung stehenden Wärmemenge auf einem bestimmten Wert zu halten. Mittels der Vorsteuerung wird dabei der Regelkreis, mittels welchem insbesondere eine so genannte PID-Regelung realisiert wird, entlastet und somit die Zielerreichung signifikant verbessert, da die Vorsteuerung aufgrund des Modellwissens bereits a-priori agieren kann.
Aufgrund der Parameteradaption wird ein verbessertes Verhalten auf Störgrößen und eine verbesserte Regelung auch bei großen Zustandsschwankungen innerhalb des Abwärmenutzungssystems und/oder der Abwärmequelle durch ein verbessertes Führungsverhalten des Regelkreises erreicht. Hierbei wird eine stetige Anpassung der veränderlichen und für den Betrieb des Abwärmenutzungssystems einflussreichen Parameter sichergestellt, indem das Verdampfermodell durch die Parameteradaption ständig an die Realität angepasst wird. Hierbei werden insbesondere auch die Modellfehler und die vorab nicht berechenbare Veränderungen des realen Abwärmenutzungssystems, wie die Alterung, Abnutzung und/oder Verschmutzung von Komponenten des Abwärmenutzungssystems, berücksichtigt und ausgeglichen.
In einer möglichen Weiterbildung des Verfahrens wird als Verdampfermodell ein nichtlineares und dynamisches mathematisches Modell verwendet, wobei zur Erzeugung des Modells eine Diskretisierung einer partiellen Differentialgleichung der Energieerhaltung anhand eines Finite-Volumen-Verfahrens durchgeführt wird. Bei der Diskretisierung wird derart eine Inversion des Modells durchgeführt, eine invertierte Fluiddynamik als stationär betrachtet und ein Verlauf eines die Abwärme führenden Mediums als quasistationär angenommen, dass als dynamische Größen des Modells eine Wandtemperatur des Verdampfers und/oder eine Wandtemperatur des die Abwärme führenden Bauteils verbleiben. Mittels eines solchen Modells kann der Verdampfer sehr einfach und realitätsnah abgebildet werden, wobei die Parameteradaption mit besonders geringem Aufwand durchgeführt werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems in einem Kraftfahrzeug und des Abwärmenutzungssystems,
2 schematisch ein Blockschaltbild einer Vorsteuerung mit einer Parameteradaptions-Einheit für ein Abwärmenutzungssystem,
3 schematisch ortsabhängige Temperaturverläufe eines eine Abwärme führenden Mediums, einer Wand eines Verdampfers eines Abwärmenutzungssystems und eines Arbeitsmediums des Abwärmenutzungssystems,
4 schematisch eine Darstellung einer Ortsdiskretisierung eines Volumens eines Verdampfers eines Abwärmenutzungssystems,
5 schematisch einen ortsabhängigen Temperaturverlauf einer Wand eines Verdampfers eines Abwärmenutzungssystems und im Vergleich einen realen und einen simulierten Temperaturverlauf eines eine Abwärme führenden Mediums,
6 schematisch einen zeitlichen Verlauf eines Temperaturfehlers und
7 schematisch einen Ablauf einer Adaption eines Wärmeübergangskoeffizienten zur Beschreibung eines Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer und einer Umgebung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems 2 in einem nicht gezeigten Kraftfahrzeug, beispielsweise eines Nutzfahrzeugs, und des Abwärmenutzungssystems 2 selbst dargestellt.
Das Abwärmenutzungssystem 2 basiert auf einem so genannten Clausius-Rankine-Kreisprozess und umfasst eine Fördereinheit 2.1 zur Förderung eines flüssigen Arbeitsmediums, beispielsweise Wasser oder Ethanol, einen Verdampfer 2.2 zur Verdampfung des Arbeitsmediums mittels Abwärme einer Abwärmequelle 3, eine Expansionsmaschine 2.3, beispielsweise einer Turbine, zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expandieren des verdampften Arbeitsmediums und einen Kondensator 2.4 zum Kondensieren des expandierten Arbeitsmediums.
In bekannter Weise erfolgt mittels der Fördereinheit 2.1 eine insbesondere adiabate und isentrope Druckerhöhung des Arbeitsmediums, bevor diesem innerhalb des Verdampfers 2.2 isobar Wärme zugeführt wird. Diese Wärme ist Abwärme einer im dargestellten Ausführungsbeispiel als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Abwärmequelle 3. Die Abwärme wird innerhalb eines als Abgasleitung ausgebildeten Bauteils 4 im Abgas geführt und mittels des Verdampfers 2.2 auf das Arbeitsmedium übertragen. Hierbei wird das Arbeitsmedium insbesondere zunächst bis zu einem Verdampfungspunkt erwärmt, anschließend isotherm verdampft und gegebenenfalls zusätzlich überhitzt. In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen können mehrere Verdampfer 2.2 zur Realisierung einer oder mehrerer so genannter Zwischenüberhitzungen vorgesehen sein.
Anschließend wird das verdampfte Arbeitsmedium der Expansionsmaschine 2.3 zugeführt, mittels welcher eine insbesondere adiabat ausgebildete Expansion des dampfförmigen Arbeitsmediums durchgeführt wird. Die hierbei aus der Expansion resultierende und mittels der Expansionsmaschine 2.3 erzeugte mechanische Energie wird beispielsweise direkt zur Unterstützung der Verbrennungskraftmaschine beim Antrieb des Kraftfahrzeugs oder zum Antrieb weiterer Aggregate des Kraftfahrzeugs verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird zumindest ein Teil der mechanischen Energie mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt, gespeichert und/oder unmittelbar zum Betrieb elektrischer Verbraucher des Kraftfahrzeugs verwendet.
Nach der Expansion wird das expandierte oder entspannte Arbeitsmedium dem Kondensator 2.4 zugeführt, in welchem eine insbesondere isobar ausgebildete Kondensation des dampfförmigen Arbeitsmediums durch Kühlung erfolgt. Für diese Kühlung ist der Kondensator 2.4 beispielsweise mit einem Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine und/oder einem Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs gekoppelt.
Da eine im Abgas verfügbare Wärmemenge in starkem Maß von einer momentanen Last der Verbrennungskraftmaschine abhängt und somit starken Schwankungen unterliegt, ist eine Regelung des Abwärmenutzungssystems 2 zur Realisierung eines effizienten Betriebs des Abwärmenutzungssystems 2 mit möglichst maximaler Energieausbeute erforderlich. Hierzu umfasst die Vorrichtung 1 einen Regelkreis 5 mit einem Regler 5.1 zu einer Regelung der Fördereinheit 2.1 zur Einstellung eines Massenstromes ṁ_F des Arbeitsmediums an einem Verdampfereingang des Verdampfers 2.2 in Abhängigkeit der im Abgas und somit im Verdampfer 2.2 zur Verfügung stehenden Wärmemenge. Bei dem Regler 5.1 handelt es sich insbesondere um einen so genannten PID-Regler.
Die Regelung hat dabei das Ziel, den Zustand des Arbeitsmediums vor der Expansionsmaschine 2.3 einzustellen und auf einem gewünschten Wert zu halten, unabhängig von externen Störungen, zu denen vor allem auch die Schwankung in der Abgaswärme zählt. Die Zielerreichung wird dabei durch den Einsatz einer Vorsteuerung 6 signifikant verbessert, indem mithilfe eines mathematischen Verdampfermodells und einer Ermittlung der Störungen eine Kompensation berechnet wird, die die mittels des Regelkreises 5 durchgeführte Regelung deutlich entlastet.
Die Vorsteuerung 6 ist zur Steuerung des Massenstromes ṁ_F des Arbeitsmediums am Verdampfereingang anhand des Verdampfermodells vorgesehen, wobei eine Summe aus einem mittels der Vorsteuerung 6 gebildeten Sollwerts des Massenstromes ṁ_F und einer Rückführung eines Reglers 5.1 des Regelkreises 5 die Stellgröße des Regelkreises 5 bildet. Hierzu umfasst das Verdampfermodell als Parameter zur Ermittlung des Sollwertes des Massenstromes ṁ_F zumindest einen in 4 näher dargestellten Wärmeübergangskoeffizienten α_a zur Beschreibung eines Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer 2.2 und dem die Abwärme führenden und als Abgasleitung ausgebildeten Bauteil 4. Weiterhin umfasst das Verdampfermodell einen Wärmeübergangskoeffizienten α_amb zur Beschreibung eines Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer 2.2 und einer Umgebung desselben.
Die Qualität der Vorsteuerung 6 ist dabei abhängig von einer Güte des Verdampfermodells. Eine Realisierung eines Verdampfermodells mit einer hohen Güte wird jedoch dadurch erschwert, dass das Abwärmenutzungssystem 2 und insbesondere der Verdampfer 2.2 einen großen Arbeitsbereich aufweisen, wodurch eine gute Modellbeschreibung für alle Arbeitsbereiche schwierig ist. Weiterhin sind nicht alle möglichen Phänomene mit vertretbarem Aufwand in einem mathematischen Modell darstellbar, so dass aufgrund von Vereinfachungen und Approximationen des Verdampfermodells Modellfehler auftreten können. Ferner ändert sich aufgrund von Alterung, Abnutzung und/oder Verschmutzung von Komponenten des Abwärmenutzungssystems 2 ein Verhalten der realen Komponenten über die Lebensdauer, welche vorab nicht in den im Verdampfermodell vorhandenen Parametern abgebildet werden können oder nicht bekannt sind.
Aus diesem Grund ist zusätzlich eine Parameteradaptions-Einheit 7 vorgesehen, welche die Wärmeübergangskoeffizienten α_a, α_amb anhand von simulierten, gemessenen und berechneten Größen des Abwärmenutzungssystems 2 und der Abwärmequelle 3 fortlaufend adaptiert.
Aufgrund der Parameteradaption wird ein verbessertes Verhalten auf Störgrößen und eine verbesserte Regelung auch bei großen Zustandsschwankungen innerhalb des Abwärmenutzungssystems 2 und der Abwärmequelle 3 durch ein verbessertes Führungsverhalten des Regelkreises 5 erreicht. Hierbei wird eine stetige Anpassung der veränderlichen und für den Betrieb des Abwärmenutzungssystems 2 einflussreichen Parameter sichergestellt, indem das Verdampfermodell durch die Parameteradaption ständig an die Realität angepasst wird. Hierbei werden insbesondere auch die Modellfehler und die vorab nicht berechenbare Veränderungen des realen Abwärmenutzungssystems 2, wie die Alterung, Abnutzung und/oder Verschmutzung von Komponenten des Abwärmenutzungssystems 2, berücksichtigt und ausgeglichen.
2 zeigt ein Blockschaltbild eines möglichen Ausführungsbeispiels der Vorsteuerung 6 mit einer Parameteradaptions-Einheit 7 für das Abwärmenutzungssystem 2.
Die Parameteradaptions-Einheit 7 umfasst einen Schätzer 7.1 zur Schätzung des Wärmeübergangskoeffizienten α_a und einen Schätzer 7.2 zur Schätzung des Wärmeübergangskoeffizienten α_amb.
Dabei ist das Verdampfermodell ein nicht-lineares und dynamisches mathematisches Modell, welches auf einer Diskretisierung einer partiellen Differentialgleichung der Energieerhaltung anhand eines Finite-Volumen-Verfahrens basiert. Die Differentialgleichung resultiert dabei aus einer anhand der Kontinuitätsgleichung gebildeten Massenbilanz des Arbeitsmediums und einer Energiebilanz innerhalb des Abwärmenutzungssystems. Zur Erzeugung der Massenbilanz wird dabei in der Kontinuitätsgleichung die Stromdichte j durch einen Quotienten aus dem Massenstrom ṁ_F des Arbeitsmediums pro Volumen gebildet. Eine zeitliche Ableitung einer Divergenz des Vektorfeldes der Stromdichte j wird zu Null gesetzt, so dass sich ergibt, dass der Massenstrom ṁ_F als konstant angenommen werden kann. In der Energiebilanz werden in bekannter Weise die zugeführte Energie und Energieverluste dargestellt.
Das heißt, die Vorsteuerung 6 ist eine modellbasierte, nichtlineare und dynamische Vorsteuerung für die Regelung eines Zustands des Arbeitsmediums am Verdampferausgang, wirkt unterstützend für die vorhandene Regelung, insbesondere PID-Regelung, und führt zu einer Verbesserung des Störverhaltens und des Führungsverhaltens des Regelkreises 5.
Bei der Diskretisierung, d. h. einer Ortsdiskretisierung, der partiellen Differentialgleichung der Energieerhaltung anhand des Finite-Volumen-Verfahrens erfolgt eine exakte Inversion des halbdynamischen Modells. Dabei wird eine invertierte Fluiddynamik in der Parameteradaptions-Einheit 7 als stationär betrachtet. Begründet ist dies durch die Tatsache, dass die größte Wärmemenge in einem Wandmaterial des Bauteils 4 und/oder des Verdampfers 2.2 vorhanden ist und nicht im Arbeitsmedium. Dies hat zur Folge, dass Zustände des Arbeitsmediums allein durch algebraische Größen beschrieben werden können und als dynamische Zustände ausschließlich in 3 näher dargestellte Wandtemperaturen T_W des Bauteils 4 und/oder des Verdampfers 2.2 verbleiben. Weiterhin wird ein ortsabhängiger Verlauf einer Temperatur T_A des Abgases als quasistationär angenommen wird, wie dies in 3 näher dargestellt ist. Das heißt, ein in 3 dargestelltes örtliches Abgas-Temperaturprofil befindet sich zu jedem Zeitpunkt im stationären Zustand, welcher ausschließlich von momentanen Wandtemperaturen T_W, einer Temperatur T_A des Abgases am Verdampfereingang sowie einem Massenstrom ṁ_A des Abgases abhängt.
Zur Schätzung des Wärmeübergangskoeffizienten α_a werden dem Schätzer 7.1 als simulierte Größen die Wandtemperatur T_W,sim des Verdampfers 2.2 und/oder des Bauteils 4 sowie eine Temperatur T_A,out,sim am Verdampferausgang zugeführt. Weiterhin werden dem Schätzer 7.1 als gemessene Größen der Massenstrom ṁ_A des Abgases, die Temperatur T_A,in des Abgases am Verdampfereingang und die Temperatur T_A,out,mess des Abgases am Verdampferausgang zugeführt. Anhand dieser Größen schätzt der Schätzer 7.1 den Wärmeübergangskoeffizienten α_a, wobei bei dieser Schätzung durch Simulation und Messung der genannten Größen eine Alterung, Abnutzung und/oder Verschmutzung von Komponenten des Abwärmenutzungssystems 2 mit berücksichtigt werden.
Zur Schätzung des Wärmeübergangskoeffizienten α_amb wird dem Schätzer 7.2 als simulierte Größe die Wandtemperatur T_W,sim des Verdampfers 2.2 und/oder des Bauteils 4 zugeführt. Aus dieser Wandtemperatur T_W,sim sowie einem gemessenen Massenstrom ṁ_F,mess des Arbeitsmediums, einer Umgebungstemperatur T_amb sowie einer aus einem Druck p_F,in und einer nicht gezeigten Temperatur des Arbeitsmediums sowie spezifischen Stoffdaten-Kennfeldern am Verdampfereingang berechneten spezifische Enthalpie h_F,in des Arbeitsmediums am Verdampfereingang und einer aus einem Druck p_F,out und einer nicht gezeigten Temperatur des Arbeitsmediums sowie spezifischen Stoffdaten-Kennfeldern am Verdampferausgang berechneten spezifische Enthalpie h_F,out,mess des Arbeitsmediums am Verdampferausgang schätzt der Schätzer 7.2 den Wärmeübergangskoeffizienten α_amb unter Berücksichtigung der Alterung, Abnutzung und/oder Verschmutzung von Komponenten des Abwärmenutzungssystems 2.
Der Vorsteuerung 6 werden als Eingangsgrößen zur Einstellung des Massenstromes ṁ_F anhand des Vorsteuermodells und der Wärmeübergangskoeffizienten α_a, α_amb der Massenstrom ṁ_A des Abgases, die Temperatur T_A,in des Abgases am Verdampfereingang, die Drücke p_F,in, p_F,out des Arbeitsmediums am Verdampfereingang und Verdampferausgang, die spezifische Enthalpie h_F,in in des Arbeitsmediums am Verdampfereingang, die Umgebungstemperatur T_amb sowie als Führungsgröße ein Sollwert h_F,out,soll der spezifischen Enthalpie h_F,out,mess des Arbeitsmediums am Verdampferausgang zugeführt.
Die aus den vorgenannten Größen mittels des Verdampfermodells ermittelte Ausgangsgröße der Vorsteuerung 6 bildet der Massenstrom ṁ_F des Arbeitsmediums am Verdampfereingang.
In 3 sind schematisch Verläufe der Temperatur T_A des Abgases, der Wandtemperatur T_W des Bauteils 4 und/oder des Verdampfers 2.2 und eine Temperatur T_F des Arbeitsmediums in Abhängigkeit vom Ort z dargestellt.
4 zeigt ein Modell einer Ortsdiskretisierung eines Volumens des Verdampfers 2.2, wobei für jeden Ort z1 bis zn Temperaturen T_A,1 bis T_A,n des Abgases, Wandtemperaturen T_W,1 bis T_W,n und spezifische Enthalpien h_F,1 bis h_F,n des Arbeitsmediums sowie der Druck des Arbeitsmediums ermittelt werden. Die spezifische Enthalpie h_F,n, h_F,out,mess am Verdampferausgang bildet dabei die Führungsgröße der Vorsteuerung 6, d. h. den Sollwert h_F,out,soll.
In 5 sind ein gemessener Verlauf V1 und ein anhand des Wärmeübergangskoeffizienten α_a simulierter Verlauf V2 der Temperatur T_A des Abgases sowie einen Verlauf der Wandtemperatur T_W des Bauteils 4 und/oder des Verdampfers 2.2 dargestellt.
Zur Adaption des Wärmeübergangskoeffizienten α_a wird gemäß
aus einer Differenz der gemessenen Temperatur T_A,out,mess und der geschätzten, d. h. simulierten Temperatur
wird die Funktion f(t) erzeugt, welche einen Temperaturfehler wiedergibt.
6 zeigt einen Verlauf dieses Temperaturfehlers, d. h. der Funktion f(t), in Abhängigkeit von der Zeit t, wobei der Temperaturfehler asymptotisch mit einer Abklingzeitkonstante TK abklingt gemäß: d / dtf(t) = – 1 / TK·f(t).
In 7 ist eine Adaption des Wärmeübergangskoeffizienten α_amb zur Beschreibung des Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer 2.2 und dessen Umgebung dargestellt.
Gemäß Q ._A – Q ._F = Q ._amb = α_amb·A_amb·(T_amb – T _W) mit

Q .A: = Wärmestrom Abgas,
Q ._F: = Wärmestrom Arbeitsmedium,
Q .amb: = Wärmestrom Umgebung,
A_amb: = Fläche zur Wärmeübertragung zwischen Abwärmenutzungssystem 2 und Umgebung,
T _W: = simulierte mittlere Wandtemperatur

_amb

8

_amb

Bei der gemäß den 1 bis 7 beschriebenen Vorsteuerung 6 wird eine gute Übereinstimmung zwischen dem Verdampfermodell und der Realität erzielt. Hierbei stimmt aufgrund der fortlaufenden Adaption der Wärmeübergangskoeffizienten α_a, α_amb die simulierte Temperatur T_A,out,sim stationär mit der realen, d. h. der gemessenen Temperatur T_A,out,mess am Verdampferausgang überein. Auch stimmt ein mittels des Verdampfermodells ermittelter Verlustwärmestrom, d. h. Wärmeströme zwischen Abgas und Wand, Wand und Arbeitsfluid sowie Wand und Umgebung, mit der Realität stationär überein.
Weiterhin werden eine hohe stationäre Genauigkeit bei konstanter Störung, eine Kompensation von Modellunsicherheiten, z. B. anhand einer groben Diskretisierung mit geringer Anzahl an Volumenelementen oder durch abweichende Wärmeübertragungsflächen, erreicht. Insbesondere wird die hohe stationäre Genauigkeit im eingeschwungenen Zustand bei konstanten Störungen des Massenstromes ṁ_A des Abgases, der Temperatur T_A,in des Abgases am Verdampfereingang, der spezifischen Enthalpie h_F,in des Arbeitsmediums am Verdampfereingang, der Umgebungstemperatur T_amb und einer Drehzahl der dem Verdampfer 2.2 nachgeschalteten Expansionsmaschine 2.3 erreicht.
Bei einer sprunghafter Störung der Temperatur T_A,in des Abgases am Verdampfereingang und/oder des Massenstromes ṁ_A wird eine verzögerte Reaktion der Ausgangsgröße in Form des Massenstromes ṁ_F des Arbeitsmediums am Verdampfereingang aufgrund der internen dynamischen Simulation der Wandtemperaturänderung erreicht. Hierdurch wird eine sprunghafte Änderung der Ausgangsgröße in Form des Massenstromes ṁ_F des Arbeitsmediums am Verdampfereingang vermieden, wodurch der Regelkreis 5 entlastet wird und weniger Schwingungen als bei sprunghaften Änderungen erzeugt.
Auch ist eine Kompensation alterungsbedingter Veränderungen von Komponentenparametern, wie beispielsweise einer Oberflächenstruktur innerhalb des Verdampfers 2.2 infolge von Abnutzung oder Ablagerungen möglich.
Die dynamisch betrachteten Wandtemperaturen T_W bewirken dabei eine Störunterdrückung, da bei sprunghafter Änderung der zur Verfügung stehenden Wärmemenge des Abgases, passend zur Modelldynamik, mit einer Massenstromänderung reagiert wird. Dies äußert sich in einer verzögerten Reaktion, welche bei einer stationären Vorsteuerung nicht möglich ist.
Im stationären Betrieb wird aufgrund der Parameter-Adaption eine Vorsteuerung 6 mit einem Verdampfermodell realisiert, welches sehr genau ist. Dies äußert sich insbesondere darin, dass ein I-Anteil in der PID-Regelung keinen Offset mehr beisteuern muss.
Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung
2 Abwärmenutzungssystem
2.1 Fördereinheit
2.2 Verdampfer
2.3 Expansionsmaschine
2.4 Kondensator
3 Abwärmequelle
4 Bauteil
5 Regelkreis
5.1 Regler
6 Vorsteuerung
7 Parameteradaptions-Einheit
7.1, 7.2 Schätzer
8 Filter
A_amb Fläche
f(t) Funktion
h_F,in Enthalpie
h_F,out,mess Enthalpie
h_F,out,soll Sollwert
h_F,1 bis h_F,n Enthalpie
ṁ_A Massenstrom
ṁ_F Massenstrom
ṁ_F,mess Massenstrom
p_F,in Druck
p_F,out Druck
Q ._A Wärmestrom
Q ._F Wärmestrom
t Zeit
T Temperatur
T_A Temperatur
T_A,1 bis T_A,n Temperatur
T_A,in Temperatur
T_A,out,mess Temperatur
T_A,out,sim Temperatur
Temperatur
T_amb Umgebungstemperatur
T_F Temperatur
T_W Wandtemperatur
T_W,1 bis T_W,n Wandtemperatur
T_W,sim Wandtemperatur
T_W Wandtemperatur
TK Abklingzeitkonstante
V1, V2 Verlauf
z, z1 bis zn Ort
α_a Wärmeübertragungskoeffizient
α_amb Wärmeübertragungskoeffizient
α_amb(t) Verlauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013001569 A1 [0003]
DE 102015007104 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (1) zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems (2) in einem Kraftfahrzeug, wobei das Abwärmenutzungssystem (2) – eine Fördereinheit (2.1) zur Förderung eines flüssigen Arbeitsmediums, – zumindest einen Verdampfer (2.2) zur Verdampfung des Arbeitsmediums mittels Abwärme einer Abwärmequelle (3), – zumindest eine Expansionsmaschine (2.3) zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expandieren des verdampften Arbeitsmediums und – einen Kondensator (2.4) zum Kondensieren des expandierten Arbeitsmediums umfasst; – mit einem Regelkreis (5) zu einer Regelung der Fördereinheit (2.1) zur Einstellung eines Massenstromes (ṁ_F) des Arbeitsmediums an einem Verdampfereingang des zumindest einen Verdampfers (2.2) in Abhängigkeit einer innerhalb des zumindest einen Verdampfers (2.2) zu der Verdampfung zur Verfügung stehenden Wärmemenge und – mit einer Vorsteuerung (6) zur Steuerung des Massenstromes (ṁ_F) des Arbeitsmediums am Verdampfereingang anhand eines Verdampfermodells, – wobei eine Summe aus einem mittels der Vorsteuerung (6) gebildeten Sollwert des Massenstromes (ṁ_F) und einer Rückführung eines Reglers (5.1) des Regelkreises (5) die Stellgröße des Regelkreises (5) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verdampfermodell als Parameter zur Ermittlung des Sollwertes des Massenstromes (ṁ_F) zumindest einen Wärmeübergangskoeffzienten (α_a) zur Beschreibung eines Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer (2.2) und einem die Abwärme führenden Bauteil (4) und/oder zumindest einen Wärmeübergangskoeffizienten (α_amb) zur Beschreibung eines Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer (2.2) und einer Umgebung umfasst und – eine Parameteradaptions-Einheit (7) vorgesehen ist, welche zumindest einen der Parameter anhand von simulierten und/oder gemessenen und/oder berechneten Größen des Abwärmenutzungssystems (2) und/oder der Abwärmequelle (3) fortlaufend adaptiert.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Parameteradaptions-Einheit (7) zumindest einen Schätzer (7.1, 7.2) zur Schätzung des zumindest einen Parameters umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die simulierten Größen zumindest – eine Wandtemperatur (T_W,sim) des Verdampfers (2.2) und/oder – eine Temperatur des die Abwärme führenden Bauteils (4) an einem Verdampferausgang und/oder – eine Temperatur (T_A,out) eines die Abwärme führenden Mediums am Verdampferausgang umfassen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Größen zumindest – einen Massenstrom (ṁ_A) eines die Abwärme führenden Mediums am Verdampfereingang und/oder – eine Temperatur (T_A,in) des die Abwärme führenden Mediums am Verdampfereingang und/oder – eine Temperatur (T_A,out,mass) des die Abwärme führenden Mediums am Verdampferausgang und/oder – eine Temperatur des die Abwärme führenden Bauteils am Verdampfereingang und/oder – eine Temperatur des die Abwärme führenden Bauteils an einem Verdampferausgang und/oder – den Massenstromes (ṁ_F) des Arbeitsmediums am Verdampfereingang und/oder – eine Temperatur (T_F) des Arbeitsmediums am Verdampfereingang und/oder – ein Druck (p_F,in) des Arbeitsmediums am Verdampfereingang und/oder – eine Temperatur (T_F) des Arbeitsmediums am Verdampferausgang und/oder – ein Druck (p_F,out) des Arbeitsmediums am Verdampferausgang und/oder – eine Umgebungstemperatur (T_amb) umfassen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Größen zumindest – eine aus einem Druck (p_F,in) und einer Temperatur (T_F) des Arbeitsmediums am Verdampfereingang berechnete spezifische Enthalpie (h_F,in) des Arbeitsmediums am Verdampfereingang und/oder – eine aus einem Druck (p_F,out) und einer Temperatur (T_F) des Arbeitsmediums an einem Verdampferausgang berechnete spezifische Enthalpie (h_F,out,mess) des Arbeitsmediums am Verdampferausgang umfassen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfermodell ein nicht-lineares und dynamisches mathematisches Modell ist, welches auf einer Diskretisierung einer partiellen Differentialgleichung der Energieerhaltung anhand eines Finite-Volumen-Verfahrens basiert.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärmequelle (3) eine Verbrennungskraftmaschine und die Abwärme Verlustwärme der Verbrennungskraftmaschine ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abwärme in einem Abgas der Verbrennungskraftmaschine geführt ist, – wobei das die Abwärme führende Bauteil (4) Bestandteil einer Abgasleitung ist.
Verfahren zum Betrieb eines Abwärmenutzungssystems (2) in einem Kraftfahrzeug, wobei das Abwärmenutzungssystem (2) – eine Fördereinheit (2.1) zur Förderung eines flüssigen Arbeitsmediums, – zumindest einen Verdampfer (2.2) zur Verdampfung des Arbeitsmediums mittels Abwärme einer Abwärmequelle (3), – zumindest eine Expansionsmaschine (2.3) zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expandieren des verdampften Arbeitsmediums und – einen Kondensator (2.4) zum Kondensieren des expandierten Arbeitsmediums umfasst; – wobei die Fördereinheit (2.1) zur Einstellung eines Massenstromes (ṁ_F) des Arbeitsmediums an einem Verdampfereingang des zumindest einen Verdampfers (2.2) mittels eines Regelkreises (5) in Abhängigkeit einer innerhalb des zumindest einen Verdampfers (2.2) zu der Verdampfung zur Verfügung stehenden Wärmemenge geregelt wird und – der Massenstrom (ṁ_F) des Arbeitsmediums am Verdampfereingang in einer Vorsteuerung (6) anhand eines Verdampfermodells gesteuert wird, – wobei eine Summe aus einem mittels der Vorsteuerung (6) gebildeten Sollwert des Massenstromes (ṁ_F) und einer Rückführung eines Reglers (5.1) des Regelkreises (5) dem Regelkreis (5) als Stellgröße zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verdampfermodell als Parameter zur Ermittlung des Sollwertes des Massenstromes (ṁ_F) zumindest einen Wärmeübergangskoeffizienten (α_a) zur Beschreibung eines Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer (2.2) und einem die Abwärme führenden Bauteil (4) und/oder zumindest einen Wärmeübergangskoeffizienten (α_amb) zur Beschreibung eines Wärmeübergangs zwischen dem Verdampfer (2.2) und einer Umgebung umfasst und – zumindest einer der Parameter anhand von simulierten und gemessenen Größen des Abwärmenutzungssystems (2) und/oder der Abwärmequelle (3) fortlaufend adaptiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdampfermodell ein nicht-lineares und dynamisches mathematisches Modell verwendet wird, wobei zur Erzeugung des Modells eine Diskretisierung einer partiellen Differentialgleichung der Energieerhaltung anhand eines Finite-Volumen-Verfahrens durchgeführt wird, wobei bei der Diskretisierung derart – eine Inversion des Modells durchgeführt wird, – eine invertierte Fluiddynamik als stationär betrachtet wird und – ein Verlauf eines die Abwärme führenden Mediums als quasistationär angenommen wird, dass als dynamische Größen des Modells eine Wandtemperatur (T_W) des Verdampfers (2.2) und/oder eine Wandtemperatur (T_W) des die Abwärme führenden Bauteils (4) verbleiben.