DE102016100916A1

DE102016100916A1 - Thermodynamisches System in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016100916A1
Application number: DE102016100916.4A
Authority: DE
Inventors: Shiguang Zhou
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2016-07-28
Also published as: US20160214462A1; CN105822375A; US9951659B2; CN105822375B

Abstract

Ein Fahrzeug ist mit einem Expander, einem Kondensator, einer Pumpe und einem Erhitzer in sequenzieller Strömungsverbindung in einem thermodynamischen Kreisprozess, der ein Arbeitsfluid enthält, versehen. Der thermodynamische Kreisprozess wird zur Rückgewinnung von Abwärme im Fahrzeug vorgesehen. Ein Wärmerohr enthält ein Phasenwechselmaterial und weist einen Kondensator bereichern einem Verdampferbereich auf. Der Erhitzer stellt Wärmekontakt zwischen dem Arbeitsfluid und dem Kondensatorbereich des Wärmerohrs her.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf das Steuern eines thermodynamischen Systems, wie z. B. eines Rankine-Kreisprozesses, in einem Fahrzeug zur Rückgewinnung von Abwärmeenergie.
HINTERGRUND
Fahrzeuge, darunter Hybridfahrzeuge, weisen Brennkraftmaschinen auf, die Abgase mit hohen Temperaturen erzeugen. Ein thermodynamischer Kreisprozess, wie z. B. ein Rankine-Kreisprozess, kann zur Abwärmerückgewinnung aus einem Abwärme führenden Fluid, das bei verschiedenen Fahrzeugsystemen oder -komponenten eingesetzt wird, während des Betriebs des Fahrzeugs verwendet werden. Oftmals wird das Abwärme führende Fluid unter Verwendung eines Wärmetauschers in Wärmekontakt mit der Atmosphäre anderweitig gekühlt, so dass das Abwärme führende Fluid unter Verwendung von Umwelt- oder Umgebungsluft gekühlt wird.
KURZE DARSTELLUNG
Bei einer Ausführungsform ist ein Fahrzeug mit einer Kraftmaschine versehen, die ein Auslasssystem aufweist. Das Fahrzeug weist des Weiteren einen Expander, einen Kondensator, eine Pumpe, einen ersten Erhitzer und einen zweiten Erhitzer in sequenzieller Strömungsverbindung in einem thermodynamischen Kreisprozess, der ein Arbeitsfluid enthält, auf. Der zweite Erhitzer steht in Wärmekontakt mit Abgasen im Auslasssystem. Ein Wärmerohr ist vorgesehen und enthält ein Phasenwechselmaterial. Das Wärmerohr weist einen Verdampfungsbereich und einen Kondensatorbereich in Wärmekontakt mit dem Arbeitsfluid in dem ersten Erhitzer auf. Das Wärmerohr definiert einen Dampfraum und einen Flüssigkeitsraum, die durch eine Transportschicht (engl. wicking layer) voneinander getrennt sind. Ein Fahrzeugsystem ist dazu konfiguriert, dem Verdampfungsbereich des Wärmerohrs über ein rezirkulierendes Fluid Abwärme von einer Fahrzeugkomponente zuzuführen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Fahrzeug mit einem Expander, einem Kondensator, einer Pumpe und einem Erhitzer in sequenzieller Strömungsverbindung in einem thermodynamischen Kreisprozess, der ein Arbeitsfluid enthält, versehen. Ein Wärmerohr enthält ein Phasenwechselmaterial und weist einen Kondensatorbereich und einen Verdampferbereich in Wärmekontakt mit einem rezirkulierenden Fluid eines Fahrzeugsystems auf. Der Erhitzer stellt Wärmekontakt zwischen dem Arbeitsfluid und dem Kondensatorbereich des Wärmerohrs bereit.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt. Ein Phasenwechselmaterial wird mit einem rezirkulierenden Fluid eines Fahrzeugkühlsystems in einem Verdampferbereich eines Wärmerohrs erwärmt. Ein Mischphasenarbeitsfluid wird mit einem Kondensatorbereich des Wärmerohrs in einem Erhitzer, der in sequenzieller Strömungsverbindung mit einem Expander, einem Kondensator und einer Pumpe in einem thermodynamischen Kreisprozess steht, erwärmt. Eine Welle eines Expanders wird zur Energierückgewinnung in einem Fahrzeug mit dem Arbeitsfluid angetrieben.
Verschiedene Beispiele der vorliegenden Offenbarung bieten nicht einschränkende Vorteile. Beispielsweise kann ein thermodynamischer Kreisprozess in einem Fahrzeug dazu verwendet werden, Abwärme und Energie rückzugewinnen und den Fahrzeugwirkungsgrad zu erhöhen. Der thermodynamische Kreisprozess kann ein Rankine-Kreisprozess sein. Ein Wärmerohr wird vorgesehen, um Abwärme aus einem Fahrzeugsystemfluid in einem Fahrzeugsystem aufzunehmen und das Arbeitsfluid im thermodynamischen Kreisprozess zu erwärmen. Das Wärmerohr stellt eine passive Vorrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Fahrzeugsystemfluid und dem Arbeitsfluid bereit. Bei dem Fahrzeugsystemfluid kann es sich um ein Kühlmittel eines elektronischen Systems, einen Kraftstoff, ein Schmiermittel, wie z. B. Kraftmaschinenschmiermittel, und dergleichen handeln. Bei dem Wärmerohr handelt es sich um ein geschlossenes abgedichtetes System, das ein Phasenwechselmaterial enthält, das zwischen einer Flüssigphase und einer Dampfphase wirkt. Der hohe Wirkungsgrad und die hohe Wärmeleitfähigkeit des Wärmerohrs stellen eine zuverlässige und effektive Art und Weise des Erwärmens des Arbeitsfluids im Kreisprozess und des Rückgewinnens von Abwärme aus Fahrzeugsystemen und -komponenten bereit.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine schematische Darstellung von Systemen eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform dar;
2 stellt ein vereinfachtes Druck-Enthalpie-Diagramm für den Rankine-Kreisprozess von 1 dar;
3 stellt ein vereinfachtes Druck-Enthalpie-Diagramm für den Rankine-Kreisprozess von 1 bei verschiedenen Betriebsbedingungen dar;
4 stellt ein Wärmerohr gemäß einer Ausführungsform zur Verwendung bei dem Fahrzeug von 1 dar;
5 stellt eine schematische Schnittansicht des Wärmerohrs von 4 dar;
6 stellt eine schematische Darstellung eines Rankine-Kreisprozesses zur Verwendung bei einem Fahrzeug mit einem Wärmerohr gemäß einer Ausführungsform dar; und
7 stellt eine weitere schematische Darstellung eines Rankine-Kreisprozesses zur Verwendung bei einem Fahrzeug mit einem Wärmerohr gemäß einer weiteren Ausführungsform dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart, es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hierin offenbart werden, sollen nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einzusetzen ist. Die Beschreibung von Bestandteilen mit chemischen Begriffen bezieht sich auf die Bestandteile zum Zeitpunkt der Zugabe zu einer in der Beschreibung spezifizierten Kombination und schließt nicht notwendigerweise chemische Wechselwirkungen zwischen den Bestandteilen des Gemischs nach der Mischung aus. Ein wie in der vorliegenden Offenbarung beschriebenes Fluid kann sich auf eine Substanz in verschiedenen Zuständen oder Phasen beziehen, darunter Dampfphase, Flüssigphase, Dampf/Flüssig-Mischphase, überhitzte Gase, unterkühlte Flüssigkeiten und dergleichen.
Ein thermodynamischer Kreisprozess, wie z. B. ein Rankine-Kreisprozess, kann dazu verwendet werden, Wärmeenergie in mechanische oder elektrische Leistung umzuwandeln. Es sind Anstrengungen unternommen worden, Wärmeenergie effektiver aus Kraftmaschinenabgasen, während sie Abwärme im Fahrzeug abgeben, aufzufangen. Die vorliegende Offenbarung sorgt für einen Rankine-Kreisprozess mit einem Wärmerohr, das zwischen dem Fahrzeugkühlsystem und dem Verdampfer des Kreisprozesses zur Rückgewinnung von Abwärme von einem Fluid in einem Fahrzeugsystem oder einer Fahrzeugkomponente vorgesehen ist. Das Wärmerohr enthält ein weiteres Arbeitsfluid mit Phasenwechsel während des Betriebs. Das Wärmerohrfluid erwärmt und verdampft das Arbeitsfluid im Wärmerohr. Das Arbeitsfluid im Wärmerohr erwärmt dann das Arbeitsfluid im Kreisprozess im Verdampfer (oder Wärmerohrkondensierabschnitt), so dass das Arbeitsfluid im Wärmerohr mit Verdampfung des Arbeitsfluids im Kreisprozess in eine Flüssigphase kondensiert wird.
1 stellt eine vereinfachte schematische Darstellung verschiedener Systeme innerhalb eines Fahrzeugs 10 gemäß einem Beispiel dar. Fluide in verschiedenen Fahrzeugsystemen können über Wärmeübertragung auf ein Arbeitsfluid innerhalb von Wärmetauschern eines Rankine-Kreisprozesses gekühlt werden, und das Arbeitsfluid wird wiederum in einem Kondensator des Rankine-Kreisprozesses unter Verwendung von Umgebungsluft gekühlt. Der Rankine-Kreisprozess gestattet Energierückgewinnung durch Umwandlung von Abwärme im Fahrzeug in elektrische Leistung oder mechanische Leistung, die ansonsten an die Umgebungsluft abgegeben würde.
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Hybridfahrzeug mit mehreren Quellen von den Fahrzeugrädern zur Verfügung stehendem Drehmoment handeln. In anderen Beispielen handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein herkömmliches Fahrzeug mit lediglich einer Kraftmaschine. In dem gezeigten Beispiel weist das Fahrzeug eine Brennkraftmaschine (ICE – Internal Combustion Engine) 50 und eine elektrische Maschine 52 auf. Die elektrische Maschine 52 kann ein Motor oder ein Motor-Generator sein. Die Kraftmaschine 50 und die elektrische Maschine 52 sind über ein Getriebe 54 mit einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 verbunden. Das Getriebe 54 kann ein Zahnradgetriebe, ein Planetenradsystem oder ein anderes Getriebe sein. Zwischen der Kraftmaschine 50, der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 können Kupplungen 56 vorgesehen sein. Der Antriebsstrang kann verschiedenartig konfiguriert sein, darunter als ein Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 52 empfängt elektrische Leistung, um den Rädern 55 Drehmoment bereitzustellen, von einer Traktionsbatterie 58. Die elektrische Maschine 52 kann des Weiteren als ein Generator betrieben werden, um elektrische Leistung zum Laden der Batterie 58 bereitzustellen, beispielsweise während eines Bremsbetriebs.
Bei der Kraftmaschine 50 kann es sich um eine Brennkraftmaschine, wie z. B. eine Selbstzündungskraftmaschine oder Fremdzündungskraftmaschine, handeln. Die Kraftmaschine 50 weist ein Auslasssystem 60 auf, durch das Abgase aus Zylindern in der Kraftmaschine 50 in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Das Auslasssystem 60 weist einen Auslasskrümmer auf, der mit den Auslasskanälen der Zylinder der Kraftmaschine verbunden ist. Das Auslasssystem 60 kann einen Schalldämpfer zum Schallschutz umfassen. Das Auslasssystem 60 kann ein oder mehrere Abgasreinigungssysteme umfassen, wie z. B. einen Dreiwegekatalysator, einen Katalysator, ein Partikelfilter und dergleichen. In einigen Beispielen kann das Auslasssystem 60 des Weiteren ein Abgasrückführungs-(AGR)-System und/oder eine Verdichtungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Turbolader, umfassen.
Das Fahrzeug 10 weist des Weiteren ein Fahrzeugsystem 62, wie z. B. ein Schmiersystem 62 für die Kraftmaschine, auf. Das Fahrzeugsystem 62 enthält ein Fahrzeugsystemfluid, das während des Fahrzeugbetriebs gekühlt werden muss. Das Fahrzeugsystemfluid kann im Fall auf der vorliegenden Offenbarung als ein Abwärme führendes Fluid oder Systemfluid bezeichnet werden. Bei dem gezeigten Beispiel enthält das Schmiersystem 62 ein rezirkulierendes Systemfluid, wie z. B. ein Schmierfluid, das ein Fluid auf Erdölbasis, ein Fluid nicht auf Erdölbasis und/oder ein anderes Fluid zum Schmieren und/oder Entfernen von Wärme aus der Kraftmaschine 50 während des Betriebs umfassen kann. Die Kraftmaschine 50 kann mit einem inneren oder äußeren Mantel mit Kanälen für das Schmierfluid zu verschiedenen Bereichen der Kraftmaschine 50 versehen sein. Das Schmiersystem 62 kann eine Pumpe 64, eine zum Kühlen des Systemfluids verwendete Wärmetauschvorrichtung 66 und einen Behälter (nicht gezeigt) umfassen.
In anderen Beispielen, die im Folgenden beschrieben werden, kann es sich bei dem Fahrzeugsystem 62 um ein Getriebeschmiersystem, ein Dieselkraftstoffkühlsystem, ein Kühlsystem für eine Batterie oder ähnliche Elektronik und dergleichen handeln.
Das Fahrzeug weist einen thermodynamischen Kreisprozess 70 auf. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Kreisprozess 70 um einen Rankine-Kreisprozess. In einem anderen Beispiel handelt es sich bei dem Kreisprozess 70 um einen modifizierten Rankine-Kreisprozess oder einen anderen thermodynamischen Kreisprozess, der ein Arbeitsfluid umfasst, das mehr als eine Phase während des Kreisprozessbetriebs durchläuft. Der Rankine-Kreisprozess 70 enthält ein Arbeitsfluid. In einem Beispiel durchläuft das Arbeitsfluid einen Phasenwechsel und ist ein Mischphasenfluid im System. Bei dem Arbeitsfluid kann es sich um R-134a, R-245 oder ein anderes organisches oder anorganisches chemisches Kältemittel basierend auf den gewünschten Betriebsparametern des Kreisprozesses handeln.
Der Kreisprozess 70 weist eine Pumpe 72, einen Verdichter oder eine andere Vorrichtung, die zum Erhöhen des Drucks des Arbeitsfluids konfiguriert ist, auf. Die Pumpe 72 kann eine Zentrifugalpumpe, eine Verdrängungspumpe usw. sein. Das Arbeitsfluid strömt von der Pumpe 72 zu einem oder mehreren Wärmetauschern. Die Wärmetauscher können Vorwärmer, Verdampfer, Überhitzer und dergleichen, die zur Übertragung von Wärme auf das Arbeitsfluid konfiguriert sind, sein.
Das gezeigte Beispiel weist einen ersten Wärmetauscher 74 auf, der als ein Vorwärmer konfiguriert ist. Ein zweiter Wärmetauscher 76 ist vorgesehen und kann als ein Verdampfer konfiguriert sein. In anderen Beispielen können mehr oder weniger Wärmetauscher stromabwärts der Pumpe 72 vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Kreisprozess 70 mit drei oder mehr Wärmetauschern zum Erwärmen des Arbeitsfluids, beispielsweise unter Verwendung von Abwärme aus Kraftmaschinenabgasen und zwei verschiedenen Fahrzeugsystemfluiden, ausgestattet sein. Darüber hinaus können die Wärmetauscher stromabwärts der Pumpe 72 auf verschiedene Art und Weise bezüglich einander angeordnet oder positioniert sein, beispielsweise parallel, in Reihe wie gezeigt oder in einer Kombination aus Reihen- und Parallelstrom.
Die Wärmetauscher 74, 76 sind dazu konfiguriert, Wärme von einer außerhalb befindlichen Wärmequelle zum Erwärmen des Arbeitsfluids innerhalb des Kreisprozesses 70 zu übertragen. In dem gezeigten Beispiel sind die Wärmetauscher 74, 76 dazu konfiguriert, Wärme von einem Fahrzeugsystemfluid bzw. Kraftmaschinenabgasen auf das Arbeitsfluid im Kreisprozess 70 zu übertragen. Die Temperatur des Fahrzeugsystemfluids wird reduziert, und die Temperatur des Arbeitsfluids des Kreisprozesses 70 wird durch den Wärmetauscher 74 erhöht. Die Temperatur des Kraftmaschinenabgases wird reduziert, und die Temperatur des Arbeitsfluids des Kreisprozesses 70 wird gleichermaßen durch den Wärmetauscher 76 erhöht. Das Fahrzeugsystemfluid und/oder die Kraftmaschinenabgase können das Arbeitsfluid im Kreisprozess 70 erwärmen, so dass das Arbeitsfluid einen Phasenwechsel von einer Flüssigphase in eine Dampfphase durchläuft.
Der Wärmetauscher 76 ist im Kreisprozess 70 vorgesehen. Der Wärmetauscher 76 ist so vorgesehen, dass die Kraftmaschinenabgase im Auslasssystem 60 durch den Wärmetauscher 76 strömen, um direkt Wärme auf das Arbeitsfluid im Kreisprozess 70 zu übertragen. Das Kraftmaschinenauslasssystem 60 kann einen ersten Strömungspfad 78 durch den Wärmetauscher 76 oder damit in Kontakt aufweisen. Das Kraftmaschinenauslasssystem 60 kann des Weiteren einen zweiten Strömungspfad oder Umgehungsströmungspfad 80 zum Umleiten von Abgasstrom um den Wärmetauscher 76 herum aufweisen. Ein Ventil 82 kann zur Steuerung der Menge an Abgas, das durch den Wärmetauscher 76 strömt, vorgesehen sein, wodurch wiederum die Menge an Wärme, die auf das Arbeitsfluid übertragen wird, und die Temperatur und der Zustand des Arbeitsfluids stromaufwärts des Expanders 90 gesteuert werden können. Der Wärmetauscher 76 kann verschiedenartig konfiguriert sein, beispielsweise kann der Wärmetauscher 76 ein einzügiger oder mehrzügiger Wärmetauscher sein und kann Gleichstrom, Querstrom oder Gegenstrom bereitstellen. Der Wärmetauscher 76 kann als ein Verdampfer im Kreisprozess 70 vorgesehen sein.
Der Wärmetauscher 74 kann als ein Vorwärmer vorgesehen sein und wird durch eine Kammer gebildet. Der Wärmetauscher 74 ist zur Wärmeübertragung zwischen einem Wärmerohr 84 und dem Arbeitsfluid im Kreisprozess 70 konfiguriert. Allgemein ist das Wärmerohr 84 eine geschlossene Wärmeübertragungsvorrichtung, die ein Phasenwechselmaterial enthält. Das Phasenwechselmaterial kann eine chemische Lösung oder ein chemisches Gemisch sein, die bzw. das sich vom Arbeitsfluid des Kreisprozesses 70 unterscheidet, oder in einem Beispiel können sie dieselbe chemische Lösung sein. Das Wärmerohr 84 kann eine abgedichtete Röhre oder Struktur aufweisen, die Phasenwechsel zur Wärmeübertragung zwischen zwei Grenzflächen verwendet. Das Wärmerohr 84 weist eine warme Grenzfläche oder einen warmen Verdampfungsbereich 86 in Wärmekontakt oder Verbindung mit dem Systemfluid im Fahrzeugsystem 62 auf. Das Phasenwechselmaterial innerhalb des Wärmerohrs 84 absorbiert Wärme und wird am Verdampfungsbereich 86 zu einem Dampf. Der Dampf bewegt sich dann durch das Wärmerohr 84 zu einer kalten Grenzfläche oder einem kalten Kondensatorbereich 88 und kondensiert zu einer Flüssigkeit und setzt latente Wärme zum Erwärmen des Arbeitsfluids im Kreisprozess 70 frei. Die Flüssigkeit kehrt dann zum Verdampfungsbereich 86 zurück und der Kreisprozess wiederholt sich.
Das Wärmerohr 84 kann als ein einziges Wärmerohr oder als mehrere Wärmerohre vorgesehen sein, und jedes Wärmerohr kann eine einzige Röhre oder mehrere Verteiler aufweisen. Das Wärmerohr 84 kann aufgrund von Packagingbeschränkungen im Fahrzeug und Wärmeübertragungsanforderungen für den Kreisprozess 70 verschiedene Geometrien und Konfigurationen aufweisen. Das Wärmerohr 84 wird im Folgenden mit Bezug auf 4 und 5 detaillierter beschrieben.
In verschiedenen Beispielen sind das Wärmerohr 84 und der Wärmetauscher 74 dazu konfiguriert, Wärme von einem Systemfluid in verschiedenen Fahrzeugsystemen, darunter unter anderem ein Kraftmaschinenschmierfluid, ein Getriebeschmierfluid, ein Batteriekühlfluid und ein Kraftmaschinenkraftstoff, wie z. B. Dieselkraftstoff, auf das Arbeitsfluid des Kreisprozesses 70 zu übertragen. Das Wärmerohr 84 und der Wärmetauscher 74 ersetzen einen umgebungsluftgekühlten Wärmetauscher für Fluide in jedem dieser Systeme, wodurch Abwärme zur Verwendung im Rankine-Kreisprozess 70 rückgewonnen und der luftgekühlte Wärmetauscher für das System im Fahrzeug eliminiert wird.
Mindestens einer der Wärmetauscher 74, 76 ist dazu konfiguriert, ausreichend Wärme auf das Arbeitsfluid in dem Kreisprozess 70 zu übertragen, um das Arbeitsfluid zu verdampfen, wie im Folgenden weiter erörtert wird. Der Verdampfer nimmt das Arbeitsfluid in einer Flüssigphasen- oder Flüssigdampfmischphasenlösung auf. Die Offenbarung beschreibt allgemein die Verwendung des Wärmetauschers 76 als Verdampfer unter Verwendung des Kraftmaschinenauslasses 60; jedoch kann der Wärmetauscher 76 auch als der Verdampfer fungieren. Die Positionierung des Wärmetauschers 74 bezüglich des Wärmetauschers 76 kann auf einer Durchschnittstemperatur oder zur Verfügung stehenden Wärme in den Fluiden der Fahrzeugsysteme und der Abgastemperatur basieren.
Der Expander 90 kann eine Turbine, wie z. B. eine Zentrifugalturbine oder eine Axialturbine, oder eine andere ähnliche Vorrichtung sein. Der Expander 90 wird durch das Arbeitsfluid gedreht, um mit Ausdehnung des Arbeitsfluids Arbeitsleistung zu erzeugen. Der Expander 90 kann mit einem Motor/Generator 92, um den Motor/Generator zur Erzeugung von elektrischer Leistung zu drehen, oder mit einem anderen mechanischen Gestänge, um der Antriebswelle und den Rädern 55 zusätzliche Leistung zuzuführen, verbunden sein. Der Expander 90 kann durch eine Welle oder ein anderes mechanisches Gestänge mit dem Generator 92 verbunden sein. Der Generator 92 ist mit der Batterie 58 verbunden, um elektrische Leistung zum Laden der Batterie 58 bereitzustellen. Ein Wechselrichter oder AC-DC-Wandler 94 kann zwischen dem Generator 92 und der Batterie 58 vorgesehen sein.
Das Arbeitsfluid im Kreisprozess 70 tritt aus dem Expander 90 aus und strömt zu einem Wärmetauscher 96, der auch als ein Kondensator 96 in dem Kreisprozess 70 bezeichnet wird. Der Kondensator 96 kann in einem Frontbereich des Fahrzeugs 10 positioniert sein. Der Kondensator 96 ist dazu konfiguriert, mit einem Umgebungsluftstrom 98 in Kontakt zu sein, so dass Wärme von dem Arbeitsfluid auf den Umgebungsluftstrom übertragen wird, um Wärme aus dem Arbeitsfluid zu entfernen und das Arbeitsfluid zu kühlen und/oder zu kondensieren. Der Kondensator 96 kann einstufig oder mehrstufig sein, und der Strom des Arbeitsfluids kann durch die verschiedenen Stufen wie durch den Kreisprozess 70 erforderlich unter Verwendung von Werten oder anderen Mechanismen steuerbar sein.
In einigen Beispielen umfasst der Kreisprozess 70 einen Fluidakkumulator 100 oder Trockner. Der Akkumulator 100 kann als ein Fluid- oder Flüssigkeitsbehälter für das Arbeitsfluid in dem Kreisprozess 70 bereitgestellt sein. Die Pumpe 72 saugt Fluid aus dem Akkumulator 100, um den Kreisprozess 70 abzuschließen. Wie am besten aus 1 ersichtlich ist, ist der Kreisprozess 70 ein geschlossener Kreisprozess, so dass das Arbeitsfluid nicht mit dem Phasenwechselmaterial im Wärmerohr 84, anderen Fluiden im Fahrzeug oder mit Umgebungsluft gemischt wird. Gleichermaßen ist das Wärmerohr 84 ein geschlossenes System, so dass das Phasenwechselmaterial im Wärmerohr nicht mit dem Arbeitsfluid im Kreisprozess 70, anderen Fluiden im Fahrzeug oder mit Umgebungsluft gemischt wird.
Der Kreisprozess 70 kann eine Steuerung 102 umfassen, die dazu konfiguriert ist, den Kreisprozess innerhalb vorbestimmter Parameter zu betreiben, wie im Folgenden beschrieben wird. Die Steuerung 102 kann in ein Motorsteuergerät (ECU – Engine Control Unit), ein Getriebesteuergerät (TCU – Transmission Control Unit), eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC – Vehicle System Controller) oder dergleichen integriert sein oder damit in Verbindung stehen und kann des Weiteren mit verschiedenen Fahrzeugsensoren in Verbindung stehen. Das Steuersystem für das Fahrzeug 10 kann eine beliebige Anzahl von Steuerungen umfassen und kann in eine einzige Steuerung integriert sein oder verschiedene Module aufweisen. Einige oder alle der Steuerungen können durch ein CAN (Controller Area Network) oder ein anderes System verbunden sein. Die Steuerung 102 und das Fahrzeugsteuerungssystem können einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit (CPU – Central Processing Unit) umfassen, der oder die mit verschiedenen Arten von rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien in Verbindung steht. Zu rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in zum Beispiel Nurlesespeichern (ROM – Read-Only Memory), Direktzugriffsspeichern (RAM – Random-Access Memory) und Keep-Alive-Speichern (KAM – Keep Alive Memory) gehören. Der KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der zum Speichern von verschiedenen Betriebsvariablen, während die CPU abgeschaltet ist, verwendet werden kann. Die rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer beliebigen einer Anzahl von bekannten Speichervorrichtungen implementiert werden, wie zum Beispiel PROM (programmierbare Nurlesespeicher), EPROM (elektrische PROM), EEPROM (elektrisch löschbare PROM), Flash-Speicher oder irgendwelche anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die von der Steuerung beim Steuern des Fahrzeugs oder des Kreisprozesses 70 verwendet werden.
2 zeigt ein Druck-Enthalpie-Diagramm für das Arbeitsfluid des in 2 gezeigten Rankine- oder thermodynamische Kreisprozesses 70. Im Diagramm ist Druck (P) auf der Y-Achse und Enthalpie (h) auf der X-Achse. Enthalpie kann Einheiten von Energie pro Einheit Masse, z. B. kJ/kg, haben.
Der Kuppelteil 120 stellt eine Trennlinie zwischen den verschiedenen Phasen des Arbeitsfluids bereit. Das Arbeitsfluid ist eine Flüssigkeit oder eine unterkühlte Flüssigkeit im Bereich 122 links vom Kuppelteil 120. Das Arbeitsfluid ist ein Dampf oder überhitzter Dampf im Bereich 126 rechts vom Kuppelteil 120. Das Arbeitsfluid ist eine Mischphase, z. B. ein Gemisch aus Flüssig- und Dampfphase, im Bereich 124 unter dem Kuppelteil 120. Entlang der linken Seite des Kuppelteils 120, wo der Bereich 122 und der Bereich 124 aufeinandertreffen, ist das Arbeitsfluid eine gesättigte Flüssigkeit. Entlang der rechten Seite des Kuppelteils 120, wo der Bereich 124 und der Bereich 126 aufeinandertreffen, ist das Arbeitsfluid ein gesättigter Dampf.
Der Rankine-Kreisprozess 70 von 1 ist in dem Diagramm gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Der in Diagrammform dargestellte Kreisprozess 70 ist für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung vereinfacht und jegliche Verluste im Kreisprozess 70 oder System sind nicht dargestellt, obgleich sie bei praktischen Anwendungen vorliegen können. Verluste können Pumpverluste, Rohrverluste, Druck- und Reibverluste, Wärmeverluste durch verschiedene Komponenten und andere Irreversibilitäten umfassen. Der in 2 gezeigte Betrieb des Kreisprozesses 70 ist dahingehend vereinfacht, dass konstanter Druck und adiabatische, reversible und/oder isentrope Verfahrensschritte, wie jeweils angemessen und im Folgenden beschrieben, angenommen werden; jedoch ist für einen Durchschnittsfachmann erkennbar, dass der Kreisprozess 70 bei einer realen Anwendung von diesen Annahmen abweichen kann. Bei der Darstellung im Diagramm wird der Kreisprozess zwischen einem hohen Druck P_H und einem niedrigen Druck P_L betrieben. Im Diagramm sind auch konstante Temperaturlinien, z. B. T_H und T_L, gezeigt.
Der Kreisprozess 70 beginnt bei Punkt 130, wo das Arbeitsfluid in die Pumpe 72 eintritt. Bei 130 ist das Arbeitsfluid eine Flüssigkeit und kann bei P_L auf eine Temperatur von 2–3 °C oder mehr unter der Sättigungstemperatur unterkühlt werden. Das Arbeitsfluid tritt bei Punkt 132 mit einem höheren Druck P_H und in einer Flüssigphase aus der Pumpe 72 aus. In der Darstellung des gezeigten Beispiels ist der Pumpprozess von 130–132 isentrop oder adiabatisch und reversibel.
Das Arbeitsfluid tritt bei 132 in einen oder mehrere Wärmetauscher, beispielsweise Wärmetauscher 74, 76, ein. Das Arbeitsfluid wird in den Wärmetauschern 74, 76 unter Verwendung von Abwärme aus dem Fahrzeugsystem und dem Kraftmaschinenabgas erwärmt. Das Arbeitsfluid tritt bei Punkt 134 als Dampf oder überhitzter Dampf aus den Wärmetauschern aus. Der Wärmprozess von 132 bis 134 wird als ein Prozess bei konstantem Druck dargestellt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, tritt der Prozess von 132 bis 134 bei P_H auf, und die Temperatur erhöht sich bei 134 auf T_H. Das Arbeitsfluid beginnt bei 132 in einer Flüssigphase und tritt aus den Wärmetauschern 74, 76 bei 134 in einer überhitzten Dampfphase aus.
Das Arbeitsfluid tritt bei Punkt 134 in einen Expander 90, wie z. B. eine Turbine, als ein überhitzter Dampf ein. Bei seiner Ausdehnung zur Erzeugung von Arbeitsleistung treibt das Arbeitsfluid den Expander an oder dreht diesen. Das Arbeitsfluid tritt bei Punkt 136 aus dem Expander 90 mit einem Druck P_L aus. Das Arbeitsfluid kann wie gezeigt bei 136 ein überhitzter Dampf sein. In anderen Beispielen kann das Arbeitsfluid nach dem Austreten aus dem Expander 90 ein gesättigter Dampf sein oder kann eine Mischphase und im Bereich 124 sein. In einem weiteren Beispiel befindet sich das Arbeitsfluid wenige Grad Celsius von der Sättigungs-Dampflinie auf der rechten Seite des Kuppelteils 120. In dem gezeigten Beispiel wird der Ausdehnungsprozess von 134 bis 136 als isentrop oder adiabatisch und reversibel dargestellt. Der Expander 90 bewirkt mit Ausdehnung des Arbeitsfluids einen Druckabfall und einen entsprechenden Temperaturabfall über die Vorrichtung hinweg.
Bei 136 tritt das Arbeitsfluid in einen oder mehrere Wärmetauscher, beispielsweise den Wärmetauscher 96, ein. Das Arbeitsfluid wird innerhalb des Wärmetauschers 96 unter Verwendung von Umgebungsluft, die durch den Frontbereich des Fahrzeugs aufgenommen wird, gekühlt. Das Arbeitsfluid tritt bei Punkt 130 aus dem Wärmetauscher aus und strömt dann zur Pumpe 72. Im Kreisprozess 70 kann auch ein Akkumulator enthalten sein. Der Wärmprozess von 136 bis 130 wird als ein Prozess mit konstantem Druck dargestellt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, tritt der Prozess von 136 bis 130 bei P_L auf. Die Temperatur des Arbeitsfluids kann innerhalb des Wärmetauschers 96 fallen. Das Arbeitsfluid beginnt bei 136 als ein überhitzter Dampf oder eine Dampf-Flüssig-Mischphase und verlässt den Wärmetauscher 96 bei 130 als eine Flüssigkeit.
In einem Beispiel ist der Kreisprozess 70 dazu konfiguriert, mit einem Druckverhältnis von P_H zu P_L von ungefähr 3 betrieben zu werden oder in einem weiteren Beispiel mit einem Druckverhältnis von ungefähr 2,7. In anderen Beispielen kann das Druckverhältnis höher oder niedriger sein. Der Kreisprozess 70 kann dahingehend angepasst werden, in verschiedenen Außenumgebungen betrieben zu werden, wie dies durch das Fahrzeug und seine Umwelt erforderlich ist. In einem Beispiel ist der Kreisprozess 70 dazu konfiguriert, über eine Reihe von möglichen Umgebungstemperaturen hinweg betrieben zu werden. Die Umgebungstemperatur kann eine Grenze für das Ausmaß an Kühlung, das für das Arbeitsfluid in dem Wärmetauscher 30 zur Verfügung steht, bereitstellen. In einem Beispiel kann der Kreisprozess 70 zwischen einer Umgebungs- oder Umwelttemperatur von –25 °C und 40 °C betrieben werden. In anderen Beispielen kann der Kreisprozess 70 bei höheren und/oder niedrigeren Umgebungstemperaturen betrieben werden.
Die durch den Kreisprozess 70 bereitgestellte Leistung kann eine Funktion des Massendurchsatzes des Abwärme führenden Fluids, der Temperatur des Abwärme führenden Fluids, der Temperatur des Arbeitsfluids bei Punkt 134 und des Massendurchsatzes der Umgebungsluft sein. Beispielsweise ist die durch den Kreisprozess 70 bereitgestellte Leistung, wenn ein Fahrzeug Systemfluid und Abgas die Abwärmequellen bereitstellen, eine Funktion des Massendurchsatzes von Abgas durch den Wärmetauscher 76, der Temperatur des Abgases, das in den Wärmetauscher 76 eintritt, der Temperatur des Dampfphasenwechselmaterials im Wärmerohr 84, des Massendurchsatzes und der Temperatur des Arbeitsfluids bei Punkt 134 und des Massendurchsatzes der Umgebungsluft. In einem Beispiel lag die aus dem Kreisprozess 70 erhaltene Leistung im Bereich von 0,5–1,5 kW, und in einem weiteren Beispiel betrug sie 1 kW für einen Kreisprozess mit Abgastemperaturen im Bereich von 500–800 °C und einem Massendurchsatz des Abgases im Bereich von 50–125 kg/h.
Der Wirkungsgrad des Kreisprozesses 70 bezüglich des Fahrzeugs kann basierend auf der durch den Generator 92 erzeugten elektrischen Leistung und einer von den Abwärmequellen, z. B. Kraftmaschinenabgas, zur Verfügung stehenden Wärmeübertragungsrate bzw. -raten bestimmt werden. Die Rate an zur Verfügung stehender Wärme ist eine Funktion des Massendurchsatzes des Abwärme führenden Fluids durch den zugehörigen Kreisprozesswärmetauscher und der Temperaturdifferenz des Abwärme führenden Fluids über die Wärmetauscher hinweg. In einem Beispiel lag ein Messwert des Wirkungsgrads des Kreisprozesses durchschnittlich über 5 % bei alleiniger Verwendung von Abgaswärme, und in einem weiteren Beispiel lag ein Messwert des Wirkungsgrads des Kreisprozesses durchschnittlich über 8 % für einen Kreisprozess, bei dem lediglich Abgasabwärme verwendet wurde.
Das Aufrechterhalten des Zustands oder der Phase des Arbeitsfluids bei speziellen Betriebspunkten innerhalb des Kreisprozesses kann für den Systembetrieb und das Aufrechterhalten des Systemwirkungsgrads entscheidend sein. Beispielsweise müssen möglicherweise einer oder beide der Wärmetauscher 74, 76 zur Verwendung mit einer Flüssigphase, einem Mischphasenfluid und einem Dampfphasenfluid konstruiert werden. Das Arbeitsfluid muss möglicherweise bei Punkt 130 im Kreisprozess in einer Flüssigphase sein, um eine Luftsperre innerhalb der Pumpe 72 zu verhindern. Darüber hinaus kann es wünschenswert sein, das Arbeitsfluid zwischen den Punkten 134 und 136 basierend auf der Konstruktion des Expanders 90 als einen Dampf zu halten, da eine Mischphase den Wirkungsgrad des Systems reduzieren kann oder für eine Abnutzung der Vorrichtung 90 sorgen kann. Basierend auf der Temperatur der Umgebungsluft und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die den Umgebungsluftdurchsatz steuert, können auch das Ausmaß und/oder die Rate an Kühlung, das bzw. die dem Arbeitsfluid innerhalb des Wärmetauschers 96 zur Verfügung steht, begrenzt sein. Des Weiteren können die Menge und/oder Rate an Wärme, die zur Erwärmung des Arbeitsfluids zur Verfügung steht, beim Starten des Fahrzeugs, wenn das Kraftmaschinenabgas und/oder Kraftmaschinenkühlmittel noch nicht ihre Betriebstemperaturen erreicht haben, begrenzt sein.
Der Kreisprozess 70 kann bei verschiedenen Betriebsbedingungen betrieben werden, wie in 3 gezeigt ist. 3 stellt zwei Betriebsbedingungen für den Kreisprozess 70 dar. In der Darstellung wird der Kreisprozess 150 bei oder in der Nähe einer Mindestumgebungsluftbetriebstemperatur T_L,min betrieben. In der Darstellung wird der Kreisprozess 152 bei oder in der Nähe einer Maximalumgebungsluftbetriebstemperatur T_H,max betrieben. Das Arbeitsfluid wird basierend auf dem Kreisprozess in und den Betriebszuständen der verschiedenen Punkte im Kreisprozess und der durch diese Betriebszustände auferlegten Beschränkungen gewählt. Darüber hinaus kann der Kreisprozess 70 dahingehend gesteuert werden, innerhalb eines gewünschten Temperatur- und Druckbereichs betrieben zu werden, indem der Durchsatz des Abgases durch den Wärmetauscher 74 unter Verwendung von Ventil 82 modifiziert wird, wodurch die Menge an Wärme, die auf das Arbeitsfluid übertragen wird und dessen Temperatur bei Punkt 134 gesteuert werden. Das Ventil 82 kann ein Zweistellungsventil sein oder kann dahingehend steuerbar sein, variablen Strom bereitzustellen. Der Wärmetauscher 96 kann auch durch Bereitstellen zusätzlicher Stufen oder Begrenzen der Stufen, die das Arbeitsfluid durchströmt, basierend auf der Umgebungslufttemperatur, dem Umgebungsluftdurchsatz und der Umgebungsluftfeuchtigkeit gesteuert werden, wodurch das Ausmaß an Kühlung und die Temperatur des Arbeitsfluids bei Punkt 130 gesteuert wird. Darüber hinaus kann der Durchsatz des Arbeitsfluids durch die Pumpe 72 gesteuert werden, so dass das Arbeitsfluid eine längere oder kürzere Verweilzeit in jedem Wärmetauscher 96, 74, 76 aufweist, wodurch die Menge an zu oder von dem Arbeitsfluid übertragener Wärme gesteuert wird.
4 stellt ein Beispiel eines Wärmerohrs 200 dar. Das Wärmerohr 200 kann als Wärmerohr 84 im Kreisprozess 70 implementiert sein. Das Wärmerohr 200 weist eine Außenhülle 202 auf, die das Phasenwechselmaterial in einer abgedichteten Umgebung enthält. Das Wärmerohr 200 weist einen Verdampfungsbereich 204 auf, der mit dem Auslasssystem 60 zum Aufnehmen von Abwärme aus diesem in Wärmeverbindung steht. Der Verdampfungsbereich 204 kann mit dem Fahrzeugsystem 205 in Wärmekontakt stehen. Das Fahrzeugsystemfluid 206 im Fahrzeugsystem 205 erwärmt den Verdampfungsbereich 204 des Wärmerohrs 200, wodurch bewirkt wird, dass das Phasenwechselmaterial im Wärmerohr 200 einen Phasenwechsel zu Dampf durchläuft.
In einem nicht einschränkenden Beispiel handelt es sich bei dem Fahrzeugsystem 205 um ein Kraftmaschinenstartsystem 62, das zuvor mit Bezug auf 1 beschrieben wurde, und bei dem Fahrzeugsystemfluid handelt es sich um ein Kraftmaschinenschmiermittel.
In einem Beispiel steht der Verdampfungsbereich 204 wie gezeigt in physischem Kontakt mit einer Fläche des Fahrzeugsystems 205, so dass die Wärme zumindest teilweise durch Wärmeleitung übertragen wird. Der Verdampfungsbereich 204 kann als Mantel, Platte oder dergleichen vorgesehen sein, der bzw. die in physischem Kontakt mit einer Innen- oder Außenfläche des Fahrzeugsystems 205 steht. Der Verdampfungsbereich kann einen Abschnitt des Fahrzeugsystems 205, wie z. B. eine Leitung, einkapseln oder als ein Einsatz oder Liner innerhalb des Fahrzeugsystems 205 fungieren. In einem weiteren Beispiel ist der Verdampfungsbereich in das Fahrzeugsystem 205 integriert, wie z. B. mit einem Mantel im Zylinderkopf integriert, so dass das Wärmerohr 200 auch für Kraftmaschinenkühlung sorgen kann.
In einem weiteren Beispiel erstreckt sich der Verdampfungsbereich 204 in einen Innenbereich des Fahrzeugsystems 205, so dass Fahrzeugsystemfluid oder Kraftmaschinenschmiermittel über den Verdampfungsbereich 204 strömt, um Wärme auf das Wärmerohr 200 zumindest teilweise durch Wärmekonvektion zu übertragen. Der Verdampfungsbereich 204 kann mit Lamellen oder anderen erweiterten Flächen versehen sein, um die Fläche des Wärmerohrs 200 zu erhöhen und somit die von dem Fahrzeugsystemfluid auf das Wärmerohr 200 übertragene Wärme zu erhöhen. In diesem Beispiel kann der Verdampfungsbereich 204 dazu konstruiert sein, Hindernisse für den Fahrzeugsystemfluidstrom zu begrenzen.
In der Darstellung weist der Verdampfungsbereich 204 eine einzige Verzweigung auf; jedoch wird in Betracht gezogen, dass der Verdampfungsbereich 204 mehrere Verzweigungen aufweisen kann, die beispielsweise jedem Abgaskrümmerrohr im Krümmer zugeordnet sind.
Das Wärmerohr weist auch einen Kondensatorbereich 208 in Wärmekontakt mit einem Wärmetauscher des thermodynamischen Kreisprozesses, wie z. B. dem Wärmetauscher 74 in dem Rankine-Kreisprozess 70, auf. In einem Beispiel erstreckt sich der Kondensatorbereich 208 wie gezeigt in einen Innenbereich einer Kammer 210, die den Wärmetauscher 74 definiert. Das Arbeitsfluid 212 des Kreisprozesses 70, entweder als Flüssigphase, Gasphase oder Mischphase, strömt über den Kondensatorbereich 208, so dass Wärme von der Fläche des Wärmerohrs 200 zumindest teilweise über Wärmekonvektion übertragen wird. Der Kondensatorbereich 208 kann mit Lamellen oder anderen erweiterten Flächen 214 versehen sein, um die Fläche des Kondensatorbereichs 208 des Wärmerohrs 200 zu erhöhen und somit die vom Phasenwechselmaterial innerhalb des Kondensatorbereichs 208 auf das Arbeitsfluid 212 übertragene Wärme zu erhöhen. Das Dampfphasenwechselmaterial im Kondensatorbereich 208 erwärmt das Arbeitsfluid 213 und bewirkt, dass das Phasenwechselmaterial innerhalb des Wärmerohrs 200 einen Phasenwechsel zu einer Flüssigkeit durchläuft. Das Arbeitsfluid 212 kann auch einen Phasenwechsel oder -übergang in Abhängigkeit von der Konfiguration des Wärmetauschers 74 in dem Kreisprozess 70 und dessen Betrieb durchlaufen.
Bei einem weiteren Beispiel steht der Kondensatorbereich 208 mit einer Fläche des Wärmetauschers 76 in physischem Kontakt, so dass Wärme zumindest teilweise über Wärmeleitung übertragen wird. Der Kondensatorbereich 208 kann als ein Mantel, eine Platte oder dergleichen vorgesehen sein, der bzw. die in physischem Kontakt mit einer Innen- oder Außenfläche des Wärmetauschers 76 steht. Der Verdampfungsbereich kann einen Abschnitt des Wärmetauschers 76 einkapseln oder als ein Einsatz oder Liner innerhalb des Wärmetauschers fungieren.
Ein Zwischenbereich 216 kann zwischen dem Verdampfungsbereich 204 und dem Kondensatorbereich 208 vorgesehen sein und die beiden verbinden. Der Zwischenbereich 216 kann vorgesehen sein, wenn das Fahrzeugsystem 205 und der Wärmetauscher 74 innerhalb des Fahrzeugs 10 um einen gewissen Abstand voneinander beabstandet sind. Der Zwischenbereich 216 kann allgemein als eine Leitung für das Phasenwechselmaterial fungieren, so dass innerhalb dieses Bereichs 216 wenig oder gar keine Wärme auf das oder von dem Phasenwechselmaterial übertragen wird. In einem Beispiel ist der Zwischenbereich 216 im Wesentlichen adiabatisch. In einigen Beispielen kann der Zwischenbereich 216 mit einem isolierten Material bedeckt sein, um einen allgemein adiabatischen Teil bereitzustellen.
Das Wärmerohr 200 umfasst ein Phasenwechselmaterial zur Übertragung von Wärmeenergie vom Auslasssystem weg und auf den Kreisprozess 70. Das Phasenwechselmaterial kann so gewählt werden, dass es bei einer vorbestimmten Abgastemperatur in einen Dampf übergeht, wodurch eine Steuerung über die auf den Kreisprozess 70 übertragene Wärme bereitgestellt wird.
5 stellt eine schematische Schnittansicht des Wärmerohrs 200 gemäß einem Beispiel dar. Ein Abschnitt des Wärmerohrs 200 ist ein Verdampfungsbereich 204, der Abwärme von einem Fahrzeugsystem aufnimmt, und ein anderer Abschnitt des Wärmerohrs 200 ist ein Kondensatorbereich 208, der dem Arbeitsfluid des Kreisprozesses 70 Wärme zuführt. Ein Zwischenbereich 216 ist zwischen dem Verdampfungsbereich 204 und dem Kondensatorbereich 208 vorgesehen. Das Wärmerohr 200 kann eine beliebige Form und Geometrie aufweisen, und der Begriff Rohr beschränkt das Wärmerohr 200 nicht auf eine hohle zylindrische Röhre. Das Wärmerohr 200 kann verschiedene Querschnittsformen aufweisen und kann gerade und gekrümmte oder gebogene Teile sowie Verzweigung- oder Verteilerstrukturen umfassen. Darüber hinaus kann das Wärmerohr 200 ein einziges Wärmerohr umfassen oder kann ein Bündel aus mehreren Wärmerohren oder eine Gruppierung aus Wärmerohren sein.
Das Wärmerohr 200 weist eine Außenhülle oder -wand 202, einen Flüssigkeitsraum 220, eine Transportschicht 222 und einen Dampfraum 224 auf. Die Außenhülle 202 umschließt das Phasenwechselmaterial des Wärmerohrs 200 und bildet das geschlossene passive System. Das Wärmerohr 200 weist keine beweglichen mechanischen Komponenten auf und wird ohne mechanische oder elektrische Eingaben oder Leistung betrieben.
Der Flüssigkeitsraum 220 und die Transportschicht 222 können der Außenwand 202 benachbart sein, und die Transportschicht 222 ist zwischen der Außenwand 202 und dem Dampfraum 224 positioniert. Die Transportschicht 222 kann der Außenwand 202 direkt benachbart positioniert sein und mit dieser in Kontakt stehen, oder sie kann von der Außenwand 202 beabstandet sein. In einem Beispiel ist die Transportschicht 222 der Außenwand benachbart und enthält den Flüssigkeitsraum 220. Der Dampfraum 224 kann in einem mittleren Bereich des Rohrs 200 vorgesehen sein.
Die Außenhülle 202 kann aus einem leitfähigen Material, wie z. B. einem Metall oder dergleichen, gebildet sein. In einem Beispiel ist die Außenhülle 202 aus Kupfer und/oder einer Kupferlegierung und/oder Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Wärme wird über die Außenhülle 202 zu und von dem Phasenwechselmaterial innerhalb des Wärmerohrs übertragen.
Das Wärmerohr 200 ist mit einem Phasenwechselmaterial (PCM) gefüllt und abgedichtet. Während des Betriebs wirkt das Phasenwechselmaterial zwischen einer Dampfphase und einer Flüssigphase. In einem Beispiel des Betriebs bewirkt die latente Wärme der Verdampfung ein Druckdifferenzial zwischen dem Verdampfungsbereich und dem Kondensatorbereich, die dahingehend fungieren, das Phasenwechselmaterial in einem Strömungskreisprozess anzutreiben.
Die Transportschicht 222 kann den Flüssigkeitsraum 220 bereitstellen. In einem weiteren Beispiel kann die Transportschicht 222 den Flüssigkeitsraum 220 und den Dampfraum 224 voneinander trennen. Die Transportschicht 222 kann aus einem beliebigen geeigneten Material zur Migration und zum Transport des Phasenwechselmaterials hergestellt sein. In einem Beispiel unterstützt die Transportschicht 222 die Masseübertragung des Dampf-PCM in den Dampfraum 224 und die Masseübertragung des flüssigen PCM in den Flüssigkeitsraum 220. Die Transportschicht 222 kann für eine Kapillarwirkung auf das flüssige PCM sorgen, um ein Zyklieren oder Zirkulieren des PCM im Wärmerohr 200 zu bewirken. Es können auch Schwerkräfte dazu verwendet werden, eine Strömungsbewegung des flüssigen PCM zu bewirken, wenn der Kondensatorbereich 208 über dem Verdampferbereich 204 positioniert ist und die Transportschicht wird möglicherweise nicht benötigt; jedoch kann das Wärmerohr 200 unabhängig von Schwerkräften und der Ausrichtung der Bereiche 204, 208 wirken.
In einem Beispiel ist die Transportschicht 222 eine wachsbeschichtete Faser oder ein ähnliches nichtabsorbierendes Material. In einem weiteren Beispiel ist die Transportschicht 222 eine poröse Schicht, wie z. B. ein gesintertes Metallpulver, ein Sieb, ein gerillter Docht und dergleichen.
Das Phasenwechselmaterial (PCM) wird basierend auf Betriebstemperaturen zur Verwendung mit dem Fahrzeugsystem 205 und dem Kreisprozess 70 gewählt. Das PCM wird auch basierend auf Materialverträglichkeit mit der Außenhülle und der Transportschicht gewählt. Die Außenhülle kann basierend auf Wärmeleitfähigkeit und Materialverträglichkeit mit dem Fahrzeugsystemfluid in dem Fahrzeugsystem 205 und/oder dem Arbeitsfluid im Kreisprozess 70 darauf basierend, wie das Wärmerohr 200 implementiert wird, gewählt werden. In einem Beispiel weist das Wärmerohr eine Kupfer enthaltende Hülle auf, und das PCM ist Wasser für eine Niedrigtemperaturanwendung. In einem weiteren Beispiel umfasst die Außenhülle Kupfer und/oder Stahl, und das PCM ist ein Kältemittel, wie z. B. R-134a. In noch einem weiteren Beispiel umfasst die Außenhülle Aluminium, und das PCM ist Ammoniak. Es werden auch andere Kombinationen von Außenhüllenmaterialien und PCM-Lösungen in Betracht gezogen und die oben bereitgestellten Beispiele sollen nicht beschränkend sein.
Während des Betriebs wirkt das Wärmerohr 200 dahingehend, Wärme zu absorbieren und freizusetzen. Das Phasenwechselmaterial (PCM) ist eine Flüssigkeit neben der Außenhülle in dem Flüssigkeitsraum oder eine Flüssigkeitsschicht 220. In einem Beispiel kann die Flüssigkeitsschicht 220 ein Flüssigkeitsfilm sein. Das flüssige PCM wird unter Verwendung von Abwärme aus dem Fahrzeugsystem 205 im Verdampfungsbereich 204 erwärmt. Das Fahrzeugsystemfluid überträgt Wärme durch Wärmeleitung und/oder Wärmekonvektion auf die Außenhülle 202. Wärme wird durch Wärmeleitung über die Außenhülle 202 zur Erwärmung des flüssigen PCM übertragen. Das PCM wird zumindest durch seine latente Wärme aus der Verdampfung erwärmt, so dass es einen Phasenwechsel von einer Flüssigkeit zu einem Dampf durchläuft.
Das Dampf-PCM strömt dann über und durch die Transportschicht 222, wie durch Pfeile angegeben wird, und in den Dampfraum 224. Das Dampf-PCM strömt innerhalb des Dampfraums 224 vom Verdampfungsbereich 204 zum Kondensatorbereich 208, von der warmen Seite zur kalten Seite oder von rechts nach links in 5.
Innerhalb des Kondensatorbereichs 208 wird das Dampf-PCM durch Wärmeübertragung auf das Arbeitsfluid im Kreisprozess 70 gekühlt. Zum Kühlen des PCM wird Wärme vom PCM und über die Außenhülle 202 durch Wärmeleitung übertragen. Durch Wärmeleitung und/oder Wärmekonvektion wird Wärme von der Außenhülle auf das Arbeitsfluid im Kreisprozess 70 übertragen. Das flüssige PCM strömt über und durch die Transportschicht 222, wie durch Pfeile angegeben wird, und in den Flüssigkeitsraum 220. Das PCM wird zumindest durch seine latente Wärme aus der Verdampfung gekühlt, so dass es einen Phasenwechsel von einem Dampf zu einer Flüssigkeit durchläuft. Das flüssige PCM strömt innerhalb des Flüssigkeitsraums 220 vom Kondensatorbereich 208 zum Verdampferbereich 204, von der kalten Seite zur warmen Seite oder von links nach rechts in 5.
6 stellt ein weiteres Beispiel eines Rankine-Kreisprozesses 250 zur Verwendung bei einem Fahrzeug, z. B. Fahrzeug 10, dar. Elemente im Kreisprozess, die den oben mit Bezug auf 1 beschriebenen ähnlich sind, sind mit derselben Bezugsnummer versehen. Der Kreisprozess 250 weist ein Wärmerohr 84 auf, das Wärme von einem Fahrzeugsystem 62 auf den Kreisprozess 250 überträgt. Das Fahrzeugsystem 62 ist ein Elektronikkühlsystem 252 für verschiedene elektrische Komponenten im Fahrzeug, wie z. B. die Traktionsbatterie 58, den Wechselrichter 94 und/oder den Motor 52. Andere Fahrzeugelektronikkomponenten können ebenso unter Verwendung des Kühlsystems 252 gekühlt werden. Das Kühlsystem 252 kann ein Regelkreissystem sein, das ein rezirkulierendes Kühlmittel, wie z. B. Wasser, Glykol und/oder ein anderes Fluid zum Entfernen von Wärme aus der elektrischen Komponente, enthält. Das Kühlsystem 252 kann durch einen Kühlmantel oder der gleichen verlaufen, um Wärme von der elektrischen Komponente auf das Kühlmittel zu übertragen. Das Kühlmittel strömt dann durch eine Kammer oder Leitung 66 in Wärmekontakt mit dem Verdampfungsabschnitt 86 eines Wärmerohrs 84. Die Wärme wird beim Verdampfungsabschnitt 86 des Wärmerohrs 84 von dem Kühlmittel auf das PCM übertragen. Somit wird die Temperatur des Kühlmittels reduziert und es kann zum weiteren Kühlen zur elektrischen Komponente zurückgeleitet werden. Das Kühlsystem 252 kann des Weiteren mit einer Puppe 64 und einem Behälter (nicht gezeigt) versehen sein.
Das Wärmerohr 84 kann unter Vernachlässigung jeglicher Wärmeverluste in dem System 252 die einzige in dem Kühlsystem 252 vorgesehene Wärmesenke sein. Das Kühlsystem 252 kann somit in dem Fahrzeug ohne einen luftgekühlten Wärmetauscher vorgesehen werden. Bei einem herkömmlichen System kühlt ein Kühler oder anderer Wärmetauscher das Kühlmittelfluid durch Wärmeübertragung an die Umgebungsluft.
Das PCM in dem Wärmerohr 84 erwärmt das Arbeitsfluid in dem Kreisprozess 70 im Wärmetauscher 74. Kraftmaschinenabgase können dem System 70 im Wärmetauscher 76 ebenso Wärme zu führen. Der Expander 90 wird zur Zufuhr elektrischer oder mechanischer Leistung zum Fahrzeug durch Dampfphasenarbeitsfluid rotiert. Das Arbeitsfluid wird dann im Wärmetauscher 96 gekühlt und kehrt zur Vollendung des Kreisprozesses zur Pumpe 72 zurück.
7 stellt ein weiteres Beispiel eines Rankine-Kreisprozesses 270 zur Verwendung bei einem Fahrzeug, wie z. B. Fahrzeug 10, dar. Elemente im Kreisprozess, die den oben mit Bezug auf 1 beschriebenen ähnlich sind, sind mit derselben Bezugsnummer versehen. Der Kreisprozess 270 weist ein Wärmerohr 84 auf, das Wärme von einem Fahrzeugsystem 62 auf den Kreisprozess 270 überträgt. Das Fahrzeugsystem 62 ist ein Kraftstoffversorgungssystem 272. Das Kraftstoffversorgungssystem 272 wird dahingehend gesteuert, den Brennkammern der Kraftmaschine 50 Kraftstoff zuzuführen. Unter Verwendung einer Kraftstoffpumpe 276 wird Kraftstoff von einem Kraftstofftank 274 gepumpt. Der Kraftstofftank kann einen Kraftstoff, wie z. B. Diesel, Benzin, Biodiesel, einen Kraftstoff auf Alkoholbasis (z. B. Ethanol, Methanol) und dergleichen, enthalten. In dem gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Kraftmaschine 50 um eine Verdichtungszündungs- oder Dieselkraftmaschine, und der Kraftstofftank 274 enthält Dieselkraftstoff. Die Pumpe 276 kann wie gezeigt außerhalb des Tanks 274 positioniert sein oder kann in einem anderen Beispiel innerhalb des Tanks 274 vorgesehen sein.
Die Pumpe führt einer Kraftstoffförderleitung oder einem Kraftstofffördersystem 278 Kraftstoff zu. Die Kraftstoffförderleitung 278 kann eine Kraftstoffverteilerleitung, Kraftstoffeinspritzventile oder dergleichen umfassen. Die Kraftstoffeinspritzventile können elektronisch oder mechanisch gesteuert werden. Aufgrund der Nähe zur Kraftmaschine 50 wird der Kraftstoff in der Förderleitung 278 möglicherweise erwärmt.
Das Kraftstoffversorgungssystem 272 weist des Weiteren eine Kraftstoffrücklaufleitung 280 auf, die eine Strömungsverbindung der Förderleitung 278 mit dem Kraftstofftank 274 bereitstellt, um jeglichen ungenutzten Kraftstoff zum Tank 274 zurück zu leiten. Die Kraftstoffrücklaufleitung 280 umfasst eine Kammer oder Leitung 282 in Wärmekontakt mit dem Verdampfungsabschnitt 86 eines Wärmerohrs 84. Beim Verdampfungsabschnitt 86 des Wärmerohrs 84 wird Wärme von dem rücklaufenden Kraftstoff auf das PCM übertragen. Der ungenutzte Kraftstoff kann in der Rücklaufleitung 280 durch das Wärmerohr 84 gekühlt werden, um die Temperatur des Kraftstoffs vor dem Rücklauf in den Tank 274 zu reduzieren. Durch Reduzieren der Temperatur des ungenutzten Kraftstoffs vor dem Rücklauf in den Kraftstofftank kann der Kraftmaschinenwirkungsgrad erhöht und die Lebensdauer von Kraftstoffsystemkomponenten verlängert werden.
Das Wärmerohr 84 kann unter Vernachlässigung jeglicher Wärmeverluste in dem System 272 die einzige in dem Kühlsystem 272 vorgesehene Wärmesenke sein. Das System 272 kann somit in dem Fahrzeug ohne einen luftgekühlten Wärmetauscher zum Kühlen des rücklaufenden Kraftstoffs vorgesehen werden. Bei einem herkömmlichen System kann ein luftgekühlter Wärmetauscher zum Kühlen des ungenutzten Kraftstoffs durch Wärmeübertragung an die Umgebungsluft verwendet werden.
Das PCM in dem Wärmerohr 84 erwärmt das Arbeitsfluid in dem Kreisprozess 70 im Wärmetauscher 74. Kraftmaschinenabgase können dem System 70 im Wärmetauscher 76 ebenso Wärme zu führen. Der Expander 90 wird zur Zufuhr elektrischer oder mechanischer Leistung zum Fahrzeug durch Dampfphasenarbeitsfluid rotiert. Das Arbeitsfluid wird dann im Wärmetauscher 96 gekühlt und kehrt zur Vollendung des Kreisprozesses zur Pumpe 72 zurück.
Verschiedene Beispiele der vorliegenden Offenbarung bieten nicht einschränkende Vorteile. Beispielsweise kann ein thermodynamischer Kreisprozess in einem Fahrzeug dazu verwendet werden, Abwärme und Energie rückzugewinnen und den Fahrzeugwirkungsgrad zu erhöhen. Der thermodynamische Kreisprozess kann ein Rankine-Kreisprozess sein. Ein Wärmerohr wird vorgesehen, um Abwärme aus einem Fahrzeugsystemfluid in einem Fahrzeugsystem rückzugewinnen und das Arbeitsfluid im thermodynamischen Kreisprozess zu erwärmen. Das Wärmerohr stellt eine passive Vorrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Fahrzeugsystemfluid und dem Arbeitsfluid bereit. Bei dem Fahrzeugsystemfluid kann es sich um ein Kühlmittel eines elektronischen Systems, einen Kraftstoff, ein Schmiermittel, wie z. B. Kraftmaschinenschmiermittel, und dergleichen handeln. Bei dem Wärmerohr handelt es sich um ein geschlossenes abgedichtetes System, das ein Phasenwechselmaterial enthält, das zwischen einer Flüssigphase und einer Dampfphase wirkt. Der hohe Wirkungsgrad und die hohe Wärmeleitfähigkeit des Wärmerohrs stellen eine zuverlässige und effektive Art und Weise des Erwärmens des Arbeitsfluids im Kreisprozess und des Rückgewinnens von Abwärme aus Fahrzeugsystemen und -komponenten bereit.
Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke eher der Beschreibung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale der verschiedenen Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine, die ein Auslasssystem aufweist; einen Expander, einen Kondensator, eine Pumpe, einen ersten Erhitzer und einen zweiten Erhitzer in sequenzieller Strömungsverbindung in einem thermodynamischen Kreisprozess, der ein Arbeitsfluid enthält, wobei der zweite Erhitzer in Wärmekontakt mit Abgasen im Auslasssystem steht; ein Wärmerohr, das ein Phasenwechselmaterial und eine Transportschicht enthält und einen Verdampfungsbereich und einen Kondensatorbereich in Wärmekontakt mit dem Arbeitsfluid im ersten Erhitzer aufweist, wobei das Wärmerohr einen Dampfraum und einen Flüssigkeitsraum definiert; ein Fahrzeugsystem, das dazu konfiguriert ist, Abwärme aus einer Fahrzeugkomponente dem Verdampfungsbereich des Wärmerohrs über ein rezirkulierendes Fluid zuzuführen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeugsystem ein Schmiersystem für die Kraftmaschine ist und das rezirkulierende Fluid ein Kraftmaschinenschmiermittel ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, das außerdem eine elektrische Maschine und eine Traktionsbatterie umfasst; wobei das Fahrzeugsystem ein elektrisches Kühlsystem für die Traktionsbatterie ist und das rezirkulierende Fluid ein Kühlmittel ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Fahrzeugsystem ein Kraftstoffversorgungssystem für die Kraftmaschine ist und das rezirkulierende Fluid ein Kraftstoff ist; und wobei der Verdampfungsbereich des Wärmerohrs in Wärmekontakt mit dem Kraftstoff in einer Rücklaufleitung des Kraftstoffversorgungssystems steht.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kondensatorbereich des Wärmerohrs innerhalb eines Innenbereich des ersten Erhitzers des Kreisprozesses positioniert ist, so dass das Arbeitsfluid über eine Außenfläche des Kondensatorbereichs strömt.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Wärmerohr eine Außenwand aufweist, der Flüssigkeitsraum der Außenwand benachbart ist und die Transportschicht zwischen der Außenwand und dem Dampfraum positioniert ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Auslasssystem ein Ventil aufweist, das zum Steuern des Abgasstroms zwischen dem ersten Erhitzer und einer Umgehungsleitung konfiguriert ist.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: einen Expander, einen Kondensator, eine Pumpe und einen Erhitzer in sequenzieller Strömungsverbindung in einem thermodynamischen Kreisprozess, der ein Arbeitsfluid enthält; ein Wärmerohr, das ein Phasenwechselmaterial enthält und einen Kondensatorbereich und einen Verdampfungsbereich in Wärmekontakt mit einem rezirkulierenden Fluid eines Fahrzeugsystems aufweist; wobei der Erhitzer Wärmekontakt zwischen dem Arbeitsfluid und dem Kondensatorbereich des Wärmerohrs bereitstellt.
Fahrzeug nach Anspruch 8, das außerdem eine Kraftmaschine mit einem Auslasssystem umfasst; wobei der Erhitzer ein erster Erhitzer ist, wobei der thermodynamische Kreisprozess einen zweiten Erhitzer aufweist, der hinter dem ersten Erhitzer positioniert ist; und wobei der zweite Erhitzer Wärmekontakt zwischen dem Arbeitsfluid und Abgasen im Auslasssystem bereitstellt.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei der Erhitzer ein erster Erhitzer ist, wobei der thermodynamische Kreisprozess einen zweiten Erhitzer aufweist, der hinter dem ersten Erhitzer positioniert ist, wobei das Fahrzeug außerdem Folgendes umfasst: ein zweites Wärmerohr, das ein zweites Phasenwechselmaterial enthält und einen zweiten Kondensatorbereich und einen zweiten Verdampfungsbereich in Wärmekontakt mit einem zweiten rezirkulierenden Fluid eines zweiten Fahrzeugsystems aufweist; wobei der zweite Erhitzer Wärmekontakt zwischen dem Arbeitsfluid und dem zweiten Kondensatorbereich des zweiten Wärmerohrs bereitstellt.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Fahrzeugsystem ein Kraftmaschinenschmiersystem oder ein Elektronikkühlsystem oder ein Kraftstoffversorgungssystem ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Verdampfungsbereich des Wärmerohrs dazu konfiguriert ist, Wärme aus dem rezirkulierenden Fluid passiv auf das Phasenwechselmaterial zu übertragen.
Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei der Verdampfungsbereich des Wärmerohrs innerhalb eines Innenbereichs des Fahrzeugsystems positioniert ist, so dass das rezirkulierende Fluid über den Verdampfungsbereich strömt und diesen durch Konvektion erwärmt.
Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei der Verdampfungsbereich des Wärmerohrs entlang einer Außenfläche des Fahrzeugsystems derart positioniert ist, dass das rezirkulierende Fluid den Verdampfungsbereich durch Wärmeleitung erwärmt.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei das Wärmerohr eine Transportschicht enthält und einen Dampfraum und einen Flüssigkeitsraum aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei das Wärmerohr eine Außenwand aufweist, der Flüssigkeitsraum der Außenwand benachbart ist und die Transportschicht zwischen der Außenwand und dem Dampfraum positioniert ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei der Kondensatorbereich des Wärmerohrs dazu konfiguriert ist, Wärme aus dem Phasenwechselmaterial passiv auf das Arbeitsfluid zu übertragen; und wobei der Kondensatorbereich des Wärmerohrs in dem Erhitzer so positioniert ist, dass das Arbeitsfluid des thermodynamischen Kreisprozesses über eine Außenfläche des Kondensatorbereichs strömt.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Erwärmen eines Phasenwechselmaterials mit einem rezirkulierenden Fluid eines Fahrzeugkühlsystems in einem Verdampferbereich eines Wärmerohrs; Erwärmen eines Mischphasenarbeitsfluids mit einem Kondensatorbereich des Wärmerohrs in einem Erhitzer, der mit einem Expander, einem Verdampfer und einer Pumpe in einem thermodynamischen Kreisprozess in sequenzieller Strömungsverbindung steht; und Antreiben einer Welle eines Expanders mit dem Arbeitsfluid zur Energierückgewinnung bei einem Fahrzeug.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Erhitzer ein Vorwärmer ist, wobei das Verfahren außerdem Folgendes umfasst: Erwärmen des Arbeitsfluids in einem zwischen dem Vorwärmer und dem Expander positionierten Verdampfer in dem thermodynamischen Kreisprozess mit Kraftmaschinenabgasen.
Verfahren nach Anspruch 18, das außerdem Kühlen des rezirkulierenden Fluids das Fahrzeugkühlsystems unter Verwendung des Verdampferbereichs des Wärmerohrs; und Erwärmen des rezirkulierenden Fluids des Fahrzeugkühlsystems mit Abwärme aus einer Fahrzeugkomponente, wobei es sich bei dem rezirkulierenden Fluid um ein Schmiermittel oder ein Kühlmittel oder einen Kraftstoff handelt, umfasst.