DE102016217352A1

DE102016217352A1 - heat recovery device

Info

Publication number: DE102016217352A1
Application number: DE102016217352.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Bucher; Herbert Clemens; Jörg Collisi; Michael Hötger
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2018-03-15
Also published as: WO2018046371A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmerückgewinnungseinrichtung (1) mit einem Gehäuse (2), in welchem zumindest folgende Komponenten angeordnet sind, – ein Abgaskanal (3) mit einem Eingang (4) und einem Ausgang (5) und einem dazwischen angeordneten Verdampfer (6), – ein Wärmerückgewinnungskreis (7), in welchem ein Arbeitsmedium strömt und der Verdampfer (6), ein Expander (8), ein luftgekühlter Kondensator (9) und eine Fördereinrichtung (10) zum Fördern des Arbeitsmediums angeordnet sind, – ein mit dem Expander (8) verbundener Generator (12) zur Erzeugung elektrischer Energie, – ein Arbeitsmediumreservoir (11), – eine Steuerungseinrichtung (13) und wobei an dem Gehäuse (2) eine elektrische Schnittstelle (14) zur Übergabe von elektrischer Energie angeordnet ist.The invention relates to a heat recovery device (1) having a housing (2) in which at least the following components are arranged, - an exhaust duct (3) with an inlet (4) and an outlet (5) and an evaporator (6) arranged therebetween, - A heat recovery circuit (7) in which a working medium flows and the evaporator (6), an expander (8), an air-cooled condenser (9) and a conveyor (10) for conveying the working medium are arranged, - one with the expander ( 8) connected generator (12) for generating electrical energy, - a working medium reservoir (11), - a control device (13) and wherein on the housing (2) an electrical interface (14) for the transfer of electrical energy is arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmerückgewinnungseinrichtung. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer solchen Wärmerückgewinnungseinrichtung. The present invention relates to a heat recovery device. The invention also relates to a motor vehicle with an internal combustion engine and such a heat recovery device.

Wärmerückgewinnungseinrichtungen, wie bspw. Abwärmenutzungseinrichtungen, werden in zunehmendem Maße auch in Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinen eingesetzt, um bspw. die von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen und heißen Abgase zusätzlich noch thermisch nutzen zu können. Bewirkt wird dies üblicherweise über einen in einen Abwärmenutzungskreis eingebundenen Expander, bspw. eine Axialkolbenmaschine, der/die von einem Arbeitsmedium, bspw. Dampf angetrieben wird und direkt oder indirekt mechanisch mit der Brennkraftmaschine antriebsverbunden ist. Der zum Betrieb des Expanders erforderliche Dampf wird dabei üblicherweise von den heißen von der Brennkraftmaschine stammenden Abgasen erzeugt. Heat recovery facilities, such as. Waste heat utilization facilities, are increasingly used in motor vehicles with internal combustion engines, for example, to use the ejected from the engine and hot exhaust gases additionally thermally. This is usually effected by means of an expander incorporated in a waste heat recovery circuit, for example an axial piston machine which is driven by a working medium, for example steam and is directly or indirectly mechanically connected to the internal combustion engine. The steam required for operating the expander is usually generated by the hot exhaust gases originating from the internal combustion engine.

Nachteilig hierbei ist jedoch, dass eine direkte mechanische Einbindung der Wärmerückgewinnungseinrichtung vergleichsweise aufwendig und damit teuer und in keinem Fall ohne weiteres nachrüstbar ist. The disadvantage here, however, is that a direct mechanical involvement of the heat recovery device is relatively expensive and therefore expensive and in no case readily retrofittable.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Wärmerückgewinnungseinrichtung eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben. The present invention therefore addresses the problem of providing an improved or at least one alternative embodiment for a heat recovery device.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, auf eine mechanische Leistungseinkopplung bei einer Wärmerückgewinnungseinrichtung zu verzichten und anstatt dieser lediglich eine elektrische Leistungseinkopplung zu wählen und zudem sämtliche Komponenten der Wärmerückgewinnungseinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse und damit kompakt und zugleich preiswert anzuordnen. Darüber hinaus soll eine möglichst einfache Regelung bzw. Steuerung gewählt werden, um die Kosten der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungseinrichtung zusätzlich senken zu können. Die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung besitzt dabei ein Gehäuse, in welchem zumindest folgende Komponenten angeordnet sind: Ein Abgaskanal mit einem Eingang und einem Ausgang sowie einem Verdampfer, ein Wärmerückgewinnungskreis, in welchem ein Arbeitsmedium strömt und der Verdampfer, ein Expander, bspw. eine Axialkolbenmaschine, ein luftgekühlter Kondensator und eine Fördereinrichtung zum Fördern des Arbeitsmediums angeordnet sind, ein mit dem Expander verbundener Generator zur Erzeugung elektrischer Energie sowie eine Steuerungseinrichtung und ein Reservoir für das Arbeitsmedium. An dem Gehäuse selbst ist zusätzlich noch eine elektrische Schnittstelle zur Übergabe der von dem Generator erzeugten oder einem in dem Gehäuse angeordneten Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie angeordnet. Am Gehäuse sind selbstverständlich auch der Eingang sowie der Ausgang des Abgaskanals angeordnet, bspw. sogar mit einer entsprechenden Kupplung. Mit der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungseinrichtung ist es somit erstmals möglich, eine kompakt bauende und damit kleine und vor allen Dingen preiswerte Wärmerückgewinnungseinrichtung anzubieten, bei der alle Komponenten in dem Gehäuse zusammengefasst und angeordnet sind. Durch bspw. den erfindungsgemäß luftgekühlten Kondensator ist es zudem möglich, die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung vollkommen autark, das heißt insbesondere auch unabhängig von einem Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs zu betreiben, was insbesondere auch deshalb einen großen Vorteil darstellt, da die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung auch dann betrieben werden kann, wenn ein Kühlsystem des Kraftfahrzeugs bereits an seiner Leistungsgrenze, bspw. bei einer Bergauffahrt, arbeitet. Die Steuerungseinrichtung ist dabei äußerst einfach aufgebaut und hat keinen oder einen nur minimalen Informationsaustausch mit bspw. einem Motorsteuergerät einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Steuerungseinrichtung soll dabei vorrangig den Abgasstrom im Abgaskanal steuern, bspw. über eine entsprechende Ventileinrichtung, insbesondere eine Abgasklappe, und indirekt darüber die Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung. Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungseinrichtung ist zudem, dass diese als Nachrüstsatz und vergleichsweise einfach fertige Kraftfahrzeuge eingebaut werden kann, da insbesondere eine mechanische Lasteinkopplung nicht erfolgt. The present invention is based on the general idea to dispense with a mechanical power input in a heat recovery device and instead to choose only an electrical power input and also to arrange all components of the heat recovery device in a common housing and thus compact and inexpensive. In addition, the simplest possible control or control should be selected in order to be able to additionally reduce the costs of the heat recovery device according to the invention. The heat recovery device according to the invention in this case has a housing in which at least the following components are arranged: An exhaust duct with an input and an output and an evaporator, a heat recovery circuit in which a working fluid flows and the evaporator, an expander, eg. An axial piston machine, an air-cooled Condenser and a conveyor for conveying the working medium are arranged, a generator connected to the expander for generating electrical energy and a control device and a reservoir for the working medium. An electrical interface for transferring the electrical energy stored by the generator or stored in the housing is additionally arranged on the housing itself. On the housing of course, the input and the output of the exhaust passage are arranged, for example, even with a corresponding coupling. With the heat recovery device according to the invention, it is thus possible for the first time to offer a compact and thus small and above all inexpensive heat recovery device, in which all components are combined and arranged in the housing. By, for example, the air-cooled condenser according to the invention, it is also possible to operate the heat recovery device according to the invention completely self-sufficient, that is, in particular independent of a cooling circuit of a motor vehicle, which is a great advantage in particular because the heat recovery device according to the invention can also be operated, if a cooling system of the motor vehicle is already working at its power limit, for example when driving uphill. The control device is extremely simple and has no or only a minimal exchange of information with, for example, an engine control unit of an internal combustion engine of a motor vehicle. The control device should primarily control the exhaust gas flow in the exhaust gas passage, for example via a corresponding valve device, in particular an exhaust gas flap, and indirectly via the performance of the heat recovery device. Of particular advantage in the heat recovery device according to the invention is also that this can be installed as a retrofit kit and comparatively simple finished motor vehicles, especially since a mechanical load coupling does not take place.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist in dem Gehäuse ein mit dem Generator verbundener elektrischer Energiespeicher angeordnet. Ein derartiger elektrischer Energiespeicher kann bspw. als Kondensator oder als Akkumulator ausgebildet sein. Hierdurch ist es bspw. möglich, die von dem Generator erzeugte elektrische Energie zwischen zu speichern und entsprechend einem Bedarf wieder abzugeben. Beispielsweise ist dabei denkbar, dass bei einer Bergauffahrt Leistung aus dem Energiespeicher abgegeben und bei einer Bergabfahrt Leistung in diesen eingespeichert wird. Bei einer rein mechanisch gekoppelten Wärmerückgewinnungseinrichtung kann oftmals die von dieser erzeugte Leistung bei einem hügeligen Streckenverlauf nicht optimal genutzt werden, da in Folge von thermischen Trägheiten erst die maximale Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung bereitsteht, wenn das Fahrzeug bereits wieder bergab fährt. Hierdurch geht immer zumindest ein gewisser Teil der Leistung verloren. Bei der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungseinrichtung erfolgt jedoch ausschließlich eine elektrische Energieübertragung an elektrische Verbraucher, wie bspw. Elektromotoren, wobei diese Elektromotoren sogar bei einer Bergabfahrt als Generator genutzt werden können und dadurch zusätzlich den konventionell zur Verfügung zu stellenden Energiebedarf des Kraftfahrzeugs senken und wobei die elektrische Energie sofort zur Verfügung steht. Mittels der Möglichkeit, die elektrische Energie zu speichern, kann auch die Leistung eines mit der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungseinrichtung verbundenen elektrischen Motors deutlich größer gewählt werden, als bspw. die Leistung des Generators, so dass dieser bspw. maximal 7kW Leistung aufweist, während der damit verbundene Elektromotor bspw. 20kW Leistung aufweisen kann. In an advantageous development of the solution according to the invention, an electrical energy store connected to the generator is arranged in the housing. Such an electrical energy store may be formed, for example, as a capacitor or as an accumulator. As a result, it is, for example, possible to store the electrical energy generated by the generator between and return it according to a need. For example, it is conceivable that given an uphill drive power from the energy storage and stored in a downhill performance in this. In a purely mechanically coupled heat recovery device often can not be optimally used in a hilly route, the power generated by this, since in Result of thermal inertia only the maximum performance of the heat recovery device is ready when the vehicle is already downhill again. As a result, at least a certain part of the power is always lost. In the heat recovery device according to the invention, however, only an electrical energy transfer to electrical consumers, such as. Electric motors, these electric motors can be used even as a generator downhill as a generator and thereby additionally reduce the conventionally available to be made energy demand of the motor vehicle and the electrical energy immediately is available. By means of the possibility of storing the electrical energy, the power of an electric motor connected to the heat recovery device according to the invention can be chosen to be much larger than, for example, the power of the generator, so that this, for example, has a maximum of 7 kW power, while the associated electric motor for example, may have 20kW of power.

Ein weiterer Verbrauchsvorteil kann erzielt werden, indem die Dynamikanforderung einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs reduziert wird. Hierunter ist zu verstehen, dass selbst bei Fahrten mit konstanter Geschwindigkeit auf ebener Strecke die Last der Brennkraftmaschine permanent variiert, so dass sich diese nicht in einem konstanten Arbeitspunkt befindet, sondern ständig hinsichtlich ihrer Last ändert. Dies führt bspw. dazu, dass z. Bsp. ein Abgasturbolader ständig seine Drehzahl ändert und auch die Einspritzmenge an Kraftstoff ständig variiert wird. Diese Dynamik wiederum führt zu Verbrauchsnachteilen gegenüber einem stationären Betrieb. Wenn diese Dynamik der Brennkraftmaschine durch eine entsprechende, bedarfsgerechte Leistungsabgabe der Wärmerückgewinnungseinrichtung über den Elektromotor reduziert werden kann, kann hieraus auch direkt eine Verbrauchsabsenkung erreicht werden. A further consumption advantage can be achieved by reducing the dynamic requirement of an internal combustion engine of the motor vehicle. This is to be understood that even when driving at a constant speed on a flat road, the load of the internal combustion engine permanently varies, so that it is not in a constant operating point, but constantly changes in terms of their load. This leads, for example, to the fact that z. For example, an exhaust gas turbocharger constantly changes its speed and the injection quantity of fuel is constantly varied. This dynamic in turn leads to consumption disadvantages compared to a stationary operation. If this dynamics of the internal combustion engine can be reduced by a corresponding, needs-based power output of the heat recovery device via the electric motor, a consumption reduction can be achieved directly from this.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Abgaskanal einen den Verdampfer umgehenden Abgasbypasskanal auf, wobei zudem eine Ventileinrichtung, bspw. eine Abgasklappe, vorgesehen ist, die mittels der Steuereinrichtung steuerbar ist und dadurch einen durch den Abgasbypasskanal und/oder den Verdampfer strömenden Abgasstrom steuert. Die Steuerungseinrichtung dient somit in diesem Fall zur Steuerung der Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung, indem sie einfach über die Abgasklappe Einfluss auf die Verdampferleistung nimmt. In gleicher oder ähnlicher Weise kann selbstverständlich auch ein den Expander umgehender Arbeitsmediumbypasskanal vorgesehen sein, der ebenfalls mit einer entsprechenden Ventileinrichtung steuerbar ist, so dass zusätzlich oder alternativ die Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Leistung des Expanders ausgebildet ist. In an advantageous development of the solution according to the invention, the exhaust duct has an exhaust gas bypass channel bypassing the evaporator, wherein additionally a valve device, for example an exhaust flap, is provided which can be controlled by the control device and thereby controls an exhaust gas flow passing through the exhaust gas bypass channel and / or the evaporator , The control device thus serves in this case to control the performance of the heat recovery device by simply taking effect on the evaporator performance via the exhaust valve. In the same or similar manner, it is of course also possible for a working medium bypass channel bypassing the expander to be provided, which is likewise controllable with a corresponding valve device, so that additionally or alternatively the control device is designed to control the power of the expander.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Abgasstrang die zuvor beschriebene Wärmerückgewinnungseinrichtung einzusetzen, deren Abgaskanal kommunizierend mit dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine verbunden ist. Hierdurch lassen sich wesentliche Verbrauchsvorteile beim Betrieb des Kraftfahrzeugs erreichen und insbesondere auch eine vergleichsweise technisch einfache und damit kostengünstige Einbausituation schaffen. The present invention is further based on the general idea to use the previously described heat recovery device in a motor vehicle with an internal combustion engine and an exhaust line, whose exhaust passage is communicatively connected to the exhaust line of the internal combustion engine. As a result, substantial consumption advantages in the operation of the motor vehicle can be achieved and in particular also create a comparatively technically simple and therefore cost-effective installation situation.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist zumindest ein elektrischer Verbraucher, bspw. ein Elektromotor, ein Lüfter einer Klimaanlage oder ein elektrischer Klimakompressor, vorgesehen, der über die elektrische Schnittstelle direkt mit der Wärmerückgewinnungseinrichtung gekoppelt ist. Beispielsweise ist es hierbei denkbar, dass insbesondere auch ein elektrischer Klimakompressor oder ein Lüfter der Klimaanlage permanent durch die elektrische Energie der Wärmerückgewinnungseinrichtung betrieben wird und dadurch im Energiehaushalt der Brennkraftmaschine nicht mehr berücksichtigt werden muss. Hierdurch lässt sich auch langfristig eine konstante Verbrauchssenkung erreichen. In an advantageous development of the motor vehicle according to the invention, at least one electrical load, for example an electric motor, a fan of an air conditioning system or an electrical air conditioning compressor, is provided which is coupled directly to the heat recovery device via the electrical interface. For example, it is conceivable that in particular an electric air conditioning compressor or a fan of the air conditioning system is permanently operated by the electrical energy of the heat recovery device and thus does not need to be considered in the energy budget of the internal combustion engine. As a result, a constant reduction in consumption can be achieved in the long term.

Zweckmäßig ist das Kraftfahrzeug als Nutzfahrzeug mit einem Hänger oder einem Auflieger ausgebildet und der elektrische Verbraucher als Radnabenmotor in dem Hänger oder dem Auflieger. In diesem Fall wäre somit die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung in einem Zugfahrzeug angeordnet, während zumindest ein damit gekoppelter Energiespeicher im Auflieger bzw. Hänger angeordnet ist. Durch das Laden des Energiespeichers während der Fahrt, ist bei einem Abstellen des Aufliegers bzw. des Hängers ohne Zugfahrzeug ein selbsttätiges Rangieren zumindest in bestimmten Bereichen möglich. Selbstverständlich kann dabei der zumindest eine Radnabenmotor des Aufliegers bzw. des Hängers, insbesondere während einer Bergabfahrt, als Generator genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen und damit den im Hänger bzw. im Auflieger angeordneten Energiespeicher zu laden. Suitably, the motor vehicle is designed as a commercial vehicle with a trailer or a semi-trailer and the electrical load as a wheel hub motor in the trailer or the semi-trailer. In this case, the heat recovery device according to the invention would thus be arranged in a towing vehicle, while at least one energy store coupled thereto is arranged in the semi-trailer or trailer. By loading the energy storage while driving, an automatic maneuvering is possible at least in certain areas when parking the trailer or the trailer without towing vehicle. Of course, the at least one wheel hub motor of the trailer or of the trailer, in particular during downhill driving, can be used as a generator in order to generate electrical energy and thus to charge the energy accumulator arranged in the trailer or in the semitrailer.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist zwischen dem elektrischen Verbraucher und der Wärmerückgewinnungseinrichtung eine elektrische Welle oder ein Frequenzumwandler (elektrisches Getriebe) angeordnet. Eine elektrische Welle kann bspw. durch eine unterschiedliche Polzahl des Generators und der damit verbundenen Elektromaschine erreicht werden. Dies stellt die günstigste und zugleich einfachste Variante dar. Über eine elektrische Kopplung eines Elektromotors mit dem Generator mit Hilfe eines Frequenzumwandlers, kann die Drehzahl des Elektromotors im Verhältnis zur Generatordrehzahl frei gewählt werden. Dies ist im Vergleich zur vorherigen Alternative aufwendiger aber auch deutlich effektiver. In a further advantageous embodiment of the motor vehicle according to the invention, an electrical shaft or a frequency converter (electric transmission) is arranged between the electrical load and the heat recovery device. An electric wave can be achieved, for example, by a different number of poles of the generator and the associated electric machine. This is the cheapest and simplest variant. About an electric Coupling of an electric motor with the generator by means of a frequency converter, the speed of the electric motor can be freely selected in relation to the generator speed. This is in comparison to the previous alternative consuming but also much more effective.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch, Show, in each case schematically,

1 eine erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung, 1 a heat recovery device according to the invention,

2 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer solchen Wärmerückgewinnungseinrichtung. 2 an inventive motor vehicle with such a heat recovery device.

Entsprechend der 1 weist eine erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 ein Gehäuse 2 auf, in welchem zumindest folgende Komponenten angeordnet sind: Ein Abgaskanal 3 mit einem Eingang 4 und einem Ausgang 5 sowie einem zwischen dem Eingang 4 und dem Ausgang 5 angeordneten Verdampfer 6. Darüber hinaus vorgesehen ist in dem Gehäuse 2 ein Wärmerückgewinnungskreis 7, in welchem ein Arbeitsmedium strömt und der Verdampfer 6, ein Expander 8, ein luftgekühler Kondensator 9 und eine Fördereinrichtung 10 zum Fördern des Arbeitsmediums angeordnet sind. Der Expander 8 kann dabei bspw. als Axialkolbenmaschine ausgebildet sein. Ebenfalls in dem Gehäuse 2 angeordnet sind noch ein Arbeitsmediumreservoir 11 sowie ein mit dem Expander 8 verbundener Generator 12 zur Erzeugung elektrischer Energie und eine Steuerungseinrichtung 13. An dem Gehäuse 2 angeordnet ist zudem eine elektrische Schnittstelle 14 zur Übergabe elektrischer Energie. Die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 weist dabei sämtliche erforderlichen Komponenten auf, die kompakt bauend in dem Gehäuse 2 angeordnet sind. Durch den luftgekühlten Kondensator 9 ist es zudem möglich, die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 unabhängig von bspw. einem Fahrzeugkühlsystem zu betreiben. Eingesetzt werden kann die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 bspw. in einem Kraftfahrzeug 15 (vgl. 2), wobei bei einer besonderen Variante der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 in dem Gehäuse 2 zusätzlich ein mit dem Generator 12 verbundener, elektrischer Energiespeicher 16 angeordnet sein kann. Rein theoretisch kann selbstverständlich der Energiespeicher 16 auch separat zur Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 angeordnet werden, wie dies in 2 dargestellt ist. Der elektrische Energiespeicher 16 kann dabei als aufladbarer Akkumulator oder als elektrischer Kondensator ausgebildet sein. According to the 1 has a heat recovery device according to the invention 1 a housing 2 on, in which at least the following components are arranged: An exhaust duct 3 with an entrance 4 and an exit 5 and one between the entrance 4 and the exit 5 arranged evaporator 6 , In addition, it is provided in the housing 2 a heat recovery circuit 7 , in which a working medium flows and the evaporator 6 , an expander 8th , an air-cooled condenser 9 and a conveyor 10 are arranged for conveying the working medium. The expander 8th can be designed, for example, as an axial piston machine. Also in the case 2 are still arranged a working medium reservoir 11 as well as with the expander 8th connected generator 12 for generating electrical energy and a control device 13 , On the case 2 also arranged is an electrical interface 14 for the transfer of electrical energy. The heat recovery device according to the invention 1 has all the necessary components, the compact design in the housing 2 are arranged. Through the air-cooled condenser 9 it is also possible, the heat recovery device according to the invention 1 independently of, for example, a vehicle cooling system to operate. Can be used, the heat recovery device according to the invention 1 for example in a motor vehicle 15 (see. 2 ), wherein in a particular variant of the heat recovery device according to the invention 1 in the case 2 additionally with the generator 12 connected, electrical energy storage 16 can be arranged. Theoretically, of course, the energy storage 16 also separately to the heat recovery device 1 be arranged as in 2 is shown. The electrical energy storage 16 can be designed as a rechargeable accumulator or as an electrical capacitor.

Betrachtet man die 1 näher, so kann man erkennen, dass der Abgaskanal 3 einen den Verdampfer 6 umgehenden Abgasbypasskanal 17 aufweist. Am Eingang des Abgasbypasskanals 17 kann dabei eine Ventileinrichtung 18, bspw. eine Abgasklappe, vorgesehen sein, die mit dieser Steuerungseinrichtung 13 steuerbar ist und die einen durch den Abgasbypasskanal 17 strömenden Abgasstrom steuert. Dabei ist es denkbar, dass je nach gewünschter elektrischer Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 mehr oder weniger heißes Abgas durch den Verdampfer 6 strömt und dadurch das zum Betrieb des Expanders 8 erforderliche Arbeitsmedium verdampft. Die Steuerung der Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 ist somit vergleichsweise einfach über eine Stellung der Abgasklappe bzw. der Ventileinrichtung 18 denkbar. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein den Expander 8 umgehender Arbeitsmediumbypasskanal 19 vorgesehen sein, der über eine entsprechende Ventileinrichtung 18‘ steuerbar ist. Die Ventileinrichtung 18‘ ist dabei ebenfalls von der Steuerungseinrichtung 13 steuerbar, so dass selbst ohne die Ventileinrichtung 18 die vom Verdampfer 6 bereit gestellte Menge an verdampftem Arbeitsmedium den Expander 8 umgehen kann, ohne in diesem mechanische Arbeit zu verrichten. Looking at the 1 closer, so you can see that the exhaust duct 3 one the evaporator 6 bypassing bypass passage 17 having. At the entrance of the exhaust bypass duct 17 can be a valve device 18 , For example, an exhaust valve, be provided with this control device 13 is controllable and the one through the exhaust gas bypass duct 17 flowing exhaust gas flow controls. It is conceivable that depending on the desired electrical power of the heat recovery device 1 more or less hot exhaust gas through the evaporator 6 flows and thereby the operation of the expander 8th required working medium evaporates. The control of the performance of the heat recovery device 1 is thus comparatively easy on a position of the exhaust valve or the valve device 18 conceivable. Additionally or alternatively, an expander 8th bypass working medium bypass channel 19 be provided, which has a corresponding valve device 18 ' is controllable. The valve device 18 ' is also from the controller 13 controllable, so even without the valve device 18 the evaporator 6 provided amount of evaporated working medium the expander 8th can handle without doing any mechanical work.

Der Expander 8, der bspw. als Axialkolbenmaschine ausgebildet ist, weist dabei vorzugsweise eine maximale Leistung von 7kW auf. The expander 8th , which is formed, for example, as an axial piston machine, preferably has a maximum power of 7kW.

Das Kraftfahrzeug 15 besitzt dabei eine Brennkraftmaschine 20 (vgl. 2) mit einem Abgasstrang 21, in welchem die zuvor anhand der 1 beschriebene Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 angeordnet ist. Der Abgaskanal 3 der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 ist dabei kommunizierend mit dem Abgasstrang 21 verbunden. The car 15 owns an internal combustion engine 20 (see. 2 ) with an exhaust line 21 , in which the previously based on the 1 described heat recovery device 1 is arranged. The exhaust duct 3 the heat recovery device 1 is communicating with the exhaust gas system 21 connected.

Das Kraftfahrzeug 15 kann darüber hinaus zumindest einen elektrischen Verbraucher 22, wie bspw. einen Elektromotor 23, einen Lüfter einer Klimaanlage oder einen elektrischen Klimakompressor, aufweisen, der über die elektrische Schnittstelle 14 direkt mit der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 gekoppelt ist. Zwischen dem elektrischen Verbraucher 22 und der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 kann dabei auch eine elektrische oder ein Frequenzumwandler 24, in der Art eines elektrischen Getriebes, angeordnet sein. The car 15 In addition, at least one electrical consumer 22 , such as an electric motor 23 , Have a fan of an air conditioner or an electric air conditioning compressor, via the electrical interface 14 directly with the heat recovery device 1 is coupled. Between the electrical consumer 22 and the heat recovery device 1 can also be an electrical or a frequency converter 24 , in the manner of an electrical transmission, be arranged.

Mit der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 lässt sich ein kompakt bauendes und damit kleines und vor allem preiswertes System zur Abwärmenutzung schaffen, welche sämtliche erforderlichen Komponenten in einem gemeinsamen Gehäuse 2 angeordnet sind, so dass die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 vergleichsweise frei und flexibel am Kraftfahrzeug 15 angebracht werden kann und keiner mechanischen Leistungseinkopplung bedarf. Darüber hinaus eröffnet die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 die Möglichkeit Hybridfunktionen zu erweitern und insbesondere auch Verbrauchsvorteile im realen Fahrbetrieb eines Nutzfahrzeugs zu erreichen. Die Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 kann dabei vergleichsweise einfach mit einer Ventileinrichtung 18, 18‘ aktiviert bzw. deaktiviert werden, wobei die vom Generator 12 erzeugte elektrische Leistung unabhängig vom Einbauort der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 im Kraftfahrzeug 15 genutzt werden kann. With the heat recovery device according to the invention 1 can create a compact and thus small and above all inexpensive system for waste heat recovery, which all the necessary components in a common housing 2 are arranged, so that the heat recovery device according to the invention 1 comparatively free and flexible on the motor vehicle 15 can be attached and requires no mechanical power input. In addition, the inventive heat recovery device opens 1 the possibility to expand hybrid functions and in particular to achieve fuel economy benefits in real driving a commercial vehicle. The heat recovery device 1 can be comparatively easy with a valve device 18 . 18 ' be activated or deactivated, the generator 12 generated electrical power regardless of the installation location of the heat recovery device 1 in the motor vehicle 15 can be used.

Eine Nutzung kann dabei bspw. über eine direkte elektrische Kopplung der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 mit einem Elektromotor 23 erreicht werden, wobei ein Über- oder Untersetzungsverhältnis durch eine unterschiedliche Polzahl des Generators 12 bzw. des Elektromotors 23 erreicht werden kann. Dies stellt die einfachste und auch zugleich kostengünstigste Variante dar. A use can, for example, via a direct electrical coupling of the heat recovery device 1 with an electric motor 23 be achieved, with a transmission or reduction ratio by a different number of poles of the generator 12 or the electric motor 23 can be achieved. This represents the simplest and at the same time the most cost-effective variant.

Über eine elektrische Kopplung des Elektromotors 23 mit dem Generator 12 über den Frequenzumwandler 24 kann die Drehzahl des Elektromotors 23 im Verhältnis zur Generatordrehzahl frei gewählt werden. Dies ist aufwendiger aber zugleich auch effektiver als die zuvor beschriebene Variante. Über eine in dem Gehäuse 2 oder extern am Kraftfahrzeug 15 angeordnete Batterie (Energiespeicher 16) kann zudem elektrische Leistung zwischengespeichert und entsprechend einem Bedarf wieder abgegeben werden. Hierdurch kann bspw. auch eine bedarfsgerechte Leistungsabgabe an Hilfsaggregate, wie bspw. Lüfter oder Hydraulikpumpen, erreicht werden. Die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 wird dabei üblicherweise nach einem so genannten Range Extender eingesetzt. Auch ein permanenter Antrieb von elektrischen Verbrauchern 22 im Kraftfahrzeug 15 ist mittels der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 und dem Energiespeicher 16 denkbar, wodurch sich eine Last für die Brennkraftmaschine 20 reduziert und hieraus Verbrauchsvorteile ergeben. Via an electrical coupling of the electric motor 23 with the generator 12 via the frequency converter 24 can the speed of the electric motor 23 be freely selected in relation to the generator speed. This is more complex but at the same time more effective than the previously described variant. About one in the case 2 or externally on the motor vehicle 15 arranged battery (energy storage 16 In addition, electrical power can be cached and returned according to a need. As a result, for example, a demand-based power delivery to auxiliary equipment, such as, for example, fans or hydraulic pumps, can be achieved. The heat recovery device according to the invention 1 is usually used after a so-called range extender. Also a permanent drive of electrical consumers 22 in the motor vehicle 15 is by means of the heat recovery device 1 and the energy storage 16 conceivable, causing a load on the internal combustion engine 20 reduced and resulting in consumption benefits.

Von besonderem Vorteil kann darüber hinaus sein, sofern das Kraftfahrzeug 15 einen Hänger oder einen Auflieger aufweist und der Elektromotor 23 als Radnabenmotor in dem Hänger bzw. dem Auflieger ausgebildet ist. In diesem Fall ist der elektrische Energiespeicher ebenfalls im Hänger bzw. im Auflieger angeordnet und ermöglicht somit ein zum Zugfahrzeug unabhängiges Rangieren. Während der Fahrt des als Nutzfahrzeugs ausgebildeten Kraftfahrzeugs 15 mit dem Hänger oder Auflieger, kann der Radnabenmotor zugleich als Generator zum Laden des Energiespeichers 16 genutzt werden. In addition, be of particular advantage, if the motor vehicle 15 a trailer or a trailer and the electric motor 23 is designed as a wheel hub motor in the trailer or the semi-trailer. In this case, the electrical energy storage is also located in the trailer or in the semi-trailer and thus allows independent to towing vehicle maneuvering. While driving the designed as a commercial vehicle motor vehicle 15 With the trailer or semi-trailer, the wheel hub motor at the same time as a generator for charging the energy storage 16 be used.

Claims

Heat recovery device ( 1 ) with a housing ( 2 ), in which at least the following components are arranged, - an exhaust duct ( 3 ) with an input ( 4 ) and an output ( 5 ) and an intermediate evaporator ( 6 ), - a heat recovery circuit ( 7 ), in which a working medium flows and the evaporator ( 6 ), an expander ( 8th ), an air cooled condenser ( 9 ) and a conveyor ( 10 ) are arranged for conveying the working medium, - one with the expander ( 8th ) connected generator ( 12 ) for generating electrical energy, - a working medium reservoir ( 11 ) and - a control device ( 13 ), wherein on the housing ( 2 ) an electrical interface ( 14 ) is arranged for the transfer of electrical energy.

Heat recovery device according to claim 1, characterized in that in the housing ( 2 ) with the generator ( 12 ) connected, electrical energy storage ( 16 ) is arranged.

Heat recovery device according to claim 2, characterized in that the electrical energy storage ( 16 ) is an accumulator or an electrical capacitor.

Heat recovery device according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas channel ( 3 ) a the evaporator ( 6 ) bypassing the exhaust bypass channel ( 17 ) having.

Heat recovery device according to claim 4, characterized in that a valve device ( 18 ), in particular an exhaust flap, is provided, which by means of the control device ( 13 ) is controllable and the one through the exhaust gas bypass duct ( 17 ) and the evaporator ( 6 ) flowing exhaust gas flow controls.

Heat recovery device according to one of the preceding claims, characterized in that - an expander ( 8th ) bypass working medium bypass channel ( 19 ) with a valve device ( 18 ' ) is provided, and / or - the expander ( 8th ) is designed as an axial piston machine.

Heat recovery device according to one of the preceding claims, characterized in that the expander ( 8th ) has a maximum power of 7kW.

Motor vehicle ( 15 ) with an internal combustion engine ( 20 ), an exhaust gas line ( 21 ) and a heat recovery device ( 1 ) according to one of the preceding claims, whose exhaust gas duct ( 3 ) communicating with the exhaust gas line ( 21 ) connected is.

Motor vehicle according to claim 8, characterized in that at least one electrical consumer ( 22 ), such as an electric motor ( 23 ), a fan of an air conditioner or an electric air conditioning compressor, provided via the electrical interface ( 14 ) directly with the heat recovery device ( 1 ) is coupled.

Motor vehicle according to claim 9, characterized in that that the motor vehicle ( 15 ) is designed as a commercial vehicle with a trailer or a semi-trailer and the electrical consumer ( 22 ) is designed as a wheel hub motor in the trailer or semitrailer.

Motor vehicle according to claim 9 or 10, characterized in that between the electrical consumer ( 22 ) and the heat recovery device ( 1 ) an electric wave or a frequency converter ( 24 ) is arranged.