DE102020001350B4 - Waste heat recovery system, powertrain and vehicle - Google Patents
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Abstract
Abwärmerückgewinnungssystem (1) für ein Fahrzeug (3),wobei das Fahrzeug (3) eine Antriebsquelle (5), die zum Bereitstellen von Antriebskraft an das Fahrzeug (3) konfiguriert ist, und einen Antriebsquellenkühler (7) umfasst, der zum Kühlen der Antriebsquelle (5) konfiguriert ist,und wobei das Abwärmerückgewinnungssystem (1) umfasst:- einen ersten Verdampfer (11), der zum Sammeln von Wärme konfiguriert ist, die von der Antriebsquelle (5) erzeugt wird,- einen ersten Expander (13), der zum Bereitstellen von Nutzarbeit konfiguriert ist, die vom ersten Verdampfer (11) gesammelt wird,- einen zweiten Verdampfer (21), und- einen zweiten Expander (23), der zum Bereitstellen von Nutzarbeit konfiguriert ist, die vom zweiten Verdampfer (21) gesammelt wird,wobei der zweite Verdampfer (21) zum Sammeln von Wärme konfiguriert, die vom Antriebsquellenkühler (7) dissipiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) einen ersten Kondensator (31) umfasst, der zum Kondensieren von Arbeitsmedium konfiguriert ist, das vom ersten Verdampfer (11) verdampft wird, und dass der erste Kondensator (31) zum Erwärmen des zweiten Verdampfers (21) konfiguriert ist.Waste heat recovery system (1) for a vehicle (3), the vehicle (3) comprising a power source (5) configured to provide power to the vehicle (3), and a power source cooler (7) configured to cool the power source (5) is configured, and wherein the waste heat recovery system (1) comprises: - a first evaporator (11) configured to collect heat generated by the power source (5), - a first expander (13) which is configured to provide useful work collected by the first evaporator (11), - a second evaporator (21), and - a second expander (23) configured to provide useful work collected by the second evaporator (21). wherein the second evaporator (21) is configured to collect heat dissipated from the power source cooler (7), characterized in that the system (1) comprises a first condenser (31) configured to condense working fluid is evaporated by the first evaporator (11), and that the first condenser (31) is configured to heat the second evaporator (21).
Description
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Abwärmerückgewinnungssystem für ein Fahrzeug. Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner einen Antriebsstrang mit einem Abwärmerückgewinnungssystem für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug, das einen solchen Antriebsstrang umfasst.The present disclosure relates to a waste heat recovery system for a vehicle. The present disclosure further relates to a powertrain with a waste heat recovery system for a vehicle and a vehicle comprising such a powertrain.
Manche Fahrzeuge sind mit einem Abwärmerückgewinnungssystem ausgestattet, das Abwärme der Antriebsquelle des Fahrzeugs zum Erzeugen von Nutzarbeit verwendet. Ein Abwärmerückgewinnungssystem umfasst gewöhnlich einen Verdampfer, der zum Verdampfen eines Arbeitsmediums unter Verwendung von Abwärme angeordnet ist, und einen Expander, der zum Bereitstellen von Nutzarbeit aus verdampftem Arbeitsmedium angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst ein Abwärmerückgewinnungssystem gewöhnlich einen stromabwärts des Expanders angeordneten Kondensator, der zum Kondensieren des Arbeitsmediums angeordnet ist, bevor das Arbeitsmedium in den Verdampfer gepumpt wird. Um das Arbeitsmedium zu kondensieren, muss der Kondensator gekühlt werden.Some vehicles are equipped with a waste heat recovery system that uses waste heat from the vehicle's power source to generate useful work. A waste heat recovery system usually includes an evaporator arranged to evaporate a working fluid using waste heat and an expander arranged to provide useful work from evaporated working fluid. In addition, a waste heat recovery system usually includes a condenser located downstream of the expander and arranged to condense the working fluid before the working fluid is pumped into the evaporator. In order to condense the working medium, the condenser must be cooled.
Der Expander kann mit einer Antriebswelle des Fahrzeugs verbunden sein, um die Nutzarbeit in Form eines Antriebsmoments der Antriebswelle bereitzustellen, oder kann zum Antreiben einer anderen Vorrichtung angeordnet sein. Auf diese Weise wird die Gesamtenergieeffizienz des Fahrzeugs verbessert.The expander may be connected to a drive shaft of the vehicle to provide useful work in the form of drive torque of the drive shaft, or may be arranged to drive another device. In this way, the overall energy efficiency of the vehicle is improved.
Abwärmerückgewinnungssysteme bieten mehrere Vorteile bezüglich der Energieeffizienz von Fahrzeugen, es bestehen jedoch viele Herausforderungen bezüglich der Umwandlung von Abwärme in Nutzarbeit in Fahrzeugen, ohne das Gewicht, die Kosten und die Komplexität des Fahrzeugs spürbar zu erhöhen. Die Effizienz eines Abwärmerückgewinnungssystems hängt teilweise vom Temperaturunterschied zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator ab. Das heißt, die Effizienz des Abwärmerückgewinnungssystems kann verbessert werden, wenn der Verdampfer eine große Wärmemenge auf einem höheren Temperaturniveau sammeln kann. Gleichermaßen kann die Effizienz des Abwärmerückgewinnungssystems verbessert werden, wenn der Kondensator effizient auf ein niedrigeres Temperaturniveau gekühlt werden kann.Waste heat recovery systems offer several advantages in terms of vehicle energy efficiency, but there are many challenges in converting waste heat into useful work in vehicles without noticeably increasing the weight, cost and complexity of the vehicle. The efficiency of a waste heat recovery system depends in part on the temperature difference between the evaporator and the condenser. That is, the efficiency of the waste heat recovery system can be improved if the evaporator can collect a large amount of heat at a higher temperature level. Likewise, the efficiency of the waste heat recovery system can be improved if the condenser can be efficiently cooled to a lower temperature level.
Moderne Fahrzeug umfassen gewöhnlich zahlreiche Komponenten und Systeme, die überschüssige Wärme erzeugen. Das Temperaturniveau der Wärme reicht jedoch gewöhnlich nicht dazu aus, ein getrenntes Abwärmerückgewinnungssystem anzutreiben, das die überschüssige Wärme in Nutzarbeit umwandelt. Darüber hinaus hat ein Abwärmerückgewinnungssystem, wie es für zahlreiche andere Arten von Systemen der Fall ist, einen engen Betriebsbereich, in dem es am effizientesten arbeitet.Modern vehicles typically include numerous components and systems that generate excess heat. However, the temperature level of the heat is usually not sufficient to drive a separate waste heat recovery system that converts the excess heat into useful work. Additionally, as is the case with many other types of systems, a waste heat recovery system has a narrow operating range in which it operates most efficiently.
Außerdem ist es auf dem heutigen Verbrauchermarkt im Allgemeinen vorteilhaft, wenn Produkte wie Fahrzeugsysteme und deren zugehörige Komponenten Bedingungen und/oder Eigenschaften aufweisen, die für ein kosteneffizientes Herstellen und Montieren geeignet sind.Additionally, in today's consumer market, it is generally advantageous for products such as vehicle systems and their associated components to have conditions and/or characteristics suitable for cost-effective manufacturing and assembly.
Aus der
Aus der US 2018 / 0 313 234 A1 ist ein insbesondere für Verbrennungsmotoren gedachtes Wärmerückgewinnungssystem bekannt, bei dem die Wärme eines Ladeluftkühlers durch eine Luftströmung auf einen Verdampfer übertragen wird.From US 2018/0 313 234 A1 a heat recovery system intended in particular for internal combustion engines is known, in which the heat from an intercooler is transferred to an evaporator through an air flow.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Beseitigen, oder zumindest Verringern, von zumindest einigen der vorstehend erwähnten Probleme und Nachteile.An object of the present invention is to eliminate, or at least reduce, at least some of the problems and disadvantages mentioned above.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Abwärmerückgewinnungssystem für ein Fahrzeug gelöst, wobei das Fahrzeug einen Antriebsquelle, die zum Bereitstellen von Antriebskraft an das Fahrzeug konfiguriert ist, und einen Antriebsquellenkühler umfasst, der zum Kühlen der Antriebsquelle konfiguriert ist. Das Abwärmerückgewinnungssystem umfasst einen ersten Verdampfer, der zum Sammeln von Wärme konfiguriert ist, die von der Antriebsquelle erzeugt wird, einen ersten Expander, der zum Bereitstellen von Nutzarbeit aus Wärme konfiguriert ist, die vom ersten Verdampfer gesammelt wird, einen zweiten Verdampfer und einen zweiten Expander, der zum Bereitstellen von Nutzarbeit aus Wärme konfiguriert ist, die vom zweiten Verdampfer gesammelt wird. Der zweite Verdampfer ist zum Sammeln von Wärme konfiguriert, die vom Antriebsquellenkühler dissipiert wird. Das erfindungsgemäße Abwärmerückgewinnungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Kondensator umfasst, der zum Kondensieren von Arbeitsmedium konfiguriert ist, das vom ersten Verdampfer verdampft wird, und dass der erste Kondensator zum Erwärmen des zweiten Verdampfers konfiguriert ist. Auf diese Weise werden Bedingungen für eine weitere effiziente Umwandlung von Wärme in Nutzarbeit und eine weiter verbesserte Gesamtenergieeffizienz eines Fahrzeugs bereitgestellt, das das Abwärmerückgewinnungssystem umfasst. Dies ist der Fall, da der erste Kondensator zum Erwärmen des zweiten Verdampfers konfiguriert ist und infolgedessen die Wärme des ersten Kondensators vom zweiten Expander in Nutzarbeit umgewandelt werden kann. Darüber hinaus wird ein Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellt, das Bedingungen und Eigenschaften aufweist, die für ein kostengünstiges Herstellen und Montieren geeignet sind. Dies ist der Fall, weil die Notwendigkeit für eine weitere Anordnung, die den ersten Kondensator kühlt, umgangen wird.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a waste heat recovery system for a vehicle, the vehicle comprising a power source configured to provide power to the vehicle and a power source cooler configured to cool the power source. The waste heat recovery system includes a first evaporator configured to collect heat generated by the power source, a first expander configured to provide useful work from heat collected by the first evaporator, a second evaporator, and a second expander , configured to provide useful work from heat collected by the second evaporator. The second evaporator is configured to collect heat dissipated from the power source cooler. The waste heat recovery system according to the invention is characterized in that it includes a first condenser configured to condense working medium evaporated from the first evaporator, and in that the first condenser is configured to heat the second evaporator. In this way, conditions are provided for further efficient conversion of heat into useful work and further improved overall energy efficiency of a vehicle that includes the waste heat recovery system. This is the case because the first capacitor is configured to heat the second evaporator and as a result the heat of the first capacitor can be converted into useful work by the second expander. In addition, a waste heat recovery system is provided Has conditions and properties that are suitable for cost-effective manufacturing and assembly. This is because the need for another arrangement that cools the first condenser is avoided.
Da ferner der zweite Verdampfer zum Sammeln von Wärme konfiguriert ist, die vom Antriebsquellenkühler dissipiert wird, kann die Wärme, die vom Antriebsquellenkühler dissipiert wird, vom zweiten Expander auf effiziente Weise in Nutzarbeit umgewandelt werden.Further, since the second evaporator is configured to collect heat dissipated from the power source cooler, the heat dissipated from the power source cooler can be efficiently converted into useful work by the second expander.
Darüber hinaus können, da das System den ersten Expander, der zum Bereitstellen von Nutzarbeit aus Wärme konfiguriert ist, die vom ersten Verdampfer gesammelt wird, und den zweiten Expander umfasst, der zum Bereitstellen von Nutzarbeit aus Wärme konfiguriert ist, die vom zweiten Verdampfer gesammelt wird, der erste und der zweite Expander leicht so ausgelegt werden, dass sie in einem optimalen Betriebsbereich unter Berücksichtigung des Temperaturniveaus und des Niveaus der Wärme arbeiten, die vom jeweiligen ersten und zweiten Verdampfer gesammelt wird. Entsprechend kann auf diese Weise die relativ kleine Wärmemenge, die vom Antriebsquellenkühler dissipiert wird, vom zweiten Expander auf effiziente Weise in Nutzarbeit umgewandelt werden. Dadurch werden Bedingungen für eine effizientere Umwandlung von Wärme in Nutzarbeit bereitgestellt, und die Gesamtenergieeffizienz eines Fahrzeugs, das das System umfasst, kann verbessert werden.Additionally, since the system includes the first expander configured to provide useful work from heat collected by the first evaporator and the second expander configured to provide useful work from heat collected by the second evaporator , the first and second expanders can be easily designed to operate in an optimal operating range taking into account the temperature level and the level of heat collected by the respective first and second evaporators. Accordingly, in this way, the relatively small amount of heat dissipated by the power source cooler can be efficiently converted into useful work by the second expander. This provides conditions for more efficient conversion of heat into useful work and can improve the overall energy efficiency of a vehicle incorporating the system.
Entsprechend wird ein Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellt, das zumindest einige der vorstehend erwähnten Probleme und Nachteile beseitigt oder zumindest abschwächt. Infolgedessen wird die vorstehend erwähnte Aufgabe gelöst.Accordingly, a waste heat recovery system is provided which eliminates or at least mitigates at least some of the problems and disadvantages mentioned above. As a result, the above-mentioned object is achieved.
Optional ist der Antriebsquellenkühler so konfiguriert, dass er einer Luftströmung ausgesetzt wird, die eine Luftströmungsrichtung aufweist, wobei der zweite Verdampfer in der Luftströmungsrichtung gesehen dem Antriebsquellenkühler nachgelagert ist. Dadurch kann der zweite Verdampfer Wärme, die vom Antriebsquellenkühler dissipiert wird, auf einfache und effiziente Weise sammeln, wobei die Notwendigkeit für weitere Wärmeübertragungsvorrichtungen oder Systeme zum Übertragen von Wärme vom Antriebsquellenkühler zum zweiten Verdampfer umgangen wird. Dadurch wird infolgedessen eine Lösung bereitgestellt, die ein geringes Gewicht sowie niedrige Kosten hat und die unkompliziert ist, um Wärme zu sammeln, die vom Antriebsquellenkühler dissipiert wird.Optionally, the power source cooler is configured to be exposed to an air flow having an air flow direction, with the second evaporator downstream of the power source cooler as viewed in the air flow direction. This allows the second evaporator to collect heat dissipated from the power source cooler in a simple and efficient manner, obviating the need for additional heat transfer devices or systems for transferring heat from the power source cooler to the second evaporator. This consequently provides a solution that is light in weight, low cost, and straightforward to collect heat dissipated from the power source cooler.
Optional umfasst die Antriebsquelle einen Verbrennungsmotor, wobei der erste Verdampfer zum Sammeln von Wärme aus Abgasen des Verbrennungsmotors konfiguriert ist. Dadurch wird ein Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellt, in dem der erste Expander Nutzarbeit aus Wärme bereitstellen kann, die aus einer Quelle gesammelt wird, die eine große Wärmemenge aufweist.Optionally, the power source includes an internal combustion engine, wherein the first evaporator is configured to collect heat from exhaust gases of the internal combustion engine. This provides a waste heat recovery system in which the first expander can provide useful work from heat collected from a source having a large amount of heat.
Optional umfasst die Antriebsquelle einen Ladeluftkühler, wobei der zweite Verdampfer zum Sammeln von Wärme konfiguriert ist, die vom Ladeluftkühler dissipiert wird. Dadurch kann die relativ kleine Wärmemenge, die vom Ladeluftkühler dissipiert wird, vom zweiten Expander auf effiziente Weise in Nutzarbeit umgewandelt werden.Optionally, the power source includes an intercooler, wherein the second evaporator is configured to collect heat dissipated by the intercooler. This allows the relatively small amount of heat that is dissipated by the intercooler to be efficiently converted into useful work by the second expander.
Optional ist der zweite Verdampfer in der Luftströmungsrichtung gesehen dem Ladeluftkühler nachgelagert angeordnet. Dadurch wird eine Lösung bereitgestellt, die ein geringes Gewicht sowie niedrige Kosten hat und die unkompliziert ist, um Wärme zu sammeln, die vom Ladeluftkühler dissipiert wird.Optionally, the second evaporator is arranged downstream of the charge air cooler as viewed in the air flow direction. This provides a solution that is lightweight, low cost and straightforward to collect heat dissipated by the intercooler.
Optional umfasst das System einen ersten Arbeitsmediumkreislauf und einen zweiten Arbeitsmediumkreislauf, wobei der erste Verdampfer und der erste Expander im ersten Arbeitsmediumkreislauf angeordnet sind und der zweite Verdampfer und der zweite Expander im zweiten Arbeitsmediumkreislauf angeordnet sind, und wobei der zweite Arbeitsmediumkreislauf ein Arbeitsmedium umfasst, das andere Eigenschaften als das Arbeitsmedium des ersten Arbeitsmediumkreislaufs hat. Dadurch wird ein Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellt, das eine effizientere Umwandlung von Wärme aus mehreren Wärmequellen in Nutzarbeit aufweist. Dies ist der Fall, da der erste Arbeitsmediumkreislauf Wärme aus einer Quelle mit einem höheren Temperaturniveau umwandeln kann und der zweite Arbeitsmediumkreislauf Wärme aus einer oder mehreren Quellen mit einem geringeren Temperaturniveau auf effiziente Weise umwandeln kann, wobei der jeweilige erste und zweite Arbeitsmediumkreislauf hinsichtlich des Temperaturniveaus und der Wärmemenge, die vom jeweiligen ersten und zweiten Verdampfer gesammelt wird, leicht optimiert werden kann.Optionally, the system includes a first working medium circuit and a second working medium circuit, wherein the first evaporator and the first expander are arranged in the first working medium circuit and the second evaporator and the second expander are arranged in the second working medium circuit, and wherein the second working medium circuit comprises one working medium, the other Has properties as the working medium of the first working medium circuit. This provides a waste heat recovery system that has a more efficient conversion of heat from multiple heat sources into useful work. This is the case because the first working fluid circuit can convert heat from a source with a higher temperature level and the second working fluid circuit can efficiently convert heat from one or more sources with a lower temperature level, the respective first and second working fluid circuits being the same with respect to the temperature level and the amount of heat collected by the respective first and second evaporators can be easily optimized.
Dadurch werden aufgrund dieser Merkmale Bedingungen für eine weitere effiziente Umwandlung von Wärme in Nutzarbeit und eine weitere verbesserte Gesamtenergieeffizienz eines Fahrzeugs bereitgestellt, das das Abwärmerückgewinnungssystem umfasst.As a result, due to these features, conditions are provided for further efficient conversion of heat into useful work and further improved overall energy efficiency of a vehicle that includes the waste heat recovery system.
Optional umfasst das System einen zweiten Kondensator, der zum Kondensieren von Arbeitsmedium konfiguriert ist, das vom zweiten Verdampfer verdampft wird, wobei der zweite Kondensator so konfiguriert ist, dass er vom Antriebsquellenkühler gekühlt wird. Dadurch wird einfaches und effizientes Kühlen des zweiten Kondensators bereitgestellt.Optionally, the system includes a second condenser configured to condense working fluid evaporated from the second evaporator, the second condenser configured to be supplied by the power source cooler is cooled. This provides simple and efficient cooling of the second capacitor.
Optional umfasst das System einen Hilfskühler, der mit einem Auslass des Antriebsquellenkühlers verbunden ist, und wobei der zweite Kondensator so konfiguriert ist, dass er vom Hilfskühler gekühlt wird. Somit kann der zweite Kondensator mit erhöhter Kühlungseffizienz auf ein niedrigeres Temperaturniveau gekühlt werden. Infolgedessen werden Bedingungen für eine weitere effiziente Umwandlung von Wärme in Nutzarbeit und eine weitere verbesserte Gesamtenergieeffizienz eines Fahrzeugs bereitgestellt, das das Abwärmerückgewinnungssystem umfasst.Optionally, the system includes an auxiliary cooler connected to an outlet of the power source cooler, and wherein the second capacitor is configured to be cooled by the auxiliary cooler. Thus, the second capacitor can be cooled to a lower temperature level with increased cooling efficiency. As a result, conditions are provided for further efficient conversion of heat into useful work and further improved overall energy efficiency of a vehicle incorporating the waste heat recovery system.
Optional werden der zweite Verdampfer und der erste Verdampfer in einer Wärmeaustauschereinheit bereitgestellt. Dadurch wird eine effiziente Wärmeübertragung zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Verdampfer bereitgestellt. Darüber hinaus wird eine Lösung bereitgestellt, die ein geringes Gewicht und niedrige Kosten hat und die nicht komplex ist, um Wärme zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Verdampfer zu übertragen.Optionally, the second evaporator and the first evaporator are provided in a heat exchanger unit. This provides efficient heat transfer between the first condenser and the second evaporator. Furthermore, a solution is provided that is light in weight, low in cost, and not complex to transfer heat between the first condenser and the second evaporator.
Optional umfasst die Wärmeaustauschereinheit Kühlmittelkanäle des ersten Kondensators und Kühlmittelkanäle des zweiten Verdampfers, wobei die Kühlmittelkanäle des ersten Kondensators in wärmeaustauschendem Kontakt mit den Kühlmittelkanälen des zweiten Verdampfers angeordnet sind. Dadurch wird eine effiziente Wärmeübertragung zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Verdampfer auf einfache und effiziente Weise bereitgestellt.Optionally, the heat exchanger unit includes coolant channels of the first condenser and coolant channels of the second evaporator, the coolant channels of the first condenser being arranged in heat-exchanging contact with the coolant channels of the second evaporator. This provides efficient heat transfer between the first condenser and the second evaporator in a simple and efficient manner.
Optional umfasst die Wärmeaustauschereinheit Kühlmittelkanalpaare, die jeweils einen Kühlmittelkanal des ersten Kondensators und einen Kühlmittelkanal des zweiten Verdampfers umfassen. Dadurch wird eine effiziente Wärmeübertragung zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Verdampfer auf einfache und effiziente Weise bereitgestellt.Optionally, the heat exchanger unit includes coolant channel pairs, each comprising a coolant channel of the first condenser and a coolant channel of the second evaporator. This provides efficient heat transfer between the first condenser and the second evaporator in a simple and efficient manner.
Optional umfasst die Wärmeaustauschereinheit Luftkanäle zwischen den Kühlmittelkanalpaaren. Dadurch kann Luft durch die Wärmeaustauschereinheit über die Luftkanäle strömen und Wärme dem zweiten Verdampfer liefern, die am Antriebsquellenkühler gesammelt wird, um ferner den zweiten Verdampfer zusätzlich zu der Wärme zu erwärmen, die über die Kühlmittelkanalpaare übertragen wird. Darüber hinaus kann die Luft, die durch die Luftkanäle strömt, ein zusätzliches Kühlen des ersten Kondensators zusätzlich zu dem Kühlen bereitstellen, das über die Kühlmittelkanalpaare bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann die Energieeffizienz des Abwärmerückgewinnungssystems weiter verbessert werden.Optionally, the heat exchanger unit includes air channels between the coolant channel pairs. This allows air to flow through the heat exchanger unit via the air channels and provide heat to the second evaporator that is collected at the power source cooler to further heat the second evaporator in addition to the heat transferred via the coolant channel pairs. Additionally, the air flowing through the air channels may provide additional cooling of the first condenser in addition to the cooling provided via the coolant channel pairs. In this way, the energy efficiency of the waste heat recovery system can be further improved.
Optional umfasst die Wärmeaustauschereinheit Kühlmittelkanäle, die vom ersten Kondensator und zweiten Verdampfer gemeinsam genutzt werden. Da die Wärmeaustauschereinheit Kühlmittelkanäle umfasst, die vom ersten Kondensator und zweiten Verdampfer gemeinsam genutzt werden, wird eine weitere effiziente Wärmeübertragung zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Evaporator bereitgestellt. Dies kommt daher, dass Arbeitsmedium des ersten Kondensators und des zweiten Verdampfers in den Kühlmittelkanälen der Wärmeaustauschereinheit gemischt werden. Darüber hinaus wird eine Lösung bereitgestellt, die ein geringes Gewicht und niedrige Kosten hat und die nicht komplex ist, um Wärme zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Verdampfer zu übertragen.Optionally, the heat exchanger unit includes coolant channels that are shared by the first condenser and second evaporator. Since the heat exchanger unit includes coolant channels shared by the first condenser and second evaporator, further efficient heat transfer between the first condenser and the second evaporator is provided. This is because working medium of the first condenser and the second evaporator are mixed in the coolant channels of the heat exchanger unit. Furthermore, a solution is provided that is light in weight, low in cost, and not complex to transfer heat between the first condenser and the second evaporator.
Optional umfasst das System einen zweiten Kondensator, der zum Kondensieren von Arbeitsmedium konfiguriert ist, das vom zweiten Expander expandiert wird, wobei das System eine Mischereinheit umfasst, die stromaufwärts der Kühlmittelkanäle angeordnet ist, wobei die Mischereinheit zum Mischen von Arbeitsmedium aus dem zweiten Kondensator mit Arbeitsmedium aus dem ersten Expander konfiguriert ist. Dadurch kann eine effiziente Wärmeübertragung zwischen Arbeitsmedium aus dem ersten Expander und Arbeitsmedium aus dem zweiten Kondensator bereitgestellt werden. Dies kommt daher, dass eine weiteres Mischen des Arbeitsmediums stattfindet, bevor das Arbeitsmedium in die Kühlmittelkanäle eintritt.Optionally, the system includes a second condenser configured to condense working fluid expanded by the second expander, the system including a mixer unit disposed upstream of the coolant channels, the mixer unit for mixing working fluid from the second condenser with working fluid from the first expander is configured. This makes it possible to provide efficient heat transfer between the working medium from the first expander and the working medium from the second capacitor. This is because further mixing of the working fluid occurs before the working fluid enters the coolant channels.
Optional ist die Mischereinheit ein Einlasstank, der in der Wärmeaustauschereinheit enthalten ist. Dadurch wird eine kostengünstige und unkomplizierte Lösung zum weiteren Verbessern der Wärmeübertragung zwischen Arbeitsmedium aus dem ersten Expander und Arbeitsmedium aus dem zweiten Kondensator bereitgestellt.Optionally, the mixer unit is an inlet tank included in the heat exchanger unit. This provides a cost-effective and uncomplicated solution for further improving the heat transfer between the working medium from the first expander and the working medium from the second condenser.
Optional umfasst das System eine erste Arbeitsmediumpumpe, die zum Pumpen von Arbeitsmedium zum ersten Verdampfer konfiguriert ist, und eine Trennvorrichtung, die zum Empfangen von Arbeitsmedium aus den Kühlmittelkanälen konfiguriert ist, wobei die Trennvorrichtung einen ersten Auslass, der mit der ersten Arbeitsmediumpumpe verbunden ist, und einen zweiten Auslass umfasst, der mit dem zweiten Expander verbunden ist, und wobei die Trennvorrichtung zum Trennen von Arbeitsmedium in der flüssigen Phase zum ersten Auslass konfiguriert ist und zum Trennen von Arbeitsmedium in gasförmiger Phase zum zweiten Auslass konfiguriert ist. Dadurch wird die erste Arbeitsmediumpumpe mit Arbeitsmedium in flüssigem Zustand beliefert und der zweite Expander wird mit Arbeitsmedium in gasförmigem Zustand beliefert. Infolgedessen kann die erste Arbeitsmediumpumpe Arbeitsmedium auf effiziente Weise zum ersten Verdampfer pumpen, und der zweite Expander kann Nutzarbeit aus dem gasförmigen Arbeitsmedium bereitstellen.Optionally, the system includes a first working fluid pump configured to pump working fluid to the first evaporator and a separation device configured to receive working fluid from the coolant channels, the separation device having a first outlet connected to the first working fluid pump, and a second outlet connected to the second expander, and wherein the separator is configured to separate liquid phase working medium to the first outlet and is configured to separate gaseous phase working medium to the second outlet. This causes the first working medium pump to become liquid with working medium in a gaseous state and the second expander is supplied with working medium in a gaseous state. As a result, the first working fluid pump can efficiently pump working fluid to the first evaporator, and the second expander can provide useful work from the gaseous working fluid.
Optional ist die Trennvorrichtung ein Trennbehälter, der in der Wärmeaustauschereinheit enthalten ist. Dadurch wird eine kostengünstige und unkomplizierte Lösung zum Trennen von gasförmigem Arbeitsmedium von flüssigem Arbeitsmedium bereitgestellt.Optionally, the separation device is a separation container that is contained in the heat exchanger unit. This provides a cost-effective and uncomplicated solution for separating gaseous working medium from liquid working medium.
Optional umfasst das System einen Unterkühlungsdurchgang zwischen dem ersten Auslass und der ersten Arbeitsmediumpumpe. Dadurch wird eine Kondensation von Arbeitsmedium weiter gewährleistet und eine Kavitation von Arbeitsmedium in der ersten Arbeitsmediumpumpe wird weiter vermieden.Optionally, the system includes a subcooling passage between the first outlet and the first working fluid pump. This further ensures condensation of working medium and cavitation of working medium in the first working medium pump is further avoided.
Optional umfasst die Wärmeaustauschereinheit den Unterkühlungsdurchgang. Dadurch wird eine kostengünstige und unkomplizierte Lösung zum Gewährleisten von Kondensation von Arbeitsmedium und Vermeiden von Kavitation von Arbeitsmedium in der ersten Arbeitsmediumpumpe bereitgestellt.Optionally, the heat exchanger unit includes the subcooling passage. This provides a cost-effective and uncomplicated solution for ensuring condensation of working medium and avoiding cavitation of working medium in the first working medium pump.
Optional umfasst das Fahrzeug einen Lufteinlass zum Führen von Umgebungsluft zum Antriebsquellenkühler, wobei das System eine Abdeckungsanordnung umfasst, die zwischen einer geöffneten Position, in der die Abdeckungsanordnung Luftströmung durch den Lufteinlass ermöglicht, und einer geschlossenen Position steuerbar ist, in der die Abdeckungsanordnung die Luftströmung durch den Lufteinlass zumindest teilweise blockiert. Dadurch wird ein Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellt, in dem das Temperaturniveau des Antriebsquellenkühlers und des zweiten Verdampfers sowie die Wärmeübertragung vom Antriebsquellenkühler zum zweiten Verdampfer einfach gesteuert werden kann, indem die Position der Abdeckungsanodnung gesteuert wird. Auf diese Weise werden Bedingungen für eine effizientere Umwandlung von Wärme in Nutzarbeit bereitgestellt, und die Gesamtenergieeffizienz eines Fahrzeugs, das das System umfasst, kann verbessert werden.Optionally, the vehicle includes an air intake for directing ambient air to the power source radiator, the system including a cover assembly controllable between an open position in which the cover assembly allows air flow through the air inlet and a closed position in which the cover assembly allows air flow therethrough the air inlet is at least partially blocked. This provides a waste heat recovery system in which the temperature level of the power source cooler and the second evaporator as well as the heat transfer from the power source cooler to the second evaporator can be easily controlled by controlling the position of the cover assembly. In this way, conditions are provided for more efficient conversion of heat into useful work and the overall energy efficiency of a vehicle incorporating the system can be improved.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug gelöst, wobei der Antriebsstrang eine Antriebsquelle, die zum Bereitstellen von Antriebskraft an das Fahrzeug konfiguriert ist, einen Antriebsquellenkühler, der zum Kühlen der Antriebsquelle konfiguriert ist, und ein erfindungsgemäßes Abwärmerückgewinnungssystem umfasst.According to a second aspect of the invention, the object is achieved by a drive train for a vehicle, the drive train comprising a drive source configured to provide driving force to the vehicle, a drive source cooler configured to cool the drive source, and a waste heat recovery system according to the invention .
Da der Antriebsstrang ein erfindungsgemäßes Abwärmerückgewinnungssystem umfasst, wird ein Antriebsstrang bereitgestellt, der eine effizientere Umwandlung von Wärme in Nutzarbeit erzielen kann. Infolgedessen kann die Gesamtenergieeffizienz eines Fahrzeugs, das einen solchen Antriebsstrang umfasst, verbessert werden.Since the drive train includes a waste heat recovery system according to the invention, a drive train is provided that can achieve a more efficient conversion of heat into useful work. As a result, the overall energy efficiency of a vehicle including such a powertrain can be improved.
Entsprechend wird ein Antriebsstrang bereitgestellt, der zumindest einige der vorstehend erwähnten Probleme und Nachteile beseitigt oder zumindest verringert. Infolgedessen wird die vorstehend erwähnte Aufgabe gelöst.Accordingly, a powertrain is provided which eliminates or at least reduces at least some of the problems and disadvantages mentioned above. As a result, the above-mentioned object is achieved.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Fahrzeug gelöst, das einen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Abwärmerückgewinnungssystem umfasst.According to a third aspect of the invention, the object is achieved by a vehicle which comprises a drive train with a waste heat recovery system according to the invention.
Da das Fahrzeug einen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Abwärmerückgewinnungssystem umfasst, wird ein Fahrzeug bereitgestellt, in dem Wärme auf effizientere Weise in Nutzarbeit umgewandelt werden kann. Infolgedessen wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Bedingungen für eine verbesserte Energieeffizienz aufweist.Since the vehicle includes a powertrain with a waste heat recovery system according to the invention, a vehicle is provided in which heat can be converted into useful work in a more efficient manner. As a result, a vehicle is provided that has conditions for improved energy efficiency.
Entsprechend wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das zumindest einige der vorstehend erwähnten Probleme und Nachteile beseitigt oder zumindest verringert. Infolgedessen wird die vorstehend erwähnte Aufgabe gelöst.Accordingly, a vehicle is provided which eliminates or at least reduces at least some of the problems and disadvantages mentioned above. As a result, the above-mentioned object is achieved.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Studieren der anhängenden Ansprüche und der nachstehenden ausführlichen Beschreibung offensichtlich.Further features and advantages of the present invention will become apparent upon studying the appended claims and the detailed description below.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
Verschiedene Aspekte der Erfindung, einschließlich ihrer besonderen Merkmale und Vorteile können leicht aus den beispielhaften Ausführungsformen verstanden werden, die in der folgenden ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen erläutert werden, in denen:
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1 einen Antriebsstrang gemäß einigen Ausführungsformen zeigt, -
2 einen Antriebsstrang gemäß einigen weiteren Ausführungsformen zeigt, -
3 einen Abschnitt einer in2 dargestellten Wärmeaustauschereinheit zeigt, -
4 einen Antriebsstrang gemäß einigen weiteren Ausführungsformen zeigt, -
5 eine Wärmeaustauschereinheit gemäß in4 dargestellten Ausführungsformen zeigt, und -
6 ein Fahrzeug gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
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1 shows a powertrain according to some embodiments, -
2 shows a drive train according to some further embodiments, -
3 a section of an in2 heat exchanger unit shown shows, -
4 shows a drive train according to some further embodiments, -
5 a heat exchanger unit according to in4 illustrated embodiments shows, and -
6 shows a vehicle according to some embodiments.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Im Folgenden werden Aspekte der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben. Gleiche Nummern beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente. Gut bekannte Funktionen oder Ausführungen werden der Kürze und/oder Klarheit halber nicht unbedingt detailliert beschrieben.Aspects of the present invention are described in more detail below. The same numbers refer to the same elements throughout. Well-known functions or implementations are not necessarily described in detail for brevity and/or clarity.
Der Antriebsstrang 60 umfasst ferner einen Antriebsquellenkühler 7, der zum Kühlen der Antriebsquelle 5 konfiguriert ist. Darüber hinaus umfasst der Antriebsstrang 60 ein Abwärmerückgewinnungssystem 1 gemäß einigen Ausführungsformen. Das Abwärmerückgewinnungssystem 1 wird an einigen Stellen in diesem Dokument der Kürze und Klarheit halber als „das System 1“ bezeichnet. Das Abwärmerückgewinnungssystem 1 umfasst einen ersten Verdampfer 11, der zum Sammeln von Wärme konfiguriert ist, die von der Antriebsquelle 5 erzeugt wird. Gemäß den dargestellten Ausführungsformen ist der erste Verdampfer 11 zum Sammeln von Wärme aus Abgasen der Brennkraftmaschine 5 konfiguriert. Somit umfasst gemäß den dargestellten Ausführungsformen der erste Verdampfer 11 einen Wärmeaustauscher, der in einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine 5 angeordnet ist. Die Abgasleitung ist in
Das Abwärmerückgewinnungssystem 1 umfasst ferner einen ersten Expander 13, der zum Bereitstellen von Nutzarbeit konfiguriert ist, die vom ersten Verdampfer 11 gesammelt wird. Darüber hinaus umfasst das Abwärmerückgewinnungssystem 1 einen zweiten Verdampfer 21 und einen zweiten Expander 23, der zum Bereitstellen von Nutzarbeit aus Wärme konfiguriert ist, die vom zweiten Verdampfer 21 gesammelt wird. Der zweite Verdampfer 21 ist zum Sammeln von Wärme konfiguriert, die vom Antriebsquellenkühler 7 dissipiert wird. Somit sind Bedingungen für eine effizientere Umwandlung von Wärme in Nutzarbeit bereitgestellt. Dies ist der Fall, da das Abwärmerückgewinnungssystem 1 zwei Expander 13, 23 umfasst, die jeweils zum Bereitstellen von Nutzarbeit aus Wärme konfiguriert sind, die von jeweiligen Verdampfern 11, 21 gesammelt wird, die bei unterschiedlichen Temperaturniveaus arbeiten. Dementsprechend können die Expander 13, 23 leicht so ausgestaltet werden, dass sie bei einer optimalen Leistungsabgabe bezüglich des Niveaus von Wärme arbeiten, die von den jeweiligen Verdampfern 11, 21 gesammelt wird. Auf diese Weise kann die relativ geringe Wärmemenge, die vom Antriebsquellenkühler 7 dissipiert wird, vom zweiten Expander 23 auf effiziente Weise in Nutzarbeit umgewandelt werden.The waste
Der Antriebsquellenkühler 7 ist so konfiguriert, dass er einer Luftströmung ausgesetzt wird, die eine Luftströmungsrichtung d aufweist. Gemäß den dargestellten Ausführungsformen ist der zweite Verdampfer 21 dem Antriebsquellenkühler 7, gesehen in der Luftströmungsrichtung d, nachgelagert angeordnet. Dadurch kann der zweite Verdampfer 21 Wärme, die vom Antriebsquellenkühler 7 dissipiert wird, auf einfache und effiziente Weise sammeln, wobei die Notwendigkeit für weitere Wärmeübertragungsvorrichtungen oder Systeme zum Übertragen von Wärme vom Antriebsquellenkühler 7 zum zweiten Verdampfer 21 umgangen wird. Die Luftströmungsrichtung d kann einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs entgegengesetzt sein, das das Abwärmerückgewinnungssystem 1 umfasst, wenn sich das Fahrzeug vorwärts fortbewegt. Darüber hinaus umfasst gemäß der dargestellten Ausführungsformen das Abwärmerückgewinnungssystem 1 einen Ventilator 30, der zum selektiven Erzeugen einer Luftströmung in die Luftströmungsrichtung d konfiguriert ist. Der Ventilator 30 kann beispielsweise bei niedrigen Geschwindigkeiten oder Stillstand eines Fahrzeugs verwendet werden, das das Abwärmerückgewinnungssystem 1 umfasst, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht dazu ausreicht, um eine Luftströmung in die Luftströmungsrichtung d zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann der Ventilator 30 beispielsweise verwendet werden, wenn ein Kühlungsbedarf des Antriebsquellenkühlers 7 einen Schwellenwert überschreitet.The power source cooler 7 is configured to be exposed to an air flow having an air flow direction d. According to the illustrated embodiments, the
Gemäß den dargestellten Ausführungsformen umfasst die Antriebsquelle 5 einen Ladeluftkühler 25, Somit ist gemäß den dargestellten Ausführungsformen die Antriebsquelle 5 eine den Ladeluftkühler 25 aufweisende, aufgeladene Brennkraftmaschine 5. Der zweite Verdampfer 21 ist zum Sammeln von Wärme konfiguriert, die vom Ladeluftkühler 25 dissipiert wird. Somit kann die relativ kleine Wärmemenge, die vom Ladeluftkühler 25 dissipiert wird, vom zweiten Expander 23 auf effiziente Weise in Nutzarbeit umgewandelt werden. Gemäß den dargestellten Ausführungsformen ist der zweite Verdampfer 21 dem Ladeluftkühler 25, gesehen in der Luftströmungsrichtung d, nachgelagert angeordnet. Somit wird eine Lösung bereitgestellt, die geringes Gewicht und niedrige Kosten hat und die unkompliziert ist, um Wärme zu sammeln, die vom Ladeluftkühler 25 dissipiert wird. Wie aus
Gemäß den dargestellten Ausführungsformen umfasst das System 1 einen ersten Arbeitsmediumkreislauf 51 und einen zweiten Arbeitsmediumkreislauf 52. Der erste Verdampfer 11 und der erste Expander13 sind im ersten Arbeitsmediumkreislauf 51 angeordnet. Der erste Arbeitsmediumkreislauf 51 umfasst ferner einen ersten Kondensator 31, der zum Kondensieren von Arbeitsmedium konfiguriert ist, das vom ersten Verdampfer 11 verdampft wird. Darüber hinaus umfasst der erste Arbeitsmediumkreislauf 51 eine erste Arbeitsmediumpumpe 17, die zum Pumpen von Arbeitsmedium über den ersten Arbeitsmediumkreislauf 51 in eine Richtung vom ersten Expander 13 zum ersten Verdampfer 11 konfiguriert ist.According to the illustrated embodiments, the
Im ersten Verdampfer 11 wird das Arbeitsmedium auf eine Temperatur erwärmt, bei der das Arbeitsmedium aus der flüssigen Phase in die gasförmige Phase verdampft. Das gasförmige Arbeitsmedium wird zum ersten Expander 13 übergeleitet. Im ersten Expander 13 wird die Temperatur und der Druck des Arbeitsmediums teilweise in Nutzarbeit umgewandelt. Gemäß den dargestellten Ausführungsformen ist ein Rotor des ersten Expanders 13 über ein Getriebe 47 mechanisch mit einer Welle der Antriebsquelle 5 verbunden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der erste Expander 13 Nutzarbeit auf andere Weise bereitstellen, wie beispielsweise durch Antreiben einer Lichtmaschine, die Elektrizität erzeugt, oder durch Betreiben einer zweiten Vorrichtung oder eines zweiten Systems.In the
Das Arbeitsmedium des ersten Arbeitsmediumkreislaufs 51 fließt aus dem ersten Expander 13 und in den ersten Kondensator 31. Im ersten Kondensator 31 wird die Temperatur des Arbeitsmediums weiter reduziert und gasförmiges Arbeitsmedium wird zurück in die flüssige Phase kondensiert. Aus dem ersten Kondensator 31 wird das Arbeitsmedium von der ersten Arbeitsmediumpumpe 17 zum ersten Verdampfer 11 gepumpt. Außerdem umfasst der erste Arbeitsmediumkreislauf 51 ein erstes Ausdehnungsgefäß 57, das als ein Arbeitsmedium enthaltender Behälter dient und als Druckbehälter für das Arbeitsmedium im ersten Arbeitsmediumkreislauf 51 wirkt, was die Kondensation von Arbeitsmedium auch unter Betriebsbedingungen erleichtern kann, unter deren es schwierig ist, die Temperatur des Arbeitsmediums ausreichend zu senken.The working medium of the first working
Gemäß den dargestellten Ausführungsformen sind der zweite Verdampfer 21 und der zweite Expander 23 im zweiten Arbeitsmediumkreislauf 52 angeordnet. Der zweite Arbeitsmediumkreislauf 52 umfasst ferner einen zweiten Kondensator 32, der zum Kondensieren von Arbeitsmedium konfiguriert ist, das vom zweiten Verdampfer 21 verdampft wird. Darüber hinaus umfasst der zweite Arbeitsmediumkreislauf 52 eine zweite Arbeitsmediumpumpe 18, die zum Pumpen von Arbeitsmedium über den zweiten Arbeitsmediumkreislauf 52 in eine Richtung vom zweiten Expander 23 zum zweiten Verdampfer 21 konfiguriert ist.According to the illustrated embodiments, the
Im zweiten Verdampfer 21 wird das Arbeitsmedium auf eine Temperatur erwärmt, bei der das Arbeitsmedium aus der flüssigen Phase in die gasförmige Phase verdampft. Das gasförmige Arbeitsmedium wird zum zweiten Expander 23 übergeleitet. Im zweiten Expander 23 wird die Temperatur und dem Druck des Arbeitsmediums teilweise in Nutzarbeit umgewandelt. Gemäß den dargestellten Ausführungsformen ist ein Rotor des zweiten Expanders 23 über das Getriebe 47 auch mechanisch mit der Welle der Antriebsquelle 5 verbunden. Darüber hinaus umfasst gemäß den dargestellten Ausführungsformen das Abwärmerückgewinnungssystem 1 ein Getriebe 49 zwischen dem Rotor des ersten Expanders 13 und dem Rotor des zweiten Expanders 23, was verschiedene Drehzahlen der Rotoren des ersten und des zweiten Expanders 13, 23 ermöglicht. Auf diese Weise kann die Gesamtenergieeffizienz des Abwärmerückgewinnungssystems 1 weiter verbessert werden, wie es im vorliegenden Dokument weiter erläutert wird. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der zweite Expander 23 Nutzarbeit auf andere Weise bereitstellen, wie beispielsweise durch Antreiben einer Lichtmaschine, die Elektrizität erzeugt, oder durch Betreiben einer zweiten Vorrichtung oder eines zweiten Systems.In the
Das Arbeitsmedium des zweiten Arbeitsmediumkreislaufs 52 fließt aus dem zweiten Expander 23 und in den zweiten Kondensator 32. Im zweiten Kondensator 32 wird die Temperatur des Arbeitsmediums weiter reduziert und gasförmiges Arbeitsmedium wird zurück in die flüssige Phase kondensiert. Aus dem zweiten Kondensator 32 wird das Arbeitsmedium von der zweite Arbeitsmediumpumpe 18 in den zweiten Verdampfer 21 gepumpt. Außerdem umfasst der zweite Arbeitsmediumkreislauf 52 ein zweites Ausdehnungsgefäß 59, das als ein Arbeitsmedium enthaltender Behälter dient und als Druckbehälter für das Arbeitsmedium im zweiten Arbeitsmediumkreislauf 52 wirkt, was die Kondensation von Arbeitsmedium auch unter Betriebsbedingungen erleichtern kann, unter deren es schwierig ist, die Temperatur des Arbeitsmediums ausreichend zu senken.The working medium of the second working
Wie es aus den vorliegenden Erläuterungen ersichtlich ist, hat unter den meisten Betriebsbedingungen das Arbeitsmedium des ersten Arbeitsmediumkreislaufs 51 eine höhere Temperatur als das Arbeitsmedium des zweiten Arbeitsmediumkreislaufs 52. Dies ist der Fall, da der erste Verdampfer 11 ist zum Sammeln von Wärme bei einem höheren Temperaturniveau konfiguriert ist als der zweite Verdampfer 21. Somit weisen unter den meisten Betriebsbedingungen die Komponenten des ersten Arbeitsmediumkreislaufs 51 eine höhere Temperatur auf als die Komponenten des zweiten Arbeitsmediumkreislaufs 52. Daher können „der erste Arbeitsmediumkreislauf 51“, „der erste Verdampfer 11“ und „der erste Kondensator 31“, wie sie hierin bezeichnet sind, auch als „der Hochtemperatur-Arbeitsmediumkreislauf 51“, „der Hochtemperatur-Verdampfer 11“ und „der Hochtemperatur-Kondensator 31“ bezeichnet werden. Gleichermaßen können „der zweite Arbeitsmediumkreislauf 52“, „der zweite Verdampfer 21“ und „der zweite Kondensator 32“, wie sie hierin bezeichnet sind, auch als „der Niedrigtemperatur-Arbeitsmediumkreislauf 52“, „der Niedrigtemperatur-Verdampfer 21“ und „der Niedrigtemperatur-Kondensator 32“ bezeichnet werden.As can be seen from the present explanations, under most operating conditions, the working medium of the first working
Gemäß den dargestellten Ausführungsformen umfasst der zweite Arbeitsmediumkreislauf 52 ein Arbeitsmedium, das andere Eigenschaften hat als das Arbeitsmedium des ersten Arbeitsmediumkreislaufs 51, etwa einen niedrigeren Siedepunkt. Auf diese Weise kann die Effizienz des jeweiligen Arbeitsmediumkreislaufs 51, 52 erhöht werden und Wärme kann auf effizientere Weise vom jeweiligen ersten und zweiten Verdampfer 11, 21 gesammelt werden und somit auch effizienter vom ersten und zweiten Expander 13, 23 in Nutzarbeit umgewandelt werden.According to the illustrated embodiments, the second working
Gemäß den in
Gemäß den dargestellten Ausführungsformen umfasst das Abwärmerückgewinnungssystem 1 einen Hilfskühler 35, der mit einem Auslass 7' des Antriebsquellenkühlers 7 verbunden ist, wobei der erste und der zweite Kondensator 31, 32 so konfiguriert sind, dass sie vom Hilfskühler 35 gekühlt werden. Dadurch wird gewährleistet, dass der erste und der zweite Kondensator 31, 32 effizient gekühlt werden können, was Bedingungen für eine erhöhte Effizienz des Abwärmerückgewinnungssystems 1 bereitstellt. Gemäß den dargestellten Ausführungsformen umfasst das Abwärmerückgewinnungssystem 1 einen Ventilator 33, der zum selektiven Erzeugen einer Luftströmung durch den Hilfskühler 35 konfiguriert ist. Der Ventilator 33 kann beispielsweise während des Stillstands eines Fahrzeugs verwendet werden, das das Abwärmerückgewinnungssystem 1 umfasst, und/oder wenn ein Kühlbedarf des Hilfskühlers 35 einen Schwellenwert überschreitet.According to the illustrated embodiments, the waste
Wie aus
Gemäß den in
Gemäß den in
Gemäß den in
Darüber hinaus umfasst die Wärmeaustauschereinheit 37 Luftkanäle 44 zwischen den Kühlmittelkanalpaaren 39. Auf diese Weise kann Luft, die in die in
Gemäß den in
Das Arbeitsmedium fließt von der Mischervorrichtung 48 in die Kühlmittelkanäle 46 der Wärmeaustauschereinheit 37'. Beim Fließen durch die Kühlmittelkanäle 46 kann darin das Arbeitsmedium Wärme empfangen oder durch Luft, die durch die Wärmeaustauschereinheit 37' in die in
Wie in
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Gemäß den in
Die Steueranordnung, wie sie hierin bezeichnet wird, kann eine Berechnungseinheit umfassen, die die Form von im Wesentlichen einem beliebigen Typ von Prozessorschaltung oder Mikrocomputer einnehmen kann, beispielsweise eine Schaltung für digitale Signalverarbeitung (digitaler Signalprozessor, DSP), eine zentrale Rechnereinheit (CPU), eine Verarbeitungseinheit, eine Verarbeitungsschaltung, einen Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), einen Mikroprozessor oder andere Verarbeitungslogik, die Anweisungen auslegen und ausführen kann. Der hierin verwendete Ausdruck „Berechnungseinheit“ kann eine Verarbeitungsschaltung darstellen, die mehrere Verarbeitungsschaltkreise wie beispielsweise beliebige, manche oder alle der vorstehend erwähnten umfasst.The control arrangement, as referred to herein, may include a computing unit, which may take the form of substantially any type of processor circuit or microcomputer, for example a digital signal processing circuit (DSP), a central processing unit (CPU), a processing unit, processing circuit, processor, application specific integrated circuit (ASIC), microprocessor, or other processing logic that can interpret and execute instructions. As used herein, the term “computation unit” may represent a processing circuit that includes multiple processing circuits such as any, some, or all of those mentioned above.
Der Fachmann erkennt, dass die Betriebsmodi des Systems 1 durch programmierte Anweisungen implementiert werden können. Diese programmierten Anweisungen bestehen gewöhnlich aus einem Computerprogramm, das beim Ausführen in der Steueranordnung gewährleistet, dass die Steueranordnung die gewünschte Steuerung, wie etwa die Betriebsmodi des hierin beschriebenen Systems 1, ausführt. Das Computerprogramm ist gewöhnlich Teil eines Computerprogrammprodukts, das ein geeignetes digitales Speichermedium umfasst, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.One skilled in the art will recognize that the operating modes of the
Die Steueranordnung kann ferner eine Speichereinheit umfassen, wobei die Berechnungseinheit mit der Speichereinheit verbunden sein kann, die die Berechnungseinheit mit beispielsweise gespeichertem Programmcode und/oder gespeicherten Daten versehen kann, die die Berechnungseinheit zum Durchführen von Berechnungen benötigen könnte. Die Berechnungseinheit kann auch zum Speichern teilweiser oder endgültiger Ergebnisse von Berechnungen in der Speichereinheit ausgebildet sein. Die Speichereinheit kann eine physische Vorrichtung umfassen, die zum Speichern von Daten oder Programmen, d. h. Abfolgen von Anweisungen auf temporärer oder permanenter Basis umfassen kann. Gemäß manchen Ausführungsformen kann die Speichereinheit integrierte Schaltungen umfassen, die siliziumbasierte Transistoren umfassen. Die Speichereinheit kann beispielsweise eine Speicherkarte, einen Flashspeicher, einen USB-Speicher, eine Festplatte oder eine andere flüchtige oder nichtflüchtige Speichereinheit zum Speichern von Daten wie beispielsweise ROM (schreibgeschützter Speicher), PROM (programmierbarer schreibgeschützter Speicher), EPROM (löschbarer PROM), EEPROM (elektrisch löschbarerer PROM) usw. in unterschiedlichen Ausführungsformen umfassen.The control arrangement can further comprise a storage unit, wherein the calculation unit can be connected to the storage unit, which can provide the calculation unit with, for example, stored program code and/or stored data that the calculation unit could need to carry out calculations. The calculation unit can also be designed to store partial or final results of calculations in the storage unit. The storage device may comprise a physical device used to store data or programs, i.e. H. May include sequences of instructions on a temporary or permanent basis. According to some embodiments, the memory device may include integrated circuits that include silicon-based transistors. The storage unit may, for example, be a memory card, flash memory, USB memory, hard drive or other volatile or non-volatile storage device for storing data such as ROM (read-only memory), PROM (programmable read-only memory), EPROM (erasable PROM), EEPROM (electrically erasable PROM), etc. in different embodiments.
Die Steueranordnung ist mit Komponenten des Systems 1 zum Empfangen und/oder Senden von Eingabe- und Ausgabesignalen verbunden. Diese Eingabe- und Ausgabesignale können Wellenformen, Impulse oder andere Eigenschaften umfassen, die die Eingabesignale empfangenden Vorrichtungen als Information erkennen können, und die in Signale umgewandelt werden können, die von der Steueranordnung verarbeitbar sind. Diese Signale können dann an die Berechnungseinheit geliefert werden. Eine oder mehrere Ausgabesignale aussendende Vorrichtungen können dazu angeordnet sein, Berechnungsergebnisse von der Berechnungseinheit in Ausgabesignale zum Übermitteln an andere Teile des Steuersystems des Fahrzeugs und/oder die Komponente oder Komponenten umzuwandeln, für die die Signale bestimmt sind. Jede der Verbindungen mit jeweiligen Komponenten des Systems 1 zum Empfangen und Senden von Eingabe- und Ausgabesignalen kann die Form von einem oder mehreren aus einem Kabel, einem Datenbus, beispielsweise einem CAN- (Controller Area Network-)Bus, einem MOST- (Media Oriented Systems Transport-)Bus oder einer anderen Bus-Konfiguration oder einer drahtlosen Verbindung annehmen.The control arrangement is connected to components of the
Wie vorstehend beschrieben, kann das System 1 eine Steueranordnung umfassen, kann jedoch alternativ vollständig oder teilweise in zwei oder mehr Steueranordnungen oder zwei oder mehr Steuereinheiten eingerichtet sein.As described above, the
Steuersysteme in modernen Fahrzeugen umfassen im Allgemeinen ein Kommunikationsbus-System, das aus einem oder mehreren Kommunikationsbussen zum Verbinden einer Anzahl elektronischer Steuereinheiten (ECU), oder Steuerungen, mit verschiedenen Komponenten an Bord des Fahrzeugs besteht. Ein solches Steuersystem kann eine große Anzahl von Steuereinheiten umfassen und das Ausführen einer bestimmten Funktion kann zwischen zwei oder mehreren derselben aufgeteilt sein. Fahrzeuge des hierin beschriebenen Typs sind daher häufig mit deutlich mehr Steueranordnungen ausgestattet, wie es der Fachmann sicherlich erkennen wird.Control systems in modern vehicles generally include a communication bus system, which consists of one or more communication buses for connecting a number of electronic control units (ECUs), or controllers, to various components on board the vehicle. Such a control system may include a large number of control units and the performance of a particular function may be divided between two or more of them. Vehicles of the type described herein are therefore often equipped with significantly more control arrangements, as those skilled in the art will certainly recognize.
Das Computerprodukt kann beispielsweise in Form eines Datenträgers vorgesehen sein, der Computerprogrammcode zum Durchführen von mindestens einigen der Betriebsmodi des Systems 1 gemäß einigen Ausführungsformen gemäß einigen Ausführungsformen trägt, wenn er in eine oder mehrere Berechnungseinheiten der Steuerungsanordnung geladen ist. Der Datenträger kann beispielsweise eine CD-ROM oder ein ROM (schreibgeschützter Speicher), ein PROM (programmierbarer schreibgeschützter Speicher), ein EPROM (löschbarer PROM), ein Flashspeicher, ein EEPROM (elektrisch löschbarerer PROM), eine Festplatte, ein Speicherstick, eine optische Speichervorrichtung, eine magnetische Speichervorrichtung oder ein beliebiges anderes Medium wie eine Disk oder ein Band sein, die maschinenlesbare Daten auf nichtflüchtige Weise aufnehmen. Das Computerprogrammprodukt kann außerdem als ein Computerprogrammcode auf einem Server bereitgestellt sein und kann remote auf die Steueranordnung heruntergeladen werden, beispielsweise über eine Internet- oder eine Intranetverbindung oder über andere drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationssysteme.The computer product may, for example, be provided in the form of a data carrier that carries computer program code for carrying out at least some of the operating modes of the
Gemäß den dargestellten Ausführungsformen ist das Fahrzeug 3 ein Lastkraftwagen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Fahrzeug 3, wie es hierin bezeichnet wird, eine andere Art eines bemannten oder unbemannten Fahrzeugs zu Land oder Wasser sein, die auf Vortrieb beruhen, etwa ein Lastwagen, ein Bus, ein Baufahrzeug, ein Traktor, ein Automobil, ein Schiff, ein Boot oder dergleichen.According to the illustrated embodiments, the
Es versteht sich, dass das Vorstehende veranschaulichend für verschiedene beispielhafte Ausführungsformen ist, und dass die Erfindung nur durch die begleitenden Ansprüche definiert ist. Der Fachmann erkennt, dass die beispielhaften Ausführungsformen geändert werden können, und dass verschiedene Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen kombiniert werden können, um Ausführungsformen zu schaffen, die sich von den hierin beschriebenen unterscheiden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie sie in den begleitenden Ansprüchen definiert ist.It is to be understood that the foregoing is illustrative of various exemplary embodiments and that the invention is defined only by the accompanying claims. Those skilled in the art will recognize that the exemplary embodiments may be changed and that various features of the exemplary embodiments may be combined to create embodiments different from those described herein without departing from the scope of the present invention as set forth in the accompanying claims is defined.
Der erste Verdampfer 11 und/oder der zweite Verdampfer 21 können auch als Wärmesammler oder Boiler bezeichnet werden. Das Arbeitsmedium, wie es hierin bezeichnet ist, kann auch als Arbeitsfluid bezeichnet werden.The
Im vorliegenden Dokument ist der Begriff 2 „umfassen" oder „aufweist“ offen und umfasst ein oder mehrere erwähnte Merkmale, Elemente, Schritte, Komponenten oder Funktionen, schließt jedoch das Vorliegen oder Hinzufügen eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Elemente, Schritte, Komponenten, Funktionen oder Gruppen derselben nicht aus.In this document, the term 2 "comprising" or "having" is open and includes one or more mentioned features, elements, steps, components or functions, but excludes the presence or addition of one or more further features, elements, steps, components, functions or groups thereof.
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DE102006043139A1 (en) | 2006-09-14 | 2008-03-27 | Man Nutzfahrzeuge Ag | Device for gaining energy from lost heat of internal combustion engine of vehicle, particularly commercial vehicle, has thermo converter, connected with upper temperature level, which is formed by lost heat source of combustion engine |
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