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Die Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungseinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Abwärmenutzungseinrichtung und auch ein Verfahren zum Betreiben einer Abwärmenutzungseinrichtung.
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Abwärmenutzungseinrichtungen mit einem Abwärmenutzungskreislauf können die im Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltene Abwärme in einem Kraftfahrzeug nutzen. Hierzu wird ein Verdampfer mit besagter Abwärme beaufschlagt. Üblicherweise wird der Verdampfer von einem Wärmeübertrager gebildet, durch welchen ein Arbeitsmedium zur Aufnahme von Wärme leitbar ist.
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Dabei wird das in dem Abwärmenutzungskreislauf umlaufende Arbeitsmedium erwärmt, verdampft und überhitzt. Das heiße und unter hohem Druck stehende Arbeitsmedium wird dann in einer Expansionsmaschine expandiert und leistet mechanische Arbeit, die zum Antrieb eines elektrischen Generators genutzt werden kann. In der Expansionsmaschine, beispielsweise einer Axialkolbenmaschine, wird hierzu das Arbeitsmedium von einem ersten Druckniveau auf ein niedrigeres Druckniveau unter mechanischer Arbeitsleistung expandiert. Dabei treiben die Kolben der Expansionsmaschine eine Welle an, welche zum Bewegen des elektrischen Generators mit diesem antriebsverbunden ist. Das expandierte Arbeitsmedium wird in einem Kondensator gekühlt, verflüssigt und dem Fluidkreislauf über eine Pumpe erneut zugeführt. Je höher die Druck- und Temperaturdifferenz des Arbeitsmediums, umso höher ist der Wirkungsgrad der Abwärmenutzungseinrichtung.
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Als Arbeitsmedium kann Wasser verwendet werden, dessen Dampf unter Abgabe von Arbeit entspannt wird. Es können aber auch beispielsweise organische Arbeitsmedium oder Wasser mit Zusätzen verwendet werden, die wertvoll oder umweltschädlich sein können. Eine im Abwärmenutzungskreislauf stromab der Expansionsmaschine angeordnete Kondensatoranordnung dient zur Verflüssigung des expandierten Arbeitsmediums. Typische Temperaturen des Arbeitsmediums liegen bei einigen hundert °C für den energiereichen Dampfzustand und bei Wasser bei 100°C als Kondensations-Temperatur. Das kondensierte Arbeitsmedium kann einem in dem Abwärmenutzungskreislauf vorhandenem Arbeitsmedium-Reservoir, typischerweise in Form eines geeignet realisierten Behältnisses, zugeführt werden, wo es ohne Verluste wieder für den Abwärmenutzungskreislauf zur Verfügung steht.
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In bestimmten Betriebssituationen - insbesondere bei Verwendung der Abwärmenutzungseinrichtung im Zusammenspiel mit einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, kann es erforderlich sein, die Abwärmenutzungseinrichtung möglichst schnell zu deaktivieren. Dies bedeutet insbesondere, dass die Expansionsmaschine der Abwärmenutzungseinrichtung möglichst schnell angehalten werden soll. Eine Trennung der Abwärmenutzungseinrichtung vom Abgasstrang der Abgasanlage oder, so dass keine im Abgas enthaltene Wärme mehr zur Verfügung steht, welche die Expansionsmaschine weiterhin antreiben kann, erweist sich hierfür als ungeeignet, weil es aufgrund der Trägheit der Abwärmenutzungseinrichtung in der Regel zu lange dauert, bis die Expansionsmaschine auf diese zum Halten gebracht werden kann.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Abwärmenutzungseinrichtung schaffen, bei welcher die Abwärmenutzungseinrichtung, insbesondere deren Expansionsmaschine mit einem mit der Expansionsmaschine antriebsverbundenen elektrischen Generator - insbesondere auf eine externe Anforderung hin - möglichst schnell angehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundidee der Erfindung ist demnach, zum schnellen Anhalten der Expansionsmaschine einer Abwärmenutzungseinrichtung die elektrischen Ausgänge eines von der Expansionsmaschine angetriebenen, und hierzu mit dieser antriebsverbundenen elektrischen Generators elektrisch kurzzuschließen.
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Dadurch kann in den elektrischen Leitungen des Generators aufgrund des nicht vorhandenen elektrischen Widerstands ein extrem hoher elektrischer Kurzschluss-Strom induziert werden. Auf diese Weise wird gemäß Lenz'schen Regel im Rotor des Generators eine maximale Gegeninduktion mit einem Magnetfeld erzeugt, welches dem ursprünglichen, vom Stator erzeugten magnetischen Stator-Feld entgegenwirkt. Die entstehende magnetische Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Stator-Feld und dem magnetischen Rotor-Feld erzeugt eine auf den drehbaren Rotor des Generators wirkende maximalen Gegenkraft, die den sich drehenden Rotor des Generators sehr schnell abzubremsen vermag.
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Der elektrische Generator wirkt also auf die mit dem Rotor des elektrischen Generators - etwa über eine gemeinsame Drehwelle - antriebsverbundene Expansionsmaschine in der Art einer elektromotorischen Bremse, so dass die Expansionsmaschine bzw. deren Kolben sehr schnell - idealerweise bis zum vollständigen Stillstand - abgebremst wird.
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Besitzt der elektrische Generator mehr als zwei elektrische Ausgänge, insbesondere drei Ausgänge, so können zwei oder mehr Ausgänge elektrische kurzgeschlossen werden, um die Expansionsmaschine schnell und effektiv abzubremsen. Bevorzugt gilt dies für alle vorhandenen elektrischen Ausgänge des elektrischen Generators, die Besonders bevorzugt alle elektrisch miteinander kurzgeschlossen werden können.
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Eine erfindungsgemäße Abwärmenutzungseinrichtung umfasst einen Abwärmenutzungskreislauf, der in einen Hochdruckbereich und in einen Niederdruckbereich unterteilt ist. Im Abwärmenutzungskreislauf kann im Betrieb der Abwärmenutzungseinrichtung ein Arbeitsmedium zirkulieren. Die Abwärmenutzungseinrichtung umfasst einen Verdichter, einen Verdampfer, eine Expansionsmaschine und einen Kondensator, die alle im Abwärmenutzungskreislauf angeordnet sind. Ferner umfasst die Abwärmenutzungseinrichtung einen mit der Expansionsmaschine antriebsverbundenen und wenigstens zwei elektrische Ausgänge aufweisenden elektrischen Generator, an welchen im Betrieb der Abwärmenutzungseinrichtung eine elektrische Ausgangsspannung erzeugt wird. Ferner umfasst die Abwärmenutzungseinrichtung eine elektrische Kurzschlussschaltung zum elektrischen Kurzschließen der wenigstens zwei elektrischen Ausgänge des elektrischen Generators. Schließlich umfasst die Abwärmenutzungseinrichtung eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung, die zum Steuern der Kurzschlussschaltung eingerichtet/programmiert ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der elektrische Generator nicht nur zwei, sondern drei elektrische Ausgänge auf, die alle drei mittels der elektrischen Kurzschlussschaltung elektrisch miteinander kurzschließbar sind. Somit können auch dreiphasige elektrische Generatoren problemlos elektrische kurzgeschlossen werden, um die Expansionsmaschine bzw. die Abwärmenutzungseinrichtung schnell anzuhalten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die elektrische Kurzschlussschaltung wenigstens ein elektrisches Schaltelement, welches umschaltbar ist zwischen einer Schließstellung, in welcher es die wenigstens zwei elektrischen Ausgänge elektrisch kurzschließt, und einer Offenstellung umschaltbar ist, in welcher dieser elektrische Kurzschluss aufgehoben ist. Falls der elektrische Generator gemäß einer Weiterbildung drei elektrische Ausgänge umfasst, so können in der elektrischen Kurzschlussschaltung entsprechend zwei Schaltelemente vorhanden sein. Dies ermöglicht es, die elektrische Kurzschlussschaltung technisch einfach umzusetzen. Als Schaltelemente können geeignete elektrische bzw. elektronische Schalter - im letzten Fall insbesondere Halbleiterschalter wie etwa Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren - verwendet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Abwärmenutzungseinrichtung mittels der Steuerungs-/Regelungseinrichtung zwischen einem Kurzschluss-Zustand, in welchem die elektrische Kurzschlussschaltung die wenigstens zwei Ausgänge elektrisch kurzschließt, und einem Nominalzustand umschaltbar, in welchem der elektrische Kurzschluss der wenigstens zwei Ausgänge aufgehoben ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Abwärmenutzungseinrichtung einen im Abwärmenutzungskreislauf angeordneten (ersten) Temperatursensor, mittels welchem für die Steuerungs-/Regelungseinrichtung die Temperatur des Abwärmenutzungskreislaufs bestimmbar ist. Insbesondere kann der erste Temperatursensor im Bereich der Expansionsmaschine angeordnet sein, sodass vom ersten Temperatursensor die Temperatur der Expansionsmaschine bestimmt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann bei dieser Weiterbildung die Abwärmenutzungseinrichtung einen im Abwärmenutzungskreislauf angeordneten (zweiten) Temperatursensor aufweisen, mittels welchem für die Steuerungs-/Regelungseinrichtung die Temperatur des elektrischen Generators bestimmbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, die elektrische Kurzschlussschaltung in Abhängigkeit von der mittels des ersten bzw. zweiten Temperatursensors bestimmten Temperatur anzusteuern und gegebenenfalls zu aktivieren. Auf diese Weise kann die Abwärmenutzungseinrichtung bzw. die Expansionsmaschine durch entsprechende Ansteuerung der Kurzschlussschaltung durch die Steuerungs-/Regelungseinrichtung schnell und effektiv angehalten werden, wenn die gemessene Temperatur einen vorgegebenen maximalen Temperaturwert überschritten hat. Auf diese Weise kann einer unzulässig hohen Temperatur des Abwärmenutzungskreislaufs bzw. des elektrischen Generators entgegengewirkt oder eine Temperaturüberschreitung über einen maximal zulässigen Maximalwert hinaus vollständig unterbunden werden
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine einen Abgasstrang zum Abführen des von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgases und eine voranstehend vorgestellte, erfindungsgemäße Abwärmenutzungseinrichtung aufweist. Dabei ist der Abgasstrang der Brennkraftmaschine durch den Verdampfer der Abwärmenutzungseinrichtung geführt, so dass Abgas, welches fluidisch getrennt vom Arbeitsmedium der Abwärmenutzungseinrichtung durch den Verdampfer strömt, thermisch mit dem Arbeitsmedium verbunden ist und somit Wärme an das Arbeitsmedium abgeben kann. Die voranstehend erläuterten Vorteile der erfindungsgemäßen Abwärmenutzungseinrichtung übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer voranstehend vorgestellten, erfindungsgemäßen Abwärmenutzungseinrichtung. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird bei Eintreten wenigstens eines vorbestimmten Ereignisses die Abwärmenutzungseinrichtung in einen Kurzschluss-Zustand umgeschaltet, in welchem die elektrischen Ausgänge des elektrischen Generators elektrisch miteinander kurzgeschlossen sind. Auf diese Weise wird der elektrische Generator und somit auch die mit dem Generator antriebsverbundene Expansionsmaschine schnell abgebremst. Auf diese Weise kann die Abwärmenutzungseinrichtung im Fehlerfall bevorzugt, wenn sich im Abwärmenutzungskreislauf, insbesondere in der Expansionsmaschine, eine zu hohe Temperatur einstellen sollte, schnell angehalten, also deaktiviert werden, um auf diese Weise einer temperaturbedingten Beschädigung zu vermeiden oder dieser zumindest entgegenzuwirken.
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Besonders bevorzugt kann das vorgegebene Ereignis eine externe Anforderung sein, die insbesondere über einen Feldbus, bevorzugt einen Fahrzeug-Feldbus des mit der Abwärmenutzungseinrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeugs an die Steuerungs-/Regelungseinrichtung übermittelt wird, wenn diese an den Feldbus angeschlossen ist.
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Gemäß einer dazu alternativen Variante kann das vorgegebene Ereignis eine Überschreitung eines vorbestimmten Temperatur-Maximalwerts der Temperatur der Abwärmenutzungseinrichtung sein. Einer temperaturbedingten Beschädigung des Abwärmenutzungskreislaufs bzw. der Abwärmenutzungseinrichtung kann auf diese Weise besonders effektiv entgegengewirkt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der elektrische Kurzschluss der elektrischen Ausgänge des elektrischen Generators (wieder) aufgehoben werden, wenn oder sobald die Temperatur der Abwärmenutzungseinrichtung einen vorbestimmten Temperatur-Schwellwert, der kleiner oder gleich dem Temperatur-Maximalwert ist, wieder unterschritten hat. Dies ermöglicht es, den nominellen Betrieb der Abwärmenutzungseinrichtung wieder aufzunehmen, sobald keine Gefahr durch Temperaturüberschreitung und damit verbundener Überhitzung der Abwärmenutzungseinrichtung, insbesondere der Expansionsmaschine, droht.
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Aus Sicherheitsgründen kann besonders bevorzugt auch vorgesehen sein, dass die Aufhebung des elektrischen Kurzschlusses erst auf eine externe Anforderung hin erfolgt. Ein solcher Neustart der (zuvor) angehaltenen Abwärmenutzungseinrichtung auf eine externe Anforderung hin stellt sicher, dass vor dem erneuten Start der Abwärmenutzungseinrichtung zunächst überprüft werden kann, ob der die Deaktivierung auslösende Fehler nicht mehr besteht, bevor die Abwärmenutzungseinrichtung wieder neu gestartet wird.
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In einer dazu alternativen Variante kann die Aufhebung des elektrischen Kurzschlusses unabhängig von der Unterschreitung des Temperatur-Schwellwerts bzw. der externen Anforderung hin in jedem Fall dann erfolgen, wenn oder sobald eine Temperatur des elektrischen Generators einen kritischen Temperaturwert überschritten hat. Auf diese Weise wird eine zu starke Überhitzung des elektrischen Generators beim Abbremsen vermieden oder dem zumindest entgegengewirkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abwärmenutzungseinrichtung ist deren Steuerungs-/Regelungseinrichtung zur Durchführung des voranstehend erläuterten, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet/programmiert. Die voranstehend erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen sich daher auch auf die erfindungsgemäße Abwärmenutzungseinrichtung.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend dies 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.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die einzige 1 illustriert schematisch ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Abwärmenutzungseinrichtung 1 mit einem Abwärmenutzungskreislauf 2, in welchem ein Arbeitsmedium AM entlang einer Zirkulationsrichtung zirkulieren kann. Im Abwärmenutzungskreislauf 2 sind in herkömmlicher Weise ein Verdichter 11, ein Verdampfer 3, ein Expansionsmaschine 5 und ein Kondensator 4 angeordnet, wobei der Verdichter 11 und die Expansionsmaschine 5 den Abwärmenutzungskreislauf 2 in einen sich vom Verdichter 11 zur Expansionsmaschine 5 erstreckenden Hochdruckbereich 2a und in einen sich von der Expansionsmaschine 5 zum Verdichter 11 erstreckenden Niederdruckbereich 2b unterteilen. Der Verdampfer 3 ist zwischen Verdichter 11 und Expansionsmaschine 5 im Hochdruckbereich 2a angeordnet. Die Expansionsmaschine 5 kann eine Axialkolbenmaschine 13 mit mehreren in den Abwärmenutzungskreislauf 2 eingebundenen und somit vom Arbeitsmedium AM durchströmbaren Arbeitsräumen (nicht gezeigt) sein, in welchen jeweils ein Kolben axial verstellbar und vom Arbeitsmedium antreibbar angeordnet ist. Der Kondensator 4 ist zwischen Expansionsmaschine 5 und Verdichter 11 im Niederdruckbereich 2b angeordnet. Im Abwärmenutzungskreislauf 1 kann außerdem ein (Ausgleichs-)behältnis 9 zur Aufnahme des Arbeitsmediums angeordnet sein.
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Die Abwärmenutzungseinrichtung 1 kann Teil eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) sein, welche eine Brennkraftmaschine mit einem - in 1 nur abschnittsweise dargestellten - Abgasstrang 17 zum Abführen des von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgases umfasst. Der Abgasstrang 17 ist dabei zweckmäßig so durch den Verdampfer 3 der Abwärmenutzungseinrichtung 1 geführt, so dass durch den Verdampfer 3 fluidisch getrennt vom Arbeitsmedium AM der Abwärmenutzungseinrichtung 1 geführtes Abgas AG thermisch mit dem Arbeitsmedium AM verbunden ist und somit Wärme an das Arbeitsmedium AM abgeben kann.
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Wie 1 außerdem veranschaulicht, kann im Abwärmenutzungskreislauf 2 auch ein als sog. Rekuperator 7 ausgebildeter Wärmeübertrager 8 angeordnet sein, welcher sowohl von dem im Hochdruckbereich 2a befindlichen Arbeitsmedium AM als auch von dem im Niederdruckbereich 2b befindlichen Arbeitsmedium AM durchströmt wird. Dabei ist das im Hochdruckbereich 2a befindlichen Arbeitsmedium AM im Rekuperator 7 bzw. Wärmeübertrager 8 thermisch mit dem im Niederdruckbereich 2b befindlichen Arbeitsmedium AM gekoppelt, so dass wärme vom heißeren auf das weniger heiße Arbeitsmedium AM übertragen werden kann. Auf diese Weise kann die Effizienz der Abwärmenutzungseinrichtung 1 verbessert werden. In einer vereinfachten Variante der Abwärmenutzungseinrichtung 1 kann auf die Bereitstellung des voranstehend erläuterten Rekuperators 7 verzichtet sein (nicht gezeigt).
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Die Abwärmenutzungseinrichtung 1 umfasst ferner einen mit der Expansionsmaschine 5 antriebsverbundenen elektrischen Generator 6 zum Erzeugen einer elektrischen Ausgangsspannung V. Der elektrische Generator 6 kann einen Stator und einen relativ zum Stator drehbaren Rotor (nicht gezeigt) aufweisen, wobei der Rotor - insbesondere über eine Drehwelle 15 - mit der Expansionsmaschine 5 antriebsverbunden sein kann. An den elektrisches Generator 6 können - insbesondere über ein Fahrzeug-Bordnetz (nicht gezeigt) mehrere elektrische Verbraucher des mit der Abwärmenutzungseinrichtung 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs angeschlossen sein (in 1 nicht gezeigt).
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Im Beispiel der 1 ist der elektrische Generator 6 dreiphasig ausgebildet und umfasst entsprechend einen ersten, zweiten und dritten elektrischen Ausgang 18a, 18b, 18c, an welchen im Betrieb des Generators 6 eine elektrische Ausgangsspannung V erzeugt wird. Die erzeugte elektrische Wechselspannung kann mithilfe eines in der Figur nicht gezeigten, dem Generator 6 elektrische nachgeschalteten elektrischen Gleichrichters in eine elektrische Gleichspannung gleichgerichtet werden, so dass in diesem Fall an den elektrischen Ausgänge 18a, 18b, 18c eine elektrische Gleichspannung bereitgestellt wird.
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Die Abwärmenutzungseinrichtung 1 umfasst ferner eine elektrische Kurzschlussschaltung 20 zum elektrischen Kurzschließen der drei elektrischen Ausgänge 18a, 18b, 18c des elektrischen Generators 6 aufweisen.
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Die elektrische Kurzschlussschaltung 20 weist im Beispiel zwei elektrische Schaltelemente 19a, 19b in Form von Halbleiterschaltern - beispielsweise durch Halbleiter-Transistoren gebildet - auf, die jeweils zwischen einem geschlossenen und einem und einem Zustand umgeschaltet werden können. Ein erstes Schaltelement 19a schließt in seinem Schließzustand den elektrischen ersten Ausgang 18a elektrisch mit dem zweiten elektrischen Ausgang 18b kurz, wobei dieser elektrische Kurzschluss im Offenzustand des ersten Schaltelements 19a aufgehoben ist. Ein zweites Schaltelement 19b schließt in seinem Schließzustand den zweiten elektrischen Ausgang 18b elektrisch mit dem dritten elektrischen Ausgang 18c kurz, wobei dieser elektrische Kurzschluss im Offenzustand des zweiten Schaltelements 19b aufgehoben ist. In Varianten des obigen Beispiels kann die elektrische Verdrahtung der Schaltelemente 19a, 19b mit den elektrischen Ausgängen 18a, 18b, 18c auch anders aufgebaut sein. Dem einschlägigen Fachmann sind diesbezüglich vielfältige unterschiedliche Ausgestaltungsvarianten bekannt.
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Die Abwärmenutzungseinrichtung 1 umfasst ferner eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und zum Steuern der Kurzschlussschaltung 20 eingerichtet/programmiert ist. Hierfür umfasst die Abwärmenutzungseinrichtung 1 einen im Abwärmenutzungskreislauf 2 angeordneten ersten Temperatursensor 12a, mittels welchem die Temperatur TA des Abwärmenutzungskreislaufs 2 im Bereich des Temperatursensors 12a gemessen werden kann. Der erste Temperatursensor 12a ist elektrisch und somit signalübertragend mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 verbunden, so dass die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 mittels des ersten Temperatursensors 12a die Temperatur TA des Abwärmenutzungskreislaufs 2 im Bereich des ersten Temperatursensors 12a bestimmen kann. Im Beispiel der 1 ist der erste Temperatursensor 12a im Bereich der Expansionsmaschine 5 angeordnet, so dass die mittels des ersten Temperatursensors 12a bestimmte Temperatur TA mit der Temperatur der Expansionsmaschine 5 korreliert.
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Die Abwärmenutzungseinrichtung 1 umfasst ferner eine am elektrischen Generator 6 angeordneten zweiten Temperatursensor 12b, mittels welchem die Temperatur TG des elektrischen Generators 6 gemessen werden kann. Auch der zweite Temperatursensor 12b ist elektrisch und somit signalübertragend mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 verbunden, so dass die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 mittels des zweiten Temperatursensors 12b die Temperatur TG des elektrischen Generators 6 bestimmen kann. Außerdem kann die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 der Abwärmenutzungseinrichtung 1 an einen Feldbus 14, etwa einen LIN- oder CAN-Bus, eines Kraftfahrzeugs 1, in welchem die Abwärmenutzungseinrichtung 1 verbaut ist, angeschlossen sein, so dass die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 mit anderen, ebenfalls an den Feldbus 14 des Kraftfahrzeugs angeschlossenen Steuergeräten kommunizieren und insbesondere von diesem Steuerbefehle betreffend die Steuerung/Regelung der Abwärmenutzungseinrichtung 1 empfangen kann.
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Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert. Demnach ist die Abwärmenutzungseinrichtung 1 mittels der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 zwischen einem Kurzschluss-Zustand, in welchem die elektrische Kurzschlussschaltung 20 die drei Ausgänge 18a, 18b, 18c mittels der beiden Schaltelemente 19a, 19b elektrisch kurzschließt, und einem Nominalzustand umschaltbar, in welchem der elektrische Kurzschluss der drei Ausgänge 18a, 18b, 18c aufgehoben ist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird bei Eintreten von einem oder mehreren vorgegebenen Ereignissen die Abwärmenutzungseinrichtung 1 von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 durch entsprechende Ansteuerung der elektrischen Kurzschlussschaltung 20 in den Kurzschluss-Zustand umgeschaltet, in welchem die elektrischen Ausgänge 18a, 18b, 18c des elektrischen Generators 6 mittels der Schaltelemente 19a, 19b elektrisch kurzgeschlossen werden. Ein solches Ereignis kann beispielsweise eine externe Anforderung oder ein externer Steuerbefehl sein, die der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 über den Feldbus 14 übermittelt wurde.
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Unabhängig von einer solchen externen Anforderung kann ein Umschalten in den Kurzschluss-Zustand auch erfolgen, wenn oder sobald eine mittels des ersten Temperatursensors 12a bestimmte Temperatur TA der Abwärmenutzungseinrichtung 1 einen vorbestimmten Maximalwert TM überschritten hat. Das auslösende Ereignis ist in diesem Fall also eine Temperaturüberschreitung. Die Temperatur TA der Abwärmenutzungseinrichtung 1 wird dabei von dem im Abwärmenutzungskreislauf 2 angeordneten ersten Temperatursensor 12a bestimmt, der hierzu signal- und datenübertragend (vgl. Pfeil in 1) mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 verbunden ist. Im Beispielszenario ist der erste Temperatursensor 12a im Bereich der Expansionsmaschine 5 angeordnet, so dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine - typischerweise fehlerbedingte - Überhitzung der Expansionsmaschine 5 bei geeigneter Festlegung des zulässigen Maximalwerts TM verhindert werden kann oder dem zumindest entgegengewirkt werden kann.
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Beim beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahren wird der elektrische Kurzschluss der elektrischen Ausgänge 18a, 18b, 18c des elektrischen Generators 6 wieder aufgehoben, wenn oder sobald die Temperatur TA der Abwärmenutzungseinrichtung 1 einen vorbestimmten Temperatur-Schwellwert Ts, der kleiner oder gleich dem Temperatur-Maximalwert TM ist, wieder unterschritten hat.
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Unabhängig davon kann die Aufhebung des elektrischen Kurzschlusses zwischen den elektrischen Ausgängen 18a, 18b, 18c auch auf eine externe Anforderung hin erfolgen, die über den Feldbus 14 an die Steuerungs-/Regelungseinrichtung übermittelt werden kann.
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Jedoch kann besagte Aufhebung des elektrischen Kurzschlusses in einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens unabhängig von der voranstehend als erforderlich beschriebenen Unterschreitung des Temperatur-Schwellwerts Ts bzw. der externen Anforderung hin in jedem Fall erfolgen, wenn oder sobald eine Temperatur TG des elektrischen Generators einen kritischen Temperaturwert TK überschritten hat. Auf diese Weise wird eine Überhitzung des elektrischen Generators 6 vermieden oder dem zumindest entgegengewirkt.
