EP2933443A1 - Kühleinrichtung für einen Kondensator eines Systems für einen thermodynamischen Kreisprozess, System für einen thermodynamischen Kreisprozess, Anordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem System, Kraftfahrzeug, und ein Verfahren zum Durchführen eines thermodynamischen Kreisprozesses - Google Patents

Kühleinrichtung für einen Kondensator eines Systems für einen thermodynamischen Kreisprozess, System für einen thermodynamischen Kreisprozess, Anordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem System, Kraftfahrzeug, und ein Verfahren zum Durchführen eines thermodynamischen Kreisprozesses Download PDF

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Publication number
EP2933443A1
EP2933443A1 EP15000486.9A EP15000486A EP2933443A1 EP 2933443 A1 EP2933443 A1 EP 2933443A1 EP 15000486 A EP15000486 A EP 15000486A EP 2933443 A1 EP2933443 A1 EP 2933443A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
cooling medium
condenser
branch
cooling device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15000486.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Niklas Waibel
Daniel Stecher
Jens Niemeyer
Max Lorenz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Friedrichshafen GmbH filed Critical MTU Friedrichshafen GmbH
Publication of EP2933443A1 publication Critical patent/EP2933443A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine

Definitions

  • the invention relates to a cooling device for a condenser of a system for thermodynamic cycle according to claim 1, a system for a thermodynamic cycle according to claim 8, an arrangement of an internal combustion engine and such a system according to claim 10, a motor vehicle with a corresponding arrangement according to claim 11 , and a method for performing a thermodynamic cycle according to claim 13.
  • Thermodynamic cycles of the type discussed here are known per se.
  • a working medium is heated in an evaporator, in particular evaporated and then expanded in an expansion device, wherein recorded in the evaporator heat of the working medium is converted into mechanical energy.
  • the working medium is cooled in a condenser, in particular condensed, and in turn fed to the evaporator.
  • the organic Rankine cycle for example, essentially corresponds to the Rankine cycle, but it is suitable for lower operating temperatures. It is therefore particularly suitable for the use of waste heat, for example of industrial processes or of internal combustion engines.
  • a cooling device is provided in order to cool the working medium in the condenser, in particular to condense.
  • This may for example be designed as air cooling, wherein a cooling capacity of the cooling device is set in this case by a control of a fan.
  • the disadvantage of this is that the fan has a very high energy consumption.
  • the cooling device provides a direct connection between the condenser and an external heat reservoir, for example in the form of tap water, river water or seawater. In this case, the available cooling capacity for the condenser is fixed so that it is limited to operation at a certain temperature level and thus a certain condensation pressure is. This requires in many operating points of a system for operating the thermodynamic cycle a reduced compared to a possible maximum power output.
  • the invention has for its object to provide a cooling device by which the disadvantages mentioned are avoidable.
  • the invention is also based on the object to provide a corresponding system, an arrangement of an internal combustion engine and a system, a motor vehicle, and a method for operating a thermodynamic cycle, wherein said disadvantages do not occur.
  • a cooling device with the features of claim 1.
  • This is designed for cooling a condenser of a system for operating a thermodynamic cycle, very preferably an organic Rankine cycle process - abbreviated to ORC (Organic Rankine Cycle) - wherein the cooling device has a cooling medium circuit.
  • ORC Organic Rankine Cycle
  • the cooling device has a cooling medium circuit.
  • the cooling medium circuit has a cold branch upstream of a cooling point for the cooling medium and a warm branch downstream of the cooling point.
  • the cooling device is characterized according to a first embodiment in that the conveyor has a variable capacity.
  • the cooling capacity of the cooling device is always adaptable by varying the delivery rate of the conveyor to a current operating point of the system for the thermodynamic cycle, so that the temperature level and thus the condensation pressure in the condenser is always exactly adjustable.
  • the cooling medium circuit has a connecting line between the warm branch and the cold branch, wherein a mixing device is provided, through which a variable proportion of cooling medium from the warm branch via the connecting line, bypassing the cooling point the cold branch can be fed.
  • a temperature level of the cooling medium upstream of the capacitor is adjustable, which in turn the cooling capacity of the Cooling device can be adjusted. This is therefore always exactly and exactly adaptable to an operating point of the system in this way.
  • the cooling point designates a region of the cooling medium cycle in which the cooling medium is cooled, in particular recooled, in which case the heat absorbed in the condenser by the cooling medium is dissipated.
  • the cold branch of the cooling circuit connects the cooling point with the condenser, so that this cooled cooling medium can be supplied, wherein the warm branch connects the condenser with the cooling point, so that in the condenser heated cooling medium of the cooling point can be supplied for cooling.
  • the cooling device is so far not formed as an open system under direct connection of the condenser with the environment or an external heat reservoir, but as a recooled primary cooling circuit, which is cooled even in the area of the cooling point.
  • the conveyor is designed as a pump, wherein the delivery rate of the pump is variable by having a variable speed.
  • a variable proportion of cooling medium from the warm branch which is variable in the mixing device speaks in particular to a ratio of a volume flow of the cooling medium which flows via the connecting line to a volume flow which flows via the cooling point. It is obvious that so, in the mixing device from the cooling point approaching, cold cooling medium with upstream of the cooling point branched off, warm, from the condenser heranströmendem cooling medium can be mixed, so that finally the temperature of the condenser for cooling cooling medium supplied is adjustable.
  • a third embodiment of the cooling device in which both the conveyor has a variable capacity, and the cooling medium circuit has the connecting line between the warm branch and the cold branch, wherein the mixing device is provided, through which a variable proportion of cooling medium from the warm branch over the connecting line to the cold branch, bypassing the cooling point can be fed.
  • the cooling medium circuit has the connecting line between the warm branch and the cold branch, wherein the mixing device is provided, through which a variable proportion of cooling medium from the warm branch over the connecting line to the cold branch, bypassing the cooling point can be fed.
  • the conveyor has, in particular when it is designed as a variable speed pump, a much lower power consumption than is the case with a fan of an air-cooled condenser.
  • the cooling capacity of the cooling device proposed here is more precisely adjustable than is the case with air cooling by ambient air through a fan.
  • An embodiment of the cooling device is preferred, which is characterized in that the conveying device is designed as a controllable conveying device.
  • the flow of the cooling medium through the cooling medium circuit in particular the volume flow of cooling medium through the condenser, is particularly precisely adjustable.
  • a delivery line of the conveyor is controlled by the volume flow through the condenser.
  • the conveyor is designed as a controllable pump.
  • the speed of the pump is preferably adjustable, which represents a particularly simple embodiment of a controllable conveyor.
  • An embodiment of the cooling device is also preferred, which is characterized in that the connecting line branches off from the hot branch upstream of a recooling device, wherein the recooling device is set up for cooling the cooling medium in the cooling medium circuit.
  • the connecting line opens downstream of the recooling device in the cold branch.
  • the cooling point of the cooling device is realized in this embodiment by the recooling device, wherein preferably realized with the cooling medium circuit primary cooling circuit is connected heat-transmitting with a secondary cooling circuit.
  • the recooling means provides a thermal connection of the cooling medium circuit to an external heat reservoir.
  • the recooling device is preferably designed for using extraneous water or air as the cooling medium, in particular tap water, river water or seawater, or ambient air.
  • connection line branches off upstream of the recooling device from the warm branch, along the connecting line still uncooled, heated in the condenser cooling medium can be performed.
  • the connecting line opens downstream of the recooling device in the cold branch, at this point, is preferably provided to the mixing device, particularly efficient cold, flowing from the recooling cooling medium with warm, over the connecting line approaching cooling medium can be mixed.
  • the cooling device which is characterized in that the connecting line opens upstream of the conveyor in the cold branch.
  • the mixing device is preferably also arranged upstream of the conveying device, so that it conveys already mixed cooling medium with the temperature set in the mixing device. This proves to be particularly favorable and simpler than control technology, as if the connection line would open downstream of the conveyor in the cold branch, so that the conveyor only promotes cold cooling medium.
  • An embodiment of the cooling device is preferred, which is characterized in that the mixing device is designed as a three-way mixer, wherein the cold branch extends over a first and a second connection of the three-way mixer, wherein the connecting line into a third Connection of the three-way mixer opens.
  • the part of the cold branch coming from the cooling point opens into a first connection of the three-way mixer, the flow path of the cooling medium continuing from a second connection of the three-way mixer to the condenser.
  • the connection line is connected to the third connection of the three-way mixer so that cooling medium from the first and the third connection is mixed in the mixing device and supplied to the second connection.
  • This preferably has a first functional position, in which the first terminal is connected to the second terminal, wherein the third terminal is blocked.
  • the mixing device passes through only cold cooling medium, so far as a minimum temperature of the medium is realized.
  • the third connection is preferably connected to the second connection, wherein the first connection is blocked.
  • the mixing device only lets through warm cooling medium, so that in this respect a maximum temperature of the medium is realized.
  • Functional positions particularly preferably a continuum of functional positions, feasible, so that the temperature of the cooling medium through the mixing device is almost arbitrary or arbitrarily adjustable between the minimum fluid temperature and the maximum fluid temperature.
  • a cooling device is also preferred, which is characterized by a control device which is set up for setting a predefinable absolute or relative temperature level in a condenser of a system for operating a thermodynamic cycle, most preferably an ORC, by controlling the conveyor and / or by driving the mixing device.
  • the control device is particularly preferably set up for setting the temperature level by controlling both the conveyor and the mixing device.
  • an absolute temperature level is responsive to an absolute, predetermined temperature which is to be reached in the condenser or immediately downstream of a working medium outlet of the working medium condenser.
  • a relative temperature level preferably responds to a predetermined undercooling of the working fluid in the condenser or immediately downstream of the condenser, hence a predetermined difference in the working fluid temperature to a condensation point of the working fluid in the condenser. By deliberately setting the subcooling, it can be ensured that the working medium does not cavitate in a working medium pump of the system.
  • the absolute or relative temperature level in the condenser or immediately downstream of the condenser the system power yield can be optimized.
  • the cooling capacity which the cooling device has to apply to set a predeterminable temperature level, varies depending on the operating point of the system, in particular depending on a heat input into the system, since depending on the heat input into the evaporator, a smaller or larger amount of heat must be dissipated in the condenser. It should be using the here Proposed cooling device can be prevented in particular that more heat is dissipated than is necessary to achieve a predetermined supercooling of the working medium. Otherwise, this again has a negative effect on the power output of the system.
  • control device is set up for specifying the volume flow of the cooling medium via the regulation of the delivery rate of the delivery device and for specifying the cooling medium inlet temperature into the condenser by activating or regulating the mixing device.
  • control device very sensitively the cooling capacity of the cooling device, in particular by combined variation of the delivery rate and the temperature setting in the mixing device, adjustable, in particular controllable or adjustable.
  • An embodiment of the cooling device is preferred, which is characterized in that the control device is set up to optimize a power output of the system by controlling the conveyor and / or the mixing device.
  • the control device preferably has a feedback to at least one characteristic of the power output of the system parameters, so that the power output is directly optimized or regulated.
  • the cooling performance of the cooling device can always be optimally tuned to an existing operating point of the system.
  • the control device is set up to optimize a power output of the system by controlling both the conveyor and the mixing device.
  • thermodynamic cycle more preferably an organic Rankine cycle
  • a cooling device according to one of the previously described embodiments.
  • the advantages which have already been described in connection with the cooling device are realized for the system.
  • the system can be controlled by the cooling device at all operating points to an optimal power output.
  • the system preferably comprises a working fluid circuit along which - in this order - an evaporator, an expansion device, a condenser, and preferably a working fluid pump for conveying working fluid are arranged along the circuit.
  • the cooling device is operatively connected to the condenser for cooling working medium in the condenser.
  • the system also preferably includes at least one temperature sensor and / or at least one pressure sensor in the condenser or immediately downstream of the condenser - as seen along the working fluid circuit - operatively connected to the controller for controlling the refrigeration device.
  • a thermodynamic state of the working medium in the condenser can be detected, and the cooling capacity of the cooling device is adjustable, in particular controllable or controllable.
  • An exemplary embodiment of the system is preferred, which is characterized in that it is designed to utilize waste heat from an internal combustion engine.
  • an ORC is preferably carried out in the system. It is possible to use waste heat from an exhaust gas flow and / or from a coolant flow of the internal combustion engine. Alternatively, it is possible for the system to be configured to utilize waste heat or heat from another heat source, such as industrial waste heat and / or to use geothermal heat, preferably also by means of an ORC.
  • Ethanol is preferably provided as the working medium in the system. This is particularly suitable in operating points of the system, which are achieved when using waste heat from the exhaust gas of an internal combustion engine and for an ORC.
  • This has an internal combustion engine and a system according to one of the embodiments described above.
  • the system with the internal combustion engine for the use of waste heat of the same is operatively connected.
  • the system can be used to convert the waste heat into mechanical and / or electrical energy, which is supplied to the internal combustion engine again, for example, a crankshaft of the internal combustion engine, in particular by means of an electric motor, which is operatively connected to the crankshaft.
  • the energy converted in the system from the waste heat of the internal combustion engine to be supplied to an external consumer or a power grid.
  • the power grid is an on-board power supply system of a motor vehicle, which has the arrangement.
  • the internal combustion engine of the arrangement is preferably designed as a reciprocating engine.
  • the internal combustion engine is used to drive in particular heavy land or water vehicles, such as mine vehicles, trains, the internal combustion engine is used in a locomotive or a railcar, or ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank.
  • An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, used for stationary power supply in emergency operation, continuous load operation or peak load operation, the internal combustion engine in this case preferably drives a generator.
  • a stationary application of the internal combustion engine for driving auxiliary equipment, such as fire pumps on oil rigs, is possible.
  • the internal combustion engine in the field of promoting fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas, possible. It is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas.
  • the internal combustion engine when the internal combustion engine is designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.
  • the object is also achieved by providing a motor vehicle having the features of claim 11.
  • a motor vehicle having the features of claim 11.
  • This is characterized by an arrangement according to one of the embodiments described above.
  • the converted by the system energy from the waste heat of the engine can be used meaningful either to support the engine or for other purposes, for example, to supply an on-board network of the motor vehicle, with electrical energy.
  • the motor vehicle which is designed as a watercraft, in particular as a ship, preferably as a ferry.
  • waste heat is possible here in a particularly varied manner for operating various systems of the ship, in particular an on-board network or a ship's own power network or for supporting the internal combustion engine.
  • the recooling device can be realized in a watercraft in a particularly simple and cost-effective manner by using seawater or river water for recooling.
  • a quasi-inexhaustible heat reservoir is available for the recooling, so that an exact adjustment of the thermodynamic state of the working medium in the condenser does not fail in any case due to a lack of recooling capacity.
  • thermodynamic cycle more preferably an organic Rankine cycle
  • the method is in particular provided for operating a system according to one of the previously described embodiments.
  • the system - seen in this order along a working medium flow in a circuit of the system - an evaporator, an expansion device and a capacitor, wherein it further comprises a cooling device, preferably a cooling device according to one of the preceding embodiments.
  • a cooling capacity of the condenser is adjusted by controlling a conveyor of the cooling device with variable capacity, and / or by a mixing device for supplying a variable proportion of cooling medium from a warm branch of the cooling device via a connecting line to a cold branch of the cooling device is controlled.
  • the cooling capacity of the condenser is adjusted by controlling both the conveyor and the mixing device accordingly.
  • a pump in particular a pump with variable speed is preferably used in the context of the method, wherein the delivery rate of the pump is adjusted by varying the speed.
  • An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the delivery rate of the conveyor and / or a functional position of the mixing device is / are regulated. This allows a particularly accurate adjustment of the cooling capacity of the cooling device and thus at the same time the cooling capacity of the capacitor. Preferably, both the delivery rate of the conveyor and the functional position of the mixing device are regulated.
  • an embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the cooling capacity of the cooling device is regulated to an optimum power output of the system and / or to a specifiable absolute or relative temperature level in the condenser or immediately downstream of the condenser in the working medium. This can be ensured in a particularly suitable and accurate way optimal power output in all operating points of the system.
  • cooling device and the system on the one hand and the method on the other hand are to be understood as complementary.
  • method steps that have been explained explicitly or implicitly in connection with the cooling device or the system preferably individually or combined with each other steps of a preferred embodiment of the method.
  • features of the cooling device or system that have been explicitly or implicitly explained in connection with the method are preferably individually or combined together features of a preferred embodiment of the cooling device or system.
  • the cooling device or the system are preferably distinguished by at least one feature which is caused by at least one method step of the method.
  • the method is preferably characterized by at least one method step, which is caused by at least one feature of the cooling device or of the system.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a motor vehicle 1, which has an arrangement 3 of an internal combustion engine 5 and a system 7 for operating a thermodynamic cycle, here in particular an organic Rankine cycle (ORC).
  • the motor vehicle 1 is preferably designed as a ship. Alternatively, however, an embodiment of the motor vehicle 1 as a rail vehicle, mining or construction vehicle, defense vehicle, commercial vehicle or as a passenger car is possible.
  • the application of the arrangement 3 is not limited to motor vehicles, but this can also be used in other areas, for example in stationary use of the internal combustion engine 5, for example, for operating pumps on a drilling rig for waste heat recovery.
  • system 7 is not limited to use in an arrangement with an internal combustion engine 5. Rather, this can otherwise be used for waste heat, for example, to use industrial waste heat, or for the use of other heat sources, such as geothermal heat.
  • the system 7 has a working medium circuit 9, along which - seen in the flow direction of the working medium - an evaporator 11, an expansion device 13, and a capacitor 15 are arranged.
  • the working medium can be conveyed by means of a working medium pump 17 along the working medium circuit 9.
  • Ethanol is preferably used as the working medium.
  • the expansion device 13 is preferably designed as a turbomachine or as a displacement machine, in particular as a turbine, as Hubkolbenexpander, as a vane machine, as Roots expander or as Scrollexpander. However, an embodiment of the expansion device 13 as a screw expander is particularly preferred.
  • the expansion device 13 is operatively connected to a generator 19 for converting mechanical energy obtained in the expansion device 13 into electrical energy.
  • the evaporator 11 is preferably operatively connected to the internal combustion engine 5 so that waste heat from the exhaust gas and / or the cooling circuit of the internal combustion engine 5, in particular waste heat from the exhaust gas thereof, in the evaporator 11 to the working medium of the system 7 can be fed.
  • a cooling medium circuit 23 For cooling the working medium in the condenser 15, in particular for the condensation of a cooling device 21 is provided with a cooling medium circuit 23.
  • a sensor device 25 for detecting a temperature and / or a pressure of the working medium in the condenser 15 is provided.
  • the expression "in the capacitor” always addresses not only a value directly within the capacitor 15, but also a value detected immediately downstream thereof, since these values differ from each other at most in a manner not relevant.
  • the sensor device 25 is operatively connected to a control device 27, which in turn is in turn operatively connected to the cooling device 21 for setting a cooling capacity thereof.
  • Fig. 2 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of the cooling device 21. Also shown is the condenser 15 and a working medium inlet 29 and a working medium outlet 31 to or from the condenser 15. A dashed line L indicates a system boundary between the condenser 15 and the rest of the system 7.
  • the cooling device 21 has the cooling medium circuit 23, which is designed as a primary cooling circuit. It is provided here as a pump designed conveyor 33 for conveying cooling medium along the cooling medium circuit 23, wherein the conveyor 33 has a variable capacity, here a variable speed for adjusting a volume flow of the cooling medium in the cooling medium circuit 23.
  • the cooling medium circuit 23 has a cold branch 35 - seen in the direction of the cooling medium flow - downstream of a cooling point 37, which is designed here as a recooling device 39, and a hot branch 41 upstream of the cooling point 37 on.
  • a connecting line 43 is arranged, and there is a mixing device 45, which is designed here as a three-way mixer 47, through which a variable proportion of a cooling medium from the warm branch 41 on the Connecting line 43 the cold branch 35 can be fed.
  • a functional position of the mixing device 45 is variably adjustable, so that a variable mixing ratio between the approaching through the connecting line 43, the warm cooling medium and the cold, approaching from the cooling point 37 cooling medium is adjustable.
  • the cold branch 35 extends via a first connection 49 to a second connection 51, wherein the connection line 43 opens into a third connection 53 of the three-way mixer 47.
  • connecting line 43 branches off from the warm branch 41 upstream of the recooling device 39, wherein it opens downstream of the recooling device 39 in the cold branch, in particular flows upstream of the conveyor 33 in this.
  • the recooling device 39 is designed for recooling the cooling medium by means of a recooling medium which can be conveyed through a recooling medium pump 55 along a recooling path 57, which is preferably designed as a secondary cooling circuit.
  • a recooling medium which can be conveyed through a recooling medium pump 55 along a recooling path 57, which is preferably designed as a secondary cooling circuit.
  • seawater is particularly preferably used, in particular in a design of the motor vehicle 1 as a ship. However, if the ship is designed as a river ship, preferably river water is used as recooling medium.
  • recooling medium air in particular ambient air
  • a heat connection with a other, external heat reservoir is used.
  • tap water is also possible as recooling medium.
  • the cooling medium circuit 23 also has a compensation reservoir 59 for the cooling medium.
  • FIG. 2 is also the control device 27 shown, which is operatively connected to the sensor device 25 for detecting a thermodynamic state of the working medium in the condenser 15, in particular for detecting a temperature and / or pressure of the working medium.
  • control device 27 is operatively connected to the mixing device 45 for controlling or regulating its functional position.
  • a temperature of the cooling medium downstream of the mixing device 45 and thus in particular a cooling medium inlet temperature in the condenser 15 can be controlled, at the same time by appropriate control of the conveyor 33, a volume flow of the cooling medium along the cooling medium circuit 23 and in particular by the capacitor 15 controlled is.
  • the cooling capacity of the cooling device 21 is thus preferably adjustable depending on an operating point of the system 7. Thus, it is possible to precisely adjust the state of the working fluid downstream of the condenser 15.
  • the temperature of the recooling medium in the recooling path 57 is typically not controllable or regulatable, but rather predetermined by external circumstances. This is evident when seawater or ambient air is used as the re-cooling medium.
  • water is preferably used in the cooling device 21 and in particular in the cooling medium circuit 23.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an embodiment of the method in the form of a control loop.
  • the target value 61 in the control loop is a desired value of a thermodynamic state variable of the working medium in the condenser 15, preferably a desired temperature or a desired subcooling of the working medium.
  • An actual value 63 of the thermodynamic state variable, which is preferably measured by the sensor device 25, is fed back to a comparison element 65, and a control deviation 67 between the target specification 61 and the actual value 63 is determined.
  • the target specification 61 is preferably taken from a characteristic field which is spanned by at least one operating parameter of the system 7 for characterizing its operating states. Alternatively, it is possible that a constant target specification 61 is selected for the operation of the system 7. In this case, the cooling capacity of the cooling device 21 in particular depends on a heat input in the evaporator 11.
  • the control deviation 67 is fed to a controller 69, which calculates two values for actuators on this basis, namely a first preset value 71 for a delivery rate of the conveyor 33, in particular a speed of the conveyor 33 designed as a pump, and a second default value 73 for controlling the mixer 45.
  • the two default values 71, 73 act on a controlled system 75, which in this case has, in particular, the mixing device 45 and the conveying device 33, and finally the condenser 15.
  • the delivery rate of the conveyor 33 and the functional position of the mixing device 45 are regulated to the default values 71, 73, which is not explicitly shown here. It is in this respect a subordinate regulation.
  • thermodynamic state variable of the working medium in the condenser 15 is established.
  • a cooling capacity of the condenser 15 of the system 7 is set in the context of the method by the conveyor 33 is driven with variable capacity, in addition to the mixing device 45 for supplying a variable proportion of cooling medium from the warm branch 41 via the connecting line 43 to the cold branch 35 is controlled.
  • the target specification 61 is preferably determined so that the system 7 has the highest possible power yield at all operating points. If the target specification 61 is taken from a characteristic map, this preferably has values for the target specification 61 at which the system 7 has its optimum operating point Has power output. Accordingly, the cooling capacity of the cooling device 21 is regulated in particular for optimum performance of the system 7.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung (21) für einen Kondensator (15) eines Systems (7) für einen thermodynamischen Kreisprozess, mit einem Kühlmedienkreislauf (23), wobei eine Fördereinrichtung (33) zur Förderung eines Kühlmediums entlang des Kühlmedienkreislaufs (23) vorgesehen ist, und wobei der Kühlmedienkreislauf (23) einen kalten Ast (35) stromabwärts einer Kühlstelle (37) für das Kühlmedium und einen warmen Ast (41) stromaufwärts der Kühlstelle (37) aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die Fördereinrichtung (33) eine variable Förderleistung aufweist, und/oder dass der Kühlmedienkreislauf (23) eine Verbindungsleitung (43) zwischen dem warmen Ast (41) und dem kalten Ast (35) aufweist, wobei eine Mischeinrichtung (45) vorgesehen ist, durch welche ein variabler Anteil an Kühlmedium aus dem warmen Ast (41) über die Verbindungsleitung (43) dem kalten Ast (35) unter Umgehung der Kühlstelle (37) zuführbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für einen Kondensator eines Systems für einen thermodynamischen Kreisprozess gemäß Anspruch 1, ein System für einen thermodynamischen Kreisprozess gemäß Anspruch 8, eine Anordnung aus einer Brennkraftmaschine und einem solchen System gemäß Anspruch 10, ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Anordnung gemäß Anspruch 11, und ein Verfahren zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses gemäß Anspruch 13.
  • Thermodynamische Kreisprozesse der hier angesprochenen Art sind für sich genommen bekannt. Hierbei wird ein Arbeitsmedium in einem Verdampfer erwärmt, insbesondere verdampft und anschließend in einer Expansionseinrichtung expandiert, wobei in dem Verdampfer aufgenommene Wärme des Arbeitsmediums in mechanische Energie umgewandelt wird. Anschließend wird das Arbeitsmedium in einem Kondensator gekühlt, insbesondere kondensiert, und wiederum dem Verdampfer zugeführt. Der organische Rankine-Kreisprozess entspricht beispielsweise im Wesentlichen dem Clausius-Rankine-Kreisprozess, wobei er jedoch für tiefere Arbeitstemperaturen geeignet ist. Er eignet sich daher insbesondere zur Nutzung von Abwärme, beispielsweise von industriellen Prozessen oder von Brennkraftmaschinen. Um das Arbeitsmedium im Kondensator zu kühlen, insbesondere zu kondensieren, ist eine Kühleinrichtung vorgesehen. Diese kann beispielsweise als Luftkühlung ausgebildet sein, wobei eine Kühlleistung der Kühleinrichtung in diesem Fall durch eine Regelung eines Lüfters eingestellt wird. Nachteilig hieran ist, dass der Lüfter einen sehr hohen Energiebedarf aufweist. Es ist auch möglich, dass die Kühleinrichtung eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Kondensator und einem externen Wärmereservoir, beispielsweise in Form von Leitungswasser, Flusswasser oder Seewasser bereitstellt. In diesem Fall ist die zur Verfügung stehende Kühlleistung für den Kondensator festgelegt, sodass dieser auf einen Betrieb bei einem bestimmten Temperaturniveau und damit einem bestimmten Kondensationsdruck eingeschränkt ist. Dies bedingt in zahlreichen Betriebspunkten eines Systems zum Betreiben des thermodynamischen Kreisprozesses eine im Vergleich zu einem möglichen Maximum verminderte Leistungsausbeute. Variiert außerdem die Temperatur des Arbeitsmediums am Austritt aus dem Kondensator aufgrund der fixen Kühlleistung mit dem Betriebspunkt des Systems, ist es möglich, dass in bestimmten Betriebspunkten, insbesondere in hohen Lastbereichen des Systems, eine ausreichende Unterkühlung des Arbeitsmediums unter seinen Kondensationspunkt in dem Kondensator nicht sichergestellt werden kann, wodurch die Gefahr besteht, dass sich in einer Fördereinrichtung des Systems, die eingerichtet ist zur Förderung des Arbeitsmediums entlang des Kreislaufs, Kavitationen auftreten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinrichtung zu schaffen, durch welche die genannten Nachteile vermeidbar sind. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes System, eine Anordnung aus einer Brennkraftmaschine und einem System, ein Kraftfahrzeug, und ein Verfahren zum Betreiben eines thermodynamischen Kreisprozesses zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
  • Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Kühleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Diese ist eingerichtet zur Kühlung eines Kondensators eines Systems zum Betreiben eines thermodynamischen Kreisprozesses, ganz bevorzugt eines organischen RankineKreisprozesses - kurz ORC (Organic Rankine Cycle) genannt - wobei die Kühleinrichtung einen Kühlmedienkreislauf aufweist. Es ist eine Fördereinrichtung zur Förderung eines Kühlmediums entlang des Kühlmedienkreislaufs vorgesehen. Der Kühlmedienkreislauf weist einen kalten Ast stromaufwärts einer Kühlstelle für das Kühlmedium und einen warmen Ast stromabwärts der Kühlstelle auf. Die Kühleinrichtung zeichnet sich gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dadurch aus, dass die Fördereinrichtung eine variable Förderleistung aufweist. Hierdurch ist die Kühlleistung der Kühleinrichtung stets durch Variation der Förderleistung der Fördereinrichtung an einen aktuellen Betriebspunkt des Systems für den thermodynamischen Kreisprozess anpassbar, sodass das Temperaturniveau und damit der Kondensationsdruck in dem Kondensator stets exakt einstellbar ist. Alternativ ist gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der Kühlmedienkreislauf eine Verbindungsleitung zwischen dem warmen Ast und dem kalten Ast aufweist, wobei eine Mischeinrichtung vorgesehen ist, durch welche ein variabler Anteil an Kühlmedium aus dem warmen Ast über die Verbindungsleitung unter Umgehung der Kühlstelle dem kalten Ast zuführbar ist. Hierdurch ist ein Temperaturniveau des Kühlmediums stromaufwärts des Kondensators einstellbar, wodurch wiederum die Kühlleistung der Kühleinrichtung eingestellt werden kann. Diese ist daher auch auf diese Art stets exakt und genau an einen Betriebspunkt des Systems anpassbar.
  • Die Kühlstelle bezeichnet einen Bereich des Kühlmedienkreislaufs, in welchem das Kühlmedium gekühlt, insbesondere rückgekühlt wird, wobei hier die in dem Kondensator von dem Kühlmedium aufgenommene Wärme abgeführt wird. Der kalte Ast des Kühlkreislaufs verbindet die Kühlstelle mit dem Kondensator, sodass diesem gekühltes Kühlmedium zuführbar ist, wobei der warme Ast den Kondensator mit der Kühlstelle verbindet, sodass in dem Kondensator erwärmtes Kühlmedium der Kühlstelle zur Kühlung zuführbar ist. Die Kühleinrichtung ist insoweit nicht als offenes System unter unmittelbarer Verbindung des Kondensators mit der Umgebung beziehungsweise einem externen Wärmereservoir ausgebildet, sondern als rückgekühlter Primärkühlkreislauf, der selbst im Bereich der Kühlstelle gekühlt wird.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Kühleinrichtung ist die Fördereinrichtung als Pumpe ausgebildet, wobei die Förderleistung der Pumpe variabel ist, indem diese eine variable Drehzahl aufweist.
  • Ein in der Mischeinrichtung variabler Anteil an Kühlmedium aus dem warmen Ast spricht insbesondere ein Verhältnis von einem Volumenstrom des Kühlmediums, der über die Verbindungsleitung fließt, zu einem Volumenstrom, welcher über die Kühlstelle fließt, an. Es ist offensichtlich, dass so in der Mischeinrichtung von der Kühlstelle heranströmendes, kaltes Kühlmedium mit stromaufwärts der Kühlstelle abgezweigtem, warmem, von dem Kondensator heranströmendem Kühlmedium gemischt werden kann, sodass hierüber schließlich die Temperatur des dem Kondensator zur Kühlung zugeführten Kühlmediums einstellbar ist.
  • Besonders bevorzugt wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Kühleinrichtung, bei welchem sowohl die Fördereinrichtung eine variable Förderleistung aufweist, als auch der Kühlmedienkreislauf die Verbindungsleitung zwischen dem warmen Ast und dem kalten Ast aufweist, wobei die Mischeinrichtung vorgesehen ist, durch die ein variabler Anteil an Kühlmedium aus dem warmen Ast über die Verbindungsleitung dem kalten Ast unter Umgehung der Kühlstelle zuführbar ist. Auf diese Weise stehen zwei Freiheitsgrade zur Regelung der Kühlleistung zur Verfügung, sodass diese sehr exakt und unabhängig von einem Temperaturniveau der Kühlstelle eingestellt werden kann. Somit ist der Kondensationsdruck in dem Kondensator exakt einstellbar und auf alle auftretenden Betriebspunkte des Systems abstimmbar. Damit kann eine optimale Leistungsausbeute in allen Betriebspunkten gewährleistet werden, und die Kühlung des Kondensators ist nicht durch fixe Kühlleistung auf ein bestimmtes Temperaturniveau und damit einen bestimmten Kondensationsdruck eingeschränkt. Die Fördereinrichtung weist insbesondere dann, wenn sie als Pumpe mit variabler Drehzahl ausgebildet ist, eine sehr viel geringere Leistungsaufnahme auf, als dies bei einem Lüfter eines luftgekühlten Kondensators der Fall ist. Hinzu kommt, dass die Kühlleistung der hier vorgeschlagenen Kühleinrichtung genauer einstellbar ist, als dies bei einer Luftkühlung mit Umgebungsluft durch einen Lüfter der Fall ist.
  • Es wird ein Ausführungsbeispiel der Kühleinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Fördereinrichtung als regelbare Fördereinrichtung ausgebildet ist. Hierdurch ist der Durchfluss des Kühlmediums durch den Kühlmedienkreislauf, insbesondere der Volumenstrom an Kühlmedium durch den Kondensator, besonders genau einstellbar. Dabei ist es möglich, dass eine Förderleitung der Fördereinrichtung auf den Volumenstrom durch den Kondensator geregelt ist. Besonders bevorzugt ist die Fördereinrichtung als regelbare Pumpe ausgebildet. Dabei ist vorzugsweise die Drehzahl der Pumpe regelbar, was eine besonders einfache Ausgestaltung einer regelbaren Fördereinrichtung darstellt.
  • Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Kühleinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Verbindungsleitung stromaufwärts einer Rückkühleinrichtung aus dem warmen Ast abzweigt, wobei die Rückkühleinrichtung eingerichtet ist zur Kühlung des Kühlmediums in dem Kühlmedienkreislauf. Die Verbindungsleitung mündet stromabwärts der Rückkühleinrichtung in den kalten Ast. Die Kühlstelle der Kühleinrichtung wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Rückkühleinrichtung verwirklicht, wobei bevorzugt der mit dem Kühlmedienkreislauf realisierte Primärkühlkreislauf mit einem Sekundärkühlkreislauf wärmeübertragend verbunden ist. Alternativ ist es möglich, dass die Rückkühleinrichtung eine Wärmeverbindung des Kühlmedienkreislaufs mit einem externen Wärmereservoir bereitstellt. Die Rückkühleinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet zur Verwendung von Fremdwasser oder Luft als Kühlmedium, insbesondere von Leitungswasser, Flusswasser oder Seewasser, oder von Umgebungsluft. Insbesondere bei einer marinen Anwendung des Systems wird eine Rückkühlung durch Seewasser bevorzugt. Mithilfe der Rückkühleinrichtung ist das Kühlmedium im Bereich der Kühlstelle sehr effizient kühlbar, wobei dessen Abwärme in einfacher und kostengünstiger Weise an die Umgebung abführbar ist. Dadurch, dass die Verbindungsleitung stromaufwärts der Rückkühleinrichtung aus dem warmen Ast abzweigt, kann entlang der Verbindungsleitung noch ungekühltes, in dem Kondensator aufgeheiztes Kühlmedium geführt werden. Dadurch, dass die Verbindungsleitung stromabwärts der Rückkühleinrichtung in den kalten Ast mündet, kann an dieser Stelle, an der bevorzugt auch die Mischeinrichtung vorgesehen ist, besonders effizient kaltes, aus der Rückkühleinrichtung heranströmendes Kühlmedium mit warmem, über die Verbindungsleitung heranströmendem Kühlmedium gemischt werden.
  • Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Kühleinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Verbindungsleitung stromaufwärts der Fördereinrichtung in den kalten Ast mündet. Somit ist bevorzugt auch die Mischeinrichtung stromaufwärts der Fördereinrichtung angeordnet, sodass diese bereits durchmischtes Kühlmedium mit in der Mischeinrichtung eingestellter Temperatur fördert. Dies erweist sich als regelungstechnisch besonders günstig und einfacher, als wenn die Verbindungsleitung stromabwärts der Fördereinrichtung in den kalten Ast münden würde, sodass die Fördereinrichtung lediglich kaltes Kühlmedium fördert.
  • Es wird ein Ausführungsbeispiel der Kühleinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Mischeinrichtung als Drei-Wege-Mischer ausgebildet ist, wobei der kalte Ast über einen ersten und einen zweiten Anschluss des Drei-Wege-Mischers verläuft, wobei die Verbindungsleitung in einen dritten Anschluss des Drei-Wege-Mischers mündet. Der von der Kühlstelle kommende Teil des kalten Astes mündet in einen ersten Anschluss des Drei-Wege-Mischers, wobei sich der Strömungspfad des Kühlmediums von einem zweiten Anschluss des Drei-Wege-Mischers zu dem Kondensator hin fortsetzt. Mit dem dritten Anschluss des Drei-Wege-Mischers ist die Verbindungsleitung verbunden, sodass in der Mischeinrichtung Kühlmedium aus dem ersten und dem dritten Anschluss gemischt und dem zweiten Anschluss zugeführt wird. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige sowie leicht zu regelnde Ausgestaltung der Mischeinrichtung dar. Diese weist bevorzugt eine erste Funktionsstellung auf, in welcher der erste Anschluss mit dem zweiten Anschluss verbunden ist, wobei der dritte Anschluss gesperrt ist. In diesem Fall lässt die Mischeinrichtung ausschließlich kaltes Kühlmedium durch, sodass insoweit eine minimale Medientemperatur realisiert wird. In einer zweiten Funktionsstellung ist vorzugsweise der dritte Anschluss mit dem zweiten Anschluss verbunden, wobei der erste Anschluss gesperrt ist. In diesem Fall lässt die Mischeinrichtung lediglich warmes Kühlmedium durch, sodass insoweit eine maximale Medientemperatur verwirklicht wird. Zwischen diesen beiden Extremalpositionen sind bevorzugt verschiedene Funktionsstellungen, besonders bevorzugt ein Kontinuum von Funktionsstellungen, realisierbar, sodass die Temperatur des Kühlmediums durch die Mischeinrichtung nahezu beliebig oder beliebig zwischen der minimalen Medientemperatur und der maximalen Medientemperatur einstellbar ist.
  • Es wird auch eine Kühleinrichtung bevorzugt, die sich durch eine Steuereinrichtung auszeichnet, die eingerichtet ist zur Einstellung eines vorgebbaren absoluten oder relativen Temperaturniveaus in einem Kondensators eines Systems zum Betreiben eines thermodynamischen Kreisprozesses, ganz bevorzugt eines ORC, durch Ansteuerung der Fördereinrichtung und/oder durch Ansteuerung der Mischeinrichtung. Dabei ist die Steuereinrichtung besonders bevorzugt eingerichtet zur Einstellung des Temperaturniveaus durch Ansteuerung von sowohl der Fördereinrichtung als auch der Mischeinrichtung. Mithilfe der Steuereinrichtung ist es jedenfalls möglich, ein absolutes oder relatives Temperaturniveau in dem Kondensator sehr exakt und präzise einzustellen, vorzugsweise zu steuern oder zu regeln.
  • Dabei spricht ein absolutes Temperaturniveau eine absolute, vorherbestimmte Temperatur an, die in dem Kondensator oder unmittelbar stromabwärts an einem Arbeitsmediumaustritt des Kondensators für das Arbeitsmedium erreicht werden soll. Ein relatives Temperaturniveau spricht vorzugsweise eine vorherbestimmte Unterkühlung des Arbeitsmediums in dem Kondensator oder unmittelbar stromabwärts des Kondensators, mithin eine vorherbestimmte Differenz der Arbeitsmedientemperatur zu einem Kondensationspunkt des Arbeitsmediums in dem Kondensator an. Durch gezielte Einstellung der Unterkühlung kann sichergestellt werden, dass das Arbeitsmedium nicht in einer Arbeitsmedienpumpe des Systems kavitiert. Über die Einstellung des absoluten oder relativen Temperaturniveaus in dem Kondensator oder unmittelbar stromabwärts des Kondensators kann außerdem die Leistungsausbeute des Systems optimiert werden. Hierzu bedarf es insbesondere einer exakten Einstellung des Drucks in dem Kondensator, der durch Variation der Arbeitsmedientemperatur und mithin durch Variation der Kühlleistung der Kühleinrichtung sehr exakt einstellbar ist. Dieser Druck wirkt als Gegendruck an der Expansionseinrichtung und bestimmt daher gemeinsam mit anderen Betriebsparametern des Systems maßgeblich dessen Leistungsausbeute. Die Kühlleistung, welche die Kühleinrichtung zur Einstellung eines vorgebbaren Temperaturniveaus aufbringen muss, variiert abhängig von dem Betriebspunkt des Systems, insbesondere abhängig von einer Wärmezufuhr in das System, da je nach Wärmeeintrag in den Verdampfer eine kleinere oder größere Wärmemenge in dem Kondensator abgeführt werden muss. Dabei soll mithilfe der hier vorgeschlagenen Kühleinrichtung insbesondere verhindert werden, dass mehr Wärme abgeführt wird, als zur Erreichung einer vorherbestimmten Unterkühlung des Arbeitsmediums nötig ist. Dies wirkt sich andernfalls nämlich wiederum negativ auf die Leistungsausbeute des Systems aus.
  • Bevorzugt ist die Steuereinrichtung eingerichtet zur Vorgabe des Volumenstroms des Kühlmediums über die Regelung der Förderleistung der Fördereinrichtung und zur Vorgabe der Kühlmedieneintrittstemperatur in den Kondensator durch Ansteuerung oder Regelung der Mischeinrichtung. Auf diese Weise ist durch die Steuereinrichtung sehr feinfühlig die Kühlleistung der Kühleinrichtung, insbesondere durch kombinierte Variation der Förderleistung und der Temperatureinstellung in der Mischeinrichtung, einstellbar, insbesondere steuer- oder regelbar.
  • Es wird ein Ausführungsbeispiel der Kühleinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist zur Optimierung einer Leistungsausbeute des Systems durch Ansteuerung der Fördereinrichtung und/oder der Mischeinrichtung. In diesem Fall weist die Steuereinrichtung vorzugsweise eine Rückkopplung zu wenigstens einem für die Leistungsausbeute des Systems charakteristischen Parameter auf, sodass die Leistungsausbeute unmittelbar optimierbar beziehungsweise regelbar ist. Hierdurch kann die Kühlleistung der Kühleinrichtung stets optimal auf einen vorliegenden Betriebspunkt des Systems abgestimmt werden. Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung eingerichtet zur Optimierung einer Leistungsausbeute des Systems durch Ansteuerung von sowohl der Fördereinrichtung als auch der Mischeinrichtung.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein System zum Betreiben eines thermodynamischen Kreisprozesses, ganz bevorzugt eines organischen Rankine-Kreisprozesses, geschaffen wird, das sich durch eine Kühleinrichtung gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auszeichnet. Dabei verwirklichen sich für das System die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Kühleinrichtung beschrieben wurden. Insbesondere kann das System mithilfe der Kühleinrichtung in allen Betriebspunkten auf eine optimale Leistungsausbeute geregelt werden.
  • Das System weist vorzugsweise einen Arbeitsmedienkreislauf auf, entlang dem - in dieser Reihenfolge - ein Verdampfer, eine Expansionseinrichtung, ein Kondensator und bevorzugt eine Arbeitsmedienpumpe zur Förderung von Arbeitsmedium entlang des Kreislaufs angeordnet sind. Die Kühleinrichtung ist dabei mit dem Kondensator zur Kühlung von Arbeitsmedium in dem Kondensator wirkverbunden.
  • Das System weist außerdem vorzugsweise wenigstens einen Temperatursensor und/oder wenigstens einen Drucksensor in dem Kondensator oder unmittelbar stromabwärts des Kondensators - entlang des Arbeitsmedienkreislaufs gesehen - auf, der zur Steuerung oder Regelung der Kühleinrichtung mit der Steuereinrichtung wirkverbunden ist. Mithilfe des Temperatursensors und/oder des Drucksensors ist ein thermodynamischer Zustand des Arbeitsmediums in dem Kondensator erfassbar, und die Kühlleistung der Kühleinrichtung ist hierauf einstellbar, insbesondere steuerbar oder regelbar.
  • Es wird ein Ausführungsbeispiel des Systems bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es eingerichtet ist zur Nutzung von Abwärme einer Brennkraftmaschine. Insbesondere hierzu wird in dem System bevorzugt ein ORC durchgeführt. Dabei ist es möglich, Abwärme aus einem Abgasstrom und/oder aus einem Kühlmittelstrom der Brennkraftmaschine zu nutzen. Alternativ ist es möglich, dass das System eingerichtet ist zur Nutzung von Abwärme oder Wärme aus einer anderen Wärmequelle, beispielsweise von industrieller Abwärme und/oder zur Nutzung von geothermischer Wärme, vorzugsweise ebenfalls mittels eines ORC.
  • Als Arbeitsmedium in dem System ist vorzugsweise Ethanol vorgesehen. Dieses eignet sich in besonderer Weise in Betriebspunkten des Systems, die bei Nutzung von Abwärme aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine erreicht werden sowie für einen ORC.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 geschaffen wird. Diese weist eine Brennkraftmaschine und ein System nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Dabei ist das System mit der Brennkraftmaschine zur Nutzung von Abwärme derselben wirkverbunden. Das System kann dabei genutzt werden, um die Abwärme in mechanische und/oder elektrische Energie zu wandeln, welche der Brennkraftmaschine wieder zugeführt wird, beispielsweise einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, insbesondere mittels eines Elektromotors, der mit der Kurbelwelle wirkverbunden ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die in dem System aus der Abwärme der Brennkraftmaschine gewandelte Energie einem externen Verbraucher oder einem Stromnetz zugeführt wird. Dabei ist es möglich, dass es sich bei dem Stromnetz um ein Bordstromnetz eines Kraftfahrzeugs handelt, welches die Anordnung aufweist. Mithilfe des Systems kann die Effizienz der Brennkraftmaschine durch Nutzung von deren Abwärme deutlich gesteigert werden. Diese wird dabei nicht nutzlos an die Umgebung abgeführt, sondern kann vielmehr sinnvoll eingesetzt werden.
  • Die Brennkraftmaschine der Anordnung ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 11 geschaffen wird. Dieses zeichnet sich aus durch eine Anordnung gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei verwirklichen sich in Hinblick auf das Kraftfahrzeug die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Kühleinrichtung, dem System und der Anordnung ausgeführt wurden. Die mittels des Systems gewandelte Energie aus der Abwärme der Brennkraftmaschine kann dabei sinnvoll entweder zur Unterstützung der Brennkraftmaschine oder zu anderen Zwecken, beispielsweise zur Versorgung eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs, mit elektrischer Energie verwendet werden.
  • Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs, welches als Wasserfahrzeug, insbesondere als Schiff, bevorzugt als Fährschiff, ausgebildet ist. Dabei ist hier Abwärme in besonders vielfältiger Weise zum Betreiben verschiedener Systeme des Schiffs, insbesondere eines Bordnetzes beziehungsweise eines schiffseigenen Stromnetzes oder zur Unterstützung der Brennkraftmaschine möglich. Außerdem ist die Rückkühleinrichtung in einem Wasserfahrzeug auf besonders einfache und kostengünstige Weise realisierbar, indem Seewasser oder Flusswasser zur Rückkühlung eingesetzt wird. Damit steht ein quasi unerschöpfliches Wärmereservoir für die Rückkühlung zur Verfügung, sodass eine exakte Einstellung des thermodynamischen Zustands des Arbeitsmediums in dem Kondensator jedenfalls nicht an einer mangelnden Rückkühlkapazität scheitert.
  • Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben eines thermodynamischen Kreisprozesses, ganz bevorzugt eines organischen Rankine-Kreisprozesses, mit den Merkmalen des Anspruchs 13 geschaffen wird. Das Verfahren ist insbesondere vorgesehen zum Betreiben eines Systems nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei weist das System - in dieser Reihenfolge entlang eines Arbeitsmedienstroms in einem Kreislauf des Systems gesehen - einen Verdampfer, eine Expansionseinrichtung und einen Kondensator auf, wobei es weiterhin eine Kühleinrichtung aufweist, bevorzugt eine Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Im Rahmen des Verfahrens wird eine Kühlleistung des Kondensators eingestellt, indem eine Fördereinrichtung der Kühleinrichtung mit variabler Förderleistung angesteuert wird, und/oder indem eine Mischeinrichtung zur Zuführung eines variablen Anteils an Kühlmedium aus einem warmen Ast der Kühleinrichtung über eine Verbindungsleitung zu einem kalten Ast der Kühleinrichtung angesteuert wird. Bevorzugt wird die Kühlleistung des Kondensators eingestellt, indem sowohl die Fördereinrichtung als auch die Mischeinrichtung entsprechend angesteuert werden. Dabei verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Kühleinrichtung, dem System, der Anordnung, dem Kraftfahrzeug beschrieben wurden.
  • Als Fördereinrichtung wird im Rahmen des Verfahrens bevorzugt eine Pumpe, insbesondere eine Pumpe mit variabler Drehzahl verwendet, wobei die Förderleistung der Pumpe durch Variation der Drehzahl eingestellt wird.
  • Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Förderleistung der Fördereinrichtung und/oder eine Funktionsstellung der Mischeinrichtung geregelt wird/werden. Dies ermöglicht eine besonders exakte Einstellung der Kühlleistung der Kühleinrichtung und damit zugleich der Kühlleistung des Kondensators. Bevorzugt werden sowohl die Förderleistung der Fördereinrichtung als auch die Funktionsstellung der Mischeinrichtung geregelt.
  • Schließlich wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Kühlleistung der Kühleinrichtung auf eine optimale Leistungsausbeute des Systems und/oder auf ein vorgebbares absolutes oder relatives Temperaturniveau in dem Kondensator oder unmittelbar stromabwärts des Kondensators in dem Arbeitsmedium, geregelt wird. Damit kann in besonders geeigneter und genauer Weise eine optimale Leistungsausbeute in allen Betriebspunkten des Systems gewährleistet werden.
  • Die Beschreibung der Kühleinrichtung und des Systems einerseits sowie des Verfahrens andererseits sind komplementär zu verstehen. Insbesondere sind Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Kühleinrichtung oder dem System erläutert wurden, bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. In gleicher Weise sind Merkmale der Kühleinrichtung oder des Systems, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Kühleinrichtung oder des Systems. Die Kühleinrichtung oder das System zeichnen sich bevorzugt durch mindestens ein Merkmal auf, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt des Verfahrens bedingt ist. Das Verfahren zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal der Kühleinrichtung oder des Systems bedingt ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs mit einer Anordnung aus einer Brennkraftmaschine und einem System mit einer Kühleinrichtung;
    Figur 2
    eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Kühleinrichtung, und
    Figur 3
    eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens in Form eines Regelkreises.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs 1, welches eine Anordnung 3 aus einer Brennkraftmaschine 5 und einem System 7 zum Betreiben eines thermodynamischen Kreisprozesses, hier insbesondere eines organischen Rankine-Kreisprozesses (ORC), aufweist. Das Kraftfahrzeug 1 ist bevorzugt als Schiff ausgebildet. Alternativ ist aber auch eine Ausführung des Kraftfahrzeugs 1 als Schienenfahrzeug, Minen- oder Baufahrzeug, Verteidigungsfahrzeug, Nutzfahrzeug oder auch als Personenkraftwagen möglich.
  • Die Anwendung der Anordnung 3 ist nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt, vielmehr kann diese auch in anderen Bereichen, beispielsweise bei stationärer Verwendung der Brennkraftmaschine 5, beispielsweise zum Betrieb von Pumpen auf einer Bohrinsel, zur Abwärmenutzung verwendet werden.
  • Schließlich ist das System 7 nicht auf eine Verwendung in einer Anordnung mit einer Brennkraftmaschine 5 beschränkt. Vielmehr kann dieses anderweitig zur Abwärmenutzung, beispielsweise zur Nutzung von industrieller Abwärme, oder auch zur Nutzung anderer Wärmequellen, beispielsweise geothermischer Wärme verwendet werden.
  • Das System 7 weist einen Arbeitsmedienkreislauf 9 auf, entlang dem - in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums gesehen - ein Verdampfer 11, eine Expansionseinrichtung 13, und ein Kondensator 15 angeordnet sind. Das Arbeitsmedium ist mittels einer Arbeitsmedienpumpe 17 entlang des Arbeitsmedienkreislaufs 9 förderbar. Als Arbeitsmedium wird vorzugsweise Ethanol verwendet.
  • Die Expansionseinrichtung 13 ist bevorzugt als Strömungsmaschine oder als Verdrängermaschine, insbesondere als Turbine, als Hubkolbenexpander, als Flügelzellenmaschine, als Roots-Expander oder als Scrollexpander ausgebildet. Besonders bevorzugt wird allerdings eine Ausbildung der Expansionseinrichtung 13 als Schraubenexpander. Die Expansionseinrichtung 13 ist mit einem Generator 19 zur Umwandlung von in der Expansionseinrichtung 13 gewonnenen mechanischen Energie in elektrische Energie wirkverbunden.
  • Der Verdampfer 11 ist mit der Brennkraftmaschine 5 bevorzugt derart wirkverbunden, dass Abwärme aus dem Abgas und/oder dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine 5, insbesondere Abwärme aus dem Abgas derselben, in dem Verdampfer 11 dem Arbeitsmedium des Systems 7 zuführbar ist.
  • Zur Kühlung des Arbeitsmediums in dem Kondensator 15, insbesondere zu dessen Kondensation ist eine Kühleinrichtung 21 mit einem Kühlmedienkreislauf 23 vorgesehen. Vorzugsweise unmittelbar stromabwärts des Kondensators 15 oder auch in dem Kondensator 15 ist eine Sensoreinrichtung 25 zur Erfassung einer Temperatur und/oder eines Drucks des Arbeitsmediums in dem Kondensator 15 vorgesehen. Dabei ist mit der Formulierung "in dem Kondensator" stets nicht nur ein Wert unmittelbar innerhalb des Kondensators 15, sondern auch ein unmittelbar stromabwärts desselben erfasster Wert angesprochen, da diese Werte höchstens in nicht relevanter Weise voneinander differieren. Die Sensoreinrichtung 25 ist mit einer Steuereinrichtung 27 wirkverbunden, die ihrerseits wiederum mit der Kühleinrichtung 21 zur Einstellung einer Kühlleistung derselben wirkverbunden ist.
  • Es zeigt sich, dass abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 5 die in den Verdampfer 11 eingetragene Abwärme variiert. Damit variiert zugleich ein Betriebspunkt des Systems 7 und eine für eine optimale Leistungsausbeute desselben notwendige Kühlleistung der Kühleinrichtung 21. Diese wird mithilfe der Kühleinrichtung 21 und der Steuereinrichtung 27 zu jedem Betriebspunkt des Systems 7 exakt in Hinblick auf eine optimale Leistungsausbeute eingestellt.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Kühleinrichtung 21. Dargestellt ist auch der Kondensator 15 sowie ein Arbeitsmediumzulauf 29 und ein Arbeitsmediumablauf 31 zu beziehungsweise von dem Kondensator 15. Durch eine gestrichelte Linie L ist eine Systemgrenze zwischen dem Kondensator 15 und dem restlichen System 7 angedeutet.
  • Die Kühleinrichtung 21 weist den Kühlmedienkreislauf 23 auf, der als Primärkühlkreislauf ausgestaltet ist. Es ist eine hier als Pumpe ausgebildete Fördereinrichtung 33 zur Förderung von Kühlmedium entlang des Kühlmedienkreislaufs 23 vorgesehen, wobei die Fördereinrichtung 33 eine variable Förderleistung, hier eine variable Drehzahl zur Einstellung eines Volumenstroms des Kühlmediums in dem Kühlmedienkreislauf 23 aufweist. Der Kühlmedienkreislauf 23 weist einen kalten Ast 35 - in Richtung der Kühlmedienströmung gesehen - stromabwärts einer Kühlstelle 37, die hier als Rückkühleinrichtung 39 ausgebildet ist, und einen warmen Ast 41 stromaufwärts der Kühlstelle 37 auf. Zwischen dem warmen Ast 41 und dem kalten Ast 35 ist eine Verbindungsleitung 43 angeordnet, und es ist eine Mischeinrichtung 45 vorgesehen, die hier als Drei-Wege-Mischer 47 ausgebildet ist, durch welche ein variabler Anteil ein Kühlmedium aus dem warmen Ast 41 über die Verbindungsleitung 43 dem kalten Ast 35 zuführbar ist. Dabei ist eine Funktionsstellung der Mischeinrichtung 45 variabel einstellbar, sodass ein variables Mischverhältnis zwischen dem durch die Verbindungsleitung 43 heranströmenden, warmen Kühlmedium und dem kalten, von der Kühlstelle 37 heranströmenden Kühlmedium einstellbar ist.
  • Dabei verläuft der kalte Ast 35 über einen ersten Anschluss 49 zu einem zweiten Anschluss 51, wobei die Verbindungsleitung 43 in einen dritten Anschluss 53 des Drei-Wege-Mischers 47 mündet.
  • Durch Pfeile P ist in Figur 2 die Strömungsrichtung des Kühlmediums in dem Kühlmedienkreislauf 23 angedeutet, wobei das Kühlmedium durch die Fördereinrichtung 33 in der angegebenen Strömungsrichtung entlang dem Kühlmedienkreislauf 23 förderbar ist.
  • Es ist offensichtlich, dass hier die Verbindungsleitung 43 stromaufwärts der Rückkühleinrichtung 39 aus dem warmen Ast 41 abzweigt, wobei sie stromabwärts der Rückkühleinrichtung 39 in den kalten Ast mündet, wobei sie insbesondere stromaufwärts der Fördereinrichtung 33 in diesen mündet.
  • Die Rückkühleinrichtung 39 ist ausgebildet zur Rückkühlung des Kühlmediums mittels eines Rückkühlmediums, welches durch eine Rückkühlmedienpumpe 55 entlang eines Rückkühlpfads 57, der bevorzugt als Sekundärkühlkreislauf ausgebildet ist, förderbar ist. Als Rückkühlmedium wird besonders bevorzugt Seewasser verwendet, insbesondere bei einer Ausbildung des Kraftfahrzeugs 1 als Schiff. Ist das Schiff allerdings als Flussschiff ausgebildet, wird vorzugsweise Flusswasser als Rückkühlmedium verwendet.
  • Bei anderen Anwendungen des Systems 7 kann alternativ vorgesehen sein, dass als Rückkühlmedium Luft, insbesondere Umgebungsluft, oder eine Wärmeverbindung mit einem anderen, externen Wärmereservoir verwendet wird. Beispielsweise ist auch Leitungswasser als Rückkühlmedium möglich.
  • Der Kühlmedienkreislauf 23 weist im Übrigen noch ein Ausgleichsreservoir 59 für das Kühlmedium auf.
  • In Figur 2 ist auch die Steuereinrichtung 27 dargestellt, welche mit der Sensoreinrichtung 25 wirkverbunden ist zur Erfassung eines thermodynamischen Zustands des Arbeitsmediums in dem Kondensator 15, insbesondere zur Erfassung einer Temperatur und/oder eines Drucks des Arbeitsmediums.
  • Die Steuereinrichtung 27 ist außerdem wirkverbunden mit der Fördereinrichtung 33 zur Steuerung oder Regelung von deren Förderleistung, insbesondere zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl einer als Pumpe ausgebildeten Fördereinrichtung 33. Zusätzlich ist die Steuereinrichtung 27 wirkverbunden mit der Mischeinrichtung 45 zur Steuerung oder Regelung von deren Funktionsstellung. Dabei ist durch entsprechende Ansteuerung der Mischeinrichtung 45 eine Temperatur des Kühlmediums stromabwärts der Mischeinrichtung 45 und damit insbesondere eine Kühlmedieneintrittstemperatur in den Kondensator 15 regelbar, wobei zugleich durch entsprechende Ansteuerung der Fördereinrichtung 33 ein Volumenstrom des Kühlmediums entlang des Kühlmedienkreislaufs 23 und insbesondere durch den Kondensator 15 regelbar ist. Insgesamt ist so die Kälteleistung der Kühleinrichtung 21 bevorzugt abhängig von einem Betriebspunkt des Systems 7 regelbar. Damit ist es möglich, den Zustand des Arbeitsmediums stromabwärts des Kondensators 15 exakt einzustellen. Dies ist mittels der Kühleinrichtung 21 insbesondere möglich, obwohl die Temperatur des Rückkühlmediums in dem Rückkühlpfad 57 typischerweise nicht steuerbar oder regelbar ist, sondern vielmehr durch äußere Umstände vorgegeben. Dies ist evident, wenn als Rückkühlmedium Seewasser oder Umgebungsluft verwendet wird.
  • Als Kühlmedium wird in der Kühleinrichtung 21 und insbesondere in dem Kühlmedienkreislauf 23 vorzugsweise Wasser verwendet.
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens in Form eines Regelkreises. Dabei geht in den Regelkreis als Sollvorgabe 61 ein Sollwert einer thermodynamischen Zustandsgröße des Arbeitsmediums in dem Kondensator 15 ein, bevorzugt eine Soll-Temperatur oder eine Soll-Unterkühlung des Arbeitsmediums. Ein Ist-Wert 63 der thermodynamischen Zustandsgröße, die vorzugsweise mit der Sensoreinrichtung 25 gemessen wird, wird an ein Vergleichsglied 65 zurückgeführt, und es wird eine Regelabweichung 67 zwischen der Sollvorgabe 61 und dem Ist-Wert 63 bestimmt.
  • Die Sollvorgabe 61 wird vorzugsweise einem Kennfeld entnommen, welches über wenigstens einem Betriebsparameter des Systems 7 zur Charakterisierung von dessen Betriebszuständen aufgespannt ist. Alternativ ist es möglich, dass eine konstante Sollvorgabe 61 für den Betrieb des Systems 7 gewählt wird. In diesem Fall stellt sich die Kühlleistung der Kühleinrichtung 21 insbesondere abhängig von einer Wärmezufuhr in dem Verdampfer 11 ein.
  • Die Regelabweichung 67 wird einem Regler 69 zugeführt, der auf dieser Grundlage zwei Werte für Stellglieder berechnet, nämlich einen ersten Vorgabewert 71 für eine Förderleistung der Fördereinrichtung 33, insbesondere eine Drehzahl der als Pumpe ausgebildeten Fördereinrichtung 33, und einen zweiten Vorgabewert 73 zur Ansteuerung der Mischeinrichtung 45. Die beiden Vorgabewerte 71, 73 wirken auf eine Regelstrecke 75, welche hier insbesondere die Mischeinrichtung 45 und die Fördereinrichtung 33 sowie schließlich den Kondensator 15 aufweist. Bevorzugt werden die Förderleistung der Fördereinrichtung 33 und die Funktionsstellung der Mischeinrichtung 45 auf die Vorgabewerte 71, 73 geregelt, was hier nicht explizit dargestellt ist. Es handelt sich insoweit um eine unterlagerte Regelung.
  • In der Regelstrecke 75 stellt sich dann wiederum ein neuer Ist-Wert 63 für die thermodynamische Zustandsgröße des Arbeitsmediums in dem Kondensator 15 ein.
  • Ganz allgemein wird im Rahmen des Verfahrens also eine Kühlleistung des Kondensators 15 des Systems 7 eingestellt, indem die Fördereinrichtung 33 mit variabler Förderleistung angesteuert wird, wobei zusätzlich die Mischeinrichtung 45 zur Zuführung eines variablen Anteils von Kühlmedium aus dem warmen Ast 41 über die Verbindungsleitung 43 zu dem kalten Ast 35 angesteuert wird.
  • Wird für die Sollvorgabe 61 ein konstanter Wert gewählt, ist dieser vorzugsweise so bestimmt, dass das System 7 in allen Betriebspunkten eine möglichst hohe Leistungsausbeute aufweist. Wird die Sollvorgabe 61 einem Kennfeld entnommen, weist dieses vorzugsweise Werte für die Sollvorgabe 61 auf, bei welcher das System 7 betriebspunktabhängig seine optimale Leistungsausbeute aufweist. Dementsprechend wird die Kühlleistung der Kühleinrichtung 21 insbesondere auf eine optimale Leistungsausbeute des Systems 7 geregelt.
  • Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens eine energiesparende und zugleich sehr genaue Regelung der Kühlleistung der Kühleinrichtung 21 möglich ist, sodass das System 7 bei optimaler Leistungsausbeute betreibbar ist.

Claims (15)

  1. Kühleinrichtung (21) für einen Kondensator (15) eines Systems (7) für einen thermodynamischen Kreisprozess, mit einem Kühlmedienkreislauf (23), wobei eine Fördereinrichtung (33) zur Förderung eines Kühlmediums entlang des Kühlmedienkreislaufs (23) vorgesehen ist, und wobei der Kühlmedienkreislauf (23) einen kalten Ast (35) stromabwärts einer Kühlstelle (37) für das Kühlmedium, und einen warmen Ast (41) stromaufwärts der Kühlstelle (37) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (33) eine variable Förderleistung aufweist, und/oder dass der Kühlmedienkreislauf (23) eine Verbindungsleitung (43) zwischen dem warmen Ast (41) und dem kalten Ast (35) aufweist, wobei eine Mischeinrichtung (45) vorgesehen ist, durch welche ein variabler Anteil an Kühlmedium aus dem warmen Ast (41) über die Verbindungsleitung (43) dem kalten Ast (35) unter Umgehung der Kühlstelle (37) zuführbar ist.
  2. Kühleinrichtung (21) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (33) als regelbare Fördereinrichtung (33) ausgebildet ist.
  3. Kühleinrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (43) stromaufwärts einer Rückkühleinrichtung (39), die eingerichtet ist zur Kühlung des Kühlmediums in dem Kühlmedienkreislauf (23) aus dem warmen Ast (41) abzweigt, wobei die Verbindungsleitung (43) stromabwärts der Rückkühleinrichtung (39) in den kalten Ast (35) mündet.
  4. Kühleinrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (43) stromaufwärts der Fördereinrichtung (33) in den kalten Ast (35) mündet.
  5. Kühleinrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (45) als Drei-Wege-Mischer (47) ausgebildet ist, wobei der kalte Ast (35) über einen ersten und einem zweiten Anschluss (49,51) des Drei-Wege-Mischers (47) verläuft, wobei die Verbindungsleitung (43) in einen dritten Anschluss (53) des Drei-Wege-Mischers (47) mündet.
  6. Kühleinrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (27), die eingerichtet ist zur Einstellung eines vorgebbaren absoluten oder relativen Temperaturniveaus in einem Kondensator (15) eines Systems (7) für einen thermodynamischen Kreisprozess durch Ansteuerung der Fördereinrichtung (33) und/oder der Mischeinrichtung (45).
  7. Kühleinrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (27) eingerichtet ist zur Optimierung einer Leistungsausbeute eines Systems (7) für einen thermodynamischen Kreisprozess durch Ansteuerung der Fördereinrichtung (33) und/oder durch Ansteuerung der Mischeinrichtung (45).
  8. System (7) für einen thermodynamischen Kreisprozess, insbesondere für einen organischen Rankine-Kreisprozess, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. System (7) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das System (7) eingerichtet ist zur Nutzung von Abwärme einer Brennkraftmaschine (5).
  10. Anordnung (3), aufweisend eine Brennkraftmaschine (5) und ein System (7) nach einem der Ansprüche 8 und 9.
  11. Kraftfahrzeug (1), mit einer Anordnung (3) nach Anspruch 10.
  12. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) als Wasserfahrzeug, insbesondere als Schiff, ausgebildet ist.
  13. Verfahren zum Durchführen eines thermodynamischen Kreisprozesses, bevorzugt eines organischen Rankine-Kreisprozesses, insbesondere zum Betreiben eines Systems nach einem der Ansprüche 8 und 9, mit einem Verdampfer (11), einer Expansionseinrichtung (13) und einem Kondensator (15), und mit einer Kühleinrichtung (21), insbesondere einer Kühleinrichtung (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Kühlleistung des Kondensators (15) eingestellt wird, indem eine Fördereinrichtung (33) der Kühleinrichtung (21) mit variabler Förderleistung angesteuert wird, und/oder indem eine Mischeinrichtung (45) zur Zuführung eines variablen Anteils an Kühlmedium aus einem warmen Ast (41) der Kühleinrichtung (21) über eine Verbindungsleitung (43) zu einem kalten Ast (35) der Kühleinrichtung (21) angesteuert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung der Fördereinrichtung (33) und/oder eine Funktionsstellung der Mischeinrichtung (45) geregelt wird/werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleistung auf eine optimale Leistungsausbeute des Systems (7) oder auf ein vorgebbares absolutes oder relatives Temperaturniveau in dem Kondensator (15) geregelt wird.
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