EP3163036B1 - Funktionssynergien von thermodynamischen kreisprozessen und wärmequellen - Google Patents

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EP3163036B1
EP3163036B1 EP16191660.6A EP16191660A EP3163036B1 EP 3163036 B1 EP3163036 B1 EP 3163036B1 EP 16191660 A EP16191660 A EP 16191660A EP 3163036 B1 EP3163036 B1 EP 3163036B1
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EP
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branch
heat
heat source
coolant circuit
radiator
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Richard Aumann
Nicolas Restrepo
Andreas Schuster
Andreas Sichert
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Orcan Energy AG
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Orcan Energy AG
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Publication date
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Priority to US15/767,930 priority patent/US10577984B2/en
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    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/04—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid-driven

Definitions

  • the invention relates to a system for heat utilization comprising a heat source and a cooling device for removing heat from the heat source, the cooling device comprising: a cooler for transferring heat to an ambient medium, in particular wherein the cooler is an air cooler and the surrounding medium is air; and a thermodynamic cycle apparatus, particularly an ORC apparatus, having a working medium, an evaporator for evaporating the working medium by transferring heat of the heat source to the working medium, an expansion device for generating mechanical energy, and a condenser for condensing the working medium expanded in the expansion device. Furthermore, the invention relates to a corresponding method for removing heat from a heat source with a cooling device.
  • a force-generating process such as the Organic Rankine Cycle (ORC), operated in the environment of an internal combustion engine
  • ORC Organic Rankine Cycle
  • the expansion engine of the ORC system can support the combustion engine drive
  • the motors for drive or generators for downforce also costs and the compactness can be increased, both of which are critical factors for the integration of a force-generating process in the said environment.
  • the expansion machine can also drive a generator, wherein the electrical energy generated thereby can be used to drive one or more components in the environment of the internal combustion engine.
  • the hybridization is called, so the direct or indirect use of electrical energy generated in the drive train of the engine.
  • one or more electric motors supplied with the generated electrical energy may be provided in a truck for driving one or more drive shafts.
  • the object of the invention is to provide synergies in the use of heat from heat sources.
  • the system according to the invention comprises a heat source and a cooling device for removing heat from the heat source, the cooling device comprising: a cooler for transferring heat to an ambient medium, in particular wherein the cooler is an air cooler and the surrounding medium is air; and a thermodynamic cycle device, particularly an ORC device, having a working fluid, an evaporator for evaporating the working fluid by transferring heat from the heat source to the working fluid, an expansion device for generating mechanical energy, and a condenser for condensing the working fluid expanded in the expansion device; wherein the cooling device further comprises a condenser cooling fluid circuit for removing heat from the condenser thermodynamic cycle apparatus via the radiator.
  • This embodiment of the system according to the invention allows the shared use of the existing radiator for the heat dissipation from the condenser of the thermodynamic cycle device, in particular for the heat removal from the ORC capacitor.
  • the cooling fluid may in particular be or comprise water, preferably with a proportion of antifreeze.
  • the heat source may be, for example, an internal combustion engine.
  • the system of the invention is configured such that the cooling device further comprises a heat source cooling fluid circuit, wherein a first branch of the heat source cooling fluid circuit passes through the evaporator for transferring heat to the working fluid. In this way, the heat in the cooling circuit of the heat source can be introduced into the thermodynamic cycle.
  • the inventive system is configured such that the heat source cooling fluid circuit in the direction of flow of a cooling fluid before the evaporator comprises a first branch into a second branch of the heat source cooling fluid circuit for bypassing the evaporator and merging of the second branch with the first branch after the evaporator the second branch comprises a first valve, preferably a controlled valve.
  • the exit temperature of the cooling fluid in particular engine cooling water
  • the increase in temperature results in a higher power of the thermodynamic cycle.
  • a development consists in that the heat source cooling fluid circuit in the flow direction of the cooling fluid before the evaporator comprises a second branch into a third branch of the heat source cooling fluid circuit, and wherein the third branch is adapted to cooling fluid through the radiator and back into the first branch lead, wherein the second branch preferably a second valve, in particular a three-way valve comprises.
  • the second branch preferably a second valve, in particular a three-way valve comprises.
  • cooling fluid can be passed directly to the radiator via the second valve. As a result, the temperature of the cooling fluid supplied to the radiator increases, the logarithmic temperature difference increases, and more heat is transferred.
  • the heat source cooling fluid circuit in the flow direction of the cooling fluid downstream of the evaporator may comprise a third branch into a fourth branch of the heat source cooling fluid circuit, the fourth branch being adapted to guide cooling fluid through the cooler and back into the first branch.
  • the third branch preferably comprises a third valve, in particular a three-way valve, wherein a combination of the fourth branch is provided in the third branch in combination with the previous development.
  • the heat source cooling fluid circuit in the flow direction of the cooling fluid in front of the radiator comprises a merging of the third and fourth branch with the condenser cooling fluid circuit.
  • a simple interconnection of the heat source cooling fluid circuit with the condenser cooling fluid circuit is provided.
  • the condenser of the thermodynamic cycle device is also flowed through by relatively hot cooling fluid, which has a negative effect on the performance of the expansion device.
  • the radiator may include an input header, an output header, and intermediate channels interconnecting respective opposite portions of the input header and the output header, one input of the condenser cooling fluid loop into the input header and an input of the third and fourth Branches of the heat source cooling fluid circuit are spaced apart in the input header, in particular at respective end portions of the input header are arranged, and wherein an output of the condenser cooling fluid circuit from the output collector and an output of the third and fourth branch of the heat source cooling fluid circuit from the output collector are spaced from each other, in particular at respective End regions of the output collector are arranged, wherein the input and output of the condenser cooling fluid circuit and the heat source cooling fluid circuit are arranged at respectively opposite areas of the input collector and the output collector.
  • the capacitor as low as possible temperature can be made available and the discharge of excess heat of the cooling fluid of the heat source to a high temperature level happen, which has a positive effect on the heat dissipation through the radiator to the environment.
  • the distribution of the mass flows in partial mass flows to the terminals of the input collector and thus also through the radiator surface is preferably carried out via the second and / or third valve. Adjusting the proportions of the hot or cold radiator surface takes place automatically in this interconnection depending on the partial mass flows.
  • the cooling device further comprises at least one heat exchanger for transferring heat in exhaust gas of the heat source to the heat source cooling fluid circuit.
  • the heat in the exhaust gas of the heat source can be used.
  • the sound-absorbing property of a Abgasebenstedtragers can be used to reduce the actual muffler or completely replace.
  • Other sources of heat that can be used are other heat fluxes bound to mass flows, such as e.g. hot gas mass flows.
  • the system further comprises a generator, with the mechanical energy generated by the expansion device in electrical Energy is convertible.
  • the generated electrical energy may be used to operate electrical components in the system or to be fed into an electrical grid.
  • mechanical energy generated by the expansion device can be used via a respective electrical, mechanical or hydraulic coupling for (a) driving a fan of the condenser and / or a fan of the radiator; and / or (b) driving a circulation pump in the heat source cooling fluid circuit and / or a feed pump of the thermodynamic cycle device and / or a circulation pump in the condenser cooling fluid circuit and / or a water pump and / or a hydraulic pump and / or an oil pump; and / or (c) driving an alternator and / or starter of the system; and / or (d) driving a refrigeration compressor of an air conditioner; and or (e) coupling the mechanical energy generated by the expansion device in a drive train of an internal combustion engine as a heat source, in particular directly to a drive shaft.
  • This will provide further synergies in the system.
  • a partial flow of the vaporized working medium can be used by means of a further expansion machine for driving a fan of the condenser and / or a fan of the radiator. This minimizes conversion losses.
  • heat from condensed working medium and / or from the heat source cooling fluid circuit can be decoupled for feeding into a further heat sink.
  • heat can be coupled out, for example, in heating networks, particularly advantageous are low-temperature heat sinks, such as dryers, floor or surface heating or air heaters.
  • the method according to the invention is suitable for removing waste heat from a heat source with a cooling device
  • the cooling device comprises a cooler, a thermodynamic cycle device, in particular an ORC device with a working medium, an evaporator, an expansion device and a condenser and a condenser cooling fluid circuit
  • the method comprises the steps of: transferring heat to an ambient medium with the radiator, wherein in particular the radiator is an air cooler and the surrounding medium is air; Vaporizing the working medium with the evaporator by transferring waste heat from the heat source to the working medium; Generating mechanical energy with the expansion device; Condensing the working medium expanded in the expansion device with the condenser; and removing heat from the condenser of the thermodynamic cycle apparatus via the radiator.
  • the following further steps are carried out: passing a first branch of a heat source cooling fluid circuit through the evaporator for transferring heat to the working medium; and first branching a cooling fluid in the heat source cooling fluid circuit upstream of the evaporator into a second branch of the heat source cooling fluid circuit for bypassing the evaporator and merging the second branch with the first branch after the evaporator.
  • Another development is that the following further steps are performed: second branching of the cooling fluid upstream of the evaporator into a third branch of the heat source cooling fluid circuit, the third branch leading cooling fluid through the radiator and back into the first branch; and / or third branching the cooling fluid downstream of the evaporator into a fourth branch of the heat source cooling fluid circuit, the fourth branch carrying cooling fluid through the radiator and back into the first branch; the cooler comprising an input header, an output header, and intermediate channels each having interconnecting opposite portions of the input header and the output header, and wherein an input of the condenser cooling fluid circuit into the input header and an input of the third and fourth branch of the heat source cooling fluid circuit are spaced from each other in the input header, in particular at respective end portions an input of the condenser cooling fluid circuit are spaced from the output collector and an output of the third and fourth branch of the heat source cooling fluid circuit from the output collector, in particular at respective end portions of the output collector, wherein the input and output the condenser cooling fluid circuit and the heat source cooling fluid circuit
  • the invention further provides a cooling device and a corresponding method for operating the cooling device.
  • the cooling device comprises: a first cooling fluid circuit, a second cooling fluid circuit and a cooler having an input collector, an output collector, and intermediate channels connecting respective opposite regions of the input collector and the output collector, wherein an input of the first cooling fluid circuit into the input collector and an input of the second cooling fluid circuit is spaced from the input manifold, in particular at respective end portions of the input manifold, and wherein an output of the first cooling fluid circuit from the output manifold and an output of the second cooling fluid circuit are spaced from the output manifold, particularly at respective end portions of the output manifold are arranged, wherein the input and output of the first cooling fluid circuit and the second cooling fluid circuit at respective opposite portions of the matterssa mmlers or the output collector are arranged.
  • a controllable valve is provided in the first cooling fluid circuit and / or a controllable valve in the second cooling fluid circuit.
  • the radiator may preferentially receive heat from the first and second cooling fluid circuits Transfer cooling medium, wherein the cooling medium may include, for example, water or air.
  • the method according to the invention for operating the cooling device comprises performing the following steps: guiding a first cooling fluid in the first cooling fluid circuit into the inlet of the first cooling fluid circuit into the inlet header of the cooler; Passing a second cooling fluid in the second cooling fluid circuit into the inlet of the second cooling fluid circuit into the inlet header of the radiator; Guiding the first cooling fluid out of the exit of the first cooling fluid circuit from the radiator; and directing the second cooling fluid out of the exit of the first cooling fluid circuit from the radiator.
  • the first and second cooling fluids have the same composition.
  • the existing radiator surface into a high-temperature region (cooling fluid of the first cooling fluid circuit) and a low-temperature region (cooling fluid of the second cooling fluid circuit) is made possible.
  • the distribution of the mass flows in partial mass flows to the terminals of the input collector (ie the respective inputs of the first and second cooling fluid circuit) and thus the distribution of (partial) mass flows through the radiator surface is preferably carried out via one or more valves in the first and / or second cooling fluid circuit.
  • the adaptation of the proportions of the hot or cold radiator surface takes place independently as a function of the partial mass flows.
  • thermodynamic cycle device - such as an ORC system -
  • an ORC system for heat removal from the ORC capacitor.
  • moderate load such as moderate outside temperatures
  • Moderate load operation has the largest amount of time in most cooling systems.
  • cooling fluid cooling water
  • the cooler is provided by way of example only as an air cooler, so that waste heat is transferred to air.
  • another medium such as water
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the system according to the invention in the form of a drive system.
  • the drive system 100 comprises in this embodiment an internal combustion engine 10 and a cooling device for removing waste heat from the internal combustion engine, the cooling device comprising: an air cooler 20 for transferring heat to air; and an ORC device 30 with a working medium, an evaporator 31 for evaporating the working medium by transferring waste heat of the internal combustion engine 10 to the working medium, an expansion device 32 for generating mechanical energy (which is converted here by way of example via a generator G into electrical energy) and a condenser 33 for condensing the working medium expanded in the expansion device 32; wherein the cooling device further comprises a condenser cooling fluid circuit 40 for removing heat from the condenser 33 of the thermodynamic cycle apparatus via the radiator 20.
  • the cooling device further comprises a condenser cooling fluid circuit 40 for removing heat from the condenser 33 of the thermodynamic cycle apparatus via the radiator 20.
  • the cooling device further includes an engine cooling fluid circuit 50, wherein a first branch 51 of the engine cooling fluid circuit 50 is through the Evaporator 31 leads to the transfer of heat to the working medium.
  • the engine cooling fluid circuit comprises, in the flow direction of the cooling water before the evaporator, a first branch 81 into a second branch 52 of the engine cooling fluid circuit 50 for bypassing the evaporator 31 and a merging 91 of the second branch 52 with the first branch 51 downstream of the evaporator 31, wherein the second branch 52 comprises a controlled valve 71, for example with a thermostat.
  • the outlet temperature of the engine cooling water (MKW) via the controlled valve (in particular thermostatic valve) 71 is driven to about 110 ° C.
  • the MKW outlet temperature is lower, in the range of 80 ° C.
  • the coupling of the energy can also be done directly (mechanically or hydraulically), as with all subsequent interconnections.
  • the system 100 has no run-flat capability in the event of ORC failure or insufficient heat dissipation.
  • the ORC process 30 is at the limit of its heat absorption or is not operating, the water circuit 50 heats up and the engine 10 overheats or is downshifted by an engine control.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the drive system according to the invention.
  • Like reference numerals designate the same components as in FIG Fig. 1 , In the following, only the additional components will be described.
  • the engine cooling fluid circuit 50 includes, in the flow direction of the cooling fluid upstream of the evaporator 31, a second branch 82 into a third branch 53 of the engine cooling fluid circuit 50, the third branch 53 being adapted to provide cooling fluid through the radiator 20 and back into the radiator first branch 51, wherein the second branch 82 comprises a second valve 72, for example a three-way valve 72. If the heat transfer capacity of the radiator 20 is insufficient, water can be passed directly to the radiator 20 via the second valve 72.
  • the engine cooling fluid circuit 50 has, in the flow direction of the cooling fluid downstream of the evaporator 31, a third branch 83 into a fourth branch 54 of the engine cooling fluid circuit 50, the fourth branch 54 leading cooling water through the radiator 20 and back into the first branch 51 the third branch 83 has a third valve 73, in particular a three-way valve 73, wherein a junction 94 of the fourth branch 54 is provided in the third branch 53.
  • the engine cooling fluid circuit 50 comprises in the flow direction of the cooling fluid in front of the radiator 20 a merging 95 of the third and fourth branches 53, 54 with the condenser cooling fluid circuit 40.
  • An emergency running capability is provided via the 3-way valves 72 and 73, respectively.
  • the average temperature at the entrance of the radiator 20 decreases (due to the merging 95 of the engine cooling fluid circuit 50 and the condenser cooling fluid circuit 40), which adversely affects the heat transfer capacity resulting from the logarithmic temperature difference between the heat absorber and the heat dissipator Medium is determined. If the heat transfer capacity of the radiator 20 is insufficient and / or if there is no or insufficient cooling of the engine cooling water in the evaporator 31, then Motokühlwasser is passed directly to the radiator 20 via one of the two valves 72 or 73 or by the actuation of both valves.
  • Fig. 3 shows one opposite Fig. 2 modified embodiment 210 of the system according to the invention.
  • a pump P4 instead of the second valve 72 is here a pump P4 and instead of the third valve 73, a pump P5 is provided. Both pumps serve to control the mass flow to the radiator 20 and are thus controllable pumps.
  • the pump P3 can be made adjustable. This can be regulated depending on the pump P4, the pump P5 or the corresponding 3-way valve. The aim of this measure is to improve the heat dissipation of the heat exchanger 20 and / or to minimize the auxiliary energy expenditure for the pumps.
  • control can be realized, for example, by maps or parametric tables are stored in the plant control that control the speed of the pump P3.
  • the ORC process including the pump P3 is switched off.
  • a backstop can be provided in front of the pump P3.
  • Fig. 4 shows a third embodiment of the drive system according to the invention.
  • Like reference numerals designate the same components as in FIG Fig. 1 and 2 , In the following, only the additional components will be described.
  • the cooler 20 has an input header 21, an output header 25, and has intermediate channels connecting respective opposite portions of the input header 21 and the output header 25, one input 22 of the condenser cooling fluid circuit 40 are arranged in the input header 21 and an inlet 23 of the third branch 53 of the engine cooling fluid circuit 50 in the input header 21 at respective end portions of the input header 21, and wherein an output 26 of the condenser cooling fluid circuit 40 from the output header 25 and an output 27 of third branch 53 of the engine cooling fluid circuit 50 from the output manifold 25 are disposed at respective end portions of the output manifold 25, wherein the input 22, 23 and output 26, 27 of the condenser cooling fluid circuit 40 and the engine cooling fluid circuit 50 at respectively s opposite areas of the input collector 21 and the output collector 25 are arranged.
  • MKW engine cooling water
  • ORC capacitor return to the ORC capacitor
  • a portion of the MKW mass flow may be passed through the ORC 30 and a portion cooled directly against air, as described for the second embodiment.
  • the third embodiment provides a solution to realize the simplest possible way a division of the two partial streams on the surface of the radiator and adjust this distribution depending on the operating state advantageous.
  • the requirements here are that most of the heat is conducted through the ORC in order to maximize the efficiency of the overall system. Furthermore, it is particularly advantageous to use the lowest temperature for cooling the capacitor in order to ensure a higher efficiency of the ORC process. In addition, suitable return temperatures for the engine must be maintained. Although this would be realized by structurally or hydraulically separate cooler, but then available for the respective mass flows areas are fixed, but this does not fit to different load points.
  • the distribution of the mass flow in the branch 82 and 83 takes place by means of the valve 72 or 73. This passes depending on the temperature or another characteristic value a partial flow of the MKW to the radiator 20.
  • the temperature limit depends on whether the variant with valve 72 or 73 is present. For example, upon reaching a maximum cooling water temperature, valve 72 would switch the flow toward radiator 20 and bypass the ORC.
  • the valve 73 directs the cooling water in the direction of the radiator 20 when a required cooling is not achieved.
  • Fig. 5 shows a fourth embodiment of the drive system according to the invention.
  • Like reference numerals designate the same components as in FIG Fig. 1 to 3 , In the following, only the additional components will be described.
  • a further branch is provided in front of the radiator 20 in relation to the third embodiment 300 to pass hot cooling fluid over a heat sink 110 to otherwise utilize a portion of the heat, for example for heating purposes.
  • a further cooling circuit at a further temperature level eg cooling circuit for the intercooler, LLK
  • a heat exchanger W heat dissipation of the charge air cooling circuit
  • the heat exchanger W can be connected in series with the heat exchanger 20 on the air side ( Fig. 6 ), and the cooling air or other cooling medium can first passed through the heat exchanger W and then through the heat exchanger 20.
  • a parallel flow is possible ( Fig. 7 ).
  • ORC circuit is not shown here for simplicity, a connection with the ORC circuit is only hinted at in this variant.
  • Another advantage is that only one pump is needed to flow through the condenser and the radiator 20.
  • the channels are connected via the collector, the same pressure loss prevails over all channels, so that the volume flow increases through the channels through which the second mass flow flows.
  • the second mass flow remains constant, then the number of channels must be reduced, so that more area is available for the larger first mass flow and the pressure losses are correspondingly adjusted.
  • the available heat exchanger surface of the cooler 20 is advantageously used in the best possible way. Compared to the (previously described) mixing of the temperatures of two partial streams significantly lower temperatures can be achieved on the cold side.
  • This has advantages in the operation of an ORC but also for all other applications where two temperature levels are to be recooled via a circuit, as is the case, for example, with stationary engines for cooling the engine cooling water and the charge air.
  • the proposed interconnection can heat at the highest possible Temperature difference are dissipated to the environment, resulting in a reduction of the auxiliary energy demand, and the lower-temperature flow rate is cooled to lower temperatures than when mixing the two volume flows.
  • the device can be provided as shown in a cooler but also by the connection of any number of coolers by means of pipelines.
  • FIGS. 11 and 12 explain the operation and advantages of the interconnection according to the third and fourth embodiments in comparison with the second embodiment in TQ diagrams (T: temperature, Q: heat flow).
  • Fig. 11 shows an example of the cooling of the water mass flow of 90 ° C, the hotter of the two heat sources allows a temperature of 115 ° C. It is achieved a recooling temperature of the water of 70 ° C.
  • the first 115 ° C mass flow enters the radiator and is cooled down to 88 ° C in this example, which temperature is set when 20% of the total mass flow passing through the radiator is at a high temperature level.
  • this amount of heat can be transmitted with a flow temperature of hot water of 84 ° C and a return temperature of 65 ° C, which means a lower by 5 K return temperature.
  • This is accompanied by performance enhancement of the ORC or improvement of heat transfer in other components (charge air cooler etc.).
  • the propulsion system can be further developed with regard to further synergies associated with Fig. 13 and each of which can be used individually or in combination.
  • the mechanical energy generated by the expansion device may be usable via a respective electrical, mechanical or hydraulic coupling for (a) driving a fan of the condenser 30 and / or a fan of the radiator; and / or (b) driving a circulation pump 101 in the engine cooling fluid circuit and / or a feed pump 102 of the thermodynamic cycle device and / or a circulation pump 103 in the condenser cooling fluid circuit and / or a water pump and / or a hydraulic pump and / or an oil pump; and / or (c) driving an alternator 105 and / or a starter of the drive system; and / or (d) driving a refrigeration compressor 106 of an air conditioner.
  • a partial flow of the vaporized working medium may be used to drive a fan of the condenser and / or a fan 107 of the radiator. This minimizes conversion losses. Furthermore, heat may be extracted from condensed working fluid and / or from the engine cooling fluid circuit for delivery to a heater.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein System zur Wärmenutzung, das eine Wärmequelle und eine Kühlvorrichtung zum Abführen von Wärme der Wärmequelle umfasst, wobei die Kühlvorrichtung umfasst: einen Kühler zum Übertragen von Wärme auf ein Umgebungsmedium, insbesondere wobei der Kühler ein Luftkühler und das Umgebungsmedium Luft ist; und eine thermodynamische Kreisprozessvorrichtung, insbesondere eine ORC-Vorrichtung, mit einem Arbeitsmedium, einem Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums durch Übertragen von Wärme der Wärmequelle auf das Arbeitsmedium, einer Expansionsvorrichtung zur Erzeugung von mechanischer Energie und einem Kondensator zum Kondensieren des in der Expansionsvorrichtung expandierten Arbeitsmediums. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Abführen von Wärme einer Wärmequelle mit einer Kühlvorrichtung.
    • Stand der Technik
  • Eine wirtschaftliche Lösung zur Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren mit großem Potenzial, insbesondere in LKWs, ist die Nutzung von Abwärme des Verbrennungsmotors mit einem thermischen Kreisprozess (z.B. mit einem Organic-Rankine-Cycle-System, ORC-System). Einige der Anforderungen bzw. gegebene Bedingungen hierbei sind niedrige zusätzliche Kosten, geringer zur Verfügung stehender Bauraum, wenig Eingriff und Einflussnahme auf das weitere System. Es ist daher sinnvoll bzw. notwendig Synergien mit bereits vorhandenen Komponenten auszunutzen.
  • Wird ein krafterzeugender Prozess, wie z.B. der Organic Rankine Cycle (ORC), im Umfeld eines Verbrennungsmotors betrieben, ist weiterhin sowohl die direkte Einbindung der erzeugten Energie als mechanische Leistung in das System (z.B. kann die Expansionsmaschine des ORC-Systems den Verbrennungsmotor unterstützend antreiben), als auch deren Bereitstellung für Nebenaggregate oft vorteilhaft, da es bei der Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie zu Umwandlungsverlusten kommt. Zudem entfallen durch die eingesparten Motoren für Antrieb bzw. Generatoren für Abtrieb ebenfalls Kosten und die Kompaktheit kann gesteigert werden, was beides kritische Faktoren für die Integration eines krafterzeugenden Prozesses in das genannte Umfeld sind. Zudem kann die Expansionsmaschine auch einen Generator antreiben, wobei die dadurch erzeugte elektrische Energie zum Antreiben einer oder mehrerer Komponenten im Umfeld des Verbrennungsmotors eingesetzt werden kann. In diesem Zusammenhang ist auch die Hybridisierung zu nennen, also die direkte oder indirekte Verwendung der erzeugten elektrischen Energie im Antriebsstrang des Verbrennungsmotors. Beispielsweise können in einem LKW ein oder mehrere mit der erzeugten elektrischen Energie versorgte Elektromotoren zum Antreiben ein oder mehrerer Antriebswellen vorgesehen sein.
  • Das Dokument US 2015/276284 A1 offenbart eine Kühleinrichtung für einen Kondensator eines Systems für einen thermodynamischen Kreisprozess in einer Anordnung mit einer Brennkraftmaschine.
  • Das Dokument US 2013/312418 A1 offenbart ein System zum Umwandeln von thermischer Energie in mechanische Energie in einem Fahrzeug.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, Synergien bei der Nutzung von Wärme von Wärmequellen bereit zu stellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein System nach Anspruch 1.
  • Das erfindungsgemäße System umfasst eine Wärmequelle und eine Kühlvorrichtung zum Abführen von Wärme der Wärmequelle, wobei die Kühlvorrichtung umfasst: einen Kühler zum Übertragen von Wärme auf ein Umgebungsmedium, insbesondere wobei der Kühler ein Luftkühler und das Umgebungsmedium Luft ist; und eine thermodynamische Kreisprozessvorrichtung, insbesondere eine ORC-Vorrichtung, mit einem Arbeitsmedium, einem Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums durch Übertragen von Wärme der Wärmequelle auf das Arbeitsmedium, einer Expansionsvorrichtung zur Erzeugung von mechanischer Energie und einem Kondensator zum Kondensieren des in der Expansionsvorrichtung expandierten Arbeitsmediums; wobei die Kühlvorrichtung weiterhin einen Kondensator-Kühlfluidkreislauf zum Abführen von Wärme aus dem Kondensator der thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung über den Kühler umfasst. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ermöglicht die Mitbenutzung des vorhandenen Kühlers für die Wärmeabfuhr aus dem Kondensator der thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung, insbesondere für die Wärmeabfuhr aus dem ORC-Kondensator. Das Kühlfluid kann insbesondere Wasser sein oder umfassen, vorzugsweise mit einem Anteil von Frostschutzmittel. Die Wärmequelle kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor sein.
  • Das erfindungsgemäße System ist dahingehend ausgestaltet, dass die Kühlvorrichtung weiterhin einen Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf umfasst, wobei ein erster Zweig des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs durch den Verdampfer zum Übertragen von Wärme auf das Arbeitsmedium führt. Auf diese Weise kann die Wärme im Kühlkreislauf der Wärmequelle in den thermodynamischen Kreisprozess eingebracht werden.
  • Das erfindungsgemäße System ist so ausgebildet, dass der Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf in Strömungsrichtung eines Kühlfluids vor dem Verdampfer eine erste Abzweigung in einen zweiten Zweig des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs zur Umgehung des Verdampfers und eine Zusammenführung des zweiten Zweigs mit dem ersten Zweig nach dem Verdampfer umfasst, wobei der zweite Zweig ein erstes Ventil, vorzugsweise ein gesteuertes Ventil, aufweist. Somit wird die Austrittstemperatur des Kühlfluids (insbesondere Motorkühlwasser) über das Ventil auf einen höheren Wert als im üblichen Betrieb nach dem Stand der Technik eingestellt. Durch die Temperaturerhöhung ergibt sich eine höhere Leistung des thermodynamischen Kreisprozesses.
  • Eine Weiterbildung besteht darin, dass der Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf in Strömungsrichtung des Kühlfluids vor dem Verdampfer eine zweite Abzweigung in einen dritten Zweig des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs umfasst, und wobei der dritte Zweig dazu ausgebildet ist, Kühlfluid durch den Kühler und zurück in den ersten Zweig zu führen, wobei die zweite Abzweigung vorzugweise ein zweites Ventil, insbesondere ein Dreiwegeventil, umfasst. Auf diese Weise wird eine Notlauffähigkeit des Systems bereitgestellt. Eine solche Notlauffähigkeit kann bei Überhöhung der Temperatur der Wärmequelle durch Ausfall des thermodynamischen Kreisprozesses oder aufgrund unzureichender Wärmeaufnahme durch den thermodynamischen Kreisprozess erforderlich sein. Wenn die Wärmeübertragungskapazität des Kühlers nicht ausreicht und/oder wenn keine oder eine ungenügende Auskühlung des Kühlfluids im Verdampfer stattfindet, dann kann über das zweite Ventil Kühlfluid direkt zum Kühler geführt werden. Es erhöht sich dadurch die Temperatur des dem Kühler zugeführten Kühlfluids, die logarithmische Temperaturdifferenz steigt und es wird mehr Wärme übertragen.
  • Gemäß einer anderen Weiterbildung kann der Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf in Strömungsrichtung des Kühlfluids nach dem Verdampfer eine dritte Abzweigung in einen vierten Zweig des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs umfassen, wobei der vierte Zweig dazu ausgebildet ist, Kühlfluid durch den Kühler und zurück in den ersten Zweig zu führen, wobei die dritte Abzweigung vorzugweise ein drittes Ventil, insbesondere ein Dreiwegeventil, umfasst, wobei in Kombination mit der vorhergehenden Weiterbildung eine Zusammenführung des vierten Zweigs in den dritten Zweig vorgesehen ist. Diese Vorteile dieser Weiterbildung sind analog zu denjenigen der vorherigen Weiterbildung, es wird lediglich nach dem Verdampfer abgezweigt, so dass eine moderatere Wärmeauskopplung als vor dem Verdampfer möglich ist. Bei der Kombination beider Weiterbildungen können auch beide Ventile gleichzeitig geöffnet werden.
  • Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass der Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf in Strömungsrichtung des Kühlfluids vor dem Kühler eine Zusammenführung des dritten bzw. vierten Zweigs mit dem Kondensator-Kühlfluidkreislauf umfasst. Auf diese Weise wird eine einfache Verschaltung des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs mit dem Kondensator-Kühlfluidkreislauf bereitgestellt. Nachteilig ist jedoch dabei, dass der Kondensator der thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung ebenso mit relativ heißem Kühlfluid durchströmt wird, was sich negativ auf die Leistung der Expansionsvorrichtung auswirkt.
  • Gemäß einer anderen Weiterbildung kann der Kühler einen Eingangssammler, einen Ausgangssammler, und dazwischen liegende Kanäle aufweisen, welche jeweils gegenüber liegende Bereiche des Eingangssammlers und des Ausgangssammler miteinander verbinden, wobei ein Eingang des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs in den Eingangssammler und ein Eingang des dritten bzw. vierten Zweigs des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs in den Eingangssammler voneinander beabstandet sind, insbesondere an jeweiligen Endbereichen des Eingangssammlers angeordnet sind, und wobei ein Ausgang des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs aus dem Ausgangssammler und ein Ausgang des dritten bzw. vierten Zweigs des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs aus dem Ausgangssammler voneinander beabstandet sind, insbesondere an jeweiligen Endbereichen des Ausgangssammlers angeordnet sind, wobei der Eingang und Ausgang des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs sowie des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs an jeweils gegenüberliegenden Bereichen des Eingangssammlers bzw. des Ausgangssammlers angeordnet sind.
  • Auf diese Weise wird eine Aufteilung der vorhandenen Kühlerfläche in einen Hochtemperaturbereich (Kühlfluid der Wärmequelle) und einen Niedertemperaturbereich (Kühlfluid für den Kondensator der thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung) ermöglicht. Somit kann dem Kondensator eine möglichst niedrige Temperatur zur Verfügung gestellt werden und die Abfuhr der überschüssigen Wärme des Kühlfluids der Wärmequelle auf hohem Temperaturniveau geschehen, was sich positiv auf die Wärmeabfuhr über den Kühler an die Umgebung auswirkt. Die Aufteilung der Massenströme in Teilmassenströme zu den Anschlüssen des Eingangssammlers und somit auch durch die Kühlerfläche erfolgt dabei vorzugsweise über das zweite und/oder dritte Ventil. Das Anpassen der Anteile der heißen bzw. kalten Kühlerfläche erfolgt bei dieser Verschaltung selbstständig in Abhängigkeit der Teilmassenströme.
  • Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass die Kühlvorrichtung weiterhin wenigstens einen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme in Abgas der Wärmequelle auf den Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf umfasst. Somit kann die Wärme im Abgas der Wärmequelle genutzt werden. Zudem kann die schalldämpfende Eigenschaft eines Abgaswärmeübertragers genutzt werden, um den eigentlichen Schalldämpfer zu verkleinern bzw. komplett zu ersetzen. Weitere Wärmequellen, die dabei genutzt werden können, sind weitere an Massenströme gebundene Wärmeströme, wie z.B. heiße Gasmassenströme.
  • Gemäß einer anderen Weiterbildung umfasst das System weiterhin einen Generator, mit dem durch die Expansionsvorrichtung erzeugte mechanische Energie in elektrische Energie umwandelbar ist. Die erzeugte elektrische Energie kann zum Betreiben von elektrischen Komponenten im System verwendet werden oder in ein elektrisches Stromnetz eingespeist werden.
  • Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass durch die Expansionsvorrichtung erzeugte mechanische Energie über eine jeweilige elektrische, mechanische oder hydraulische Kopplung einsetzbar ist zum (a) Antreiben eines Lüfters des Kondensators und/oder eines Lüfters des Kühlers; und/oder (b) Antreiben einer Umwälzpumpe im Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs und/oder einer Speisepumpe der thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung und/oder einer Umwälzpumpe im Kondensator-Kühlfluidkreislauf und/oder einer Wasserpumpe und/oder einer Hydraulikpumpe und/oder einer Ölpumpe; und/oder (c) Antreiben einer Lichtmaschine und/oder eines Anlassers des Systems; und/oder (d) Antreiben eines Kältekompressors einer Klimaanlage; und oder (e) Einkoppeln der durch die Expansionsvorrichtung erzeugten mechanischen Energie in einen Antriebsstrang eines Verbrennungsmotors als Wärmequelle, insbesondere direkt auf eine Antriebswelle. Auf diese Weise werden weitere Synergien im System bereitgestellt.
  • Gemäß einer anderen Weiterbildung ist ein Teilstrom des verdampften Arbeitsmediums mittels einer weiteren Expansionsmaschine zum Antreiben eines Lüfters des Kondensators und/oder eines Lüfters des Kühlers einsetzbar. Dadurch werden Umwandlungsverluste minimiert.
  • Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass Wärme aus kondensiertem Arbeitsmedium und/oder aus dem Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf zum Zuführen in eine weitere Wärmesenke auskoppelbar ist. Somit kann Wärme zum Beispiel in Heiznetze ausgekoppelt werden, besonders vorteilhaft sind Niedertemperaturwärmesenken, wie Trockner, Fußboden- oder Flächenheizungen oder Lufterwärmer.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren nach Anspruch 13.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet zum Abführen von Abwärme einer Wärmequelle mit einer Kühlvorrichtung, wobei die Kühlvorrichtung einen Kühler, eine thermodynamische Kreisprozessvorrichtung, insbesondere eine ORC-Vorrichtung, mit einem Arbeitsmedium, einem Verdampfer, einer Expansionsvorrichtung und einem Kondensator sowie einen Kondensator-Kühlfluidkreislauf umfasst, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Übertragen von Wärme auf ein Umgebungsmedium mit dem Kühler, wobei insbesondere der Kühler ein Luftkühler und das Umgebungsmedium Luft ist; Verdampfen des Arbeitsmediums mit dem Verdampfer durch Übertragen von Abwärme der Wärmequelle auf das Arbeitsmedium; Erzeugen von mechanischer Energie mit der Expansionsvorrichtung; Kondensieren des in der Expansionsvorrichtung expandierten Arbeitsmediums mit dem Kondensator; und Abführen von Wärme aus dem Kondensator der thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung über den Kühler.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen Weiterbildungen entsprechen - wenn nicht anders angegeben - jenen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die folgenden weiteren Schritte ausgeführt: Führen eines ersten Zweigs eines Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs durch den Verdampfer zum Übertragen von Wärme auf das Arbeitsmedium; und erstes Abzweigen eines Kühlfluids im Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf in Strömungsrichtung vor dem Verdampfer in einen zweiten Zweig des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs zum Umgehen des Verdampfers und Zusammenführen des zweiten Zweigs mit dem ersten Zweig nach dem Verdampfer.
  • Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass die folgenden weiteren Schritte ausgeführt werden: zweites Abzweigen des Kühlfluids in Strömungsrichtung vor dem Verdampfer in einen dritten Zweig des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs, wobei der dritte Zweig Kühlfluid durch den Kühler und zurück in den ersten Zweig führt; und/oder drittes Abzweigen des Kühlfluids in Strömungsrichtung nach dem Verdampfer in einen vierten Zweig des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs, wobei der vierte Zweig Kühlfluid durch den Kühler und zurück in den ersten Zweig führt; wobei der Kühler einen Eingangssammler, einen Ausgangssammler, und dazwischen liegende Kanäle aufweist, welche jeweils gegenüber liegende Bereiche des Eingangssammlers und des Ausgangssammler miteinander verbinden, und wobei ein Eingang des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs in den Eingangssammler und ein Eingang des dritten bzw. vierten Zweigs des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs in den Eingangssammler voneinander beabstandet sind, insbesondere an jeweiligen Endbereichen des Eingangssammlers angeordnet sind, und wobei ein Ausgang des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs aus dem Ausgangssammler und ein Ausgang des dritten bzw. vierten Zweigs des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs aus dem Ausgangssammler voneinander beabstandet sind, insbesondere an jeweiligen Endbereichen des Ausgangssammlers angeordnet sind, wobei der Eingang und Ausgang des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs sowie des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs an jeweils gegenüberliegenden Bereichen des Eingangssammlers bzw. des Ausgangssammlers angeordnet sind.
  • Die Erfindung stellt weiterhin eine Kühleinrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben der Kühleinrichtung bereit.
  • Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung umfasst: einen ersten Kühlfluidkreislauf, einen zweiten Kühlfluidkreislauf und einen Kühler mit einem Eingangssammler, einem Ausgangssammler, und dazwischen liegenden Kanälen, welche jeweils gegenüber liegende Bereiche des Eingangssammlers und des Ausgangssammler miteinander verbinden, wobei ein Eingang des ersten Kühlfluidkreislaufs in den Eingangssammler und ein Eingang des zweiten Kühlfluidkreislaufs in den Eingangssammler voneinander beabstandet sind, insbesondere an jeweiligen Endbereichen des Eingangssammlers angeordnet sind, und wobei ein Ausgang des ersten Kühlfluidkreislaufs aus dem Ausgangssammler und ein Ausgang des zweiten Kühlfluidkreislaufs aus dem Ausgangssammler voneinander beabstandet sind, insbesondere an jeweiligen Endbereichen des Ausgangssammlers angeordnet sind, wobei der Eingang und Ausgang des ersten Kühlfluidkreislaufs sowie des zweiten Kühlfluidkreislaufs an jeweils gegenüberliegenden Bereichen des Eingangssammlers bzw. des Ausgangssammlers angeordnet sind. Vorzugsweise ist im ersten Kühlfluidkreislauf ein steuerbares Ventil und/oder im zweiten Kühlfluidkreislauf ein steuerbares Ventil vorgesehen. Der Kühler kann Wärme aus dem ersten und zweiten Kühlfluidkreislauf vorzugsweise auf ein Kühlmedium übertragen, wobei das Kühlmedium beispielsweise Wasser oder Luft umfassen kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung umfasst das Durchführen der folgenden Schritte: Führen eines ersten Kühlfluids im ersten Kühlfluidkreislauf in den Eingang des ersten Kühlfluidkreislaufs in den Eingangssammler des Kühlers; Führen eines zweiten Kühlfluids im zweiten Kühlfluidkreislauf in den Eingang des zweiten Kühlfluidkreislaufs in den Eingangssammler des Kühlers; Führen des ersten Kühlfluids aus dem Ausgang des ersten Kühlfluidkreislaufs aus dem Kühler; und Führen des zweiten Kühlfluids aus dem Ausgang des ersten Kühlfluidkreislaufs aus dem Kühler. Insbesondere haben das erste und das zweite Kühlfluid die gleiche Zusammensetzung.
  • Auf diese Weise wird eine Aufteilung der vorhandenen Kühlerfläche in einen Hochtemperaturbereich (Kühlfluid des ersten Kühlfluidkreislaufs) und einen Niedertemperaturbereich (Kühlfluid des zweiten Kühlfluidkreislaufs) ermöglicht. Die Aufteilung der Massenströme in Teilmassenströme zu den Anschlüssen des Eingangssammlers (also die jeweiligen Eingänge des ersten und zweiten Kühlfluidkreislaufs) und somit auch die Aufteilung der (Teil-) Massenströme durch die Kühlerfläche erfolgt dabei vorzugsweise über ein oder mehrere Ventile im ersten und/oder zweiten Kühlfluidkreislauf. Das Anpassen der Anteile der heißen bzw. kalten Kühlerfläche erfolgt selbstständig in Abhängigkeit der Teilmassenströme.
  • Die genannten Weiterbildungen können einzeln eingesetzt oder wie beansprucht geeignet miteinander kombiniert werden.
  • Weitere Merkmale und beispielhafte Ausführungsformen sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass die Ausführungsformen nicht den Bereich der vorliegenden Erfindung erschöpfen. Es versteht sich weiterhin, dass einige oder sämtliche der im Weiteren beschriebenen Merkmale auch auf andere Weise miteinander kombiniert werden können.
    • Zeichnungen
    • Fig. 1
    zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
    Fig. 2
    zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
    Fig. 3
    zeigt eine modifizierte Version der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
    Fig. 4
    zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
    Fig. 5
    zeigt eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
    Fig. 6
    zeigt eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
    Fig. 7
    zeigt eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
    Fig. 8
    zeigt eine siebente Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
    Fig. 9
    zeigt eine achte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
    Fig. 10
    illustriert die Variabilität der Kühlerflächen.
    Fig. 11
    ist eine beispielhafte Darstellung der Abkühlung von gemischtem Kühlwasser in einem T-Q-Diagramm.
    Fig. 12
    ist eine beispielhafte Darstellung der Abkühlung von getrenntem Kühlwasser in einem T-Q-Diagramm.
    Fig. 13
    illustriert verschiedene weitere Synergien im erfindungsgemäßen System.
    Ausführungsformen
  • Eine Möglichkeit, bei der Nutzung von Wärme einer Wärmequelle mittels einer thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung - wie etwa einem ORC-System - Synergien mit bereits vorhandenen Komponenten von beispielsweise Verbrennungsmotoren als Wärmequelle auszunutzen, ist die Mitbenutzung eines bereits vorhandenen Kühlers für die Wärmeabfuhr aus dem ORC-Kondensator. So kann in Betriebszuständen mit moderater Last, wie z.B. bei moderaten Außentemperaturen, die gesamte Wärme durch das ORC-System geleitet werden und im Kühler an die Umgebung abgegeben werden. Der Betrieb mit moderater Last besitzt bei den meisten Kühlsystemen den größten Zeitanteil des Betriebs.
  • Das ORC-System wird so ausgelegt, dass es im Nennbetrieb (Außentemperatur gleich der Nenntemperatur) die gesamte Wärme der Wärmequelle aufnehmen kann. Umgekehrt bedeutet dies jedoch, dass es in den Maximallastpunkten (hohe Außentemperaturen) nicht die gesamte Wärme aufnehmen kann. Da die aus dem ORC ausgekoppelte Wärme von niedrigerer Temperatur als das Kühlfluid ist, verschlechtert sich die Wärmeabfuhr aufgrund der sinkenden Temperaturdifferenz zur Umgebung ΔTlog: Q ˙ = UA ⋅ Δ T log
    Figure imgb0001
  • Dabei ist die logarithmische Temperaturdifferenz definiert als Δ T log = Δ T 1 − Δ T 2 ln Δ T 1 / Δ T 2
    Figure imgb0002
     wobei die Temperaturdifferenzen der Medien (Kühlfluid und Luft) vor dem Wärmeaustausch (ΔT1) und nach dem Wärmeaustausch (ΔT2) gebildet werden.
  • Sinkt die logarithmische Temperaturdifferenz, so steigt bei gleicher Wärmemenge die benötigte Fläche, was jedoch in der Regel aus Gründen des Bauraums nicht umgesetzt werden kann. Das Problem wird verschärft, wenn weitere Wärmequellen eingebunden werden, z.B. die Wärme eines ORC-Systems, welches zum Beispiel Abgaswärme nutzt. Ein weiteres Problem liegt vor, wenn eine Wärmenutzung im Rahmen einer Nachrüstung (Retrofit) hinzugefügt werden soll. Dann ist die Kühlergeometrie bereits gegeben. Ein anderes Problem liegt vor, wenn aufgrund von Kosten die Größe eines Wärmeübertragers möglichst kompakt gehalten werden soll.
  • Für eine einfache und schnelle Umsetzung der Integration eines ORCs beispielsweise in ein Fahrzeug gilt es, den konstruktiven Eingriff zu minimieren und die Einflussnahme auf den Motor zu begrenzen und gleichzeitig eine hohe Effizienz des ORC-Prozesses zu gewährleisten.
  • Hinsichtlich der Vorteile der Abwärmenutzung aus dem Kühlwasser des Verbrennungsmotors mit einer ORC-Vorrichtung und Einsetzen der mit dem ORC-System gewonnenen Energie in der Antriebsvorrichtung sind die große Effizienzsteigerung des Motors im Bereich von mehreren Prozent, Kosteneinsparung und Bauraumeinsparung durch weniger Komponenten im Vergleich zu ORC-Systemen, die Abgaswärme nutzen, zu nennen. Nachteilig ist zunächst in der ersten Ausführungsform der Erfindung, dass der Kühler bei Maximallast des Motors die Wärmeabfuhr des ORCs im Allgemeinen nicht gewährleisten kann, was jedoch in den weiteren Ausführungsformen behoben oder zumindest abgemildert wird.
  • In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen wird lediglich beispielhaft Wasser als Kühlfluid eingesetzt (Kühlwasser). Weiterhin ist der Kühler lediglich beispielhaft als Luftkühler vorgesehen, wobei also Abwärme auf Luft übertragen wird. Erfindungsgemäß kann jedoch auch ein anderes Medium (wie etwa Wasser) die im Kühler abgeführte Wärme aufnehmen.
  • Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems in Form eines Antriebssystems.
  • Das erfindungsgemäße Antriebssystem 100 umfasst in dieser Ausführungsform einen Verbrennungsmotor 10 und eine Kühlvorrichtung zum Abführen von Abwärme des Verbrennungsmotors, wobei die Kühlvorrichtung umfasst: einen Luftkühler 20 zum Übertragen von Wärme auf Luft; und eine ORC-Vorrichtung 30 mit einem Arbeitsmedium, einem Verdampfer 31 zum Verdampfen des Arbeitsmediums durch Übertragen von Abwärme des Verbrennungsmotors 10 auf das Arbeitsmedium, einer Expansionsvorrichtung 32 zur Erzeugung von mechanischer Energie (die hier beispielhaft über einen Generator G in elektrische Energie gewandelt wird) und einem Kondensator 33 zum Kondensieren des in der Expansionsvorrichtung 32 expandierten Arbeitsmediums; wobei die Kühlvorrichtung weiterhin einen Kondensator-Kühlfluidkreislauf 40 zum Abführen von Wärme aus dem Kondensator 33 der thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung über den Kühler 20 umfasst. Die Kühlvorrichtung umfasst weiterhin einen Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislauf 50, wobei ein erster Zweig 51 des Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislaufs 50 durch den Verdampfer 31 zum Übertragen von Wärme auf das Arbeitsmedium führt. Der Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislauf weist in Strömungsrichtung des Kühlwassers vor dem Verdampfer eine erste Abzweigung 81 in einen zweiten Zweig 52 des Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislaufs 50 zur Umgehung des Verdampfers 31 und eine Zusammenführung 91 des zweiten Zweigs 52 mit dem ersten Zweig 51 nach dem Verdampfer 31 umfasst, wobei der zweite Zweig 52 ein gesteuertes Ventil 71, beispielsweise mit einem Thermostaten, aufweist.
  • Hierbei handelt es sich um eine grundlegende Verschaltung, und sie ermöglicht die Nutzung der Energie aus dem Motorkühlwasser. In einem Beispiel wird die Austrittstemperatur des Motorkühlwassers (MKW) über das gesteuerte Ventil (insbesondere Thermostatventil) 71 auf etwa 110 °C gefahren. Standardmäßig ist die MKW-Austrittstemperatur niedriger, im Bereich von 80 °C. Durch die Erhöhung ergibt sich eine höhere Leistung des ORC-Prozesses. In einer alternativen Ausgestaltung, kann statt des Generators G die Einkopplung der Energie auch direkt (mechanisch oder hydraulisch) geschehen, wie bei allen folgenden Verschaltungen auch.
  • Hierbei ergibt sich beim Betrieb folgendes Problem: Das System 100 besitzt keine Notlauffähigkeit bei ORC-Ausfall oder nicht ausreichende Wärmeabfuhr. Wenn der ORC-Prozess 30 an der Grenze seiner Wärmeaufnahme ist oder nicht in Betrieb ist, heizt sich der Wasserkreis 50 auf und der Motor 10 überhitzt bzw. wird von einer Motorsteuerung herunter geregelt.
  • Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen hier die gleichen Komponenten wie in Fig. 1. Im Folgenden werden nur die zusätzlichen Komponenten beschrieben.
  • Gegenüber der ersten Ausführungsform ist in der zweiten Ausführungsform des Antriebssystems 200 noch eine Einkopplung von Wärme aus dem Abgas des Motors 10 über einen Abgas-Wärmeübertrager 15 in den Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislauf 50 vorgesehen. Der Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislauf 50 enthält in Strömungsrichtung des Kühlfluids vor dem Verdampfer 31 eine zweite Abzweigung 82 in einen dritten Zweig 53 des Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislaufs 50, wobei der dritte Zweig 53 dazu ausgebildet ist, Kühlfluid durch den Kühler 20 und zurück in den ersten Zweig 51 zu führen, wobei die zweite Abzweigung 82 ein zweites Ventil 72, beispielsweise ein Dreiwegeventil 72, umfasst. Wenn die Wärmeübertragungskapazität des Kühlers 20 nicht ausreicht, kann über das zweite Ventil 72 Wasser direkt zum Kühler 20 geführt werden. Der Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislauf 50 weist in Strömungsrichtung des Kühlfluids nach dem Verdampfer 31 eine dritte Abzweigung 83 in einen vierten Zweig 54 des Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislaufs 50 auf, wobei der vierte Zweig 54 Kühlwasser durch den Kühler 20 und zurück in den ersten Zweig 51 führt, wobei die dritte Abzweigung 83 ein drittes Ventil 73, insbesondere ein Dreiwegeventil 73, aufweist, wobei eine Zusammenführung 94 des vierten Zweigs 54 in den dritten Zweig 53 vorgesehen ist. Der Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislauf 50 umfasst in Strömungsrichtung des Kühlfluids vor dem Kühler 20 eine Zusammenführung 95 des dritten bzw. vierten Zweigs 53, 54 mit dem Kondensator-Kühlfluidkreislauf 40 umfasst.
  • Eine Notlauffähigkeit ist über die 3-Wege-Ventile 72 bzw. 73 gegeben. Beim Betrieb des ORCs sinkt (aufgrund der Zusammenführung 95 des Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislauf 50 und des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs 40) die mittlere Temperatur am Eintritt des Kühlers 20, was sich negativ auf die Wärmeübertragungskapazität auswirkt, die von der logarithmischen Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeaufnehmenden und dem Wärmeabführendem Medium bestimmt wird. Wenn die Wärmeübertragungskapazität des Kühlers 20 nicht ausreicht und / oder wenn keine oder eine ungenügende Auskühlung des Motorkühlwassers im Verdampfer 31 stattfindet, dann wird über eines der beiden Ventile 72 oder 73 oder auch durch die Betätigung beider Ventile Motokühlwasser direkt zum Kühler 20 geführt. Dadurch erhöht sich die Temperatur des dem Kühler 20 zugeführten Wassers, die logarithmische Temperaturdifferenz steigt und es wird mehr Wärme übertragen. Nachteilig ist jedoch, dass der ORC ebenso mit relativ heißem Wasser durchströmt wird, was sich negativ auf die elektrische Leistung auswirkt.
  • Fig. 3 zeigt eine gegenüber Fig. 2 modifizierte Ausführungsform 210 des erfindungsgemäßen Systems. Anstatt dem zweiten Ventil 72 ist hier eine Pumpe P4 und anstatt dem dritten Ventil 73 ist eine Pumpe P5 vorgesehen. Beide Pumpen dienen dazu, den Massenstrom zum Kühler 20 zu steuern und sind somit regelbare Pumpen.
  • Weiterhin kann die Pumpe P3 regelbar ausgeführt werden. Diese kann in Abhängigkeit der Pumpe P4, der Pumpe P5 oder des entsprechenden 3-Wege-Ventils geregelt werden. Ziel dieser Maßnahme ist es, die Wärmeabfuhr des Wärmeübertragers 20 zu verbessern und / oder den Hilfsenergieaufwand für die Pumpen zu minimieren.
  • Wenn nach der Verschaltung in Fig. 3 der Volumenstrom der Pumpe P3 reduziert wird, dann erhöht sich die Eintrittstemperatur in den WÜ20 und somit die Temperaturdifferenz zum Kühlmedium (z.B. Umgebungsluft). Dadurch kann mehr Wärme übertragen werden.
  • Wenn nach der Verschaltung in Fig. 3 vermehrt Fluid über die Leitung 53 zum Kühlen geleitet wird, wird viel Wärmeübertragerfläche für den Hochtemperatur-Anteil benötigt. In diesem Fall kann die Pumpe P3 heruntergeregelt werden, somit wird der Gesamtvolumenstrom über die Wärmeübertragerfläche reduziert und infolge dessen reduziert sich die Druckdifferenz, die durch die Pumpen P3 bis P5 aufgebracht werden muss. Im Umkehrschluss steht demnach viel Fläche für den ORC-Kondensator zur Verfügung, wenn über die Leitung 53 wenig Fluid fließt. Dies ist z.B. der Fall, wenn die gesamte Wärme oder ein Großteil der Wärme über den ORC abgeführt werden kann.
  • Hierdurch wird eine kritische Funktion des Verfahrens sichergestellt (Fläche für Hochtemperatur-Kühlung gewährleisten) und eine schnellere und effizientere Regelung erreicht. Die Regelung kann zum Beispiel realisiert werden, indem Kennfelder oder parametrische Tabellen in der Anlagensteuerung hinterlegt werden, die die Drehzahl der Pumpe P3 steuern.
  • Im Extremfall, dass die Hochtemperatur-Wärmeabfuhr maximiert werden soll, wird der ORC-Prozess inklusive der Pumpe P3 ausgeschaltet. Um dann zu verhindern, dass ein Teilstrom den Kühler 20 umgeht, kann vor der Pumpe P3 eine Rücklaufsperre vorgesehen werden.
  • Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen hier die gleichen Komponenten wie in Fig. 1 und 2. Im Folgenden werden nur die zusätzlichen Komponenten beschrieben.
  • Gemäß der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems 300 hat der Kühler 20 einen Eingangssammler 21, einen Ausgangssammler 25, und weist dazwischen liegende Kanäle auf, welche jeweils gegenüber liegende Bereiche des Eingangssammlers 21 und des Ausgangssammler 25 miteinander verbinden, wobei ein Eingang 22 des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs 40 in den Eingangssammler 21 und ein Eingang 23 des dritten Zweigs 53 des Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislaufs 50 in den Eingangssammler 21 an jeweiligen Endbereichen des Eingangssammlers 21 angeordnet sind, und wobei ein Ausgang 26 des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs 40 aus dem Ausgangssammler 25 und ein Ausgang 27 des dritten Zweigs 53 des Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislaufs 50 aus dem Ausgangssammler 25 an jeweiligen Endbereichen des Ausgangssammlers 25 angeordnet sind, wobei der Eingang 22, 23 und Ausgang 26, 27 des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs 40 sowie des Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislaufs 50 an jeweils gegenüberliegenden Bereichen des Eingangssammlers 21 bzw. des Ausgangssammlers 25 angeordnet sind.
  • Somit erfolgt eine Aufteilung der vorhandenen Kühlerfläche in einen Hochtemperaturbereich (Motorkühlwasser, MKW) und einen Niedertemperaturbereich (Rücklauf zum ORC-Kondensator). In Abhängigkeit des Betriebspunktes kann ein Teil des MKW-Massenstromes durch den ORC 30 geleitet werden und ein Teil direkt gegen Luft gekühlt werden, wie für die zweite Ausführungsform beschrieben wurde. Dadurch gelingt es, die beiden Massenströme zu trennen, und dann kann auf diese Weise dem ORC-Kondensator eine möglichst niedrige Temperatur zur Verfügung gestellt werden und die Abfuhr der überschüssigen Wärme kann auf hohem Temperaturniveau geschehen, was sich positiv auf die Leistung eines Kühlers und auch positiv auf den Hilfsenergiebedarf zur Abfuhr der Wärme an die Umgebung auswirkt.
  • Die dritte Ausführungsform stellt eine Lösung zur Verfügung, um auf möglichst einfache Weise eine Aufteilung der beiden Teilströme auf die Fläche des Kühlers zu realisieren und diese Aufteilung je nach Betriebszustand vorteilhaft einzustellen. Die Anforderungen lauten hierbei, dass die meiste Wärme durch den ORC geleitet wird, um die größtmögliche Effizienzsteigerung des Gesamtsystems zu erzielen. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, die niedrigste Temperatur zur Kühlung des Kondensators zu verwenden um eine höhere Effizienz des ORC Prozesses zu gewährleisten. Zudem müssen geeignete Rücklauftemperaturen für den Motor eingehalten werden. Dies wäre zwar durch baulich bzw. hydraulisch getrennte Kühler zu realisieren, allerdings sind dann die für die jeweiligen Massenströme zur Verfügung stehenden Flächen fest, was jedoch nicht zu unterschiedlichen Lastpunkten passt.
  • Die Aufteilung des Massenstromes in der Abzweigung 82 bzw. 83 erfolgt mittels des Ventils 72 bzw. 73. Dieses leitet in Abhängigkeit der Temperatur oder eines anderen Kennwerts einen Teilstrom des MKW zum Kühler 20. Dabei ist die Temperaturgrenze abhängig davon, ob die Variante mit Ventil 72 oder 73 vorliegt. Beispielsweise würde das Ventil 72 bei Erreichen einer maximalen Kühlwassertemperatur den Durchfluss in Richtung Kühler 20 schalten und den ORC umgehen. Das Ventil 73 leitet bei Nicht-Erreichen einer geforderten Abkühlung das Kühlwasser in Richtung Kühler 20.
  • Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen hier die gleichen Komponenten wie in Fig. 1 bis 3. Im Folgenden werden nur die zusätzlichen Komponenten beschrieben.
  • Gemäß der vierten Ausführungsform 400 des erfindungsgemäßen Antriebssystems wird gegenüber der dritten Ausführungsform 300 noch eine weitere Abzweigung vor dem Kühler 20 bereitgestellt, um heißes Kühlfluid über eine Wärmesenke 110 zu führen, um einen Teil der Wärme anderweitig, beispielsweise für Heizzwecke zu nutzen.
  • In der fünften und sechsten Ausführungsform gemäß Fig. 6 und 7 findet sich die erfindungsgemäße Verschaltung, erweitert um die Einbindung eines weiteren Kühlkreises auf einem weiteren Temperaturniveau (z.B. Kühlkreis für die Ladeluftkühlung, LLK) mit einem Wärmeübertrager W (Wärmeabfuhr des Ladeluftkühlkreises), der analog zum Kühler 20 ein Fluid (z.B. Ladeluft-Kühlmedium) kühlt. Der Wärmeübertrager W kann mit dem Wärmeübertrager 20 luftseitig in Reihe geschaltet werden (Fig. 6), und die Kühlluft oder auch ein anderes Kühlmedium kann zuerst durch den Wärmeübertrager W und danach durch den Wärmeübertrager 20 geleitet werden. Ebenso ist eine parallele Durchströmung möglich (Fig. 7).
  • Der ORC Kreislauf ist hier zur Vereinfachung nicht dargestellt, eine Verbindung mit dem ORC-Kreislauf ist in dieser Variante nur angedeutet.
  • In der sechsten Ausführung nach Fig. 7 ist es möglich, den ORC Kondensator und den Kühler 20 wasserseitig in Reihe zu schalten. Der Kühler 20 kühlt dann den gesamten Massenstrom. Wenn der Motor noch aufwärmt, strömt kein Massenstrom in Richtung Verdampfer. Bei Teillast strömt wenig Massenstrom in Richtung Verdampfer, und es steht ein dann überdimensionierter Kühler zur Verfügung. Dadurch kann dem ORC-Kondensator eine niedrige Temperatur zur Verfügung gestellt werden.
  • Dadurch ergibt sich zwar ein geringerer maximal zur Verfügung stehender Durchfluss durch den ORC-Kondensator, dies kann jedoch durch die geringere Eintrittstemperatur überkompensiert werden, sodass die Vorteile überwiegen.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass nur eine Pumpe benötigt wird, um den Kondensator und den Kühler 20 zu durchströmen.
  • In einigen Betriebszuständen wird nun zur Kühlung des weiteren Kühlkreises nicht die gesamte Fläche des Wärmeübertragers W benötigt. Dann kann man die Flächenreserve des Wärmeübertragers W für die Kühlung des ORC-Kreises nutzen. Dies wird durch die im Folgenden dargestellte Verschaltung in der siebenten Ausführungsform nach Fig. 8 ermöglicht. Die Regelung kann hierbei z.B. in Abhängigkeit der Austrittstemperatur T von Wärmeübertrager W geschehen. Für den Fall, dass für die ORC-Kühlung zusätzliche Fläche von Wärmeübertrager W benötigt UND im Wärmeübertrager W zu diesem Betriebszustand eine Flächenreserve vorhanden ist, wird, öffnet sich ein Ventil V (z.B. wie dargestellt ein 3-Wege-Ventil) oder aber eine andere Einrichtung, die eine derartige Flüssigkeitszuteilung ermöglicht, wie z.B. auch eine Pumpe. Dadurch wird ein Teilstrom des kalten weiteren Kühlkreises in Richtung ORC-Kondensator geleitet. Nach Durchlaufen des Kondensators wird der Teilstrom stromaufwärts vom Wärmeübertrager W wieder eingespeist, um die Temperatur des weiteren Kühlkreises nicht negativ zu beeinflussen.
  • Analog hierzu können ebenfalls weitere Kreise mit weiteren Temperaturen eingebunden werden (z.B. der Kühlkreis für die Klimatisierung im Fahrzeug).
  • Auch die Verschaltung nach Fig. 6 lässt sich wie in der Fig. 9 dargestellten achten Ausführungsform weiterentwickeln, so dass die Kapazitäten des weiteren Kühlkreises für die ORC-Kühlung genutzt werden können.
  • Die Funktionsweise der Aufteilung der Massenströme in der dritten und vierten Ausführungsform wird nachfolgend in Zusammenhang mit Fig. 10 beschrieben. Das Anpassen der Anteile der heißen bzw. kalten Kühlerfläche erfolgt bei dieser Verschaltung selbstständig in Abhängigkeit der Massenströme, welche durch das 3-Wege-Ventil 72 bzw. 73 zum Kühler geleitet werden. Je größer der Massenstrom ṁ H des heißen MKW bzw. ṁ K des kalten Kondensatorkreises umso größer der jeweilige Anteil an der Kühlerfläche. Das zugrunde liegende Wirkprinzip ist, dass sich zwischen Vor- und Rücklauf eine gleiche Druckdifferenz einstellt. Wenn nun an einem ersten Anschluss ein erster Massen- bzw. Volumenstrom in den Kühler erhöht wird, dann hätte dies im ersten Schritt einen größeren Druckverlust in den von diesem ersten Volumenstrom durchströmten Kanälen des Kühlers zur Folge. Da jedoch die Kanäle über den Sammler verbunden sind, herrscht über alle Kanäle der gleiche Druckverlust, so dass sich der Volumenstrom durch die vom zweiten Massenstrom durchströmten Kanäle erhöht. Bleibt jedoch der zweite Massenstrom konstant, dann muss sich die Anzahl der Kanäle reduzieren, so dass dem größeren ersten Massenstrom mehr Fläche zur Verfügung steht und sich die Druckverluste entsprechend angleichen.
  • Durch die Trennung von Temperaturniveaus wird vorteilhaft die zur Verfügung stehende Wärmeübertragerfläche des Kühlers 20 bestmöglich genutzt. Im Vergleich zur (zuvor beschriebenen) Vermischung der Temperaturen zweier Teilströme können wesentlich geringere Temperaturen auf der kalten Seite erreicht werden. Dies hat Vorteile beim Betrieb eines ORCs aber auch für alle anderen Anwendungen wo zwei Temperaturniveaus über einen Kreislauf zurückgekühlt werden sollen, wie es z.B. bei Stationärmotoren für die Kühlung des Motorkühlwassers und der Ladeluft der Fall ist. Durch die vorgeschlagene Verschaltung kann Wärme bei größtmöglicher Temperaturdifferenz an die Umgebung abgeführt werden, was zu einer Reduktion des Hilfsenergiebedarfs führt, und der niedriger temperierte Volumenstrom wird auf geringere Temperaturen gekühlt als bei einer Vermischung beider Volumenströme. Die Vorrichtung kann wie dargestellt in einem Kühler aber auch durch die Verbindung einer beliebigen Zahl von Kühlern mittels Rohrleitungen bereitgestellt werden.
  • Die Figuren 11 und 12 erläutern die Funktionsweise und Vorteilhaftigkeit der Verschaltung gemäß der dritten und vierten Ausführungsform im Vergleich zur zweiten Ausführungsform in T-Q-Diagrammen (T: Temperatur; Q: Wärmestrom).
  • Fig. 11 zeigt beispielhaft die Abkühlung des Wassermassenstroms von 90 °C, wobei die heißere der beiden Wärmequellen eine Temperatur von 115 °C ermöglicht. Es wird eine Rückkühltemperatur des Wassers von 70 °C erreicht.
  • Bei der Verwendung von zwei Temperaturstufen, wie in Fig. 12 illustriert, tritt der erste Massenstrom mit 115 °C in den Kühler ein und wird in diesem Beispiel auf 88 °C herunter gekühlt, wobei diese Temperatur sich einstellt, wenn 20 % des gesamten durch den Kühler strömenden Massenstroms auf hohem Temperaturniveau vorliegt. Wie oben beschrieben, teilen sich die Flächen entsprechend des Massenstroms auf, und somit stehen für die Wärmeübertragung des ersten, heißen Massenstroms 20 % der Fläche zur Verfügung. Berechnet man nun die Wärmeströme, so werden jedoch über diese Fläche 27 % der gesamten Wärmemenge übertragen. Die restlichen 73 % der Wärmemenge werden dann über die restlichen 80 % der Fläche übertragen, was nun bei geringeren Temperaturen der Fall möglich ist. So kann diese Wärmemenge mit einer Vorlauftemperatur des Heißwassers von 84 °C und einer Rücklauftemperatur von 65 °C übertragen werden, was eine um 5 K geringere Rücklauftemperatur bedeutet. Dies geht mit Leistungssteigerung des ORCs oder Verbesserung der Wärmeübertragung in anderen Komponenten (Ladeluftkühler etc.) einher.
  • Es ist hier bemerkt, dass die beschriebenen Temperatur- und Leistungswerte nur beispielhaft zu sehen sind, durch eine Optimierung und Anpassung von Temperaturgrenzen kann noch weiteres Potenzial gehoben werden. Eine Optimierung berücksichtigt neben der Temperatur auch den Einfluss des Massenstroms auf die Wärmeübertragungskapazität / Leistung eines Wärmeübertragers.
  • Das Antriebssystem lässt sich in Hinblick auf weitere Synergien weiterentwickeln, die im Zusammenhang mit Fig. 13 beschrieben werden, und wobei jede davon einzeln oder kombiniert eingesetzt werden kann. Die durch die Expansionsvorrichtung erzeugte mechanische Energie kann über eine jeweilige elektrische, mechanische oder hydraulische Kopplung einsetzbar sein zum (a) Antreiben eines Lüfters des Kondensators 30 und/oder eines Lüfters des Kühlers; und/oder (b) Antreiben einer Umwälzpumpe 101 im Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislaufs und/oder einer Speisepumpe 102 der thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung und/oder einer Umwälzpumpe 103 im Kondensator-Kühlfluidkreislauf und/oder einer Wasserpumpe und/oder einer Hydraulikpumpe und/oder einer Ölpumpe; und/oder (c) Antreiben einer Lichtmaschine 105 und/oder eines Anlassers des Antriebssystems; und/oder (d) Antreiben eines Kältekompressors 106 einer Klimaanlage. Ein Teilstrom des verdampften Arbeitsmediums kann zum Antreiben eines Lüfters des Kondensators und/oder eines Lüfters 107 des Kühlers einsetzbar. Dadurch werden Umwandlungsverluste minimiert. Weiterhin kann Wärme aus kondensiertem Arbeitsmedium und/oder aus dem Verbrennungsmotor-Kühlfluidkreislauf zum Zuführen in eine Heizvorrichtung ausgekoppelt werden.
  • Die dargestellten Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft und der vollständige Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Ansprüche definiert.

Claims (14)

  1. System zur Wärmenutzung, umfassend:
    eine Wärmequelle (10); und
    eine Kühlvorrichtung zum Abführen von Wärme der Wärmequelle;
    wobei die Kühlvorrichtung umfasst:
    einen Wärmeübertrager/Kühler (20) zum Übertragen von Wärme auf ein Umgebungsmedium, wobei insbesondere der Kühler ein Luftkühler und das Umgebungsmedium Luft ist; und
    eine thermodynamische Kreisprozessvorrichtung (30), insbesondere eine ORC-Vorrichtung, mit einem Arbeitsmedium, einem Verdampfer (31) zum Verdampfen des Arbeitsmediums durch Übertragen von Wärme der Wärmequelle (10) auf das Arbeitsmedium, einer Expansionsvorrichtung (32) zur Erzeugung von mechanischer Energie und einem Kondensator (33) zum Kondensieren des in der Expansionsvorrichtung (32) expandierten Arbeitsmediums;
    wobei die Kühlvorrichtung einen Kondensator-Kühlfluidkreislauf (40) zum Abführen von Wärme aus dem Kondensator (33) der thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung (30) über den Wärmeübertrager/Kühler (20) umfasst; und
    wobei die Kühlvorrichtung weiterhin einen Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf (50) umfasst, wobei ein erster Zweig (51) des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs durch den Verdampfer (31) zum Übertragen von Wärme auf das Arbeitsmedium führt;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf in Strömungsrichtung eines Kühlfluids vor dem Verdampfer eine erste Abzweigung (81) in einen zweiten Zweig (52) des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs (50) zur Umgehung des Verdampfers (31) und eine Zusammenführung (91) des zweiten Zweigs (52) mit dem ersten Zweig (51) nach dem Verdampfer (31) umfasst, wobei der zweite Zweig (52) ein erstes Ventil (71),
    vorzugsweise ein gesteuertes Ventil, aufweist.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Wärmequelle eine Kraftprozessvorrichtung, insbesondere einen Verbrennungsmotor (10), eine Gasturbine oder einen Stirlingmotor, einen Heizkessel, insbesondere einen Biomassebrenner, oder eine Brennstoffzelle umfasst.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf eine erste Pumpe (P1) und/oder in der thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung eine zweite Pumpe (P2) zum Pumpen des Arbeitsmediums und/oder im Kondensator-Kühlfluidkreislauf eine dritte Pumpe (P3) vorgesehen ist.
  4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf in Strömungsrichtung des Kühlfluids vor dem Verdampfer eine zweite Abzweigung (82) in einen dritten Zweig (53) des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs umfasst, und wobei der dritte Zweig dazu ausgebildet ist, Kühlfluid durch den Wärmeübertrager/Kühler und zurück in den ersten Zweig zu führen, wobei die zweite Abzweigung vorzugweise ein zweites Ventil (72), insbesondere ein Dreiwegeventil, umfasst oder wobei der dritte Zweig vorzugsweise eine vierte Pumpe (P4) umfasst.
  5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf in Strömungsrichtung des Kühlfluids nach dem Verdampfer eine dritte Abzweigung (83) in einen vierten Zweig (54) des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs umfasst, und wobei der vierte Zweig dazu ausgebildet ist, Kühlfluid durch den Wärmeübertrager/Kühler und zurück in den ersten Zweig zu führen, wobei die dritte Abzweigung vorzugweise ein drittes Ventil (73), insbesondere ein Dreiwegeventil, oder wobei der vierte Zweig vorzugsweise eine fünfte Pumpe (P5) umfasst, wobei in Kombination mit Anspruch 4 eine Zusammenführung des vierten Zweigs in den dritten Zweig vorgesehen ist.
  6. System nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf in Strömungsrichtung des Kühlfluids vor dem Wärmeübertrager/Kühler eine Zusammenführung (95) des dritten bzw. vierten Zweigs mit dem Kondensator-Kühlfluidkreislauf umfasst.
  7. System nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Wärmeübertrager/Kühler einen Eingangssammler (21), einen Ausgangssammler (25), und dazwischen liegende Kanäle aufweist, welche jeweils gegenüber liegende Bereiche des Eingangssammlers und des Ausgangssammler miteinander verbinden, und wobei ein Eingang (22) des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs in den Eingangssammler und ein Eingang (23) des dritten bzw. vierten Zweigs des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs in den Eingangssammler voneinander beabstandet sind, insbesondere an jeweiligen Endbereichen des Eingangssammlers angeordnet sind, und wobei ein Ausgang (26) des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs aus dem Ausgangssammler und ein Ausgang (27) des dritten bzw. vierten Zweigs des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs aus dem Ausgangssammler voneinander beabstandet sind, insbesondere an jeweiligen Endbereichen des Ausgangssammlers angeordnet sind, wobei der Eingang (22, 23) und Ausgang (26, 27) des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs sowie des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs an jeweils gegenüberliegenden Bereichen des Eingangssammlers bzw. des Ausgangssammlers angeordnet sind.
  8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kühlvorrichtung weiterhin wenigstens einen Wärmeübertrager (15) zum Übertragen von Wärme in Abgas der Wärmequelle auf den Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf umfasst.
  9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin einen Generator (G) umfassend, mit dem durch die Expansionsvorrichtung erzeugte mechanische Energie in elektrische Energie umwandelbar ist.
  10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei durch die Expansionsvorrichtung (32) erzeugte mechanische Energie über eine jeweilige elektrische, mechanische oder hydraulische Kopplung einsetzbar ist zum
    (a) Antreiben eines Lüfters des Kondensators (30) und/oder eines Lüfters des Wärmeübertragers/Kühlers; und/oder
    (b) Antreiben einer Umwälzpumpe (101) im Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs und/oder einer Speisepumpe (102) der thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung und/oder einer Umwälzpumpe (103) im Kondensator-Kühlfluidkreislauf und/oder einer Wasserpumpe und/oder einer Hydraulikpumpe und/oder einer Ölpumpe; und/oder
    (c) Antreiben einer Lichtmaschine (105) und/oder eines Anlassers des Antriebssystems; und/oder
    (d) Antreiben eines Kältekompressors (106) einer Klimaanlage; und/oder
    (e) Einkoppeln der durch die Expansionsvorrichtung erzeugten mechanischen Energie in einen Antriebsstrang der Wärmequelle, insbesondere direkt auf eine Antriebswelle, wobei die Wärmequelle eine Kraftprozessvorrichtung, insbesondere einen Verbrennungsmotor, umfasst.
  11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Teilstrom des verdampften Arbeitsmediums zum Antreiben eines Lüfters des Kondensators und/oder eines Lüfters (107) des Wärmeübertragers/Kühlers und/oder eines Kältekompressors einsetzbar ist; und/oder
    wobei Wärme aus kondensiertem Arbeitsmedium und/oder aus dem Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf zum Zuführen in eine Heizvorrichtung auskoppelbar ist.
  12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiterhin umfassend: einen weiteren Kühlkreislauf mit einem weiteren Wärmeübertrager, wobei der weitere Wärmeübertrager in Reihe mit oder parallel zu dem Wärmeübertrager/Kühler verschaltet ist.
  13. Verfahren zum Abführen von Wärme einer Wärmequelle mit einer Kühlvorrichtung, wobei die Kühlvorrichtung einen Wärmeübertrager/Kühler, eine thermodynamische Kreisprozessvorrichtung, insbesondere eine ORC-Vorrichtung, mit einem Arbeitsmedium, einem Verdampfer, einer Expansionsvorrichtung und einem Kondensator sowie einen Kondensator-Kühlfluidkreislauf umfasst, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    Übertragen von Wärme auf ein Umgebungsmedium mit dem Wärmeübertrager/Kühler, wobei insbesondere der Kühler ein Luftkühler und das Umgebungsmedium Luft ist;
    Verdampfen des Arbeitsmediums mit dem Verdampfer durch Übertragen von Wärme der Wärmequelle auf das Arbeitsmedium;
    Erzeugen von mechanischer Energie mit der Expansionsvorrichtung;
    Kondensieren des in der Expansionsvorrichtung expandierten Arbeitsmediums mit dem Kondensator;
    Abführen von Wärme aus dem Kondensator der thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung über den Wärmeübertrager/Kühler; und
    Führen eines ersten Zweigs eines Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs durch den Verdampfer zum Übertragen von Wärme auf das Arbeitsmedium;
    gekennzeichnet durch
    erstes Abzweigen eines Kühlfluids im Wärmequelle-Kühlfluidkreislauf in Strömungsrichtung vor dem Verdampfer in einen zweiten Zweig des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs zum Umgehen des Verdampfers und Zusammenführen des zweiten Zweigs mit dem ersten Zweig nach dem Verdampfer.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, mit den weiteren Schritten:
    zweites Abzweigen des Kühlfluids in Strömungsrichtung vor dem Verdampfer in einen dritten Zweig des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs, wobei der dritte Zweig Kühlfluid durch den Wärmeübertrager/Kühler und zurück in den ersten Zweig führt; und/oder drittes Abzweigen des Kühlfluids in Strömungsrichtung nach dem Verdampfer in einen vierten Zweig des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs, wobei der vierte Zweig Kühlfluid durch den Wärmeübertrager/Kühler und zurück in den ersten Zweig führt;
    wobei der Wärmeübertrager/Kühler einen Eingangssammler, einen Ausgangssammler, und dazwischen liegende Kanäle aufweist, welche jeweils gegenüber liegende Bereiche des Eingangssammlers und des Ausgangssammler miteinander verbinden, und wobei ein Eingang des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs in den Eingangssammler und ein Eingang des dritten bzw. vierten Zweigs des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs in den Eingangssammler voneinander beabstandet sind, insbesondere an jeweiligen Endbereichen des Eingangssammlers angeordnet sind, und wobei ein Ausgang des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs aus dem Ausgangssammler und ein Ausgang des dritten bzw. vierten Zweigs des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs aus dem Ausgangssammler voneinander beabstandet sind, insbesondere an jeweiligen Endbereichen des Ausgangssammlers angeordnet sind, wobei der Eingang und Ausgang des Kondensator-Kühlfluidkreislaufs sowie des Wärmequelle-Kühlfluidkreislaufs an jeweils gegenüberliegenden Bereichen des Eingangssammlers bzw. des Ausgangssammlers angeordnet sind.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK3530890T3 (da) * 2018-02-27 2023-01-16 Orcan Energy Ag Drev med integreret ORC
JP7099392B2 (ja) * 2019-04-03 2022-07-12 トヨタ自動車株式会社 車載温調装置
SE543339C2 (en) 2019-04-11 2020-12-08 Scania Cv Ab Waste Heat Recovery System, Powertrain, and Vehicle
WO2020213773A1 (ko) * 2019-04-17 2020-10-22 비아이피 주식회사 발전 효율이 향상된 유기랭킨 사이클을 이용한 선박의 발전 시스템
SE543454C2 (en) * 2019-06-13 2021-02-23 Scania Cv Ab Thermal Management System, Method of Cooling a Condenser of a Waste Heat Recovery System, and Related Devices
CN111810268A (zh) * 2020-08-11 2020-10-23 四川大学 热端恒温导热型余热发电装置
FR3121554B1 (fr) 2021-03-31 2023-03-03 Ifp Energies Now Système et procédé de refroidissement d’une pile à combustible
CN113107622B (zh) * 2021-04-27 2022-07-12 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 一种高效布雷顿-朗肯循环柔性发电系统
CN115013220B (zh) * 2022-06-30 2023-10-13 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 基于中深层干热岩的紧凑型地热能压缩空气储能系统、方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8528333B2 (en) * 2007-03-02 2013-09-10 Victor Juchymenko Controlled organic rankine cycle system for recovery and conversion of thermal energy
WO2009133620A1 (ja) * 2008-05-01 2009-11-05 サンデン株式会社 内燃機関の廃熱利用装置
US20100326076A1 (en) * 2009-06-30 2010-12-30 General Electric Company Optimized system for recovering waste heat
DE102010003906A1 (de) * 2010-04-13 2011-10-13 Behr Gmbh & Co. Kg Verbrennungsmotor
SE535316C2 (sv) * 2011-02-25 2012-06-26 Scania Cv Ab System för att omvandla värmeenergi till mekanisk energi i ett fordon
JP5621721B2 (ja) * 2011-06-30 2014-11-12 株式会社豊田自動織機 ランキンサイクル
WO2014021708A1 (en) 2012-08-03 2014-02-06 Tri-O-Gen Group B.V. System for recovering through an organic rankine cycle (orc) energy from a plurality of heat sources
DE102012021327A1 (de) * 2012-10-26 2014-01-23 Voith Patent Gmbh Förderanlage für Öl oder Gas
DE102012022648A1 (de) * 2012-11-20 2014-05-22 Daimler Ag Vorrichtung zum Schmieren einer Einrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer ionischen Flüssigkeit als Schmiermittel und Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung
EP3192986B1 (de) * 2013-04-08 2019-10-09 FPT Motorenforschung AG Turbo-compound-system
DE102013011519A1 (de) 2013-07-09 2015-01-15 Volkswagen Ag Wärmetauschvorrichtung und Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug
DE102014206026A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-01 Mtu Friedrichshafen Gmbh 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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3159506A1 (de) 2017-04-26
US10577984B2 (en) 2020-03-03
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BR112018007922A2 (pt) 2018-10-30
US20180313234A1 (en) 2018-11-01
WO2017067790A1 (de) 2017-04-27
EP3163036A1 (de) 2017-05-03
CN108431376B (zh) 2020-06-16
EP3159506B1 (de) 2020-08-19

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