WO2014023295A2

WO2014023295A2 - Vorrichtung zum betreiben eines clausius-rankine-prozess

Info

Publication number: WO2014023295A2
Application number: PCT/DE2013/100252
Authority: WO
Inventors: Jan Hinrichs; Willi Parsch
Original assignee: Ixetic Bad Homburg Gmbh
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2014-02-13
Also published as: WO2014023295A3; DE112013003913A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung von Abwärme einer Antriebsvorrichtung, wie zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine, mittels Clausius-Rankine-Prozess und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung einen Fluidkreislauf mit wenigstens einer von einem Arbeitsmedium durchströmten Fluidleitung, eine Pumpeneinheit zum Fördern des Mediums, wenigstens einen Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums, eine Expansionsmaschine, mindestens einen Kondensator zum Verflüssigen des Arbeitsmediums sowie eine Motor-/Generatoreinheit aufweist, wobei die Pumpe, die Expansionsmaschine und die Motor-/Generatoreinheit als eine Baueinheit ausgeführt sind.

Description

Vorrichtung zum Betreiben eines Clausius-Rankine-Prozess

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung von Abwärme einer Antriebsvorrichtung, wie zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine, mittels

Clausius-Rankine-Prozess und ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Der Clausius-Rankine-Kreisprozess ist seit langer Zeit bekannt und wird beispielsweise in stationären Dampfkraftwerken eingesetzt. Die mechanische Energie, welche zum Antrieb der Generatoren benötig wird, wird durch ein Arbeitsmedium erzeugt, welches bei niedrigem Druck kondensiert und bei hohem Druck verdampft. Der Druck wird von einer Speisepumpe durch Aufwand von Arbeit aufgebracht und in einer Expansionsmaschine unter Abgabe von Arbeit abgebaut. Der Clausius-Rankine- Kreisprozess ist ein geschlossener Kreislauf.

Durch umweltpolitischen als auch fiskalischen Druck besteht seit längerer Zeit der Bedarf, den Wirkungsgrad von herkömmlichen Verbrennungsmotoren zu verbessern. Der Wirkungsgrad eines solchen Verbrennungsmotors beträgt etwa 25 bis 30 Prozent. Mit den Abgasen gehen etwa 30 bis 35 Prozent der eingesetzten Energie als Abwärme ungenutzt in die Atmosphäre. Um den Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors zu verbessern, ist man bestrebt, einen Teil der genannten Verlustenergie für den Antrieb zu nutzen.

Der Einsatz des Clausius-Rankine-Prozesses unter Verwendung von Dampfturbinen bei stationären Großmotoren ist bekannt. Hier wird mit Hilfe der Wärmeenergie der Abgase Wasserdampf erzeugt, welcher in den Dampfturbinen expandiert und mit Hilfe eines an die Turbinen angeschlossenen Generators elektrische Energie erzeugt. Eine derartige Ausnutzung der Abgaswärme bei PKW bzw. LKW Motoren ist jedoch aus zweierlei Gründen schwierig. Zunächst sind für den Dampfprozess mit Wasser Hochtemperaturwärmequellen erforderlich, da in derartigen Prozessen Drücke bis 300 bar bei Temperaturen um 600°C vorliegen. Nutzbare Quellen sind zum Beispiel der Hauptabgasstrom in Strömungsrichtung direkt hinter der Abgasnachbehandlung, der Abgasstrom in der Abgasrückführung sowie der obere Bereich der Abgasanlage. Durch den vergleichsweise hohen Dampfdruck des Wassers, die hohen erreichten Temperaturen nach Verdampfung und Überhitzung sowie den starken Druckabfall in der nachgeschalteten Turbine ergeben sich hier besondere apparative Anforderungen, die mit hohem Wartungsaufwand und einem erhöhten Bauraumbedarf verbunden sind und dadurch einer Verwendung im Fahrzeugbereich bzw. im öffentlichen Straßenverkehr entgegenstehen. Zum anderen besteht die Gefahr, dass das Wasser, welches als Arbeitsmedium eingesetzt ist, im Winterbetrieb gefriert, so dass dem Wasser ein Frostschutz zugesetzt werden muss. Üblicherweise wird dafür Glykol verwendet. Die thermische Beständigkeit von Glykol ist jedoch nur bis ungefähr 120°C gegeben, so dass eine Nutzung von Wasser als Arbeitsmedium nur eingeschränkt möglich ist.

Verbrennungskraftmaschinen, welche in Pkw bzw. Lkw zum Einsatz kommen, können trotzdem mittels eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses im Wirkungsgrad verbessert werden. Bei der Verwendung von organischen Arbeitsmedien, wie z.B. Ethanol oder Methanol, an Stelle von Wasser ergibt sich der Vorteil, dass die Verdampfungstemperatur deutlich geringer ist. Somit lassen sich weitere Wärmequellen am Fahrzeug für den Prozess erschließen. Die Vorrichtung wandelt dabei Abwärme des Verbrennungsmotors in mechanische Energie um. Eine solche Vorrichtung umfasst mindestens einen Fluidkreislauf mit wenigstens einer von einem Arbeitsmedium durchströmten Fluidleitung, einen Verdampfer zum Verdampfen des flüssigen Arbeitsmediums, eine Expansionsmaschine, einen Kondensator zum Verflüssigen des dampfförmigen Arbeitsmediums und eine Pumpeneinheit zum Fördern des Arbeitsmediums.

So ist aus der US 2006 0254 276 A1 eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung bekannt, mit welcher Energie aus der Abgaswärme einer Verbrennungskraftmaschine gewonnen werden kann. Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung umfasst eine Fördereinheit in Form einer Pumpe, einen Wärmetauscher, eine Expansionsvorrichtung und eine Kondensationsvorrichtung, die zu einem Kreislauf verschaltet sind, in dem Wasser als Arbeitsmedium führbar ist. Die Verbren- nungskraftmaschine ermöglicht eine Umwandlung von thermischer Energie in eine mechanische Arbeit mittels eines so genannten Rankine-Prozesses. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird im Wärmetauscher Abgaswärme zum Arbeitsmedium übertragen, so dass das Arbeitsmedium verdampft. Das dampfförmige Arbeitsmedium wird anschließend der Expansionsvorrichtung zugeführt und dort unter Abgabe von Arbeit auf einen niedrigeren Druck entspannt. In der nachfolgend durchströmten Kondensatoreinrichtung wird das Arbeitsmedium wieder kondensiert, und über die Fördereinheit wird es anschließend wieder in flüssigem Zustand zum Wärmetauscher geleitet. Diese Wärmerückgewinnungsvorrichtung ist mit den oben beschriebenen Nachteilen behaftet, die sich aus der Verwendung von Wasser als Arbeitsmedium ergeben.

Die DE 100 54 022 A1 zeigt und beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine, bei der die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, dessen Abwärme für eine Entspannungsvorrichtung (Expansionsmaschine) zurückgewonnen wird, mit der Welle der Entspannungseinrichtung über eine Kupplung und/oder über ein Untersetzungsgetriebe gekoppelt ist.

Die Kopplung der Expansionsmaschine mit der Kurbelwelle ist jedoch aufwändig, da zum einen unterschiedliche Betriebspunkte der einzelnen Kreislaufkomponenten in Einklang gebracht werden müssen und zum anderen die Expansionsmaschine abkoppelbar gestaltet werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile zu umgehen und eine Vorrichtung zur Nutzung von Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine vorzuschlagen, welches durch einen hohen Wirkungsgrad und einen kompakten Aufbau gekennzeichnet ist. Die Aufgabe umfasst ebenfalls, ein Verfahren zur Nutzung der Abwärme von Verbrennungskraftmaschinen vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Nutzung von Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines Clausius-Rankine-Prozesses gelöst, welches einen Fluidkreislauf mit wenigstens einer von einem Arbeitsmedium durchströmten Fluidleitung, eine Speisepumpe zum Fördern des Mediums, wenigstens ei- nen Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums, eine Expansionsmaschine, mindestens einen Kondensator zum Verflüssigen des Arbeitsmediums sowie eine Motor-ZGeneratoreinheit aufweist, wobei die Pumpe, die Expansionsmaschine und die Motor-/Generatoreinheit koaxial auf einer Welle angeordnet und drehfest mit einander verbunden sind. Dadurch lässt sich ein hoher Wirkungsgrad der Gesamtvorrichtung erzielen, da keine Zwischenpufferungen von elektrischer Energie notwendig ist und keine elektrisch/mechanischen Wandlungsverluste in Kauf zu nehmen sind. Des Weiteren ergibt sich dadurch ein reduzierter Aufwand in Bezug auf den Antrieb der Speisepumpe.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Expansionsmaschine und die Motor- ZGeneratoreinheit als eine Baueinheit ausgebildet. Das hat den Vorteil, dass die Vorrichtung kompakt aufgebaut ist und somit ohne umfangreiche Konstruktionsänderungen an der Verbrennungskraftmaschine integrierbar ist, da aufgrund der wenigen möglichen Einbaupositionen im Kraftfahrzeug der Einbauraum erheblich eingeschränkt ist. Beispielsweise ist eine Anordnung am Abgasstrang nach der letzten Abgasnachbehandlung möglich. Ein derartiger Aufbau erfolgt parallel zum bzw. hinter dem Getriebe.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Expansionsmaschine, die Motor-/Generatoreinheit und die Speisepumpe als eine Baueinheit ausgeführt, wobei je nach Betriebszustand der Motor oder die Expansionsmaschine die Speisepumpe antreibt. Dadurch ergibt sich eine sehr kompakte Bauweise. Zusätzlich reduziert sich dadurch der Montageaufwand in der Serienfertigung am Band des Automobilherstellers erheblich. Darüber hinaus kann die Antriebseinheit als betriebsbereite und vorgeprüfte Einheit an das Montageband geliefert werden. Das hat zum einen den Vorteil, dass ein Werker nur noch die Energieversorgungs- und Steuerleitungen mit dem Fahrzeug verbinden muss, und zum anderen reduziert diese Ausführungsform Qualitätsmängel, da die verbauten Komponenten bereits auf ihre Funktion überprüft worden sind. ln einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Speisepumpe eine Pumpe mit veränderbarem Fördervolumen bei konstanter Pumpendrehzahl. Dadurch wird erreicht, dass im Falle geringerer Leistung der Expansionsmaschine die Förderleistung der Pumpeneinheit reduziert werden kann, um zu vermeiden, dass der Verdampfer mit dem Arbeitsmedium ungewollt geflutet wird und dadurch der Clausius-Rankine- Prozess zusammenbricht. Umgekehrt ergibt sich der Vorteil, dass mit einer Verstellpumpe die Förderleistung erhöht werden kann, ohne dass die Pumpendrehzahl erhöht werden muss.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht mindestens ein Mittel zur Steuerung bzw. Regelung der Speisepumpe vor. Dadurch kann die Fördermenge der Speisepumpe bedarfsgerecht an die jeweilige Situation bzw. an den Dampfbedarf angepasst werden. Das Mittel kann, je nach Auslegung der Pumpe, eine Fördervolumenverstellung oder Volumenstromregelung sein.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Pumpeneinheit mindestens eine Flügelzellenpumpe. Das hat den Vorteil, dass die Pumpeneinheit kostengünstig und raumsparend ausgeführt werden kann und sehr effizient arbeitet sowie durch einen geräusch- und pulsationsarmen Lauf gekennzeichnet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht mindestens eine

Radialkolbenpumpe vor. Dadurch sind auch bei niedrigen Drehzahlen hohe Lasten möglich und es ergibt sich ein günstiger Wirkungsgrad. Des Weiteren weist eine Radialkolbenpumpe eine geringe Hochdruckpulsation auf.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als Arbeitsmedium Ethanol, als Rein stoff oder als Gemisch von Ethanol mit Schmieröl bzw. als Gemisch von Ethanol und Wasser, Methanol als Reinstoff oder als Gemisch von Methanol und Schmieröl, Silikonöl, eine Wasserammoniaklösung und/oder ein Wasserammoniakgemisch eingesetzt. Diese Arbeitsmedien haben den Vorteil, dass sie gegenüber reinem Wasser als Arbeitsmedium eine geringere Verdampfungstemperatur aufweisen und somit nicht nur die Hochtemperaturquellen am Fahrzeug, sondern auch Quellen mit niedrigerer Temperatur für die Energierückgewinnung verwendet werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Expansionsmaschine als Strömungsmaschine, wie zum Beispiel eine Turbine oder als Verdrängermaschine, wie zum Beispiel eine Axialkolbenmaschine, ausgeführt.

In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die

Expansionsmaschine verstellbar ausgeführt. Das hat den Vorteil, dass die Expansionsmaschine trotz wechselnder Volumenströme des Arbeitsmediums die Motor- /Generatoreinheit im energetisch optimalen Drehzahl- und Druckbereich fahren kann.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung ist der mindestens eine Verdampfer an der Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Dadurch kann auf eine besonders effiziente Art und Weise die Abwärme der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden. Zweckmäßig ist der wenigstens eine Verdampfer als ein vom Abgas des Verbrennungsmotors und Arbeitsmedium der Vorrichtung durchströmter Verdampferabgaswärmeübertrager ausgebildet zur Wärmeleitung von Wärme von dem Abgas zu dem Arbeitsmedium. Von dem Verdampfer wird somit Wärme vom Abgas auf das Arbeitsmedium übertragen, so dass das Arbeitsmedium verdampft.

Um einen möglichst großen Anteil der Verlustwärme des Verbrennungsmotors zu nutzen, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass dem Wärmetauscher Verlustwärme von einem oder mehreren der folgenden Wärmeträger zugeleitet wird. Hier kommen beispielsweise das Motorabgas, das Motoröl, das Motorkühlwasser, das Getriebeöl sowie das Arbeitshydrauliköl in Frage. Die Wärmeenergie wird mit entsprechenden Wärmetauschern aus den Medien entnommen.

In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird während der

Startphase des Clausius-Rankine-Prozesses mittels des Kondensatorwärmeübertragers Wärme vom Kühlmittel der Verbrennungskraftmaschine auf das Arbeitsmedium übertragen. Das hat insbesondere den Vorteil, dass das Arbeitsmedium schneller die erforderliche Prozesstemperatur erreicht und der Clausius-Rankine-Kreisprozess früher gestartet werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung neben dem mindestens einen Verdampfer auch mindestens einen Überhitzer. Der Überhitzer ist in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums gesehen dem Verdampfer nachgeordnet. Das bedeutet, dass der Dampf, welcher im Verdampferwärmeübertrager erzeugt wurde, im Überhitzer abermals mit der Wärme der Wärmequelle in Kontakt kommt. Im Überhitzer wird der Dampf des Arbeitsmediums über seine Verdampfungstemperatur hinaus weiter erhitzt. Dies kann sich positiv auf den Wirkungsgrad der Vorrichtung auswirken. Vorzugsweise bilden der Verdampfer und der Überhitzer eine bauliche Einheit.

Eine besonderes bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Schritte:

Spülen und Vorwärmen der einzelnen Kreislaufkomponenten durch gleichzeitigen Betrieb von Speisepumpe und Expansionsmaschine mittels der Motor- /Generatoreinheit.

Verdampfen des Arbeitsmediums mindestens durch die Abwärme der Verbrennungskraftmaschine.

Fördern des Arbeitsmediums durch die mindestens eine Fluidleitung.

Expandieren des dampfförmigen Arbeitsmediums in der Expansionsmaschine.

Antreiben der Motor-/Generatoreinheit durch die Expansionsmaschine, wobei die Motor-/Generatoreinheit zum Anfahren des Clausius-Rankine-Prozesses mittels gespeicherter Energie zunächst als Motor wirkt und die Pumpeneinheit antreibt.

Dadurch werden die Kreislaufkomponenten vorgewärmt und gespült, sodass der Clausius- Rankine-Prozess Zug um Zug gestartet wird. Bei Erreichen der erfordern- chen Temperaturen kann genug Arbeitsmedium verdampft werden, so dass ausreichend Dampfenergie vorhanden ist, um die Expansionsmaschine anzutreiben und um in den Generatorbetrieb überzugehen.

Im nachfolgenden wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer gesteuerten Schaltkupplung zwischen der Speisepumpe und der Motor- /Generatoreinheit.

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer alternativen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Kupplung mit einer Speisepumpe mit Volumenstromregelung.

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Speisepumpe mit einer Volumenstromregelung ausgestattet ist und die Expansionsmaschine verstellbar ausgeführt ist.

Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung 1 umfasst mindestens eine Fluidleitung 2, welche zur Zirkulation eines Arbeitsmediums durch die Vorrichtung 1 dient und eine Antriebseinheit 21 , welche eine Speisepumpe 5, eine Motor-/Generatoreinheit 19 und eine Expansionsmaschine 10 umfasst.

Ferner weist die Vorrichtung 1 mindestens einen Verdampferwärmeübertrager 7 und einen Kondensatorwärmeübertager 8 auf. Der Verdampferwärmeübertrager 7 ist in Strömungsrichtung 14 des Arbeitsmediums gesehen der Speisepumpe 5 nachgeordnet. Ebenfalls in Strömungsrichtung 14 ist die Expansionsmaschine 10 dem Verdampferwärmeübertrager 7 nachfolgend angeordnet. Der Expansionsmaschine 10 folgt der Kondensatorwärmeübertrager 8. Im Anschluss an diesen folgt in Strömungsrichtung 14 die Speisepumpe 5. Damit ist der Kreislauf geschlossen. In der Leitung 3 zwischen dem Kondensatorwärmeübertrager 8 und der Speisepumpe 5 ist ein Speicher 4 zur Aufnahme des Arbeitsfluids angeordnet. Alternativ kann dem Verdampferwärmeübertrager 7 ein Überhitzer 7a nachgeschaltet sein. Dadurch wird Dampf, welcher im Verdampferwärmeübertrager 7 erzeugt wurde, im Überhitzer abermals mit der Wärme der Wärmequelle in Kontakt gebracht. Im Überhitzer 7a wird der Dampf des Arbeitsmediums über seine Verdampfungstemperatur hinaus weiter erhitzt. Dies kann sich positiv auf den Wirkungsgrad der Vorrichtung auswirken. Vorzugsweise bilden der Verdampfer und der Überhitzer eine bauliche Einheit 9.

Die Speisepumpe 5, die Expansionsmaschine 10 und die Motor-/Generatoreinheit 19 sind starr mit den Wellenabschnitten 16 und 16a verbindbar. Die Wellenabschnitte 16 und 16a sind zwischen der Speisepumpe 5 und der Motor-/Generatoreinheit 19 durch eine schaltbare Kupplung 17 trennbar ausgeführt. Insbesondere eignen sich schaltbare Schlingfederkupplungen zur Lösung dieser Aufgabenstellung.

Die Motor-/Generatoreinheit 19 ist mit einem Steuergerät 23 verbunden, welches eine Steuerelektronik 24 und einen Wechselrichter 25 umfasst. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 1 einen Akkumulator 12, welcher über den Wechselrichter 25 mit der Motor-ZGeneratoreinheit 19 in Verbindung steht.

Unmittelbar nach dem Kaltstart der nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine kann der Clausius-Rankine-Prozess noch nicht arbeiten. Zunächst müssen bestimmte Startkriterien erfüllt werden. Beispielsweise muss dazu die Temperaturdifferenz TQ2 - TQ1 des Abgases am Verdampferwärmeübertrager 7 in einem bestimmten Bereich liegen. Des Weiteren muss die Temperatur TQ1 unterhalb einer bestimmten Temperatur des Abgases liegen. Dies ist notwendig, um eine ungewollte Überhitzung des Arbeitsmediums zu vermeiden. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, wurde genügend Verdampfungsenergie im Verdampferwärmeübertrager 7 an das Arbeitsmedium übertragen und der Clausius-Rankine-Prozess kann gestartet werden. Die oben genannten Kriterien werden von dem Steuergerät 23 erfasst. Das Steuergerät 23 veranlasst den Wechselrichter 25, elektrische Energie aus dem Akkumulator 12 an die Motor- ZGeneratoreinheit 19 abzugeben, so dass diese mit einer vorbestimmten Drehzahl die Speisepumpe 5 antreibt. Dazu sind die Wellenabschnitte 16 und 16a über die Kupp- lung 17 drehfest miteinander verbunden. Die Speisepumpe 5 spült alle Kreislaufkomponenten der Vorrichtung 1 mit einem vorbestimmten Volumenstrom des Arbeitsmediums. Dabei wird das Arbeitsmedium über den Verdampferwärmeüberträger 7 und den Kondensatorwärmeübertrager 8 erwärmt und folglich erwärmen sich alle Kreislaufkomponenten der Vorrichtung 1 durch den gleichzeitigen Betrieb der Speisepumpe 5 und der Expansionsmaschine 10 auf eine gleichmäßige Temperatur. Dadurch, dass über den Kondensatorwärmeüberträger 8 zunächst zusätzliche Wärme aus dem Kühlmittel der Verbrennungskraftmaschine auf das Arbeitsmedium übertragen wird, kann die Vorrichtung 1 schnell die erforderliche Starttemperatur für den Clausius- Rankine-Prozess erreichen.

Sobald am Verdampferwärmeüberträger 7 eine bestimmte Temperaturdifferenz ATQ aus TQ1 und TQ2 erreicht ist und die Temperaturen derart hoch sind, so dass es zur Verdampfung des Arbeitsmediums kommt, regelt das Steuergerät 23 die Förderleistung der Speisepumpe 5 durch Schalten der Kupplung 17, so dass immer eine ausreichende Menge des Arbeitsmediums zur Verdampfung zu Verfügung steht. Dazu erhält die Kupplung 17 einen Steuerbefehl des Steuergeräts 23 über die Signalleitung 44. Über die Fluidleitung 2 gelangt der Dampf zur Expansionsmaschine 10 und wird dort unter Verrichtung mechanischer Arbeit entspannt. Durch die erhöhte Verdampfungsleistung wird ebenfalls die Expansionsleistung der Expansionsmaschine 10 erhöht und in Folge dessen gibt die Expansionsmaschine 10 eine höhere Leistung an die Welle 16 ab. Der aus der Expansionsmaschine 10 austretende Dampf wird in den Kondensatorwärmeübertrager 8 geleitet und kondensiert dort unter Abgabe von Wärme vollständig. Über die Fluidleitung 3 wird das nun flüssige Arbeitsmedium wieder der Speisepumpe 5 zugeführt. Der Speicher 4 dient zum Ausgleich der Massenverlagerung des Arbeitsmediums von der Kondensatorseite auf die Verdampferseite. Der Speicher 4 kann entweder als nicht vorgespanntes oder vorgespanntes Volumen, zur Vermeidung von Kavitation, ausgeführt werden.

Solange noch nicht genügend Dampf für den Antrieb erzeugt werden kann, wirkt die Motor-/Generatoreinheit 19 als Antriebsmotor für die Speisepumpe 5. Sobald die abgegebene Antriebsleistung der Expansionsmaschine 10 größer ist als die eingespeiste Leistung der Motor-/Generatoreinheit 19, geht diese in den Generatorbetrieb über. Der Clausius-Rankine-Prozess wird dann allein durch die an der Expansionsmaschine 10 abgegebene mechanische Arbeit über die mit der geschlossenen Kupplung 17 verbundenen Wellenabschnitte 16, 16a und die Speisepumpe 5 betrieben. Wird durch die Sensorik in der Messstelle 30 z.B. festgestellt, dass sich die im Verdampferwärmeübertrager 7 erzeugte Dampfmenge reduziert hat (zum Beispiel durch eine Änderung der Leistungsabnahme von der Verbrennungskraftmaschine) und der Druck in der Fluidleitung 2 abfällt, sowie die Expansionsmaschine 10 weniger Leistung an die Welle 16 abgibt, erhält die Kupplung 17 über die Signalleitung 44 von der Steuerung 23 den Befehl, die Kupplung 17 zwischen den Wellenabschnitten 16a und 16 zu trennen, so dass die Speisepumpe 5 kurzfristig nicht fördert. Dadurch wird weniger von dem Arbeitsmedium durch die Speisepumpe 5 in den Verdampferwärmeübertrager 7 transportiert. Das hat zur Folge, dass der Verdampferwärmeübertrager 7 weniger Arbeitsmedium aufnimmt, die Temperatur des Verdampferwärmeübertragers 7 wieder ansteigt und dadurch wieder ausreichend Dampf erzeugt werden kann. Die Expansionsmaschine 10 kann nun wieder mit ausreichend Dampf versorgt werden und die Kupplung 17 erhält nunmehr über die Signalleitung 44 durch die Steuerung 23 den Befehl, die Wellenabschnitte 16 und 16a wieder zu verbinden, so dass die Speisepumpe 5 wieder Arbeitsmedium in den Verdampferwärmeübertrager 7 fördert. Kennzeichnend für diese Ausführungsform der Erfindung ist der intermittierende bzw. getaktete Betrieb der Speisepumpe 5. Die Speisepumpe 5 ist so ausgelegt, dass sie für die höchste Verdampfungsleistung im Verdampferwärmeübertrager 7 noch eine ausreichende Menge des Arbeitsmediums fördern kann. Das führt dazu, dass in den meisten Betriebssituationen die Förderleistung zu groß ist. Deswegen wird die Speisepumpe 5 getaktet betrieben.

Alternativ zur Kupplung 17 kann der Fördervolumenstrom der Speisepumpe 5 durch eine Regelung der Antriebsdrehzahl der Motor-/Generatoreinheit 19 bestimmt werden. Die Drehzahl wird von der Motorelektronik erfasst und zur Steuerung 23 übertragen. Die Steuerung 23 vergleicht über die Daten von der Messstelle 30 die Ist-Temperatur T1 und den Druck P1 in der Leitung 2 mit den in der CPU 24 hinterlegten Sollvorgaben und gibt geeignete Steuersignale an den Wechselrichter 25, um den Motor 19 entsprechend anzusteuern, wenn die Speisepumpe 5 über den Motor 19 angetrieben wird. Ist bereits ausreichend Dampf vorhanden, so dass die Expansionsmaschine 10 die Motor-/Generatoreinheit 19 und die Speisepumpe 5 antreibt, dann wird durch elektrische Lastschaltkreise die Generatorlast erhöht. Auf diese Weise kann ebenfalls dafür gesorgt werden, dass im Verdampferwärmeübertrager 7 immer ausreichend Arbeitsmedium verdampft werden kann und ein sogenanntes "Fluten" des Verdampferwärmeübertrager 7 und damit ein Ausklingen des Clausius-Rankine-Prozesses zu vermeiden.

An der zweiten Messstelle 33 können die Temperatur T2 und der Druck P2 in der Leitung 3 nach der Expansionsmaschine ermittelt werden. Diese Daten geben Auskunft über den Zustand des Arbeitsmediums nach der Expansion und dienen der Prozesssteuerung.

Figur 2 zeigt eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung V sowie des dort gezeigten Verfahrens. Im Gegensatz zu der zuvor in Figur 1 beschriebenen Ausführung der Erfindung, ist bei dieser Variante die Speisepumpe 5' als Pumpe mit verstellbarem Volumenstrom ausgeführt und weist mindestens ein Mittel 27 zum Verstellen der Förderleistung der Speisepumpe 5' auf. Alternativ kann auch bei dieser Variante dem Verdampferwärmeübertrager 7 ein Überhitzer 7a nachgeschaltet sein. Idealerweise bilden der Verdampfer und der Überhitzer eine bauliche Einheit 9. Die Funktionsweise ist die gleiche, wie bereits zu Fig. 1 beschrieben.

Im Ausgangszustand ist die Speisepumpe 5' auf Nullförderung eingestellt. Das bedeutet, dass keine Förderleistung im Fluidkreislauf stattfindet, sondern nur ein interner Volumenstrom innerhalb der Speisepumpe 5' zur Abdeckung der inneren Leckage, der Regelung und der Schmierung existiert. Nach dem Anlaufen wird die Speisepumpe 5' auf eine minimale Förderleistung eingestellt. Das hat den Vorteil, dass zu Beginn bzw. in der Kaltstartphase der Verbrennungskraftmaschine, wenn die Kreislaufkomponenten der Vorrichtung 1 gespült und vorgewärmt werden, die eingespeiste Menge des Arbeitsfluids minimal ist. So wird erreicht, dass ein guter Wärmeübergang erfolgt und eine gleichmäßige Erwärmung aller Kreislaufkomponenten stattfinden kann. Sobald am Verdampferwärmeüberträger 7 beispielsweise eine Temperaturdiffe- renz ATQ aus TQ1 und TQ2 erreicht ist und die Temperaturen derart hoch sind, dass es zur Verdampfung des Arbeitsmediums kommt, regelt das Steuergerät 23 die Förderleistung der Speisepumpe 5' durch das Mittel 27 zum Verstellen des Volumenstroms derart, dass eine ausreichende Menge an Arbeitsmedium in den Verdampferwärmeübertrager 7 eingespeist wird. Mit ausreichend ist hier gemeint, dass einerseits nicht zu wenig Arbeitsmedium gefördert wird, um ein Überhitzen des Verdampferwärmeübertrager 7 zu vermeiden, und andererseits darf auch nicht zuviel Arbeitsmedium in den Verdampferwärmeübertrager 7 gefördert werden, da sonst dessen Temperatur sinkt und die Verdampfungsleistung nur noch ungenügend oder gar nicht mehr vorhanden ist.

Die Speisepumpe 5' und die Expansionsmaschine 10 fördern nun eine geringe Menge des Arbeitsfluids durch die Kreislaufkomponenten der Vorrichtung 1 '. Über den Kondensatorwärmeübertrager 8 kann in der Startphase des Clausius-Rankine-Prozesses Wärme vom Kühlkreislauf der hier nicht gezeigten Verbrennungskraftmaschine auf das Arbeitsmedium übertragen werden. Diese zusätzliche Wärmequelle ist nutzbar, wenn beispielsweise die Kaltstartphase der Verbrennungskraftmaschine durchfahren ist und die Temperatur des Kühlmittels größer ist als die Temperatur des Arbeitsmediums. Somit kann eine schnelle Erwärmung des Arbeitsmediums und der Kreislaufkomponenten erzielt werden. Wenn, wie oben beschrieben, die Startbedingungen für den Clausius-Rankine-Prozess gegeben sind und eine ausreichende Menge des Arbeitsmediums im Verdampferwärmeübertrager 7 verdampft wird, beginnt der eigentliche Kreisprozess. Der durch die Verdampfung des Arbeitsmediums entstehende Druck wird über die Fluidleitung 2 zur Expansionsmaschine 10 geleitet und dort unter Abgabe von mechanischer Arbeit entspannt.

An einer ersten Messstelle 30 werden Temperatur T1 und Druck P1 in der Leitung 2 in Strömungsrichtung 14 des Arbeitsmediums hinter dem Verdampferwärmeüberträger 7 überwacht. Über die in der Messstelle 30 vorgesehene Sensorik kann festgestellt werden, ob die Verdampfungsleistung des Verdampferwärmeübertragers 7 in dem vorgegebenen Betriebsbereich liegt. Sofern die zuvor zugeführte Menge an Arbeitsmedium vollständig verdampft wurde, wird über das Mittel 27 zum Verstellen der Speisepumpe 5' die Förderleistung erhöht, um den Volumenstrom des verdampften Arbeitsmediums zu erhöhen. Damit wird auch die Leistung der Expansionsmaschine 10 gesteigert, die wiederum eine höhere Leistung an die Motor-/Generatoreinheit 19 über die Antriebswelle 16 abgibt.

Wenn die Abtriebsleistung der Expansionsmaschine 10 die Antriebsleistung der Motor-/Generatoreinheit 19 übersteigt, wechselt die Motor-/Generatoreinheit 19 automatisch in den Generatorbetrieb. In diesem Betriebszustand wird die Speisepumpe 5' allein über die Antriebswelle 16 mit der Abtriebsleistung der Expansionsmaschine 10 angetrieben. Die Motor-/Generatoreinheit 19, welche ebenfalls drehfest mit der Welle 16 verbunden ist und somit auch von der Expansionsmaschine 10 angetrieben ist, erzeugt elektrische Energie, die über den Wechselrichter 25 dem Akkumulator 12 zugeführt und in diesem gespeichert wird.

An der ersten Messstelle 30 wird kontinuierlich die Verdampfungsleistung des

Verdampferwärmeübertragers 7 überwacht. Das Mittel 27 zum Verstellen der Speisepumpe 5' regelt die Speisepumpe 5' solange weiter auf, bis an der ersten Messstelle 30 erkennbar ist, dass die maximale Verdampfungsleistung des Verdampferwärmeübertragers 7 erreicht ist. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn bei gleichbleibender Temperatur T1 des Arbeitsmediums der Druck P1 in der Fluidleitung 2 abnimmt. Dann regelt das Mittel 27 zum Verstellen der Speisepumpe 5' die Förderleistung zurück, um den Clausius-Rankine-Prozess aufrecht zu erhalten.

Die Temperatur T2 und der Druck P2 des Arbeitsmediums werden an der zweiten Messstelle 33 in der Leitung 3 nach der Expansionsmaschine ermittelt. Diese Daten geben Auskunft über den Zustand des Arbeitsmediums nach der Expansion und dienen der Steuerung des Clausius-Rankine-Prozesses.

Über das Mittel 27 zum Verstellen der Förderleistung der Speisepumpe 5' kann unabhängig von der Drehzahl der Motor-/Generatoreinheit 19 die Förderleistung eingestellt werden. Dies ist erforderlich, weil sowohl die Motor-/Generatoreinheit 19 als auch die Expansionsmaschine 10 jeweils einen optimalen Betriebspunkt bzw. Betriebsbereich haben. Um nun einen günstigen Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung 1 zu erzielen, ist es erforderlich, dass bestinnnnte Grenzen eines der Verdampferleistung zugeordneten Kennfeldes nicht verlassen werden. Umgekehrt hat eine Drehzahländerung der Motor-/Generatoreinheit 19 zum Beispiel durch Laständerung im Generatorbetrieb keinen Einfluss auf die Fördermenge der Speisepumpe 5', da diese durch das Mittel 27 zum Verstellen der Fördermenge die Förderleistung entsprechend anpassen kann.

Das Mittel 27 zum Verstellen der Förderleistung der Speisepumpe 5' kann in einer ersten Ausführung eine Verstellanordnung sein, welche eine Kompensations- und eine Regelkammer umfasst, wobei in einer der Kammern eine Feder vorgesehen ist, welche die Pumpe in der Anfangsstellung auf maximale Förderleistung einstellt. Die Regelkammer ist in einer einfachen Ausführung über eine Steuerleitung 40 mit der Fluidleitung 2 in Strömungsrichtung 14 gesehen hinter dem Verdampferwärmeübertrager 7 verbunden. Damit regelt der Druck in der Fluidleitung 2 die Stellung der Speisepumpe 5'. In einer verbesserten Ausführung ist eine zusätzliche Signalleitung 42 vorgesehen, welche mit einem Steuerventil 45 verbunden ist. Über die Signalleitung 42 erhält das Steuerventil 45 Steuerbefehle des Steuergeräts 23. Das Steuerventil 45 steuert die Verstellanordnung der Speisepumpe 5'.

Alternativ kann das Mittel 27 zum Verstellen der Förderleistung der Speisepumpe 5' auch ein Versteilantrieb sein, der durch einen elektromotorischen Aktuator, welcher Steuersignale von der Steuerelektronik 24 erhält, gebildet wird. Die Steuerelektronik 24 wertet die an der ersten Messstelle 30 erzielten Messwerte von Temperatur und Druck aus und gibt entsprechende Verstellsignale an das Mittel 27 der Speisepumpe 5' weiter. Der elektromotorische Aktuator kann ein Schrittmotor mit Schneckentrieb sein, wobei die Schneckenwelle mit der Motorwelle des Schrittmotors verbunden ist und ein Schneckenrad antreibt, welches durch seine Drehbewegung die Förderleistung der Speisepumpe 5' verstellt. Der elektromotorische Aktuator kann aber auch ein elektrischer Linearantrieb sein, der über die Steuerelektronik 24 angesteuert wird und die Speisepumpe 5' entsprechend der Steuersignale verstellt. In einer weiteren Ausführungsform wird das Mittel 27 zum Verstellen der Förderleistung der Speisepumpe 5' durch ein Volumenstromregelventil gebildet. Das Volumenstromregelventil wird von der Steuerelektronik 24 angesteuert und entsprechend der notwendigen Anpassung an die Sollwerte in Bezug auf die Verdampfungsleistung des Verdampferwärmeübertragers 7 verstellt. Die Verwendung eines Volumenstromregelventils bietet noch den Vorteil, dass mit einem derartigen Ventil der Kreisprozess ohne zusätzlichen Aufwand angehalten werden kann. Dazu wird das Volumenstromregelventil geschlossen, was zur Folge hat, dass kein weiteres Arbeitsmedium mehr in den Kreislauf gelangt und dass das geschlossene Volumenstromregelventil außerdem die gesamte Strömung im Kreislauf unterbindet und somit wie eine hydraulische Bremse wirkt. Damit kommt der Kreisprozess unmittelbar zum Erliegen.

Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Clausius-Rankine-Prozess auf zwei weitere Weisen gestoppt werden. Wenn die Speisepumpe 5' über eine Regelung verfügt, welche über die Steuerleitung 40 mit dem Druck des Arbeitsmediums in Verbindung steht, dann wirkt die Motor-/Generator- einheit 19 als Bremse. Dazu erhält die Motor-/Generatoreinheit 19 von dem Steuergerät 23 ein entsprechendes Signal, was dazu führt, dass die Generatorlast zum Beispiel durch elektrische Lastschaltkreise erhöht wird. Gleichzeitig wird die Fluidleitung 2 direkt hinter der Pumpe 5' durch ein nicht dargestelltes Ventil geschlossen. Das führt dazu, dass in der Fluidleitung 2 der Verdampfungsdruck abfällt und somit die Förderleistung der Speisepumpe 5' auf Null-Förderung zurück geregelt wird.

Ist die Speisepumpe 5' hingegen mit einem elektromotorischen Aktuator als Mittel 27 zum Verstellen ausgerüstet, so kann von der Steuerelektronik 24 ein entsprechender Befehl an das Mittel 27 ausgegeben werden, und das Mittel 27 regelt die Förderleistung der Speisepumpe 5' derart zurück, dass der Verdampfungsprozess zum erliegen kommt. Das hat zur Folge, dass der Druck in der Fluidleitung 2 absinkt und nicht mehr ausreicht, die Expansionsmaschine 10 anzutreiben. Gleichzeitig kann die Fluidleitung 2 durch ein nicht dargestelltes Ventil direkt hinter der Speisepumpe 5 geschlossen werden. Figur 3 zeigt eine vorteilhafte Weiterentwicklung der in Figur 2 näher beschriebenen Ausführungsform der Erfindung. Im Gegensatz zu der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform weist diese Variante neben der verstellbaren Speisepumpe 5' noch eine verstellbare Expansionsmaschine 10' auf. Eine derartige verstellbare Expansionsmaschine 10' kann beispielsweise durch eine Verstellturbine dargestellt werden. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden nur die unterschiedlichen Merkmale erläutert. Gleiche Elemente haben die gleichen Bezugszeichen.

In der Kaltstartphase wird auch hier zunächst das Arbeitsmedium durch die

Speisepumpe 5' und die Expansionsmaschine 10' umgewälzt. Der Antrieb erfolgt durch die Motor-/Generatoreinheit 19. Auch hier ist die schnellere Erreichung der Prozesstemperatur das Ziel. Sobald die oben beschriebenen Startbedingungen für den Clausius-Rankine-Prozess gegeben sind und eine ausreichende Menge des Arbeitsmediums im Verdampferwärmeübertrager 7 verdampft wird, beginnt der eigentliche Kreisprozess. Der durch die Verdampfung des Arbeitsmediums entstehende Druck, wird über die Fluidleitung 2 zur Expansionsmaschine 10' geleitet und dort unter Abgabe von mechanischer Arbeit entspannt.

Die Expansionsmaschine 10' weist ein Mittel 50 zum Verstellen des Schluckvolumens auf. Da die Leistung der Expansionsmaschine 10' unter anderem proportional zum Schluckvolumen und der Drehzahl ist, ergibt sich die Möglichkeit, durch eine entsprechende Verstellung des Schluckvolumens den Clausius-Rankine-Prozess langsam hochzufahren. Das bedeutet, dass die Expansionsmaschine 10' zu Anfang ein kleines Schluckvolumen aufweist und bei beginnender Verdampfung und Zunahme des Volumens des verdampften Arbeitsmediums ein größeres Schluckvolumen aufweist, um die im Dampf enthaltene Energie optimal in mechanische Energie umzuwandeln. Das hat den Vorteil, dass in der Startphase aufgrund des kleinen Schluckvolumens keine Kavitation auftritt. Die Verdampfungsleistung am Verdampferwärmeübertrager wird an der ersten Messstelle 30 überwacht. Ergibt sich aus den überwachten Parametern, dass die Dampfmenge noch erhöht werden kann, so erhält die Verstellpumpe 5' ein entsprechendes Steuersignal vom Steuergerät 23 und das Fördervolumen wird erhöht. Die größere Menge an verdampften Arbeitsmediums strömt nun durch die Leitung 2 zur Expansionsmaschine 10' und gibt dort Arbeit ab. Die Drehzahl der Pumpen- /Motor-/Generator-/Expansioneinheit 21 wird über die Verstellung des Schluckvolu- mens der Expansionsmaschine 10' eingestellt.

Wenn, wie zuvor auch, die Abtriebsleistung der Expansionsmaschine 10' die

Antriebsleistung der Motor-/Generatoreinheit 19 übersteigt, wechselt die Motor- /Generatoreinheit 19 automatisch in den Generatorbetrieb. In diesem Betriebszustand wird die Speisepumpe 5' allein über die starre Antriebswelle 16 mit der Abtriebsleistung der Expansionsmaschine 10 angetrieben. Die Motor-/Generatoreinheit 19, welche ebenfalls drehfest mit der Welle 16 verbunden ist und somit auch von der Expansionsmaschine 10' angetrieben ist, erzeugt elektrische Energie, die über den Wechselrichter 25 im Akkumulator 12 gespeichert wird. Mit der verstellbaren Expansionsmaschine 10' ist es möglich, die Drehzahl der Motor-/Generatoreinheit 19 zu beeinflussen und somit die Drehzahl in den für den Generatorbetrieb optimalen Betriebsbereich zu verschieben. Das Mittel 50 zum Verstellen des Schluckvolumens der Expansionsmaschine 10' wird über das Steuergerät 23 angesteuert. Dabei wird das Schluckvolumen so verringert, dass der Druck in der Fluidleitung 2 aufrechterhalten bleibt. Die Drehzahländerungen, die sich durch die Verstellung an der Expansionsmaschine 10' ergeben, haben durch die starre Verbindung eine Drehzahländerung der Speisepumpe 5' zur Folge. Die daraus resultierende Änderung des Fördervolumens der Speisepumpe 5' wird durch Verstellung des Fördervolumens kompensiert.

Bezuqszeichenliste

1 Vorrichtung

r Vorrichtung mit Volumenstromregelung

1 " Vorrichtung mit Volumenstromregelung und verstellbarer Expansionsmaschine

2 Fluidleitung Dampfseite

3 Fluidleitung Kondensatorseite

4 Speicher 42 Signalleitung

5 Speisepumpe 43 Signalleitung

5' verstellbare Speisepumpe 44 Signalleitung

7 Verdampferwärmeübertrager 45 Steuerventil

7a Überhitzer 50 Versteileinrichtung der

8 Kondensatorwärmeübertrager Expansionsmaschine

9 Verdampfer-Überhitzer-Einheit

10 Expansionsmaschine

10' verstellbare Expansionsmaschine

12 Akkumulator

14 Strömungsrichtung des Arbeitsmediums

16a Erster Wellenabschnitt

16 Zweiter Wellenabschnitt

17 Kupplung

19 Motor-/Generatoreinheit

21 Pumpen-/Motor-/Generatoreinheit

23 Steuergerät

24 CPU

25 Wechselrichter

27 Verstell mittel der Speisepumpe

30 1 . Messstelle Verdampferseite

33 2. Messstelle Expansionsseite

40 Steuerleitung

41 Sensorleitung

Claims

Patentansprüche

1 . Vorrichtung (1 , 1 ', 1 ") zur Nutzung von Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine mittels Clausius-Rankine-Prozess, umfassend mindestens einen Fluidkreislauf mit wenigstens einer von einem Arbeitsmedium durchströmten Fluidleitung (2, 3), eine Speisepumpe (5, 5') zum Fördern des Arbeitsmediums, wenigstens einen Verdampferwärmeübertrager (7) zum Verdampfen des Arbeitsmediums, eine Expansionsmaschine (10, 10'), einen Kondensatorwärmeübertrager (8) zum Verflüssigen des dampfförmigen Arbeitsmediums, eine Motor-/Generatoreinheit (19), dadurch gekennzeichnet, dass die Speisepumpe (5, 5'), die Expansionsmaschine (10, 10') und die Motor-/Generatoreinheit (19) koaxial auf einer Welle (16) angeordnet und drehfest mit einander verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet das die Speisepumpe (5, 5'), die Expansionsmaschine (10, 10') und die Motor-/Generatoreinheit (19) eine Baueinheit (21 ) bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die

Welle (16) in einen ersten Wellenabschnitt (16) und einen zweiten Wellenabschnitt (16 a) aufgeteilt ist, welche durch eine schaltbare Kupplung (17) trennbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das

Arbeitsmedium Ethanol enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das

Arbeitsmedium eine Ethanolölmischung enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das

Arbeitsmedium Methanol enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium eine Methanolölmischung enthält.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Speisepumpe (5, 5') eine Flügelzellenpumpe ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Speisepumpe (5, 5') eine Radialkolbenpumpe ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelzellenpumpe oder die

Radialkolbenpumpe eine Verstellpumpe ist und ein Mittel (27) zum Verstellen der Förderleistung aufweist.

1 1 . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (27) zum Verstellen der

Förderleistung der Speisepumpe (5') ein Volumenstromregelventil ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (27) zum Verstellen der

Speisepumpe (5') ein elektromotorischer Aktuator ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der

elektromotorische Aktuator ein Schrittmotor in Kombination mit einem

Schneckentrieb oder ein Linearantrieb ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (10') variabel ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdampferwärmeübertrager (7) ein Überhitzer nachgeschaltet ist.

16. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1 , 1 ', 1 ") mit einem

Clausius-Rankine-Prozess zur Nutzung der Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine umfassend die Schritte:

- Spülen und Vorwärmen der Kreislaufkomponenten durch gleichzeitigen

Betrieb von Speisepumpe (5, 5') und Expansionsmaschine (10, 10').

- Verdampfen des Arbeitsmediums durch Zufuhr externer Wärme. - Fördern eines Arbeitsmediums durch die Fluidleitung (2, 3).

- Expandieren des dampfförmigen Arbeitsmediums in einer Expansionsmaschine (10, 10').

- Antreiben der Motor-/Generatoreinheit (19) durch die Expansionsmaschine (10, 10'), dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-/Generatoreinheit (19) zum Anfahren des Clausius-Rankine- Prozesses mit gespeicherter Energie aus dem Akkumulator (12) zunächst als Motor wirkt und die Speisepumpe (5, 5') antreibt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermenge der Speisepumpe (5, 5') derart geregelt wird, dass bei variabler Drehzahl der Welle (16, 16a) das Fördervolumen der Speisepumpe (5,5') der

Verdampfungsleistung des Verdampferwärmeübertragers (7) angepasst wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das

Schluckvolumen der Expansionsmaschine (10') derart eingestellt wird, dass die Drehzahl der Welle (16, 16a) in einem für die Motor-/Generatoreinheit optimalen Drehzahlbereich liegt.

19. Fahrzeug mit einer Vorrichtung (1 , 1 ', 1 ") zur Nutzung von Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche.