WO2018046371A1 - Heat recovery device - Google Patents
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- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
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Definitions
- the present invention relates to a heat recovery device.
- the invention also relates to a motor vehicle with an internal combustion engine and such a heat recovery device.
- Heat recovery facilities such as. Waste heat utilization facilities, are increasingly used in motor vehicles with internal combustion engines, for example, to use the ejected from the engine and hot exhaust gases additionally thermally. This is done
- Expander for example.
- An axial piston machine or a turbine which is driven by a working medium, for example. Steam and directly or indirectly
- the steam required for operating the expander is usually generated by the hot exhaust gases originating from the internal combustion engine.
- the present invention therefore addresses the problem of providing an improved or at least one alternative embodiment for a heat recovery device.
- the heat recovery device according to the invention in this case has a housing in which at least the following components are arranged: An exhaust duct with an input and an output and an evaporator, a heat recovery circuit in which a working fluid flows and the evaporator, an expander, for example. An axial piston or a turbine , an air-cooled or coolant-cooled condenser and a conveyor for conveying the working medium are arranged, a generator connected to the expander for generating electrical energy and a
- Control device and a reservoir for the working medium.
- Housing itself is additionally arranged an electrical interface for transferring the electrical energy generated by the generator or stored in the housing energy storage stored.
- the input and the output of the exhaust passage are arranged, for example, even with a corresponding coupling.
- Heat recovery device it is thus possible for the first time to offer a compact and thus small and above all inexpensive heat recovery device in which all components are combined and arranged in the housing.
- the housing By example.
- Heat recovery device completely self-sufficient, that is in particular independent of a cooling circuit of a Operating motor vehicle, which is a great advantage in particular because the heat recovery device according to the invention can also be operated when a cooling system of the motor vehicle already at its power limit, eg. When driving uphill works.
- the heat recovery device remains self-sufficient.
- the control device is extremely simple and has no or only a minimal
- the control device should primarily control the exhaust gas flow in the exhaust duct, for example via a
- thermoelectric device in particular an exhaust valve
- indirectly about the performance of the heat recovery device is also that this can be installed as a retrofit kit and comparatively simple finished motor vehicles, especially since a mechanical load coupling does not take place.
- an electrical energy store connected to the generator is arranged in the housing.
- Such an electrical energy storage can, for example.
- Capacitor or be designed as an accumulator. As a result, it is, for example.
- heat recovery device is exclusively an electrical energy transfer to electrical consumers, such as. Electric motors, these electric motors can be used even when driving downhill as a generator and thereby additionally reduce the conventionally available to be put energy demand of the motor vehicle and the electrical energy is available immediately , By means of the possibility to store the electrical energy, the power of one with the inventive
- Heat recovery device connected electric motor can be chosen significantly larger than, for example, the power of the generator, so that this example. Maximum 10kW, in particular a maximum of 7kW, has power, while the associated electric motor, for example. 20kW can have power.
- the exhaust passage to a bypassing the evaporator exhaust bypass channel wherein in addition a valve means, for example.
- An exhaust valve is provided, which is controllable by means of the control device and thereby one through the
- Exhaust gas bypass duct and / or the evaporator flowing exhaust gas flow controls thus serves in this case to control the performance of the heat recovery device by simply taking effect on the evaporator performance via the exhaust valve.
- the control device thus serves in this case to control the performance of the heat recovery device by simply taking effect on the evaporator performance via the exhaust valve.
- valve device is controllable, so that additionally or alternatively, the control device is designed to control the performance of the expander.
- the present invention is further based on the general idea to use the previously described heat recovery device in a motor vehicle with an internal combustion engine and an exhaust line, whose exhaust passage is communicatively connected to the exhaust line of the internal combustion engine.
- At least one electrical load for example an electric motor, a fan of an air conditioning system or an electrical air conditioning compressor, is provided which is coupled directly to the heat recovery device via the electrical interface.
- an electric air conditioning compressor or a fan of the air conditioner permanently by the elektnsche energy of the heat recovery device is operated and thus does not need to be considered in the energy budget of the internal combustion engine. This can be a constant even in the long term
- the motor vehicle is designed as a commercial vehicle with a trailer or a semi-trailer and the electrical load as a wheel hub motor in the trailer or the semi-trailer.
- the heat recovery device according to the invention would thus be arranged in a towing vehicle, while at least one energy store coupled thereto is arranged in the semi-trailer or trailer. By loading the energy storage while driving, an automatic maneuvering is possible at least in certain areas when parking the trailer or the trailer without towing vehicle.
- the at least one wheel hub motor of the trailer or of the trailer in particular during downhill driving, can be used as a generator in order to generate electrical energy and thus to charge the energy accumulator arranged in the trailer or in the semitrailer.
- Heat recovery device an electric wave or a
- Frequency converter electric transmission
- An electric wave can be achieved, for example, by a different number of poles of the generator and the associated electric machine. This is the cheapest and simplest variant.
- Fig. 2 shows an inventive motor vehicle with such
- Heat recovery device 1 a housing 2, in which at least the following components are arranged: An exhaust passage 3 with an input 4 and an output 5 and a disposed between the input 4 and the output 5 evaporator 6.
- a heat recovery circuit is provided in the housing 2 7, in which a working medium flows and the evaporator 6, an expander 8, an air-cooled or coolant-cooled Condenser 9 and a conveyor 10 for conveying the working medium are arranged.
- the expander 8 can be designed, for example, as an axial piston machine or as a turbine.
- Also arranged in the housing 2 are still a working medium reservoir 1 1 and connected to the expander 8 generator 12 for generating electrical energy and a control device 13 is arranged on the housing 2 also has an electrical interface 14 for the transfer of electrical energy.
- Heat recovery device 1 has all the necessary
- Heat recovery device 1 regardless of, for example, a
- condenser 9 or working medium reservoir 1 1 can also be provided a partition 25 to "warm” components, e.g. the evaporator 6 and the exhaust duct 3 of "cool” components, e.g. the capacitor 9 and the generator 12 to thermally separate.
- the cool components can also be cooled via an air duct with inlet and outlet at the condenser 9.
- a collecting trough and / or at least one absorption device, in particular on the walls, can be provided in the housing 2 in order to collect escaping medium.
- a filter device 26 may be arranged to filter gases.
- the conveyor 10 may be driven by an expander shaft 27, whereby the maximum load of the expander 8 directly depends on the speed of the expander 8 itself and thus reduced to the characteristic Material loading is achieved. As a result, the expander 8 can be designed for lower loads.
- an electric fan 28 may be provided for cooling the condenser 9, which offers the advantage that in a detection of
- Media outlet of the fan 28 at high speed can prevent an explosive mixture.
- Condenser 9 is provided, it can variably according to a
- Cooling requirement are controlled in terms of its speed, and / or run at maximum speed on detection of media leakage, that is operated at maximum speed.
- Heat recovery device 1 for example, in a motor vehicle 15 (see Fig. 2), wherein in a particular variant of the invention
- Heat recovery device 1 in the housing 2 additionally connected to the generator 12, electrical energy storage 16 may be arranged.
- the energy storage 16 can also be arranged separately from the heat recovery device 1, as shown in Fig. 2.
- the electrical energy store 16 can be designed as a rechargeable accumulator or as an electrical capacitor.
- the exhaust gas channel 3 has an exhaust gas bypass channel 17 surrounding the evaporator 6.
- a valve device 18 At the entrance of the exhaust gas bypass channel 17, a valve device 18, for example.
- An exhaust valve may be provided, which is controllable with this control device 13 and the one flowing through the exhaust gas bypass passage 17 Exhaust gas flow controls. It is conceivable that, depending on the desired electrical power of the heat recovery device 1 more or less hot exhaust gas flows through the evaporator 6 and thereby to the operation of the
- Expanders vaporized 8 required working medium.
- the control of the power of the heat recovery device 1 is thus comparatively easy via a position of the exhaust valve or the valve device 18 conceivable. Additionally or alternatively, also the expander 8 bypassing
- Valve means 18 the amount of vaporized working fluid provided by the evaporator 6 can bypass the expander 8 without doing any mechanical work.
- the expander 8 which is designed, for example, as an axial piston machine or as a turbine, preferably has a maximum power of 10 kW, in particular of not more than 7 kW.
- the motor vehicle 15 has an internal combustion engine 20 (cf., FIG. 2) with an exhaust gas line 21, in which the heat recovery device 1 described above with reference to FIG.
- the exhaust duct 3 of the heat recovery device 1 is communicating with the
- the motor vehicle 15 may also have at least one electrical
- the Heat recovery device 1 can also be an electrical or a frequency converter 24, arranged in the manner of an electrical transmission.
- the heat recovery device 1 according to the invention can be a compact and thus small and above all inexpensive system for waste heat use create, all the necessary components are arranged in a common housing 2, so that the heat recovery device 1 according to the invention comparatively free and flexible on
- Motor vehicle 15 can be attached and no mechanical
- the heat recovery device 1 opens up the possibility to expand hybrid functions and in particular to achieve consumption advantages in the real driving operation of a commercial vehicle.
- the heat recovery device 1 can be comparatively easy with a valve device 18, 18 'activated or
- Motor vehicle 15 can be used.
- use can be achieved, for example, via a direct electrical coupling of the heat recovery device 1 with an electric motor 23, with an over or under reduction ratio being determined by a different one
- Poliere of the generator 12 and the electric motor 23 can be achieved. This represents the simplest and at the same time the most cost-effective variant.
- Relative to the generator speed can be freely selected. This is more complex but at the same time more effective than the previously described variant.
- About a in the housing 2 or externally on the motor vehicle 15 arranged battery (Energy storage 16) can also cached electrical power and discharged according to a need again.
- auxiliary equipment such as, for example, fans or hydraulic pumps, can be achieved.
- Heat recovery device 1 is usually used after a so-called range extender.
- a permanent drive of electrical loads 22 in the motor vehicle 15 is by means of
- Heat recovery device 1 and the energy storage 16 conceivable, thereby reducing a load on the engine 20 and resulting in consumption benefits.
- the motor vehicle 15 has a trailer or a semi-trailer and the electric motor 23 as
- Hub motor is formed in the trailer or the semi-trailer.
- the electrical energy storage is also located in the trailer or in the semi-trailer and thus allows independent to towing vehicle maneuvering. While driving the designed as a commercial vehicle motor vehicle 15 with the trailer or semi-trailer, the wheel hub motor can be used at the same time as a generator for charging the energy storage 16.
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Abstract
The invention relates to a heat recovery device (1) having a housing (2) in which are arranged at least the following components: – an exhaust gas duct (3) having an inlet (4) and an outlet (5) and an evaporator (6) arranged therebetween, – a heat recovery circuit (7) in which a working medium flows and in which are arranged the evaporator (6), an expander (8), and air-cooled or coolant-cooled condenser (9) and a conveying device (10) for conveying the working medium, – a generator (12), connected to the expander (8), for generating electrical power, – a working medium reservoir (11), – a control device (13), and wherein there is arranged on the housing (2) an electrical interface (14) for transferring electrical power.
Description
Wärmerückgewinnungseinrichtung heat recovery device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmerückgewinnungseinrichtung. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer solchen Wärmerückgewinnungseinrichtung. The present invention relates to a heat recovery device. The invention also relates to a motor vehicle with an internal combustion engine and such a heat recovery device.
Wärmerückgewinnungseinrichtungen, wie bspw. Abwärmenutzungseinrichtungen, werden in zunehmendem Maße auch in Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinen eingesetzt, um bspw. die von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen und heißen Abgase zusätzlich noch thermisch nutzen zu können. Bewirkt wird dies Heat recovery facilities, such as. Waste heat utilization facilities, are increasingly used in motor vehicles with internal combustion engines, for example, to use the ejected from the engine and hot exhaust gases additionally thermally. This is done
üblicherweise über einen in einen Abwärmenutzungskreis eingebundenen usually via an integrated in a waste heat recovery circuit
Expander, bspw. eine Axialkolbenmaschine oder eine Turbine, der/die von einem Arbeitsmedium, bspw. Dampf angetrieben wird und direkt oder indirekt Expander, for example. An axial piston machine or a turbine, which is driven by a working medium, for example. Steam and directly or indirectly
mechanisch mit der Brennkraftmaschine antriebsverbunden ist. Der zum Betrieb des Expanders erforderliche Dampf wird dabei üblicherweise von den heißen von der Brennkraftmaschine stammenden Abgasen erzeugt. is mechanically connected to the internal combustion engine. The steam required for operating the expander is usually generated by the hot exhaust gases originating from the internal combustion engine.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass eine direkte mechanische Einbindung der Wärmerückgewinnungseinrichtung vergleichsweise aufwendig und damit teuer und in keinem Fall ohne weiteres nachrüstbar ist. The disadvantage here, however, is that a direct mechanical involvement of the heat recovery device is relatively expensive and therefore expensive and in no case readily retrofittable.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Wärmerückgewinnungseinrichtung eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben. The present invention therefore addresses the problem of providing an improved or at least one alternative embodiment for a heat recovery device.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, auf eine mechanische Leistungseinkopplung bei einer Wärmerückgewinnungseinrichtung zu verzichten und anstatt dieser lediglich eine elektrische Leistungseinkopplung zu wählen und zudem sämtliche Komponenten der This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims. The present invention is based on the general idea to dispense with a mechanical power input in a heat recovery device and instead of this only to choose an electrical power input and also all the components of the
Wärmerückgewinnungseinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse und damit kompakt und zugleich preiswert anzuordnen. Darüber hinaus soll eine möglichst einfache Regelung bzw. Steuerung gewählt werden, um die Kosten der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungseinrichtung zusätzlich senken zu können. Die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung besitzt dabei ein Gehäuse, in welchem zumindest folgende Komponenten angeordnet sind: Ein Abgaskanal mit einem Eingang und einem Ausgang sowie einem Verdampfer, ein Wärmerückgewinnungskreis, in welchem ein Arbeitsmedium strömt und der Verdampfer, ein Expander, bspw. eine Axialkolbenmaschine oder eine Turbine, ein luftgekühlter oder kühlmittelgekühlter Kondensator und eine Fördereinrichtung zum Fördern des Arbeitsmediums angeordnet sind, ein mit dem Expander verbundener Generator zur Erzeugung elektrischer Energie sowie eine Heat recovery device in a common housing and thus compact and inexpensive to order. In addition, the simplest possible control or control should be selected in order to be able to additionally reduce the costs of the heat recovery device according to the invention. The heat recovery device according to the invention in this case has a housing in which at least the following components are arranged: An exhaust duct with an input and an output and an evaporator, a heat recovery circuit in which a working fluid flows and the evaporator, an expander, for example. An axial piston or a turbine , an air-cooled or coolant-cooled condenser and a conveyor for conveying the working medium are arranged, a generator connected to the expander for generating electrical energy and a
Steuerungseinrichtung und ein Reservoir für das Arbeitsmedium. An dem Control device and a reservoir for the working medium. To the
Gehäuse selbst ist zusätzlich noch eine elektrische Schnittstelle zur Übergabe der von dem Generator erzeugten oder einem in dem Gehäuse angeordneten Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie angeordnet. Am Gehäuse sind selbstverständlich auch der Eingang sowie der Ausgang des Abgaskanals angeordnet, bspw. sogar mit einer entsprechenden Kupplung. Mit der Housing itself is additionally arranged an electrical interface for transferring the electrical energy generated by the generator or stored in the housing energy storage stored. On the housing of course, the input and the output of the exhaust passage are arranged, for example, even with a corresponding coupling. With the
erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungseinrichtung ist es somit erstmals möglich, eine kompakt bauende und damit kleine und vor allen Dingen preiswerte Wärmerückgewinnungseinrichtung anzubieten, bei der alle Komponenten in dem Gehäuse zusammengefasst und angeordnet sind. Durch bspw. den Heat recovery device according to the invention, it is thus possible for the first time to offer a compact and thus small and above all inexpensive heat recovery device in which all components are combined and arranged in the housing. By example. The
erfindungsgemäß luftgekühlten Kondensator ist es zudem möglich, die According to the invention air-cooled condenser, it is also possible to
erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung vollkommen autark, das heißt insbesondere auch unabhängig von einem Kühlkreislauf eines
Kraftfahrzeugs zu betreiben, was insbesondere auch deshalb einen großen Vorteil darstellt, da die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung auch dann betrieben werden kann, wenn ein Kühlsystem des Kraftfahrzeugs bereits an seiner Leistungsgrenze, bspw. bei einer Bergauffahrt, arbeitet. Heat recovery device according to the invention completely self-sufficient, that is in particular independent of a cooling circuit of a Operating motor vehicle, which is a great advantage in particular because the heat recovery device according to the invention can also be operated when a cooling system of the motor vehicle already at its power limit, eg. When driving uphill works.
Alternativ kann ein von dem Kühlsystem des Kraftfahrzeugs unabhängiger Kühlkreis mit eigenem Kühler an eine im Kraftfahrzeug geeignete Stelle integriert und ein kühlmittelgekühlter Kondensator eingesetzt werden. Somit bleibt die Wärmerückgewinnungseinrichtung autark. Die Steuerungseinrichtung ist dabei äußerst einfach aufgebaut und hat keinen oder einen nur minimalen Alternatively, an independent of the cooling system of the motor vehicle cooling circuit with its own radiator integrated into a suitable place in the vehicle and a coolant-cooled condenser can be used. Thus, the heat recovery device remains self-sufficient. The control device is extremely simple and has no or only a minimal
Informationsaustausch mit bspw. einem Motorsteuergerät einer Information exchange with, for example, an engine control unit a
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Steuerungseinrichtung soll dabei vorrangig den Abgasstrom im Abgaskanal steuern, bspw. über eine Internal combustion engine of a motor vehicle. The control device should primarily control the exhaust gas flow in the exhaust duct, for example via a
entsprechende Ventileinrichtung, insbesondere eine Abgasklappe, und indirekt darüber die Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung. Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungseinrichtung ist zudem, dass diese als Nachrüstsatz und vergleichsweise einfach fertige Kraftfahrzeuge eingebaut werden kann, da insbesondere eine mechanische Lasteinkopplung nicht erfolgt. corresponding valve device, in particular an exhaust valve, and indirectly about the performance of the heat recovery device. Of particular advantage in the heat recovery device according to the invention is also that this can be installed as a retrofit kit and comparatively simple finished motor vehicles, especially since a mechanical load coupling does not take place.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist in dem Gehäuse ein mit dem Generator verbundener elektrischer Energiespeicher angeordnet. Ein derartiger elektrischer Energiespeicher kann bspw. als In an advantageous development of the solution according to the invention, an electrical energy store connected to the generator is arranged in the housing. Such an electrical energy storage can, for example. As
Kondensator oder als Akkumulator ausgebildet sein. Hierdurch ist es bspw. Capacitor or be designed as an accumulator. As a result, it is, for example.
möglich, die von dem Generator erzeugte elektrische Energie zwischen zu speichern und entsprechend einem Bedarf wieder abzugeben. Beispielsweise ist dabei denkbar, dass bei einer Bergauffahrt Leistung aus dem Energiespeicher abgegeben und bei einer Bergabfahrt Leistung in diesen eingespeichert wird. Bei einer rein mechanisch gekoppelten Wärmerückgewinnungseinrichtung kann oftmals die von dieser erzeugte Leistung bei einem hügeligen Streckenverlauf
nicht optimal genutzt werden, da in Folge von thermischen Trägheiten erst die maximale Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung bereitsteht, wenn das Fahrzeug bereits wieder bergab fährt. Hierdurch geht immer zumindest ein gewisser Teil der Leistung verloren. Bei der erfindungsgemäßen it is possible to store the electrical energy generated by the generator and to return it according to a demand. For example, it is conceivable that given an uphill drive power from the energy storage and stored in a downhill performance in this. In a purely mechanically coupled heat recovery device often the power generated by this heat in a hilly route can not be used optimally, since due to thermal inertias only the maximum power of the heat recovery device is ready when the vehicle is already downhill again. As a result, at least a certain part of the power is always lost. In the inventive
Wärmerückgewinnungseinrichtung erfolgt jedoch ausschließlich eine elektrische Energieübertragung an elektrische Verbraucher, wie bspw. Elektromotoren, wobei diese Elektromotoren sogar bei einer Bergabfahrt als Generator genutzt werden können und dadurch zusätzlich den konventionell zur Verfügung zu stellenden Energiebedarf des Kraftfahrzeugs senken und wobei die elektrische Energie sofort zur Verfügung steht. Mittels der Möglichkeit, die elektrische Energie zu speichern, kann auch die Leistung eines mit der erfindungsgemäßen However, heat recovery device is exclusively an electrical energy transfer to electrical consumers, such as. Electric motors, these electric motors can be used even when driving downhill as a generator and thereby additionally reduce the conventionally available to be put energy demand of the motor vehicle and the electrical energy is available immediately , By means of the possibility to store the electrical energy, the power of one with the inventive
Wärmerückgewinnungseinrichtung verbundenen elektrischen Motors deutlich größer gewählt werden, als bspw. die Leistung des Generators, so dass dieser bspw. maximal 10kW, insbesondere maximal 7kW, Leistung aufweist, während der damit verbundene Elektromotor bspw. 20kW Leistung aufweisen kann. Heat recovery device connected electric motor can be chosen significantly larger than, for example, the power of the generator, so that this example. Maximum 10kW, in particular a maximum of 7kW, has power, while the associated electric motor, for example. 20kW can have power.
Ein weiterer Verbrauchsvorteil kann erzielt werden, indem die Another consumption advantage can be achieved by the
Dynamikanforderung einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs reduziert wird. Hierunter ist zu verstehen, dass selbst bei Fahrten mit konstanter Dynamic demand of an internal combustion engine of the motor vehicle is reduced. By this is to be understood that even with journeys with constant
Geschwindigkeit auf ebener Strecke die Last der Brennkraftmaschine permanent variiert, so dass sich diese nicht in einem konstanten Arbeitspunkt befindet, sondern ständig hinsichtlich ihrer Last ändert. Dies führt bspw. dazu, dass z. Bsp. ein Abgasturbolader ständig seine Drehzahl ändert und auch die Einspritzmenge an Kraftstoff ständig variiert wird. Diese Dynamik wiederum führt zu Speed on a flat track, the load of the internal combustion engine permanently varies, so that it is not in a constant operating point, but constantly changes in terms of their load. This leads, for example, to the fact that z. For example, an exhaust gas turbocharger constantly changes its speed and the injection quantity of fuel is constantly varied. This dynamic in turn leads to
Verbrauchsnachteilen gegenüber einem stationären Betrieb. Wenn diese Consumption disadvantages compared to a stationary operation. If those
Dynamik der Brennkraftmaschine durch eine entsprechende, bedarfsgerechte Leistungsabgabe der Wärmerückgewinnungseinrichtung über den Elektromotor reduziert werden kann, kann hieraus auch direkt eine Verbrauchsabsenkung erreicht werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Abgaskanal einen den Verdampfer umgehenden Abgasbypasskanal auf, wobei zudem eine Ventileinrichtung, bspw. eine Abgasklappe, vorgesehen ist, die mittels der Steuereinrichtung steuerbar ist und dadurch einen durch den Dynamics of the internal combustion engine can be reduced by a corresponding, needs-based power output of the heat recovery device via the electric motor, it can also be achieved directly from a consumption reduction. In an advantageous embodiment of the solution according to the invention, the exhaust passage to a bypassing the evaporator exhaust bypass channel, wherein in addition a valve means, for example. An exhaust valve, is provided, which is controllable by means of the control device and thereby one through the
Abgasbypasskanal und/oder den Verdampfer strömenden Abgasstrom steuert. Die Steuerungseinrichtung dient somit in diesem Fall zur Steuerung der Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung, indem sie einfach über die Abgasklappe Einfluss auf die Verdampferleistung nimmt. In gleicher oder ähnlicher Weise kann selbstverständlich auch ein den Expander umgehender Exhaust gas bypass duct and / or the evaporator flowing exhaust gas flow controls. The control device thus serves in this case to control the performance of the heat recovery device by simply taking effect on the evaporator performance via the exhaust valve. In the same or similar manner, of course, a more immediate the expander
Arbeitsmediumbypasskanal vorgesehen sein, der ebenfalls mit einer Arbeitsmediumbypasskanal be provided, which also with a
entsprechenden Ventileinrichtung steuerbar ist, so dass zusätzlich oder alternativ die Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Leistung des Expanders ausgebildet ist. corresponding valve device is controllable, so that additionally or alternatively, the control device is designed to control the performance of the expander.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Abgasstrang die zuvor beschriebene Wärmerückgewinnungseinrichtung einzusetzen, deren Abgaskanal kommunizierend mit dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine verbunden ist. Hierdurch lassen sich wesentliche Verbrauchsvorteile beim Betrieb des Kraftfahrzeugs erreichen und insbesondere auch eine vergleichsweise technisch einfache und damit kostengünstige Einbausituation schaffen. The present invention is further based on the general idea to use the previously described heat recovery device in a motor vehicle with an internal combustion engine and an exhaust line, whose exhaust passage is communicatively connected to the exhaust line of the internal combustion engine. As a result, substantial consumption advantages in the operation of the motor vehicle can be achieved and in particular also create a comparatively technically simple and therefore cost-effective installation situation.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist zumindest ein elektrischer Verbraucher, bspw. ein Elektromotor, ein Lüfter einer Klimaanlage oder ein elektrischer Klimakompressor, vorgesehen, der über die elektrische Schnittstelle direkt mit der Wärmerückgewinnungseinrichtung gekoppelt ist. Beispielsweise ist es hierbei denkbar, dass insbesondere auch ein elektrischer Klimakompressor oder ein Lüfter der Klimaanlage permanent durch
die elektnsche Energie der Wärmerückgewinnungseinrichtung betrieben wird und dadurch im Energiehaushalt der Brennkraftmaschine nicht mehr berücksichtigt werden muss. Hierdurch lässt sich auch langfristig eine konstante In an advantageous development of the motor vehicle according to the invention, at least one electrical load, for example an electric motor, a fan of an air conditioning system or an electrical air conditioning compressor, is provided which is coupled directly to the heat recovery device via the electrical interface. For example, it is conceivable that in particular an electric air conditioning compressor or a fan of the air conditioner permanently by the elektnsche energy of the heat recovery device is operated and thus does not need to be considered in the energy budget of the internal combustion engine. This can be a constant even in the long term
Verbrauchssenkung erreichen. Achieve reduced consumption.
Zweckmäßig ist das Kraftfahrzeug als Nutzfahrzeug mit einem Hänger oder einem Auflieger ausgebildet und der elektrische Verbraucher als Radnabenmotor in dem Hänger oder dem Auflieger. In diesem Fall wäre somit die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung in einem Zugfahrzeug angeordnet, während zumindest ein damit gekoppelter Energiespeicher im Auflieger bzw. Hänger angeordnet ist. Durch das Laden des Energiespeichers während der Fahrt, ist bei einem Abstellen des Aufliegers bzw. des Hängers ohne Zugfahrzeug ein selbsttätiges Rangieren zumindest in bestimmten Bereichen möglich. Suitably, the motor vehicle is designed as a commercial vehicle with a trailer or a semi-trailer and the electrical load as a wheel hub motor in the trailer or the semi-trailer. In this case, the heat recovery device according to the invention would thus be arranged in a towing vehicle, while at least one energy store coupled thereto is arranged in the semi-trailer or trailer. By loading the energy storage while driving, an automatic maneuvering is possible at least in certain areas when parking the trailer or the trailer without towing vehicle.
Selbstverständlich kann dabei der zumindest eine Radnabenmotor des Aufliegers bzw. des Hängers, insbesondere während einer Bergabfahrt, als Generator genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen und damit den im Hänger bzw. im Auflieger angeordneten Energiespeicher zu laden. Of course, the at least one wheel hub motor of the trailer or of the trailer, in particular during downhill driving, can be used as a generator in order to generate electrical energy and thus to charge the energy accumulator arranged in the trailer or in the semitrailer.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen In a further advantageous embodiment of the invention
Kraftfahrzeugs ist zwischen dem elektrischen Verbraucher und der Motor vehicle is between the electrical consumer and the
Wärmerückgewinnungseinrichtung eine elektrische Welle oder ein Heat recovery device an electric wave or a
Frequenzumwandler (elektrisches Getriebe) angeordnet. Eine elektrische Welle kann bspw. durch eine unterschiedliche Polzahl des Generators und der damit verbundenen Elektromaschine erreicht werden. Dies stellt die günstigste und zugleich einfachste Variante dar. Über eine elektrische Kopplung eines Frequency converter (electric transmission) arranged. An electric wave can be achieved, for example, by a different number of poles of the generator and the associated electric machine. This is the cheapest and simplest variant. About an electrical coupling of a
Elektromotors mit dem Generator mit Hilfe eines Frequenzumwandlers, kann die Drehzahl des Elektromotors im Verhältnis zur Generatordrehzahl frei gewählt werden. Dies ist im Vergleich zur vorherigen Alternative aufwendiger aber auch deutlich effektiver.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Electric motor with the generator by means of a frequency converter, the speed of the electric motor can be freely selected in relation to the generator speed. This is in comparison to the previous alternative consuming but also much more effective. Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Description of the figures with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch, Show, in each case schematically,
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung, 1 shows a heat recovery device according to the invention,
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer solchen Fig. 2 shows an inventive motor vehicle with such
Wärmerückgewinnungseinrichtung. Heat recovery device.
Entsprechend der Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße According to FIG. 1, an inventive
Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 ein Gehäuse 2 auf, in welchem zumindest folgende Komponenten angeordnet sind: Ein Abgaskanal 3 mit einem Eingang 4 und einem Ausgang 5 sowie einem zwischen dem Eingang 4 und dem Ausgang 5 angeordneten Verdampfer 6. Darüber hinaus vorgesehen ist in dem Gehäuse 2 ein Wärmerückgewinnungskreis 7, in welchem ein Arbeitsmedium strömt und der Verdampfer 6, ein Expander 8, ein luftgekühler oder kühlmittelgekühlter
Kondensator 9 und eine Fördereinrichtung 10 zum Fördern des Arbeitsmediums angeordnet sind. Der Expander 8 kann dabei bspw. als Axialkolbenmaschine oder als Turbine ausgebildet sein. Ebenfalls in dem Gehäuse 2 angeordnet sind noch ein Arbeitsmediumreservoir 1 1 sowie ein mit dem Expander 8 verbundener Generator 12 zur Erzeugung elektrischer Energie und eine Steuerungseinrichtung 13. An dem Gehäuse 2 angeordnet ist zudem eine elektrische Schnittstelle 14 zur Übergabe elektrischer Energie. Die erfindungsgemäße Heat recovery device 1, a housing 2, in which at least the following components are arranged: An exhaust passage 3 with an input 4 and an output 5 and a disposed between the input 4 and the output 5 evaporator 6. In addition, a heat recovery circuit is provided in the housing 2 7, in which a working medium flows and the evaporator 6, an expander 8, an air-cooled or coolant-cooled Condenser 9 and a conveyor 10 for conveying the working medium are arranged. The expander 8 can be designed, for example, as an axial piston machine or as a turbine. Also arranged in the housing 2 are still a working medium reservoir 1 1 and connected to the expander 8 generator 12 for generating electrical energy and a control device 13 is arranged on the housing 2 also has an electrical interface 14 for the transfer of electrical energy. The inventive
Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 weist dabei sämtliche erforderlichen Heat recovery device 1 has all the necessary
Komponenten auf, die kompakt bauend in dem Gehäuse 2 angeordnet sind. Components that are compactly arranged in the housing 2.
Durch den luftgekühlten (direkt gekühlten) oder kühlmittelgekühlten (indirekt gekühlten) Kondensator 9 ist es zudem möglich, die erfindungsgemäße By the air-cooled (directly cooled) or coolant-cooled (indirectly cooled) condenser 9, it is also possible, the inventive
Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 unabhängig von bspw. einem Heat recovery device 1 regardless of, for example, a
Fahrzeugkühlsystem zu betreiben. Zwischen dem Verdampfer 6 und dem To operate vehicle cooling system. Between the evaporator 6 and the
Generator 12, Kondensator 9 oder Arbeitsmedienreservoir 1 1 kann zudem eine Trennwand 25 vorgesehen sein, um "warme" Komponenten, z.B. den Verdampfer 6 und den Abgaskanal 3 von "kühlen" Komponenten, wie z.B. den Kondensator 9 bzw. den Generator 12, thermisch zu trennen. Die kühlen Komponenten können darüber hinaus über eine Luftführung mit Ein- bzw. Austritt beim Kondensator 9 gekühlt werden. Generator 12, condenser 9 or working medium reservoir 1 1 can also be provided a partition 25 to "warm" components, e.g. the evaporator 6 and the exhaust duct 3 of "cool" components, e.g. the capacitor 9 and the generator 12 to thermally separate. The cool components can also be cooled via an air duct with inlet and outlet at the condenser 9.
Im Gehäuse 2 können darüber hinaus eine Auffangwanne und/oder zumindest eine Absorptionseinrichtung, insbesondere an den Wänden, vorgesehen sein, um austretendes Medium aufzufangen. Zusätzlich oder alternativ kann im In addition, a collecting trough and / or at least one absorption device, in particular on the walls, can be provided in the housing 2 in order to collect escaping medium. Additionally or alternatively, in
Kondensator 9 eine Filtereinrichtung 26 angeordnet sein, um Gase zu filtern. Capacitor 9, a filter device 26 may be arranged to filter gases.
Die Fördereinrichtung 10 kann dabei von einer Expanderwelle 27 angetrieben sein, wodurch die maximale Belastung des Expanders 8 direkt von der Drehzahl des Expanders 8 selber abhängt und damit eine auf die Kennlinie reduzierte
Materialbelastung erzielt wird. Dadurch kann der Expander 8 für geringere Belastungen ausgelegt werden. The conveyor 10 may be driven by an expander shaft 27, whereby the maximum load of the expander 8 directly depends on the speed of the expander 8 itself and thus reduced to the characteristic Material loading is achieved. As a result, the expander 8 can be designed for lower loads.
Zusätzlich kann ein elektrischer Lüfter 28 zur Kühlung des Kondensators 9 vorgesehen sein, was den Vorteil bietet, dass bei einer Detektion von In addition, an electric fan 28 may be provided for cooling the condenser 9, which offers the advantage that in a detection of
Medienaustritt der Lüfter 28 auf hoher Drehzahl ein explosionsfähiges Gemisch verhindern kann. Media outlet of the fan 28 at high speed can prevent an explosive mixture.
Ist beispielsweise ein derartiger elektrischer Lüfter 28 zur Kühlung des If, for example, such an electric fan 28 for cooling the
Kondensators 9 vorgesehen, so kann dieser variabel entsprechend einer Condenser 9 is provided, it can variably according to a
Kühlanforderung hinsichtlich seiner Drehzahl gesteuert werden, und/oder bei Detektion von Medienaustritt mit maximaler Drehzahl laufen, das heißt auf maximaler Drehzahl betrieben werden. Cooling requirement are controlled in terms of its speed, and / or run at maximum speed on detection of media leakage, that is operated at maximum speed.
Eingesetzt werden kann die erfindungsgemäße Can be used, the inventive
Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 bspw. in einem Kraftfahrzeug 15 (vgl. Fig. 2), wobei bei einer besonderen Variante der erfindungsgemäßen Heat recovery device 1, for example, in a motor vehicle 15 (see Fig. 2), wherein in a particular variant of the invention
Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 in dem Gehäuse 2 zusätzlich ein mit dem Generator 12 verbundener, elektrischer Energiespeicher 16 angeordnet sein kann. Rein theoretisch kann selbstverständlich der Energiespeicher 16 auch separat zur Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 angeordnet werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Der elektrische Energiespeicher 16 kann dabei als aufladbarer Akkumulator oder als elektrischer Kondensator ausgebildet sein. Heat recovery device 1 in the housing 2 additionally connected to the generator 12, electrical energy storage 16 may be arranged. In theory, of course, the energy storage 16 can also be arranged separately from the heat recovery device 1, as shown in Fig. 2. The electrical energy store 16 can be designed as a rechargeable accumulator or as an electrical capacitor.
Betrachtet man die Fig. 1 näher, so kann man erkennen, dass der Abgaskanal 3 einen den Verdampfer 6 umgehenden Abgasbypasskanal 17 aufweist. Am Eingang des Abgasbypasskanals 17 kann dabei eine Ventileinrichtung 18, bspw. eine Abgasklappe, vorgesehen sein, die mit dieser Steuerungseinrichtung 13 steuerbar ist und die einen durch den Abgasbypasskanal 17 strömenden
Abgasstrom steuert. Dabei ist es denkbar, dass je nach gewünschter elektrischer Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 mehr oder weniger heißes Abgas durch den Verdampfer 6 strömt und dadurch das zum Betrieb des If one looks closer to FIG. 1, it can be seen that the exhaust gas channel 3 has an exhaust gas bypass channel 17 surrounding the evaporator 6. At the entrance of the exhaust gas bypass channel 17, a valve device 18, for example. An exhaust valve may be provided, which is controllable with this control device 13 and the one flowing through the exhaust gas bypass passage 17 Exhaust gas flow controls. It is conceivable that, depending on the desired electrical power of the heat recovery device 1 more or less hot exhaust gas flows through the evaporator 6 and thereby to the operation of the
Expanders 8 erforderliche Arbeitsmedium verdampft. Die Steuerung der Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 ist somit vergleichsweise einfach über eine Stellung der Abgasklappe bzw. der Ventileinrichtung 18 denkbar. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein den Expander 8 umgehender Expanders vaporized 8 required working medium. The control of the power of the heat recovery device 1 is thus comparatively easy via a position of the exhaust valve or the valve device 18 conceivable. Additionally or alternatively, also the expander 8 bypassing
Arbeitsmediumbypasskanal 19 vorgesehen sein, der über eine entsprechende Ventileinrichtung 18' steuerbar ist. Die Ventileinrichtung 18' ist dabei ebenfalls von der Steuerungseinrichtung 13 steuerbar, so dass selbst ohne die Arbeitsmediumbypasskanal 19 may be provided which is controllable via a corresponding valve means 18 '. The valve device 18 'is also controllable by the control device 13, so that even without the
Ventileinrichtung 18 die vom Verdampfer 6 bereitgestellte Menge an verdampftem Arbeitsmedium den Expander 8 umgehen kann, ohne in diesem mechanische Arbeit zu verrichten. Valve means 18, the amount of vaporized working fluid provided by the evaporator 6 can bypass the expander 8 without doing any mechanical work.
Der Expander 8, der bspw. als Axialkolbenmaschine oder als Turbine ausgebildet ist, weist dabei vorzugsweise eine maximale Leistung von 10kW, insbesondere von maximal 7kW, auf. The expander 8, which is designed, for example, as an axial piston machine or as a turbine, preferably has a maximum power of 10 kW, in particular of not more than 7 kW.
Das Kraftfahrzeug 15 besitzt dabei eine Brennkraftmaschine 20 (vgl. Fig. 2) mit einem Abgasstrang 21 , in welchem die zuvor anhand der Fig. 1 beschriebene Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 angeordnet ist. Der Abgaskanal 3 der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 ist dabei kommunizierend mit dem In this case, the motor vehicle 15 has an internal combustion engine 20 (cf., FIG. 2) with an exhaust gas line 21, in which the heat recovery device 1 described above with reference to FIG. The exhaust duct 3 of the heat recovery device 1 is communicating with the
Abgasstrang 21 verbunden. Exhaust line 21 connected.
Das Kraftfahrzeug 15 kann darüber hinaus zumindest einen elektrischen The motor vehicle 15 may also have at least one electrical
Verbraucher 22, wie bspw. einen Elektromotor 23, einen Lüfter einer Klimaanlage oder einen elektrischen Klimakompressor, aufweisen, der über die elektrische Schnittstelle 14 direkt mit der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 gekoppelt ist. Zwischen dem elektrischen Verbraucher 22 und der
Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 kann dabei auch eine elektrische oder ein Frequenzumwandler 24, in der Art eines elektrischen Getriebes, angeordnet sein. Consumer 22, such as, for example, an electric motor 23, a fan of an air conditioner or an electric air conditioning compressor, which is coupled via the electrical interface 14 directly to the heat recovery device 1. Between the electrical load 22 and the Heat recovery device 1 can also be an electrical or a frequency converter 24, arranged in the manner of an electrical transmission.
Mit der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 lässt sich ein kompakt bauendes und damit kleines und vor allem preiswertes System zur Abwärmenutzung schaffen, welche sämtliche erforderlichen Komponenten in einem gemeinsamen Gehäuse 2 angeordnet sind, so dass die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 vergleichsweise frei und flexibel am With the heat recovery device 1 according to the invention can be a compact and thus small and above all inexpensive system for waste heat use create, all the necessary components are arranged in a common housing 2, so that the heat recovery device 1 according to the invention comparatively free and flexible on
Kraftfahrzeug 15 angebracht werden kann und keiner mechanischen Motor vehicle 15 can be attached and no mechanical
Leistungseinkopplung bedarf. Darüber hinaus eröffnet die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 die Möglichkeit Hybridfunktionen zu erweitern und insbesondere auch Verbrauchsvorteile im realen Fahrbetrieb eines Nutzfahrzeugs zu erreichen. Die Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 kann dabei vergleichsweise einfach mit einer Ventileinrichtung 18, 18' aktiviert bzw. Power coupling is required. In addition, the heat recovery device 1 according to the invention opens up the possibility to expand hybrid functions and in particular to achieve consumption advantages in the real driving operation of a commercial vehicle. The heat recovery device 1 can be comparatively easy with a valve device 18, 18 'activated or
deaktiviert werden, wobei die vom Generator 12 erzeugte elektrische Leistung unabhängig vom Einbauort der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 im be deactivated, wherein the electric power generated by the generator 12 regardless of the installation location of the heat recovery device 1 in
Kraftfahrzeug 15 genutzt werden kann. Motor vehicle 15 can be used.
Eine Nutzung kann dabei bspw. über eine direkte elektrische Kopplung der Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 mit einem Elektromotor 23 erreicht werden, wobei ein Über- oder Untersetzungsverhältnis durch eine unterschiedliche In this case, use can be achieved, for example, via a direct electrical coupling of the heat recovery device 1 with an electric motor 23, with an over or under reduction ratio being determined by a different one
Polzahl des Generators 12 bzw. des Elektromotors 23 erreicht werden kann. Dies stellt die einfachste und auch zugleich kostengünstigste Variante dar. Polzahl of the generator 12 and the electric motor 23 can be achieved. This represents the simplest and at the same time the most cost-effective variant.
Über eine elektrische Kopplung des Elektromotors 23 mit dem Generator 12 über den Frequenzumwandler 24 kann die Drehzahl des Elektromotors 23 im About an electrical coupling of the electric motor 23 with the generator 12 via the frequency converter 24, the speed of the electric motor 23 in
Verhältnis zur Generatordrehzahl frei gewählt werden. Dies ist aufwendiger aber zugleich auch effektiver als die zuvor beschriebene Variante. Über eine in dem Gehäuse 2 oder extern am Kraftfahrzeug 15 angeordnete Batterie
(Energiespeicher 16) kann zudem elektrische Leistung zwischengespeichert und entsprechend einem Bedarf wieder abgegeben werden. Hierdurch kann bspw. auch eine bedarfsgerechte Leistungsabgabe an Hilfsaggregate, wie bspw. Lüfter oder Hydraulikpumpen, erreicht werden. Die erfindungsgemäße Relative to the generator speed can be freely selected. This is more complex but at the same time more effective than the previously described variant. About a in the housing 2 or externally on the motor vehicle 15 arranged battery (Energy storage 16) can also cached electrical power and discharged according to a need again. As a result, for example, a demand-based power delivery to auxiliary equipment, such as, for example, fans or hydraulic pumps, can be achieved. The inventive
Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 wird dabei üblicherweise nach einem so genannten Range Extender eingesetzt. Auch ein permanenter Antrieb von elektrischen Verbrauchern 22 im Kraftfahrzeug 15 ist mittels der Heat recovery device 1 is usually used after a so-called range extender. A permanent drive of electrical loads 22 in the motor vehicle 15 is by means of
Wärmerückgewinnungseinrichtung 1 und dem Energiespeicher 16 denkbar, wodurch sich eine Last für die Brennkraftmaschine 20 reduziert und hieraus Verbrauchsvorteile ergeben. Heat recovery device 1 and the energy storage 16 conceivable, thereby reducing a load on the engine 20 and resulting in consumption benefits.
Von besonderem Vorteil kann darüber hinaus sein, sofern das Kraftfahrzeug 15 einen Hänger oder einen Auflieger aufweist und der Elektromotor 23 als Of particular advantage may also be provided that the motor vehicle 15 has a trailer or a semi-trailer and the electric motor 23 as
Radnabenmotor in dem Hänger bzw. dem Auflieger ausgebildet ist. In diesem Fall ist der elektrische Energiespeicher ebenfalls im Hänger bzw. im Auflieger angeordnet und ermöglicht somit ein zum Zugfahrzeug unabhängiges Rangieren. Während der Fahrt des als Nutzfahrzeugs ausgebildeten Kraftfahrzeugs 15 mit dem Hänger oder Auflieger, kann der Radnabenmotor zugleich als Generator zum Laden des Energiespeichers 16 genutzt werden.
Hub motor is formed in the trailer or the semi-trailer. In this case, the electrical energy storage is also located in the trailer or in the semi-trailer and thus allows independent to towing vehicle maneuvering. While driving the designed as a commercial vehicle motor vehicle 15 with the trailer or semi-trailer, the wheel hub motor can be used at the same time as a generator for charging the energy storage 16.
Claims
1 . Wärmerückgewinnungseinrichtung (1 ) mit 1 . Heat recovery device (1) with
einem Gehäuse (2), in welchem zumindest folgende Komponenten angeordnet sind, a housing (2) in which at least the following components are arranged,
- ein Abgaskanal (3) mit einem Eingang (4) und einem Ausgang (5) und einem dazwischen angeordneten Verdampfer (6), an exhaust duct (3) having an inlet (4) and an outlet (5) and an evaporator (6) arranged therebetween,
- ein Wärmerückgewinnungskreis (7), in welchem ein Arbeitsmedium strömt und der Verdampfer (6), ein Expander (8), ein luftgekühlter oder kühlmittelgekühlter Kondensator (9) und eine Fördereinrichtung (10) zum Fördern des Arbeitsmediums angeordnet sind, a heat recovery circuit (7) in which a working medium flows and the evaporator (6), an expander (8), an air-cooled or coolant-cooled condenser (9) and a conveyor (10) for conveying the working medium are arranged,
- ein mit dem Expander (8) verbundener Generator (12) zur Erzeugung elektrischer Energie, a generator (12) connected to the expander (8) for generating electrical energy,
- ein Arbeitsmediumreservoir (1 1 ) und - A working medium reservoir (1 1) and
- eine Steuerungseinrichtung (13), a control device (13),
wobei an dem Gehäuse (2) eine elektrische Schnittstelle (14) zur Übergabe von elektrischer Energie angeordnet ist. wherein on the housing (2) an electrical interface (14) is arranged for the transfer of electrical energy.
2. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach Anspruch 1 , 2. Heat recovery device according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
in dem Gehäuse (2) ein mit dem Generator (12) verbundener, elektrischer Energiespeicher (16) angeordnet ist. in the housing (2) with the generator (12) connected, electrical energy storage (16) is arranged.
3. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach Anspruch 2, 3. Heat recovery device according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Energiespeicher (16) ein Akkumulator oder ein elektrischer Kondensator ist. characterized in that the electrical energy store (16) is an accumulator or an electrical capacitor.
4. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach einem der vorhergehenden 4. Heat recovery device according to one of the preceding
Ansprüche, Claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Abgaskanal (3) einen den Verdampfer (6) umgehenden the exhaust duct (3) a the evaporator (6) bypassing
Abgasbypasskanal (17) aufweist. Exhaust gas bypass channel (17).
5. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach Anspruch 4, 5. Heat recovery device according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine Ventileinrichtung (18), insbesondere eine Abgasklappe, vorgesehen ist, die mittels der Steuereinrichtung (13) steuerbar ist und die einen durch den Abgasbypasskanal (17) und den Verdampfer (6) strömenden Abgasstrom steuert. a valve device (18), in particular an exhaust gas flap, is provided, which is controllable by means of the control device (13) and which controls an exhaust gas flow flowing through the exhaust gas bypass duct (17) and the evaporator (6).
6. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach einem der vorhergehenden 6. Heat recovery device according to one of the preceding
Ansprüche, Claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- ein den Expander (8) umgehender Arbeitsmediumbypasskanal (19) mit einer Ventileinrichtung (18') vorgesehen ist, und/oder - A the expander (8) bypassing Arbeitsmediumbypasskanal (19) with a valve means (18 ') is provided, and / or
- der Expander (8) als Axialkolbenmaschine oder als Turbine ausgebildet ist. - The expander (8) is designed as an axial piston machine or as a turbine.
7. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach einem der vorhergehenden 7. Heat recovery device according to one of the preceding
Ansprüche, Claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Expander (8) eine Leistung von maximal 10kW, insbesondere maximal 7kW aufweist.
the expander (8) has a maximum power of 10 kW, in particular a maximum of 7 kW.
8. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach einem der vorhergehenden 8. Heat recovery device according to one of the preceding
Ansprüche, Claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass zwischen Verdampfer (6) und kühlen Komponenten, wie Generator (12), Kondensator (9) oder Arbeitsmedienreservoir (1 1 ) eine Trennwand (25) vorgesehen ist. in that a dividing wall (25) is provided between the evaporator (6) and cool components, such as the generator (12), the condenser (9) or the working medium reservoir (11).
9. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach einem der vorhergehenden 9. Heat recovery device according to one of the preceding
Ansprüche, Claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
- dass im Gehäuse (2) eine Auffangwanne und/oder zumindest eine - That in the housing (2) a collecting tray and / or at least one
Absorptionseinrichtung, insbesondere an den Wänden, vorgesehen sind/ist, um austretendes Medium aufzufangen, und/oder Absorbing device, in particular on the walls, are / is provided to catch escaping medium, and / or
- dass im Kondensator (9) eine Filtereinrichtung (26) angeordnet ist, um - That in the condenser (9) a filter device (26) is arranged to
Gase zu filtern. To filter gases.
10. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach einem der vorhergehenden 10. Heat recovery device according to one of the preceding
Ansprüche, Claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
- dass die Fördereinrichtung (10) von einer Expanderwelle (27) angetrieben ist und/oder - That the conveyor (10) by an expander shaft (27) is driven and / or
- dass ein elektrischer Lüfter (28) zur Kühlung des Kondensators (9) vorgesehen ist.
- That an electric fan (28) for cooling the capacitor (9) is provided.
1 1 . Kraftfahrzeug (15) mit einer Brennkraftmaschine (20), einem Abgasstrang (21 ) und einer Wärmerückgewinnungseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Abgaskanal (3) kommunizierend mit dem Abgasstrang (21 ) verbunden ist. 1 1. Motor vehicle (15) with an internal combustion engine (20), an exhaust line (21) and a heat recovery device (1) according to one of the preceding claims, whose exhaust passage (3) communicating with the exhaust line (21) is connected.
12. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 1 , 12. Motor vehicle according to claim 1 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
zumindest ein elektrischer Verbraucher (22), wie beispielsweise ein at least one electrical load (22), such as a
Elektromotor (23), ein Lüfter einer Klimaanlage oder ein elektrischer Klimakompressor, vorgesehen ist, der über die elektrische Schnittstelle (14) direkt mit der Wärmerückgewinnungseinrichtung (1 ) gekoppelt ist. Electric motor (23), a fan of an air conditioner or an electric air conditioning compressor, is provided, which is coupled via the electrical interface (14) directly to the heat recovery device (1).
13. Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, 13. Motor vehicle according to claim 12,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
dass das Kraftfahrzeug (15) als Nutzfahrzeug mit einem Hänger oder einem Auflieger ausgebildet ist und der elektrische Verbraucher (22) als that the motor vehicle (15) is designed as a commercial vehicle with a trailer or a semi-trailer and the electrical consumer (22) as
Radnabenmotor in dem Hänger oder Auflieger ausgebildet ist. Wheel hub motor is formed in the trailer or semitrailer.
14. Kraftfahrzeug nach Anspruch 12 oder 13, 14. Motor vehicle according to claim 12 or 13,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
zwischen dem elektrischen Verbraucher (22) und der between the electrical load (22) and the
Wärmerückgewinnungseinrichtung (1 ) eine elektrische Welle oder ein Frequenzumwandler (24) angeordnet ist.
Heat recovery device (1) an electric wave or a frequency converter (24) is arranged.
15. Verfahren zum Betrieb einer Wärmerückgewinnungseinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zusätzlich ein elektrischer Lüfter (28) zur Kühlung des Kondensators (9) vorgesehen ist und wobei 15. A method for operating a heat recovery device (1) according to any one of claims 1 to 10, wherein additionally an electric fan (28) for cooling the capacitor (9) is provided and wherein
- der elektrische Lüfter (28) variabel entsprechend einer Kühlanforderung hinsichtlich seiner Drehzahl gesteuert wird, und/oder - The electric fan (28) is variably controlled in accordance with a cooling requirement in terms of its speed, and / or
- der elektrische Lüfter (28) bei Detektion von Medienaustritt mit maximaler Drehzahl läuft.
- The electric fan (28) runs on detection of media leakage at maximum speed.
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CN113250852A (en) * | 2020-01-28 | 2021-08-13 | 马勒国际有限公司 | Exhaust gas utilization device for utilizing effective energy of exhaust gas |
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DE102016217352A1 (en) | 2018-03-15 |
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