WO2018050407A1 - Vorrichtung zur rückgewinnung von wärme aus dem abgasstrom einer brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zur rückgewinnung von wärme aus dem abgasstrom einer brennkraftmaschine Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018050407A1 WO2018050407A1 PCT/EP2017/071111 EP2017071111W WO2018050407A1 WO 2018050407 A1 WO2018050407 A1 WO 2018050407A1 EP 2017071111 W EP2017071111 W EP 2017071111W WO 2018050407 A1 WO2018050407 A1 WO 2018050407A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- working medium
- evaporation
- exhaust gas
- evaporation device
- control device
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/10—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 with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
- F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
Definitions
- the invention relates to a device for recovering heat from the exhaust stream of an internal combustion engine.
- Working medium is then passed through an expansion machine, the mechanical drive energy generated by the expander machine being e.g. again the internal combustion engine can be supplied. Likewise, the generated energy of the expansion machine can be used
- the expansion machine is in turn followed by a condenser, which liquefies the working fluid. This is then by means of a conveyor, in particular in the form of a pump, again the
- Evaporator supplied, so that a closed circuit for the working fluid is formed.
- the physical method described so far uses superheated liquids or their gases to generate the energy from the exhaust gas stream, so that high pressures and temperatures prevail within the system. This then leads to a risk, for example, of persons, if the working medium, for example, by damaging a
- a technical measure to reduce this risk potential is the provision of pressure protection, which ensures that pressures and Temperatures for which the individual components of the system are designed can not be exceeded during operation.
- pressure protection by special security components, such as
- the inventive device for recovering heat from the exhaust stream of an internal combustion engine having the features of claim 1 has the advantage that the pressure and temperature in the recovery system without endangering the environment, in particular without endangering persons, and without dispensing working fluid is limited to the environment.
- the essence of the invention is to limit the thermal energy of the working medium in the high pressure part of the recovery system.
- an overload of the low-pressure part is prevented by preventing flows of working fluid in the direction of the low-pressure region.
- the advantage of the inventive device described so far is in particular that a pressure / temperature protection can be realized, which is not based on a discharge of working fluid to the environment.
- Another essential feature of the invention is that the device uses already existing facilities or components and thus special
- Safety components such as the above-mentioned pressure relief valves or rupture discs can be omitted. This is the required
- the invention proposes to provide pressure and / or temperature detection means for the working medium whose measured values are fed to a control device as input values.
- the control device is in turn coupled to means which, when predetermined limit values for the pressure and / or the temperature of the working medium are exceeded, exceed those in the
- Reduce evaporation device funded working medium and / or prevent flow of working fluid from the evaporation device in the direction of the conveyor and / or by the evaporation device in the direction of the condensation device.
- this is designed as an exhaust gas bypass valve, which connects via a bypass line, the input side for the exhaust gas of the evaporation device with the output side of the evaporation device for the exhaust gas.
- Evaporator generated thermal energy of the working medium comprise a motor control device for the internal combustion engine, which is controllable by the control device, and which is adapted to a
- a further advantageous embodiment of the invention with regard to the means for preventing flow of working medium from the evaporation device in the direction of the condensation device provides a controllable by the control device, arranged on the input side of the expansion machine second valve, in particular in the form of a bypass valve include.
- This valve has a blocking position, so that a flow of working fluid from the high-pressure region in the low-pressure region (behind the expansion machine) is prevented, so that the components of the low-pressure region before a
- these have a feed pump, which is controllable by the control device, and the delivery rate is variable, in particular via a
- Speed change or in an independently of the control device arranged in the conveyor flow rate limiting device as a separate element or due to the design of the conveyor, for example when using a diaphragm pump.
- it may be provided independently of the control device arranged in the conveyor flow rate limiting device. This can, for example, in the form of an electrical torque limiter in an electrically driven fixed displacement pump, by an automatic Be pivoted back in a variable displacement pump or by integrating a pressure relief or overflow in the feed pump.
- Evaporating device takes place in the direction of the conveyor (pump) or the low pressure area, it may be provided that a valve disposed between the conveyor (pump) and the evaporation device check valve is present.
- the pressure and / or temperature detection means between the evaporator and the expansion machine and / or between the condenser device and the conveyor (pump ) are arranged.
- the invention also includes the use of a device according to the invention so far described for recovering heat from the exhaust gas stream of an internal combustion engine, wherein the use in the use of the device in a commercial vehicle, in particular a truck exists.
- a device 10 for recovering heat from an exhaust gas stream of an internal combustion engine 1 is shown.
- the internal combustion engine 1 is in particular the drive motor of the commercial vehicle, in particular a truck.
- the internal combustion engine 1 is controlled via an engine control device 2.
- the internal combustion engine 1 has at least one exhaust pipe 3, which is arranged in operative connection with the device 10.
- the device 10 has an evaporation device 12 for evaporating a working medium.
- the working medium is
- an exhaust gas bypass valve 14 is arranged, which directs the exhaust gas flow generated by the internal combustion engine 1 either in the evaporator 12 or at least partially via a bypass line 15, bypassing the evaporator 12 into the exhaust pipe 3 behind the output side of the evaporator 12 forwards.
- the exhaust gas bypass valve 14 is provided by a control device 100 via a line 17 of the device 10
- control device 100 is connected via a line 16 to the engine control device 2 of the internal combustion engine 1 in order to supply the engine control device 2 with input signals, which may be the
- the output side of the evaporator 12 for the working medium is via another bypass valve 18 with the input side of a
- Expansion machine 20 connected. Between the output side of
- Evaporation device 12 for the working fluid and the bypass valve 18, a pressure and / or temperature sensing means 21 is also arranged, which is connected via a line 22 to the control device 100.
- the expansion machine 20 generates mechanical work and power and is heated by the vaporized in the evaporator 12 and
- the bypass valve 18 is connected via a bypass line 23 to the output side of the expansion machine 20 and can be controlled by the control device 100 via a line 24. Depending on the position of the bypass valve 18, an admission of the
- Expansion machine 20 with the working medium.
- the area between the evaporator 12 and the expander 20 forms a high pressure area of the apparatus 10.
- the output side of the expansion machine 20 is provided with a
- Capacitor means 26 connected, which serves to liquefy the coming out of the direction of the expansion machine 20, relaxed working medium.
- the output side of the capacitor device 26 is connected to the input side of a Conveyor 28 connected in the form of a feed pump. Furthermore, in a line 29 between the capacitor device 26 and the
- Conveyor 28 arranged a surge tank 30 for the working fluid to compensate for any loss of working fluid.
- a further pressure and / or temperature detecting means 31 is arranged, the detected pressure or temperature values via a line 32 of the
- Control device 100 are supplied.
- the conveyor 28 is also via a line 33 also from the controller 100th
- a check valve 35 connects, which prevents a backflow of working fluid from the direction of the evaporation device 12 in the direction of the conveyor 28. From the check valve 35, the working fluid passes via a line 36 in turn to the
- Expansion machine 20 forms a low pressure area of the device 10.
- Control device 10 by a control of the bypass valve 14 and / or the bypass valve 18 and / or the conveyor 28 and / or the
- Engine control device 2 of the internal combustion engine 1 the pressure or the energy and / or the temperature of the working medium 1 within the
- the invention is also applicable to systems or devices 10 with more than one evaporator 12 or heat source.
- Systems or devices 10 with recuperators should also be included in the invention.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (1), mit einer in Wirkverbindung mit dem Abgasstrom angeordneten Verdampfungseinrichtung (12) zum Erhitzen eines Arbeitsmediums, mit einer Expansionsmaschine (20), die von dem in der Verdampfungseinrichtung (12) erhitzten Arbeitsmedium antreibbar ist, mit einer Kondensatoreinrichtung (26) zum Abkühlen des Arbeitsmediums, mit einer Fördereinrichtung (28) zum Fördern des Arbeitsmediums in Richtung der Verdampfungseinrichtung (12), mit einer Steuereinrichtung (100), wobei Druck- und/oder Temperaturerfassungsmittel (21, 31) für das Arbeitsmedium vorgesehen sind, deren Messwerte der Steuereinrichtung (100) als Eingangswerte zugeführt werden, und mit Mitteln, die bei Überschreitung vorgegebener Grenzwerte für den Druck und/oder der Temperatur des Arbeitsmediums die in der Verdampfungseinrichtung (12) erzeugte Wärmeenergie des Arbeitsmediums und/oder die Menge des von der Fördereinrichtung (28) in Richtung der Verdampfungseinrichtung (12) geförderten Arbeitsmediums reduzieren und/oder ein Strömen von Arbeitsmedium von der Verdampfungseinrichtung (12) in Richtung der Fördereinrichtung (28) und/oder von der Verdampfungseinrichtung (12) in Richtung der Kondensationseinrichtung (26) verhindern.
Description
Beschreibung
Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgasstrom einer
Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine.
Beim Betrieb insbesondere von großen Brennkraftmaschinen, wie sie bei LKWs verwendet werden, entsteht eine relativ große Menge von Abgas, wobei das Abgas eine relativ hohe Temperatur aufweist. Zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgas ist es bereits bekannt, den Abgasstrom zum Erwärmen bzw. Verdampfen eines Arbeitsmediums in einer Verdampfungseinrichtung zu verwenden. Das durch die Verdampfung unter erhöhtem Druck stehende
Arbeitsmedium wird anschließend über eine Expansionsmaschine geleitet, wobei die dabei von der Expansionsmaschine erzeugte mechanische Antriebsenergie z.B. wieder der Brennkraftmaschine zugeleitet werden kann. Ebenso kann die erzeugte Energie der Expansionsmaschine dazu benutzt werden,
Nebenverbraucher oder einen Generator anzutreiben oder anderweitig benutzt zu werden. An die Expansionsmaschine schließt sich wiederum ein Kondensator an, der das Arbeitsmedium verflüssigt. Dieses wird anschließend mittels einer Fördereinrichtung, insbesondere in Form einer Pumpe, wieder der
Verdampfungseinrichtung zugeführt, so dass ein geschlossener Kreislauf für das Arbeitsmedium entsteht. Das soweit beschriebene physikalische Verfahren nutzt zur Erzeugung der Energie aus dem Abgasstrom überhitzte Flüssigkeiten bzw. deren Gase, so dass innerhalb des Systems hohe Drücke und Temperaturen vorherrschen. Dies führt dann zu einer Gefährdung beispielsweise von Personen, wenn das Arbeitsmedium beispielsweise durch eine Beschädigung einer
Komponente infolge beispielsweise eines zu hohen Drucks austritt. Eine technische Maßnahme zur Reduzierung dieses Gefährdungspotentials ist das Vorsehen einer Druckabsicherung, die sicherstellt, dass Drücke und
Temperaturen, für die die einzelnen Bauteile des Systems ausgelegt sind, im Betrieb nicht überschritten werden können. Üblicherweise werden derartige Druckabsicherungen durch spezielle Sicherheitsbauteile, wie z.B.
Druckbegrenzungsventile oder Berstscheiben realisiert. Bei einem
geschlossenen Dampfkraftprozess, wie er bei dem soweit oben beschriebenen System vorhanden ist, besteht dabei allerdings der Nachteil, dass eine
Begrenzung des zulässigen Drucks mittels eines Sicherheitsbauteils nur durch ein Ablassen des überschüssigen Dampfs bzw. Arbeitsmediums in die
Umgebung umgesetzt werden kann. Dabei besteht jedoch das Risiko, dass der entweichende heiße Dampf oder die überhitzte Flüssigkeit in die Umgebung des Fahrzeugs gelangt und dabei Personen gefährdet. Ferner besteht bei einem großen Teil der heute verwendeten flüssigen Arbeitsmedien das Problem, dass diese relativ gut brennen bzw. es zu einer Explosion von Dampf/Luft-Gemischen kommen kann, weshalb ein Abgeben von Dampf an die Umgebung ebenfalls vermieden werden sollte.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Druck und die Temperatur in dem Rückgewinnungssystem ohne eine Gefährdung der Umgebung, insbesondere ohne eine Gefährdung von Personen, und ohne ein Abgeben von Arbeitsmedium an die Umgebung begrenzt ist.
Der Kern der Erfindung besteht darin, die Wärmeenergie des Arbeitsmediums in dem Hochdruckteil des Rückgewinnungssystems zu begrenzen. Zusätzlich wird eine Überlastung des Niederdruckteils durch das Verhindern von Strömen von Arbeitsmedium in Richtung des Niederdruckbereichs verhindert. Der Vorteil der soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht insbesondere darin, dass eine Druck-/Temperaturabsicherung realisiert werden kann, die nicht auf einem Abgeben von Arbeitsmedium an die Umgebung basiert. Ein weiterer wesentlicher Kernpunkt der Erfindung ist, dass die Vorrichtung an sich bereits vorhandene Einrichtungen bzw. Bauteile nutzt und somit spezielle
Sicherheitsbauteile, wie die oben angesprochenen Druckbegrenzungsventile
oder Berstscheiben, entfallen können. Dadurch ist der erforderliche
Zusatzaufwand relativ gering.
Konkret schlägt die Erfindung vor, Druck- und/oder Temperaturerfassungsmittel für das Arbeitsmedium vorzusehen, deren Messwerte einer Steuereinrichtung als Eingangswerte zugeführt werden. Die Steuereinrichtung ist wiederum mit Mitteln gekoppelt, die beim Überschreiten vorgegebener Grenzwerte für den Druck und/oder die Temperatur des Arbeitsmediums die in der
Verdampfungseinrichtung erzeugte Wärmeenergie des Arbeitsmediums und/oder die Menge des von der Fördereinrichtung in Richtung der
Verdampfungseinrichtung geförderten Arbeitsmediums reduzieren und/oder ein Strömen von Arbeitsmedium von der Verdampfungseinrichtung in Richtung der Fördereinrichtung und/oder von der Verdampfungseinrichtung in Richtung der Kondensationseinrichtung verhindern.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
In konkreter konstruktiver Ausgestaltung der Mittel zur Reduzierung der in der Verdampfungseinrichtung erzeugten Wärmeenergie des Arbeitsmediums sehen diese ein auf der Eingangsseite für das Abgas der Verdampfungseinrichtung angeordnetes, von der Steuereinrichtung ansteuerbares erstes Ventil vor, das die Menge des der Verdampfungseinrichtung zugeführten Abgases regelt. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, dass keine Beeinflussung der Strömung bzw. Menge des Arbeitsmediums erforderlich ist, sondern dass die von dem Abgas in das Arbeitsmedium abgegebene Wärmeenergie beeinflusst bzw.
reduziert wird und somit die in dem System vorhandene Wärmeenergie verringert wird.
In bevorzugter Ausgestaltung dieses Ventils ist dieses als Abgas-Bypassventil ausgebildet ist, das über eine Bypassleitung die Eingangsseite für das Abgas der Verdampfungseinrichtung mit der Ausgangsseite der Verdampfungseinrichtung für das Abgas verbindet.
Zusätzlich oder alternativ können die Mittel zur Reduzierung der in der
Verdampfungseinrichtung erzeugten Wärmeenergie des Arbeitsmediums eine Motorsteuerungseinrichtung für die Brennkraftmaschine umfassen, die von der Steuereinrichtung ansteuerbar ist, und die dazu ausgebildet ist, eine
Leistungsreduzierung der Brennkraftmaschine zu bewirken. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass beim Erfassen eines zu hohen Drucks und/oder einer zu hohen Temperatur des Arbeitsmediums die Steuereinrichtung der Vorrichtung ein entsprechendes Eingangssignal an die Motorsteuerung der
Brennkraftmaschine abgibt, welche daraufhin in ihrer Leistung reduziert wird, so dass die Menge und/oder Temperatur des von der Brennkraftmaschine erzeugten und der Verdampfungseinrichtung zugeführten Abgases reduziert wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung hinsichtlich der Mittel zum Verhindern von Strömen von Arbeitsmedium von der Verdampfungseinrichtung in Richtung der Kondensationseinrichtung sieht ein von der Steuereinrichtung ansteuerbares, an der Eingangsseite der Expansionsmaschine angeordnetes zweites Ventil, insbesondere in Form eines Bypassventils, umfassen. Dieses Ventil weist eine Sperrstellung auf, so dass ein Strömen von Arbeitsmedium vom Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich (hinter der Expansionsmaschine) verhindert wird, so dass die Bauteile des Niederdruckbereichs vor einer
Überlastung geschützt sind.
Hinsichtlich der Mittel zur Reduzierung der Menge des von der Fördereinrichtung in Richtung der Verdampfungseinrichtung geförderten Arbeitsmediums weisen diese eine Förderpumpe auf, die von der Steuereinrichtung ansteuerbar ist, und deren Fördermenge veränderbar ist, insbesondere über eine
Drehzahlveränderung, oder in einem unabhängig von der Steuereinrichtung in der Fördereinrichtung angeordneten Fördermengenbegrenzungseinrichtung als separates Element oder durch die Bauart der Fördereinrichtung bedingt, beispielsweise bei der Verwendung einer Membranpumpe. Alternativ hierzu kann auch eine unabhängig von der Steuereinrichtung in der Fördereinrichtung angeordnete Fördermengenbegrenzungseinrichtung vorgesehen sein. Diese kann beispielsweise in Form einer elektrischen Momentbegrenzung bei einer elektrisch antreibbaren Konstantpumpe, durch ein automatisches
Rückschwenken bei einer Verstellpumpe oder durch eine Integration eines Druckbegrenzungs- bzw. Überströmventils in der Speisepumpe ausgebildet sein.
Um zu verhindern, dass ein Rückströmen von Arbeitsmedium von der
Verdampfungseinrichtung in Richtung der Fördereinrichtung (Pumpe) bzw. des Niederdruckbereichs stattfindet, kann es vorgesehen sein, dass ein zwischen der Fördereinrichtung (Pumpe) und der Verdampfungseinrichtung angeordnetes Rückschlagventil vorhanden ist.
Um den Druck und/oder die Temperatur des Arbeitsmediums an den relevanten Stellen innerhalb des Rückgewinnungssystems erfassen zu können, ist es vorgesehen, dass die Druck- und/oder Temperaturerfassungsmittel zwischen der Verdampfungseinrichtung und der Expansionsmaschine und/oder zwischen der Kondensatoreinrichtung und der Fördereinrichtung (Pumpe) angeordnet sind.
Die Erfindung umfasst auch die Verwendung einer soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, wobei die Verwendung in der Nutzung der Vorrichtung bei einem Nutzfahrzeug, insbesondere einem LKW, besteht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung einer
Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgasstrom einer
Brennkraftmaschine.
In der Figur ist eine Vorrichtung 10 zur Rückgewinnung von Wärme aus einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Bei der Brennkraftmaschine
1 handelt es sich insbesondere um den Antriebsmotor des Nutzfahrzeugs, insbesondere eines LKWs. Die Steuerung der Brennkraftmaschine 1 erfolgt über eine Motorsteuerungseinrichtung 2. Die Brennkraftmaschine 1 weist darüber hinaus zumindest eine Abgasleitung 3 auf, die in Wirkverbindung mit der Vorrichtung 10 angeordnet ist.
Die Vorrichtung 10 weist eine Verdampfungseinrichtung 12 zum Verdampfen eines Arbeitsmediums auf. Bei dem Arbeitsmedium handelt es sich
beispielsweise um Ethanol, Wasser, Cyclopentan oder ein Kältemittel. Auf der Eingangsseite der Verdampfungseinrichtung 12 ist ein Abgas-Bypassventil 14 angeordnet, das in Abhängigkeit seiner Stellung den von der Brennkraftmaschine 1 erzeugten Abgasstrom entweder in die Verdampfungseinrichtung 12 leitet oder aber zumindest teilweise über eine Bypassleitung 15 unter Umgehung der Verdampfungseinrichtung 12 in die Abgasleitung 3 hinter der Ausgangsseite der Verdampfungseinrichtung 12 weiterleitet. Das Abgas-Bypassventil 14 ist von einer Steuereinrichtung 100 über eine Leitung 17 der Vorrichtung 10
ansteuerbar. Optional ist die Steuereinrichtung 100 über eine Leitung 16 mit der Motorsteuerungseinrichtung 2 der Brennkraftmaschine 1 verbunden, um der Motorsteuerungseinrichtung 2 Eingangssignale zuzuführen, die ggf. die
Motorsteuerung der Brennkraftmaschine 1 , insbesondere deren Leistungsabgabe und damit die Abgaswärme, beeinflussen.
Die Ausgangsseite der Verdampfungseinrichtung 12 für das Arbeitsmedium ist über ein weiteres Bypassventil 18 mit der Eingangsseite einer
Expansionsmaschine 20 verbunden. Zwischen der Ausgangsseite der
Verdampfungseinrichtung 12 für das Arbeitsmedium und dem Bypassventil 18 ist darüber hinaus ein Druck- und/oder Temperaturerfassungsmittel 21 angeordnet, das über eine Leitung 22 mit der Steuereinrichtung 100 verbunden ist. Die Expansionsmaschine 20 erzeugt mechanische Arbeit bzw. Leistung und wird von dem in der Verdampfungseinrichtung 12 erhitzten und verdampften
Arbeitsmedium angetrieben. Das Bypassventil 18 ist über eine Bypassleitung 23 mit der Ausgangsseite der Expansionsmaschine 20 verbunden und über eine Leitung 24 von der Steuereinrichtung 100 ansteuerbar. In Abhängigkeit der Stellung des Bypassventils 18 erfolgt eine Beaufschlagung der
Expansionsmaschine 20 mit dem Arbeitsmedium. Der Bereich zwischen der Verdampfungseinrichtung 12 und der Expansionsmaschine 20 bildet einen Hochdruckbereich der Vorrichtung 10 aus.
Die Ausgangsseite der Expansionsmaschine 20 ist mit einer
Kondensatoreinrichtung 26 verbunden, die dazu dient, das aus Richtung der Expansionsmaschine 20 kommende, entspannte Arbeitsmedium zu verflüssigen. Die Ausgangsseite der Kondensatoreinrichtung 26 ist mit der Eingangsseite einer
Fördereinrichtung 28 in Form einer Förderpumpe verbunden. Weiterhin ist in einer Leitung 29 zwischen der Kondensatoreinrichtung 26 und der
Fördereinrichtung 28 ein Ausgleichsbehälter 30 für das Arbeitsmedium angeordnet, um einen eventuellen Verlust von Arbeitsmedium auszugleichen. Zusätzlich ist zwischen der Kondensatoreinrichtung 26 und der Fördereinrichtung 28 ein weiteres Druck- und/oder Temperaturerfassungsmittel 31 angeordnet, dessen erfasste Druck- bzw. Temperaturwerte über eine Leitung 32 der
Steuereinrichtung 100 zugeführt werden. Die Fördereinrichtung 28 ist darüber hinaus über eine Leitung 33 ebenfalls von der Steuereinrichtung 100
ansteuerbar.
An die Fördereinrichtung 28 schließt sich ein Rückschlagventil 35 an, das ein Rückströmen von Arbeitsmedium aus Richtung der Verdampfungseinrichtung 12 in Richtung der Fördereinrichtung 28 verhindert. Von dem Rückschlagventil 35 gelangt das Arbeitsmedium über eine Leitung 36 wiederum zu der
Verdampfungseinrichtung 12. Der Bereich ab dem Ausgang der
Expansionsmaschine 20 bildet einen Niederdruckbereich der Vorrichtung 10 aus.
Beim Überschreiten von Grenzwerten für den Druck und/oder die Temperatur des Arbeitsmediums innerhalb der Vorrichtung 10, was durch die Druck- und/oder Temperaturerfassungsmittel 21 , 31 erfasst wird, kann die
Steuereinrichtung 10 durch eine Ansteuerung des Bypassventils 14 und/oder des Bypassventils 18 und/oder der Fördereinrichtung 28 und/oder der
Motorsteuerungseinrichtung 2 der Brennkraftmaschine 1 den Druck bzw. die Energie und/oder die Temperatur des Arbeitsmediums 1 innerhalb der
Vorrichtung 10 begrenzen.
Die soweit beschriebene Vorrichtung 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken
abzuweichen. So ist die Erfindung auch bei Systemen bzw. Vorrichtungen 10 mit mehr als einer Verdampfungseinrichtung 12 bzw. Wärmequelle anwendbar. Auch Systeme bzw. Vorrichtungen 10 mit Rekuperatoren sollen von der Erfindung umfasst sein.
Claims
Ansprüche
1 . Vorrichtung (10) zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (1 ), mit einer in Wirkverbindung mit dem Abgasstrom angeordneten Verdampfungseinrichtung (12) zum Erhitzen eines
Arbeitsmediums, mit einer Expansionsmaschine (20), die von dem in der Verdampfungseinrichtung (12) erhitzten Arbeitsmedium antreibbar ist, mit einer Kondensatoreinrichtung (26) zum Abkühlen des Arbeitsmediums, mit einer Fördereinrichtung (28) zum Fördern des Arbeitsmediums in Richtung der Verdampfungseinrichtung (12), mit einer Steuereinrichtung (100), wobei Druck- und/oder Temperaturerfassungsmittel (21 , 31 ) für das Arbeitsmedium vorgesehen sind, deren Messwerte der Steuereinrichtung (100) als
Eingangswerte zugeführt werden, und mit Mitteln, die bei Überschreitung vorgegebener Grenzwerte für den Druck und/oder der Temperatur des Arbeitsmediums die in der Verdampfungseinrichtung (12) erzeugte
Wärmeenergie des Arbeitsmediums und/oder die Menge des von der Fördereinrichtung (28) in Richtung der Verdampfungseinrichtung (12) geförderten Arbeitsmediums reduzieren und/oder ein Strömen von
Arbeitsmedium von der Verdampfungseinrichtung (12) in Richtung der Fördereinrichtung (28) und/oder von der Verdampfungseinrichtung (12) in Richtung der Kondensationseinrichtung (26) verhindern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Reduzierung der in der Verdampfungseinrichtung (12) erzeugten Wärmeenergie des Arbeitsmediums ein auf der Eingangsseite für das Abgas der Verdampfungseinrichtung (12) angeordnetes, von der Steuereinrichtung (100) ansteuerbares erstes Ventil (14) umfassen, das die Menge des der Verdampfungseinrichtung (12) zugeführten Abgases regelt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Ventil (14) als Abgas-Bypassventil ausgebildet ist, das über eine Bypassleitung (15) die Eingangsseite für das Abgas der
Verdampfungseinrichtung (12) mit der Ausgangsseite der
Verdampfungseinrichtung (12) für das Abgas verbindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Reduzierung der in der Verdampfungseinrichtung (12) erzeugten Wärmeenergie des Arbeitsmediums eine
Motorsteuerungseinrichtung (2) für die Brennkraftmaschine (1 ) umfassen, die von der Steuereinrichtung (100) ansteuerbar ist, und die dazu ausgebildet ist, eine Leistungsreduzierung der Brennkraftmaschine (1 ) zu bewirken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zum Verhindern von Strömen von Arbeitsmedium von der Verdampfungseinrichtung (12) in Richtung der Kondensationseinrichtung (26) ein von der Steuereinrichtung (100) ansteuerbares, an der
Eingangsseite der Expansionsmaschine (20) angeordnetes zweites Ventil (18), insbesondere in Form eines Bypassventils, umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Ventil (18) drei Schaltstellungen aufweist, eine erste Schaltstellung, in der das Arbeitsmedium der Expansionsmaschine (20) zugeführt wird, eine zweite Schaltstellung in der das Arbeitsmedium über eine Bypassleitung (23) einer Ausgangsseite der Expansionsmaschine (20) zugeführt wird, und eine dritte Schaltstellung, die als Sperrstellung in Richtung der Expansionsmaschine (20) und der Bypassleitung (23) für das Arbeitsmedium wirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Reduzierung der Menge des von der Fördereinrichtung (28) in Richtung der Verdampfungseinrichtung (12) geförderten
Arbeitsmediums in einer Förderpumpe bestehen, die von der
Steuereinrichtung (100) ansteuerbar ist, und deren Fördermenge
veränderbar ist, insbesondere über eine Drehzahlveränderung, oder in einem unabhängig von der Steuereinrichtung (100) in der Fördereinrichtung (28) angeordneten Fördermengenbegrenzungseinrichtung als separates Element oder durch die Bauart der Fördereinrichtung (28) bedingt. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zum Verhindern von Strömen von Arbeitsmedium von der Verdampfungseinrichtung (12) in Richtung der Fördereinrichtung (28) ein zwischen der Fördereinrichtung (28) und der Verdampfungseinrichtung (12) angeordnetes Ventil (35), insbesondere in Form eines Rückschlagventils, umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druck- und/oder Temperaturerfassungsmittel (21 , 31 ) zwischen der Verdampfungseinrichtung (12) und der Expansionsmaschine (20) und/oder zwischen der Kondensatoreinrichtung (26) und der Fördereinrichtung (28) angeordnet sind.
10. Verwendung einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgasstrom eines Nutzfahrzeugs, insbesondere eines LKW.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016217451.7A DE102016217451A1 (de) | 2016-09-13 | 2016-09-13 | Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine |
| DE102016217451.7 | 2016-09-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2018050407A1 true WO2018050407A1 (de) | 2018-03-22 |
Family
ID=59686959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2017/071111 WO2018050407A1 (de) | 2016-09-13 | 2017-08-22 | Vorrichtung zur rückgewinnung von wärme aus dem abgasstrom einer brennkraftmaschine |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102016217451A1 (de) |
| WO (1) | WO2018050407A1 (de) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2525052A2 (de) * | 2011-05-18 | 2012-11-21 | J. Eberspächer GmbH & Co. KG | Abwärmenutzungsvorrichtung |
| WO2014096895A1 (en) * | 2012-12-19 | 2014-06-26 | Renault Tracks | Engine arrangement comprising a waste heat recovery system with a downstream heat storage device |
| EP2933441A1 (de) * | 2012-12-17 | 2015-10-21 | Isuzu Motors, Ltd. | Abgasrückgewinnungsvorrichtung für verbrennungsmotor und abgasrückgewinnungsverfahren für verbrennungsmotor |
| DE102014007214A1 (de) * | 2014-05-19 | 2015-11-19 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Rückgewinnung von Wärme aus Verbrennungsmotoren sowie zur Umwandlung der rückgewonnenen Wärme in mechanische Energie |
-
2016
- 2016-09-13 DE DE102016217451.7A patent/DE102016217451A1/de not_active Withdrawn
-
2017
- 2017-08-22 WO PCT/EP2017/071111 patent/WO2018050407A1/de active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2525052A2 (de) * | 2011-05-18 | 2012-11-21 | J. Eberspächer GmbH & Co. KG | Abwärmenutzungsvorrichtung |
| EP2933441A1 (de) * | 2012-12-17 | 2015-10-21 | Isuzu Motors, Ltd. | Abgasrückgewinnungsvorrichtung für verbrennungsmotor und abgasrückgewinnungsverfahren für verbrennungsmotor |
| WO2014096895A1 (en) * | 2012-12-19 | 2014-06-26 | Renault Tracks | Engine arrangement comprising a waste heat recovery system with a downstream heat storage device |
| DE102014007214A1 (de) * | 2014-05-19 | 2015-11-19 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Rückgewinnung von Wärme aus Verbrennungsmotoren sowie zur Umwandlung der rückgewonnenen Wärme in mechanische Energie |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102016217451A1 (de) | 2018-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1288761B1 (de) | Verfahren zur Regelung eines Niederdruckbypassystems | |
| EP2229524B1 (de) | Verfahren zur rückgewinnung einer verlustwärme einer verbrennungskraftmaschine | |
| EP2844878B1 (de) | Vakuumpumpensystem zur evakuierung einer kammer sowie verfahren zur steuerung eines vakuumpumpensystems | |
| DE112015004382T5 (de) | Wasserstoffkraftstoffversorgungssystem | |
| DE102012221153A1 (de) | Verfahren zur Überwachung eines Systems zur Energierückgewinnung aus einem Abwärmestrom einer Brennkraftmaschine | |
| DE10138083A1 (de) | Kühlwasser-Kreislaufsystem für eine Brennkraftmaschine | |
| WO2015185292A1 (de) | Verfahren zum anwärmen oder warmhalten einer dampfturbine | |
| WO2017092972A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines kraftstoffversorgungssystems | |
| WO2013139880A1 (de) | Verfahren zum betrieb einer gasturbine sowie gasturbine zur durchführung des verfahrens | |
| DE102013102879B4 (de) | Kompressor mit Anpassung der Gaseintrittstemperatur und Verfahren zum Betreiben dieses Kompressors | |
| AT513999B1 (de) | Abwärmenutzungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Speisepumpe | |
| WO2018050407A1 (de) | Vorrichtung zur rückgewinnung von wärme aus dem abgasstrom einer brennkraftmaschine | |
| EP3721124B1 (de) | Ventilüberwachungssystem für ein koaxiales doppelsicherheitsventil | |
| WO2016059197A1 (de) | Verfahren zur steuerung oder regelung eines fahrzeugklimaanlagen-kältemittelkreislaufs | |
| DE2923288C2 (de) | ||
| DE102007032437B3 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Dampfkreisprozesses | |
| DE102012006141B4 (de) | Abgaswärmenutzsystem | |
| EP3530890A1 (de) | Antrieb mit integriertem orc | |
| DE102009048683A1 (de) | Abwärmenutzungsvorrichtung | |
| DE112019003086T5 (de) | Anordnung mit einem Wärmerückgewinnungssystem und Verfahren zum Steuern einer solchen Anordnung | |
| EP3714963A1 (de) | Druckluftstation | |
| DE102012003502A1 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage | |
| EP3052772B1 (de) | Vorrichtung und verfahren für einen orc-kreisprozess | |
| DE10338388B3 (de) | Verfahren zur Regelung einer Klimaanlage | |
| DE102018000132B4 (de) | Kühlsystem zum Kühlen von Objekten mit Kühlmittel bei unterschiedlichen Temperaturen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17755505 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17755505 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |