DE102012000100A1

DE102012000100A1 - Rankine-kreisprozess-abwärmenutzungssystem

Info

Publication number: DE102012000100A1
Application number: DE102012000100A
Authority: DE
Inventors: Timothy C. Ernst; Christopher R. Nelson
Original assignee: Cummins Intellectual Property Inc
Current assignee: Cummins Intellectual Property Inc
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2012-07-12
Also published as: US20120210713A1; US8800285B2; US20140318124A1; US9334760B2; CN102588053A; CN102588053B

Abstract

Diese Offenbarung betrifft ein Abwärmenutzungssystem (WHR-System) sowie ein System und ein Verfahren zum Regulieren eines Fluidbestands in einem Kondensator und einem Sammelbehälter eines Rankine-Kreisprozess-WHR-Systems. Solch eine Regulierung umfasst die Fähigkeit, den Druck in einem WHR-System zum Steuern von Kavitätsbildung und Energieumwandlung zu regulieren.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/430,328, die am 6. Januar 2011 eingereicht wurde, und der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/447,433, die am 28. Februar 2011 eingereicht wurde, welche hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf ein Abwärmenutzungssystem (WHR-System, Waste Heat Recovery System) und auf ein System und ein Verfahren zum Regulieren eines Fluidbestands in einem Kondensator, einem Unterkühler und einem Sammelbehälter eines Rankine-Kreisprozess-WHR-Systems.
HINTERGRUND
Die Verwendung eines Rankine-Kreisprozesses, einschließlich eines organischen Rankine-Kreisprozesses (Organic Rankine Cycle), bei einem Verbrennungsmotor kann eine Verbesserung der Kraftstoffeffizienz durch Aufnehmen eines Teiles der Wärmeenergie bieten, die normalerweise bei einem Verbrennungsmotor verlorenginge. Das Steuern und der Betrieb des Systems durchwegs über einen gesamten transienten Arbeitszyklus des Motors und während sich verändernder Umgebungen sind jedoch schwierig. Ein Erhöhen der Betriebsflexibilität eines WHR-Systems könnte dabei helfen, das WHR-System während eines Arbeitszyklus des Motors und während veränderlichen Umgebungen zu betreiben.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Offenbarung stellt ein Abwärmenutzungssystem für einen Verbrennungsmotor bereit, welcher einen Arbeitsfluidkreislauf und ein Fluidverwaltungssystem aufweist. Der Arbeitsfluidkreislauf enthält ein Arbeitsfluid und umfasst einen Kondensator/Unterkühler, der entlang dem Arbeitsfluidkreislauf angeordnet ist. Der Kondensator/Unterkühler enthält ein flüssiges Arbeitsfluid mit einem ersten Fluidpegel. Der Arbeitsfluidkreislauf umfasst außerdem einen Wärmetauscher, der entlang dem Arbeitsfluidkreislauf stromabwärts zu dem Kondensator/Unterkühler angeordnet ist. Der Arbeitsfluidkreislauf umfasst außerdem eine Energieumwandlungsvorrichtung, die entlang dem Arbeitsfluidkreislauf zwischen dem Wärmetauscher und dem Kondensator/Unterkühler angeordnet ist. Das Fluidverwaltungssystem umfasst einen Sammelbehälter, der das flüssige Arbeitsfluid enthält, und einen Transferkreislauf, der den Sammelbehälter mit dem Kondensator/Unterkühler fluidmäßig verbandet. Das flüssige Arbeitsfluid in dem Sammelbehälter hat einen zweiten Fluidpegel, wobei ein minimaler zweiter Fluidpegel höher ist als ein maximaler erster Fluidpegel, Eine Pumpe ist entlang dem Transferkreislauf zwischen dem Kondensator/Unterkühler und dem Sammelbehälter angeordnet. Das Abwärmenutzungssystem umfasst mindestens einen Sensor, der dazu eingerichtet ist, einen Zustand des Arbeitsfluldkreislaufes zu messen. Das Abwärmenutzungssystem umfasst ein Steuerungsmodul, das dazu eingerichtet ist, das Zustandsignal von dem mindestens einen Sensor zu empfangen und ein Pumpensteuerungssignal basierend auf dem Zustandssignal zu erzeugen, um den Betrieb der Pumpe zum Übertragen von flüssigem Arbeitsfluid zwischen dem Sammelbehälter und dem Kondensator/Unterkühler zum Ändern des ersten Fluidpegels zu steuern.
Diese Offenbarung stellt außerdem ein Abwärmenutzungssystem für einen Verbrennungsmotor bereit, welcher einen Arbeitsfluidkreislauf und ein Fluidverwaltungssystem aufweist. Der Arbeitsfluidkreislauf enthält ein Arbeitsfluid. Der Arbeitsfluidkreislauf umfasst einen Kondensator/Unterkühler, der entlang dem Arbeitsfluidkreislauf angeordnet ist und ein flüssiges Arbeitsfluid enthält, das einen ersten Fluidpegel hat. Der Arbeitsfluidkreislauf umfasst einen Wärmetauscher, der entlang dem Arbeitsfluidkreislauf stromabwärts zu dem Kondensator/Unterkühler angeordnet ist. Der Arbeitsfluidkreislauf umfasst eine Energieumwandlungsvorrichtung, die entlang dem Arbeitsfluidkreislauf zwischen dem Wärmetauscher und dem Kondensator/Unterkühler angeordnet ist. Das Fluidverwaltungssystem umfasst einen Sammelbehälter, der das flüssige Arbeitsfluid enthält, und einen Transferkreislauf, der den Sammelbehälter mit dem Kondensator/Unterkühler fluidmäßig verbindet. Das flüssige Arbeitsfluid in dem Sammelbehälter hat einen zweiten Fluidpegel, wobei ein minimaler zweiter Fluidpegel höher ist als ein maximaler erster Fluidpegel. Eine Pumpe ist entlang dem Transferkreislauf zwischen dem Kondensator/Unterkühler und dem Sammelbehälter angeordnet. Ein Ventil ist entlang dem Transferkreislauf zwischen dem Kondensator/Unterkühler und dem Sammelbehälter in Parallelschaltung zu der Pumpe angeordnet. Das Abwärmenutzungssystem weist mindestens einen Sensor auf, der dazu eingerichtet ist, einen Zustand des Arbeitsfluidkreislaufes zu messen. Das Abwärmenutzungssystem weist außerdem ein Steuerungsmodul auf, das dazu eingerichtet ist, das Zustandssignal von dem mindestens einen Sensor zu empfangen und ein Pumpensteuerungssignal und ein Ventilsteuerungssignal basierend auf dem Zustandssignal zu erzeugen, um den Betrieb der Pumpe und des Ventils zum Übertragen von flüssigem Arbeitsfluid zwischen dem Sammelbehälter und dem Kondensator/Unterkühler zum Ändern des ersten Fluidpegels zu steuern.
Diese Offenbarung stellt außerdem ein Abwärmenutzungssystem für einen Verbrennungsmotor bereit. Das Abwärmenutzungssystem weist einen Arbeitsfluidkreislauf und ein Fluidverwaltungssystem auf. Der Arbeitsfluidkreislauf enthält ein Arbeitsfluid. Ein Kondensator/Unterkühler ist in beziehungsweise an dem Arbeitsfluidkreislauf angeordnet. Der Kondensator/Unterkühler enthält ein flüssiges Arbeitsfluid mit einem ersten Fluidpegel. Eine Pumpe ist dem dem Arbeitsfluidkreislauf stromabwärts zu dem Kondensator/Unterkühler angeordnet. Ein Wärmetauscher ist in beziehungsweise entlang dem Arbeitsfluidkreislauf stromabwärts zu der Pumpe angeordnet. Eine Energieumwandlungsvorrichtung ist in dem Arbeitsfluidkreislauf zwischen dem Wärmetauscher und dem Kondensator/Unterkühler angeordnet. Das Fluidverwaltungssystem umfasst ein Umgehungsventil, das zwischen der Pumpe und dem Wärmetauscher angeordnet ist. Das Fluidverwaltungssystem umfasst einen Sammelbehälter, der das flüssige Arbeitsfluid enthält und in dem Fluidverwaltungssystem stromabwärts zu dem Umgehungsventil angeordnet ist, wobei das flüssige Arbeitsfluid in dem Sammelbehälter einen zweiten Fluidpegel hat und wobei ein minimaler zweiter Fluidpegel höher ist als ein maximaler erster Fluidpegel. Ein Sammelbehälterfüllventil ist in dem Fluidverwaltungssystem zwischen dem Umgehungsventil und dem Sammelbehälter angeordnet. Ein Fluidzweig erstreckt sich in dem Fluidverwaltungssystem von einem Ort zwischen dem Umgehungsventil und dem Sammelbehälterfüllventil zu dem Kondensator/Unterkühler. Ein Rückschlagventil, das einen Öffnungsdruck aufweist und einen Strom nur zu dem Kondensator/Unterkühler hin erlaubt, ist in dem Fluidzweig angeordnet. Ein Vertreiber ist in oder entlang dem Fluidzweig zwischen dem Rückschlagventil und dem Kondensator/Unterkühler angeordnet. Ein Verbindungsdurchgang erstreckt sich in dem Fluidverwaltungssystem von einer Position zwischen dem Sammelbehälterfüllventil und dem Sammelbehälter zu dem Vertreiber. Ein Sammelbehälterablassventil ist in dem Verbindungsdurchgang angeordnet. Mindestens ein Sensor ist dazu eingerichtet, einen Zustand des Arbeitsfluidkreislaufes zu messen. Das Abwärmenutzungssystem weist außerdem ein Steuerungsmodul auf, das dazu eingerichtet ist, das Signal von dem mindestens einen Sensor zu empfangen, um mindestens ein Ventilsteuersignal basierend auf dem Zustandssignal zum Steuern des Betriebes von einem oder mehreren aus: dem Umgehungsventil, dem Sammelbehälterfüllventil und dem Sammelbehälterablassventil zu erzeugen, um flüssiges Arbeitsfluid zwischen dem Sammelbehälter und dem Kondensator/Unterkühler zum Ändern des ersten Fluidpegels zu übertragen.
Vorteile und Besonderheiten der Ausführungsformen von dieser Offenbarung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen leichter verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein konventionelles Rankine-Kreisprozess-WHR-System.
2 ist ein WHR-System gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 ist ein WHR-System gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein WHR-System gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein herkömmliches WHR-System 10. Das System 10 weist einen Unterkühler 12, einen Sammelbehälter 14, der stromabwärts zu dem Unterkühler 12 angeordnet ist, eine Speisepumpe 16, die stromabwärts zu dem Sammelbehälter 14 angeordnet ist, einen Wärmetauscher 18, der stromabwärts zu der Speisepumpe 16 angeordnet ist, eine Energieumwandlungsvorrichtung 20, die stromabwärts zu dem Wärmetauscher 18 angeordnet ist, und einen Kondensator 22, der stromabwärts zu der Energieumwandlungsvorrichtung 20 und stromaufwärts zu dem Unterkühler 12 angeordnet ist, auf.
Ein flüssiges Arbeitsfluid befindet sich innerhalb des Unterkühlers 12 und des Sammelbehälters 14. Während des Betriebs zieht die Speisepumpe 16 flüssiges Arbeitsfluid aus dem Sammelbehälter 14 und bewegt das flüssige Arbeitsfluid stromabwärts zu dem Wärmetauscher 18. Der Wärmetauscher 18, der ein einzelner Wärmetauscher oder mehrere Wärmetauscher sein kann, nimmt einen Strom von Abwärme von verschiedenen Verbrennungsmotorenquellen (nicht dargestellt) auf. Wenn der Wärmetauscher 18 mehrere Wärmetauscher aufweist, können sich diese Wärmetauscher in Reihe, parallel zueinander oder in einer Kombination von Reihen- und Parallelanordnung befinden. Der Wärmetauscher 18 kann einen Abgasrückführungswärmetauscher (EGR-Wärmetauscher, Exhaust Gas Recirculation-Wärmetauscher), einen Abgaswärmetauscher, einen Rekuperator, einen Ladeluftvorkühler und andere Verbrennungsmotoren-Wärmetauscher aufweisen. Das WHR-System 10 überträgt Wärme von verschiedenen Verbrennungsmotorenquellen auf das flüssige Arbeitsfluid, was bewirkt, dass das flüssige Arbeitsfluid siedet und verdampft.
Das verdampfte Arbeitsfluid bewegt sich stromabwärts von dem Wärmetauscher 18 zu der Energieumwandlungsvorrichtung 20, welche eine Expansionsturbine oder eine andere Vorrichtung sein kann. Während dem Durchströmen der Energieumwandlungsvorrichtung 20 kühlt sich das verdampfte Arbeitsfluid ab und verliert Druck. Das verdampfte Arbeitsfluid bewegt sich stromabwärts zu dem Kondensator 22. Der Kondensator 22 kann eine Mehrzahl an Passagen aufweisen, durch welche das verdampfte Arbeitsfluid und kondensiertes flüssiges Arbeitsfluid strömen. Ein Kühlmedium, wie zum Beispiel Luft oder ein Fluid, strömt um diese Passagen herum, um ein Kondensieren des verdampften Arbeitsfluids zu einem flüssigen Arbeitsfluid zu bewirken. Das flüssige Arbeitsfluid strömt durch die Schwerkraft stromabwärts in den Unterkühler 12 hinein. Das flüssige Arbeitsfluid kann eine zusätzliche Kühlung in dem Abkühler 12 erfahren, bevor es zu dem Sammelbehälter 14 strömt, womit ein geschlossener Kreislauf gebildet wird.
Das Arbeitsfluid des Rankine-Kreisprozesses kann ein nicht-organisches oder ein organisches Arbeitsfluid sein. Einige Beispiele von Arbeitsfluiden sind: Genetron^® R-245fa von Honeywell, Therminol^®, Dowtherm J^TM von Dow Chemical Co., Fluorinol^® von American Nickeloid, Toluol, Dodekan, Isododekan, Methylundekan, Neopentan, Octan, Wasser/Methanol-Gemische und Dampf.
2 zeigt eine erste beispielhafte Ausführungsform eines WHR-Systems 110 der vorliegenden Offenbarung. Elemente mit denselben Bezugszeichen wie Elemente aus 1 arbeiten wie zu 1 beschrieben. Diese Elemente sind bei dieser Ausführungsform nur zum Zwecke der Klarheit beschrieben. Das WHR-System 110 weist ein Fluidverwaltungssystem 24, welches mit einem Arbeitsfluidkreislauf 25 fluidmäßig verbunden ist, und ein Steuerungssystem 30 auf.
Der Arbeitsfluidkreislauf 25 weist einen Kondensator 22 und einen Unterkühler 12 auf. Der Kondensator 22 und der Unterkühler 12 können zwei separate, fluidmäßig verbundene Komponenten sein, sie können eine einstückige Einheit sein oder sie können auf eine gemeinsame Basisplatte 48 montiert sein. Stromabwärts von dem Unterkühler 12 und entlang dem Arbeitsfluidkreislauf 25 angeordnet ist die Speisepumpe 16. Ein Temperatur- und Drucksensor 55 kann entlang dem Arbeitsfluidkreislauf 25 zwischen dem Unterkühler 12 und der Pumpe 16 angeordnet sein. Stromabwärts zu der Speisepumpe 16 und entlang dem Arbeitsfluidkreislauf 25 angeordnet sind ein Wärmetauscherbereich 26 und ein Energieumwandlungsbereich 28. Stromabwärts von dem Energieumwandlungsbereich 28 befindet sich der Kondensator 22. Somit bildet der Arbeitsfluidkreislauf 25 eine geschlossene Schleife.
Der Wärmeaustauscherbereich 26 weist einen Wärmetauscher 18 auf, der sich stromabwärts zu einer Wärmequelle 70 und stromaufwärts zu einer Ausgangsstelle 72 befindet. Ein Temperatursensor 56 kann die Temperatur entlang dem Weg von dem Wärmetauscher 18 zu der Ausgangsstelle 72 messen.
Der Energieumwandlungsbereich 28 weist eine Energieumwandlungsvorrichtung 20 auf. Die Energieumwandlungsvorrichtung 20 des Rankine-Kreisprozess-Arbeitsfluidkreislaufes 25 ist dazu fähig, zusätzliche Arbeit zu leisten oder Energie zu einer anderen Vorrichtung oder einem anderen System zu übertragen. Zum Beispiel kann die Energieumwandlungsvorrichtung 20 eine Turbine sein, die dadurch rotiert, dass der Arbeitsfluiddampf expandiert, um zusätzliche Arbeit bereitzustellen, welche dem Antriebssystem des Motors zugeführt werden kann, um die Leistung des Motors entweder mechanisch oder elektrisch (zum Beispiel durch Drehen eines Generators) zu ergänzen, oder sie kann zur Stromversorgung von elektrischen Geräten, parasitären Geräten oder zum Laden einer Speicherbatterie (nicht dargestellt) verwendet werden. Alternativ kann die Energieumwandlungsvorrichtung dazu verwendet werden, Energie von einem System auf ein anderes System zu übertragen (beispielsweise Wärmeenergie von dem WHR-System 110 auf ein Fluid für eine Heizungsanlage zu übertragen). Ein Temperatursensor 57 kann entlang dem Arbeitsfluidkreislauf 25 zwischen dem Wärmetauscherbereich 26 und dem Energieumwandlungsbereich 28 angeordnet sein.
Das Fluidverwaltungssystem 24 weist ein Umgehungsventil 58 auf, das zwischen der Pumpe 16 und dem Wärmetauscherbereich 26 angeordnet ist. Das Umgehungsventil 58 kann eine beliebige geeignete Art von Ventil sein, welches dazu in der Lage ist, den Fluidstrom in den Arbeitsfluidkreislauf 25 und in das Fluidverwaltungssystem 24 hinein, und im spezielleren in eine Umgehungspassage 60 des Fluidverwaltungssystems 24 hinein, zu steuern. Zum Beispiel kann das Umgehungsventil 58 ein Dreiwegeventil sein, das in eine erste Position bewegbar ist, in der ein Strom von flüssigem Arbeitsfluid stromabwärts zu dem Wärmetauscherbereich 26 erlaubt wird, während ein Strom in die Umgehungspassage 60 hinein blockiert wird, welches in eine zweite Position bewegbar ist, in welcher ein Fluidstrom in die Umgehungspassage 60 hinein erlaubt wird, während ein Fluidstrom in den Arbeltsfluidkreislauf 25 hinein blockiert wird, und welches in eine Zwischenposition bewegbar ist, in welcher ein Anteil des Fluidstroms in den Arbeitsfluidkreislauf 25 sowie in die Umgehungspassage 60 des Fluidverwaltungssystems 24 erlaubt wird. Die Zwischenposition kann variierbar sein, um die Menge des Fluidstroms in den Arbeitsfluidkreislauf 25 sowie in die Umgehungspassage 60 des Fluidverwaltungssystems 24 zu steuern, um dadurch das Verhältnis des stromabwärts gerichteten Stroms zwischen dem Arbeitsfluidkreislauf 25 und dem Fluidverwaltungssystem 24 basierend auf Betriebsbedingungen des Systems zu steuern. Das Ventil 58 kann auch mehrere Zweiwegeventile umfassen, wobei ein Ventil entlang dem Arbeitsfluidkreislauf 25 stromabwärts zu der Umgehungspassage 60 angeordnet ist und ein Ventil entlang der Umgehungspassage 60 stromabwärts zu dem Arbeitsfluidkreislauf 25 angeordnet ist.
Die Umgehungsleitung oder -passage 60 erstreckt sich stromabwärts von dem Umgehungsventil 58 entlang dem Fluidverwaltungssystem 24 zu zwei Zweigen oder Passagen des Fluidverwaltungssystems 24. Ein erster Zweig 34 erstreckt sich zu einem Sammelbehälter 32. Entlang dem Zweig 34 des Fluidverwaltungssystems 24 angeordnet befindet sich ein Sammelbehälterfüllventil 36. Ein zweiter Zweig 42 des Fluidverwaltungssystems 24 erstreckt sich zu dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12. Entlang diesem Zweig angeordnet sind ein Rückschlagventil 64 und ein Vertreiber 44. Eine Verbindungspassage 38 des Fluidverwaltungssystems 24 erstreckt sich von dem ersten Zweig 34 von einer Stelle zwischen dem Sammelbehälter 32 und dem Sammelbehälterfüllventil 36 zu dem Vertreiber 44. Ein Sammelbehälterablassventil 40 ist entlang der Verbindungspassage 38 angeordnet. Eine Belüftungspassage 78 verbindet den Arbeitsfluidkreislauf 25 mit dem Fluidverwaltungssystem 24. Im spezielleren erstreckt sich die Belüftungspassage 78 von einem oberen Bereich des Kondensators 22 zu einem oberen Bereich des Sammelbehälter 32, um einen Strom von Dampf zwischen dem Kondensator 22 und dem Sammelbehälter 32 in beide Richtungen zu erlauben, wie im Folgenden detaillierter beschrieben werden wird. Ein Sammelbehälterbelüftungsventil 80, welches als ein Verhältnisventil betrieben werden kann, das zu teilweise geöffneten/geschlossenen Positionen bewegt werden kann, oder das zwischen Positionen schnell moduliert oder gewechselt werden kann, was auch binäre Operation oder Modulation genannt wird, kann entlang der Belüftungspassage 78 angeordnet sein.
Der Sammelbehälter 32 enthält ein flüssiges Arbeitsfluid mit einem Fluidpegel. Der Unterkühler 12 und der Kondensator 22 enthalten ebenfalls flüssiges Arbeitsfluid mit einem Fluidpegel. Der Sammelbehälter 32 hat eine Position, wo der minimale Pegel oder die niedrigste Oberfläche des flüssigen Arbeitsfluids im Behälter 32 höher ist als der maximale Pegel oder die höchste Fläche des flüssigen Arbeitsfluids in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12. Der Sammelbehälter 32 kann physisch an einem Ort sein, der höher als der Kondensator 22 und der Unterkühler 12 liegt.
Das Steuerungssystem 30 kann Signale von verschiedenen Sensoren erhalten, die an dem WHR-System 110 angeordnet sind und den Zustand des WHR-Systems 110 anzeigen. Zum Beispiel können der Temperatur- und Drucksensor 55, der Temperatursensor 56, der Temperatursensor 57 und ein Fluidpegelsensor 50, der an dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 22 angeordnet ist, Signale an das Steuerungssystem 30 senden. Das Steuerungssystem 30 kann dazu eingerichtet sein, bestimmte Elemente des WHR-Systems 110 zu betreiben. Zum Beispiel kann das Steuerungssystem 30 das Sammelbehälterfüllventil 36, das Sammelbehälterablassventil 40, das Umgehungsventil 58 und das Sammelbehälterbelüftungsventil 80 steuern. Diese Steuerung kann in Reaktion auf Signale erfolgen, welche von den verschiedenen zuvor beschriebenen Sensoren oder von anderen Sensoren, die in dem Arbeitsfluidkreislauf 25 und dem Fluidverwaltungssystem 24 angeordnet sind, empfangen werden.
Das Steuerungssystem 30 kann ein Steuerungsmodul 82 und einen Kabelstrang 84 aufweisen. Das Steuerungsmodul 82, das ein einzelner Prozessor, ein distributierter Prozessor, ein elektronisches Äquivalent eines Prozessors oder irgendeine Kombination der vorgenannten Elemente, sowie auch Software, ein elektronischer Speicher, eine starre Nachschlagetabelle oder ähnliches sein kann, ist mit bestimmten Komponenten des WHR-Systems 110 verbunden und kann dazu eingerichtet sein, diese zu steuern. Die Verbindung zu den Komponenten des WHR-Systems 110 kann über den Kabelstrang 84 erfolgen, wenngleich eine solche Verbindung durch andere Mittel, insbesondere durch ein kabelloses System, erfolgen kann. Das Steuerungsmodul 82 kann eine elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit, ECU) oder ein elektronisches Steuerungsmodul (Electronic Control Module, ECM) sein, welches die Leistung eines zugehörigen Motors (nicht dargestellt) sowie anderer Komponenten und Zustandseigenschaften eines Fahrzeugs überwacht. Das Steuerungsmodul 82 kann mit der Speisepumpe 16, dem Sammelbehälterfüllventil 36, dem Sammelbehälterablassventil 40, dem Umgehungsventil 58 und dem Belüftungsventil 80 verbunden sein und zu diesen Signale senden. Das Steuerungsmodul 82 kann außerdem mit dem Fluidpegelsensor 50, dem Temperatur- und Drucksensor 55, dem Temperatursensor 56 und dem Temperatursensor 57 verbunden sein und von diesen Signale empfangen. Das Steuerungsmodul 82 kann dazu eingerichtet sein, weitere Sensoren und Elemente zu kontaktieren, um festzustellen, ob die verschiedenen Komponenten des WHR-Systems 110 erfolgreich arbeiten, und um das WHR-System 110 zu betreiben und zu steuern.
Die Anmelder erkennen die Wichtigkeit des Steuerns oder Regulierens des Fluidbestands in dem Kondensator, dem Unterkühler und dem Sammelbehälter eines WHR-Systems, um Drucke in tieferen Bereichen und Kavitäten der Speisepumpe während dem Betrieb des Motors zu kontrollieren, während eine Kosteneffizienz beibehalten wird. Zusätzlich würde eine Erhöhung des Flüssigkeitspegels in dem Kondensator die Bereiche zur Kondensation von Dampf verschieben und verringern und würde den Systemdruck erhöhen, was wiederum ein Unterkühlen des Fluids, ein Zustand, von dem bekannt ist, dass er Kavitäten in der Speisepumpe eines Rankine-Kreisprozess-WHR-Systems verursacht, verstärkt. Ein Rankine-Kreisprozess-WHR-System ist bei einem Ausschaltvorgang bei heißem Motor außerdem anfällig für Überdruck, wenn der Motor die Speisepumpe antreibt. Das WHR-System 110 und die weiteren im Folgenden beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen arbeiten in einer Weise, die diese Erwägungen sinnvoll balanciert hält, wie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich sein wird.
Das WHR-System 110 kann wie folgt arbeiten. Die Speisepumpe 16 zieht flüssiges Arbeitsfluid aus dem Unterkühler 12. Die Speisepumpe 16, die ein Betätigungssignal von dem Steuerungsmodul 82 erhalten kann, pumpt das flüssige Arbeitsfluid stromabwärts zu dem Umgehungsventil 58. Das flüssige Arbeitsfluid strömt stromabwärts von dem Umgehungsventil 58 zu dem Wärmetauscherbereich 26 und in die Umgehungspassage 60 des Fluidverwaltungssystems 24 hinein.
Das flüssige Arbeitsfluid strömt in den Wärmetauscher 18 des Wärmetauscherbereichs 26 hinein. Ein heißes Fluid, wie zum Beispiel ein Kühlmittel, komprimierte Luft von einem Turbolader, Abgas, EGR-Gas, ein Schmiermittel und andere Quellen von Abwärme einer Wärmequelle 70 strömen durch den Wärmetauscher 18 zu der Ausgangsstelle 72. Wärme wird von dem heißen Fluid auf das flüssige Arbeitsfluid übertragen, wodurch bewirkt wird, dass das flüssige Arbeitsfluid einen Hochdruckdampf bildet, und wodurch das heiße Fluid gekühlt wird. Das heiße Fluid verlässt den Wärmetauscher 18 an der Ausgangsstelle 72, welche ein Abgassystem oder –rohr oder ein EGR-System sein kann, oder an einer anderen Stelle. Das verdampfte Arbeitsfluid strömt stromabwärts von dem Wärmetauscher 18 zu der Energieumwandlungsvorrichtung 20 des Energieumwandlungsbereichs 28. Wenn das verdampfte Arbeitsfluid durch die Energieumwandlungsvorrichtung 20 strömt, verringern sich der Druck und die Temperatur des verdampften Arbeitsfluids. Das verdampfte Arbeitsfluid strömt stromabwärts von der Energieumwandlungsvorrichtung 20 zu dem Kondensator 22. Der Kondensator 22 sowie der Unterkühler 12 können durch Stauluft, durch eine Kühlflüssigkeit oder durch andere Kühlquellen 52 gekühlt werden. Das Kühlen des Kondensators 22 bewirkt, dass das verdampfte Arbeitsfluid kondensiert, womit das verdampfte Arbeitsfluid wieder zu einer Flüssigkeit wird. Das flüssige Arbeitsfluid strömt dann durch die Schwerkraft stromabwärts zu dem Unterkühler 12. In dem Unterkühler 12 kann das Arbeitsfluid eine zusätzliche Kühlung erfahren.
Das Umgehungsventil 58, das als ein Verhältnisventil arbeiten kann, das zu teilweise geöffneten/geschlossenen Positionen bewegbar ist, oder das zwischen Positionen schnell modulieren oder abwechseln kann, was auch binäre Operation oder Modulation genannt wird, ist über Signale, die von dem Steuerungsmodul 82 empfangen werden, einstellbar. Wie zuvor angemerkt, kann das Umgehungsventil 58 flüssiges Arbeitsfluid in das Fluidverwaltungssystem 24 hinein leiten, was den Strom durch den Wärmetauscherbereich 26 des Arbeitsfluidkreisfaufs 25 erhöht oder verringert, was den Strom von Kühlem flüssigem Arbeitsfluid durch den Wärmetauscherbereich 26 und damit durch den Energieumwandlungsbereich 28 erhöht oder verringert. Ein verringerter Strom durch den Arbeitsfluidkreislauf 25 kann ein Kühlen des heißen Fluids von der Wärmequelle 70 verringern. Ein Verringern des Kühlens des heißen Fluids von der Wärmequelle 70 kann zu Vorteilen für einen zugehörigen Motor (nicht dargestellt) führen. Zum Beispiel kann ein Ansteigen der Temperatur des heißen Fluids helfen zu ermöglicht, dass ein zugehöriger Motor (nicht dargestellt) eine Temperatur schneller erreicht, womit ein effizienter Betrieb schneller erzielt wird. Eine Erhöhung der Temperatur des heißen Fluids kann auch aus anderen Gründen wünschenswert sein, zum Beispiel zur Filterregeneration.
Das Fluid, das in die Umgehungspassage 60 des Fluidverwaltungssystems 24 eintritt, strömt stromabwärts. Von der Umgehungspassage 60 kann das flüssige Arbeitsfluid entweder durch den ersten Zweig 34 zu dem Sammelbehälterfüllventil 36 oder durch den zweiten Zweig 42 zu dem Rückschlagventil 64 strömen. Das Steuerungsmodul 82 kann das Öffnen und Schließen des Sammelbehälterfüllventils 36 steuern, welches als ein Verhältnisventil, das zu teilweise geöffneten/geschlossenen Positionen bewegbar ist, arbeiten kann oder das zwischen Positionen schnell moduliert oder abgewechselt werden kann, was auch als binäre Operation oder Modulation bezeichnet wird. Wenn das Sammelbehälterfüllventil 36 geöffnet ist, strömt flüssiges Arbeitsfluid stromabwärts von dem Sammelbehälterfüllventil 36 zu dem Sammelbehälter 32. Wenn das Sammelbehälterfüllventil 36 geschlossen ist, strömt flüssiges Arbeitsfluid in den zweiten Zweig 42 hinein zu dem Rückschlagventil 64, welches einen Öffnungs- oder Durchlassdruck von ungefähr 5 psi haben kann. Der Öffnungs- oder Durchlassdruck des Rückschlagventils 64 verhindert, dass ein niedriger Umgehungsstrom das Rückschlagventil 64 öffnet. Ein niedriger Umgehungsstrom kann daher durch das Sammelbehälterfüllventil 36 aufsteigen, wenn das Sammelbehälterfüllventil 36 geöffnet ist, um in den Sammelbehälter 32 zu strömen. Wenn das Sammelbehälterfüllventil 36 geschlossen ist, kann das flüssige Arbeitsfluid, das durch die Umgehungspassage 60 strömt, durch das Rückschlagventil 64 strömen, wenn der Druck des flüssigen Arbeitsfluids in der Umgehungspassage 60 den Öffnungs- oder Durchlassdruck des Rückschlagventils 64 übersteigt. Das flüssige Arbeitsfluid strömt dann stromabwärts durch den Verteiler 44 zu dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12.
Wenn das Steuerungsmodul 82 anordnet, dass sich das Sammelbehälterablassventil 40 öffnet, das Sammelbehälterfüllventil 36 schließt und das Sammelbehälterbelüftungsventil 80 sich öffnet, dann bewirkt ein Umgehungsfluidstrom durch das Rückschlagventil 64 und durch den Vertreiber 44 einen reduzierten Druck in der Verbindungspassage 38. Das Ablassventil 40 kann als ein Verhältnisventil, das zwischen teilweise geöffneten/geschlossenen Positionen bewegbar ist, arbeiten oder kann zwischen Positionen schnell moduliert oder gewechselt werden, was auch als binäre Operation oder Modulation bezeichnet wird. Der reduzierte Druck in der Verbindungspassage 38 bewirkt, dass flüssiges Arbeitsfluid von dem Sammelbehälter 32 durch das Ablassventil 40 und dann in den Vertreiber 44 hinein strömt. Das flüssige Arbeitsfluid tritt zu dem Strom des flüssigen Arbeitsfluids hinzu, welches durch den zweiten Zweig 42 bei dem Vertreiber 44 strömt, womit es stromabwärts zu dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 strömt, was den Pegel des Fluids im Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 erhöht oder steigert.
Der Pegel an flüssigem Arbeitsfluid innerhalb des Kondensators 22 und des Unterkühlers 12 beeinflusst ein Unterkühlen des flüssigen Arbeitsfluids, das stromabwärts zu der Speisepumpe 16 strömt. Bezüglich des Pegels des flüssigen Arbeitsfluids in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 verstärkt eine Erhöhung des Pegels des flüssigen Arbeitsfluids die Unterkühlung. Eine Verringerung des Pegels des flüssigen Arbeitsfluids verringert die Unterkühlung. Wenn der Pegel des flüssigen Arbeitsfluids steigt, steigt der Druck im Kondensator 22, da sich das relative Volumen zwischen Kondensieren und Unterkühlen ändert. Der erhöhte Druck des zur Pumpe 16 hin strömenden flüssigen Arbeitsfluids bietet Vorteile, was ein Erhöhen des Abstands der Pumpe 16 zu Kavitätsbildungen erhöht, indem ein Unterkühlen des Arbeitsfluids (die Temperaturgradzahl unterhalb der Sättigungstemperatur für den gemessenen Druck) erhöht wird, was dabei hilft, dass die Pumpe 16 weiterhin bestmöglich arbeitet oder die Fähigkeit behält, das Fluid zu befördern. Ein Erhöhen des Drucks im Arbeitsfluidkreislauf 25 verringert die Leistung von der Energieumwandlungsvorrichtung 20, da sich der Druckabfall über die Energieumwandlungsvorrichtung 20 verringert, womit der optimale Pegel an flüssigem Arbeitsfluid in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 dann vorliegt, wenn der Pegel so niedrig wie möglich ist, ohne dass dies zu einer Kavitäts- oder Blasenbildung durch die Speisepumpe 16 führt.
Die Belüftungspassage 78 und das Belüftungsventil 80, welches sich physisch nahe dem oberen Bereich des Sammelbehälters 32 befindet, ermöglichen, dass der Druck innerhalb des Sammelbehälters 32 des Fluidverwaltungssystems 24 ähnlich zu dem Druck innerhalb des Kondensators 22 des Arbeitsfluidkreislaufs 25 bei normalem Betrieb ist. Die Belüftungspassage 78 und das Belüftungsventil 80 ermöglichen außerdem, dass Dampf in den Sammelbehälter 32 eintritt oder diesen verlässt, wenn flüssiges Arbeitsfluid in den Sammelbehälter 32 hinein und aus diesem heraus transportiert wird. Dampf, der sich eventuell innerhalb des Sammelbehälters 32 bildet, kann sich durch die Belüftungsleitung 78 und das Belüftungsventil 80 zu dem Kondensator 22 bewegen.
Der Pegel des flüssigen Arbeitsfluids in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 kann über den Fluidpegelsensor 50 oder durch Überwachen der Temperatur und des Drucks des flüssigen Arbeitsfluids, das den Unterkühler 12 verlässt, unter Verwendung der Sensoren 55 festgesetzt werden. Wenn zum Beispiel die Temperatur- und Drucksignale von dem Sensor 55 zu dem Steuerungsmodul 82 anzeigen, dass eine Unterkühlungstemperatur T_sub-cool, die gleich einer Sättigungstemperatur T_Sättigung minus einer gemessenen Temperatur T_Messung ist, niedriger als eine Zielspanne ist und eine Kavitätsbildung in der Speisepumpe 16 auftreten kann, dann kann das Steuerungsmodul 82 Signale zum Schließen des Sammelbehälterfüllventils 36 und zum Öffnen des Sammelbehälterablassventils 40 aussenden, um den Pegel des flüssigen Arbeitsfluids in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 zu erhöhen oder anzuheben. Flüssiges Arbeitsfluid von der Umgehungspassage 60 kann dabei mitwirken, den Pegel des flüssigen Arbeitsfluids in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 anzuheben, wie vorstehend beschrieben. T_Sättigung ist ein Wert, der in dem Steuerungsmodul 82 für einen gegebenen Druck festgelegt ist. T_Messung wird durch die Sensoren 55 aufgenommen.
Wenn die Unterkühlung T_sub-cool zu hoch oder über einem Zielniveau liegt, kann das Steuerungsmodul 82 anordnen, dass sich das Sammelbehälterfüllventil 36 öffnet und das Sammelbehälterablassventil 40 schließt, was ermöglicht, dass flüssiges Arbeitsfluid von der Umgehungspassage 60 durch das Rückschlagventil 64 in den Sammelbehälter 32 hineinströmt. Wie zuvor angemerkt, ist der Öffnungsdruck des normalerweise geschlossenen Rückschlagventils 64 derart, dass es ein Strömen des flüssigen Arbeitsfluid durch das Sammelbehälterfüllventil 36 ermöglicht, selbst wenn der Druck in der Umgehungspassage 60 relativ niedrig ist. Ansonsten könnte das Rückschlagventil 64 ein Abfließen des flüssigen Arbeitsfluids aus dem Sammelbehälter 32 in den Unterkühler 12 hinein ermöglichen, wenn das Sammelbehälterfüllventil 36 geöffnet ist.
Wenn das Unterkühlen T_sub-cool zu niedrig ist, ordnet das Steuerungsmodul 82 an, dass sich das Sammelbehälterablassventil 40 öffnet und das Sammelbehälterfüllventil 36 schließt, wodurch ermöglicht wird, dass flüssiges Arbeitsfluid durch das Ablassventil 40 und durch den Vertreiber 44 in den Unterkühler und den Kondensator 22 hinein strömt. Der Vertreiber 44 agiert in dieser Situation wie ein Venturi-Ventil. Flüssiges Arbeitsfluid, das durch den zweiten Zweig 42 und durch den Vertreiber 44 strömt, erzeugt einen Vakuumdruck auf die Verbindungspassage 38. Dieser Vakuumdruck zieht flüssiges Arbeitsfluid aus dem Sammelbehälter 32 und der Verbindungspassage 38 in den Vertreiber 44 hinein, womit die potenzielle Energie des flüssigen Arbeitsfluids aus der Umgehungspassage 60 genutzt wird. Der Druck des vereinten Fluidstroms, der durch den Vertreiber 44 zu dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 strömt, ist ebenfalls vergrößert.
Wenn T_sub-cool ungefähr den Zielwert beträgt, dann wird jegliches Fluid, das sich von dem Umgehungsventil 58 in das Fluidverwaltungssystem 24 hinein bewegt, direkt durch das Rückschlagventil 64 zu dem Kondensator 22/Unterkühler 12 geleitet, während das Sammelbehälterfüllventil 36 und das Sammelbehälterablassventil 40 durch empfangene Signale des Steuerungsmodul 82 geschlossen werden.
Das Sammelbehälterbelüftungsventil 80 ist normalerweise während dem Betrieb des WHR-Systems 110 geöffnet, wie zuvor beschrieben. Beim Herunterfahren eines zugehörigen Motors ordnet das Steuerungsmodul 82 an, dass sich das Sammelbehälterbelüftungsventil 80 schließt, dass sich das Sammelbehälterfüllventil 36 schließt und dass sich das Sammelbehälterablassventilventil 40 öffnet. Wenn das WHR-System 110 heiß ist, verdampft weiterhin das flüssige Arbeitsfluid in dem Wärmetauscher 18. Dieser Dampf kondensiert weiterhin im Kondensator 22, was ein Überfluten des Kondensators 22 mit flüssigem Arbeitsfluid bewirkt, da die Speisepumpe 16 bei einem Herunterfahren des Motors nicht arbeitet. Der Druck steigt im Kondensator 22 an, da weniger Raum für verdampftes Arbeitsfluid zum Kondensieren verfügbar ist, was zu einem Überdruckzustand führen könnte. Bei geschlossenem Sammelbehälterbelüftungsventil 80 treibt der erhöhte Druck im Kondensator 22 das flüssige Arbeitsfluid durch den Vertreiber 44 in die Verbindungspassage 38 hinein, durch das geöffnete Sammelbehälterablassventil 40, in den ersten Zweig 34 hinein und in den Sammelbehälter 32 hinein. Indem flüssiges Arbeitsfluid in den Sammelbehälter 32 hineingetrieben wird, wird der Kondensator 22 nicht überflutet und sein Druck verbleibt unterhalb des vorgesehen Drucks des Wärmetauschers 18, womit ein Überdruckzustand in dem Kondensator 22 und den weiteren Elementen des Arbeitsfluidkreislaufs 25 vermieden wird. Es ist anzumerken, dass flüssiges Arbeitsfluid nicht von dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 durch das Rückschlagventil 64 strömen kann, da das Rückschlagventil 64 nur einen Betrieb in einer Richtung erlaubt. Jegliches Fluid, das versucht, durch das Rückschlagventil 64 zu strömen, wenn der Druck auf der stromabwärts gelegenen Seite größer ist als auf der stromaufwärts gelegenen Seite, bewirkt ein Schließen des Rückschlagventils 64.
Das Sammelbehälterbelüftungsventil 80 kann als ein Verhältnisventil arbeiten, das zu teilweise geöffneten/geschlossenen Positionen bewegbar ist, oder kann zwischen Positionen schnell moduliert oder gewechselt werden, auch als binärer Betrieb oder Modulation bezeichnet, und durch das Steuerungsmodul 82 gesteuert werden, um den Druck des Kondensators 22 während dem Betrieb des Rankine-Kreisprozesses zu regulieren. Wie zuvor angemerkt, kann der Temperatur- und Drucksensor 55 Signale an das Steuerungsmodul 82 senden. Wenn das Steuerungsmodul 82 einen kurzzeitigen Zustand wahrnimmt, der zu einem erhöhten Druck in dem WHR-System 110 führt, dann kann das Steuerungsmodul 82 anordnen, dass sich das Sammelbehälterbelüftungsventil 80 öffnet oder schließt. Bei geschlossenem Sammelbehälterbelüftungsventil 80 zwingt ein erhöhter Druck das flüssige Arbeitsfluid in den Sammelbehälter 32 hinein, durch den zuvor beschriebenen Fluidpfad, der das Sammelbehälterablassventil 40 umfasst, womit der Druck über das gesamte WHR-System 110 ausgeglichen wird. Bei geöffnetem Sammelbehälterbelüftungsventil 80 kann der Druck über das gesamte System ansteigen.
Das Steuerungsmodul 82 kann auch die Überhitzungstemperatur T_Überhitzung = T_Messung – T_Sättigung des verdampften Arbeitsfluids einstellen. T_Sättigung wird von einem Drucksignal abgeleitet, das das Steuerungsmodul 82 von dem Temperatur- und Drucksensor 57 erhält. T_Messung ist ebenfalls ein Signal, das von dem Sensor 57 empfangen wird. T_Überhitzung hat eine Zielspanne. ist T_Überhitzung niedriger als die Zielspanne, kann das Steuerungsmodul 82 den Strom an flüssigem Arbeitsfluid durch den Arbeitsfluidkreislauf 25 durch Steuern des Umgehungsventils 58 verringern, womit eine Durchflussmenge des Arbeitsfluids reduziert wird, während es bei einem konstant verfügbaren Eingang von Abwärme die Überhitzung erhöht. Das Steuerungsmodul 82 kann außerdem das Unterkühlen verringern. Das Steuerungsmodul 82 kann außerdem den Strom von Abwärme zu dem Wärmetauscherbereich 26 steuern, um einen Wärmeübertrag auf das flüssige Arbeitsfluid zu erhöhen.
Wenn T_Überhitzung über einer Zielspanne liegt, kann das Steuerungsmodul 82 den Strom an Arbeitsfluid durch den Arbeitsfluidkreislauf 25 erhöhen und kann ein Unterkühlen verstärken, um T_Überhitzung zu verringern. Das Steuerungsmodul 82 kann außerdem den Strom an Abwärme durch den Wärmetauscherbereich 26 verringern, um die Überhitzung zu verringern, bis diese die Zielspanne erreicht.
3 zeigt eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines WHR-Systems 210. Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 und 2 arbeiten wie zu den 1 und 2 beschrieben, Diese Elemente sind bei dieser Ausführung nur zum Zwecke der Klarheit beschrieben. Das WHR-System 210 weist ein Fluidverwaltungssystem 124 auf, welches mit einem Arbeitsfluidkreislauf 125 verbunden ist. Ein Steuerungssystem 130 kann bestimmte Elemente des WHR-Systems 210 betreiben.
Der Arbeitsfluidkreislauf 125 weist einen Kondensator 22, einen Unterkühler 12, eine Pumpe 16, einen Wärmetauscherbereich 126 und einen Energieumwandlungsbereich 128 auf.
Der Unterkühler 12 befindet sich stromabwärts zu dem Kondensator 22. Entlang dem Arbeitsfluidkreislauf 125 stromabwärts zu dem Unterkühler 12 ist die Pumpe 16 angeordnet. Der Wärmetauscherbereich 126 ist entlang dem Arbeitsfluidkreislauf 125 stromabwärts zu der Pumpe 16 angeordnet. Der Energieumwandlungsbereich 128 ist entlang dem Arbeitsfluidkreislauf 125 stromabwärts zu dem Wärmetauscherbereich 126 und stromaufwärts zu dem Kondensator 22 angeordnet. Stauluft oder -fluid 52 liefert eine Kühlung für den Kondensator 22 und den Unterkühler 12. Der Unterkühler 12 und der Kondensator 22 können beide auf einer Basisplatte 48 montiert sein.
Das Fluidverwaltungssystem 124 weist einen Übertragungskreislauf 88 und einen Sammelbehälter 32 auf. Der Übertragungskreislauf 88 ist entlang dem Fluidverwaltungssystem 124 angeordnet und verbindet den Sammelbehälter 32 mit dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12. Entlang dem Übertragungskreislauf 88 ist eine bidirektionale Pumpe 86 angeordnet, welche eine elektrische Pumpe sein kann. Die Pumpe 86 ist zwischen dem Sammelbehälter 32 und dem Kondensator 22/Unterkühler 12 fluidmäßig verbunden. Eine Belüftungspassage 94 verbindet den Arbeitsfluidkreislauf 125 mit dem Fluidverwaltungssystem 126. Im spezielleren ist die Belüftungspassage 94 mit einem oberen Bereich des Sammelbehälters 32 und mit einem oberen Bereich des Kondensators 22 verbunden.
Die Speisepumpe 16 neigt zur Blasenbildung, da das flüssige Arbeitsfluid nahe dem Phasenumwandlungspunkt betrieben werden kann. Während großen kurzzeitigen Wärmezufuhren oder abrupten Änderungen der Temperatur der Umgebungsluft des Kondensators kann das Fluid in dem Sammelbehälter sieden, womit die Fähigkeit, das flüssige Arbeitsfluid zu pumpen, verringert wird, was das Kühlen im Wärmetauscherbereich 126 reduziert. Der Betrieb des Übertragungskreislaufes 88, und im spezielleren der bidirektionalen Übertragungspumpe 86, hilft dabei, das WHR-System 210 nahe einem optimalen Betriebspunkt, der eine Kavitätsbildung und die Kühlung ausbalanciert, zu betreiben.
Ein Anheben oder Erhöhen des Pegels an flüssigem Arbeitsfluid in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 erhöht den Bereich und das Volumen für das Unterkühlen, was das Unterkühlen verstärkt und das Volumen fürs Kondensieren verringert. Die Vergrößerung im Volumen des flüssigen Arbeitsfluids erhöht den Druck im Kondensator 22, was die Wahrscheinlichkeit von Kavitäten in der Pumpe 16 verringert und die Fähigkeit verbessert, das flüssige Arbeitsfluid zu pumpen. Das Anheben des Pegels an flüssigem Arbeitsfluid verringert jedoch auch wegen des erhöhten Kondensatordrucks die Turbinenleistung.
Während einer großen Motorenschwankung oder einer Temperaturänderung der Stauluft oder des Kühlfluids 52, kann der Druck des Kondensators 22 schnell fallen, was bewirkt, dass das flüssige Arbeitsfluid in dem Unterkühler 12 sich der Sättigung annähert, das heißt, dass das flüssige Arbeitsfluid dem Phasenumwandlungspunkt näher kommt, an dem das flüssige Arbeitsfluid nahe dem Verdampfen ist. Da das flüssige Arbeitsfluid nahe der Sättigung ist, kann das Arbeiten der Speisepumpe 16 ein lokales Verdampfen des flüssigen Arbeitsfluids bewirkten, was eine Kavitätsbildung in der Speisepumpe 16 verursacht. Solch eine Blasenbildung ist unerwünscht, da sie die Speisepumpe 16 beschädigen kann und auch das WHR-System 210 an einer unerwünschten Stelle unter Druck setzen kann.
Das Steuerungssystem 130 kann ein Steuerungsmodul 182 und einen Kabelstrang 184 aufweisen. Das Steuerungsmodul 182, das ein einzelner Prozessor, ein distributierter Prozessor, ein elektronisches Äquivalent zu einem Prozessor oder irgendeine Kombination der vorgenannten Elemente, sowie Software, ein elektronischer Speicher, festgelegte Nachschlagelisten oder ähnliches sein kann, ist mit bestimmten Komponenten des WHR-Systems 210 verbunden und kann dazu eingerichtet sein, diese zu steuern. Die Verbindung zu den Komponenten des WHR-Systems 210 kann über den Kabelstrang 184 erfolgen, wobei diese Verbindung aber auch über andere Mittel, umfassend ein kabelloses System, erfolgen kann. Das Steuerungsmodul 182 kann eine elektronische Steuerungseinheit (Electronic Control Unit, ECU) oder ein elektronisches Steuerungsmodul (Electronic Control Module, ECM) sein, welches die Leistung eines zugehörigen Motors (nicht dargestellt) und anderer Komponenten sowie Zustandseigenschaften eines Fahrzeugs überwacht.
Das Steuerungsmodul 182 empfängt Temperatur- und Drucksignale von dem Sensor 55, ein Temperatursignal von dem Sensor 56, ein Temperatur- und ein Drucksignal von dem Sensor 57 und ein Fluidpegelsignal von dem Fluidpegelsensor 50, welcher den Zustand des flüssigen Arbeitsfluids anzeiget. Zum Beispiel können die Temperatur und der Druck, die von dem Sensor 55 gemessen wurden, anzeigen, dass eine Unterkühlungstemperatur T_sub-cool, die gleich einer Sättigungstemperatur T_Sättigung minus einer gemessenen Temperatur T_Messung ist, unterhalb einer Zielspanne liegt. Der Temperatursensor 56 kann die Notwendigkeit anzeigen, das Kühlen des Fluids von der Wärmequelle 70 zu ändern. Der Temperatursensor 57 kann eine Notwendigkeit anzeigen, die Überhitzungstemperatur des verdampften Arbeitsfluids zu erhöhen oder zu verringern.
Um eine unerwünschte Kavitätsbildung zu vermeiden, kann das Steuerungsmodul 182 die Übertragungspumpe 86 des Übertragungskreislaufes 88 zum Übertragen von flüssigem Arbeitsfluid von dem Sammelbehälter 32 in den Kondensator 22 und den Unterkühler 12 hinein steuern. Verdampftes Arbeitsfluid kann aus dem Kondensator 22 durch die Belüftungspassage 94 zu dem Sammelbehälter 32 hin strömen, um ein Strömen des flüssigen Arbeitsfluids aus dem Sammelbehälter 32 zu erlauben. Der Druck in dem Kondensator 22 steigt mit dem erhöhten Pegel des flüssigen Arbeitsfluids und das Unterkühlen wird auf das minimal benötigte Niveau verstärkt, was das flüssige Arbeitsfluid in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 weg von dem Sättigungspunkt bewegt.
Zustände in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 können auch zu einem Anstieg des Drucks in dem Kondensator 22 führen. Wenn zum Beispiel der Pegel des flüssigen Arbeitsfluids über ein optimales Niveau hinaus steigt, kann die Leistung des Energieumwandlungsbereichs 128 oder der Energieumwandlungsvorrichtung 20 unter ein nützliches oder wünschenswertes Niveau fallen, da sich der Druckunterschied über die Energieumwandlungsvorrichtung 20 verringert. Wie zuvor kann das Druck- und Temperatursignal von dem Sensor 55 und von dem Fluidpegelsensor 50 anzeigen, dass der Pegel des flüssigen Arbeitsfluids höher als erwünscht ist, was zu einem Unterkühlen, das oberhalb eines Zielwerts liegt, führt. In dieser Situation kann das Steuerungsmodul 182 die Übertragungspumpe 86 des Übertragungskreislaufs 88 zum Befördern von flüssigem Arbeitsfluid aus dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 zu dem Sammelbehälter 32 ansteuern. Wenn flüssiges Arbeitsfluid in den Sammelbehälter 32 hineinströmt, strömt verdampftes Arbeitsfluid aus dem Sammelbehälter 32 durch die Belüftungsleitung 92 in den Kondensator 22 hinein, was eine unerwünschte Drucksausübung auf das flüssige Arbeitsfluid in dem Sammelbehälter 32 verhindert. Als Ergebnis verringert sich der Pegel des flüssigen Arbeitsfluids in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12, wodurch der Druck des verdampften Arbeitsfluids in dem Kondensator 22 reduziert wird, was die Leistung von der Energieumwandlungsvorrichtung 20 erhöht, da die Druckdifferenz über die Energieumwandlungsvorrichtung 20 zunimmt.
4 zeigt eine dritte beispielhafte Ausführungsform eines WHR-Systems 310. Gegenstände mit denselben Bezugszeichen wie Gegenstände in den 1, 2 und 3 arbeiten in einer ähnlichen Weise wie diese Gegenstände, und Beschreibungen von zuvor beschriebenen Gegenständen dienen nur der Klarheit.
Das WHR-System 310 weist ein Fluidverwaltungssystem 224 auf, welches mit einem Arbeitsfluidkreislauf 125 verbunden ist. Ein Steuerungssystem 230 kann verschiedene Elemente des WHR-Systems 210 betreiben.
Das WHR-System 310 weist ein Fluidverwaltungssystem 224 auf, welches mit dem Arbeitsfluidkreislauf 125 verbunden ist. Der Arbeitsfluidkreislauf 125 weist einen Kondensator 22, einen Unterkühler 12, eine Pumpe 16, einen Wärmetauscherbereich 126 und einen Energieumwandlungsbereich 128 auf. Entlang dem Arbeitsfluidkreislauf 125 stromabwärts zu dem Unterkühler 12 ist die Pumpe 16 angeordnet. Entlang dem Arbeitsfluidkreislauf 125 stromabwärts zu der Pumpe 16 befindet sich der Wärmetauscherbereich 126. Stromabwärts zu dem Wärmetauscherbereich 126 und entlang dem Arbeitsfluidkreislauf 125 angeordnet, befindet sich der Energieumwandlungsbereich 128. Der Energieumwandlungsbereich 128 ist mit einer stromaufwärts gelegenen Seite des Kondensators 22 verbunden. Das Steuerungssystem 230 kann bestimmte Elemente des WHR-Systems 310 steuern. Stauluft oder -fluid 52 bietet ein Kohlen des Kondensators 22 und des Unterkühlers 12. Der Unterkühler 12 und der Kondensator 22 können beide auf der Basisplatte 48 montiert sein.
Das Fluidverwaltungssystem 224 weist den Sammelbehälter 32 und einen Übertragungskreislauf 188 auf. Der Übertragungskreislauf 188 ist entlang dem Fluidverwaltungssystem 224 angeordnet und verbindet den Sammelbehälter 32 mit dem Kondensator 22/Unterkühler 12. Der Übertragungskreislauf 188 weist eine Übertragungspumpe 96 und ein Ablassventil 106 auf. Die Übertragungspumpe 96 ist entlang dem Übertragungskreislauf 188 zwischen dem Sammelbehälter 32 und dem Kondensator 22/Unterkühler 12 angeordnet. Das Ablassventil 106 ist ebenfalls entlang dem Übertragungskreislauf 188 zwischen dem Sammelbehälter 32 und dem Kondensator 22/Unterkühler 12 in einer Position in Parallelschaltung zu der Übertragungspumpe 96 angeordnet. Die Übertragungspumpe 96 kann eine elektrische Pumpe sein. Eine Belüftungspassage 94 verbindet den Arbeitsfluidkreislauf 125 mit dem Fluidverwaltungssystem 126. Im spezielleren ist die Belüftungspassage 94 mit einem oberen Bereich des Sammelbehälters 32 und mit einem oberen Bereich des Kondensators 22 verbunden.
Die Speisepumpe 16 neigt zur Kavitätsbildung, da das flüssige Arbeitsfluid nahe des Phasenumwandlungspunktes betrieben wird. Während großen kurzzeitigen Hitzeeingängen oder abrupten Änderungen in der Temperatur der Umgebungsluft des Kondensators, kann das Fluid in dem Sammelbehälter sieden, womit die Fähigkeit, flüssiges Arbeitsfluid zu pumpen, verringert wird, was das Kühlen in dem Wärmetauscherbereich 126 verringert. Der Betrieb des Übertragungskreislaufs 188 hilft dabei, das WHR-System 310 nahe einem optimalen Betriebspunkt zu betreiben, der eine Kavitätsbildung und eine Kühlung ausbalanciert.
Ein Anstieg oder Heben des Pegels des flüssigen Arbeitsfluids in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 vergrößert den Bereich und das Volumen für das Unterkühlen und verringert das Volumen für die Kondensation. Die Vergrößerung im Volumen des flüssigen Arbeitsfluids erhöht das Unterkühlen. Die Vergrößerung im Volumen des flüssigen Arbeitsfluids verringert die Wahrscheinlichkeit von Kavitätsbildungen in der Pumpe 16 und verbessert die Fähigkeit, das flüssige Arbeitsfluid zu pumpen. Das Anheben des Pegels des flüssigen Arbeitsfluids verringert jedoch auch die Leistung von der Energieumwandlungsvorrichtung 20 aufgrund eines erhöhten Drucks in dem Kondensator 22, was den Druckabfall über die Energieumwandlungsvorrichtung 20 verringert.
Während einer großen Motorenschwankung oder einer Temperaturänderung der Stauluft oder des Kühlfluids 52, kann der Druck des Kondensators 22 schnell fallen, was bewirkt, dass das flüssige Arbeitsfluid in dem Unterkühler 12 sich der Sättigung annähert, das heißt, dass das flüssige Arbeitsfluid dem Phasenumwandlungspunkt näher kommt, an dem das flüssige Arbeitsfluid nahe dem Verdampfen ist. Da das flüssige Arbeitsfluid nahe der Sättigung ist, kann das Arbeiten der Speisepumpe 16 ein lokales Verdampfen des flüssigen Arbeitsfluids bewirkten, was eine Blasenbildung in der Speisepumpe 16 verursacht. Solch eine Kavitätsbildung ist unerwünscht, da sie die Speisepumpe 16 beschädigen kann und auch das WHR-System 210 an einer unerwünschten Stelle unter Druck setzen kann.
Das Steuerungssystem 230 kann ein Steuerungsmodul 282 und einen Kabelstrang 284 aufweisen. Das Steuerungsmodul 282, das ein einzelner Prozessor, ein distributierter Prozessor, ein elektronisches Äquivalent zu einem Prozessor oder irgendeine Kombination der vorgenannten Elemente, sowie Software, ein elektronischer Speicher, festgelegte Nachschlagelisten oder ähnliches sein kann, ist mit bestimmten Komponenten des WHR-Systems 310 verbunden und kann dazu eingerichtet sein, diese zu steuern. Die Verbindung zu den Komponenten des WHR-Systems 310 kann über den Kabelstrang 284 erfolgen, wobei diese Verbindung aber auch über andere Mittel, umfassend ein kabelloses System, erfolgen kann. Das Steuerungsmodul 282 kann eine elektronische Steuerungseinheit (Electronic Control Unit, ECU) oder ein elektronisches Steuerungsmodul (Electronic Control Module, ECM) sein, welches die Leistung eines zugehörigen Motors (nicht dargestellt) und anderer Komponenten sowie Zustandseigenschaften eines Fahrzeugs überwacht.
Das Steuerungsmodul 282 empfängt Temperatur- und Drucksignale von dem Sensor 55, ein Temperatursignal von dem Sensor 56, ein Temperatur- und ein Drucksignal von dem Sensor 57 und ein Fluidpegel von dem Fluidpegelsensor 50, welcher den Zustand des flüssigen Arbeitsfluids anzeiget. Zum Beispiel können die Temperatur und der Druck, die von dem Sensor 55 gemessen wurden, anzeigen, dass eine Unterkühlungstemperatur T_sub-cool, die gleich einer Sättigungstemperatur T_Sättigung minus einer gemessenen Temperatur T_Messung ist, unterhalb einer Zielspanne liegt. Der Temperatursensor 56 kann die Notwendigkeit anzeigen, das Kühlen des Fluids von der Wärmequelle 70 zu ändern. Der Temperatur- und Drucksensor 57 kann eine Notwendigkeit anzeigen, die Überhitzungstemperatur des verdampften Arbeitsfluids zu erhöhen oder zu verringern.
Um eine unerwünschte Kavitätsbildung zu vermeiden, kann das Steuerungsmodul 282 das Ablassventil 106 des Übertragungskreislaufs 188 zum Übertragen von flüssigem Arbeitsfluid aus dem Sammelbehälter 32 stromabwärts in den Kondensator 22 und den Unterkühler 12 hinein ansteuern. Das Ablassventil 106 kann als ein Verhältnisventil arbeiten, das zu teilweise geöffneten/geschlossenen Positionen bewegbar ist, oder das zwischen Positionen schnell moduliert oder gewechselt werden kann, was auch binäre Operation oder Modulation genannt wird. Verdampftes Arbeitsfluid kann aus dem Kondensator 22 durch die Belüftungspassage 94 zu dem Sammelbehälter 32 hin strömen, um ein Strömen des flüssigen Arbeitsfluids aus dem Sammelbehälter 32 heraus zu erlauben. Während dem Übertragen von flüssigem Arbeitsfluid aus dem Sammelbehälter 32 zu dem Kondensator 22/Unterkühler 12, kann das Steuerungsmodul 282 anordnen, dass sich die Übertragungspumpe 96 in einem ausgeschalteten oder einem nicht arbeitenden Zustand befindet. Der Druck in dem Kondensator 22 steigt mit dem erhöhten Pegel an flüssigem Arbeitsfluid und das Unterkühlen steigt auf das minimal notwendige Niveau, was das Unterkühlen des flüssigen Arbeitsfluids in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 zu einer Zielspanne hin erhöht.
Zustände in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 können auch zu einem Anstieg des Drucks in dem Kondensator 22 führen, was das Unterkühlen verstärkt. Wenn zum Beispiel der Pegel des flüssigen Arbeitsfluids über ein optimales Niveau hinaus steigt, kann die Leistung des Energieumwandlungsbereichs 128 oder der Energieumwandlungsvorrichtung 20 unter ein nützliches oder wünschenswertes Niveau fallen, da sich der Druckunterschied über die Energieumwandlungsvorrichtung 20 verringert. Das Druck- und Temperatursignal von dem Sensor 55 und von dem Fluidpegelsensor 50 kann anzeigen, dass das Unterkühlen höher als erwünscht ist. In dieser Situation kann das Steuerungsmodul 282 die Übertragungspumpe 96 des Übertragungskreislaufs 188 zum Befördern von flüssigem Arbeitsfluid aus dem Kondensator 22/Unterkühler 12 stromabwärts zu dem Sammelbehälter 32 ansteuern. Das Steuerungsmodul 282 schließt das Ablassventil 106 während dem Transfer von Fluid aus dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12 zu dem Sammelbehälter 32. Verdampftes Arbeitsfluid strömt aus dem Sammerbehälter 32 durch die Belüftungspassage 94 in den Kondensator 22 hinein, was ein unerwünschtes Unterdrucksetzen des flüssigen Arbeitsfluids im Sammelbehälter 32 verhindert. Als Ergebnis verringert sich der Pegel des flüssigen Arbeitsfluids in dem Kondensator 22 und dem Unterkühler 12, wodurch der Druck des verdampften Arbeitsfluids in dem Kondensator 22 reduziert wird und das Unterkühlen reduziert wird, was die Leistung von der Energieumwandlungsvorrichtung 20 erhöht, da die Druckdifferenz über die Energieumwandlungsvorrichtung 20 zunimmt.
Während verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung gezeigt und beschrieben worden sind, ist zu verstehen, dass diese Ausführungen nicht darauf beschränkt sind. Die Ausführungen können durch den Fachmann geändert, modifiziert und weitergehend verwendet werden. Deshalb sind diese Ausführungsformen nicht auf die gezeigten und zuvor beschriebenen Details beschränkt, sondern umfassen auch alle solche Änderungen und Modifikationen.

Claims

Abwärmenutzungssystem für einen Verbrennungsmotor mit: einem Arbeitsfluidkreislauf, der ein Arbeitsfluid enthält; einem Kondensator/einem Unterkühler, der entlang dem Arbeitsfluidkreislauf angeordnet ist und ein flüssiges Arbeitsfluid mit einem ersten Fluidpegel enthält; einem Wärmetauscher, der entlang dem Arbeitsfluidkreislauf stromabwärts zu dem Kondensator/Unterkühler angeordnet ist; einer Energieumwandlungsvorrichtung, die entlang dem Arbeitsfluidkrelslauf zwischen dem Wärmetauscher und dem Kondensator/Unterkühler angeordnet ist; einem Fluidverwaltungssystem, das einen Sammelbehälter, der das flüssige Arbeitsfluid enthält, und einen Übertragungskreislauf, der den Sammelbehälter und den Kondensator/Unterkühler fluidmäßig verbindet, aufweist, wobei das flüssige Arbeitsfluid in dem Sammelbehälter einen zweiten Fluidpegel hat und wobei ein minimaler zweiter Fluidpegel höher ist als ein maximaler erster Fluidpegel; einer Pumpe, die entlang dem Übertragungskreislauf zwischen dem Kondensator/Unterkühler und dem Sammelbehälter angeordnet ist; mindestens einem Sensor, der dazu eingerichtet ist, einen Zustand des Arbeitsfluidkreislaufes zu messen; und einem Steuerungsmodul, das dazu eingerichtet ist, das Zustandssignal von dem mindestens einen Sensor zu empfangen und ein Pumpensteuerungssignal basierend auf dem Zustandssignal zum Steuern des Betriebs der Pumpe zum Übertragen von flüssigem Arbeitsfluid zwischen dem Sammelbehälter und dem Kondensator/Unterkühler zum Ändern des ersten Fluidpegels zu erzeugen.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 1, wobei bei einer nötigen Erniedrigung des ersten Fluidpegels in dem Kondensator/Unterkühler das Steuerungsmodul die Pumpe zum Übertragen von flüssigem Arbeitsfluid aus dem Kondensator und dem Unterkühler zu dem Sammelbehälter ansteuert, um den ersten Fluidpegel zu senken.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 1, wobei bei einem nötigen Anstieg des ersten Fluidpegels das Steuerungsmodul die Pumpe zum Übertragen von flüssigem Arbeitsfluid aus dem Sammelbehälter zu dem Kondensator/Unterkühler ansteuert, um den ersten Fluidpegel zu heben.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Sensor ein Drucksensor ist.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Sensor ein Fluidpegelsensor ist.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Sensor ein Temperatursensor ist.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 1, wobei der Sammelbehälter physisch höher positioniert ist als der Kondensator und der Unterkühler.
Abwärmenutzungssystem für einen Verbrennungsmotor mit: einem Arbeitsfluidkreislauf, der ein Arbeitsfluid enthält; einem Kondensator/Unterkühler, der entlang dem Arbeitsfluidkreislauf angeordnet ist und ein flüssiges Arbeitsfluid mit einem ersten Fluidpegel enthält; einem Wärmetauscher, der entlang dem Arbeitsfluidkreislauf stromabwärts zu dem Kondensator/Unterkühler angeordnet ist; einer Energieumwandlungsvorrichtung, die entlang dem Arbeitsfluidkreislauf zwischen dem Wärmetauscher und dem Kondensator/Unterkühler angeordnet ist; einem Fluidverwaltungssystem, das einen Sammelbehälter, der das flüssige Arbeitsfluid enthält, und einen Übertragungskreislauf, der den Sammelbehälter und den Kondensator/Unterkühler fluidmäßig verbindet, aufweist, wobei das flüssige Arbeitsfluid in dem Sammelbehälter einen zweiten Fluidpegel hat und wobei ein minimaler zweiter Fluidpegel höher ist als ein maximaler erster Fluidpegel; einer Pumpe, die entlang dem Übertragungskreislauf zwischen dem Kondensator/Unterkühler und dem Sammelbehälter angeordnet ist; einem Ventil, das entlang dem Übertragungskreislauf zwischen dem Kondensator/Unterkühler und dem Sammelbehälter parallel zu der Pumpe angeordnet ist; mindestens einem Sensor, der dazu eingerichtet ist, einen Zustand des Arbeitsfluidkreislaufes zu messen; und einem Steuerungsmodul, das dazu eingerichtet ist, das Zustandssignal von dem mindestens einen Sensor zu empfangen, ein Pumpensteuerungssignal und ein Ventilsteuerungssignal basierend auf dem Zustandssignal zum Steuern des Betriebs der Pumpe und des Ventils zum Übertragen von flüssigem Arbeitsfluid zwischen dem Sammelbehälter und dem Kondensator/Unterkühler zum Ändern des ersten Fluidpegels zu erzeugen.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 8, wobei bei einem nötigen Erniedrigen des ersten Fluidpegels das Steuerungsmodul das Ventil auf eine geschlossene Position steuert und die Pumpe zum Übertragen von flüssigem Arbeitsfluid aus dem Kondensator/Unterkühler zu dem Sammelbehälter steuert, um den ersten Fluidpegel zu senken.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 8, wobei bei einem nötigen Heben des ersten Fluidpegels das Steuerungsmodul das Ventil zum Übertragen von flüssigem Arbeitsfluid aus dem Sammelbehälter zu dem Kondensator/Unterkühler steuert, um den ersten Fluidpegel zu heben, und das Steuerungsmodul die Pumpe auf einen Außerbetriebmodus steuert.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine Sensor ein Drucksensor ist.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine Sensor ein Fluidpegelsensor Ist.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine Sensor ein Temperatursensor ist.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 8, wobei der Sammelbehälter physisch höher positioniert ist als der Kondensator/Unterkühler.
Abwärmenutzungssystem für einen Verbrennungsmotor mit: einem Arbeitsfluidkreislauf, der ein Arbeitsfluid enthält; einem Kondensator/Unterkühler, der entlang dem Arbeitsfluidkreislauf angeordnet ist und ein flüssiges Arbeitsfluid mit einem ersten Fluidpegel enthält; einer Pumpe, die entlang dem Arbeitsfluidkreislauf stromabwärts zu dem Kondensator/Unterkühler angeordnet ist; einem Wärmetauscher, der entlang dem Arbeitsfluidkreislaufstrom stromabwärts zu der Pumpe angeordnet ist; einer Energieumwandlungsvorrichtung, die entlang dem Arbeitsfluidkreislauf zwischen dem Wärmetauscher und dem Kondensator/Unterkühler angeordnet ist; einem Fluidverwaltungssystem, das ein Umgehungsventil aufweist, welches zwischen der Pumpe und dem Wärmetauscher angeordnet ist; einem Sammelbehälter, der das flüssige Arbeitsfluid enthält und entlang dem Fluidverwaltungssystem stromabwärts zu dem Umgehungsventil angeordnet ist, wobei das flüssige Arbeitsfluid in dem Sammelbehälter einen zweiten Fluidpegel hat und wobei ein minimaler zweiter Fluidpegel höher ist als ein maximaler erster Fluidpegel; einem Sammelbehälterfüllventil, das entlang dem Fluidverwaltungssystem zwischen dem Umgehungsventil und dem Sammelbehälter angeordnet ist; einem Fluidzweig, der sich entlang dem Fluidverwaltungssystem von einer Stelle zwischen dem Umgehungsventil und dem Sammelbehälterfüllventil zu dem Kondensator/Unterkühler erstreckt; einem Rückschlagventil, das einen Öffnungsdruck hat und einen Strom nur zu dem Kondensator/Unterkühler hin erlaubt und entlang dem Fluidzweig angeordnet ist; einen Vertreiber, der entlang dem Fluidzweig zwischen dem Rückschlagventil und dem Kondensator/Unterkühler angeordnet ist; einer Verbindungspassage, die sich entlang dem Fluidverwaltungssystem von einer Stelle zwischen dem Sammelbehälterfüllventil und dem Sammelbehälter zu dem Vertreiber erstreckt; einem Sammelbehälterablassventil, das entlang der Verbindungspassage angeordnet ist; mindestens einem Sensor, der dazu eingerichtet ist, einen Zustand des Arbeitsfluidkreislaufs zu messen, und einem Steuerungsmodul, das dazu eingerichtet ist, das Signal von dem mindestens einen Sensor zu empfangen, um basierend auf dem Zustandssignal mindestens ein Ventilsteuerungssignal zu erzeugen, um den Betrieb von einem oder mehreren von: dem Umgehungsventil, dem Sammelbehälterfüllventil und dem Sammelbehälterablassventil zu steuern, um flüssiges Arbeitsfluid zwischen dem Sammelbehälter und dem Kondensator/Unterkühler zum Ändern des ersten Fluidpegels zu übertragen.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 15, wobei bei einem nötigen Senken des ersten Fluidpegels das Steuerungsmodul das Umgehungsventil und das Sammelbehälterfüllventil ansteuert, um ein Fließen des flüssigen Arbeitsfluids zu dem Sammelbehälter zu bewirken, und das Steuerungsmodul gleichzeitig das Sammelbehälterablassventil schließt.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 15, wobei bei einem nötigen Anheben des ersten Fluidpegels das Steuerungsmodul das Umgehungsventil ansteuert, das Sammelbehälterfüllventil schließt und das Sammelbehälterablassventil öffnet, um das flüssige Arbeitsfluid von dem Sammelbehälter zu dem Kondensator/Unterkühler zu übertragen.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 15, wobei der mindestens eine Sensor ein Drucksensor ist.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 15, wobei der mindestens eine Sensor ein Fluidpegelsensor ist.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 15, wobei der mindestens eine Sensor ein Temperatursensor ist.
Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 15, wobei der Sammelbehälter physisch höher positioniert ist als der Kondensator/Unterkühler.