DE102016221255A1

DE102016221255A1 - Abwärmenutzungskreislauf, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016221255A1
Application number: DE102016221255.9A
Authority: DE
Inventors: Richard Brümmer; Eberhard Pantow
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-05-03

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abwärmenutzungskreislauf (50), in welcher ein Arbeitsmedium (6) zirkuliert. Der Abwärmenutzungskreislauf (50) umfasst eine Fördereinrichtung (52), einen oder mehrere Verdampfer (53), eine Expansionsmaschine (54), einen Kondensator (55), sowie stromab des Kondensators (55) angeordneten und als Ausgleichsbehältnis wirkenden Behältnis (1). Weiterhin umfasst der Abwärmenutzungskreislauf (50) ein stromab des Behältnisses (1) angeordneten und mit dem Behältnis (1) zusammenwirkenden Wärmeübertrager (51).

Description

Die Erfindung betrifft einen Abwärmenutzungskreislauf, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Kolbenmotoren, wird durch Verbrennen eines Kraftstoffs mechanische Antriebsleistung erzeugt. Ein Großteil der im Kraftstoff enthaltenen chemischen Energie fällt dabei als Wärme ab, die häufig ungenutzt bleibt. Regelmäßig muss sogar ein Teil der nutzbaren Antriebsleistung zum Kühlen der Brennkraftmaschine und deren Aggregate verwendet werden. Mit einer Abwärmenutzungseinrichtung kann die bei einer Brennkraftmaschine anfallende Abwärme genutzt werden, bspw. um weitere Antriebsleistung oder elektrische Energie bereitzustellen. Hierdurch kann der energetische Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert werden.
Derartige Abwärmenutzungseinrichtungen sind beispielsweise aus der EP 2 573 335 A2 und aus der DD 136 280 bekannt.
Eine Abwärmenutzungseinrichtung ist typischerweise als Abwärmenutzungskreislauf ausgebildet, in welchem ein Arbeitsmedium zirkuliert. Mittels eines solchen Abwärmenutzungskreislaufs kann ein Kreisprozess, beispielsweise in Form eines sogenannten Carnot-Prozesses ausgestaltet sein. Im Abwärmenutzungskreis befindet sich ein Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums, der hierzu der Brennkraftmaschine Wärme entzieht. Stromab des Verdampfers befindet sich im Abwärmenutzungskreis eine Expansionsmaschine zum Entspannen des Arbeitsmediums auf einen Niederdruck. Stromab der Expansionsmaschine befindet sich im Abwärmenutzungskreis ein Kondensator zum Verflüssigen des Arbeitsmediums. Stromab des Kondensators ist im Abwärmenutzungskreis eine Kompressionsmaschine zum Komprimieren des Arbeitsmediums auf einen Hochdruck zu finden. Von der Kompressionsmaschine gelangt das Arbeitsmedium wieder zum Verdampfer. Beim Entspannen des Arbeitsmediums in der Expansionsmaschine wird Wärmeenergie in mechanische Antriebsenergie umgewandelt, die direkt als mechanische Antriebsleistung genutzt werden kann oder mit Hilfe eines Generators in elektrische Energie gewandelt werden kann. Die Wärme zum Verdampfen des Arbeitsmediums kann bspw. dem Abgas der Brennkraftmaschine entzogen werden. Zum Fördern des Arbeitsmediums dient eine stromab des Kondensators im Abwärmenutzungskreis angeordnete Pumpe.
Als nachteilig bei einem solchen herkömmlichen Abwärmenutzungskreis erweist es sich, dass durch das Arbeitsmedium in der Pumpe unerwünschte Kavitationseffekte hervorgerufen werden können. Diese können die zu einer Beschädigung der mit dem Arbeitsmedium mechanisch in Kontakt stehenden Komponenten der Pumpe führen. Dies kann im Extremfall sogar eine Zerstörung der Pumpe zur Folge haben.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verwendung in einem Abwärmenutzungskreis zu schaffen, die der Ausbildung von unerwünschten Kavitationseffekten in der das Arbeitsmedium antreibenden Pumpe entgegenwirkt.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, im Abwärmenutzungskreislauf ein Ausgleichsbehältnis für einen Abwärmenutzungskreis - nachfolgend der Einfachkeit halber als „Behältnis“ bezeichnet - bereitzustellen, welches eine Unterkühlung des Arbeitsmediums bewirkt, so dass dieses möglichst nur in flüssiger Phase durch die Pumpe strömt. Unerwünschte Kavitationseffekte können auf diese Weise weitgehend oder sogar vollständig vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Behältnis mit einem, vorzugsweise starren, Gehäuse auszustatten, welches von einem Arbeitsmedium eines Abwärmenutzungskreislaufs durchströmbar ist. Im Gehäuse wiederum ist eine fluiddichte, wärmeleitende und volumen-variable Umhüllung angeordnet. Dieses dient dazu, das effektive Volumen des vom Gehäuse begrenzten Gehäuseinnenraums zu variieren, was für die angestrebte Unterkühlung des Arbeitsmediums von wesentlicher Bedeutung ist. In das Gehäuse kann direkt das Arbeitsmedium des Abwärmenutzungskreislaufs eingeleitet werden. Während des Durchströmens des Gehäuses kann das Arbeitsmedium über die wärmeleitende Umhüllung mit dem Hilfsmedium in thermische Wechselwirkung treten. Typischerweise weist das Arbeitsmedium beim Eintritt in das Behältnis dabei eine höhere Temperatur auf als das stationär im Behältnis vorhandene Hilfsmedium. Aufgrund der wärmeleitenden Eigenschaften der Umhüllung wird Wärme vom wärmeren Arbeitsmedium auf das kältere Hilfsmedium übertragen, bis sich ein Temperaturgleichgewicht zwischen Arbeitsmedium und Hilfsmedium einstellt. Erreicht dabei die Temperatur des Hilfsmediums seine Siedetemperatur, so beginnt die flüssige Phase des Hilfsmediums wenigstens teilweise zu verdampfen. Dies führt zu einer Vergrößerung des von der Umhüllung begrenzten Umhüllungs-Innenraum durch Expansion der volumen-variablen Umhüllung. Dies führt wiederum zu einer Erhöhung des Drucks des Arbeitsmediums so lange, bis sich im Hilfsmedium ein Gleichgewicht zwischen flüssiger und gasförmiger Phase eingestellt hat. In diesem Gleichgewichtszustand entspricht der Fluiddruck des Arbeitsmediums dem Siededruck des Hilfsmediums. Wählt man das Arbeitsmedium und das nun Hilfsmedium derart, dass die Siedetemperatur des Hilfsmediums geringer ist als jene des Arbeitsmediums, so lässt sich dauerhaft erreichen, dass das Arbeitsmedium wie gewünscht im flüssigen Zustand der Unterkühlung durch den Abwärmenutzungskreislaufs strömt. Insbesondere lässt sich sicherstellen, dass sich ohne aktives Zutun von außen das gewünschte Unterkühlungsniveau einstellt.
Gelangt aus einem dem Behältnis vorgeschalteten Kondensator des Abwärmenutzungskreislaufs ein Arbeitsmedium mit reduzierter Temperatur in den Gehäuseinnenraum, so nimmt durch Wärmeübertragung innerhalb kurzer Zeit auch die Temperatur des Hilfsmediums ab, und ein Teil der darin enthaltenen gasförmigen Phase kondensiert zur flüssigen Phase, wodurch das Volumen des Umhüllungs-Innenraum verringert wird. Dabei kommt es zu einer Verlagerung des Arbeitsmittels vom Kondensator in das Behältnis, wodurch die Unterkühlung reduziert wird. Dies geschieht, bis die Unterkühlung wieder das gewünschte Maß erreicht hat.
Gelangt hingegen Arbeitsmittel in Dampfform aus dem Kondensator in den Gehäuseinnenraum, so nimmt der Fluiddruck durch das zusätzliche Dampfvolumen unmittelbar zu, wodurch die vollständige Kondensation am Kondensator-Austritt ohne Zutun einer externen Regelung automatisch, also ohne Zutun einer externen Regelung, wiederhergestellt wird.
Im Betrieb der Abwärmenutzungseinrichtung können sich in dem in den Abwärmenutzungskreis integrierten Ausgleichsbehältnis eine Dampf- und eine Flüssigphase des Arbeitsmediums derart einstellen, dass sich ein Kondensationsdruck ergibt, bei welchem die Unterkühlung des Arbeitsmediums im Wesentlichen konstant bleibt. Gelangt aus dem Kondensator ein unterkühltes, flüssiges Arbeitsmedium in das Ausgleichsbehältnis, so kondensiert ein Teil des darin enthaltenen Dampfes aus, und der Fluiddruck des Arbeitsmediums im Ausgleichsbehältnis nimmt ab. Gelangt hingegen Dampf aus dem Kondensator in das Ausgleichsbehältnis, so nimmt der Fluiddruck im Ausgleichsbehältnis aufgrund des zusätzlichen Dampfvolumens zu. Im Ergebnis wird eine vollständige Kondensation des Arbeitsmediums beim Austritt aus dem Kondensator sichergestellt, ohne dass hierzu ein zusätzlicher, externer Regelmechanismus erforderlich wäre. Durch eine Anordnung der Pumpe unmittelbar stromab des Ausgleichsbehältnisses kann also gewährleistet werden, dass das Arbeitsmedium des Abwärmenutzungskreises stets in flüssiger Form in die Pumpe eintritt. Dies führt dazu, dass keine unerwünschte Kavitation innerhalb der Pumpe auftreten kann.
Um eine vollständige Kondensation des Arbeitsmediums auch in hochtransienten Betriebszuständen des Abwärmenutzungskreislaufs zu gewährleisten, muss der Fluiddruck des Arbeitsmediums auf der Niederdruckseite des Abwärmenutzungskreislaufs schnell an die nachlassende Unterkühlung angepasst werden. Dazu ist ein guter Wärmeübergang zwischen dem Arbeitsmedium und dem Hilfsmedium notwendig. Insbesondere in Übertragungsrichtung vom Arbeitsmedium in das Hilfsmedium hinein muss der Wärmeübergang so gut sein, dass genug Hilfsmedium verdampfen kann, um den Druck im Ausgleichsgefäß schnell genug ansteigen zu lassen. Auf diese Weise kann unvollständige Kondensation des Arbeitsmediums und damit Kavitation für das Arbeitsmedium auch für hochtransiente Betriebszustände sicher vermieden werden.
Eine solche, schnelle Druckerhöhung kann mittels des zusätzlichen Wärmeübertragers erreicht werden, der hierfür sowohl vom Arbeitsmedium als auch - fluidisch getrennt - vom Hilfsmedium durchströmt wird. Ein solcher Wärmeübertrager umfasst zumindest einen ersten Fluidpfad, der von dem Arbeitsmedium durchströmt ist. Außerdem umfasst der Wärmeübertrager zumindest einen zweiten Fluidpfad, der fluidisch getrennt vom zumindest einen ersten Fluidpfad und thermisch mit diesem gekoppelt vom Hilfsmedium durchströmt ist. Durch Wärmeübertragung zwischen dem Hilfsmedium und dem Arbeitsmedium im Wärmeübertrager kann die gewünschte, schnelle Erhöhung des Fluiddrucks des Arbeitsmediums erreicht werden. Dies führt im Ergebnis zu einer besonders wirksamen Unterdrückung unerwünschter Kavitationseffekte im Abwärmenutzungskreislauf.
Ein erfindungsgemäßer Abwärmenutzungskreislauf, in welchem ein Arbeitsmedium zirkuliert, umfasst eine Fördereinrichtung, insbesondere einer Förderpumpe, zum Fördern des Arbeitsmediums. Der Abwärmenutzungskreislauf umfasst weiterhin einen stromab der Fördereinrichtung angeordneten Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums. Der Abwärmenutzungskreislauf umfasst weiterhin eine stromab des Verdampfers angeordnete Expansionsmaschine. Der Abwärmenutzungskreislauf umfasst ferner einen stromab der Expansionsmaschine angeordneten Kondensator. Außerdem umfasst der Abwärmenutzungskreislauf ein stromab des Kondensators angeordnetes und als Ausgleichsbehältnis wirkendes Behältnis. Erfindungsgemäß umfasst das Behältnis ein einen Gehäuseinnenraum begrenzendes Gehäuse. Das Gehäuse ist derart ausgebildet, dass der Gehäuseinnenraum von einem Arbeitsmedium durchströmt werden kann. Im Gehäuseinnenraum ist eine Umhüllung angeordnet, welche von einem Hilfsmedium durchströmbar ist. Die Umhüllung ist fluiddicht und wenigstens bereichsweise wärmeleitend ausgebildet und begrenzt einen Umhüllungs-Innenraum variablen Volumens. Weiterhin umfasst der Abwärmenutzungskreislauf zumindest einen Wärmeübertrager, der stromab und/oder stromauf des Behältnisses im Abwärmenutzungskreislauf angeordnet ist. Der Wärmeübertrager besitzt zumindest einen ersten Fluidpfad, der von dem Arbeitsmedium durchströmt werden kann, und zumindest einen zweiten Fluidpfad, der fluidisch getrennt vom zumindest einen ersten Fluidpfad und thermisch mit diesem gekoppelt vom Hilfsmedium durchströmt werden kann. Der Wärmeübertrager kann als herkömmlicher Wärmetauscher, insbesondere als Stapelscheibenwärmetauscher oder Rohrbündel-Wärmetauscher ausgebildet sein. Die Begriffe „Wärmeübertrager“ und „Wärmetauscher“ werden vorliegend äquivalent verwendet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kommuniziert der zumindest eine zweite Fluidpfad des Wärmeübertragers zur Ausbildung eines Fluidkreislaufs für das Hilfsmedium mit dem Umhüllungs-Innenraum, welcher im Gehäuseinnenraum des Behältnisses von der Umhüllung begrenzt ist. Auf diese Weise kann eine besonders effektive thermische Kopplung des Hilfsmediums mit dem Arbeitsmedium im Wärmeübertrager erzielt werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist im Fluidkreislauf eine Hilfsmedium-Fördereinrichtung, insbesondere eine Pumpvorrichtung, zum Zirkulieren des Hilfsmediums angeordnet. Auf diese Weise wird die Durchströmung des Wärmeübertragers mit dem Hilfsmedium sichergestellt, was den Wärmeübergang zwischen Hilfsmedium und Arbeitsmedium verbessert. Bei einer vereinfachten Variante, welche sich dem Transportmechanismus der natürlichen Konvektion bedient, kann auf eine solche Hilfsmedium-Fördereinrichtung auch verzichtet sein.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung erstreckt sich der Wärmeübertrager in einer Gebrauchslage über eine gesamte Behältnis-Höhe des Behältnisses hinweg. Dadurch befinden sich im Betrieb des Abwärmenutzungskreislaufs eine flüssige und eine gasförmige Phase im Wärmeübertrager. Somit kann auch die Kondensation des Hilfsmediums durch den Wärmeübertrager beschleunigt werden, wodurch auch ein schneller Druckabfall erreicht wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind im Abwärmenutzungskreislauf zwei Wärmeübertrager vorhanden. Ein erster Wärmeübertrager ist bei dieser Variante stromauf des Behältnisses angeordnet, und ein zweiter Wärmeübertrager ist stromab des Behältnisses angeordnet. Auch bei dieser Variante werden im Betrieb des Abwärmenutzungskreislaufs eine flüssige und eine gasförmige Phase im Wärmeübertrager erzeugt. In diesem Fall kann auch die Kondensation des Hilfsmediums durch den Wärmeübertrager beschleunigt werden, wodurch auch ein schneller Druckabfall erreicht wird.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Behältnis in einer Gebrauchslage des Abwärmenutzungskreislaufs oberhalb des Kondensators, vorzugsweise geodätisch am höchsten Punkt des Abwärmenutzungskreislaufs, angeordnet. Auf diese Weise kann eine wirksame Entlüftung des Abwärmenutzungskreislaufs sichergestellt werden, da sich am Eintritt des Kondensators die in der Dampfphase mitgerissene Luft ansammelt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Kondensator und dem Behältnis eine Entlüftungsleitung ausgebildet, in welcher ein Drosselventil angeordnet ist. Auf diese Weise kann ein allzu großer Übertritt von Dampf in das Kondensat des Arbeitsmediums vermieden werden. Die Unterkühlung wird zwar unabhängig vom Dampfmassenstrom im Ausgleichsbehältnis geregelt, auch wenn Dampf dem Kondensat beigemischt wird, dies wirkt sich aber ungünstig auf den thermodynamischen Wirkungsgrad des Abwärmenutzungskreislaufs aus, wenn mit einer gegebenen Kühlwassertemperatur kondensiert wird. Durch das Beimischen von Dampf zum Kondensat steigt der Fluiddruck des Arbeitsmediums auf der Niederdruckseite des Abwärmenutzungskreislaufs an, was durch starkes Androsseln der Entlüftungsleitung minimiert wird.
Bevorzugt können am Gehäuse ein Arbeitsmedium-Einlass und ein Arbeitsmedium-Auslass zum Ein- und Ausleiten des Arbeitsmediums in den Gehäuseinnenraum bzw. aus dem Gehäuseinnenraum vorhanden sein. Außerdem sind bei dieser Variante am Gehäuse auch ein Hilfsmedium-Einlass und ein Hilfsmedium-Auslass zum Ein- und Ausleiten des Hilfsmediums in den Umhüllungs-Innenraum bzw. aus dem Umhüllungs-Innenraum vorhanden.
Besonders zweckmäßig sind der Arbeitsmedium-Einlass und der Arbeitsmedium-Auslass und der Hilfsmedium-Einlass und der Hilfsmedium-Auslass in einer gemeinsamen, vorzugsweise eben ausgebildeten, Gehäusewand des Gehäuses angeordnet. Diese Variante erfordert besonders wenig Bauraum und ist auch technisch besonders einfach zu realisieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Hilfsmedium im interessierenden Druckbereich eine Siedetemperatur auf, die vorzugsweise um wenigstens 10K, höchst vorzugsweise um wenigstens 14K, kleiner ist als die Siedetemperatur des Arbeitsmediums. Die Bereitstellung eines Hilfsmediums mit gegenüber dem Arbeitsmedium reduzierter Siedetemperatur ermöglicht auf einfache Weise die angestrebte Unterkühlung des Arbeitsmediums im Betrieb im Abwärmenutzungskreislauf.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Umhüllung des Behältnisses zum Temperaturausgleich zwischen dem Arbeitsmedium und dem Hilfsmedium zumindest bereichsweise ein wärmeübertragendes Material umfassen.
Zur Realisierung der erfindungswesentlichen Volumen-Variabilität des Umhüllungs-Innenraum wird vorgeschlagen, die Umhüllung mit einer fluiddicht und federelastisch verformbaren Membran zu versehen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Umhüllung als (erster) Faltenbalg ausgebildet. Ein solcher (erster) Faltenbalg erlaubt eine gezielte Ausdehnung der Umhüllung entlang einer vorbestimmten Richtung, entlang weleher sich das balgartig ausgebildete Material des Faltenbalgs erstreckt. Dies führt zu einem reduzierten Bedarf an Bauraum für das Behältnis.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist im Gehäuseinnenraum ein zweiter Faltenbalg angeordnet. Der zweite Faltenbalg begrenzt einen Faltenbalg-Innenraum, der fluidisch mit dem Arbeitsmedium-Einlass und dem Arbeitsmedium-Auslass kommuniziert. Auf diese Weise kann der Faltenbalg-Innenraum von dem Arbeitsmedium durchströmt werden.
Besonders bevorzugt ist der zweite Faltenbalg zumindest teilweise durch eine fluiddichte und federelastisch ausgebildete Membran realisiert.
Zweckmäßig können der Arbeitsmedium-Einlass und der Arbeitsmedium-Einlass in einer ersten Gehäusewand des Gehäuses angeordnet sein. Bei dieser Variante sind und der Hilfsmedium-Einlass und der Hilfsmedium-Auslass in einer zweiten Gehäusewand des Gehäuses angeordnet, die der ersten Gehäusewand gegenüberliegt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist im Gehäuseinnenraum eine Trenneinrichtung angeordnet, welche den Gehäuseinnenraum in einen vom Arbeitsmedium durchströmbaren ersten Teilraum und einen fluidisch vom ersten Teilraum getrennten, zweiten Teilraum unterteilt. Wird der zweite Teilraum mittels einer im Gehäuse vorgesehenen Druckausgleichsöffnung fluidisch mit der äußeren Umgebung des Behältnisses verbunden, so kann das wirksame Volumen des Behältnisses zum Durchströmen mit dem Arbeitsmedium beim Kaltabstellen des Abwärmenutzungskreislaufs verringert werden. Somit steht stets ein ausreichendes Fluidvolumen für die Flutung der Komponenten des Abwärmenutzungskreislaufs zur Verfügung, die im Betrieb mit Dampf gefüllt sein können. Beim Kaltabstellen oder bei Absenkung des Kondensationsdruckes unter den Umgebungsdruck kann also ein Teil des im Behältnis vorhandenen Arbeitsfluids zu besagter Flutung verwendet werden. Mittels des vom ersten Teilraum getrennten zweiten Teilraums kann dabei durch Druckausgleich ein Unterdruck im Ausgleichbehältnis erzielt werden. Im Ergebnis wird auf diese Weise beim Kaltabstellen eine unerwünschte Verunreinigung des Arbeitsmediums mit Luft aufgrund von Leckage in den im Abwärmenutzungskreislauf vorhandenen Dichtungen vermieden.
Besonders bevorzugt umfasst die Trenneinrichtung des Behältnisses ein Trennelement aus einem fluiddichten und federelastisch verformbaren Material zum Variieren des Volumenverhältnisses der beiden Teilräume relativ zueinander.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch:

1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Abwärmenutzungskreislauf in einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung,
2 ein im Abwärmenutzungskreislauf angeordnetes Ausgleichsbehältnis in einer separaten Detaildarstellung,
3 eine Variante des Ausgleichsbehältnisses der 2.

Die 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Abwärmenutzungskreislaufs 50, in welchem das vorangehend vorgestellte Behältnis 1 angeordnet ist und in welchem das Arbeitsmedium 6 zirkuliert. Im Abwärmenutzungskreislauf 50 ist stromab des Behältnisses 1 eine Fördereinrichtung 52 in Form einer Förderpumpe zum Fördern des Arbeitsmediums 6 angeordnet. Stromab der Fördereinrichtung 52 sind zwei Verdampfer 53 angeordnet, in welchen das Arbeitsmedium 6 verdampft wird. Stromab der Verdampfer 53 ist eine Expansionsmaschine 54 angeordnet. Stromab der Expansionsmaschine 54 ist ein Kondensator 55 vorgesehen, auf welchen wiederum das als Ausgleichsbehältnis wirkendes Behältnis 1 folgt. Stromab des Behältnisses 1 ist ein Wärmeübertrager 51 angeordnet. Stromab des Wärmeübertragers 51 folgen dann wieder die beiden Verdampfer 53, so dass der Abwärmenutzungskreislauf 50 einen geschlossenen Kreislauf ausbildet. Zwischen dem Kondensator 55 und dem Behältnis 1 kann optional eine Filtereinrichtung 56 zum Filtern des Arbeitsmediums 6 vorgesehen sein.
Anhand der 2 wird im Folgenden der Aufbau und die Funktionsweise des Behältnisses 1 sowie dessen Zusammenwirken mit dem Wärmeübertrager 51 (vgl. 1) erläutert. Das Behältnis 1 besitzt ein mechanisch starres Gehäuse 2, welches einen Gehäuseinnenraum 3 mit einem vorbestimmten Volumen begrenzt. Der Gehäuseinnenraum 3 wird von einem Arbeitsmedium 6 durchströmt. Dieses kann über einen am Gehäuse 2 vorgesehenen Arbeitsmedium-Einlass 12 in den Gehäuseinnenraum 3 eingeleitet und über einen ebenfalls am Gehäuse 2 vorgesehenen Arbeitsmedium-Auslass 13 wieder aus dem Gehäuseinnenraum 3 ausgeleitet werden. Im Gehäuseinnenraum 3 ist eine Trenneinrichtung 8 angeordnet. Die Trenneinrichtung 8 unterteilt den Gehäuseinnenraum 3 in einen mit dem Arbeitsmedium 6 befüllbaren ersten Teilraum 10a und einen fluidisch vom ersten Teilraum 10a getrennten, zweiten Teilraum 10b. Der Fluideinlass 12 und der Fluidauslass 13 sind dabei fluidisch mit dem ersten Teilraum 10a verbunden. Die Trenneinrichtung 8 umfasst ein Trennelement 9 aus einem fluiddichten und federelastischen Material zum Variieren des Volumenverhältnisses der beiden Teilräume 10a, 10b zueinander. Das Trennelement 9 kann als Membran realisiert sein und beispielsweise ein Elastomer umfassen. Das Trennelement 9 kann direkt, also ohne weitere Befestigungsmittel, mittels einer Klebverbindung innenseitig am Gehäuse 2 befestigt sein. Anstelle einer direkten Befestigung mit Hilfe einer Klebverbindung ist alternativ auch die Verwendung einer anderen Befestigungsmethode, beispielsweise eine Klemm- oder Schraubverbindung, vorstellbar. In diesem Fall ist es erforderlich, die Trenneinrichtung 8 mit geeigneten Befestigungselementen auszustatten, mittels welcher besagte Klemm- bzw. Schraubverbindung des Trennelements 9 am Gehäuse 2 realisiert werden kann.
Wie die 2 außerdem erkennen lässt, ist am im Gehäuse 2 des Behältnisses 1 eine Öffnung 15 zum Druckausgleich vorhanden, welche den zweiten Teilraum 10b fluidisch mit der äußeren Umgebung 14 des Behältnisses 1 verbindet, so dass der Fluiddruck im zweiten Teilraum 10b stets dem Fluiddruck in der äußeren Umgebung 14 entspricht. Ferner ist im Gehäuse 2 auch eine Befüll- und Entlüftungsöffnung 16 mit einem vom Gehäuse 2 nach außen, vom Gehäuseinnenraum 3 weg abstehenden Befüll- und Entlüftungsstutzen 17 vorgesehen. Die Befüll- und Entlüftungsöffnung 16 verbindet den ersten Teilraum 10a des Gehäuseinnenraums 3 fluidisch mit der äußeren Umgebung 14 des Behältnisses 1. Der Befüll- und Entlüftungsstutzen 17 kann mittels einer geeignet ausgebildeten Dichtkappe 18 verschlossen sein.
Im ersten Teilraum 10a des Gehäuseinnenraums 3 ist ferner eine Umhüllung 4 angeordnet, welche fluiddicht und wenigstens bereichsweise wärmeleitend ausgebildet ist. Die Umhüllung 4 begrenzt einen Umhüllungs-Innenraum 5 variablen Volumens und ist von einem Hilfsmedium 7 durchströmbar. Hierzu sind am Gehäuse 2 ein Hilfsmedium-Einlass 58 und ein Hilfsmedium-Auslass 59 zum Ein- und Ausleiten des Hilfsmediums 7 in den Umhüllungs-Innenraum 5 bzw. aus dem Umhüllungs-Innenraum 5 vorhanden. Bevorzugt sind der Arbeitsmedium-Einlass 12, der Arbeitsmedium-Auslass 13, der Hilfsmedium-Einlass 58 und der Hilfsmedium-Auslass 59 in einer gemeinsamen, vorzugsweise eben ausgebildeten Gehäusewand 26 des Gehäuses 2 angeordnet.
Die Umhüllung 4 kann wie in 2 schematisch eine fluiddichte und federelastische Membran 11 umfassen, die als (erster) Faltenbalg 19 ausgebildet ist. Die Membran 11 umfasst ein federelastisches Material, welches zum Temperaturausgleich zwischen dem Arbeitsmedium 6 und dem Hilfsmedium 7 ein wärmeübertragendes Material umfasst. In Betracht kommt in analoger Weise zum Trennelement ein Elastomer. Im Beispiel der 2 komplettiert die Gehäusewand 26 den Faltenbalg 19 zur Umhüllung 4.
Wie 2 weiterhin erkennen lässt, ist das Hilfsmedium 7 im Umhüllungs-Innenraum 5 sowohl in einer Gasphase 7a als auch in einer flüssigen Phase 7b vorhanden. Die Siedetemperatur des Hilfsmediums 7 weist einen um 10K, vorzugsweise um wenigstens 14K geringeren Wert auf als die Siedetemperatur des Arbeitsmediums 6. Das Arbeitsmedium 6 ist daher vorzugsweise Ethanol, das Hilfsmedium 7 Methanol.
In dem in 2 gezeigten Zustand weisen das Arbeitsmedium 6 und das Hilfsmedium 7 eine annähernd gleiche Temperatur auf. Dieser Zustand kann durch Wärmetransport vom ursprünglich heißeren Arbeitsmedium 6 auf das ursprünglich kühlere Hilfsmedium 7 durch die wärmeübertragende Membran 11 hindurch hergestellt werden. Durch besagte Wärmeaufnahme durch das Hilfsmedium 7 bildet dieses die in 2 gezeigte, teilweise flüssige Phase 7b aus. Damit wiederum geht eine Erhöhung des Fluiddrucks des Arbeitsmediums 6 einher, bis sich im von der Membran 11 begrenzten Umhüllungs-Innenraum 5 ein Gleichgewicht zwischen flüssiger Phase 7a und Gasphase 7b einstellt. Der Fluiddruck des Arbeitsmediums 6 im Gehäuseinnenraum 3 entspricht dann dem Siededruck des Hilfsmediums 7 im Umhüllungs-Innenraum 5. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich im Arbeitsmedium 6 - insbesondere ohne aktives Zutun von außen - stets das für den Betrieb in einem Abwärmenutzungskreislauf 50 gewünschte Unterkühlungsniveau einstellt: Gelangt aus dem dem Behältnis 1 vorgeschalteten Kondensator 55 des Abwärmenutzungskreislaufs 50 das Arbeitsmedium 6 mit reduzierter Temperatur in den Gehäuseinnenraum 3, so nimmt durch Wärmeübertragung innerhalb kurzer Zeit auch die Temperatur des Hilfsmediums 7 ab und ein Teil der darin enthaltenen gasförmigen Phase 7a kondensiert zur flüssigen Phase 7b aus. Damit einhergehend reduziert sich der Fluiddruck des Hilfsmediums 7 und somit auch des Arbeitsmediums 6. Dies geschieht so lange, bis die Unterkühlung des Arbeitsmediums 6 wieder das gewünschte Maß erreicht hat. Gelangt hingegen das Arbeitsmedium 6 mit hoher Temperatur und somit in Gasform, also in Form von Dampf, aus dem Kondensator 55 in den Gehäuseinnenraum 3, so nimmt der Fluiddruck von Arbeitsmedium 6 und Hilfsmedium 7 zu, so dass die vollständige Kondensation am Kondensator-Austritt automatisch, also ohne Zutun einer externen Regelung, hergestellt wird.
Um beim Kaltabstellen des Abwärmenutzungskreislaufs 50 eine Verunreinigung des Arbeitsfluids 6 mit Luft aufgrund von Leckagen in Dichtungen zu vermeiden, muss das Auftreten eines Unterdrucks im Gehäuseinnenraum 3 möglichst vermieden werden. Dies geschieht mit Hilfe des zweiten Teilraums 10b, der fluidisch mit der äußeren Umgebung 14 des Behältnisses 1 verbunden ist, so dass das Volumen des ersten Teilraums 10a im Zuge eines etwaig auftretenden Druckabfalls im ersten Teilraum 10a unmittelbar verringert werden kann. Auf diese Weise können diejenigen Komponenten des Abwärmenutzungskreislaufs 50, die im Betrieb mit dem Arbeitsmedium 6 in gasförmiger Phase befüllt sind, mit dem Arbeitsmedium 6 in flüssiger Phase geflutet werden.
Unterschreitet also der Fluiddruck im ersten Teilraum 10a einen minimal zulässigen Schwelldruck, so kontrahiert das erste Teilvolumen 10a mit Hilfe der flexiblen Trenneinrichtung 8, so dass sich der entstandene Unterdruck wieder abbauen kann. Um besagten Unterdruck im Behältnis 1 zu verhindern, steht der zweite Teilraum 10b über die Öffnung 15 mit der äußeren Umgebung 14 in Kontakt, so dass ein Druckausgleich möglich ist kann. Wie ein Vergleich der 2 mit der Darstellung der 1 zeigt, wird durch Bewegung des Trennelements 9 von der Gehäusewandung des Gehäuses 2 weg das Volumen des zweiten Teilraums 10b gegenüber dem Zustand der 2 vergrößert und jenes des ersten Teilraums 10a verkleinert. Der 2 entnimmt man weiterhin, dass aufgrund der Druckreduktion des Fluiddrucks im ersten Teilraum 10a auch das Volumen des von der Umhüllung 4 begrenzten Umhüllungs-Innenraum 5 abnimmt, so dass die im Zustand der 2 noch vorhandene Gasphase 7a des Hilfsmedium 7 vollständig auskondensiert.
Betrachtet man nun wieder die Darstellung der 1, so erkennt man, dass im Abwärmenutzungskreislauf 50 stromab des Behältnisses 1 ein Wärmeübertrager 51 angeordnet ist. Um eine vollständige Kondensation des Arbeitsmediums 6 in hochtransienten Betriebszuständen des Abwärmenutzungskreislaufs 50 zu gewährleisten, muss der Fluiddruck des Arbeitsmediums 6 auf der Niederdruckseite des Abwärmenutzungskreislaufs 50 schnell an die nachlassende Unterkühlung angepasst werden. Dazu ist ein guter Wärmeübergang zwischen dem Arbeitsmedium und dem Hilfsmedium notwendig. Insbesondere in Übertragungsrichtung vom Arbeitsmedium 6 in das Hilfsmedium 7 hinein muss der Wärmeübergang so gut sein, dass genug Hilfsmedium 7 verdampfen kann, um den Druck im Behältnis 1 schnell genug steigen zu lassen. Auf diese Weise kann unvollständige Kondensation des Arbeitsmediums 6 und damit Kavitation für das Arbeitsmedium 6 auch für besagte hochtransiente Betriebszustände sicher vermieden werden. Eine solche schnelle Druckerhöhung kann mittels des Wärmeübertragers 51 erreicht werden, der hierfür sowohl vom Arbeitsmedium 6 als auch - fluidisch getrennt - vom Hilfsmedium 7 durchströmt wird.
Der Wärmeübertrager 51 umfasst entsprechend 1 zumindest einen ersten Fluidpfad 57a, der im Abwärmenutzungskreislauf 50 angeordnet ist und von dem im Abwärmenutzungskreislauf 50 zirkulierenden Arbeitsmedium 6 nach dem Verlassen des Behältnisses 1 durchströmt wird. Weiterhin umfasst der Wärmeübertrager 51 zumindest einen zweiten Fluidpfad 57b, der fluidisch getrennt vom zumindest einen ersten Fluidpfad 57a vom Hilfsmedium 7 durchströmt wird: Der erste Fluidpfad 57a ist thermisch an den zweiten Fluidpfad 57b gekoppelt. Auf diese Weise kann Wärme zwischen dem Arbeitsmedium 6 und dem Hilfsmedium 7 übertragen werden. Der zweite Fluidpfad 57b kommuniziert über Verbindungsleitungen 61 mit dem Umhüllungs-Innenraum 5 und bildet auf diese Weise für das Hilfsmedium 7 einen Fluidkreislauf 60 aus.
Der genaue konstruktive Aufbau des Wärmeübertragers 51 ist nicht Kern der vorliegenden Erfindung, so dass im Folgenden auf eine genauere Erläuterung diesbezüglich verzichtet werden kann. Selbstredend kann der Wärmeübertrager 51 mehrere erste und zweite Fluidpfade 57a, 57b aufweisen und hierzu beispielsweise als Stapelscheiben-Wärmeübertrager oder als Rohrbündel-Wärmeübertrager ausgebildet sein. Desweiteren kann der Wärmeübertrager 51 auch in den Ausgleichsbehälter 1 integriert sein oder der Wärmeübergang zwischen Arbeitsmedium 6 und Hilfsmedium 7 direkt über die wärmeleitende Oberfläche der Umhüllung 4 erfolgen, ohne dass ein separater Wärmeübertrager erforderlich wäre.
Im Fluidkreislauf 60 kann optional eine Hilfsmedium-Fördereinrichtung 62, beispielsweise in der Art einer herkömmlichen Fluidpumpe, eine Pumpvorrichtung, zum Zirkulieren des Hilfsmediums 7 im Fluidkreislauf 60 angeordnet sein. Auf diese Weise wird die Durchströmung des Wärmeübertragers 51 mit dem Hilfsmedium 7 sichergestellt, was den Wärmeübergang zwischen Hilfsmedium 7 und Arbeitsmedium 6 verbessert. Bei einer vereinfachten Variante, welche sich dem Transportmechanismus der natürlichen Konvektion bedient, kann auf eine solche Hilfsmedium-Fördereinrichtung 62 auch verzichtet sein.
Bei einer Weiterbildung des Abwärmenutzungskreislaufs 50 (in den Figuren nicht gezeigt) erstreckt sich der Wärmeübertrager 51 in einer Gebrauchslage des Abwärmenutzungskreislaufs 50 über eine gesamte Behältnis-Höhe des Behältnisses 1 hinweg. Dadurch werden im Betrieb des Abwärmenutzungskreislaufs 50 im ersten Fluidpfad 57a des Wärmeübertragers 51 sowohl eine flüssige als auch eine gasförmige Phase ausgebildet. Somit kann auch die Kondensation des Hilfsmediums 7 durch den Wärmeübertrager 51 beschleunigt werden, wodurch auch ein schneller Druckabfall erreicht wird. Bei einer weiteren, in 1 ebenfalls nicht dargestellten Weiterbildung sind im Abwärmenutzungskreislauf 50 zwei Wärmeübertrager angeordnet. Ein erster Wärmeübertrager wird dann stromauf des Behältnisses angeordnet (nicht gezeigt), und ein zweiter Wärmeübertrager wird wie in 1 gezeigt stromab des Behältnisses 1 angeordnet. Auch bei dieser Variante werden im Betrieb des Abwärmenutzungskreislaufs 50 im Wärmeübertrager 51 eine flüssige und eine gasförmige Phase des Arbeitsmediums 6 erzeugt. Auch In diesem Szenario kann also die Kondensation des Hilfsmediums 7 durch den Wärmeübertrager 51 beschleunigt werden, so dass der gewünschte schnelle Druckabfall erreicht wird.
Optional kann zwischen dem Kondensator 55 und dem Behältnis 1 eine Entlüftungsleitung 64 ausgebildet sein, in welcher ein Drosselventil 65 angeordnet ist. Auf diese Weise kann ein zu großer Übertritt von Dampf in das Kondensat des Arbeitsmediums 6 vermieden werden. Die Unterkühlung wird zwar unabhängig vom Dampfmassenstrom im Behältnis 1 geregelt, auch wenn dem Kondensat Dampf beigemischt wird. Dies wirkt sich aber ungünstig auf den thermodynamischen Wirkungsgrad des Abwärmenutzungskreislaufs 50 aus, wenn mit einer gegebenen Kühlwassertemperatur kondensiert wird. Durch das Beimischen von Dampf zum Kondensat steigt der Fluiddruck des Arbeitsmediums 6 auf der Niederdruckseite des Abwärmenutzungskreislaufs 50 an, was durch starkes Androsseln der Entlüftungsleitung 64 mit Hilfe des Drosselventils 65 minimiert werden kann.
Um die Entlüftung des Abwärmenutzungskreislaufs 50 und des Kondensators 55 sicherzustellen, ist es vorteilhaft, das Behältnis 1 geodätisch am höchsten Punkt oder zumindest oberhalb des Kondensators 55 anzubringen, da sich am Kondensatoreintritt die in der Dampfphase mitgerissene Luft sammelt.
Die 3 zeigt eine Variante des Behältnisses 1 der 2. Beim Behältnis 1 der 3 ist neben der als erster Faltenbalg 19 ausgebildeten Umhüllung 4 im Gehäuseinnenraum zusätzlich ein zweiter Faltenbalg 22 angeordnet. Das vom zweiten Faltenbalg 22 begrenzte Volumen bildet den erste Teilraum 10a, der dazu komplementäre Bereich des Gehäuseinnenraums 3 den zweite Teilraum 10b. Der zweite Faltenbalg 22 bildet das Trennelement 8 bzw. die Trennmembran 9. Im Beispiel der 3 ist der erste Faltenbalg 19 somit im zweiten Teilraum 10b angeordnet. Der zweite Faltenbalg 22 begrenzt einen Faltenbalg-Innenraum 63, der fluidisch mit dem Arbeitsmedium-Einlass 12 und dem Arbeitsmedium-Auslass 13 kommuniziert. Auf diese Weise kann der Faltenbalg-Innenraum 63 von dem Arbeitsmedium 6 durchströmt werden. Der zweite Faltenbalg 22 umfasst bevorzugt eine fluiddichte und federelastisch ausgebildete Membran 24.
Im Beispiel der 3 sind Arbeitsmedium-Einlass 12 und der Arbeitsmedium-Einlass 13 in einer ersten Gehäusewand 26a des Gehäuses 2 angeordnet. Der Hilfsmedium-Einlass 58 und der Hilfsmedium-Auslass 59 sind in einer zweiten Gehäusewand 26b des Gehäuses 2 angeordnet, die der ersten Gehäusewand 26a gegenüberliegt. Weiterhin ist am Gehäuse 2 gemäß 3 in analoger Weise zum Behältnis der 1 und 2 eine Befüll- und Entlüftungsöffnung 16 mit einem vom Gehäuse 2 nach außen, vom Gehäuseinnenraum 3 weg abstehenden Befüll- und Entlüftungsstutzen 17 vorgesehen. Die Befüll- und Entlüftungsöffnung 16 verbindet den ersten Teilraum 10a des Gehäuseinnenraums 3 fluidisch mit der äußeren Umgebung 14 des Behältnisses 1. Der Befüll- und Entlüftungsstutzen 17 kann mittels einer Dichtkappe 18 dichtend verschlossen sein. Das Behältnis 1 gemäß 3 weist eine Öffnung 15 auf, welche den zweiten Teilraum 10b zum Zwecke des Druckausgleichs fluidisch mit der äußeren Umgebung 14 des Behältnisses verbindet. Am Befüll- und Entlüftungsstutzen 17 kann ein Überdruckventil 28 ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2573335 A2 [0003]
DD 136280 [0003]

Claims

Abwärmenutzungskreislauf (50), in welcher ein Arbeitsmedium (6) zirkuliert, - mit einer Fördereinrichtung (52), insbesondere einer Förderpumpe, zum Fördern des Arbeitsmediums (6), - mit einem stromab der Fördereinrichtung (52) angeordneten Verdampfer (53) zum Verdampfen des Arbeitsmediums (6), - mit einer stromab des Verdampfers (53) angeordneten Expansionsmaschine (54), - mit einem stromab der Expansionsmaschine (54) angeordneten Kondensator (55), - mit einem stromab des Kondensators (55) angeordneten und als Ausgleichsbehältnis wirkenden Behältnis (1), - wobei das Behältnis (1) umfasst: - ein einen Gehäuseinnenraum (3) begrenzendes Gehäuse (2), derart ausgebildet, dass der Gehäuseinnenraum (3) von einem Arbeitsmedium (6) durchströmbar ist, - eine im Gehäuseinnenraum (3) angeordnete Umhüllung (4), welche von einem Hilfsmedium (7) durchströmbar ist, wobei die Umhüllung (4) fluiddicht und wenigstens bereichsweise wärmeleitend ausgebildet ist und einen Umhüllungs-Innenraum (5) variablen Volumens begrenzt, - mit zumindest einem Wärmeübertrager (51), der stromab und/oder stromauf des Behältnisses (1) im Abwärmenutzungskreislauf (50) angeordnet ist, - wobei der Wärmeübertrager (51) zumindest einen ersten Fluidpfad (57a) umfasst, der von dem Arbeitsmedium (6) durchströmt ist, und zumindest einen zweiten Fluidpfad (57b) umfasst, der fluidisch getrennt vom zumindest einen ersten Fluidpfad (57a) und thermisch mit diesem gekoppelt vom Hilfsmedium (7) durchströmt ist.
Abwärmenutzungskreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zweite Fluidpfad (57b) des Wärmeübertragers (51) zur Ausbildung eines Fluidkreislaufs (60) für das Hilfsmedium (7) mit dem Umhüllungs-Innenraum (5) kommuniziert.
Abwärmenutzungskreislauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Fluidkreislauf (60) eine Hilfsmedium-Fördereinrichtung (62) zum Zirkulieren des Hilfsmediums (7) angeordnet ist.
Abwärmenutzungskreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wärmeübertrager (51) in einer Gebrauchslage des Abwärmenutzungskreislaufs (50) über eine gesamte Behältnis-Höhe des Behältnisses (1) hinweg erstreckt.
Abwärmenutzungskreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abwärmenutzungskreislauf (50) zwei Wärmeübertrager (51) vorhanden sind, wobei ein erster Wärmeübertrager stromauf des Behältnisses (1) angeordnet ist und ein zweiter Wärmeübertrager und stromab des Behältnisses (1) angeordnet ist.
Abwärmenutzungskreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (1) in einer Gebrauchslage des Abwärmenutzungskreislaufs (50) oberhalb des Kondensators (55) angeordnet ist.
Abwärmenutzungskreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kondensator (55) und dem Behältnis (1) eine Entlüftungsleitung (64) ausgebildet ist, in welcher ein Drosselventil (65) angeordnet ist.
Abwärmenutzungskreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - am Gehäuse (2) ein Arbeitsmedium-Einlass (12) und ein Arbeitsmedium-Auslass (13) zum Ein- und Ausleiten des Arbeitsmediums (6) in den Gehäuseinnenraum (3) bzw. aus dem Gehäuseinnenraum (3) vorhanden ist, - am Gehäuse (2) ein Hilfsmedium-Einlass (58) und ein Hilfsmedium-Auslass (59) zum Ein- und Ausleiten des Hilfsmediums in den Umhüllungs-Innenraum bzw. aus dem Umhüllungs-Innenraum vorhanden ist.
Abwärmenutzungskreislauf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsmedium-Einlass (12) und der Arbeitsmedium-Auslass (13) und der Hilfsmedium-Einlass (58) und der Hilfsmedium-Auslass (59) in einer gemeinsamen, vorzugsweise eben ausgebildeten, Gehäusewand (26) des Gehäuses (2) angeordnet sind.
Abwärmenutzungskreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siedetemperatur des Hilfsmediums (7) einen, vorzugsweise um wenigstens 10K, höchst vorzugsweise um wenigstens 14K, geringeren Wert aufweist als eine Siedetemperatur des Arbeitsmediums (6).
Abwärmenutzungskreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (4) eine fluiddichte und federelastisch ausgebildete Membran (11) umfasst.
Abwärmenutzungskreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (4) wenigstens abschnittsweise als (erster) Faltenbalg (19) ausgebildet ist.
Abwärmenutzungskreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuseinnenraum (3) ein zweiter Faltenbalg (22) angeordnet ist, welcher einen Faltenbalg-Innenraum (63) begrenzt, der fluidisch mit dem Arbeitsmedium-Einlass (12) und dem Arbeitsmedium-Auslass (13) kommuniziert und auf diese Weise von dem Arbeitsmedium (6) durchströmbar ist.
Abwärmenutzungskreislauf Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Faltenbalg (22) zumindest teilweise durch eine fluiddichte und federelastisch ausgebildete Membran (24) gebildet ist.
Abwärmenutzungskreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsmedium-Einlass (12) und der Arbeitsmedium-Einlass (13) in einer ersten Gehäusewand (26a) des Gehäuses (2) angeordnet sind und der Hilfsmedium-Einlass (58) und der Hilfsmedium-Auslass (59) in einer zweiten Gehäusewand (26b) des Gehäuses (2) angeordnet sind, die der ersten Gehäusewand (26a) gegenüberliegt.
Abwärmenutzungskreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuseinnenraum (3) des Behältnisses (1) eine Trenneinrichtung (8) angeordnet ist, welche den Gehäuseinnenraum (3) in einen mit dem Arbeitsmedium (6) durchströmbaren ersten Teilraum (10a) und einen fluidisch vom ersten Teilraum (10a) getrennten, zweiten Teilraum (10b) unterteilt, wobei im Gehäuse (2) eine Öffnung (15) zum Druckausgleich vorhanden ist, welche den zweiten Teilraum (10b) des Gehäuseinnenraums (3) fluidisch mit einer äußeren Umgebung (14) des Behältnisses (1) verbindet.
Abwärmenutzungskreislauf nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (8) des Behältnisses (1) ein Trennelement (9) aus einem fluiddichten und federelastisch verformbaren Material zum Variieren des Volumenverhältnisses der beiden Teilräume (10a, 10b) relativ zueinander umfasst.