DE-102016202942-B4 - Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine

Abstract

Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine (5), wobei das Abwärmerückgewinnungssystem einen Arbeitsfluidkreislauf (1) mit zumindest einem Wärmetauscher (2a, 2b), einer Expansionsmaschine (11), einem Kondensator (12), einer Fluidpumpe (15) und einer Entgasungsvorrichtung (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvorrichtung (21) ein zeolithisches und regenerierbares Molekularsieb (22, 22a, 22b) aufweist.

Inventors

• Achim Brenk

Assignees

• ROBERT BOSCH GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20160225

Claims (12)

1. Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine (5), wobei das Abwärmerückgewinnungssystem einen Arbeitsfluidkreislauf (1) mit zumindest einem Wärmetauscher (2a, 2b), einer Expansionsmaschine (11), einem Kondensator (12), einer Fluidpumpe (15) und einer Entgasungsvorrichtung (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass die Entgasungsvorrichtung (21) ein zeolithisches und regenerierbares Molekularsieb (22, 22a, 22b) aufweist.
2. Abwärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass das Molekularsieb (22, 22a, 22b) in ein Siebgehäuse (23, 23a, 23b) eingebaut ist, das zumindest einen mit dem Arbeitsfluidkreislauf (1) verschalteten Siebgehäusezugang (24, 24a, 24b) aufweist.
3. Abwärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass das Molekularsieb (22, 22a, 22b) in ein Siebgehäuse (23, 23a, 23b) eingebaut ist, das zumindest einen Siebgehäuseabgang (25) aufweist.
4. Abwärmerückgewinnungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet , dass das Molekularsieb (22) scheibenförmig oder zylinderförmig ausgebildet ist und drehbar in dem Siebgehäuse (23) angeordnet ist.
5. Abwärmerückgewinnungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Siebgehäuse (23, 23a, 23b) einen Regenerationszugang (26, 26a, 26b) aufweist.
6. Abwärmerückgewinnungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass das Siebgehäuse (23, 23a, 23b) einen Regenerationsabgang (27, 27a) aufweist.
7. Abwärmerückgewinnungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass das Siebgehäuse (23, 23a, 23b) einen Kühlluftzugang (28) und einen Kühlluftabgang (29) aufweist.
8. Abwärmerückgewinnungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass zwei Molekularsiebe (22a, 22b) parallel geschaltet sind.
9. Abwärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass ein Umschaltventil (30) in mit Regenerationszugängen (26a, 26b) verbundenen Regenerationsleitungen (31a, 31b) angeordnet ist.
10. Abwärmerückgewinnungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Molekularsieb (22a, 22b) in den Arbeitsfluidkreislauf (1) integriert ist.
11. Abwärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet , dass in den Arbeitsfluidkreislauf (1) stromaufwärts des Molekularsiebs (22a, 22b) Arbeitsfluid in einer Heißdampfphase zugeführt wird.
12. Abwärmerückgewinnungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Entgasungsvorrichtung (21) elektrisch beheizbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem einen Arbeitsfluidkreislauf mit zumindest einem Wärmetauscher, einer Expansionsmaschine, einem Kondensator, einer Fluidpumpe und einer Entgasungsvorrichtung aufweist. Stand der Technik Ein derartiges Abwärmerückgewinnungssystem ist aus der WO 2012/076132 A1 bekannt. Dieses Abwärmerückgewinnungssystem ist für eine Brennkraftmaschine ausgelegt und weist einen Arbeitsfluidkreislauf auf, der zumindest einen beispielsweise in einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine eingeschalteten Wärmetauscher aufweist. Weiterhin weist der Arbeitsfluidkreislauf eine Expansionsmaschine, einen Kondensator, eine Fluidpumpe und eine Entgasungsvorrichtung auf. Dabei ist die Entgasungsvorrichtung als Membranventil ausgebildet. Der Aufbau des Membranventils ist nicht näher angegeben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abwärmerückgewinnungssystem bereitzustellen, das hinsichtlich einer Entgasung des Arbeitsfluids verbessert ist. Offenbarung der Erfindung Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Entgasungsvorrichtung ein zeolithisches und regenerierbares Molekularsieb aufweist. Die Gitterstruktur dieses Molekularsiebs ist so eingestellt, dass es auf die Molekülgröße der zu trennenden Medien angepasst ist. Ein solches Molekularsieb kann so eingestellt werden, dass unterschiedliche Medien entsprechend ihrer Molekülgröße entweder problemlos durch die Gitterstruktur diffundieren können oder von dieser adsorbiert werden. Diese Eigenschaft wird vorliegend ausgenutzt, indem das Molekularsieb so eingestellt ist, dass Luft durch die Gitterstruktur des Molekularsiebs diffundieren kann, während das Arbeitsfluid des Arbeitsfluidskreislaufs in den Zwischenräumen der Gitterstruktur adsorbiert wird. In Weiterbildung der Erfindung ist das Molekularsieb in ein Siebgehäuse eingebaut, das zumindest einen mit dem Arbeitsfluidkreislauf verschalteten Siebgehäusezugang aufweist. Durch diesen Siebgehäusezugang wird normalerweise das Arbeitsfluid in das Siebgehäuse und somit dem Molekularsieb zugeführt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Molekularsieb einen Siebgehäuseabgang auf. Durch diesen Siebgehäuseabgang wird normalerweise die durch das Molekularsieb hindurch diffundierte Luft beispielsweise in die Umgebung abgeführt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Molekularsieb scheibenförmig beziehungsweise zylinderförmig (in Form einer Torte) ausgebildet und drehbar in dem Siebgehäuse angeordnet. Diese Ausgestaltung ist zunächst einmal für eine effektive Nutzung des Molekularsiebs geeignet, indem durch die Drehbewegung alle Umfangbereiche des Molekularsiebs nacheinander mit dem Siebgehäusezugang (und dem vorzugsweise gegenüberliegenden Siebgehäuseabgang) in Kontakt kommt (kommen). Zudem eignet sich diese Ausgestaltung für eine einfache und effektive permanente Regeneration des Molekularsiebs, indem beispielsweise entfernt zu dem Siebgehäusezugang und dem Siebgehäuseabgang ein in Weiterbildung der Erfindung vorgesehener Regenerationszugang und ein wiederum in weiterer Ausgestaltung vorgesehener Regenerationsabgang angeordnet ist beziehungsweise sind. Durch den Regenerationszugang wird Heißdampf in das Molekularsieb eingeführt und durch den Regenerationsabgang wieder abgeführt. Dieser Heißdampf desorbiert die in der Gitterstruktur des Molekularsiebs gebundenen Moleküle des in dem Arbeitsfluidkreislauf geführten Arbeitsfluids. Hierbei wird eine große Menge an thermischer Energie über das Molekularsieb an die darin adsorbierten Moleküle weitergegeben, um diese aus der Gitterstruktur herauszulösen und somit das Molekularsieb zu regenerieren. Grundsätzlich kann aber alternativ das Molekularsieb auch kalt regeneriert werden, bei der eine Regeneration erfolgt, ohne dass thermische Energie für die Desorption benötigt wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Siebgehäuse einen Kühlluftzugang und einen Kühlluftabgang auf, durch den Kühlluft durch das Molekularsieb geleitet wird. Die so dargestellte Kühlung des Molekularsiebs kann in Drehrichtung hinter dem Siebgehäusezugang (und Siebgehäuseabgang) oder aber auch in Drehrichtung vor dem Siebgehäusezugang (und Siebgehäuseabgang) erfolgen. Bei dieser drehbaren Anordnung des Molekularsiebs in dem Siebgehäuse ist dieses beispielsweise über eine oder mehrere Dichtungen gegenüber dem Siebgehäuse abzudichten, wobei diese Dichtung sowohl gegenüber den verschiedenen Medien, also Arbeitsfluid, Heißdampf und Luft, als auch gegen die unterschiedlichen Temperaturen der jeweiligen Medien resistent ausgebildet sein muss. In Weiterbildung der Erfindung sind zwei Molekularsiebe parallel geschaltet. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, das erste Molekularsieb zur Adsorption und das zweite Molekularsieb zur Regeneration einzusetzen beziehungsweise umgekehrt. Dazu ist ein in weiterer Ausgestaltung vorgesehenes Umschaltventil vorgesehen, das in mit den Regenerationszug