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WO2021185531A1 - Waste-heat utilization device for a utility vehicle - Google Patents

Waste-heat utilization device for a utility vehicle Download PDF

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Publication number
WO2021185531A1
WO2021185531A1 PCT/EP2021/054291 EP2021054291W WO2021185531A1 WO 2021185531 A1 WO2021185531 A1 WO 2021185531A1 EP 2021054291 W EP2021054291 W EP 2021054291W WO 2021185531 A1 WO2021185531 A1 WO 2021185531A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
recovery device
waste heat
working medium
heat recovery
coolant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2021/054291
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Bucher
Nicolas Ferrand
Christoph Fiala
Hannes MARLOK
Michael Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of WO2021185531A1 publication Critical patent/WO2021185531A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K15/00—Adaptations of plants for special use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a waste heat recovery device for a utility vehicle such as a utility vehicle with such a waste heat recovery device.
  • Waste heat recovery devices are used in commercial vehicles in order to use the waste heat contained in the exhaust gas of the internal combustion engine to perform mechanical work or to generate energy.
  • a conventional waste heat utilization device usually comprises a fluid circuit in which a working medium circulates. At least one condenser, one expansion machine, one evaporator and one pump are arranged in the fluid circuit.
  • the waste heat recovery device it is proposed to divide the waste heat recovery device into two areas, the first area - the so-called safety zone - containing said fluid circuit with the combustible or easily inflammable working medium and the second area - the so-called crash zone - the fluid circuit with the non- houses flammable coolant, such as water.
  • the crash zone primarily serves to at least partially absorb forces that act in the event of a crash before they can act on the safety zone and the working medium circuit arranged in the safety zone.
  • the non-flammable coolant circulating in the coolant circuit is used to cool the working medium, so that it is at least not absolutely necessary to additionally protect the coolant circuit against external mechanical influences, as is the case here for the fluid circuit of the Case is.
  • the coolant circuit can thus also be arranged partially outside the safety zone in order to be able to efficiently dissipate the heat transferred from the working medium to the coolant from the waste heat recovery device.
  • a heat utilization device is created with high efficiency, which in particular proves to be particularly advantageous with regard to safety-relevant aspects such as crash safety in a commercial vehicle.
  • the waste heat utilization device further comprises a coolant circuit through which a coolant can flow and which is thermally connected to the coolant for cooling the working medium by transferring heat from the working medium to the latter.
  • the working medium is fluidically separated from the coolant through the condenser, where the heat transfer from the working medium to the coolant can take place.
  • At least the condenser, the expansion machine and the pump are net angeord in a safety zone of the waste heat recovery device, which protects said components from damage or destruction in the event of a crash.
  • the evaporator is expediently designed as a heat exchanger through which exhaust gas, which is generated and ejected by an internal combustion engine of the commercial vehicle, can flow through fluidically separated from the working medium, so that the working medium can be evaporated by heat transfer from the exhaust gas to the working medium. In this way, the heat of vaporization contained in the exhaust gas can be used to vaporize the working medium.
  • the evaporator is partially arranged in the safety zone or partially delimits the safety zone. Consequently the evaporator is at least partially protected against the action of force in the event of a crash, without this being associated with restrictions in the implementation of the supply and discharge of the exhaust gas into or out of the evaporator.
  • the safety zone can be arranged along a main direction of the waste heat recovery device between the crash zone and the evaporator. This ensures that the sensitive safety zone is secured on both sides against mechanical influences in the event of a crash.
  • the entire working medium circuit is particularly preferably arranged in the safety zone. In this way, the typically easily flammable or at least combustible working medium circulating in the fluid circuit can be protected particularly effectively against a safety-critical ignition in the event of a crash.
  • the safety zone is expediently at least partially, preferably fully delimited by a housing.
  • This housing protects the components arranged in the safety zone, in particular the working medium circuit, from mechanical shocks and mechanical shocks in the event of a crash.
  • ademit telkühler for cooling the coolant by dissipating heat from the same is arranged in the coolant circuit.
  • a coolant cooler can be designed in the form of a conventional heat exchanger which - fluidly separated from the coolant - can also be flowed through by air, which absorbs heat from the coolant and thereby cools the coolant.
  • the heat transferred from the working medium in the condenser to the coolant can be dissipated very efficiently from the waste heat utilization device, so that the coolant when renewed th through the condenser is again able to absorb heat from the working medium with high efficiency.
  • the waste heat utilization device can particularly preferably have a fan for driving air as it flows through the coolant cooler.
  • the fan can particularly preferably be arranged on the coolant cooler or in the immediate vicinity of it. Should it be necessary for reasons of installation space, it is alternatively also conceivable to arrange the fan at another suitable point in the flow path of the air guided through the coolant cooler.
  • the coolant circuit is particularly expediently arranged in a crash zone which is at least partially limited by a mechanical crash structure.
  • the crash structure serves to absorb forces that occur in the event of a crash, so that they cannot get into the safety zone.
  • the crash zone and the safety zone are particularly preferably arranged next to one another along a main direction.
  • the housing of the safety zone can have, at least in sections, a safety structure with a plurality of stiffening ribs. In this way, the safety zone is additionally protected against damage or even destruction in the event of a crash.
  • the security structure is preferably provided on opposing housing walls of the housing.
  • the safety zone is protected at least on two sides and thus particularly effectively against damage or even destruction in the event of a crash.
  • the crash structure has two opposing structural walls which extend the two housing walls with the safety structure along the main direction. This measure also brings about improved crash protection.
  • At least one structural wall has a wall thickness which is smaller than a wall thickness of the housing wall of the housing.
  • the wall thickness of at least one structural wall of the crash structure is less than 3 mm.
  • the wall thickness of at least one housing wall of the housing is more than 3 mm.
  • the working medium circuit has a heat exchanger designed as a recuperator through which the working medium can flow.
  • a recuperator transfers the heat of the vaporous working medium, which is passed through the recuperator downstream of the expansion machine, to the liquid working medium, which is fluidically separated from said vaporous working medium downstream of the pump through the recuperator. In this way, the efficiency of the waste heat recovery device can be increased.
  • the recuperator and the capacitor can preferably be designed as a structural unit. This variant requires particularly little installation space.
  • the paths of the fluid connection lines between recuperator and condenser can be kept short, so that in the event of a crash the probability that the flow id connection lines are damaged, remains low.
  • the evaporator can be designed as a plate heat exchanger or as a stacked plate heat exchanger.
  • the capacitor can be designed as a plate heat exchanger or as a stacked plate heat exchanger.
  • the recuperator which may be present in the waste heat recovery device can also be designed as a plate heat exchanger or as a stacked disk heat exchanger. All of the technical design variants mentioned are technically easy to manufacture and require little space.
  • An extension length of the crash zone measured along the main direction is preferably between 5% and 40% of an extension length of the safety zone measured along the main direction.
  • Particularly preferred substances for the working medium used in the fluid circuit are alcohol or cyclopentane and a mixture of cyclopentane and oil, both of which enable the waste heat recovery device to operate with high efficiency.
  • Both substances are combustible can be disregarded due to the improved protection of the fluid circuit against damage implemented in the waste heat recovery device according to the invention.
  • (Cooling) water and a mixture of water and glycol can be used as the coolant.
  • the invention also relates to a utility vehicle with a vehicle frame extending along a longitudinal direction of the utility vehicle.
  • the erfindungsge Permitted utility vehicle also includes a waste heat channel presented above Switch device, so that the advantages of the waste heat utilization device according to the invention are also transferred to the utility vehicle according to the invention.
  • the waste heat recovery device is attached to the side of the vehicle frame so that the safety zone faces the vehicle frame and the crash zone faces away from the vehicle frame.
  • Fig. 1 in a circuit diagram-like representation by way of example the structure of a waste heat recovery device according to the invention
  • FIG. 2 shows a representation illustrating the installation situation according to the invention of the waste heat utilization device in a utility vehicle.
  • the waste heat recovery device 1 comprises a working medium circuit 2 through which a working medium AM can flow.
  • To circuit 2 comprises a condenser 3 for condensing the working medium AM, an expansion machine 4 for expanding the working medium AM, an evaporator 5 for evaporating the working medium AM and a pump 6 for conveying the working medium registration in the working medium circuit 2.
  • Fer ner includes the waste heat recovery device 1 has a coolant circuit 7 through which a coolant KM flows and which is thermally connected to the working medium circuit 2 for cooling the working medium AM by transferring heat from the working medium AM to the coolant KM in the condenser 3.
  • the coolant circuit 7 is therefore also passed through the condenser 3 for cooling the working medium AM flowing through the fluid circuit 2.
  • the condenser 3 is designed as a (first) heat exchanger 3a, through which the working medium AM as well as - fluidly separated from the working medium AM - the coolant KM can flow through.
  • the heat released during the condensation of the working medium AM is transferred in the condenser 3 to the coolant, which heats up as a result.
  • the evaporator 5 of the working medium circuit 2 is designed as a heat exchanger 5a, which can also be flowed through fluidically separated from the working medium M by exhaust gas A, which is generated and ejected by an internal combustion engine of the utility vehicle.
  • the working medium AM is vaporized ver by heat transfer from the exhaust gas A to the working medium AM.
  • the working medium circuit 2 can optionally have a heat exchanger 13 designed as a recuperator 12, through which the working medium AM can flow.
  • the recuperator 12 transfers the heat of the vaporous working medium AM, which is passed downstream of the expansion machine 4 through the Re kuperator 12, to the liquid working medium AM, which is fluidly separated from the vaporous working medium AM downstream of the pump 6 by the Recuperator 12 is performed. In this way, the efficiency of the heat utilization device 1 can be increased.
  • a coolant cooler 10 can also be arranged for cooling the coolant KM by heat dissipation from the same.
  • a coolant pump 8 for driving the coolant KM is provided in the coolant circuit 7.
  • the evaporator 5 can be designed as a plate heat exchanger or as a stacked disk heat exchanger.
  • the capacitor 3 can be designed as a plate heat exchanger or as a stacked plate heat exchanger S.
  • the Re kuperator 12 can - if available - be designed as a plate heat exchanger or a stacked disk heat exchanger.
  • the recuperator 12 and the capacitor 3 can be designed as a structural unit (not shown in FIG. 1).
  • the working medium AM can be alcohol or cyclopentane, for example. Other, in particular combustible, substances can also be considered.
  • the coolant KM can be, for example, cooling water. Other non-flammable materials can also be considered.
  • the condenser 3, the expansion machine 4 and the pump 6 are arranged in a safety zone 20 of the waste heat recovery device 1.
  • the safety zone 20 is delimited by a housing 11.
  • the evaporator 5 is partially arranged in the safety zone 20.
  • the entire working medium circuit 2 including the evaporator 5 can be arranged completely in the safety zone 20.
  • the coolant circuit 7 is arranged partly in the safety zone and partly in a crash zone 21, which in the example scenario is partly delimited by a crash structure 22.
  • the mechanical rigidity of the housing 11 is greater than that mechanical rigidity of the crash structure 22.
  • the crash zone 21 and the safety zone 20 are arranged next to one another along a main direction HR.
  • the safety zone 20 can be separated from the crash zone 21 by means of a housing wall 11c of the housing 11.
  • the housing 11 bordering the safety zone 20 comprises a safety structure 23 with a plurality of stiffening ribs 24 which additionally stiffen the housing 11 mechanically.
  • the safety structure 23 can be arranged on opposing housing walls 11a, 11b of the housing 11, which both extend along the main direction HR and delimit the safety zone 20 perpendicular to the main direction HR.
  • the housing wall 11c connects the two housing walls 11a, 11b and extends perpendicular to the main direction HR.
  • the crash structure 22 delimiting the crash zone 21 can have two structure walls 22a, 22b lying opposite one another.
  • the structural wall 22a extends the housing wall 11a along the main direction HR.
  • the structural wall 22b extends the housing wall 11b along the main direction HR.
  • the two structural walls 22a, 22b each have a wall thickness w s that is smaller than a wall thickness w G of a respective housing wall 11a, 11b of the housing 11.
  • the wall thickness w s of the structural walls 22a, 22b is less than 3mm.
  • the wall thickness w G of the housing walls 11a, 11b is each more than 3mm.
  • An extension length E c of the crash zone 21 measured along the main direction HR is expediently between 5% and 40% of an extension length E s of the safety zone 20 measured along the main direction HR.
  • the waste heat recovery device 1 can also have a fan 19 for driving air L as it flows through the coolant cooler 10.
  • the coolant circuit 7 can also include mechanical stabilizers 14 which are supported on the crash structure 22 to stabilize the coolant circuit 7, in particular its coolant lines 7a. Said stabilizers 14 can be so-called compensators. These allow movement of the coolant cooler 10 in the event of a crash without transmitting the force to the component of the safety zone. This effect can be achieved, for example, by using hoses as compensators or stabilizers 14.
  • FIG. 2 illustrates a preferred installation situation of the waste heat recovery device 1 according to the invention on a vehicle frame 31 of a commercial vehicle (not shown in detail).
  • the vehicle frame 31 of the utility vehicle it extends along a longitudinal direction LR of the utility vehicle.
  • the waste heat recovery device 1 is placed on the side of the vehicle frame 31.
  • the lateral arrangement takes place in such a way that the safety zone 20 faces the vehicle frame 31 and the crash zone 21 faces away from the vehicle frame 31.
  • the safety zone 20 is thus arranged between the crash zone 21 and the vehicle frame 31 along a transverse direction QR running perpendicular to the longitudinal direction LR of the utility vehicle.
  • the crash zone 21 is first and primarily subjected to mechanical stress, so that the crash structure 22 can absorb the mechanical forces caused by the crash.
  • the forces not absorbed in the crash zone 21 or in the crash structure 22 are ideally absorbed by the safety structure 23 of the safety zone 20.
  • the working medium circuit 2 arranged in the safety zone remains protected against damage or even destruction even in the event of a crash.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

The invention relates to a waste-heat utilization device (1) for a utility vehicle, comprising: - a working-medium circuit (2), through which a working medium (AM) can flow and which comprises a condenser (3) for condensing the working medium (M), an expansion machine (4) for expanding the working medium (M), an evaporator (5) for evaporating the working medium (M) and a pump (6) for pumping the working medium in the working-medium circuit; - a coolant circuit (7), through which coolant (KM) can flow and which is designed to cool the working medium (AM) by transferring heat from the working medium (AM) to the coolant (KM); wherein at least the condenser (3), the expansion machine (4) and the pump (6) are arranged in a safety zone (20).

Description

Abwärmenutzungseinrichtung für ein Nutzfahrzeug Waste heat recovery device for a utility vehicle

Die Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungseinrichtung für ein Nutzfahrzeug so wie ein Nutzfahrzeug mit einer solchen Abwärmenutzungseinrichtung. The invention relates to a waste heat recovery device for a utility vehicle such as a utility vehicle with such a waste heat recovery device.

Abwärmenutzungseinrichtungen werden in Nutzfahrzeugen eingesetzt, um die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltene Abwärme zur Verrichtung mechani scher Arbeit oder zur Energiegewinnung zu nutzen. Eine herkömmliche Abwär menutzungseinrichtung umfasst üblicherweise einen Fluidkreislauf, in welchem ein Arbeitsmedium zirkuliert. Im Fluidkreislauf sind mindestens ein Kondensator, eine Expansionsmaschine, ein Verdampfer sowie eine Pumpe angeordnet. Waste heat recovery devices are used in commercial vehicles in order to use the waste heat contained in the exhaust gas of the internal combustion engine to perform mechanical work or to generate energy. A conventional waste heat utilization device usually comprises a fluid circuit in which a working medium circulates. At least one condenser, one expansion machine, one evaporator and one pump are arranged in the fluid circuit.

Als Arbeitsmedium besonders geeignet erweisen sich dabei oftmals Stoffe, die brennbar oder sogar leicht entflammbar sind. Bei Verwendung der Abwärmenut zungseinrichtung mit einem solchen brennbaren bzw. leicht entflammbaren Ar beitsmedium ergeben sich im Crashfall des Nutzfahrzeugs Sicherheitsrisiken, da sich dann das - bei Beschädigung des Fluidkreislaufs - unter Umständen freige setzte Arbeitsmedium entzünden kann. Substances that are flammable or even easily flammable often prove to be particularly suitable as a working medium. When using the waste heat recovery device with such a combustible or easily flammable working medium, safety risks arise in the event of a crash of the commercial vehicle, since the working medium that may be released - if the fluid circuit is damaged - can ignite.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausfüh rungsform einer Abwärmenutzungseinrichtung für ein Nutzfahrzeug zu schaffen, welcher insbesondere der voranstehend erläuterten Problematik Rechnung trägt. It is therefore an object of the present invention to provide an improved embodiment of a waste heat recovery device for a utility vehicle, which in particular takes account of the problems explained above.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Pa tentansprüche. Grundidee der Erfindung ist demnach, eine Abwärmenutzungseinrichtung für ein Nutzfahrzeug sowohl in bekannter Weise mit einem Fluidkreislauf, der von einem brennbaren oder sogar leicht entflammbaren Arbeitsmedium durchströmbar ist, sowie zusätzlich mit einem von Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittel-Kreislauf zur Kühlung des Arbeitsmediums auszustatten. Mittels des im Fluidkreislauf zirku lierenden Arbeitsmediums kann somit in bekannter Art und Weise Abwärme auf genommen und in mechanische Arbeit oder in eine andere Energieform - bei spielsweise mithilfe eines elektrischen Generators in elektrische Energie - umge wandelt werden. This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims. The basic idea of the invention is therefore to equip a waste heat recovery device for a commercial vehicle both in a known manner with a fluid circuit through which a combustible or even easily flammable working medium can flow, and also with a coolant circuit through which coolant can flow for cooling the working medium. Using the working medium circulating in the fluid circuit, waste heat can thus be absorbed in a known manner and converted into mechanical work or another form of energy - for example, with the help of an electrical generator into electrical energy.

Erfindungsgemäß wird dabei vorgeschlagen, die Abwärmenutzungseinrichtung in zwei Bereiche zu unterteilen, wobei der erste Bereich - die sogenannte Sicher heitszone - besagten Fluidkreislauf mit dem brennbaren bzw. leicht entflammba ren Arbeitsmedium enthält und der zweite Bereich - die sogenannte Crashzone - den Fluidkreislauf mit dem nicht-brennbaren Kühlmittel, beispielsweise Wasser beherbergt. Die Crashzone dient primär dazu, im Crashfall wirkende Kräfte zu mindest teilweise aufzunehmen, bevor diese auf die Sicherheitszone und den in der Sicherheitszone angeordneten Arbeitsmediumkreislauf wirken können. Zur Kühlung des Arbeitsmediums wird erfindungsgemäß das im Kühlmittel-Kreislauf zirkulierende, nicht-brennbare Kühlmittel verwendet, so dass es zumindest nicht zwingend erforderlich ist, auch den Kühlmittel-Kreislauf zusätzlich gegen äußere mechanische Einwirkungen von außen zu schützen, wie dies vorliegend für den Fluidkreislauf der Fall ist. Somit kann der Kühlmittel-Kreislauf auch teilweise au ßerhalb der Sicherheitszone angeordnet sein, um die vom Arbeitsmedium auf das Kühlmittel übertragene Wärme aus der Abwärmenutzungseinrichtung effizient ab- führen zu können. According to the invention, it is proposed to divide the waste heat recovery device into two areas, the first area - the so-called safety zone - containing said fluid circuit with the combustible or easily inflammable working medium and the second area - the so-called crash zone - the fluid circuit with the non- houses flammable coolant, such as water. The crash zone primarily serves to at least partially absorb forces that act in the event of a crash before they can act on the safety zone and the working medium circuit arranged in the safety zone. According to the invention, the non-flammable coolant circulating in the coolant circuit is used to cool the working medium, so that it is at least not absolutely necessary to additionally protect the coolant circuit against external mechanical influences, as is the case here for the fluid circuit of the Case is. The coolant circuit can thus also be arranged partially outside the safety zone in order to be able to efficiently dissipate the heat transferred from the working medium to the coolant from the waste heat recovery device.

Im Ergebnis ist mithilfe der voranstehend beschriebenen Maßnahmen eine Ab wärmenutzungseinrichtung mit hoher Effizienz geschaffen, die sich insbesondere hinsichtlich sicherheitsrelevanter Aspekten wie Crashsicherheit in einem Nutz fahrzeug als besonders vorteilhaft erweist. As a result, with the help of the measures described above, a heat utilization device is created with high efficiency, which in particular proves to be particularly advantageous with regard to safety-relevant aspects such as crash safety in a commercial vehicle.

Eine erfindungsgemäße Abwärmenutzungseinrichtung für ein Nutzfahrzeug um fasst einen von einem Arbeitsmedium durchströmbaren Arbeitsmedium-Kreislauf, welcher einen Kondensator zum Kondensieren des Arbeitsmedium, eine Expansi onsmaschine zum Expandieren des Arbeitsmediums, einen Verdampfer zum Ver dampfen des Arbeitsmedium und eine Pumpe, also eine Fördereinrichtung, zum Fördern des Arbeitsmediums im Arbeitsmedium-Kreislauf aufweist. Die Abwärme nutzungseinrichtung umfasst ferner einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittel-Kreislauf, der zum Kühlen des Arbeitsmediums durch Wärmeübertra gung vom Arbeitsmedium auf das Kühlmittel thermisch mit diesem verbunden ist. Flierzu wird das Arbeitsmittel fluidisch getrennt vom Kühlmittel durch den Konden sator geführt, wo die Wärmeübertragung vom Arbeitsmedium auf das Kühlmittel stattfinden kann. Zumindest der Kondensator, die Expansionsmaschine und die Pumpe sind in einer Sicherheitszone der Abwärmenutzungseinrichtung angeord net, welche besagte Komponenten vor Beschädigung oder Zerstörung im Crash fall schützt. A waste heat recovery device according to the invention for a commercial vehicle comprises a working medium circuit through which a working medium can flow, which has a condenser for condensing the working medium, an expansion machine for expanding the working medium, an evaporator for evaporating the working medium and a pump, i.e. a conveyor, for conveying of the working medium in the working medium circuit. The waste heat utilization device further comprises a coolant circuit through which a coolant can flow and which is thermally connected to the coolant for cooling the working medium by transferring heat from the working medium to the latter. In addition, the working medium is fluidically separated from the coolant through the condenser, where the heat transfer from the working medium to the coolant can take place. At least the condenser, the expansion machine and the pump are net angeord in a safety zone of the waste heat recovery device, which protects said components from damage or destruction in the event of a crash.

Zweckmäßig ist der Verdampfer als Wärmeübertrager ausgebildet, der fluidisch getrennt vom Arbeitsmedium auch von Abgas, welches von einer Brennkraftma schine des Nutzfahrzeugs erzeugt und ausgestoßen wird, durchströmt werden kann, so dass das Arbeitsmedium durch Wärmeübertragung vom Abgas auf das Arbeitsmedium verdampft werden kann. Auf diese Weise kann die im Abgas ent haltene Verdampfungswärme zum Verdampfen des Arbeitsmediums verwendet werden. The evaporator is expediently designed as a heat exchanger through which exhaust gas, which is generated and ejected by an internal combustion engine of the commercial vehicle, can flow through fluidically separated from the working medium, so that the working medium can be evaporated by heat transfer from the exhaust gas to the working medium. In this way, the heat of vaporization contained in the exhaust gas can be used to vaporize the working medium.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verdampfer teilweise in der Sicherheitszone angeordnet oder begrenzt die Sicherheitszone teilweise. Somit ist der Verdampfer zumindest teilweise gegen Krafteinwirkung im Crashfall ge schützt, ohne dass damit Einschränkungen bei der Realisierung von Zuführung und Abführung des Abgases in den bzw. aus dem Verdampfer einhergingen. According to a preferred embodiment, the evaporator is partially arranged in the safety zone or partially delimits the safety zone. Consequently the evaporator is at least partially protected against the action of force in the event of a crash, without this being associated with restrictions in the implementation of the supply and discharge of the exhaust gas into or out of the evaporator.

Besonders bevorzugt kann die Sicherheitszone entlang einer Hauptrichtung der Abwärmenutzungseinrichtung zwischen der Crashzone und dem Verdampfer an geordnet sein. Somit ist sichergestellt, dass die sensible Sicherungszone im Crashfall beidseitig gegen mechanische Einwirkungen gesichert ist. Particularly preferably, the safety zone can be arranged along a main direction of the waste heat recovery device between the crash zone and the evaporator. This ensures that the sensitive safety zone is secured on both sides against mechanical influences in the event of a crash.

Besonders bevorzugt ist der gesamte Arbeitsmedium-Kreislauf in der Sicherheits zone angeordnet. Auf diese Weise kann das im Fluidkreislauf zirkulierende, typi scherweise leicht entflammbare oder zumindest brennbare Arbeitsmedium, be sonders wirksam gegen ein sicherheitskritisches Entzünden im Crashfall ge schützt werden. The entire working medium circuit is particularly preferably arranged in the safety zone. In this way, the typically easily flammable or at least combustible working medium circulating in the fluid circuit can be protected particularly effectively against a safety-critical ignition in the event of a crash.

Zweckmäßig ist die Sicherheitszone zumindest teilweise, vorzugsweise vollstän dig, durch ein Gehäuse begrenzt. Dieses Gehäuse schützt die in der Sicherheits zone angeordneten Komponenten, also insbesondere den Arbeitsmedium- Kreislauf vor mechanischen Stößen und mechanischen Schlägen im Crashfall. The safety zone is expediently at least partially, preferably fully delimited by a housing. This housing protects the components arranged in the safety zone, in particular the working medium circuit, from mechanical shocks and mechanical shocks in the event of a crash.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist im Kühlmittel-Kreislauf ein Kühlmit telkühler zum Kühlen des Kühlmittels durch Wärmeabfuhr von demselben ange ordnet. Ein solcher Kühlmittelkühler kann in Form eines herkömmlichen Wärme übertragers ausgebildet sein, der - fluidisch getrennt von Kühlmittel - auch von Luft durchströmt werden kann, welche Wärme vom Kühlmittel aufnimmt und das Kühlmittel dadurch kühlt. Auf diese kann Weise kann sehr effizient die vom Ar beitsmedium im Kondensator auf das Kühlmittel übertragene Wärme aus der Ab wärmenutzungseinrichtung abgeführt werden, sodass das Kühlmittel beim erneu- ten Durchströmen des Kondensators erneut in der Lage ist, mit hoher Effizienz Wärme vom Arbeitsmedium aufzunehmen. According to an advantageous development, a Kühlmit telkühler for cooling the coolant by dissipating heat from the same is arranged in the coolant circuit. Such a coolant cooler can be designed in the form of a conventional heat exchanger which - fluidly separated from the coolant - can also be flowed through by air, which absorbs heat from the coolant and thereby cools the coolant. In this way, the heat transferred from the working medium in the condenser to the coolant can be dissipated very efficiently from the waste heat utilization device, so that the coolant when renewed th through the condenser is again able to absorb heat from the working medium with high efficiency.

Besonders bevorzugt kann die Abwärmenutzungseinrichtung ein Gebläse zum Antreiben von Luft beim Durchströmen des Kühlmittelkühlers aufweisen. Auf diese Weise kann die Übertragung von Wärme von dem Kühlmittelkühler auf die Luft und somit die Abführung von Wärme aus der Abwärmenutzungseinrichtung ver bessert werden. Besonders bevorzugt kann das Gebläse am Kühlmittelkühler o- der in unmittelbarer Nähe zu diesem angeordnet sein. Sollte es aus bauraum spezifischen Aspekten erforderlich sein, so ist es alternativ dazu auch denkbar, das Gebläse an einer anderen geeigneten Stelle im Strömungspfad der durch den Kühlmittelkühler geführten Luft anzuordnen. The waste heat utilization device can particularly preferably have a fan for driving air as it flows through the coolant cooler. In this way, the transfer of heat from the coolant cooler to the air and thus the dissipation of heat from the waste heat recovery device can be improved. The fan can particularly preferably be arranged on the coolant cooler or in the immediate vicinity of it. Should it be necessary for reasons of installation space, it is alternatively also conceivable to arrange the fan at another suitable point in the flow path of the air guided through the coolant cooler.

Besonders zweckmäßig ist der Kühlmittel-Kreislauf in einer Crashzone angeord net, die zumindest teilweise durch eine mechanische Crashstruktur begrenzt ist. Die Crashstruktur dient zur Aufnahme von im Crashfall auftretenden Kräften, so dass diese nicht in die Sicherheitszone gelangen können. Besonders bevorzugt sind die Crashzone und die Sicherheitszone entlang einer Hauptrichtung neben einander angeordnet. The coolant circuit is particularly expediently arranged in a crash zone which is at least partially limited by a mechanical crash structure. The crash structure serves to absorb forces that occur in the event of a crash, so that they cannot get into the safety zone. The crash zone and the safety zone are particularly preferably arranged next to one another along a main direction.

Besonders bevorzugt kann das Gehäuse der Sicherheitszone zumindest ab schnittsweise eine Sicherheitsstruktur mit mehreren Versteifungsrippen aufwei sen. Auf diese Weise wird die Sicherheitszone zusätzlich gegen Beschädigung oder gar Zerstörung im Crashfall geschützt. Particularly preferably, the housing of the safety zone can have, at least in sections, a safety structure with a plurality of stiffening ribs. In this way, the safety zone is additionally protected against damage or even destruction in the event of a crash.

Bevorzugt ist die Sicherheitsstruktur an einander gegenüberliegenden Gehäuse wandungen des Gehäuses vorhanden. Auf diese Weise wird die Sicherheitszone zumindest zweiseitig und somit besonders wirksam gegen Beschädigung oder gar Zerstörung im Crashfall geschützt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Crashstruktur zwei einander gegenüberliegende Strukturwände auf, welche die beiden Gehäusewandungen mit der Sicherheitsstruktur entlang der Hauptrichtung verlängern. Auch diese Maßnahme bewirkt einen verbesserten Crashschutz. The security structure is preferably provided on opposing housing walls of the housing. In this way, the safety zone is protected at least on two sides and thus particularly effectively against damage or even destruction in the event of a crash. According to an advantageous development, the crash structure has two opposing structural walls which extend the two housing walls with the safety structure along the main direction. This measure also brings about improved crash protection.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine Strukturwand eine Wandstärke auf, die kleiner ist als eine Wandstärke der Gehäusewandung des Gehäuses. According to a preferred embodiment, at least one structural wall has a wall thickness which is smaller than a wall thickness of the housing wall of the housing.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Wandstärke wenigstens einer Strukturwand der Crashstruktur weniger als 3mm. Alternativ oder zusätzlich beträgt bei dieser Ausführungsform die Wandstärke wenigstens einer Gehäuse wandung des Gehäuses mehr als 3mm. According to a preferred embodiment, the wall thickness of at least one structural wall of the crash structure is less than 3 mm. As an alternative or in addition, in this embodiment the wall thickness of at least one housing wall of the housing is more than 3 mm.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Arbeitsmedium-Kreislauf einen als Rekuperator ausgebildeten Wärmeübertrager auf, der von dem Ar beitsmedium durchströmt werden kann. Ein solcher Rekuperator überträgt die Wärme des dampfförmigen Arbeitsmediums, welches stromab der Expansions maschine durch den Rekuperator geführt wird, auf das flüssige Arbeitsmedium, welches fluidisch getrennt zu besagtem dampfförmigem Arbeitsmedium stromab der Pumpe durch den Rekuperator geführt wird. Auf diese Weise kann der Wir kungsgrad der Abwärmenutzungseinrichtung erhöht werden. According to a preferred embodiment, the working medium circuit has a heat exchanger designed as a recuperator through which the working medium can flow. Such a recuperator transfers the heat of the vaporous working medium, which is passed through the recuperator downstream of the expansion machine, to the liquid working medium, which is fluidically separated from said vaporous working medium downstream of the pump through the recuperator. In this way, the efficiency of the waste heat recovery device can be increased.

Bevorzugt können der Rekuperator und der Kondensator als Baueinheit ausgebil det sein. Diese Variante erfordert besonders wenig Bauraum. Außerdem können die Wege der Fluidverbindungsleitungen zwischen Rekuperator und Kondensator kurz gehalten werden, so dass im Crashfall die Wahrscheinlichkeit, dass die Flu- idverbindungsleitungen beschädigt werden, gering bleibt. Außerdem ergeben sich Kostenvorteile bei der Herstellung der Fluidverbindungsleitungen. The recuperator and the capacitor can preferably be designed as a structural unit. This variant requires particularly little installation space. In addition, the paths of the fluid connection lines between recuperator and condenser can be kept short, so that in the event of a crash the probability that the flow id connection lines are damaged, remains low. In addition, there are cost advantages in the production of the fluid connection lines.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Verdampfer als Plattenwärme übertrager oder als Stapelscheibenwärmeübertrager ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann bei dieser Weiterbildung der Kondensator als Plattenwär meübertrager oder als Stapelscheibenwärmeübertrager ausgebildet sein. Alterna tiv oder zusätzlich kann auch der gegebenenfalls in der Abwärmenutzungseinrich tung vorhandene Rekuperator als Plattenwärmeübertrager oder als Stapelschei benwärmeübertrager ausgebildet sein. Alle genannten technischen Ausgestal tungsvarianten sind technisch einfach herzustellen und benötigen nur wenig Bau raum. According to an advantageous development, the evaporator can be designed as a plate heat exchanger or as a stacked plate heat exchanger. As an alternative or in addition, in this development the capacitor can be designed as a plate heat exchanger or as a stacked plate heat exchanger. Alternatively or additionally, the recuperator which may be present in the waste heat recovery device can also be designed as a plate heat exchanger or as a stacked disk heat exchanger. All of the technical design variants mentioned are technically easy to manufacture and require little space.

Bevorzugt beträgt eine entlang der Hauptrichtung gemessene Erstreckungslänge der Crashzone zwischen 5% und 40% einer entlang der Hauptrichtung gemesse nen Erstreckungslänge der Sicherheitszone. An extension length of the crash zone measured along the main direction is preferably between 5% and 40% of an extension length of the safety zone measured along the main direction.

Besonders bevorzugt kommen als Stoffe für das im Fluidkreislauf eingesetzte Ar beitsmedium Alkohol oder Cyclopentan sowie ein Gemisches aus Cyclopentan und Öl in Betracht, welche beide einen Betrieb der Abwärmenutzungseinrichtung mit hoher Effizienz ermöglichen. Dass beide Stoffe brennbar sind, kann aufgrund des in der erfindungsgemäßen Abwärmenutzungseinrichtung realisierten verbes serten Schutzes des Fluidkreislaufs gegen Beschädigung außer Acht gelassen werden. Als Kühlmittel kommt (Kühl-)wasser sowie ein Gemisch aus Wasser und Glykol in Betracht. Particularly preferred substances for the working medium used in the fluid circuit are alcohol or cyclopentane and a mixture of cyclopentane and oil, both of which enable the waste heat recovery device to operate with high efficiency. The fact that both substances are combustible can be disregarded due to the improved protection of the fluid circuit against damage implemented in the waste heat recovery device according to the invention. (Cooling) water and a mixture of water and glycol can be used as the coolant.

Die Erfindung betrifft ferner ein Nutzfahrzeug mit einem sich entlang einer Längs richtung des Nutzfahrzeugs erstreckenden Fahrzeugrahmen. Das erfindungsge mäße Nutzfahrzeug umfasst ferner eine voranstehend vorgestellte Abwärmenut- Zungseinrichtung, so dass sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Abwärmenut zungseinrichtung auch auf das erfindungsgemäße Nutzfahrzeug übertragen. Erfindungsgemäß ist die Abwärmenutzungseinrichtung seitlich am Fahrzeugrah men angebracht, so dass die Sicherheitszone dem Fahrzeugrahmen zugewandt ist und die Crashzone vom Fahrzeugrahmen abgewandt ist. The invention also relates to a utility vehicle with a vehicle frame extending along a longitudinal direction of the utility vehicle. The erfindungsge Permitted utility vehicle also includes a waste heat channel presented above Switch device, so that the advantages of the waste heat utilization device according to the invention are also transferred to the utility vehicle according to the invention. According to the invention, the waste heat recovery device is attached to the side of the vehicle frame so that the safety zone faces the vehicle frame and the crash zone faces away from the vehicle frame.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims Un, from the drawing and from the associated description of the figures with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Preferred embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description.

Es zeigen, jeweils schematisch: They show, each schematically:

Fig. 1 in schaltplanartiger Darstellung beispielhaft den Aufbau einer erfin dungsgemäßen Abwärmenutzungseinrichtung, Fig. 1 in a circuit diagram-like representation by way of example the structure of a waste heat recovery device according to the invention,

Fig. 2 eine die erfindungsgemäße Einbausituation der Abwärmenutzungsein richtung in einem Nutzfahrzeug illustrierende Darstellung. FIG. 2 shows a representation illustrating the installation situation according to the invention of the waste heat utilization device in a utility vehicle.

Gemäß Figur 1 umfasst die Abwärmenutzungseinrichtung 1 einen von einem Ar beitsmedium AM durchström baren Arbeitsmedium-Kreislauf 2. Der Arbeitsmedi- um-Kreislauf 2 umfasst einen Kondensator 3 zum Kondensieren des Arbeitsmedi ums AM, eine Expansionsmaschine 4 zum Expandieren des Arbeitsmediums AM, einen Verdampfer 5 zum Verdampfen des Arbeitsmediums AM und eine Pumpe 6 zum Fördern des Arbeitsmediums Anmeldung im Arbeitsmedium-Kreislauf 2. Fer ner umfasst die Abwärmenutzungseinrichtung 1 einen von einem Kühlmittel KM durchström baren Kühlmittel-Kreislauf 7, der zum Kühlen des Arbeitsmediums AM durch Wärmeübertragung vom Arbeitsmedium AM auf das Kühlmittel KM im Kon densator 3 thermisch mit dem mit Arbeitsmedium-Kreislauf 2 verbunden ist. Der Kühlmittel-Kreislauf 7 ist also zum Kühlen des durch den Fluidkreislauf 2 strö menden Arbeitsmediums AM auch durch den Kondensator 3 geführt. Flierzu ist der Kondensator 3 als (erster) Wärmeübertrager 3a ausgebildet, der sowohl von dem Arbeitsmedium AM als auch - fluidisch getrennt vom Arbeitsmedium AM - von dem Kühlmittel KM durchströmt werden kann. Die bei der Kondensation des Arbeitsmediums AM freigesetzte Wärme wird im Kondensator 3 auf das Kühlmittel übertragen, welches sich dadurch erwärmt. According to FIG. 1, the waste heat recovery device 1 comprises a working medium circuit 2 through which a working medium AM can flow. To circuit 2 comprises a condenser 3 for condensing the working medium AM, an expansion machine 4 for expanding the working medium AM, an evaporator 5 for evaporating the working medium AM and a pump 6 for conveying the working medium registration in the working medium circuit 2. Fer ner includes the waste heat recovery device 1 has a coolant circuit 7 through which a coolant KM flows and which is thermally connected to the working medium circuit 2 for cooling the working medium AM by transferring heat from the working medium AM to the coolant KM in the condenser 3. The coolant circuit 7 is therefore also passed through the condenser 3 for cooling the working medium AM flowing through the fluid circuit 2. For this purpose, the condenser 3 is designed as a (first) heat exchanger 3a, through which the working medium AM as well as - fluidly separated from the working medium AM - the coolant KM can flow through. The heat released during the condensation of the working medium AM is transferred in the condenser 3 to the coolant, which heats up as a result.

Auch der Verdampfer 5 des Arbeitsmedium-Kreislaufs 2 ist als Wärmeübertrager 5a ausgebildet, der fluidisch getrennt vom Arbeitsmedium M auch von Abgas A durchströmt werden kann, welches von einer Brennkraftmaschine des Nutzfahr zeugs erzeugt und ausgestoßen wird. Im Verdampfer 5 wird das Arbeitsmedium AM durch Wärmeübertragung vom Abgas A auf das Arbeitsmedium AM ver dampft. The evaporator 5 of the working medium circuit 2 is designed as a heat exchanger 5a, which can also be flowed through fluidically separated from the working medium M by exhaust gas A, which is generated and ejected by an internal combustion engine of the utility vehicle. In the evaporator 5, the working medium AM is vaporized ver by heat transfer from the exhaust gas A to the working medium AM.

Der Arbeitsmedium-Kreislauf 2 kann optional einen als Rekuperator 12 ausgebil deten Wärmeübertrager 13 aufweisen, der von dem Arbeitsmedium AM durch strömt werden kann. Der Rekuperator 12 überträgt die Wärme des dampfförmigen Arbeitsmediums AM, welches stromab der Expansionsmaschine 4 durch den Re kuperator 12 geführt wird, auf das flüssige Arbeitsmedium AM, welches fluidisch getrennt zum dampfförmigen Arbeitsmedium AM stromab der Pumpe 6 durch den Rekuperator 12 geführt wird. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad der Ab wärmenutzungseinrichtung 1 erhöht werden. Im Kühlmittel-Kreislauf 7 kann au ßerdem ein Kühlmittelkühler 10 zum Kühlen des Kühlmittels KM durch Wärmeab fuhr von demselben angeordnet sein. Ferner ist im Kühlmittel-Kreislauf 7 eine Kühlmittelpumpe 8 zum Antreiben des Kühlmittels KM vorgesehen. The working medium circuit 2 can optionally have a heat exchanger 13 designed as a recuperator 12, through which the working medium AM can flow. The recuperator 12 transfers the heat of the vaporous working medium AM, which is passed downstream of the expansion machine 4 through the Re kuperator 12, to the liquid working medium AM, which is fluidly separated from the vaporous working medium AM downstream of the pump 6 by the Recuperator 12 is performed. In this way, the efficiency of the heat utilization device 1 can be increased. In the coolant circuit 7, a coolant cooler 10 can also be arranged for cooling the coolant KM by heat dissipation from the same. Furthermore, a coolant pump 8 for driving the coolant KM is provided in the coolant circuit 7.

Der Verdampfer 5 kann als Plattenwärmeübertrager oder als Stapelscheibenwär meübertrager ausgebildet sein. Der Kondensator 3 kann als Plattenwärmeüber trager oder als Stapelscheibenwärmeübertrager S ausgebildet sein. Auch der Re kuperator 12 kann - falls vorhanden - als Plattenwärmeübertrager oder als Sta pelscheibenwärmeübertrager ausgebildet sein. Um Bauraum zu sparen und um Leitungswege zwischen dem Rekuperator 12 und dem Kondensator 3 kurz zu hal ten, können der Rekuperator 12 und der Kondensator 3 als Baueinheit ausgebil det sein (in Figur 1 nicht gezeigt). The evaporator 5 can be designed as a plate heat exchanger or as a stacked disk heat exchanger. The capacitor 3 can be designed as a plate heat exchanger or as a stacked plate heat exchanger S. The Re kuperator 12 can - if available - be designed as a plate heat exchanger or a stacked disk heat exchanger. In order to save installation space and to keep conduction paths between the recuperator 12 and the capacitor 3 short, the recuperator 12 and the capacitor 3 can be designed as a structural unit (not shown in FIG. 1).

Das Arbeitsmedium AM kann beispielsweise Alkohol oder Cyclopentan sein. In Betracht kommen auch andere, insbesondere brennbare Stoffe. Das Kühlmittel KM kann beispielsweise Kühlwasser sein. In Betracht kommen auch andere nicht brennbare Stoffe. The working medium AM can be alcohol or cyclopentane, for example. Other, in particular combustible, substances can also be considered. The coolant KM can be, for example, cooling water. Other non-flammable materials can also be considered.

Der Kondensator 3, die Expansionsmaschine 4 und die Pumpe 6 sind in einer Si cherheitszone 20 der Abwärmenutzungseinrichtung 1 angeordnet. Gemäß Figur 1 ist die Sicherheitszone 20 durch ein Gehäuse 11 begrenzt. Der Verdampfer 5 ist teilweise in der Sicherheitszone 20 angeordnet. In einer nicht gezeigten Variante kann aber auch der gesamte Arbeitsmedium-Kreislauf 2 einschließlich des Ver dampfers 5 vollständig in der Sicherheitszone 20 angeordnet sein. Der Kühlmittel- Kreislauf 7 ist teilweise in der Sicherheitszone und teilweise in einer Crashzone 21 angeordnet, die im Beispielszenario teilweise durch eine Crashstruktur 22 be grenzt ist. Die mechanische Steifigkeit des Gehäuses 11 ist dabei größer als die mechanische Steifigkeit der Crashstruktur 22. Die Crashzone 21 und die Sicher heitszone 20 sind entlang einer Hauptrichtung HR nebeneinander angeordnet.The condenser 3, the expansion machine 4 and the pump 6 are arranged in a safety zone 20 of the waste heat recovery device 1. According to FIG. 1, the safety zone 20 is delimited by a housing 11. The evaporator 5 is partially arranged in the safety zone 20. In a variant not shown, however, the entire working medium circuit 2 including the evaporator 5 can be arranged completely in the safety zone 20. The coolant circuit 7 is arranged partly in the safety zone and partly in a crash zone 21, which in the example scenario is partly delimited by a crash structure 22. The mechanical rigidity of the housing 11 is greater than that mechanical rigidity of the crash structure 22. The crash zone 21 and the safety zone 20 are arranged next to one another along a main direction HR.

Die Sicherheitszone 20 kann dabei mittels einer Gehäusewandung 11c des Ge häuses 11 von der Crashzone 21 getrennt sein. Das die Sicherheitszone 20 be grenzende Gehäuse 11 umfasst eine Sicherheitsstruktur 23 mit mehreren Verstei fungsrippen 24, die das Gehäuse 11 mechanisch zusätzlich aussteifen. The safety zone 20 can be separated from the crash zone 21 by means of a housing wall 11c of the housing 11. The housing 11 bordering the safety zone 20 comprises a safety structure 23 with a plurality of stiffening ribs 24 which additionally stiffen the housing 11 mechanically.

Gemäß Figur 1 kann die Sicherheitsstruktur 23 an einander gegenüberliegenden Gehäusewandungen 11a, 11b des Gehäuses 11 , die sich beide entlang der Hauptrichtung HR erstrecken und die Sicherheitszone 20 senkrecht zur Haupt richtung HR begrenzen, angeordnet sein. Die Gehäusewandung 11c verbindet dabei die beiden Gehäusewandungen 11a, 11b und erstreckt sich senkrecht zur Hauptrichtung HR. Ebenso kann die die Crashzone 21 begrenzende Crashstruk tur 22 zwei einander gegenüberliegende Strukturwände 22a, 22b aufweisen. Die Strukturwand 22a verlängert die Gehäusewandung 11a entlang der Hauptrichtung HR. Die Strukturwand 22b verlängert die Gehäusewandung 11b entlang der Hauptrichtung HR. Die beiden Strukturwände 22a, 22b weisen jeweils eine Wandstärke ws auf, die kleiner ist als eine Wandstärke wG einer jeweiligen Ge häusewandung 11a, 11b des Gehäuses 11. Die Wandstärke ws der Strukturwän de 22a, 22b beträgt jeweils weniger als 3mm. Die Wandstärke wG der Gehäuse wandungen 11a, 11b beträgt jeweils mehr als 3mm. Eine entlang der Hauptrich tung HR gemessene Erstreckungslänge Ec der Crashzone 21 beträgt zweckmä ßig zwischen 5% und 40% einer entlang der Hauptrichtung HR gemessenen Er streckungslänge Es der Sicherheitszone 20. According to FIG. 1, the safety structure 23 can be arranged on opposing housing walls 11a, 11b of the housing 11, which both extend along the main direction HR and delimit the safety zone 20 perpendicular to the main direction HR. The housing wall 11c connects the two housing walls 11a, 11b and extends perpendicular to the main direction HR. Likewise, the crash structure 22 delimiting the crash zone 21 can have two structure walls 22a, 22b lying opposite one another. The structural wall 22a extends the housing wall 11a along the main direction HR. The structural wall 22b extends the housing wall 11b along the main direction HR. The two structural walls 22a, 22b each have a wall thickness w s that is smaller than a wall thickness w G of a respective housing wall 11a, 11b of the housing 11. The wall thickness w s of the structural walls 22a, 22b is less than 3mm. The wall thickness w G of the housing walls 11a, 11b is each more than 3mm. An extension length E c of the crash zone 21 measured along the main direction HR is expediently between 5% and 40% of an extension length E s of the safety zone 20 measured along the main direction HR.

Die Abwärmenutzungseinrichtung 1 kann auch ein Gebläse 19 zum Antreiben von Luft L beim Durchströmen des Kühlmittelkühlers 10 aufweisen. Der Kühlmittel-Kreislauf 7 kann außerdem mechanische Stabilisatoren 14 umfas sen, die sich zur Stabilisierung des Kühlmittel-Kreislaufs 7, insbesondere dessen Kühlmittelleitungen 7a, an der Crashstruktur 22 abstützen. Bei besagten Stabilisa toren 14 kann es sich um sog. Kompensatoren handeln. Diese lassen eine Bewe gung des Kühlmittelkühlers 10 im Crashfall zu, ohne die Kraft auf die Komponente der Sicherheitszone zu übertragen. Dieser Effekt kann z.B. durch Verwendung von Schläuchen als Kompensatoren bzw. Stabilisatoren 14 erzielt werden. The waste heat recovery device 1 can also have a fan 19 for driving air L as it flows through the coolant cooler 10. The coolant circuit 7 can also include mechanical stabilizers 14 which are supported on the crash structure 22 to stabilize the coolant circuit 7, in particular its coolant lines 7a. Said stabilizers 14 can be so-called compensators. These allow movement of the coolant cooler 10 in the event of a crash without transmitting the force to the component of the safety zone. This effect can be achieved, for example, by using hoses as compensators or stabilizers 14.

Die Figur 2 illustriert eine bevorzugte Einbausituation der erfindungsgemäßen Abwärmenutzungseinrichtung 1 an eine Fahrzeugrahmen 31 eines nicht näher dargestellten Nutzfahrzeugs. Der Fahrzeugrahmen 31 des Nutzfahrzeugs er streckt sich entlang einer Längsrichtung LR des Nutzfahrzeugs. Erfindungsgemäß ist die Abwärmenutzungseinrichtung 1 seitlich am Fahrzeugrahmen 31 ange bracht. Die seitliche Anordnung erfolgt dabei so, dass die Sicherheitszone 20 dem Fahrzeugrahmen 31 zugewandt ist und die Crashzone 21 vom Fahrzeugrahmen 31 abgewandt ist. Entlang einer senkrecht zur Längsrichtung LR des Nutzfahr zeugs verlaufenden Querrichtung QR ist also die Sicherheitszone 20 zwischen der Crashzone 21 und dem Fahrzeugrahmen 31 angeordnet. Im Falle eines Crashs in die Seite des Nutzfahrzeugs wird also zuerst und primär die Crashzone 21 mechanisch beansprucht, so dass die Crashstruktur 22 die Crash-bedingt wir kenden mechanischen Kräfte aufnehmen kann. Die nicht in der Crashzone 21 bzw. in der Crashstruktur 22 aufgenommenen Kräfte werden im Idealfall von der Sicherheitsstruktur 23 der Sicherheitszone 20 aufgenommen. Somit bleibt der in der Sicherheitszone angeordnete Arbeitsmedium-Kreislauf 2 auch im Crashfall gegen Beschädigung oder gar Zerstörung geschützt. FIG. 2 illustrates a preferred installation situation of the waste heat recovery device 1 according to the invention on a vehicle frame 31 of a commercial vehicle (not shown in detail). The vehicle frame 31 of the utility vehicle it extends along a longitudinal direction LR of the utility vehicle. According to the invention, the waste heat recovery device 1 is placed on the side of the vehicle frame 31. The lateral arrangement takes place in such a way that the safety zone 20 faces the vehicle frame 31 and the crash zone 21 faces away from the vehicle frame 31. The safety zone 20 is thus arranged between the crash zone 21 and the vehicle frame 31 along a transverse direction QR running perpendicular to the longitudinal direction LR of the utility vehicle. In the event of a crash in the side of the commercial vehicle, the crash zone 21 is first and primarily subjected to mechanical stress, so that the crash structure 22 can absorb the mechanical forces caused by the crash. The forces not absorbed in the crash zone 21 or in the crash structure 22 are ideally absorbed by the safety structure 23 of the safety zone 20. Thus, the working medium circuit 2 arranged in the safety zone remains protected against damage or even destruction even in the event of a crash.

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Claims

Patentansprüche Claims 1. Abwärmenutzungseinrichtung (1) für ein Nutzfahrzeug, 1. Waste heat recovery device (1) for a commercial vehicle, - mit einem von einem Arbeitsmedium (AM) durchström baren Arbeitsmedium- Kreislauf (2), welcher einen Kondensator (3) zum Kondensieren des Arbeits mediums (AM), eine Expansionsmaschine (4) zum Expandieren des Arbeits mediums (AM), einen Verdampfer (5) zum Verdampfen des Arbeitsmedium (AM) und eine Pumpe (6) zum Fördern des Arbeitsmediums (AM) im Arbeits medium-Kreislauf (2) umfasst, - With a working medium (AM) through which a working medium circuit (2) can flow, which has a condenser (3) for condensing the working medium (AM), an expansion machine (4) for expanding the working medium (AM), an evaporator ( 5) for evaporating the working medium (AM) and a pump (6) for conveying the working medium (AM) in the working medium circuit (2), - mit einem von Kühlmittel (KM) durchström baren Kühlmittel-Kreislauf (7), der zum Kühlen des Arbeitsmediums (AM) durch Wärmeübertragung vom Arbeits medium (AM) auf das Kühlmittel (KM) ausgebildet ist, - With a coolant circuit (7) through which coolant (KM) can flow and which is designed to cool the working medium (AM) by transferring heat from the working medium (AM) to the coolant (KM), - wobei zumindest der Kondensator (3), die Expansionsmaschine (4) und die Pumpe (6) in einer Sicherheitszone (20) der Abwärmenutzungseinrichtung (1) angeordnet sind. - At least the condenser (3), the expansion machine (4) and the pump (6) being arranged in a safety zone (20) of the waste heat recovery device (1). 2. Abwärmenutzungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (5) teilweise in der Sicherheitszone (20) angeordnet ist oder die Sicherheitszone (20) teilweise begrenzt. 2. Waste heat recovery device according to claim 1, characterized in that the evaporator (5) is partially arranged in the safety zone (20) or partially delimits the safety zone (20). 3. Abwärmenutzungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Arbeitsmedium-Kreislauf (2) in der Sicherheitszone (20) angeord net ist. 3. Waste heat recovery device according to claim 1 or 2, characterized in that the entire working medium circuit (2) in the safety zone (20) is angeord net. 4. Abwärmenutzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitszone (20) entlang einer Hauptrichtung (HR) der Abwärmenut zungseinrichtung (1) zwischen der Crashzone (21) und dem Verdampfer (5) angeordnet ist. 4. Waste heat recovery device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the safety zone (20) is arranged along a main direction (HR) of the waste heat recovery device (1) between the crash zone (21) and the evaporator (5). 5. Abwärmenutzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitszone (20) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, durch ein Gehäuse (11 ) begrenzt ist. 5. Waste heat recovery device according to one of the preceding claims, characterized in that the safety zone (20) is at least partially, preferably completely, delimited by a housing (11). 6. Abwärmenutzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 6. Waste heat recovery device according to one of the preceding claims, characterized in that - im Kühlmittel-Kreislauf (7) ein Kühlmittelkühler (10) zum Kühlen des Kühlmittels durch Wärmeabfuhr von demselben angeordnet ist, - A coolant cooler (10) is arranged in the coolant circuit (7) for cooling the coolant by dissipating heat therefrom, - vorzugsweise die Abwärmenutzungseinrichtung (1 ) ein Gebläse (19) zum An treiben von Luft beim Durchströmen des Kühlmittelkühlers (10) aufweist. - Preferably the waste heat recovery device (1) has a fan (19) for driving air as it flows through the coolant cooler (10). 7. Abwärmenutzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 7. Waste heat recovery device according to one of the preceding claims, characterized in that - der Kühlmittel-Kreislauf (7) in einer Crashzone (21) angeordnet ist, die zumin dest teilweise durch eine Crashstruktur (22) begrenzt ist, - The coolant circuit (7) is arranged in a crash zone (21) which is at least partially delimited by a crash structure (22), - wobei vorzugsweise eine mechanische Steifigkeit des Gehäuses (11 ) größer ist als eine mechanische Steifigkeit der Crashstruktur (22). - wherein a mechanical rigidity of the housing (11) is preferably greater than a mechanical rigidity of the crash structure (22). 8. Abwärmenutzungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Crashzone (21) und die Sicherheitszone (20) entlang der Hauptrichtung8. waste heat recovery device according to claim 7, characterized in that the crash zone (21) and the safety zone (20) along the main direction (HR) nebeneinander angeordnet sind. (HR) are arranged side by side. 9. Abwärmenutzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) der Sicherheitszone (20) zumindest abschnittsweise eine Si cherheitsstruktur (23) mit mehreren Versteifungsrippen (24) aufweist. 9. Waste heat recovery device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (11) of the safety zone (20) at least in sections has a safety structure (23) with several stiffening ribs (24). 10. Abwärmenutzungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsstruktur (23) an einander gegenüberliegenden Gehäusewan dungen (11a, 11b) des Gehäuses (11 ) vorhanden ist. 10. Waste heat recovery device according to claim 9, characterized in that the safety structure (23) on opposite housing walls (11a, 11b) of the housing (11) is present. 11.Abwärmenutzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Crashstruktur (22) zwei einander gegenüberliegende Strukturwände (22a, 22b) aufweist, welche die beiden Gehäusewandungen (11a, 11b) mit der Si cherheitsstruktur (23) entlang der Hauptrichtung (HR) verlängern. 11. A waste heat recovery device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the crash structure (22) has two opposing structural walls (22a, 22b) which connect the two housing walls (11a, 11b) with the safety structure (23) along the main direction (HR) extend. 12. Abwärmenutzungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strukturwand (22a) eine Wandstärke (ws) aufweist, die kleiner ist als eine Wandstärke (wG) der Gehäusewandung (11a, 11b) des Gehäuses12. Waste heat recovery device according to claim 11, characterized in that at least one structural wall (22a) has a wall thickness (w s ) which is smaller than a wall thickness (w G ) of the housing wall (11a, 11b) of the housing (I I ). (I I). 13. Abwärmenutzungseinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass 13. Waste heat recovery device according to claim 10 or 11, characterized in that - die Wandstärke (ws) wenigstens einer Strukturwand der Crashstruktur (22) we niger als 3mm beträgt; oder/und dass - die Wandstärke (wG) wenigstens einer Gehäusewandung (11a, 11b) des Ge häuses (11 ) mehr als 3mm beträgt. - The wall thickness (w s ) of at least one structural wall of the crash structure (22) is less than 3mm; or / and that - The wall thickness (w G ) of at least one housing wall (11a, 11b) of the Ge housing (11) is more than 3mm. 14. Abwärmenutzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsmedium-Kreislauf (2) einen als Rekuperator (12) ausgebildeten Wärmeübertrager (13) aufweist, der von dem Arbeitsmedium (AM) durchström- bar ausgebildet ist. 14. Waste heat recovery device according to one of the preceding claims, characterized in that the working medium circuit (2) has a heat exchanger (13) designed as a recuperator (12) through which the working medium (AM) can flow. 15. Abwärmenutzungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rekuperator (12) und der Kondensator (3) als Baueinheit ausgebildet sind. 15. Waste heat recovery device according to claim 14, characterized in that the recuperator (12) and the condenser (3) are designed as a structural unit. 16. Abwärmenutzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 16. Waste heat recovery device according to one of the preceding claims, characterized in that - der Verdampfer (5) als Plattenwärmeübertrager oder als Stapelscheibenwär meübertrager ausgebildet ist; oder/und dass - The evaporator (5) is designed as a plate heat exchanger or as a stacked disk heat exchanger; or / and that - der Kondensator (3) als Plattenwärmeübertrager oder als Stapelscheibenwär meübertrager ausgebildet ist; oder/und dass - The condenser (3) is designed as a plate heat exchanger or as a stacked disk heat exchanger; or / and that - der Rekuperator (12) als Plattenwärmeübertrager oder als Stapelscheibenwär meübertrager ausgebildet ist. - The recuperator (12) is designed as a plate heat exchanger or as a stacked disk heat exchanger. 17. Abwärmenutzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine entlang der Hauptrichtung (HR) gemessene Erstreckungslänge (Ec) der Crashzone (21) zwischen 5% und 40% einer entlang der Hauptrichtung (HR) gemessenen Erstreckungslänge (Es) der Sicherheitszone (20) beträgt. 17. Waste heat recovery device according to one of claims 7 to 16, characterized in that an extension length (E c ) of the crash zone (21) measured along the main direction (HR) is between 5% and 40% of an extension length (E s ) the security zone (20). 18. Nutzfahrzeug, - mit einem sich entlang einer Längsrichtung (LR) des Nutzfahrzeugs erstre ckenden Fahrzeugrahmen (31), 18. Commercial vehicle, - With a vehicle frame (31) extending along a longitudinal direction (LR) of the commercial vehicle, - mit einer Abwärmenutzungseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche die seitlich am Fahrzeugrahmen (31) angebracht ist, so dass die Si cherheitszone (20) dem Fahrzeugrahmen (31) zugewandt ist und die Crashzo ne (32) vom Fahrzeugrahmen (31) abgewandt ist. - With a waste heat recovery device (1) according to one of the preceding claims which is attached to the side of the vehicle frame (31) so that the safety zone (20) faces the vehicle frame (31) and the crash zone (32) faces away from the vehicle frame (31) is. **************
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