[0001] 本发明涉及用于内燃机、特别是机动车的内燃机的废热利用装置。此外，本发明涉及一种与所述废热利用装置相关的操作方法。

[0002] DE 10 2007 033 611 A1公开了一种废热利用装置，该装置包括废热利用回路，其中工作介质在废热利用回路中循环。在工作介质的流动方向上，在废热利用回路中相继地设置用于蒸发由内燃机废气供给的工作介质的蒸发器，用于膨胀工作介质的膨胀机器，用于冷凝工作介质的冷凝器以及用于传输工作介质的传递装置。此外，结合在通向蒸发器的废气通路中的储热装置，装备有已知的废热利用装置。借助于阀设备，废气流可以被分散到储热装置以及蒸发器，取决于表示废气的有效热能的数值。例如，原则上，将废气供给蒸发器。如果获得的废气热多于蒸发所需要的热量，那么部分废气流就可以供给储热装置。与之相反，如果获得的废气热少于蒸发所需要的热量，并且如果储热装置的温度高于废气的温度，那么废气流最初可以传过储热装置并且随后到达蒸发器。从而，对于已知的废热利用设备，结合在内燃机的废气系统中的储热装置根据需要用于废气的预热。

[0026] 根据图1和2，废热利用装置1包括废热利用回路2，其以热传递的方式耦合至内燃机3。为此内燃机3包括废气管线4。

[0027] 在废热利用回路2中，如果正确地操作废热利用装置1，那么工作介质按照旋转箭头5的方向循环。对于工作介质的流动方向，废热利用回路2相继地包括蒸发器6，膨胀机器7，冷凝器8和传输装置9。蒸发器6用于蒸发工作介质。膨胀机器7用于膨胀工作介质，其中这种情况中的膨胀机器7例如可以驱动发生器10。冷凝器8用于冷凝工作介质，为此，冷凝器8例如可以连接至冷却回路11。传输装置9用于传输废热利用回路2中的工作介质。

[0028] 蒸发器6被设计为热传递装置并结合到废气管线4中，从而可以使内燃机3的废气供给蒸发器6。

[0029] 废热利用装置1另外装备有储热装置12，其结合到废热利用回路2中，以这样的方式工作介质可以供给储热装置12。换句话说，储热装置12的储热材料13以热传递的方式耦合至工作介质，使得热量可以在工作介质和储热装置介质13之间进行交换。

[0030] 根据图1和2的实施方式，储热装置12通过供给部件14和释放部件15连接至废热利用回路2。在该实施例中，提供供给部件阀装置16和释放部件阀装置17，借此，可以控制在不同情况中通过储热装置12的工作介质流。这里，供给部件阀装置16控制供给部件14，同时释放部件阀装置17控制释放部件15。实际上，供给部件14在蒸发器6和膨胀机器
7之间连接至废热利用回路2，以使储热装置12可以用过热的蒸汽工作介质进行储热。实际上释放部件15在膨胀机器7和冷凝器8之间连接至废热利用回路2。因此，储热装置12保持在废热利用回路2的蒸汽侧，其在工作介质的流动方向上从蒸发器6延伸至冷凝器8。
与之相比，废热利用回路2的液体侧在工作介质的流动方向上从冷凝器8延伸至蒸发器6。

[0031] 根据图2的实施方式，提供冷凝器旁路18，其在废热利用回路2中绕过冷凝器8。因此，一方面冷凝器旁路18在膨胀机器7和冷凝器8之间连接至废热利用回路2，另一方面在冷凝器8和传输装置9之间连接至废热利用回路2。为了控制冷凝器旁路18，提供旁路阀19，在该实施例中旁路阀19整合到释放部件阀装置17中。

[0032] 根据有利的实施方式，所提供的用于冷却冷凝器8的冷却回路11可以以热传递的方式耦合至内燃机3。特别地，冷却回路11因此为引擎冷却回路20的一部分，在这里仅部分地示出引擎冷却回路20。

[0033] 此外，这里图1和2所示的实施方式中提供了蒸发器旁路21，其在废气侧绕过蒸发器6。为了控制该蒸发器旁路21，提供了恰当的旁路阀22。

[0034] 图1中示出的废热利用装置1的实施方式另外装备有压力存储器23，其连接至废热利用回路2的液体侧。在该实施例中，压力存储器23在冷凝器8和传输装置9之间连接至废热利用回路2。特别地，如图2所示，压力存储器23可以整合在储热装置12中。在这种情况中，储热装置12位于废热利用回路2的蒸汽侧。

[0035] 储热装置12实际上可以配置为潜热存储器。那么储热材料13实际上为相变材料。在图1中，示出了一种压力调整装置24，借助于该装置，可以调整相变材料即储热材料13中的压力。通过改变相变材料中的压力，可以改变相变温度。因此，储热装置12可以特别容易适应于废热利用装置1或者内燃机3的热流情形。

[0036] 在图1中同样示出了一种（其它的）压力调整装置25，借助于该装置，可以调整废热利用回路2的工作介质压力。在废热利用回路2的正常操作过程中，一方面工作介质中的压力可以通过传输装置9来调整，另一方面通过膨胀机器7来调整。在特定的操作状态中，例如可以是在内燃机3的升温阶段的情况下，实际上可以改变工作介质中的压力，例如为了减少废热利用回路2中的蒸汽侧的组件。特别地，实际上可以暂时性地完全移除废热利用回路2中的蒸汽侧，从而仅传输液态的工作介质，其基本上改进了储热装置12和废气之间的热传递。

[0037] 为了操作废热利用装置1或者为了驱动废热利用装置1或内燃机3的可调整组件，可以另外提供了控制器26。这种控制器26可以作为硬件整合到内燃机3的控制器27中和/或作为软件在控制器27中实施。

[0038] 根据图3，根据一种特定实施方式的蒸发器6包括壳体28，在其中装置有热传递块29。热传递块29具有箭头指示的废气通路30，工作介质通路31，括号指示的蒸发器部件32以及同样由括号指示的储热部件33。在蒸发器部件32中，废气通路30和工作介质通路31以热传递的方式相互耦合。在储热部件33中，废气通路30和工作介质通路31以热传递的方式耦合至储热材料13，其容纳于储热装置33内的储热结构34中。实际上，废气通路30和工作介质通路31还可以以热传递的方式在储热部件33内相互耦合。

[0039] 根据图3中所示的实施方式，相对于热传递块29的纵向方向，蒸发器部件32和储热部件33相互之间轴向地邻接。整合的设计也是可想到的。

[0040] 在图3的实施例中，上文提及的蒸发器旁路21还以这样的方式另外整合到蒸发器6中，即蒸发器旁路21在壳体28内布置。在这种情况下，蒸发器旁路21通过第一连接35连接至在热传递块29的废气通路30上游，并且通过第二连接36连接至热传递块29的废气通路30下游。在图3中未示出用于控制蒸发器旁路21的旁路阀22，但是例如可以整合到连接部件35、36中的一个。

[0041] 控制器26实际上以这样的方式被配置或者规划，即，其可以实现下文中描述的用于操作内燃机3或者废热利用装置1的方法。

[0042] 在内燃机3的正常操作过程中，该目标还可以是在废热利用装置1的正常操作的过程中，为了蒸发工作介质，在这一过程中废气顺带的废热应用在蒸发器6中，其中在用于驱动发生器10的膨胀机器7中利用蒸发的工作介质。这样，通过冷凝器8冷凝膨胀的和部分冷却的工作介质。传输装置9通过蒸发器6再次驱动工作介质。在该正常操作过程中，用于储热装置12储热的热量由此也是可以利用的。其实际上因为通过储热装置12传导的工作介质的部分流体得以实现。

[0043] 如果实现了废气的温度升高，例如为了使设置在废气管线4中蒸发器6下游的废气系统组件达到预定的操作温度，热量可以从储热装置12中撤出并通过蒸发器6供应给废气。因此，例如根据图2的冷凝器8可以通过冷凝器旁路18暂时性地绕过，从而将热的工作介质供给蒸发器6。

[0044] 然而，根据图1所示的实施方式，如果未提供这样的冷凝器旁路18，那么冷却回路11，例如可以暂时性地失效。同时还可以暂时性地反转传输装置9的传输方向，从而通过尽可能短的路径从储热装置12将热的工作介质传输至蒸发器6。

[0045] 这样的废气的温度升高是必须的，特别是当内燃机3为冷启动的并且相应地在最初经历冷启动阶段的时候。冷启动出现在内燃机3基本上处于室温的时候。

[0046] 在这一冷启动阶段的过程中，来自于储热装置12的热量可以通过如上所述的工作介质传输至蒸发器6并且通过蒸发器6提供给废气，从而使废气处理组件更快地达到操作温度。

[0047] 在这一冷启动阶段的过程中，如果冷却回路11为引擎冷却回路20的一部分，那么还能够将热量通过冷却回路11提供给内燃机3。如果提供了冷凝器旁路18，那么在这种情况中是无效的。