專利名稱：用于回收熱量并且將其轉換成機械功率的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求I的前序部分的用于在用于機動車的驅動系統中回收熱量并且將其轉換成機械功率的方法，以及一種根據權利要求9的前序部分的用于執行這樣的方法的裝置。
背景技術：
這樣的方法通常是已知的。系統部件、尤其蒸發器、膨脹機(Expansionsmaschine)(流體機械或往復活塞式機械)和冷凝器的結構設計考慮傳統的高速公路-長途交通應用(Autobahn-Fernverkehrseinsatz)、即內燃機的幾乎穩態的運行并且在該運行中有助于提高驅動系統的效率。作為可應用的熱量載體，例如可使用冷卻劑或增 壓空氣、然而尤其內燃機的排氣。內燃機的運行變得越不穩定(諸如在交替的上坡和下坡的情況下或者對于分配交通(Verteilerverkehr)中的車輛)，熱量回收的可獲得的效率越進一步下降。
發明內容
本發明的目的是如此改進一種用于在用于機動車的驅動系統中回收熱量并且將其轉換成機械功率的方法，使得在非穩態的運行中也可獲得驅動系統的令人滿意的效率。此外，應說明一種特別適合于執行用于在用于機動車的驅動系統中回收熱量并且將其轉換成機械功率的方法的裝置。該目的利用獨立權利要求的特征來實現。有利的設計方案是相應回引于此的從屬權利要求的內容。根據權利要求1，提出一種用于在用于機動車的驅動系統中回收熱量并且將其轉換成機械功率的方法，在其中在工作介質循環中所引導的工作介質利用至少一個集成到工作介質循環中的蒸發器借助于機動車的內燃機的廢熱被蒸發，其中，所產生的蒸汽被輸送給與內燃機相連結的膨脹機，并且來自膨脹機的廢蒸汽(Abdampf)接下來在至少一個冷凝器中又被引回到液態相中。根據本發明，在至少一個蒸發器下游，至少一個借助于(開環)控制和/或(閉環)調節裝置可控制和/或調節的閥以及蒸汽存儲器這樣集成到工作介質循環中，使得尤其在不需要膨脹機的驅動功率時并且/或者在內燃機不以動力運行時(尤其在慣性運行(Schubbetrieb)和/或發動機制動運行中)，優選地同時在膨脹機關斷時所產生的蒸汽至少一部分被輸入到蒸汽存儲器中。在膨脹機需要驅動功率時并且/或者在內燃機以動力運行時，存儲到蒸汽存儲器中的蒸汽優選地直接緊接蒸汽存儲階段至少部分地又被或可被引回到工作介質循環中用于驅動膨脹機。根據本發明的方法在非穩態的運行中實現兩個重要的改進膨脹機(其機械功率尤其在慣性運行和/或發動機制動運行中不被需要)可被與蒸汽供應至少部分地、優選地完全關斷，同時在系統中還產生的蒸汽或熱蒸汽(由于余熱、系統中的慣性、在發動機制動運行中的廢氣熱)可被輸送并且/或者存儲到蒸汽存儲器中。在又需要膨脹機的驅動功率時或在內燃機又以動力運行時，那么膨脹機可直接以蒸汽存儲器的蒸汽或熱蒸汽來加載并且因此幾乎無延遲地又提供附加的功率。因此在內燃機的非穩態的運行中膨脹器功率的供應也可在消耗集中的(verbrauchsintensiv)加速階段中實現，這改善了其響應特性并且在非穩態的運行中抵抗驅動系統的效率的下降。為了例如建立從膨脹機的操縱蒸汽存儲器的存儲器運行(Speicherbetrieb)又到正常的經由蒸發器的蒸汽供應的特別平穩的過渡，根據一特別優選的具體的方法指導提出，在工作介質循環的優選地直接緊接蒸汽存儲階段(尤其慣性運行和/或發動機制動運行)的加熱階段期間，一方面蒸汽存儲器被與膨脹機相連接，而另一方面該至少一個蒸發器(或者多個蒸發器中的至少一個)被與短接(kurzschliessend)膨脹機的旁通管路(Umgehungsleitung)相連接,使得膨脹機一直從蒸汽存儲器被供應以蒸汽，直到工作介質循環的工作介質借助于至少一個蒸發器又加熱到限定的和/或規定的熱蒸汽溫度。這樣的方法指導此外可在控制或調節技術上被簡單地實現且功能可靠地運行。與這樣的加熱階段相聯系地此外提出，在達到限定的和/或規定的熱蒸汽溫度時，來自蒸汽存儲器的蒸汽輸送被停止，此外旁通管路又被關斷并且最后膨脹機在傳統的膨脹機運行中又僅從至少一個蒸發器被供應以蒸汽。
對此備選地或附加地可設置成，在達到限定的和/或規定的熱蒸汽溫度時，旁通管路又被關斷，并且因此膨脹機又如在傳統的膨脹機運行中那樣從至少一個蒸發器被供應以蒸汽，其中，當蒸汽存儲器完全或直到限定的余量被排空時，來自蒸汽存儲器的蒸汽輸送那么才被停止。在這樣的混合運行(Mischbetrieb)中保證，蒸汽存儲器以所期望的方式被排空，其中，存有的剩余蒸汽在該混合運行中在膨脹機前或在其中在合適的部位處被引入且輸送。蒸汽存儲器的可用的容積在適宜的改進方案中優選地被這樣設計，使得可存儲對應于平均的發動機制動運行階段的蒸汽量(Dampfmasse)。這樣的平均值必要時可憑經驗值來確定并且保證，例如在機動車的下坡行駛之后，膨脹機可一直被供應以所存儲的蒸汽或熱蒸汽，直到帶有至少一個蒸發器的蒸發系統又充分地準備好運行。另一方面，還應考慮蒸汽存儲器的安裝標準和裝載時間(Aufladezeit)。此外，根據一特別優選的方法指導設置成，在達到蒸汽存儲器在蒸汽存儲階段期間最大的運行壓力時，短接膨脹機的旁通管路被開啟并且/或者打開。這提高運行可靠性并且幫助避免在蒸汽存儲器中的過壓。在蒸汽產生足夠的情況下，在沒有管路和功能件的冷卻并且沒有系統過壓的情況下系統準備性(Systembereitschaft)經由旁通管路可被維持并且因此在過渡到驅動運行中時同樣有助于改善的響應特性。特別優選地，在蒸汽存儲階段期間或在慣性階段和/或發動機制動階段期間，尤其當內燃機在排氣系(Abgasstrang)中具有用于產生發動機制動功率的至少一個節流裝置時，內燃機的排氣系統用作用于至少一個蒸發器的熱源。這樣的節流裝置(例如排氣活門(Abgasklappe)、氣體交換閥的可變控制部等)使也能夠在發動機制動運行階段中維持高的排氣溫度。備選或附加于排氣系統，但是原理還可使用其它的車輛側的熱源，例如發動機冷卻劑和/或增壓空氣，僅列舉兩個另外的示例。在一有利的附加功能中，在內燃機停止運行之后并且/或者在冬天的溫度的情況下，在蒸汽存儲器中所收集的蒸汽附加地可被用于從工作介質循環的功能件中排出冷凝的工作介質。由此例如可在負外界溫度的情況下抵抗控制閥或蒸發器的凍結，而沒有空氣進入熱量回收系統的工作介質循環中的危險。該附加功能尤其在相對于環境封閉的工作介質循環中是有利的。蒸汽存儲器可通過合適的絕緣介質熱絕緣地來包入(u_anteln)。然而優選地提出，例如兩殼式地實施的蒸汽存儲器被內燃機的廢氣加熱并且因此無熱量損失地在行駛運行中還在更長的時間間隔上作為存儲介質保持有效。根據權利要求9，一種用于執行用于在用于機動車的驅動系統中回收熱量并且將其轉換成機械功率的方法的特別有 利的裝置包括作為驅動源的內燃機、與內燃機以驅動的方式(trieblich)連結的膨脹機，其聯接在至少一個可由內燃機的廢熱加熱的蒸發器處，蒸發器接入帶有至少一個冷凝器的工作介質循環中。根據本發明，在工作介質循環的前流管路(Vorlauf leitung)中，在至少一個蒸發器下游布置有至少一個借助于控制和/或調節裝置可控制和/或調節的閥，借助于其尤其在不需要膨脹機的驅動功率時并且/或者在內燃機不以動力運行時，優選地至少在慣性運行和/或發動機制動運行中，前流管路可與蒸汽存儲器連接并且/或者膨脹機可關斷。在前流管路中，優選地可設置有多路閥，借助于其，在結構上和控制技術上膨脹機和/或蒸汽存儲器可簡單地與至少一個蒸發器連接。此外，短接膨脹機的旁通管路、優選地帶有節流閥的旁通管路附加地可聯接到控制蒸汽進入蒸汽存儲器中的閥(其優選地是多路閥)處，其中，經由控制蒸汽進入蒸汽存儲器中的閥，蒸汽存儲器和/或膨脹機和/或旁通管路利用較少的管路技術上的費用可與至少一個蒸發器連接。在此，在后置于膨脹機的止回閥下游，旁通管路此外可通入至冷凝器的廢蒸汽管路中。止回閥可靠地避免在蒸汽流動經由旁通管路時可能出現損害膨脹機的功能的到其中的回流。蒸汽存儲器經由具有可控制的閥的、分離的壓力管路可在控制蒸汽進入蒸汽存儲器中的閥、尤其多路閥下游與前流管路相連接并且在膨脹機上游與其相連接。但是備選地，蒸汽存儲器也可經由具有可控制的閥的壓力管路平行于前流管路與膨脹機相連接。由此在蒸汽膨脹期間、亦即優選地在膨脹腔的壓力減小的區域中，可有目的地將蒸汽以提高功率的方式引入膨脹機中。這具有特別的優點，即通過更大的壓力降，蒸汽存儲器可以以更高的程度利用或在存儲運行中排空到更低的壓力上。為了利用廢氣能量，該至少一個蒸發器可相應地加到內燃機的排氣管路系統處。但是必要時，內燃機的冷卻劑或增壓的內燃機中的增壓空氣也可用作熱量載體。同樣適用于蒸汽存儲器或其殼體，該殼體優選地經由內燃機的廢氣來加熱。在熱量回收系統的優選的附加功能中，蒸汽存儲器可經由可控制的閥和排出管路(Ausblasleitung)聯接到蒸發器的進入側處，其中，存儲在蒸汽存儲器中的熱蒸汽用于排出必要時在蒸發器中和在接下來的管路系統中所存放的液態的工作介質，以便例如在冬天的運行中盡可能排除蒸發器由于凍結的損壞，而沒有空氣進入熱量回收系統的工作介質循環中的危險。該附加功能尤其在相對于環境封閉的工作介質循環中是有利的。熱量回收系統的另一功能改進可由此獲得，即蒸汽存儲器具有多個腔，其經由過壓閥(充填閥和排空閥)這樣相互連接，使得其填充可相繼地或者彼此分離地并且其排空可共同地實現。利用在各個腔中相對快的壓力建立，由此獲得蒸汽存儲器的可變的裝載時間。如果蒸汽存儲器的第一腔達到規定的存儲壓力，那么至第二腔的過壓閥(充填閥)打開，等等。相反，在膨脹機的存儲器運行中，所有的腔共同通過打開另外的過壓閥(排空閥)排空。當所有另外的填充的腔降到存在于部分填充的腔中的壓力時，部分填充的腔才被排空。過壓閥的打開或關閉通過腔中的壓力關系來控制。在本發明的有利的設計方案中，此外，當多個、例如兩個蒸發器聯接到內燃機的排氣管路系統處時，可以是有利的，其相應與在工作介質循環中經由閥可控制的輸送管路和結合的前流管路相連接并且其經由閥控制和/或調節地可單獨地、按組地或共同地加載以工作介質。當在內燃機的高功率要求的情況下僅僅一個蒸發器而在低功率要求的情況下多個、例如兩個蒸發器主動地接通時，尤其可以是適宜的，以便一方面與膨脹機的相應的吞吸能力(Schluckvermoegen)并且另一方面與車輛冷卻系統的散熱能力相符。必要時,此外可以是可能的是，在存儲器運行中在膨脹機關斷的情況下由于各個熱源的可使用的熱量僅僅一個蒸發器而在正常的驅動運行中全部的或兩個蒸發器主動地接通。此外，蒸汽存儲器可經由至少一個測地學上位于低處的冷凝管路與工作介質循環在冷凝器下游相連接，以便必要時可靠地導出在蒸汽存儲器中所收集的冷凝物。
最后，特別適宜地在熱量回收系統的工作介質循環中在液體側可設置有從儲備容器供應蒸發器的供給泵、定位在冷凝器上游的且輸送到儲備容器中的抽吸泵(其帶有接在其之間的過濾器)和具有用于供給泵的限壓閥的至儲備容器的回流管路。位于儲備容器中的工作介質可以是脫離子的水或其混合物。
本發明的實施例下面利用進一步的細節和可獲得的優點來詳細闡述。在附圖中 圖I作為方塊圖顯示了在以蒸汽加載的膨脹機的正常的驅動運行中泵運行的熱量回
收裝置，其帶有用于機動車的驅動系統中的內燃機的膨脹機，此外帶有兩個蒸發器、冷凝器、蒸汽存儲器和多個可控制的閥；
圖2顯示了根據圖I的裝置，然而在慣性運行和/或發動機制動運行中并且帶有接至裝載蒸汽存儲器的閥；
圖3顯示了在蒸汽存儲器裝置并且激活旁通管路用于膨脹機的情況下根據圖2的裝
置；
圖4顯示了在直接在從慣性運行和/或發動機制動運行過渡到內燃機的驅動運行之后根據圖3的裝置，其中蒸汽存儲器向膨脹機打開并且旁通管路也打開用于工作介質循環的加熱；
圖5顯示了在受控制的混合運行中根據圖4的裝置，在其中蒸發器和蒸汽存儲器接到膨脹機上；
圖6顯示了根據圖I至5的裝置的備選的實施形式，在其中蒸汽存儲器實施有多個腔并且經由分離的壓力管路可直接與膨脹機連接；
圖7顯示了多腔式蒸汽存儲器的第一示例性實施形式；以及 圖8顯示了多腔式蒸汽存儲器的第二示例性實施形式。附圖標記清單
I熱量回收裝置2蒸發器
3蒸發器
4膨脹機4a第二入口
5冷凝器
6儲備容器
7輸送管路7a輸送管路7b輸送管路
8供給泵 9分配管
10流量調節閥
11回流管路
12限壓閥
13回流管路
14抽吸泵
15過濾單元
16前流管路16a前流管路部段
17多路閥
18廢蒸汽管路
19止回閥
20壓力管路
21蒸汽存儲器
22壓力管路
23閥
24節流閥
25旁通管路
26閥
27排出管路
28管路
29排出閥
30蒸汽存儲器30a殼體
30b腔
31分離的壓力管路
32充填閥
33排空閥
34蒸汽收集條(Dampfsammelleiste)35絕緣/加熱罩
36分離壁。
具體實施例方式在圖I中作為方塊圖顯示了一種用于回收熱量并且將其轉換成用于帶有作為驅動源的內燃機(沒有示出)的機動車中、尤其商用車(例如載重汽車或者公共汽車)中的驅動系統的機械功率的裝置，其具有工作介質循環1，此外這里例如兩個蒸發器2、3、膨脹機4和冷凝器5集成到其中。例如除離子的水用作工作介質，其注入儲備容器6中，在儲備容器6的下側處分支有輸送管路7。在輸送管路7中設置有供給泵8，其經由分配器這里供應兩個分離的輸送管路7a、7b(其在入口側聯接到蒸發器2、3處)。在此此外例如電氣的比例-流 量調節閥10各安裝到輸送管路7a、7b中，借助于其可控制工作介質質量流和因此蒸汽產生。帶有集成的限壓閥12的回流管路11聯接到分配器9處，其中，回流管路11通入儲備容器6中。此外，在出口側另一回流管路13聯接到冷凝器5處，其同樣通入儲備容器6中并且在其中在流動方向上布置有冷凝物抽吸泵14和過濾單元15。在此僅僅示例性地兩個蒸發器2、3以未示出的方式例如加到內燃機的排氣裝置處或與排氣裝置傳熱地連結并且在熱交換中被加載以內燃機的熱的廢氣，以便將液態的工作介質轉化成蒸汽相。在蒸發器2、3中優選地轉變成熱蒸汽的工作介質在此例如經由首先兩個和然后一個結合的前流管路16以限定的或者規定的過壓被引導至膨脹機4，其中，在前流管路16中布置有多路閥17，借助于其熱蒸汽可如下面所說明的那樣分配。膨脹機4例如可以是限定的設計和功率的流體機械或往復活塞式機械，其(優選地以處于過壓下的蒸汽或熱蒸汽加載)直接或間接地作用于內燃機作為附加驅動。然而，膨脹機4必要時也可驅動機動車的其它裝置，例如空調、壓縮機、風扇、發電機等。在出口側，廢蒸汽管路18聯接到膨脹機4處，此外，止回閥19接入其中并且其在入口側通入將工作介質通過冷凝又轉化成液態相的冷凝器5中。第一壓力管路20聯接到多路閥17處，其引導至布置在機動車中的蒸汽存儲器21。蒸汽存儲器21以未示出的方式熱絕緣且關于其容積或其存儲容量這樣來設計，使得其在填充的狀態中在限定的時間間隔上可以以處于過壓或系統壓力下的熱蒸汽供應膨脹機4。對此，在蒸汽存儲器21處聯接有第二壓力管路22，其在多路閥17下游、然而在膨脹機4上游通入前流管路16或者其部段16a中并且在其中布置有可控制的閥23，借助于其，壓力管路22可關斷或可向膨脹機4開通。此外，從多路閥17分支有帶有集成的節流閥24的旁通管路25，其在止回閥19下游聯接到廢蒸汽管路18中。此外，從蒸汽存儲器21分出有經由閥26可控制的排出管路27 (以點劃線示出)，其在其流入側處聯接到蒸發器2、3處并且其例如在內燃機每次停止時通過閥26的短時打開在必要時排出所收集的冷凝物的情況下相應地以熱蒸汽沖洗蒸發器2、3和接下來的閥和管路。
經由在蒸汽存儲器21處帶有在測地學上位于低處的排出閥29的同樣以點劃線示出的冷凝管路28，在蒸汽存儲器21中所收集的冷凝物必要時可在抽吸泵14上游暫時(zeitweilig)被排出到回流管路13中。所提及的閥17、23、26和29以及在輸送管路7a、7b中在此示例性地兩個流量調節閥10經由未示出的電子控制儀如下面所說明的那樣來電氣控制；控制儀必要時可以是內燃機的電子控制儀，在其中反正已檢測對于控制必需的驅動參數(如內燃機的負荷狀態、車輛速度、發動機慣性運行和發動機制動運行、發動機溫度、廢氣溫度等)并且因此可實現以相對小的額外花費執行。附加地，至少在蒸汽存儲器21中并且/或者在前流管路16中為了避免不允許的過壓或為了檢測系統壓力設置有壓力傳感器(沒有示出)。圖I顯示了在正常的行駛運行(或多或少靜態)中的用于熱量回收的裝置1，在行駛運行中兩個蒸發器2、3經由流量調節閥10以工作介質加載并且產生熱蒸汽，其經由前流 管路16和多路閥17被引導至膨脹機4并且從其通過機械的驅動功率的輸出而相應地緩和地經由廢蒸汽管路18流動至冷凝器5。在冷凝器5后，冷凝的、又液態的工作介質經由過濾單元15流回到儲備容器6中。所描述的循環過程經由兩個泵8、14來維持。根據內燃機的運行點和由此在各個熱源中存在的質量流和溫度，通過借助于流量調節閥10所調節的可產生的蒸汽量和膨脹機的取決于轉速的吞吸能力在蒸發器2、3下游產生系統壓力。從多路閥17分支的管路20和25關斷(以虛線示出)。此外，從蒸汽存儲器21至前流管路16a的壓力管路22經由閥23關閉。圖2顯示了裝置1，區別在于機動車處于發動機制動運行中，其中，布置在內燃機中和/或在排氣系統(未示出)中的節流裝置(氣體交換閥、排氣活門等)被激活用于產生發動機制動效果并且由此引起高的廢氣溫度。在該運行狀態中，多路閥17經由發動機控制儀首先這樣轉換，使得現在前流管路16的部段16a中斷(以虛線示出)并且壓力管路20向蒸汽存儲器21打開。因此，蒸汽存儲器21在發動機制動運行的時間間隔上或者直至達到最大系統壓力被以熱蒸汽裝載。如果必要時在發動機制動運行期間達到最大系統或者存儲器壓力時，那么通過打開帶有集成的節流閥24的旁通管路25并且因此將剩余的熱蒸汽導出到廢蒸汽管路18中，多路閥17如在圖3中所示轉換到節流運行上。必要時存在的節流運行保證，在多路閥17上游維持系統的運行。位于蒸汽存儲器21中的、處于過壓下的熱蒸汽通過關閉的閥17、23、26和29密封地關斷。如果內燃機在發動機制動運行后又過渡到供以動力的驅動運行，那么在還繼續的節流運行中根據圖4在蒸汽存儲器21處的閥23被開通并且膨脹機4幾乎無延遲地經由壓力管路22和前流管路16a被加載以所存儲的熱蒸汽并且因此立即可供最大的附加驅動功率的輸出使用。同時，在節流運行中系統在多路閥17上游可被加速，直至在達到限定的和/或規定的熱蒸汽溫度時旁通管路又被關斷并且因此膨脹機又如在傳統的膨脹機運行中那樣從至少一個蒸發器被供應以蒸汽。圖5最終顯示了從膨脹機的存儲運行到近似穩態的運行中的過渡區域，在其中多路閥17又這樣來接通，使得其將蒸發器2、3或者前流管路16、16a與膨脹機4相連接(根據圖I)，但是在蒸汽存儲器21處的閥23還是打開的。
當在蒸汽存儲器21中存在還可使用的蒸汽壓力(其然后被與在前流管路16、16a中的系統壓力疊加)時，該混合運行例如那么是適宜的。通過在蒸汽存儲器21中和在前流管路16中壓力傳感器的壓力值的比較，該控制在此可經由電子控制儀實現。如果蒸汽存儲器21排空或者其蒸汽壓力過低，那么在壓力管路22中的閥23又被關閉并且存在膨脹機4的根據圖I直接經由蒸發器2和/或3的正常的蒸汽供應。圖6顯示了熱量回收裝置I’的一備選的實施方案，然而其僅當其與圖I至5有區別時才來說明。相同的部件設有相同的附圖標記。在圖6中使用蒸汽存儲器30，其殼體30a實施成雙壁式。圖6中的蒸汽存儲器以圖7和8中的不同的實施形式詳細示出，而沒有外圍的功能構件或者至工作介質循環的接口 17、4、4’、29、28、26、27。位于殼體壁之間的罩35可抽真空以防止熱量損失、以空氣或適宜的絕緣材料來填充或者例如以未示出的方式聯接到內燃機的排氣系統處或者經由其來加熱。
此外，蒸汽存儲器30借助于分離壁36劃分成多個腔30b。這些腔經由過壓閥(充填閥32和排空閥33)這樣相互連接，使得其填充可相繼地或者彼此分離地實現而其排空可共同地實現。因此，在存儲運行中首先填充最靠近壓力管路20的腔30b并且在達到規定的蒸汽壓力后填充鄰近該腔30b的腔30b等。由此，盡管蒸汽存儲器30總容積相對大，快速地存在足夠的蒸汽壓力，其然后從腔30b傳播到腔30b并且隨時、即使在短的填充持續期中保證膨脹機4高效地加載以高的壓力。在從內燃機的慣性運行和/或發動機制動運行變換到驅動運行中時蒸汽存儲器30的排空在所有的腔中通過閥23的打開并且因此通過另外的過壓閥(排空閥33)的打開而實現，其中，分出的、由閥23控制的壓力管路31根據圖7的實施形式聯接到蒸汽收集條34處。在圖8的備選的實施形式中，腔的排空通過排空閥33相繼實現。當所有另外的填充的腔降低到存在于部分填充的腔中的壓力時，部分填充的腔才被排空。過壓閥的打開或關閉通過腔中的壓力關系來控制。此外，壓力管路31在此實施為分離的、平行于前流管路16a伸延的管路并且聯接到膨脹機4’的壓力減小的入口 4a處。對此，在膨脹機4’處例如可設置有另一進氣閥(未示出)，利用其，存儲在蒸汽存儲器30中的熱蒸汽被直接引導到膨脹腔中。因為壓力在此在膨脹階段期間有時比在膨脹機4’的蒸汽入口處明顯更小，蒸汽存儲器30可被排空至更低的壓力并且引起其容量被提高并且所存儲的熱蒸汽被更有效地利用。此外，由于更少的所存儲的蒸汽余量，更少的冷凝物收集在蒸汽存儲器30中產生。此外，熱量回收裝置I’(圖6)的工作原理等同于在圖I至5中所說明的裝置I并且所以不進一步闡述。除了所說明的發動機制動運行(持續制動)之外，蒸汽存儲器21或30也可相應已在慣性運行中和在特殊的運行情況中甚至在機動車的供以動力的運行中通過多路閥17的相應的轉換來裝載并且同時膨脹機4、4’的供應被中斷。
權利要求
1.一種用于在用于機動車的驅動系統中回收熱量并且將其轉換成機械功率的方法，在其中在工作介質循環中所引導的工作介質利用至少一個集成到所述工作介質循環中的蒸發器借助于機動車的內燃機的廢熱被蒸發，其中，所產生的蒸汽被輸送給與所述內燃機相連結的膨脹機，并且來自所述膨脹機的廢蒸汽接下來在至少一個冷凝器中又被引回到液態相中，其特征在于，在所述至少一個蒸發器(2，3)下游，至少一個借助于控制和/或調節裝置能夠控制和/或調節的閥(17，23)以及蒸汽存儲器(21; 30)這樣集成到所述工作介質循環中，使得尤其在不需要所述膨脹機(4; 4’)的驅動功率時并且/或者在內燃機不以動力運行時，優選地在膨脹機(4; 4’)關斷時所述所產生的蒸汽至少一部分被輸入到所述蒸汽存儲器(21; 30)中，其中，在所述膨脹機(4; 4’)又需要驅動功率時并且/或者在內燃機以動力運行時，存儲到所述蒸汽存儲器(21; 30)中的所述蒸汽優選地直接緊接蒸汽存儲階段至少部分地又被引回到所述工作介質循環中用于驅動所述膨脹機(4; 4’)。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，至少在機動車的形成所述蒸汽存儲階段的慣性運行階段和/或發動機制動運行階段期間蒸汽被存儲到所述蒸汽存儲器(21; 30)中，并且相應地，所述蒸汽存儲器(21; 30)與所述蒸發器(2，3)中的至少一個流動連接。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特征在于，在優選地直接緊接蒸汽存儲階段的加熱階段中，一方面所述蒸汽存儲器(21; 30)被與所述膨脹機(4; 4’)相連接，而另一方面所述至少一個蒸發器(2，3)或者至少一個蒸發器(2，3)被與短接所述膨脹機(4; 4’)的旁通管路(25)相連接，使得所述膨脹機(4; 4’)優選地一直僅從所述蒸汽存儲器(21;30)被供應以蒸汽，直到所述工作介質循環的工作介質借助于所述至少一個蒸發器(2，3)加熱到限定的和/或規定的熱蒸汽溫度。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，在達到所述限定的和/或規定的熱蒸汽溫度時，來自所述蒸汽存儲器(21; 30)的蒸汽輸送被停止，此外所述旁通管路(25)又被關斷并且最后所述膨脹機(4; 4’)在傳統的膨脹機運行中僅從所述至少一個蒸發器(2，3)被供應以蒸汽。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其特征在于，在達到所述限定的和/或規定的熱蒸汽溫度時，所述旁通管路(25)又被關斷并且因此所述膨脹機(4; 4’)又如在所述傳統的膨脹機運行中從所述至少一個蒸發器(2，3)被供應以蒸汽，其中，當所述蒸汽存儲器(21;30)完全或直到限定的余量被排空時，來自所述蒸汽存儲器(21; 30)的蒸汽輸送那么才被停止。
6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在達到所述蒸汽存儲器(21;30)在所述蒸汽存儲階段期間最大的運行壓力時，短接所述膨脹機(4; 4’)的旁通管路(25)被開啟并且/或者打開。
7.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所述慣性階段和/或發動機制動階段期間，尤其當所述內燃機在排氣系中具有至少一個用于產生發動機制動功率的節流裝置時，所述內燃機的排氣系統用作用于所述至少一個蒸發器(2，3)的熱源。
8.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，尤其在所述內燃機停止運行的情況下并且/或者在冬天的溫度的情況下，在所述蒸汽存儲器(21; 30)中所收集的蒸汽被用于從所述工作介質循環的功能件(2，3，17，16，18)中排出冷凝的工作介質。
9.一種用于執行用于在用于機動車的驅動系統中回收熱量并且將其轉換成機械功率的方法、尤其用于執行根據上述方法權利要求中任一項所述的方法的裝置，其帶有作為驅動源的內燃機、與內燃機以驅動的方式連結的膨脹機(4; 4’)，所述膨脹機(4; 4’)聯接在至少一個能夠由所述內燃機的廢熱加熱的蒸發器(2，3)處，所述蒸發器(2，3)接入帶有至少一個冷凝器(5)的工作介質循環中，其特征在于，在所述工作介質循環的前流管路(16)中，在所述至少一個蒸發器(2，3)下游布置有至少一個借助于控制和/或調節裝置能夠控制和/或調節的閥(17，23)，借助于所述閥(17，23)尤其在不需要所述膨脹機(4;4’)的驅動功率時并且/或者在內燃機不以動力運行時，所述前流管路(16)能夠與蒸汽存儲器(21; 30)連接并且/或者所述膨脹機(4; 4’)能夠關斷。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，在所述前流管路(16)中設置有多路閥(17)，借助于其，所述膨脹機(4;4’)和/或所述蒸汽存儲器(21; 30)能夠與所述至少一個蒸發器(2，3)連接。
11.根據權利要求9或10所述的裝置，其特征在于，附加地短接所述膨脹機(4;4’)的旁通管路(25)、優選地帶有節流閥(24)的旁通管路(25)聯接到控制所述蒸汽進入所述蒸汽存儲器(21; 30)中的閥(17)處，所述閥(17)尤其是多路閥，其中，經由控制所述蒸汽進入所述蒸汽存儲器(21; 30)中的所述閥(17)，所述蒸汽存儲器(21; 30)和/或所述膨脹機(4; 4’)和/或旁通管路(25)能夠與所述前流管路(16)并且因此與所述至少一個蒸發器(2，3)連接。
12.根據權利要求9至11中任一項所述的裝置，其特征在于，短接所述膨脹機(4;4’)的旁通管路(25)在布置到廢蒸汽管路(18)中的止回閥(19)下游通入所述廢蒸汽管路(18)中，其中，所述廢蒸汽管路(18)從所述膨脹機(4;4’)離開被引導至所述冷凝器(5)。
13.根據權利要求9至12中任一項所述的裝置，其特征在于，所述蒸汽存儲器(21)經 由具有可控制的閥(23)的壓力管路(22)在控制所述蒸汽進入所述蒸汽存儲器(21; 30)中的閥(17)、尤其多路閥下游與所述前流管路(16a)相連接并且在所述膨脹機(4)上游與其相連接。
14.根據權利要求9至13中任一項所述的裝置，其特征在于，所述蒸汽存儲器(30)經由具有可控制的閥(23)的壓力管路(31)平行于所述前流管路(16a)與所述膨脹機(4’)中的膨脹腔的壓力減小的區域(4a)相連接。
15.根據權利要求9至14中任一項所述的裝置，其特征在于，所述至少一個蒸發器(2，3)與所述內燃機的排氣管路系統相連結并且/或者所述蒸汽存儲器(30)或其殼體(30a)經由所述內燃機的排氣管路系統來加熱。
16.根據權利要求9至15中任一項所述的裝置，其特征在于，所述蒸汽存儲器(21;30)經由可控制的閥(26)和排出管路(27)聯接到所述至少一個蒸發器(2，3)的進入側處。
17.根據上述權利要求9至16中任一項所述的裝置，其特征在于，所述蒸汽存儲器(30)具有多個腔(30b)，其經由過壓閥、尤其充填閥(32)和排空閥(33)這樣相互連接，使得其填充相繼地或者彼此分離地實現，并且其排空相繼地或者大致共同地實現，并且/或者所述蒸汽存儲器(21; 30)經由至少一個冷凝管路(28)與所述工作介質循環在所述冷凝器(5)下游相連接，并且/或者所述蒸汽存儲器(21; 30)的可用的容積這樣來設計，使得能夠存儲對應于平均的制動運行階段的蒸汽量。
18.根據上述權利要求9至17中任一項所述的裝置，其特征在于，多個蒸發器(2，3)聯接到所述內燃機的排氣管路系統處，其相應與在所述工作介質循環中經由流量調節閥(10)可控制的輸送管路(7a，7b)和優選地結合的前流管路(16)相連接，并且其經由所述流量調節閥(10)控制和/或調節地能夠單獨地、按組地或共同地加載以工作介質。
19.根據權利要求9至18中任一項所述的裝置，其特征在于，在所述工作介質循環中在液體側設置有從儲備容器(6)供應所述蒸發器(2，3)的供給泵(8)、定位在所述冷凝器(5)上游的且輸送到所述儲備容器￠)中的抽吸泵(14)，優選地帶有接在其之間的過濾單元(15)，和具有用于所述供給泵(8)的限壓閥(12)的至所述儲備容器￠)的回流管路(11)。
20.一種機動車、尤其商用車、最優選地載重汽車或公共汽車，其帶有根據權利要求9至19中任一項所述的裝置。
全文摘要
本發明涉及一種用于回收熱量并且將其轉換成機械功率的方法和裝置，在工作介質循環中所引導的工作介質利用至少一個集成到工作介質循環中的蒸發器借助于機動車的內燃機的廢熱被蒸發，所產生的蒸汽被輸送給與內燃機相連結的膨脹機，并且來自膨脹機的廢蒸汽接下來在至少一個冷凝器中又被引回到液態相中。在至少一個蒸發器下游至少一個閥以及蒸汽存儲器這樣集成到工作介質循環中，使得尤其在不需要膨脹機的驅動功率時并且/或者在內燃機不以動力運行時，所產生的蒸汽至少一部分被輸入到蒸汽存儲器中，其中，在膨脹機又需要驅動功率時并且/或者在內燃機以動力運行時，存儲到蒸汽存儲器中的蒸汽至少部分地又被引回到工作介質循環中用于驅動膨脹機。
文檔編號F02G5/02GK102865155SQ20121020711
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月21日 優先權日2011年6月22日
發明者G.拉布, J.克拉默爾 申請人:曼卡車和巴士股份公司