[发明专利]膨胀回路

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括工作介质和减压单元的膨胀回路，其中减压单元用于通过使工作介质膨胀将内燃发动机的热能转化为电能。本发明进一步涉及具有包括这种回路的内燃发动机的车辆、用在这种回路中的减压单元、以及用于将热能转化为电能的方法。

背景技术

例如，从美国专利公开2005229595中已知一种用于将内燃发动机的热能转化为电能的膨胀回路。

结合内燃发动机来使用膨胀回路，用于提高燃料效率。在内燃发动机中，相当大一部分的燃料能量被转变为热能而非机械能。膨胀回路将来自(例如)加热的尾气和发动机冷却液的热能转化为机械或电能，从而最小化能量损失并最优化燃料效率。然而，膨胀回路的一个问题在于它们体积大且代价高。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种膨胀回路，该膨胀回路至少解决了这些问题中的一部分。因此，本发明提供了一种根据权利要求1的膨胀回路。本发明还提供了一种根据权利要求11的具有内燃发动机的车辆、根据权利要求12的减压单元。

根据本发明的膨胀回路的特征在于，减压单元在工作介质膨胀期间以及在工作介质压缩期间在同一方向上运行。减压单元既可以被用作发电机，通过使工作介质膨胀而被驱动以在膨胀回路中产生电能，也可以被用作压缩器，被电驱动，用于对空调回路中的工作介质进行压缩。在该上下文中，空调回路应当被解释为包括压缩器、冷凝器、膨胀阀、及蒸发器的回路。

将空调回路的压缩器用作膨胀回路中的减压单元、以及用作空调系统中的压缩器，相比于提供减压单元和压缩器两者来说成本减少。此外，膨胀回路和空调回路可以部分地集成在一起，这相比于具有单独的膨胀回路和空调回路来说在空间消耗上要有效得多。

减压单元在工作介质膨胀期间以及在工作介质压缩期间在同一方向上运行。减压单元可以被用作减压器和压缩器而通过减压单元的工作介质流无需反向。当在空调模式和膨胀模式之间改变时是有利的。由于可以在该构造中省略逆止阀，所以当建立膨胀回路和空调回路时可以实现成本节约。

在从属权利要求中给出了本发明的具体实施例。

本发明的其他方面、效果和细节将在参照实例的详细描述中给出，其中，一些实例在附图中示出。

附图说明

图1示意性示出了结合了空调回路的根据本发明的膨胀回路的实施例的实例；

图2示意性示出了具有突出的空调回路的图1的膨胀回路；以及

图3示意性示出了具有突出的膨胀回路的图1的膨胀回路。

具体实施方式

图1示出了包括结合有空调回路2的根据本发明的膨胀回路7的扩大的膨胀回路1。将这些回路连接起来，以在膨胀回路7和空调回路2两者中使用工作介质。优选地，公共的工作介质被用于这两个回路，并且切换阀(未示出)被用于使工作介质在膨胀回路7之内或在空调回路2之内循环。

图3中突出的膨胀回路7包括泵8，该泵用于使工作介质沿箭头所指方向循环。在图1中，可看到工作介质在膨胀回路7中的流动与工作介质在空调回路2中的流动沿着相同方向。膨胀回路7进一步包括：冷凝器4，用于使工作介质冷凝；热交换器9，用于使工作介质蒸发；以及减压单元3，用于通过使工作介质膨胀以生成电能。热交换器9是内燃发动机10的冷却系统的一部分，用于利用发动机10的热来使工作介质蒸发。根据本发明的膨胀回路7非常适于限制(优选地)混合动力车辆的内燃发动机的能量损失。

通过利用兰金循环，膨胀回路7能够将热能转变为机械能。通过在闭合回路中交替地使工作介质蒸发和冷凝而产生功率。在兰金循环中有四个过程，每个过程对工作流体的状态进行改变，这将在下面进行描述。

通过与周围气体热交换，使工作介质(例如，正常制冷剂，如R134a)在冷凝器4中冷却。

随后，通过循环泵8使工作介质达到高压，其中循环泵还使介质沿箭头所指方向通过回路7循环。

然后，加压的工作介质以恒定压力在热交换器9中被加热并被蒸发。例如，通过将交换器9放置在发动机冷却回路中，热交换器9可以用于将发动机冷却液的热能转化给工作介质。发动机冷却液使热交换器9回流，从而热能从冷却液转移到膨胀回路7中的工作介质。因此，取决于工作状况，优选地，该阶段中工作介质的温度低于发动机冷却液的温度，在进入发动机10时该温度典型地为75摄氏度，而在离开发动机10时该温度为90摄氏度。当在工作介质和冷却介质之间存在较大的温度差时，可以使用相对小的热交换器。

接下来，蒸发的高压工作介质穿过减压单元3而被膨胀。工作介质的膨胀驱动了减压单元3，将工作介质的能量转化为可用于产生电能的机械能。