[发明专利]热利用装置以及运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的、尤其是机动车的热利用装置/热回收装置的运行方法。另外，本发明涉及一种用作尤其是机动车的发动机的余热利用装置的热利用装置。

背景技术

从US 5 327 987已知一种混合动力车辆，该混合动力车辆具有驱动第一车轴的发动机、驱动第二车轴的电机、以及利用排气热和发动机热量的余热利用装置，其中设置有用于对该余热利用装置的供给热的热交换器的区域中的高压进行调节的压力调节装置。

在DE 10 2004 024 402 A1中公开了一种热力发动机/热机，该热力发动机具有膨胀机和可用作发电机或电动机的电转动装置。布置在膨胀机与电转动装置之间的力传动装置构造为行星传动装置，其中膨胀机、电转动装置和力传动装置以集成的方式安置在一壳体中。

在DE 10 2007 024 894 A1中公开的、设计成克劳修斯-朗肯循环回路的热利用装置通过该热利用装置的冷凝器与一冷却循环回路相连接，其中这两个循环回路共同使用工作流体和冷凝器。在此，如果两个循环回路的预计的总工作流体质量流量超过一给定的阈值，则减小克劳修斯-朗肯循环回路的工作流体质量流量。

US 7 174 732 B2公开了一种具有膨胀机、冷凝器、进给泵和蒸发器的热利用装置，其中基于布置在膨胀机下游、冷凝器上游的压力传感器的信号来调节冷凝器风机的转动。通过控制风机来调节膨胀机下游的压力。

发明内容

热利用装置在整体系统中、例如配备有发动机的机动车中的应用的问题还在于热利用装置的设计，该设计主要由整体系统在将该热利用装置的冷凝器中产生的余热排出方面的受限能力确定。这个问题又影响到整体系统的设计，这是因为对于不再能通过冷凝器排出余热量的情况，热利用装置可能由于过热而被损坏。

本发明致力于解决该问题，针对热利用装置的运行方法以及用作发动机余热利用装置的热利用装置，提出改进的或至少是不同的实施方式，其突出之处尤其在于，在不使热利用装置高成本地尺寸过大的情况下，即使在热利用装置的蒸发热源的高负载运行期间，也不会由于过热而导致该热利用装置损坏。

根据本发明，所述问题通过独立权利要求的主题而实现。有利的实施方式是从属权利要求的主题。

本发明基于的总体思想在于，通过提高热利用装置的冷凝器区域中存在的低压使该冷凝器中的冷凝温度提高，使得来自热利用装置的膨胀机的气态工作流体能在冷凝器中完全液化。如果工作流体未在冷凝器中完全液化，则热利用装置的一在工作流体线路中跟随在后的进给泵便必须实现部分为气态或者说蒸气状的工作流体的液化。在这种情况下，或者以高成本将该进给泵配置成具有这种性能，或者该进给泵在长期运行中由于有时出现的气态或者说蒸气状的工作流体而被损坏。这一点可通过提高冷凝器中的冷凝温度来避免，由此能够实现热利用装置的成本低廉的设计。

这优选通过降低膨胀比来实现。膨胀比的定义是，膨胀前的压力与膨胀后的压力之比。该压力比或膨胀比与膨胀机的体积比——也就是说膨胀前的体积与膨胀后的体积之比——直接相关。对于活塞机器可通过对阀控制时间进行匹配来减小该体积比，或者对于开口控制/缝式控制/气口分配(Schlitzgesteuerten)的机器通过对开口控制时间或可变涡轮几何特征进行匹配来减小该体积比。替代或附加于此，也可以使用节流装置。

可通过提高循环中的低压、降低高压或同时提高低压和降低高压的方式来减小膨胀比。

在一实施方式中，通过增大工作流体进入膨胀机的输入线路的输入横截面来减小膨胀比。在此，可通过开放工作流体进入膨胀机的输入横截面来提高低压。因此，通过开放输入横截面提高在工作流体的低压线路中的低压，而在低压线路中的冷凝温度几乎同时提高。

在另一实施方式中，通过改变膨胀机的转速来调节低压，从而使膨胀比减小。

在又一实施方式中，通过对工作流体进入膨胀机的输入横截面的开口控制来调节低压，从而使膨胀比减小。

除了提高低压的措施之外，也可通过增大工作流体质量流量来增大从工作流体至冷凝器环境的传热量然而这仅在与升高冷凝温度共同作用时才充分有效，因为在冷凝温度与冷凝器环境的环境温度之间的温度差非常小的情况下传热量是几乎可忽略的。相应地，工作流体质量流量的减小引起从工作流体至冷凝器环境的传热量的减少。在此，所述环境温度至少部分地可通过冷凝器的冷却介质的温度形成。

由从属权利要求、附图、相关的结合附图对附图进行的说明给出了本发明的其它重要的特征和优点。