專利名稱：機(jī)動(dòng)車中的排氣熱利用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動(dòng)車中的排氣熱利用循環(huán)回路的運(yùn)行方法，所述方法具有權(quán)利要求1前序部分的特征。此外，本發(fā)明涉及一種機(jī)動(dòng)車的排氣熱利用裝置。另外，本發(fā)明涉及一種在排氣熱利用裝置中用作工作流體的流體。
背景技術(shù)：
DE 10 2007 057 164 Al中描述了一種具有用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)膨脹機(jī)的有機(jī)郎肯循環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)、一種用于驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)的熱交換器和一種用于運(yùn)行至少一個(gè)膨脹機(jī)的方法。在根據(jù)US 2006 0 201 153 Al的郎肯循環(huán)系統(tǒng)中，在排氣流經(jīng)的蒸發(fā)器中通過排氣的余熱使作為郎肯循環(huán)系統(tǒng)的工作流體的水蒸發(fā)。在此，測(cè)量從蒸發(fā)器排出的蒸汽的溫度并借助該蒸汽溫度對(duì)輸送到蒸發(fā)器的水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。在根據(jù)DE 20 2007 002 602 Ul描述的、使用有機(jī)化合物作為工作流體——例如
甲基環(huán)己烷或辛烷或庚烷——的郎肯循環(huán)系統(tǒng)中，通過排氣熱使該有機(jī)工作流體蒸發(fā)。為了在安全技術(shù)方面進(jìn)行監(jiān)控，在排氣流過該蒸發(fā)器之后在蒸發(fā)器的排氣側(cè)上設(shè)置一安全溫度限制器，該安全溫度限制器在溫度閾值被超過時(shí)借助切換信號(hào)使設(shè)備進(jìn)入安全狀態(tài)。由此可取消其它的安全技術(shù)裝置，例如郎肯循環(huán)系統(tǒng)的工作流體回路中的流量監(jiān)控器。在此， 低溫信號(hào)表示蒸發(fā)器可被注入和被流過。EP 1 431 523 Al中描述了一種蒸發(fā)器的溫度控制裝置，其中，蒸發(fā)器可以是郎肯循環(huán)系統(tǒng)的一部分，借助該循環(huán)系統(tǒng)可利用機(jī)動(dòng)車中的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣熱。在此，在郎肯循環(huán)系統(tǒng)的熱交換器中通過排氣的余熱使作為工作流體的水蒸發(fā)。在此，基于排氣的流率、排氣的溫度、水的溫度和蒸汽溫度，借助溫度控制裝置通過對(duì)輸入蒸發(fā)器內(nèi)的水量進(jìn)行調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)蒸汽溫度。郎肯循環(huán)系統(tǒng)可采用有機(jī)的或無機(jī)的介質(zhì)來運(yùn)行。采用有機(jī)工作流體運(yùn)行的郎肯循環(huán)系統(tǒng)也稱為有機(jī)RC或0RC。而克勞修斯郎肯循環(huán)系統(tǒng)或CRC通常指的是采用有機(jī)介質(zhì)運(yùn)行的郎肯循環(huán)回路。采用有機(jī)工作流體的郎肯循環(huán)系統(tǒng)的缺點(diǎn)是，有機(jī)工作流體的熱穩(wěn)定性局限于比較低的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為運(yùn)行方法或?yàn)榕艢鉄崂醚b置或?yàn)楣ぷ髁黧w提供改進(jìn)的或至少是不同的實(shí)施方式，這樣的實(shí)施方式的突出之處特別在于，更好地考慮工作流體的熱穩(wěn)定性。在此，特別是追求更高的效率。根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題而實(shí)現(xiàn)。有利的實(shí)施方式是從屬權(quán)利要求的主題。本發(fā)明基于的總體思想在于，在運(yùn)行機(jī)動(dòng)車中的排氣熱利用循環(huán)回路時(shí)，通過對(duì)工作流體的流經(jīng)排氣熱利用循環(huán)回路的熱交換器的質(zhì)量流量的匹配來調(diào)節(jié)排氣熱利用循環(huán)回路的工作流體的工作溫度。在此，應(yīng)通過對(duì)工作溫度的調(diào)節(jié)來避免工作流體超過最大允許工作溫度。正是對(duì)于使用有機(jī)工作流體的情況，排氣溫度可以明顯高于工作流體的化學(xué)破壞溫度/惡化溫度/分解溫度(Zersetzungstemperatur)。因此適當(dāng)?shù)氖?，將工作流體的最大允許工作溫度調(diào)節(jié)成僅略低于化學(xué)破壞溫度。優(yōu)選的是，工作流體的(循環(huán))過程溫度與破壞溫度相比低溫度調(diào)節(jié)品質(zhì)(Temperaturregelguete)的公差范圍。由此，可防止或至少降低或延滯特別是有機(jī)工作流體的破壞。在此，在工作流體為混合物的情況下，破壞溫度優(yōu)選是工作流體各成份的最低化學(xué)破壞溫度。該溫度在下文中也稱為工作流體的最低化學(xué)破壞溫度?？稍跈C(jī)動(dòng)車的排氣熱利用裝置中使用如下的排氣熱利用循環(huán)回路其使用特別是有機(jī)的工作流體并且其運(yùn)行方式是通過對(duì)工作流體的流經(jīng)排氣熱利用循環(huán)回路的熱交換器的質(zhì)量流量的匹配來調(diào)節(jié)工作溫度。在機(jī)動(dòng)車的具有排氣熱利用循環(huán)回路的這種排氣熱利用裝置中可使用有機(jī)流體作為工作流體。在此，所述流體是能蒸發(fā)并且能冷凝的，所述流體是有機(jī)化合物或有機(jī)化合物的混合物并且至少具有甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、二甲醚、甲乙醚、乙醚或烷烴。與采用水作為工作流體的情況相比較，在排氣熱利用裝置中使用至少一種有機(jī)化合物或至少含甲醇的化合物混合物，使得排氣熱利用裝置具有更高的效率。所述排氣熱利用裝置或方法可利用排氣系統(tǒng)中的排氣熱和/或再循環(huán)的引回排氣的熱。由從屬權(quán)利要求、附圖、相關(guān)對(duì)附圖的描述給出了本發(fā)明的其它的重要的特征和優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)理解的是，在不超出本發(fā)明范圍的情況下，上文中提到的以及下文中仍將闡明的特征不僅能以相應(yīng)給出的組合應(yīng)用，而且能以其它的組合應(yīng)用或單獨(dú)應(yīng)用。


本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在附圖中示出并且在下面的描述中得到更詳細(xì)的闡明，其中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似或功能相同的部件。附圖分別示意性地示出圖1示出借助熱交換器與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流相接合的排氣熱利用裝置；圖2示出不同工作流體的效率特性。
具體實(shí)施例方式依照?qǐng)D1，用在機(jī)動(dòng)車中的排氣熱利用裝置1包括排氣熱利用循環(huán)回路2和發(fā)動(dòng)機(jī) 3，它們通過排氣輸送管線4相互連接。在這種實(shí)施方式中構(gòu)造為克勞修斯郎肯循環(huán)的排氣熱利用循環(huán)回路2具有熱交換器5、帶有功率變換器7的渦輪6、冷凝器8和泵9。如果利用根據(jù)克勞修斯郎肯循環(huán)的方法來運(yùn)行這種排氣熱利用循環(huán)回路2，那么在冷凝器8與泵9 之間存在壓力P1和溫度T1，在泵9與熱交換器5之間存在壓力p2和溫度T2，在熱交換器5 與渦輪6之間存在壓力p2和溫度T3,而在渦輪6與冷凝器8之間存在壓力P1和溫度T1，其中，壓力P2高于壓力P1,而溫度T3大于溫度T2并且大于溫度T1。排氣熱利用循環(huán)回路2也可以根據(jù)其它的循環(huán)方式運(yùn)行，例如卡諾循環(huán)、斯特林循環(huán)或焦耳循環(huán)或類似的循環(huán)。在這種情況下便在工作流體中出現(xiàn)不同的壓力條件和溫度條件。從發(fā)動(dòng)機(jī)3經(jīng)排氣輸送管線4流入熱交換器5中的熱排氣流過該熱交換器并在此使在循環(huán)管線10中循環(huán)的工作流體蒸發(fā)，該工作流體在渦輪6中膨脹，由此能通過功率變換器7將在熱交換器5中輸入的余熱11的一部分轉(zhuǎn)換成可用的功12。隨后使膨脹的工作流體在冷凝器8中液化，并借助泵9以升高的壓力P2泵送該工作流體穿過熱交換器5以吸收余熱11。在這里提出的實(shí)施方式中，排氣熱利用循環(huán)回路2可以通過如下的方法來運(yùn)行 在該方法中通過對(duì)工作流體的流經(jīng)熱交換器5的質(zhì)量流量進(jìn)行匹配而將工作流體的工作溫度調(diào)節(jié)成，使得工作流體不超過最大允許工作溫度。正是對(duì)于有機(jī)的工作流體，例如甲醇、乙醚、二甲醚或類似物或有機(jī)化合物的混合物中，對(duì)工作流體工作溫度1\、T2的調(diào)節(jié)對(duì)于排氣熱利用循環(huán)回路2的規(guī)定/合適的工作具有重要意義，這是因?yàn)闇囟壤缈蛇_(dá)到 700°C的熱排氣使得例如350°C的工作流體破壞溫度被遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過。在這種情況下，在全負(fù)荷時(shí)流經(jīng)熱交換器5的熱排氣使反向地同樣流經(jīng)熱交換器5的有機(jī)工作流體至少部分地破壞。因?yàn)閼?yīng)當(dāng)避免這種情況，所以適當(dāng)?shù)氖?，將工作流體的最大允許工作溫度選擇成，使得所述最大允許工作溫度例如比工作流體的化學(xué)破壞溫度低至少20°C。在此，對(duì)于混合物必須注意的是，各有機(jī)化合物在不同的溫度下破壞。在這種情況下一前提條件是，在考慮最低的化學(xué)破壞溫度的情況下選擇最大允許工作溫度。在此適當(dāng)?shù)氖?，使工作流體的化學(xué)破壞溫度高于溫度品質(zhì)的調(diào)節(jié)范圍、例如比余熱流體的最大溫度高20°C，因?yàn)檫@樣通過余熱流體引起的工作流體化學(xué)破壞便可被忽略并且至少僅在下列的情況下出現(xiàn)由于技術(shù)故障而使工作流體經(jīng)過熱交換器5的流速停滯(aussetzen)，進(jìn)而使處于熱交換器5中的工作流體不是流經(jīng)熱交換器5而是留存在該熱交換器中。此外，還能夠通過在進(jìn)入熱交換器5之前對(duì)工作流體進(jìn)行冷卻來調(diào)節(jié)工作流體的工作溫度。也可以通過限制流經(jīng)熱交換器5的余熱流體質(zhì)量流量或通過在進(jìn)入熱交換器5 之前將冷流體混合至余熱流體中來影響所述工作溫度。如果在循環(huán)管線10中達(dá)到了可能的最大工作流體質(zhì)量流量并且工作流體質(zhì)量流量不能再增大，則這些措施是有優(yōu)勢(shì)的。如果在這種情況下在熱交換器5的下游朝向渦輪6的方向上溫度仍然升高并且存在工作流體的最大允許工作溫度被超過的危險(xiǎn)，則可以通過上面描述的措施來限制在熱交換器5中由余熱流體輸入工作流體的余熱11，進(jìn)而調(diào)節(jié)工作流體的工作溫度。為了能夠更準(zhǔn)確、更精細(xì)地調(diào)節(jié)工作流體的工作溫度，可以在調(diào)節(jié)工作溫度時(shí)考慮其它的參數(shù)。這樣便能夠基于對(duì)熱交換器5上游和/或下游的余熱流體溫度的探測(cè)和處理、和/或?qū)峤粨Q器5上游和/或下游的工作流體溫度的探測(cè)和處理、以及通過在渦輪6 上游和/或下游的工作流體壓力、和/或通過工作流體和/或余熱流體的流速，特別是以與時(shí)間有關(guān)的方式基于探測(cè)信號(hào)來確定在熱交換器5中傳遞的余熱11，進(jìn)而使工作溫度與峰值負(fù)荷無關(guān)地恒定地保持在化學(xué)破壞溫度以下。有利的是，在余熱利用裝置1中將這樣的有機(jī)化合物用作工作流體，其中余熱利用裝置1的效率高于將水用作工作流體的情況。由圖2可見，在此作為示例應(yīng)提出甲醇。根據(jù)圖2，正辛烷13、正庚烷14、甲苯15、正己烷16、環(huán)己烷17、苯18和乙醇19的多個(gè)效率曲線顯示出比水20的效率曲線更差的效率特性。在所實(shí)施的示例中，僅甲醇21的效率曲線
5顯示出優(yōu)于水20的效率特性。烷烴同樣適于用作工作流體。但在這一點(diǎn)上應(yīng)指出的是，作為工作流體使用的其它有機(jī)化合物可能使排氣熱利用裝置1具有更高的效率。因此，在一種有利的實(shí)施方式中，使用一種有機(jī)工作流體，該有機(jī)工作流體包括有機(jī)化合物或有機(jī)化合物的混合物，其中，該工作流體在排氣熱利用裝置1中具有比水20更高的效率。工作流體的質(zhì)量流量的變化使該工作流體的溫度T3變化。質(zhì)量流量的增大使每單位質(zhì)量的熱輸入降低，并使工作介質(zhì)溫度T3降低。質(zhì)量流量的減少可使每單位質(zhì)量的熱輸入提高、進(jìn)而使工作介質(zhì)溫度T3升高。這樣便能借助對(duì)工作流體質(zhì)量流量的匹配來調(diào)節(jié)工作溫度T3。在此，可以通過借助對(duì)工作流體質(zhì)量流量的匹配來調(diào)節(jié)工作溫度，從而以下列方式來考慮到這種工作流體的破壞溫度，使得在排氣熱利用裝置運(yùn)行期間工作溫度在任何情況下均低于工作流體的破壞溫度。附圖標(biāo)記列表
1排氣熱利用裝置
2排氣熱利用循環(huán)回路
3發(fā)動(dòng)機(jī)
4排氣輸送管線
5熱交換器
6渦輪
7功率變換器
8冷凝器
9泵
10循環(huán)管線
11余熱
12功
13正辛烷
14正庚烷
15甲苯
16正己烷
17環(huán)己烷
18苯
19乙醇
20水
21甲醇
權(quán)利要求
1.一種用于運(yùn)行機(jī)動(dòng)車中的排氣熱利用循環(huán)回路O)的方法，其中對(duì)所述排氣熱利用循環(huán)回路⑵的工作流體的工作溫度0\、Τ2、Τ3)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其特征在于，通過對(duì)所述工作流體的流經(jīng)所述排氣熱利用循環(huán)回路( 的熱交換器( 的質(zhì)量流量的匹配來將所述工作溫度0\、Τ2、Τ3)調(diào)節(jié)成，使得所述工作流體的最大允許工作溫度不被超過。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還通過下列步驟中的至少一個(gè)來調(diào)節(jié)所述工作流體的工作溫度0\、Τ2、Τ3)-在余熱流體進(jìn)入所述熱交換器( 之前冷卻余熱流體，所述余熱流體特別是發(fā)動(dòng)機(jī) ⑶的排氣，-限制流經(jīng)所述熱交換器(5)的余熱流體質(zhì)量流量，-在余熱流體進(jìn)入所述熱交換器( 之前將冷的流體混入所述余熱流體。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在調(diào)節(jié)所述工作溫度(I\、T2、 T3)時(shí)考慮下列參數(shù)中的至少一個(gè)-所述熱交換器( 上游的余熱流體的溫度，-所述熱交換器( 下游的余熱流體的溫度，-所述熱交換器(5)上游的工作流體的溫度(T2),-所述熱交換器(5)下游的工作流體的溫度(T3),-所述排氣熱利用循環(huán)回路O)的渦輪上游的工作流體的壓力(P2),-所述排氣熱利用循環(huán)回路O)的渦輪下游的工作流體的壓力(P1),-工作流體的流速，-余熱流體的流速。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述工作流體的最大允許工作溫度低于所述工作流體的化學(xué)破壞溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述工作流體的最大工作溫度與所述化學(xué)破壞溫度相比低出一溫度調(diào)節(jié)品質(zhì)的公差范圍。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法包括循環(huán)過程，該循環(huán)過程特別是設(shè)計(jì)成卡諾循環(huán)、克勞修斯-郎肯循環(huán)、斯特林循環(huán)或焦耳循環(huán)或類似循環(huán)。
7.一種機(jī)動(dòng)車的排氣熱利用裝置，具有排氣熱利用循環(huán)回路O)，所述排氣熱利用裝置構(gòu)造成能按照根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法運(yùn)行。
8.—種在機(jī)動(dòng)車的排氣熱利用裝置(1)中用作工作流體的流體，所述排氣熱利用裝置特別是根據(jù)權(quán)利要求7所述的排氣熱利用裝置并具有排氣熱利用循環(huán)回路O)，其中，所述流體是能蒸發(fā)并且能冷凝的，所述流體含有有機(jī)化合物或有機(jī)化合物的混合物或者由有機(jī)化合物或有機(jī)化合物的混合物組成，其特征在于，所述流體具有下列化合物中的至少一種-簡(jiǎn)單醇，例如甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇， -醚，例如二甲醚、甲乙醚、乙醚， -烷烴。
9.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的流體，其特征在于，所述工作流體的最低化學(xué)破壞溫度與余熱流體的最高溫度相比高出一溫度品質(zhì)調(diào)節(jié)范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)動(dòng)車的排氣熱利用裝置(1)，所述排氣熱利用裝置具有排氣熱利用循環(huán)回路(2)，其中對(duì)所述排氣熱利用循環(huán)回路(2)的工作流體的工作溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在此，通過對(duì)工作流體的流經(jīng)所述排氣熱利用循環(huán)回路(2)的熱交換器(5)的質(zhì)量流量的匹配將工作溫度(T1、T2、T3)調(diào)節(jié)成，使得所述工作流體的最大允許工作溫度、特別是分解溫度不被超過。
文檔編號(hào)F01K25/10GK102422007SQ201080020310
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月9日
發(fā)明者J·蓋特納, T·科克 申請(qǐng)人:戴姆勒股份公司