專利名稱：用于將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1和11前序部分的用于將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)燃料在車輛內(nèi)燃機(jī)中燃燒時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能以推進(jìn)車輛。然而，化學(xué)能中的相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)換為熱能，該熱能以多種方式釋放到周圍環(huán)境中。其示例為排放到周圍環(huán)境中的排出氣體中的熱能。另一示例是存在于車輛中的多種熱介質(zhì)中的熱能，該熱介質(zhì)在多種冷卻裝置中被主動(dòng)冷卻。這種熱介質(zhì)的示例為冷卻系統(tǒng)中的冷卻劑，該冷卻系統(tǒng)冷卻車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)和可能的其它部件。熱的冷卻劑通常在車輛前部通過周圍環(huán)境空氣在散熱器中冷卻。許多內(nèi)燃機(jī)是需要供應(yīng)壓縮空氣的增壓式內(nèi)燃機(jī)。增壓空氣在導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)之前，在至少一個(gè)增壓空氣冷卻器中冷卻。為降低氮氧化物排放，排出氣體的一部分可以再循環(huán)。再循環(huán)的排出氣體在與增壓氣體混合并且導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)等之前，在至少一個(gè)EGR冷卻器中被冷卻。WHR (廢熱回收)系統(tǒng)用于將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。WHR系統(tǒng)包括具有泵的回路，該泵在管線回路中循環(huán)媒介。管線回路包括蒸發(fā)器和渦輪，媒介在該蒸發(fā)器中通過來自熱源的熱而氣化，該渦輪由被氣化的媒介驅(qū)動(dòng)。當(dāng)媒介膨脹遍及渦輪時(shí)，媒介熱能的一部分轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。該機(jī)械能可以用于各種運(yùn)行目的或被轉(zhuǎn)換為電能。WHR系統(tǒng)的尺寸如此設(shè)定以使得在特定負(fù)載處效率高。在使用具有不同溫度的熱源的情況下，負(fù)載不是總在WHR系統(tǒng)處于最高效率的范圍內(nèi)。因此當(dāng)從具有不同溫度的熱源獲取熱能時(shí)，傳統(tǒng)的WHR系統(tǒng)并不特別有效率。JP08144850提到一種用于從排出氣體中回收熱能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括管線回路，該管線回路具有循環(huán)的水氨混合物。該系統(tǒng)包括高壓渦輪和低壓渦輪，以從處于各種運(yùn)行狀態(tài)的排出氣體中提取機(jī)械能，排出氣體在各種運(yùn)行狀態(tài)中處于不同溫度。對(duì)于制造而言，這種系統(tǒng)是復(fù)雜并且昂貴的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種設(shè)備，即使在熱源處于低溫時(shí)，該設(shè)備也能夠以有效方式將來自熱源的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。該目的通過引言中提及類型的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，該設(shè)備的特征通過權(quán)利要求1特征部分中的特性而指出。根據(jù)本發(fā)明，非共沸制冷劑混合物在管線回路中循環(huán)。在熱源處于低溫時(shí)，制冷劑混合物在蒸發(fā)器中沒有徹底氣化。在這種情況下，制冷劑混合物被引導(dǎo)到分離裝置，該分離裝置將制冷劑混合物中的液態(tài)部分與制冷劑混合物中的氣態(tài)部分分離。繼而，制冷劑混合物中的氣 態(tài)部分被引導(dǎo)回到管線回路，用于繼續(xù)循環(huán)，而制冷劑混合物中的液態(tài)部分留存在分離裝置中。由于制冷劑混合物包括具有不同氣化溫度的兩種制冷劑，因此具有較高氣化溫度的第一制冷劑將基本維持在液態(tài)，而具有較低氣化溫度的第二制冷劑在蒸發(fā)器中基本變?yōu)闅鈶B(tài)。這使得在管線回路中循環(huán)的制冷劑混合物中所包括的第二制冷劑的比例增加。只要制冷劑混合物在制冷劑混合物中沒有徹底氣化，其第一制冷劑含量就將減小。這導(dǎo)致制冷劑混合物以逐漸降低的溫度氣化，直到其在蒸發(fā)器中全部氣化。這導(dǎo)致能夠在渦輪中產(chǎn)生機(jī)械能的氣態(tài)媒介的最佳量。這樣，根據(jù)本發(fā)明，制冷劑混合物的成分改變，并且因此當(dāng)熱源處于低溫時(shí)，該制冷劑混合物的氣化溫度自動(dòng)下降到較低值。這使得即使在該熱源處于低溫時(shí)，機(jī)械能也可以通過有效方式從熱源中提取。通過非共沸制冷劑混合物，質(zhì)量流量不完全取決于可用溫度，因?yàn)閷?duì)于最佳渦輪效率而言，質(zhì)量流量能夠在某種程度上通過變更制冷劑混合物的成分而被控制。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述控制裝置包括設(shè)置成從至少一個(gè)傳感器接收信息的控制單元，該傳感器監(jiān)視參數(shù)，控制單元依據(jù)該參數(shù)判定制冷劑混合物是否在蒸發(fā)器中徹底氣化?？刂茊卧梢允怯?jì)算機(jī)單元，該計(jì)算機(jī)單元具有用于此目的的適當(dāng)軟件。所述傳感器可以設(shè)置成在蒸發(fā)器中或在管線回路中基本緊鄰蒸發(fā)器下游的位置處監(jiān)視制冷劑的溫度和/或壓力。依據(jù)所知的制冷劑的壓力和溫度，控制單元能夠判定全部制冷劑混合物是否在蒸發(fā)器中氣化。該控制單元能夠依據(jù)與所用制冷劑混合物有關(guān)的存儲(chǔ)信息判定全部制冷劑混合物是否在蒸發(fā)器中氣化。替代地，其可以從傳感器接收信息，該傳感器檢測(cè)參數(shù)，通過該參數(shù)能夠估算熱能從熱源到蒸發(fā)器的當(dāng)前供應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，所述控制裝置能夠使設(shè)備處于高效狀態(tài)，并且當(dāng)該控制裝置判定制冷劑混合物在蒸發(fā)器中沒有徹底氣化時(shí)使設(shè)備處于低效狀態(tài)。在高效狀態(tài)中，包括適當(dāng)量的第一制冷劑和第二制冷劑的制冷劑混合物通過管線回路循環(huán)。在低效狀態(tài)中，具有較高氣化溫度的第一制冷劑從制冷劑混合物中分離。這樣，在管線回路中循環(huán)的制冷劑混合物呈現(xiàn)出不同成分和較低氣化溫度，從而使得即使當(dāng)熱源處于低溫時(shí)，該制冷劑混合物也能夠徹底氣化。當(dāng)熱源溫度再次升高時(shí)，該設(shè)備被置于高效狀態(tài)中，被分離的第一制冷劑在該高效狀態(tài)中被引導(dǎo)回到管線回路，以使得制冷劑混合物呈現(xiàn)出升高的氣化溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述控制裝置設(shè)置成當(dāng)設(shè)備處于高效狀態(tài)時(shí)將制冷劑混合物從蒸發(fā)器引導(dǎo)通過管線回路的普通管線部，并且當(dāng)設(shè)備處于低效狀態(tài)時(shí)將制冷劑混合物引導(dǎo)通過包括分離 裝置的附加管線部。在這種情況下，當(dāng)設(shè)備處于高效狀態(tài)時(shí)，制冷劑混合物無須經(jīng)過分離裝置。所述控制裝置可以包括閥設(shè)備，該閥設(shè)備引導(dǎo)制冷劑混合物通過普通管線部或附加管線部。這使得根據(jù)設(shè)備是處于高效還是低效狀態(tài)而容易將制冷劑混合物引導(dǎo)通過兩個(gè)所述管線部之一。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，分離裝置包括容器，在該容器中液態(tài)的制冷劑混合物從氣態(tài)的制冷劑混合物分離出來。液體的密度基本一直高于氣體的密度。在這種情況下，制冷劑混合物中液態(tài)部分將積累在容器中的底面上，而制冷劑混合物中氣態(tài)部分將積累在容器中的液位上方。該設(shè)備可以包括第一管線部和第二管線部，該第一管線部設(shè)置成從蒸發(fā)器接收制冷劑混合物并且在最大液位上方的位置將該制冷劑混合物引導(dǎo)進(jìn)容器，該第二管線部設(shè)置成在容器中最大液位上方的位置處接收氣態(tài)的制冷劑混合物并且引導(dǎo)氣態(tài)的制冷劑混合物從容器回到管線回路。這樣，在這種情況下，液態(tài)媒介留存在容器下部，而氣態(tài)媒介被引導(dǎo)回到管線回路，用以從容器上部繼續(xù)循環(huán)。該設(shè)備有利地包括第三管線部和流量裝置，該第三管線部在容器底面和管線回路之間延伸，通過該流量裝置可以在適當(dāng)時(shí)間將積累在容器中的液態(tài)的制冷劑混合物引導(dǎo)回到管線回路。當(dāng)該設(shè)備處于高效狀態(tài)時(shí)，適當(dāng)?shù)氖菍⒁逊e累在分離裝置中的液態(tài)的制冷劑混合物引導(dǎo)回去。這可以以適當(dāng)?shù)牧客瓿?，以使得在管線回路中循環(huán)的制冷劑混合物將包括在整個(gè)管線回路中處于相同比例的兩種制冷劑。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述熱源是通過內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力的車輛中的暖媒介。在車輛中有多種介質(zhì)可以用作前述設(shè)備的熱源。發(fā)動(dòng)機(jī)的排出氣體就是這種熱源。其它可能的熱源包括在車輛的冷卻系統(tǒng)中循環(huán)的冷卻劑。另外可能的熱源是增壓空氣和被引導(dǎo)到發(fā)動(dòng)機(jī)的再循環(huán)排出氣體。在發(fā)動(dòng)機(jī)的不同運(yùn)行狀態(tài)中，這些介質(zhì)的流量和溫度有變化。以上所限定的設(shè)備使得即使當(dāng)前述介質(zhì)的流量和溫度較低時(shí)，渦輪也可以實(shí)現(xiàn)基本最佳運(yùn)行。在引言中提到的目的還通過根據(jù)權(quán)利要求11的方法實(shí)現(xiàn)。該方法包括以下步驟:判定制冷劑混合物是否在蒸發(fā)器中沒有徹底氣化，以及當(dāng)沒有徹底氣化時(shí)，引導(dǎo)不完全氣化的制冷劑混合物離開蒸發(fā)器并引導(dǎo)到分離裝置，制冷劑混合物中的液態(tài)部分在該分離裝置中與制冷劑混合物中的氣態(tài)部分分離，在此之后僅制冷劑混合物中的氣態(tài)部分在管線回路中朝著渦輪前進(jìn)。這樣，在熱源處于低溫時(shí)，制冷劑混合物的構(gòu)成和氣化溫度將被調(diào)節(jié)到較低值。這使得即使當(dāng)熱源處于低溫時(shí)，機(jī)械也能能夠以有效方式從該熱源中提取。


以下借助于示例并參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中:圖1描繪了用于將熱 能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備；并且圖2是展示用于操作圖1中設(shè)備的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示意性描繪了車輛1，該車輛配備有用于將排出氣體中的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，該排出氣體從內(nèi)燃機(jī)2中排出。該設(shè)備包括具有泵4的管線回路3，該泵設(shè)置成在管線回路3中將非共沸制冷劑混合物加壓并且循環(huán)。非共沸制冷劑混合物由第一制冷劑和第二制冷劑組成。在這種情況下，第一制冷劑在類似壓力下的氣化溫度高于第二制冷劑。制冷劑可以是氟化制冷劑、乙醇、水或具有適當(dāng)特征的一些其它制冷劑。非共沸制冷劑混合物的相變發(fā)生在一溫度范圍內(nèi)，但是在恒定壓力下發(fā)生。通過變更非共沸制冷劑混合物中制冷劑的比例，可以改變相變發(fā)生的溫度范圍和壓力。管線回路3中的制冷劑混合物通過泵4被引導(dǎo)到熱交換器5，該熱交換器可以是所謂的同流換熱器。制冷劑混合物從熱交換器5被引導(dǎo)到蒸發(fā)器6。制冷劑混合物在蒸發(fā)器6中被經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)2的排出管線7的排出氣體加熱。排出管線7中的排出氣體的溫度和流量隨著發(fā)動(dòng)機(jī)2上的負(fù)載而變化。如果發(fā)動(dòng)機(jī)2是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，那么當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)2上有重負(fù)載時(shí)，排出氣體的溫度可以高達(dá)大約600-700°C。制冷劑混合物適于在蒸發(fā)器6中被加熱到其氣化溫度。離開蒸發(fā)器6的氣態(tài)的制冷劑混合物被引導(dǎo)到輔助加熱器8。在需要的情況下，制冷劑混合物可以在此經(jīng)受進(jìn)一步加熱，以確保當(dāng)?shù)竭_(dá)渦輪9時(shí)其全部處于氣態(tài)。繼而，制冷劑混合物膨脹遍及渦輪9。制冷劑混合物中熱能的一部分在此轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。在這種情況下，渦輪9驅(qū)動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機(jī)10。電能存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)部11中。能量存儲(chǔ)部11中存儲(chǔ)的電能可以有利地用于推進(jìn)車輛I或操作車輛I的部件。替代地，渦輪9可以連接到飛輪或類似的機(jī)械能存儲(chǔ)單元，該飛輪或類似的機(jī)械能存儲(chǔ)單元能夠連接到車輛的動(dòng)力總成。當(dāng)飛輪連接到動(dòng)力總成時(shí)，車輛I配置有額外的推進(jìn)力。當(dāng)氣態(tài)的制冷劑混合物已在渦輪9中膨脹后，其將處于較低壓力和較低溫度。繼而，制冷劑混合物被引導(dǎo)通過熱交換器5，該制冷劑混合物在該熱交換器中通過來自泵4的制冷劑混合物被冷卻。隨后，氣態(tài)的制冷劑混合物被引導(dǎo)到凝結(jié)器12，其在該凝結(jié)器中被冷卻到其冷凝溫度。在所描繪的示例中，制冷劑混合物在凝結(jié)器12中由處于周圍環(huán)境溫度的空氣冷卻。周圍環(huán)境空氣由空氣扇13抽取通過凝結(jié)器12。這樣，氣態(tài)的制冷劑混合物在凝結(jié)器12中變成液體。所產(chǎn)生的液態(tài)的制冷劑混合物被從凝結(jié)器12抽取到泵4。這樣，到達(dá)熱交換器5的液態(tài)的制冷劑混合物的溫度將低于已在凝結(jié)器12上游位置經(jīng)過熱交換器5的氣態(tài)的制冷劑混合物的溫度。這樣，液態(tài)的制冷劑混合物在熱交換器5中經(jīng)受加熱，然后到達(dá)蒸發(fā)器6。當(dāng)膨脹遍及渦輪9時(shí)，循環(huán)的制冷劑混合物經(jīng)受壓力下降。將制冷劑混合物循環(huán)通過管線回路3的泵4給予制冷劑混合物相應(yīng)的壓力上升。這樣，對(duì)于管線回路3中的制冷劑混合物循環(huán)的方向而言，制冷劑在管線回路3從泵4延伸到渦輪9的部分中的壓力將高于在管線回路3從渦輪9延伸到泵4的部分中的壓力。這樣，渦輪9使得來自排出管線7中排出氣體的熱能可以被利用并且轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。隨后，機(jī)械能在發(fā)電機(jī)10中轉(zhuǎn)換為電能。使用電能用于推進(jìn)使得車輛I可以獲得更多動(dòng)力而無須向發(fā)動(dòng)機(jī)2供應(yīng)任何額外燃料。除以上描述的部件外，該設(shè)備還包括用于將液體從氣體分離出來的容器14。容器14具有最大液位14a。最大液位14a可以是等于第一制冷劑全部以液體形式積累在容器14中的情況的值。容器14位于管線回路3的附加管線部3b。附加管線部具有與管線回路3的普通管線部3a平行的區(qū)域。附加管線部3b包括在管線回路3中進(jìn)口孔和容器14中出口孔之間延伸的第一管線15。第一管線15的進(jìn)口孔基本位于緊鄰蒸發(fā)器6下游。第一管線15的出口孔位于容器的最大液位14a上方。附加管線部3b包括在容器14中進(jìn)口孔和管線回路3中出口孔之間延伸的第二管線16。第二管線16的進(jìn)口孔位于容器的最大液位14a上方。第二管線16的出口 孔位于輔助加熱器8上游。第二管線16包括閥V1，通過第二管線16的流量能夠由該閥V1停住。普通管線部3a具有在管線回路3中第一管線15的進(jìn)口孔和管線回路3中第二管線的出口孔之間延伸的區(qū)域。普通管線部3a包括閥V2，通過普通管線部3a的流量能夠由該閥V2停住。容器14連接到在容器14中進(jìn)口孔和管線回路3中出口孔之間延伸的第三管線部17。第三管線部17的進(jìn)口孔位于容器14底面并且出口孔處于管線回路3中渦輪9下游位置。第三管線部17包括閥v3，處于打開狀態(tài)的該閥V3允許抽取積累在容器14中的液體。溫度傳感器19和壓力傳感器20配置在蒸發(fā)器6中?？刂茊卧?1設(shè)置成在發(fā)動(dòng)機(jī)2運(yùn)行期間從溫度傳感器19和壓力傳感器20接收信息。發(fā)動(dòng)機(jī)2的不同運(yùn)行狀態(tài)導(dǎo)致在排出管線7中的具有不同溫度的不同排出氣體流。發(fā)動(dòng)機(jī)2上的重負(fù)載導(dǎo)致充足的高溫排出氣體流經(jīng)排出管線7。在這種運(yùn)行狀態(tài)中，渦輪9能夠從排出氣體中回收相當(dāng)大量的熱能。發(fā)動(dòng)機(jī)2上的低負(fù)載導(dǎo)致明顯較少量的較低溫排出氣體流經(jīng)排出管線7。在這種運(yùn)行狀態(tài)中，渦輪9能夠從排出氣體中回收明顯較少的熱能。然而，期望的是在所有運(yùn)行狀態(tài)中都能從排出氣體中回收盡可能多的熱能。為了該目的，排出管線7中的來自排出氣體的熱能必須能夠加熱制冷劑混合物，以使得即使當(dāng)排出氣體處于相對(duì)低溫時(shí)，該制冷劑混合物也在蒸發(fā)器中徹底氣化。根據(jù)本發(fā)明，控制單元21能夠?qū)⒃O(shè)備置于高效狀態(tài)H和低效狀態(tài)L。在高效狀態(tài)H中，控制單元21將閥V1置于關(guān)閉狀態(tài)并且將閥V2置于打開狀態(tài)。這意味著從蒸發(fā)器6中引導(dǎo)出的制冷劑混合物能夠經(jīng)由管線回路3的普通管線部3a直接引導(dǎo)到輔助加熱器8和渦輪9。與此同時(shí)，控制單元21將閥V3置于打開狀態(tài)，以使得已積累在容器14中的任何液體能夠在渦輪9下游位置引導(dǎo)回到管線回路3。在低效狀態(tài)L中，控制單元21將閥V1置于打開狀態(tài)并且將閥V2置于關(guān)閉狀態(tài)。這意味著從蒸發(fā)器6中引導(dǎo)出的制冷劑混合物僅能夠經(jīng)由附加管線部3b引導(dǎo)到輔助加熱器8和渦輪9，這樣，該附加管線部包括第一管線15、容器14和第二管線16。圖2是展示在圖1中的設(shè)備運(yùn)行期間的方法的流程圖。該方法在步驟22開始。與運(yùn)行有關(guān)的是，控制單元21在步驟23從溫度傳感器19和壓力傳感器20接收關(guān)于制冷劑混合物的溫度t和壓力P的信息。控制單元21在步驟24將溫度t和壓力P與第一閾值&和？1比較。在第一閾值^和P1處，全部制冷劑混合物在蒸發(fā)器6中充裕地氣化。如果接收的溫度t和壓力P的值大于或等于第一閾值h和P1，那么控制單元21將發(fā)現(xiàn)不存在液態(tài)的制冷劑混合物可能離開蒸發(fā)器并且被引導(dǎo)到渦輪9的風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下，控制單元21將在步驟25把設(shè)備置于高效狀態(tài)H。這意味著第一閥V1置于關(guān)閉狀態(tài)并且第二閥V2置于打開狀態(tài)，并且從蒸發(fā)器6中引導(dǎo)出的制冷劑混合物能夠經(jīng)由管線回路3的普通管線部3a引導(dǎo)到輔助加熱器8和渦輪9。繼而，該方法在步驟22再次開始。如果接收的溫度t和壓力P的值在步驟24小于第一閾值h和P1，那么控制單元21在步驟26將接收的溫度t和壓力P值與第二閾值t2和p2比較。第二閾值t2和p2用作全部制冷劑混合物在蒸發(fā)器中6經(jīng)受徹底氣化的下限值。如果接收的溫度t和壓力P的值大于或等于第二閾值t2和P2，那么控制單元21將發(fā)現(xiàn)也不存在離開蒸發(fā)器的制冷劑混合物可能包括液體的風(fēng)險(xiǎn)。為防止設(shè)備過于頻繁地從高效狀態(tài)H切換到低效狀態(tài)L，控制單元21將不會(huì)在步驟27變更設(shè)備的設(shè)定。這樣，如果設(shè)備一直處于高效狀態(tài)H，那么其允許維持在該狀態(tài)。如果設(shè)備處于低效狀態(tài)L，那么其允許維持在該狀態(tài)。繼而，該方法在步驟22再次開始。如果接收的溫度t和壓力P的值在步驟26小于第二閾值t2和P2，那么控制單元21將發(fā)現(xiàn)離開蒸發(fā)器6的制冷劑混合物包括液體。控制單元21在步驟28將把設(shè)備置于低效狀態(tài)L，在該低效狀態(tài)中，離開蒸發(fā)器的制冷劑混合物被引導(dǎo)到附加管線部3b。制冷劑混合物被引導(dǎo)通過第一管線15到達(dá)容器14。制冷劑混合物中的液態(tài)部分的密度將高于制冷劑混合物中的氣態(tài)部分的密度。因此，制冷劑混合物中的液態(tài)部分將在容器14中通過重力向下移動(dòng)并且積累在容器14底面上。制冷劑混合物中的氣態(tài)部分將積累在容器14中液面上方。這樣，通向第二管線16的進(jìn)口孔將處于容器14中的最大液位14a上方。因此，液態(tài)的制冷劑混合物可能被引導(dǎo)到渦輪9的風(fēng)險(xiǎn)被消除。制冷劑混合物中的液態(tài)部分基本包括具有較高氣化溫度的第一制冷劑。因此，第二制冷劑中具有制冷劑混合物中較低氣化溫度的部分將增加，該制冷劑混合物在管線回路3中 循環(huán)。兩種制冷劑的互相改變的比例將使得制冷劑混合物氣化的溫度范圍降低。將氣化溫度降低到足夠低的水平將使得即使當(dāng)排出管線7中的排出氣體處于低溫時(shí)，在管線回路中循環(huán)的制冷劑混合物也在蒸發(fā)器中6徹底氣化。繼而，該方法在步驟22再次開始。當(dāng)排出管線7中的排出氣體溫度回升到高溫時(shí)，控制單元21將接收溫度t和壓力P的值，該溫度t和壓力P的值在步驟24表示，設(shè)備已被置于高效狀態(tài)H。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，閥V3將打開，以使得已積累在容器14中的液態(tài)的制冷劑混合物被引導(dǎo)回到管線回路3。這可以逐步發(fā)生，因?yàn)閮煞N制冷劑在管線回路3中以基本均勻的方式混合。當(dāng)循環(huán)的制冷劑混合物中的第一制冷劑的比例增加時(shí)，混合物的氣化溫度將再次上升。本發(fā)明完全不被限制到附圖提到的實(shí)施例，而是可以在權(quán)利要求范圍內(nèi)自由變化。在所描繪的實(shí)施例中，排出氣體中的熱量用作熱源以氣化制冷劑混合物并且驅(qū)動(dòng)渦輪。然而，還能夠使用任何期望的熱源以氣化蒸發(fā)器6中的制冷劑混合物。該設(shè)備有利地用于具有不同熱能力并且需要冷卻的熱源。這種熱源可以是車輛的冷卻系統(tǒng)中的冷卻劑、引導(dǎo)到增壓式內(nèi)燃機(jī)的增壓空 氣和再循環(huán)的排出氣體。
權(quán)利要求
1.一種用于將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，所述設(shè)備包括管線回路(3);循環(huán)裝置(4)，其用于在管線回路(3)中循環(huán)非共沸制冷劑混合物，所述非共沸制冷劑混合物包括第一制冷劑和第二制冷劑，所述第一制冷劑在類似壓力下的氣化溫度高于第二制冷劑；蒸發(fā)器(6)，制冷劑混合物適于在所述蒸發(fā)器中通過熱源(7)氣化；渦輪(9)，其設(shè)置成由氣化的制冷劑混合物驅(qū)動(dòng)；和凝結(jié)器(12)，制冷劑混合物適于在所述凝結(jié)器中被冷卻以使得其凝結(jié)；其特征在于，所述設(shè)備包括控制裝置，所述控制裝置設(shè)置成判定制冷劑混合物在蒸發(fā)器(6)中是否沒有徹底氣化，并且在制冷劑混合物在蒸發(fā)器(6)中沒有徹底氣化的情況下，將不完全氣化的制冷劑混合物引導(dǎo)離開蒸發(fā)器并引導(dǎo)到分離裝置(14)，在所述分離裝置中制冷劑混合物中的液態(tài)部分從制冷劑混合物中的氣態(tài)部分分離出來，之后僅制冷劑混合物中的氣態(tài)部分在管線回路(3)中朝著渦輪前進(jìn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置包括控制單元(21)，所述控制單元設(shè)置成從至少一個(gè)傳感器(19，20)接收信息，所述傳感器監(jiān)視參數(shù)，控制單元(21)依據(jù)所述參數(shù)判定制冷劑混合物是否在蒸發(fā)器(6)中徹底氣化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器(19，20)設(shè)置成在蒸發(fā)器(6)中或在管線回路(3)中基本緊鄰蒸發(fā)器(6)下游的位置監(jiān)視制冷劑的溫度和/或壓力。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置能夠?qū)⑺鲈O(shè)備置于高效狀態(tài)(H)并且在所述控制裝置判定制冷劑混合物在蒸發(fā)器(6)中沒有徹底氣化的情況下將所述設(shè)備置于低效狀態(tài)(L)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置設(shè)置成在設(shè)備處于高效狀態(tài)(H)的情況下引導(dǎo)制冷劑混合物從蒸發(fā)器通過管線回路的普通管線部(3a)，并且在設(shè)備處于低效狀態(tài)(L)的情況下引導(dǎo)制冷劑混合物通過管線回路的附加管線部(3b)，所述附加管線部包括分離裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置包括閥設(shè)備(Vl，v2)，所述閥設(shè)備引導(dǎo)制冷劑混合物通過普通管線部(3a)或附加管線部(3b)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述分離裝置包括容器(14)，液態(tài)的制冷劑混合物在所述容器中與氣態(tài)的制冷劑混合物分離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括第一管線(15)和第二管線，所述第一管線設(shè)置成從蒸發(fā)器(6)接收制冷劑混合物并且在最大液位上方位置(14a)將所述制冷劑混合物引導(dǎo)進(jìn)容器(14)中，所述第二管線設(shè)置成接收氣態(tài)制冷劑混合物在容器中最大液位上方位置(14a)并且引導(dǎo)氣態(tài)的制冷劑混合物從容器(14)回到管線回路(3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括第三管線部(17)和流量裝置，所述第三管線部在容器(14)底面和管線回路(3)之間延伸，通過所述流量裝置可以在適當(dāng)情況下引導(dǎo)已積累在容器(14)中的液態(tài)的制冷劑混合物回到管線回路(3)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述熱源采用通過內(nèi)燃機(jī)(2)提供動(dòng)力的車輛中的暖媒介的形式。
11.一種借助于管線回路(3)將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的方法，所述管線回路包括:循環(huán)裝置(4)，其用于在管線回路(3)中循環(huán)非共沸制冷劑混合物，所述非共沸制冷劑混合物包括第一制冷劑和第二制 冷劑，所述第一制冷劑在類似壓力下的氣化溫度高于第二制冷劑；蒸發(fā)器(6)，制冷劑混合物適于在所述蒸發(fā)器中通過熱源(7)氣化，渦輪(9)，其設(shè)置成由氣化的制冷劑混合物驅(qū)動(dòng)；和凝結(jié)器(12)，制冷劑混合物適于在所述凝結(jié)器中被冷卻以使得其凝結(jié)，其特征在于以下步驟:判定制冷劑混合物是否在蒸發(fā)器(6)中沒有徹底氣化，在制冷劑混合物在蒸發(fā)器(6)中沒有徹底氣化的情況下，引導(dǎo)不完全氣化的制冷劑混合物離開蒸發(fā)器并引導(dǎo)到分離裝置(14)，制冷劑混合物中的液態(tài)部分在所述分離裝置中與制冷劑混合物中的氣態(tài)部分分離， 之后僅制冷劑混合物中的氣態(tài)部分在管線回路(3)中朝著渦輪前進(jìn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括管線回路(3)；循環(huán)裝置(4)，其用于在管線回路(3)中循環(huán)非共沸制冷劑混合物；蒸發(fā)器(6)，制冷劑混合物適于在該蒸發(fā)器中通過熱源(7)氣化；渦輪(9)，其設(shè)置成由氣化的制冷劑混合物驅(qū)動(dòng)；和凝結(jié)器(12)，制冷劑混合物適于在該凝結(jié)器中被冷卻以使得其凝結(jié)。該裝置包括控制裝置，該控制裝置設(shè)置成判定制冷劑混合物是否在蒸發(fā)器(6)中沒有徹底氣化，當(dāng)制冷劑混合物在蒸發(fā)器(6)中沒有徹底氣化時(shí)，該控制裝置設(shè)置成引導(dǎo)未完全氣化的制冷劑混合物離開蒸發(fā)器到達(dá)分離裝置(14)，在該分離裝置中，制冷劑混合物中的液態(tài)部分從制冷劑混合物中的氣態(tài)部分分離出來，隨后僅制冷劑混合物中的氣態(tài)部分在管線回路(3)中朝著渦輪前進(jìn)。
文檔編號(hào)F01N5/02GK103228899SQ201180057546
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
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