CN102265002A - 克劳修斯-朗肯循环回路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别是用于移动应用的、优选在机动车辆中的克劳修斯-朗肯循环回路，该克劳修斯-朗肯循环回路包括用于驱动该克劳修斯-朗肯循环回路(1)中的液态工作流体和用于对工作流体加压的泵(2)、用于使被加压的液态工作流体蒸发的加热装置(3)、用于借助热压缩蒸气的膨胀来生成机械驱动动力的膨胀装置(4)、用于冷凝能够作为液态工作流体被输送给泵(2)的、热的膨胀了的蒸气的冷凝装置(5)、以及用于收集和存储液态工作流体的收集容积(13)。当收集容积(13)被集成在冷凝装置(5)的壳体(12)内时，可以实现克劳修斯-朗肯循环回路(1)的紧凑的布置结构。

Description

克劳修斯-朗肯循环回路
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的、特别是用于移动应用的、优选在机动车辆中的克劳修斯-朗肯循环回路。本发明还涉及一种具有这种克劳修斯-朗肯循环回路的机动车辆。
背景技术
从DE 102 59 488 A1已知一种克劳修斯-朗肯循环回路。它通常包含用于在克劳修斯-朗肯循环回路中驱动液态工作流体和用于对工作流体加压的泵。此外，还提供有用于使液态工作流体蒸发的加热装置。另外，提供有用于借助热压缩蒸气的膨胀生成机械驱动动力/功率的膨胀装置。热膨胀蒸气可借助于冷凝装置被冷凝并且可作为液态工作流体被导回到泵。该已知的克劳修斯-朗肯循环回路还具有用于收集和存储液态工作流体的收集容积。在已知的克劳修斯-朗肯循环回路中，收集容积被容纳在一收集容器内，该收集容器能以热传递的方式与一热交换器联接，以便预热所存储的液态工作流体。
例如从DE 10 2005 061 214 A1、DE 10 2006 043 518 A1、DE 10 2004018 860 A1和JP 2008-8224中已知更多的克劳修斯-朗肯循环回路。
发明内容
本发明涉及下述问题：为开头所述类型的克劳修斯-朗肯循环回路提供一种改进的实施形式，其突出之处特别在于，它需要比较小的安装空间并因而简化了移动应用的实现。
根据本发明，此问题通过独立权利要求的主题得以解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。
本发明基于将收集容积集成在冷凝装置中的总构思。为此，该冷凝装置设有对应的壳体，该壳体容纳用于存储和收集冷凝的工作流体的收集容积。由于克劳修斯-朗肯循环回路在任何情况下都需要冷凝装置，且该冷凝装置必须以能将液态工作流体较简单地输送到泵的方式来安装，所以通过所提出的将收集容积集成在冷凝装置的壳体中，简化了克劳修斯-朗肯循环回路的结构。从而可放弃用于安置收集容积的单独的收集容器。克劳修斯-朗肯循环回路因此总的来说需要较小的结构空间。这种克劳修斯-朗肯循环回路在移动应用中例如在机动车辆中的实现通过其紧凑的结构方式得以简化。
对于一种有利的实施例，该壳体除收集容积外还包括冷凝容积。该冷凝容积朝收集容积开口并容纳有一热交换器，该热交换器可被冷却流体流过。收集容积在冷凝装置的壳体中占用了壳体总体积的比较大的部分。收集容积和壳体例如相互协调成，使得收集容积填充壳体总容积的至少30％或至少50％或至少60％。因此视实施形式而定，冷凝装置的壳体中的冷凝容积可小于收集容积。
为了实现强化的冷凝性能，冷凝装置可与在其中循环有冷却流体的冷却回路相连接。
克劳修斯-朗肯循环回路宜具有控制装置。该控制装置可根据一种有利的实施例设计成，使得可使用该控制装置调节在克劳修斯-朗肯循环回路中循环的工作流体的量，即，根据克劳修斯-朗肯循环回路的当前工作状态。该实施例基于如下认识：视工作状态或工作点而定，在克劳修斯-朗肯循环回路中需要不同的工作流体量，以便使该克劳修斯-朗肯循环回路能够以最佳方式工作。最佳的循环工作流体量例如因要由膨胀装置施加的驱动动力和/或因可在加热装置上获得的加热功率和/或因压力和/或温度而异。该控制装置此时可在考虑当前工作状态的情况下例如经由特征域和/或计算模型来确定所需的、为了最佳运行必须在克劳修斯-朗肯循环回路中循环的工作流体量。因此可提高克劳修斯-朗肯循环回路的效率。
在一种优选的实施例中，该控制装置能设置成，使得其通过改变冷凝装置的冷凝性能来调节在克劳修斯-朗肯循环回路中循环的工作流体的量。该实施例利用了在克劳修斯-朗肯循环回路中循环的工作流体的量取决于冷凝装置中气相与液相的比例的这一认识。冷凝装置的冷凝性能越高，克劳修斯-朗肯循环回路中的循环可获得的液态工作流体就越多。
根据一种特别有利的改进方案，该控制装置可设计成，使得在包含被冷却流体流过的热交换器的冷凝装置中，该控制装置通过改变流过热交换器的冷却流体的量来调节冷凝装置的冷凝性能。该控制装置此时考虑了冷却流体流(量)与冷凝装置中出现的冷凝物之间的关联性。
对于前述实施例——其中控制装置调节在克劳修斯-朗肯循环回路中循环的工作流体的量——特别有利的是，用于液态工作流体的收集容积被集成在冷凝装置的壳体内，这简化了循环的工作流体量的改变。
本发明的更多重要特征和优点从从属权利要求、附图和借助附图对附图进行的相关描述来获得。
应该清楚，上述特征和以下还要说明的特征不仅能以分别提供的组合使用，而且还能以其它组合使用或单独使用而不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的优选实施例在附图中示出并且将在以下说明中更详细地阐述。
唯一的图1示出了克劳修斯-朗肯循环回路的高度简化的线路图式的原理图。
具体实施方式
根据图1，克劳修斯-朗肯循环回路1包括泵2、加热装置3、膨胀装置4和冷凝装置5作为构件。此外，还设置有管线6以便将各单独的构件2、3、4、5彼此连接。因此，管线6a将泵2的压力侧与加热装置3的输入部连接。管线6b将加热装置3的输出部与膨胀装置4的输入部连接。管线6c将膨胀装置4的输出部与冷凝装置5的输入部连接。管线6d将冷凝装置5的输出部与泵2的吸入侧连接。克劳修斯-朗肯循环回路1优选适于移动应用。因此，其例如可被设置在机动车辆中。这种机动车辆包括例如排气系统7，该排气系统7与加热装置3联接以进行热传递。为此，例如排气流可被引导穿过设计成热交换器的加热装置3。该车辆还可具有冷却回路8，该冷却回路8例如能以热传递的方式与冷凝装置5相联接。冷凝装置5的热交换器9例如可被内连在车辆的冷却回路8中。泵2用于驱动克劳修斯-朗肯循环回路1中的液态工作流体。泵2同时用于对工作流体施加压力。泵2因此使工作流体在管线6中传送并通过各单独的构件3、4、5。加热装置3用于使被加压的液态工作流体蒸发。为此将热量qzu输入工作流体。由此形成热的、被加压的、即压缩的蒸气或热的压缩的蒸气状的工作流体。膨胀装置4——例如为涡轮的形式——用于通过热压缩蒸气的膨胀而产生机械驱动动力。膨胀装置4例如经由驱动轴10驱动发电机11以便产生电能。冷凝装置5用于使热的膨胀了的蒸气冷凝。此时热量qab从工作流体中排出。工作流体以这种方式被冷却并因此被液化。该液态工作流体然后可被再次输送给泵2。
冷凝装置5具有壳体12，在该壳体中布置有例如热交换器9。此外，在该壳体12中还集成有收集容积13，该收集容积用于收集和存储液态工作流体。该壳体12除收集容积13外还可包含冷凝容积14。冷凝容积14宜朝向收集容积13开口。热交换器9例如布置在冷凝容积14中。收集容积占壳体12的总容积的至少30％或至少50％或至少60％。用于接纳热交换器9的冷凝容积14例如占壳体12的总容积的至少35％。
用于收集和提供液态工作流体的收集容积13不必一直完全被液态工作流体充满，而是，在克劳修斯-朗肯循环回路1中循环的工作流体的量可以变化。克劳修斯-朗肯循环回路1特别是可具有控制装置15，可借助于该控制装置15调节在克劳修斯-朗肯循环回路1中循环的工作流体的量。在此，循环的工作流体量的调节取决于克劳修斯-朗肯循环回路1的当前工作参数、即取决于当前工作状态。控制装置15在本例中经由对应的信号线16获得对应的工作参数。控制装置15特别是可与车辆的发动机控制装置连接。控制装置15也可与适当的传感器系统连接以感测所需的工作参数。控制装置15在本例中与控制阀17协同工作，可借助于该控制阀17调节在热交换器9中流过的冷却流体的量。控制阀17为此在适当位置处内连在冷却回路8中。控制阀17例如可如图所示被内连在冷却回路8的供给管线18中。也可将控制阀17内连在冷却回路8的回流管线19中。在本例中，控制阀17布置在冷凝装置5的壳体12外。也可将控制阀17布置在冷凝装置5的壳体12的内部。
控制装置15因此可通过控制阀17的对应致动来调节流过热交换器9的冷却流体的量。由于流过热交换器9的冷却流体的量决定了冷凝装置5的冷凝性能，因此控制装置15可间接调节冷凝装置5的冷凝性能。冷凝装置5的冷凝性能本身对于冷凝装置5中的气相与液相的比例、并因此对于所出现的液态工作流体的量有决定性意义。因此冷凝装置5的冷凝性能与在克劳修斯-朗肯循环回路中循环的工作流体的量相关联。控制装置15因此可间接地调节在克劳修斯-朗肯循环回路中循环的工作流体的量。在此，对在克劳修斯-朗肯循环回路1中循环的工作流体的量的调节可在控制的意义上发生或在调节的意义上被执行。在所述控制中，控制装置15将一控制信号分配给当前工作状态，控制阀17必须通过该控制信号被致动，以便能够对应于计算或特征域调节期望的工作流体量。在所述调节中，控制装置15将当前在克劳修斯-朗肯循环回路1中循环的实际工作流体量与目标工作流体量进行比较，所述目标工作流体量为基于当前工作状态而应当在克劳修斯-朗肯循环回路1中循环的工作流体的量。然后根据目标-实际比较而致动控制阀17。

Claims (11)

1.一种特别是用于移动应用的、优选在机动车辆中的克劳修斯-朗肯循环回路，该克劳修斯-朗肯循环回路包括：
-泵(2)，所述泵用于驱动所述克劳修斯-朗肯循环回路(1)中的液态工作流体和用于对所述工作流体加压；
-加热装置(3)，所述加热装置用于使被加压的液态工作流体蒸发，
-膨胀装置(4)，所述膨胀装置用于借助热压缩蒸气的膨胀而产生机械驱动动力，
-冷凝装置(5)，所述冷凝装置用于使热的膨胀了的蒸气冷凝，其能作为液态工作流体被输送给所述泵(2)，
-收集容积(13)，所述收集容积用于收集和存储液态工作流体，
其特征在于，
所述收集容积(13)被集成在所述冷凝装置(5)的壳体(12)中。
2.根据权利要求1的克劳修斯-朗肯循环回路，
其特征在于，
所述壳体(12)包括朝所述收集容积(13)开口的冷凝容积(14)，在所述冷凝容积(14)中布置有一能够被冷却流体流过的热交换器(9)。
3.根据权利要求1或2的克劳修斯-朗肯循环回路，
其特征在于，
所述收集容积(13)填充所述壳体(12)的总容积的至少30％或至少50％或至少60％。
4.根据权利要求1至3中任一项的克劳修斯-朗肯循环回路，
其特征在于，
所述冷凝装置(5)与一冷却回路(8)相连接，在该冷却回路中循环有冷却流体。
5.根据权利要求1至4中任一项的克劳修斯-朗肯循环回路，
其特征在于，
设置有控制装置(15)，该控制装置用于根据所述克劳修斯-朗肯循环回路(1)的当前工作状态来调节在所述克劳修斯-朗肯循环回路中循环的工作流体的量。
6.根据权利要求5的克劳修斯-朗肯循环回路，
其特征在于，
所述控制装置(15)设计成，使得通过改变所述冷凝装置(5)的冷凝性能来调节在所述克劳修斯-朗肯循环回路(1)中循环的工作流体的量。
7.根据权利要求4和6的克劳修斯-朗肯循环回路，
其特征在于，
所述控制装置(15)设计成，使得通过改变流过所述热交换器(9)的冷却流体的量来调节所述冷凝装置(5)的冷凝性能。
8.根据权利要求7的克劳修斯-朗肯循环回路，
其特征在于，
所述控制装置(15)与一控制阀(17)协同工作以调节流过所述冷凝装置(5)的所述热交换器(9)的冷却流体的量。
9.根据权利要求8的克劳修斯-朗肯循环回路，
其特征在于，
所述控制阀(17)被装入所述冷却回路(8)中和/或所述冷凝装置(5)中，其中所述控制阀(17)特别是能够被布置在所述冷凝装置(5)的所述壳体(12)中。
10.根据权利要求5至9中任一项的克劳修斯-朗肯循环回路，
其特征在于，
所述控制装置(15)在调节的意义上或在控制的意义上调节在所述克劳修斯-朗肯循环回路(1)中循环的工作流体的量。
11.具有根据权利要求1至10中任一项的克劳修斯-朗肯循环回路的机动车辆。
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