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HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
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Gebiet der Offenbarung
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Kraftmaschinensystem und insbesondere auf ein Kraftmaschinensystem, das in einer Gaskraftmaschinen-Wärmepumpe enthalten ist, um eine Wärmepumpe mit dem Kraftmaschinensystem anzutreiben,
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Stand der Technik
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Eine Gaskraftmaschinen-Wärmepumpe ist eine Vorrichtung, die eine Gaskraftmaschine antreibt, um einen Kompressor anzutreiben. Diese verbindet die Kraftmaschine und den Kompressor über einen Riemen und treibt den Kompressor an, um ein Kältemittel in der Wärmepumpe umzuwälzen.
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Die Kraftmaschine kann eine Vorrichtung sein, die durch mehrere Zylinder angetrieben ist, um Kraftstoff zu verbrennen, und die den mehreren Zylindern ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff zuführt und folglich die Zylinder antreibt. Der dem Zylinder zugeführte Kraftstoff kann bei einer niedrigen Temperatur zugeführt werden, um dem Zylinder in einem Zustand hoher Dichte zugeführt zu werden. Zu diesem Zweck kann ein Prozess zum Kühlen des dem Zylinder zugeführten Gemischs erforderlich sein.
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Ferner kann der dem Zylinder zugeführte Kraftstoff in einem aufgeladenen Zustand zugeführt werden. Wenn die Temperatur des Gemischs bei einem Aufladeprozess hoch wird, kann ein Prozess zum Kühlen des Gemischs erforderlich sein.
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Die koreanische Offenlegungsschrift Nr.
10-2020-0067125 hat einen Zwischenkühler offenbart, der das Gemisch als eine separate Kühlquelle kühlt, wenn das in einem Mischer gemischte Gemisch der Kraftmaschine zugeführt wird. Hier ist der Zwischenkühler konfiguriert, die Temperatur des Gemischs durch Außenluft oder ein äußeres Kühlmittel zu senken. Dies ist insofern problematisch, als eine separate Kühlquelle vorgesehen sein sollte.
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Ferner kann etwas des von der Kraftmaschine ausgestoßenen Abgases zurückgeführt werden, wodurch die Menge der nach außen emittierten Kohlenstoff- oder Stickstoffoxide verringert wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Luft, die der Kraftmaschine durch die Rückführung zugeführt wird, heißes Abgas, so dass ein Kühlprozess erforderlich ist, um die zurückgeführte Luft der Kraftmaschine zuzuführen.
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Das koreanische Patent
KR 10-2017-0035445 hat eine Rückführungsleitung, die etwas des Abgases zu einer Kraftmaschine zurückführt, und einen AGR-Kühler, der die Temperatur des durch die Rückführungsleitung strömenden Abgases verringert, offenbart.
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Eine Struktur, in der der AGR-Kühler zum Kühlen des Abgases das Abgas kühlt, ist jedoch nicht ausführlich beschrieben. Was das Kühlverfahren des AGR-Kühlers betrifft, sollte eine separate Kühlquelle vorgesehen sein, wenn das Abgas durch Außenluft oder ein äußeres Kühlmittel wie der obenerwähnte Zwischenkühler gekühlt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Kraftmaschinensystem zu schaffen, das den einer Kraftmaschine zugeführten Kraftstoff unter Verwendung des einem Mischer zugeführten Kraftstoffs kühlt und folglich die Leistung der Kraftmaschine maximiert.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, außerdem ein Kraftmaschinensystem zu schaffen, das ein einer Kraftmaschine zugeführtes Gemisch ohne ein separates Kältemittel oder Kühlmittel zum Kühlen unter Verwendung einer Phasenänderung in dem der Kraftmaschine zugeführten Kraftstoff kühlen kann.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, außerdem ein Kraftmaschinensystem zu schaffen[, das ein Kraftmaschinensystem bereitstellt], das die Leistung einer Kraftmaschine durch das Kühlen des aus der Kraftmaschine ausgestoßenen und zurückgeführten Gases unter Verwendung des einem Mischer zugeführtem Kraftstoff maximiert.
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Eine oder mehrere dieser Aufgaben werden durch die Merkmale des einen oder der mehreren unabhängigen Ansprüche gelöst. Die durch die vorliegende Offenbarung zu lösenden technischen Aufgaben sind nicht auf die obenerwähnten technischen Aufgaben eingeschränkt, wobei andere technische Aufgaben, die oben nicht beschrieben worden sind, durch einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Offenbarung gehört, aus der folgenden Beschreibung offensichtlich verstanden werden können.
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In einem Aspekt wird ein Kraftmaschinensystem geschaffen. Das Kraftmaschinensystem kann einen Mischer, der Luft und verdampften Kraftstoff mischt, um ein Gemisch zu bilden, eine Kraftmaschine, die einen Zylinder mit dem aus dem Mischer abgegebenen Gemisch antreibt, einen ersten Lagertank, der den verdampften Kraftstoff dem Mischer zuführt, einen zweiten Lagertank, der flüssigen Kraftstoff lagert und/oder den gelagerten flüssigen Kraftstoff dem ersten Lagertank zuführt, und einen Wärmetauscher, der einen Wärmeaustausch zwischen dem aus dem ersten Lagertank abgegebenen flüssigen Kraftstoff und dem zur Kraftmaschine strömenden Gas ausführt, wobei folglich der flüssige Kraftstoff verdampft wird, enthalten. Dadurch kann der dem Mischer zugeführte flüssige Kraftstoff verdampft werden und kann das der Kraftmaschine zugeführte Gemisch gekühlt werden.
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Der Wärmetauscher kann zwischen dem Mischer und der Kraftmaschine angeordnet sein, um einen Wärmeaustausch zwischen dem vom Mischer der Kraftmaschine zugeführten Gemisch und dem aus dem zweiten Lagertank zu dem ersten Lagertank strömenden flüssigen Kraftstoff auszuführen. Dadurch kann das der Kraftmaschine zugeführte Gemisch gekühlt werden.
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Das Kraftmaschinensystem kann ferner einen Lader enthalten, der das vom Mischer zur Kraftmaschine strömende Gemisch komprimiert. Der Wärmetauscher kann zwischen dem Lader und der Kraftmaschine angeordnet sein, um eine Temperatur des zur Kraftmaschine strömenden Gemischs zu verringern. Dadurch kann das Gemisch, dessen Temperatur sich erhöht hat, während es durch den Lader strömt, gekühlt werden.
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Das Kraftmaschinensystem kann ferner eine Abgasrückführungsleitung enthalten, die einen Rückführungsweg definiert, um das von der Kraftmaschine ausgestoßene Gas dem Mischer zuzuführen. Dadurch kann das Gemisch, das mit dem in die Rückführungsleitung eingeleiteten heißem Abgas gemischt ist, gekühlt werden.
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Die Abgasrückführungsleitung kann mit einem Lufteinlassrohr verbunden sein, das dem Mischer Luft zuführt.
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Das Kraftmaschinensystem kann ferner eine Wiederverflüssigungsvorrichtung, die den aus dem zweiten Lagertank abgegebenen Kraftstoff verflüssigt, und eine Pumpe, die den aus der Wiederverflüssigungsvorrichtung abgegebenen Kraftstoff dem Wärmetauscher zuführt, enthalten. Dadurch kann der Anteil der Flüssigkeit in dem dem Wärmetauscher zugeführten Kraftstoff erhöht werden.
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Das Kraftmaschinensystem kann ferner ein erstes Rohr, das mit einem Boden des zweiten Lagertanks verbunden ist, um den im zweiten Lagertank gelagerten flüssigen Kraftstoff zur Wiederverflüssigungsvorrichtung zu schicken, und/oder ein zweites Rohr, das mit einem Oberteil des zweiten Lagertanks verbunden ist, um den aus dem zweiten Lagertank abgegebenen Gaskraftstoff zur Wiederverflüssigungsvorrichtung zu schicken, enthalten. Dadurch kann der aus dem zweiten Lagertank abgegebene Kraftstoff verflüssigt werden.
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In dem zweiten Rohr kann ein Kompressor angeordnet sein, um den in die Wiederverflüssigungsvorrichtung eingeleiteten Gaskraftstoff zu komprimieren. Dadurch kann der der Wiederverflüssigungsvorrichtung zugeführte Gaskraftstoff komprimiert werden, um einfach verflüssigt zu werden.
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Das Kraftmaschinensystem kann ferner ein drittes Rohr enthalten, das die Wiederverflüssigungsvorrichtung und den Wärmetauscher verbindet. Das Kraftmaschinensystem kann ferner ein viertes Rohr enthalten, das von dem dritten Rohr abzweigt und mit dem zweiten Lagertank verbunden ist. Dadurch kann etwas des aus der Wiederverflüssigungsvorrichtung abgegebenen flüssigen Kraftstoffs dem Wärmetauscher zugeführt werden und der verbleibende flüssige Kraftstoff wieder in den zweiten Lagertank eingeleitet werden.
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Die Pumpe kann in dem dritten Rohr angeordnet sein, bevor das vierte Rohr abzweigt, so dass es möglich ist, den aus der Wiederverflüssigungsvorrichtung abgegebenen flüssigen Kraftstoff dem Wärmetauscher oder dem zweiten Lagertank zuzuführen.
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Das Kraftmaschinensystem kann ferner ein Expansionsventil enthalten, das den aus dem zweiten Lagertank abgegebenen und dem Wärmetauscher zugeführten flüssigen Kraftstoff expandiert. Dadurch kann der dem Wärmetauscher zugeführte flüssige Kraftstoff einfach verdampft werden.
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Das Expansionsventil kann an dem dritten Rohr angeordnet sein, nachdem das vierte Rohr abgezweigt ist, so dass es möglich ist, den dem Wärmetauscher zugeführten flüssigen Kraftstoff zu expandieren.
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Das Kraftmaschinensystem kann ferner eine Abgasrückführungsleitung enthalten, die einen Rückführungsweg definiert, um das von der Kraftmaschine ausgestoßene Gas dem Mischer zuzuführen. Der Wärmetauscher kann an der Abgasrückführungsleitung angeordnet sein, so dass das flüssige Gas mit dem in dem Rückführungsweg strömenden Abgas Wärme austauscht, um verdampft zu werden. Dadurch kann das der Abgasrückführungsleitung zugeführte heiße Abgas gekühlt und kann der aus dem zweiten Lagertank zugeführte Kraftstoff verdampft werden.
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Die Abgasrückführungsleitung kann mit dem Lufteinlassrohr verbunden sein, das dem Mischer Luft zuführt. Das Kraftmaschinensystem kann ferner einen Lader enthalten, der das vom Mischer zur Kraftmaschine strömende Gemisch komprimiert.
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Das Kraftmaschinensystem kann ferner einen Nulldruckregler enthalten, der den im ersten Lagertank gelagerten Gaskraftstoff mit einem vorgegebenen Druck dem Mischer zuführt. Dadurch kann der Druck des dem Mischer zugeführten Gaskraftstoffs aufrechterhalten werden.
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Der Wärmetauscher kann mehrere Rohre mit kleinem Durchmesser enthalten, in denen das zur Kraftmaschine strömende Gas strömt. Der Wärmetauscher kann ein Gehäuse enthalten, das um die mehreren Rohre mit kleinem Durchmesser ausgebildet ist und einen Raum definiert, in dem flüssiger Kraftstoff strömt, so dass ein Wärmeaustausch zwischen dem flüssigen Kraftstoff und dem Gemisch ausgeführt wird. Dadurch kann ein Wärmeaustausch zwischen den Rohren mit kleinem Durchmesser, die in dem Gehäuse angeordnet sind und den Weg des zur Kraftmaschine strömenden Gases definieren, und dem flüssigen Kraftstoff, der um die Rohre mit kleinem Durchmesser strömt, ausgeführt werden. Ferner können an einer Seite einer Umfangsfläche des Gehäuses ein Einlassrohr und ein Auslassrohr ausgebildet sein, wobei der flüssige Kraftstoff in das Einlassrohr eingeleitet wird und der Gaskraftstoff Wärme mit dem Gas austauscht, das in den mehreren Rohren mit kleinem Durchmesser strömt, um Gaskraftstoff mit geänderter Phase abzugeben.
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Das Gehäuse kann so angeordnet sein, dass es von stromaufwärts nach stromabwärts in einer Strömungsrichtung des zur Kraftmaschine strömenden Gases stromabwärts geneigt ist. Das Einlassrohr und das Auslassrohr können an der Umfangsfläche des Gehäuses so ausgebildet sein, dass sie nach oben vorstehen. Dadurch kann nur der verdampfte Kraftstoff durch das Auslassrohr strömen.
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Das Auslassrohr kann an einer höheren Position als das Einlassrohr angeordnet sein, so dass der verdampfte Gaskraftstoff durch das Auslassrohr strömen kann.
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Der Wärmetauscher kann ferner ein Ablaufrohr enthalten, das in der Strömungsrichtung des zur Kraftmaschine strömenden Gases stromabwärts des Gehäuses angeordnet ist und das Kondenswasser des im Gehäuse erzeugten Gemischs ablässt. Dadurch ist es möglich, das im Gehäuse erzeugte Kondenswasser nach außen abzulassen.
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Das Ablaufrohr kann ein erstes Ablaufrohr enthalten, das das im Gehäuse angesammelte Kondenswasser auffängt. Das Ablaufrohr kann ferner ein zweites Ablaufrohr enthalten, das sich so erstreckt, dass es oberhalb des ersten Ablaufrohrs angeordnet ist, um zu verhindern, dass das zur Kraftmaschine strömende Gas zu dem Ablaufrohr abgegeben wird. Das erste Ablaufrohr kann so angeordnet sein, dass es tiefer als das untere Ende des Gehäuses ist. Das zweite Ablaufrohr kann stromabwärts des ersten Ablaufrohrs angeordnet sein und kann oberhalb des ersten Ablaufrohrs angeordnet sein. Dadurch wird nur das Kondenswasser durch das Ablaufrohr abgegeben, wobei das im Gehäuse strömendes Gas nicht nach außen abgegeben wird.
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Andere spezifische Einzelheiten der vorliegenden Offenbarung sind in der ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen enthalten.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht einer Gaskraftmaschinen-Wärmepumpe, die ein Kraftmaschinensystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält.
- 2 ist eine schematische Ansicht des Kraftmaschinensystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 3 ist eine graphische Darstellung, die eine Konfiguration, die zwischen einem zweiten Lagertank und einem Wärmetauscher angeordnet ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
- 4 ist eine graphische Darstellung, die die Konfiguration eines Wärmetauschers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
- 5 ist eine schematische Ansicht eines Kraftmaschinensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 6 ist eine schematische Ansicht eines Kraftmaschinensystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 7 ist eine schematische Ansicht eines Kraftmaschinensystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 8 ist eine schematische Darstellung eines Kraftmaschinensystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und anderen Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung klarer erkannt, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird. Die Offenbarung kann jedoch in verschiedenen Formen verkörpert sein, ohne auf die hier dargelegten Ausführungsformen eingeschränkt zu sein. Stattdessen sind die hier offenbarten Ausführungsformen vorgesehen, die Offenbarung umfassend und vollständig zu machen und den Erfindungsgedanken der vorliegenden Offenbarung den Fachleuten auf dem Gebiet hinreichend zu vermitteln. Die vorliegende Offenbarung soll durch die Ansprüche definiert werden. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf überall in den verschiedenen Figuren und Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf gleiche Teile.
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Im Folgenden werden Kraftmaschinensysteme und Gaskraftmaschinen-Wärmepumpen einschließlich der Kraftmaschinensysteme gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
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Zunächst wird anhand von 1 kurz die Gaskraftmaschinen-Wärmepumpe, die das Kraftmaschinensystem enthält, beschrieben.
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Die Gaskraftmaschinen-Wärmepumpe 100 gemäß dieser Ausführungsform enthält ein Kraftmaschinensystem 1, das eine Kraftmaschine 24 mit einem gemischten Gas (das im Folgenden als ein ‚Gemisch‘ bezeichnet wird) aus Gas und Luft antreibt, eine Wärmepumpe II, die durch den Betrieb der angetriebenen Kraftmaschine 24 einen Kompressor 102 antreibt, um ein Kältemittel umzuwälzen, und eine Kühlmittelumwälzpumpe III, die ein Kühlmittel zur Kühlung der Kraftmaschine 24 umwälzt.
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Das Kraftmaschinensystem 1 kann die durch Verbrennung betriebene Kraftmaschine 24 antreiben und kann den mit der Kraftmaschine 24 über eine Riemenscheibe und einen Riemen verbundenen Kompressor 102 antreiben. Eine kraftmaschinenseitige Antriebsriemenscheibe 110 ist auf einer Seite der Kraftmaschine 24 angeordnet. Eine ausführliche Konfiguration des Kraftmaschinensystems 1 wird im Folgenden bezüglich der 2 und 3 ausführlich beschrieben. In 1 enthält die Wärmepumpe II den Kompressor 102, der mit der Kraftmaschine 24 verbunden ist, um die Kraftmaschine anzutreiben und das Kältemittel zu komprimieren, einen Außenwärmetauscher 104, der in einem Außenraum angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen der Außenluft und dem Kältemittel auszuführen, einen plattenförmigen Wärmetauscher 106, der in dem Außenraum angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel auszuführen, und eine Inneneinheit IDU, die in einem Innenraum angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen der Luft des Innenraums und dem Kältemittel auszuführen und dadurch die Temperatur des Innenraums zu steuern.
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Der Kompressor 102 kann durch eine Antriebsübertragungseinheit 108 angetrieben sein, die die Antriebskraft der Kraftmaschine 24 überträgt. Die Antriebsübertragungseinheit 108 kann über eine Riemenscheibe und einen Riemen mit der Kraftmaschine 24 verbunden sein, um angetrieben zu werden.
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Die Antriebsübertragungseinheit 108 kann die kraftmaschinenseitige Antriebsriemenscheibe 110, die mit der Kraftmaschine 24 verbunden ist, um durch das Antreiben der Kraftmaschine 24 gedreht zu werden, eine kompressorseitige Antriebsriemenscheibe 112, die mit dem Kompressor 102 verbunden ist, um den Kompressor 102 durch Drehung anzutreiben, und einen Riemen 114, der die kraftmaschinenseitige Antriebsriemenscheibe 110 und die kompressorseitige Antriebsriemenscheibe 112 miteinander verbindet, enthalten.
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Die Wärmepumpe II kann in einer Kühlbetriebsart den Außenwärmetauscher 104 als einen Kondensator verwenden und kann in einer Heizbetriebsart den plattenförmigen Wärmetauscher 106 als einen Verdampfer verwenden. Im Außenwärmetauscher 104 kann das Kältemittel einen Wärmeaustausch mit der zum Außenventilator 104a strömenden Außenluft ausführen. Ein Wärmeableiter 132, der im Folgenden beschrieben wird, kann an einer Seite des Außenwärmetauschers 104 angeordnet sein.
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In 1 kann die Wärmepumpe II ferner ein Vierwegeventil 120, das das vom Kompressor 102 ausgestoßene Kältemittel dem Außenwärmetauscher 104 oder der Inneneinheit IDU zuführt, und einen Druckspeicher 122, der das in den Kompressor 102 eingeleitete Kältemittel trennt, um das Kältemittel in der Gasphase dem Kompressor 102 zuzuführen, enthalten.
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Der Druckspeicher 122 schickt das Kältemittel in der Gasphase zusammen mit dem durch ein Vierwegeventil 120 eingeleiteten Kältemittel zum Kompressor 102.
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Die Gaskraftmaschinen-Wärmepumpe 100 kann ferner ein erstes Expansionsventil 124, das das in den plattenförmigen Wärmetauscher 106 eingeleitete Kältemittel expandiert, und ein zweites Expansionsventil 126, das das von dem Außenwärmetauscher 103 abgegebene Kältemittel expandiert, enthalten.
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In 1 enthält die Kühlmittelumwälzpumpe III eine Kühlmittelpumpe 130, die die Strömung des Kühlmittels bildet, einen Wärmeableiter 132, der einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft ausführt, ein erstes Dreiwegeventil 134, das das durch die Kühlmittelpumpe 130 umgewälzte Kühlmittel zum Wärmeableiter 132 oder zum plattenförmigen Wärmetauscher 106 schickt, und ein zweites Dreiwegeventil 136, das das durch die Kühlmittelpumpe 130 umgewälzte Kühlmittel zum ersten Dreiwegeventil 134 oder zur Kühlmittelpumpe 130 schickt. Die Kühlmittelumwälzpumpe III kann ferner einen Abgaswärmetauscher 50 enthalten, der einen Wärmeaustausch zwischen dem von der Kraftmaschine 24 ausgestoßenem Gas und dem Kühlmittel ausführt.
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Der Wärmeableiter 132 kann auf einer Seite des Außenwärmetauschers 104 angeordnet sein, um den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und der zum Außenventilator 104a strömenden Außenluft auszuführen.
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Im Folgenden wird das Kraftmaschinensystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezüglich 2 beschrieben.
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Das Kraftmaschinensystem 1 treibt die Kraftmaschine 24 mit dem Gemisch an, um den Kompressor anzutreiben. Hier bezieht sich das Gemisch auf ein Gas, das durch das Mischen von Luft und einem Gaskraftstoff in einem vorgegebenen Verhältnis erzeugt wird. Das Gemisch kann durch das Mischen der Luft und des Gaskraftstoffs durch einen Mischer 12 erzeugt werden, der im Folgenden beschrieben wird.
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Das Kraftmaschinensystem 1 enthält die Kraftmaschine 24, die durch die Verbrennung des Gemischs betrieben wird, einen ersten Lagertank 16, der den der Kraftmaschine 24 zugeführten Gaskraftstoff vorübergehend lagert, einen zweiten Lagertank 18, der flüssigen Kraftstoff lagert, einen Wärmetauscher 60, der einen Wärmeaustausch zwischen dem aus dem zweiten Lagertank 18 abgegebenen flüssigen Kraftstoff und dem der Kraftmaschine 24 zugeführten Gemisch ausführt, um eine Verdampfung auszuführen, und den Mischer 12, der das aus dem ersten Lagertank 16 zugeführte Kältemittel in der Gasphase und Luft mischt und dann das Gemisch zu der Kraftmaschine 24 schickt.
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Der erste Lagertank 16 kann den aus dem Wärmetauscher 60 strömenden Gaskraftstoff vorübergehend lagern. In dem Kraftmaschinensystem 1 kann ein Nulldruckregler 14 angeordnet sein, um den im ersten Lagertank 16 gelagerten Gaskraftstoff mit einem vorgegebenen Druck dem Mischer 12 zuzuführen.
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Der Nulldruckregler 14 führt dem Mischer 12 den Gaskraftstoff ungeachtet einer Änderung der Durchflussmenge oder des Drucks des in den Nulldruckregler 14 eingeleiteten Kraftstoffs immer mit einem konstanten Druck zu. Der Nulldruckregler 14 kann über einen weiten Bereich einen stabilen Kopfdruck erhalten und kann den Druck des der Kraftmaschine 24 zugeführten Gaskraftstoffs so einstellen, dass er in der Form des Atmosphärendrucks fast konstant ist. Weiterhin kann der Nulldruckregler 14 mit mehreren (nicht gezeigten) Ventilen versehen sein, um den zugeführten Kraftstoff zu blockieren.
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Der zweite Lagertank 18 kann den flüssigen Kraftstoff lagern. Der zweite Lagertank 18 kann die Form eines Drucktanks verwenden, um den Kraftstoff in einem flüssigen Zustand zu lagern. Der zweite Lagertank 18 kann einen Tank mit einer (nicht gezeigten) doppelter Struktur und einem (nicht gezeigten) Wärmeisolator enthalten.
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In 3 können zwischen dem zweiten Lagertank 18 und dem Wärmetauscher 60 eine Wiederverflüssigungsvorrichtung 34, die konfiguriert ist, den aus dem zweiten Lagertank 18 abgegebenen Kraftstoff wieder zu verflüssigen, und eine Pumpe 38, die konfiguriert ist, den aus der Wiederverflüssigungsvorrichtung 34 abgegebenen Kraftstoff dem Wärmetauscher 60 zuzuführen, angeordnet sein. Weiterhin kann zwischen dem zweiten Lagertank 18 und dem Wärmetauscher 60 ein Expansionsventil 40 angeordnet sein, das den zum Wärmetauscher 60 strömenden flüssigen Kraftstoff expandiert.
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Die Wiederverflüssigungsvorrichtung 34 kann das zu einer (nicht gezeigten) separaten Wärmepumpe strömende Kältemittel und den aus dem zweiten Lagertank 18 abgegebenen und verdampften Gaskraftstoff wieder verflüssigen. Die Wiederverflüssigungsvorrichtung 34 kann den Gaskraftstoff durch die Verdampfung des Kältemittels verflüssigen.
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Der zweite Lagertank 18 und die Wiederverflüssigungsvorrichtung 34 können durch ein erstes Rohr 32a, durch das flüssiger Kraftstoff aus dem zweiten Lagertank 18 strömt, und ein zweites Rohr 32b, durch das Gaskraftstoff aus dem zweiten Lagertank 18 strömt, verbunden sein. Das erste Rohr 32a kann mit einem Boden des zweiten Lagertanks 18 verbunden sein, um den im zweiten Lagertank 180 gelagerten flüssigen Kraftstoff umzuwälzen. Das zweite Rohr 32b kann mit einem Oberteil des zweiten Lagertanks 18 verbunden sein, um den im zweiten Lagertank 18 verdampften Gaskraftstoff umzuwälzen. Der Kompressor 36 kann am zweiten Rohr 32b angeordnet sein, um den aus dem zweiten Lagertank 18 abgegebenen Gaskraftstoff zu komprimieren.
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Die Wiederverflüssigungsvorrichtung 34 kann den durch das erste Rohr 32a strömenden flüssigen Kraftstoff und den durch das zweite Rohr 32b strömenden Gaskraftstoff mischen, wobei sie ihn kühlt und ihn dann als den flüssigen Kraftstoff abgibt. Die Pumpe 38 kann so angeordnet sein, um den flüssigen Kraftstoff, der durch die Wiederverflüssigungsvorrichtung 34 geströmt ist, dem Wärmetauscher 60 zuzuführen.
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Ein drittes Rohr 32c kann zwischen der Wiederverflüssigungsvorrichtung 34 und dem Wärmetauscher 60 angeordnet sein, um den von der Wiederverflüssigungsvorrichtung 34 abgegebenen flüssigen Kraftstoff dem Wärmetauscher 60 zuzuführen. Die Pumpe 38 kann in dem dritten Rohr 32c angeordnet sein. Weiterhin kann das Expansionsventil 40 in dem dritten Rohr 32c angeordnet sein, um den zum Wärmetauscher 60 strömenden flüssigen Kraftstoff zu expandieren.
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Das Kraftmaschinensystem 1 kann ein viertes Rohr 32d enthalten, das von dem dritten Rohr 32c abzweigt und den von der Wiederverflüssigungsvorrichtung 34 abgegebenen flüssigen Kraftstoff dem zweiten Lagertank 18 zuführt. Die vierte Rohr 32d kann den flüssigen Kraftstoff, der durch die Pumpe 38 in dem dritten Rohr 32c strömt, dem zweiten Lagertank 18 zuführen.
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Die Kraftmaschine 24 ist eine Brennkraftmaschine, die durch das Verbrennen von komprimiertem Gas betrieben wird. Die Kraftmaschine 24 kann die (nicht gezeigte) kraftmaschinenseitige Antriebsriemenscheibe, die auf einer Seite der Kraftmaschine 24 angeordnet ist, durch die vier Takte Einlass, Verdichtung, Arbeit und Ausstoß drehen. Die kraftmaschinenseitige Antriebsriemenscheibe kann die (nicht gezeigte) kompressorseitige Antriebsriemenscheibe, die mit dem Kompressor verbunden ist, drehen.
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Die Kraftmaschine 24 kann mehrere Zylinder 26, die das zugeführte Gemisch zünden, um die Hin- und Herbewegung des Kolbens darin auszuführen, eine (nicht gezeigte) Pleuelstange, die die Hin- und Herbewegung des (nicht gezeigten) Kolbens in eine Drehbewegung ändert, und eine (nicht gezeigte) Kurbelwelle, die mit der Pleuelstange verbunden ist, um gedreht zu werden, enthalten.
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Die Kraftmaschine 24 kann mehrere Zylinder 26, die das Gemisch verbrennen, um die (nicht gezeigte) Kurbelwelle zu drehen, einen Einlasskrümmer 28, der das durch eine Drosselklappe 22 strömende Gemisch zu jedem der Zylinder verteilt, und einen Auslasskrümmer 30, in dem die aus den mehreren Zylindern 26 ausgestoßenen Abgase kombiniert und zum Abgaswärmetauscher 50 geschickt werden, der im Folgenden beschrieben wird, enthalten.
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Im Einlasskrümmer 28 können mehrere Verteilungswege ausgebildet sein, um das der Kraftmaschine 24 zugeführte Gemisch jeweils zu den mehreren Zylindern zu verteilen, während im Auslasskrümmer 30 mehrere Kombinationswege ausgebildet sein können, die jeweils mit den mehreren Zylindern verbunden sind und in einem Abgasweg kombiniert sind.
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Der Mischer 12 kann den zugeführten Kraftstoff und die Luft mit einem konstanten Mischungsverhältnis abgeben, um das Gemisch der Kraftmaschine zuzuführen. Der Mischer 12 kann das durch das Mischen des Kraftstoffs und der Luft mit dem konstanten Verhältnis hergestellte Gemisch der Kraftmaschine zuführen.
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Der Wärmetauscher 60 kann einen Wärmeaustausch zwischen dem aus dem zweiten Lagertank 18 abgegebenen flüssigen Kraftstoff und dem der Kraftmaschine 24 zugeführten Gas ausführen, wobei folglich der flüssige Kraftstoff verdampft wird. Der Wärmetauscher 60 kann einen Wärmeaustausch zwischen dem aus dem zweiten Lagertank 18 abgegebenen flüssigen Kraftstoff und dem vom Mischer 12 der Kraftmaschine 24 zugeführten Gemisch ausführen, wobei folglich der flüssige Kraftstoff verdampft wird.
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In 2 kann das Kraftmaschinensystem 1 ferner einen Luftfilter 10, der die dem Mischer 12 zugeführte Luft filtert, um saubere Luft zuzuführen, ein Expansionsventil 40, das den zum Wärmetauscher 60 strömenden flüssigen Kraftstoff expandiert, eine Drosselklappe 22, die die Menge des der Kraftmaschine 24 zugeführten Gemischs einstellt, und einen Abgaswärmetauscher 50, der die von der Kraftmaschine 24 ausgestoßene Luft kühlt, enthalten.
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Der Luftfilter 10 kann unter Verwendung eines Filters verhindern, dass die der Kraftmaschine zugeführte Außenluft mit Feuchtigkeit und Öl in der Form von Staub und Nebel vermischt ist.
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Das Expansionsventil 40 kann die Menge des flüssigen Kraftstoffs einstellen, die aus dem zweiten Lagertank 18 abgegeben und in den Wärmetauscher 60 eingeleitet wird. Das Expansionsventil 40 kann das aus dem zweiten Lagertank 18 dem Wärmetauscher 60 zugeführte Kältemittel blockieren.
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Die Drosselklappe 22 kann die Menge des Gemischs einstellen, das einem Brennraum der Kraftmaschine 24 zugeführt wird.
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Der Abgaswärmetauscher 50 kann das aus der Kraftmaschine 24 ausgestoßene Gas unter Verwendung des Kühlmittels kühlen.
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Das Kraftmaschinensystem 1 enthält eine Zufuhrleitung 32 des flüssigen Kraftstoffs, die den zweiten Lagertank 18 und den Wärmetauscher 60 verbindet, eine Zufuhrleitung 42 des Gaskraftstoffs, die den Wärmetauscher 60 und den Mischer 12 verbindet, und eine Gemischzufuhrleitung 54, die den Mischer 12 und die Kraftmaschine 24 verbindet. Das Kraftmaschinensystem 1 kann ferner ein Lufteinlassrohr 44 enthalten, das den Luftfilter 10 und den Mischer 12 verbindet.
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Die Zufuhrleitung 32 des flüssigen Kraftstoffs führt den aus dem zweiten Lagertank 18 abgegebenen flüssigen Kraftstoff dem Wärmetauscher 60 zu. Das Expansionsventil 40 kann in der Zufuhrleitung 32 des flüssigen Kraftstoffs angeordnet sein, um die Menge des in den Wärmetauscher 60 eingeleiteten flüssigen Kraftstoffs einzustellen.
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Die Zufuhrleitung 32 des flüssigen Kraftstoffs weist eine Doppelrohrstruktur auf, um zu verhindern, dass der darin strömende flüssige Kraftstoff verdampft wird, so dass an der Außenseite ein Isolationsrohr angeordnet sein kann.
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In 3 kann die Zufuhrleitung 32 des flüssigen Kraftstoffs ein erstes Rohr 32a, ein zweites Rohr 32b, ein drittes Rohr 32c und ein viertes Rohr 32d enthalten.
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Die Zufuhrleitung 42 des Gaskraftstoffs führt den vom Wärmetauscher 60 abgegebenen Gaskraftstoff dem Mischer 12 zu. Der erste Lagertank 16 kann an der Zufuhrleitung 42 des Gaskraftstoffs angeordnet sein, um den aus dem Wärmetauscher 60 abgegebenen Gaskraftstoff vorübergehend zu lagern. Der Nulldruckregler 14 kann an der Zufuhrleitung 42 des Gaskraftstoffs angeordnet sein, um den Druck des in den Mischer 12 eingeleiteten Gaskraftstoffs einzustellen.
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Die Gemischzufuhrleitung 54 verbindet den Mischer 12 und die Kraftmaschine 24. Der Wärmetauscher 60 ist an der Gemischzufuhrleitung 54 angeordnet, um einen Wärmeaustausch zwischen dem zur Kraftmaschine 24 strömenden Gemisch und dem flüssigen Kraftstoff auszuführen und folglich das Gemisch zu kühlen.
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Im Folgenden wird ein Kraftmaschinensystem gemäß einer zweiten Ausführungsform bezüglich 4 beschrieben.
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In 4 kann das Kraftmaschinensystem ferner eine Abgasrückführungsleitung 46 enthalten, die etwas des von der Kraftmaschine 24 ausgestoßenen Abgases dem Mischer 12 zuführt und folglich den Ausstoß schädlicher Komponenten im von der Kraftmaschine 24 ausgestoßenen Abgas minimiert.
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In der Abgasrückführungsleitung 46 kann ein Zirkulationsventil 52 angeordnet sein, das die Strömung des von der Kraftmaschine 24 ausgestoßenen Abgases einstellt. Die Abgasrückführungsleitung 46 kann mit dem Lufteinlassrohr 44 verbunden sein, um das Abgas dem Mischer 12 zuzuführen.
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Das entlang der Abgasrückführungsleitung 46 strömende Abgas kann im Mischer 12 mit Luft und dem Gaskraftstoff gemischt werden, um ein Gemisch zu bilden. Die Temperatur des im Mischer 12 erzeugten Gemischs kann aufgrund des Abgases aus der Abgasrückführungsleitung 46 erhöht sein.
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Der Wärmetauscher 60 kann das aus dem Mischer 12 zugeführte Gemisch kühlen.
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In 4 kann der Wärmetauscher 60 mehrere Rohre 64 mit kleinem Durchmesser, durch die das Gemisch strömt, ein Gehäuse 62, das um die mehreren Rohre 64 mit kleinem Durchmesser ausgebildet ist und einen Raum definiert, durch den flüssiger Kraftstoff strömt, um einen Wärmeaustausch zwischen dem flüssigen Kraftstoff und dem Gemisch auszuführen, ein erstes Einlassrohr 66, in das das Gemisch strömt, und ein erstes Auslassrohr 68, das das durch die mehreren Rohre 64 mit kleinem Durchmesser strömende Gemisch sammelt, um das Gemisch der Kraftmaschine zuzuführen, enthalten.
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In 4 kann das Gehäuse 62 eine Zylinderform aufweisen. Ein zweites Einlassrohr 70 (oder Einlassrohr), in das der flüssige Kraftstoff eingeleitet wird, und ein zweites Auslassrohr 72 (oder Auslassrohr), aus dem der Gaskraftstoff, der mit dem Gemisch Wärme austauscht, um eine Phase zu ändern, abgegeben wird, können an einer Seite der Umfangsfläche des Gehäuses 62 ausgebildet sein.
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Das zweite Einlassrohr 70 und das zweite Auslassrohr 72 sind an einer Seite der Umfangsfläche des Gehäuses 62 angeordnet. Das zweite Einlassrohr 70 und das zweite Auslassrohr 72 können an der Umfangsfläche des Gehäuses 62 so ausgebildet sein, dass sie nach oben vorstehen. Der eingeleitete flüssige Kraftstoff kann durch das zweite Einlassrohr 70, das nach oben vorsteht und sich nach oben öffnet, in das Gehäuse 62 eingeleitet werden. Das zweite Auslassrohr 72 kann von der Umfangsfläche des Gehäuses 62 nach oben vorstehen und sich nach oben öffnen, so dass der Gaskraftstoff durch das zweite Auslassrohr abgegeben werden kann.
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In 4 kann das Gehäuse 62 so angeordnet sein, dass es von stromaufwärts nach stromabwärts in der Strömungsrichtung des Gemischs stromabwärts geneigt ist. In 4 kann das Gehäuse 62 so angeordnet sein, dass es von stromaufwärts nach stromabwärts in der Strömungsrichtung des Gemischs mit einem Neigungswinkel θ geneigt ist. Das zweite Auslassrohr 72 kann an einer höheren Position als das zweite Einlassrohr 70 angeordnet sein.
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In 4 kann das zweite Auslassrohr 72 stromaufwärts und das zweite Einlassrohr 70 stromabwärts in der Strömungsrichtung des Gemischs des Gehäuses 62 angeordnet sein, so dass sich das zweite Auslassrohr 72 an einer höheren Position als das zweite Einlassrohr 70 befinden kann. Deshalb kann der Gaskraftstoff, dessen Phase in dem Gehäuse 62 geändert wird und der nach oben strömt, durch das zweite Auslassrohr 72 abgegeben werden.
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Ein Rohrdurchmesser 72L des zweiten Auslassrohrs 72 kann so ausgebildet sein, dass er größer als ein Rohrdurchmesser 70L des zweiten Einlassrohrs 70 ist. Das Fluid, das durch das zweite Auslassrohr 72 strömt, ist der Gaskraftstoff mit geänderter Phase und kann im Vergleich zu dem durch das zweite Einlassrohr 70 eingeleiteten flüssigen Kraftstoff einen größeren Rohrdurchmesser erfordern.
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Die mehreren Rohre 64 mit kleinem Durchmesser, durch die das Gemisch strömt, können im Gehäuse 62 angeordnet sein. Die mehreren Rohre 64 mit kleinem Durchmesser können in der Zentrifugal- und der Umfangsrichtung im Gehäuse 62 voneinander beabstandet sein.
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Die Trennplatten 74 und 76 können an gegenüberliegenden Enden der mehreren Rohre 64 mit kleinem Durchmesser des Wärmetauschers 60 angeordnet sein. Die Trennplatten können eine erste Trennplatte 74, die das Einlassrohr 66 von den mehreren Rohren mit kleinem Durchmesser 64 abtrennt, und eine zweite Trennplatte 76, die die mehreren Rohre 64 mit kleinem Durchmesser vom Auslassrohr 68 abtrennt, enthalten.
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Mehrere Verbindungslöcher 80, die mit den mehreren Rohren 64 mit kleinem Durchmesser verbunden sind, können in der ersten Trennplatte 74 und der zweiten Trennplatte 76 ausgebildet sein.
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Ein Ablaufrohr 78, durch das das Kondenswasser des im Gehäuse 62 erzeugten Gemischs abgelassen wird, kann in der Strömungsrichtung des Gemischs stromabwärts des Gehäuses 62 angeordnet sein.
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In 4 ist das erste Einlassrohr 66 in einem aufgeweiteten Zustand mit der ersten Trennplatte 74 verbunden. Das erste Einlassrohr 66 ermöglicht dem Gemisch, im Vergleich zu einer Durchflussmenge, die verringert wird, wenn es sich ausdehnt, gleichmäßig zu strömen.
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In 4 ist das Ablaufrohr 78 an einem Ende mit der zweiten Trennplatte 76 verbunden. Das Ablaufrohr 78 kann mit dem unteren Ende der zweiten Trennplatte 76 verbunden sein. In der zweiten Trennwand 76 kann ein Loch ausgebildet sein, mit dem das Ablaufrohr 78 verbunden ist. Das Ablaufrohr 78 enthält ein erstes Ablaufrohr 78a, das das im Gehäuse 62 angesammelte Kondenswasser auffängt, und ein zweites Ablaufrohr 78b, das stromabwärts des ersten Ablaufrohrs 78a und oberhalb des ersten Ablaufrohrs 78a angeordnet ist, um zu verhindern, dass das Gemisch in das Ablaufrohr 78 abgegeben wird.
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Das erste Ablaufrohr 78a ist so angeordnet, dass es sich tiefer als das untere Ende des Gehäuses 62 befindet. Deshalb kann das im Gehäuse 62 angesammelte Kondenswasser in das erste Ablaufrohr 78a eingeleitet werden. Das zweite Ablaufrohr 78b ist stromabwärts des ersten Ablaufrohrs 78a und oberhalb des ersten Ablaufrohrs 78a angeordnet. Deshalb wird das im Gehäuse 62 angesammelte Kondenswasser in dem ersten Ablaufrohr 78a aufgefangen, so dass das Gemisch nicht durch das Ablaufrohr 78 nach außen abgegeben wird. Im Folgenden wird ein Kraftmaschinensystem gemäß einer dritten Ausführungsform bezüglich 5 beschrieben.
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In 5 kann ein Lader 48 angeordnet sein, um das zwischen dem Mischer 12 und dem Wärmetauscher 60 strömende Gemisch zu komprimieren. Das durch den Lader 48 strömende Gemisch kann so komprimiert werden, dass es bei einer hohen Temperatur und einem hohen Druck gebildet wird.
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Der Wärmetauscher 60 kann das durch den Lader 48 strömende Gemisch mit hoher Temperatur kühlen. In dem Wärmetauscher 60 findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Gemisch und dem flüssigen Kraftstoff statt. Im Wärmetauscher 60 kann das Gemisch von einem Hochtemperaturzustand in einen Niedrigtemperaturzustand geändert werden, wobei der flüssige Kraftstoff durch eine Phasenänderung in den Gaskraftstoff umgewandelt werden kann.
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Der Lader 48 nach 5 kann konfiguriert sein, eine Turbine unter Verwendung des von der Kraftmaschine 24 ausgestoßenen Abgases anzutreiben und dadurch das aus dem Mischer 12 strömende Gemisch mit einem durch die Turbine gedrehten Laufrad zu komprimieren oder das Gemisch unter Verwendung einer separaten Leistung zu komprimieren.
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Im Folgenden werden die Kraftmaschinensysteme 1 gemäß der vierten und der fünften Ausführungsform bezüglich der 6 und 7 beschrieben. In den Kraftmaschinensystemen gemäß der vierten und der fünften Ausführungsform kann der Wärmetauscher 60 an der Abgasrückführungsleitung 46 angeordnet sein.
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In 6 enthält das Kraftmaschinensystem 1 eine Abgasrückführungsleitung 46, die den Ausstoß schädlicher Komponenten in dem von der Kraftmaschine 24 ausgestoßenen Abgas minimiert. Der Wärmetauscher 60 ist an der Abgasrückführungsleitung 46 angeordnet.
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Der Wärmetauscher 60 führt einen Wärmeaustausch zwischen dem durch die Abgasrückführungsleitung 46 strömenden Abgas und dem aus dem zweiten Lagertank 18 abgegebenen flüssigen Kraftstoff aus. Das durch den Wärmetauscher 60 in der Abgasrückführungsleitung 46 strömende Abgas kann gekühlt werden. Der aus dem zweiten Lagertank 18 durch den Wärmetauscher 60 abgegebene flüssige Kraftstoff kann verdampft und dann dem ersten Lagertank 16 zugeführt werden.
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Deshalb kann das aus dem Wärmetauscher 60 abgegebene Abgas mit Luft vermischt werden, während die Temperatur des Abgases verringert wird, wobei es dann dem Mischer zugeführt werden kann.
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In 7 kann ein Lader 48 angeordnet sein, um das vom Mischer 12 der Kraftmaschine 24 zugeführte Gemisch zu komprimieren. Der Wärmetauscher 60 führt den Wärmeaustausch zwischen dem durch die Abgasrückführungsleitung 46 strömenden Abgas und dem aus dem zweiten Lagertank 18 abgegebenen flüssigen Kraftstoff aus.
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Obwohl die vorliegende Erfindung bezüglich spezifischer Ausführungsformen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, beschrieben worden ist, ist es für die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Arten geändert und modifiziert werden kann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den folgenden Ansprüchen beschrieben ist.
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Ein Kraftmaschinensystem gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die folgenden Wirkungen auf.
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Erstens ist es insofern vorteilhaft, als die Temperatur eines einer Kraftmaschine zugeführten Gemischs unter Verwendung einer Phasenänderung in dem der Kraftmaschine zugeführten Kraftstoff verringert wird, so dass die Leistung der Kraftmaschine maximiert werden kann.
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Zweitens ist es insofern vorteilhaft, als es möglich ist, den einer Kraftmaschine zugeführten Kraftstoff ohne ein separates Kältemittel oder Kühlmittel zum Kühlen nur unter Verwendung des der Kraftmaschine zugeführten Kraftstoffs zu kühlen.
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Drittens ist es insofern vorteilhaft, als die Leistung einer Kraftmaschine unter Verwendung einer Phasenänderung in dem der Kraftmaschine zugeführten Kraftstoff durch das Verringern der Temperatur des Abgases, das durch Abgasrückführung zugeführt wird, und dann das Zurückführen des Abgases zur Kraftmaschine maximiert werden kann.
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Die Wirkungen der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die oben beschriebenen Wirkungen eingeschränkt und sollten so verstanden werden, dass sie alle Wirkungen umfassen, die aus der in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Konfiguration gefolgert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 1020200067125 [0005]
- KR 1020170035445 [0007]
