[发明专利]用于带有防冻单元的内燃机的废热利用的系统

说明书

介绍一种用于带有废热回路的内燃机的废热利用的装置，工质在该废热回路中循环，内燃机的废热和/或废气热量经由该废热回路被转换为机械功。该废热回路具有：蒸发器（1），工质在该蒸发器中通过吸收内燃机的废热至少部分地被转变成蒸汽状的物态；用于提供驱动能量的膨胀单元（2），至少部分为蒸汽状的工质在该膨胀单元中减压；冷凝器（3），工质在该冷凝器中被转变为液态的物态。所述技术方案的特征在于，在废热回路中设置有至少一个防冻单元（4），该防冻单元能防止由于工质冰冻而在废热回路中造成损坏。

本申请是申请日为2011年1月14日、题为“用于带有防冻单元的内燃机的废热利用的系统”的中国专利申请CN201110021255.2的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于带有废热回路的内燃机的废热利用的方法以及装置，工质在该废热回路中循环，内燃机的废热经由该废热回路被转换为机械功。该废热回路具有：蒸发器，工质在该蒸发器中至少部分地被转变成蒸汽状的物态；用于提供机械功的膨胀单元，至少部分为蒸汽状的工质在该膨胀单元中减压；冷凝器，工质在该冷凝器中被转变为液态的物态。

背景技术

为了能够特别是针对车辆内燃机如汽车内燃机实现燃料节省，在目前特别地可分成两种技术方案。尤其在市内交通和分散式交通（Verteilerverkehr）中由于这里的制动和加速情况有各种不同的混合方案适合采用， 除了采用这些方案外，还已知有利用内燃机的废热的热回收系统，以便提供附加的驱动能量。这种废热利用系统适合于特别是在长途交通运输中工作的车辆的内燃机。

相关地由DE 10 2006 043 139 A1已知一种用于内燃机的热回收系统，其中在内燃机区域中产生的废热被传递至二次热回路，工质在该热回路中循环。在内燃机区域中产生的废热首先在二次热回路的蒸发器中被传递至工质，工质由此被转换为在很大程度上呈蒸汽状的物态。蒸汽状的工质最终在将热能转变为机械功的膨胀单元中减压，从而可以由内燃机的废热给车辆提供附加的驱动能量。在膨胀器中减压之后，二次热回路的工质被输入到冷凝器中，所述工质在该冷凝器中液化，同时排出热量，从而结束相应的蒸汽循环过程。

作为在废热利用回路中应用的工质，原则上可以考虑使用由过程热力学已知的所有流体，如酒精、碳氢化合物、碳-氟-化合物或已知的安全工作介质。但由于热动力和物理特性以及便于弄到和价格低廉，转而还在废热利用系统中使用去离子水作为工质。

尤其在这种系统的车辆应用中，水的较大缺点是介质的冰冻问题。在这种情况下，特别是二次热回路的区域受到危险，介质在所述热回路中在液态状态下处于高压下。位于废热利用回路的这些区段中的组件和构件一方面由于高压力而必须具有较大的刚度，另一方面具有适当的柔韧性，从而不会因为冰冻的水体积膨胀而伤及这些组件。

发明内容

基于由现有技术已知的问题，本发明的目的在于，提供一种用于内燃机的废热利用系统，其能独立于环境温度可靠地工作。在这里，尽管对工作可靠性要求较高，针对于构造设计以及材料选取，利用比较简单的机构就能使得特别是被设计成二次热回路的废热利用回路的高压组件可靠地防冻。内燃机特别是汽车的内燃机的废热利用系统将以比较简单的方式在不同温度情况下既能短时间地又能长时间地可靠工作。

采用一种根据权利要求1的装置，即可实现前述目的。另外在权利要求16中说明一种有利的应用。本发明的有利的实施方式是从属权利要求的内容，并将在下面的说明中至少部分地对照附图予以详述。

用于内燃机废热利用的装置具有废热回路，工质在该废热回路中循环，通过该装置使得内燃机的废热和/或废气热量转变为机械功，其中在废热回路中设置有：蒸发器，工质在该蒸发器中通过吸收内燃机的废热至少部分地转变为蒸汽状的物态；用于提供机械功的膨胀单元，至少部分呈蒸汽状的工质在该膨胀单元中减压；冷凝器，工质在该冷凝器中转变为液态物态，根据本发明，对所述装置予以改进，在废热回路中设置有至少一个防冻单元，该防冻单元能防止由于工质冰冻而在废热回路中造成损坏。